CN1677145A - 用于波长色散补偿的方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于波长色散补偿的方法和装置。公开了一种波长色散补偿方法，其能够利用简单的构成来降低成本，而不需要在发送侧设置一用于产生测量用的光信号的光源。在发送装置中，将激发光断续地输出给光放大器，用于对将要发送的光信号进行放大，并且将波长色散检测光信号输出给光传输路径。在接收装置中，从通过光传输路径所接收的波长色散检测光信号中提取具有不同波长的多个光分量；求得具有不同波长的光分量通过光传输路径的传播时间差；并且对波长色散可变元件的波长色散值进行调节，使得所述传播时间差变为零。利用所获得的波长色散值对该光传输路径中的波长色散进行补偿。

Description

用于波长色散补偿的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于波长色散补偿的方法和装置，更具体地，涉及一种能够对在波分复用(WDM)传输系统的光纤中发生的波长色散进行自动补偿的方法和装置。

背景技术

在WDM(波分复用)传输系统中，通过WDM方式对光学调制信号进行多路复用并且以接近10Gbps的超高速在C波段(1530至1570nm)和L波段(1570至1610nm)进行远距离传输。在此系统中，根据光信号波长的不同，在形成光传输路径的光纤中会发生传播时间差。将这种现象称为“波长色散”。在实际使用中，应该对波长色散进行补偿，从而将波长色散抑制在系统可容许的水平。通常，有必要将波长色散调节抑制到接近于0。

图1是表示现有技术中的光WDM传输系统构成的方框图，该系统能够进行波长色散补偿。

如图1所示，在光WDM传输系统中，通过光纤传输路径11将WDM传输设备10和12连接。在光纤传输路径11中，发生了波长色散。在WDM传输设备12中设置了光纤13，以产生具有与光纤传输路径11中发生的波长色散绝对值相同但是符号相反的波长色散。由此将光纤13称为“色散补偿光纤(DCF)”。由于光纤13的作用，对光纤传输路径11中的波长色散进行了补偿。

图2是示出波长色散补偿原理的图。

在图2中，实线I表示在用作光纤传输路径11的例如单模光纤(SMF)中发生的正的波长色散。实线II表示由色散补偿光纤13所产生的负的波长色散。

为了对由实线I所表示的单模光纤(SMF)中的正的波长色散进行补偿，可以使用由实线II所表示的在色散补偿光纤13中产生的负的波长色散。具体地说，可以适当地调节色散补偿光纤13的长度，使得在色散补偿光纤13中产生的波长色散与单模光纤中的波长色散具有相同的绝对值。那么，如果将色散补偿光纤13和单模光纤串联连接，则可以对波长色散进行补偿。

日本特开专利申请No.2002-77053公开了与该技术相关的发明。例如，如该参考文献的图3中所示，将一波长色散的理想值施加在所接收的光信号上。然后，将该经调制的光信号转换为电信号，以获得传输数据。在对传输数据的指定频率分量的强度进行监测的同时，对一波长色散可变元件进行调节，使得监测信号变为最大值，以进行自动的波长色散补偿。

另选地，可以对光纤传输路径中的波长色散值进行测量，并且可以根据所测得的值对波长色散可变元件进行控制。

国际公开WO01/005005公开了用于增益倾斜(gain-tilt)的自动补偿方法，增益倾斜是指在传输后各波长信号间存在电平差。该增益倾斜是由于光纤中的波长传输损耗的倾斜以及在DWDM(密集波分复用)系统中的光纤放大器的波长增益特性的倾斜而导致发生的。

日本特开专利申请No.5-152645公开了一种发明，在该发明中同时对光纤中的波长色散和传输损耗进行补偿，并且在色散补偿光纤中添加了稀土元素离子，以获得光放大功能。

如图1所示，使用色散补偿光纤的该系统提供了波长色散的一种非常简单的补偿方法。然而，该方法不能应用于下述的一些情况中。

过去，波长色散在光通信中不会引起任何严重的问题，而对于在过去建立并且目前仍在工作的老式光纤传输路径，在大多数情况下，人们无法获得例如发送器和接收器之间、发送器和转发器之间、转发器和其他转发器之间、以及转发器和接收器之间的精确距离。另外，人们也无法获得光纤中的波长色散的精确值。

为此，在通过使用老式光纤传输路径来构建一个新的超高速光WDM传输系统时，人们必须对光纤传输路径中的波长色散进行测量，并且根据波长色散的测量值事先准备一波长色散补偿光纤。这是非常麻烦且费时的。

此外，在构建了超高速光WDM传输系统后，并且当必须改变其中的光纤传输路径时，人们必须对将使用的光纤传输路径中的波长色散进行重新测量，并且准备一新的波长色散补偿光纤。这也是非常麻烦且费时的。

图3是可适用于自动波长色散补偿的一种构成的方框图。

如图3中所示的自动波长色散补偿是用于波长色散补偿的一种理想方法，但是该系统除了波长色散可变元件外，还需要一种用于增加波长色散的元件。因此，图3中的系统的成本是较高的。

有效的是，对光纤传输路径中的波长色散进行测量，并且根据所测得的值对波长色散可变元件进行自动控制。对于光纤传输路径中的波长色散的测量方法，例如，提出了如下一种方法：向光纤传输路径中输入具有不同波长的多个光脉冲或者光信号(将这些光信号称为“探测光”)，并且对输出光信号中具有不同波长的多个光信号的传播时间差进行测量。

然而，为了实现该方法，人们必须在各传输部分中准备一组波长色散测量装置，并且除了对具有根据传输数据调制的强度的多个光信号进行多路复用外，还必须对用于波长色散测量的不同波长的多个光信号进行额外的波分复用。因此，构建该光通信系统的设备的规模变大，并且增加了系统的成本。

发明内容

本发明的一个总的目的是解决现有技术中的一个或者更多个问题。

本发明的一个更具体的目的在于提供一种方法和装置，其能够利用简单的构成自动进行波长色散补偿并且降低成本，而不需要在发送侧设置一用于产生测量用光信号的光源。

根据本发明的第一方面提供了一种波长色散补偿方法，该方法包括以下步骤：在发送装置中，将激发光断续地输出给光放大器，用于对要发送的光信号进行放大；在发送装置中，将波长色散检测光信号输出给光传输路径；在接收装置中，从通过光传输路径所接收的波长色散检测光信号中提取具有不同波长的多个光分量；在接收装置中，求得具有不同波长的多个光分量通过光传输路径的传播时间差；以及在接收装置中，调节一波长色散可变元件的波长色散值，使得所述差变为零，以对该光传输路径中的波长色散进行补偿。

作为一个实施例，发送装置将经波长多路复用的信号输出给光传输路径。

作为本发明的第二方面，提供了一种发送装置，该发送装置包括第一切换单元，其将激发光断续地输出给用于将待发送的光信号进行放大的光放大器。该发送装置将在光放大器中产生的波长色散检测光信号输出给光传输路径。

作为一个实施例，该发送装置还包括第二切换单元，该第二切换单元防止将待发送的光信号输出给光放大器。

作为本发明的第三方面，提供了一种接收装置，该接收装置包括：波长色散可变元件，其对通过光传输路径所接收的光信号进行波长色散补偿；提取单元，其从该波长色散可变元件所发送的波长色散检测光信号中提取具有不同波长的多个光分量；波长色散控制器，其求得具有不同波长的多个光分量通过光传输路径的传播时间差，并且对波长色散可变元件的波长色散值进行调节，以使所述差变为零。

作为一个实施例，该接收装置还包括一切换单元，其防止从该波长色散控制器输出的光信号被输出至外部。

作为一个实施例，该波长色散控制器包括：光电转换单元，其将具有第一波长的第一光分量和具有第二波长的第二光分量分别转换为第一检测信号和第二检测信号，所述第一光分量和所述第二光分量由所述提取单元提取；计算单元，将第一检测信号的极性设为与第二检测信号的极性相反，并且对第一检测信号和第二检测信号求和；A/D转换单元，其将来自计算单元的输出信号数字化；以及，控制单元，其求得第一检测信号和第二检测信号的传播时间差，并且对波长色散可变元件的波长色散值进行调节，以使所述差变为零。

通过以下结合附图的优选实施例的详细说明可使本发明的这些和其他目的、特点和优点变得更加明确。

附图说明

图1是示出现有技术中的光WDM传输系统的构成的方框图，该系统能够进行波长色散补偿；

图2是示出波长色散补偿的原理的简图；

图3是示出适于进行自动波长色散补偿的构成的方框图；

图4是示出根据本发明的一个实施例的光WDM传输系统的示例性构成的方框图；

图5是示出波长色散补偿控制器23和31的示例性构成的方框图；

图6是示出ASE光的示例性波形的图；

图7是示出ASE光的示例性光谱的图；

图8是求和信号的示例性波形的图；

图9是示出在光纤传输路径25中的波长差所引起的传播时间差的示例性波形的图；并且

图10是示出当在光纤传输路径25的接收侧设置波长色散可变元件49时波长色散补偿的结果的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施例进行说明。

图4是示出根据本发明的一个实施例的光WDM传输系统的示例性构成的方框图。

如图4所示，在本实施例的光WDM传输系统中，通过光纤传输路径25将用作发送器的WDM传输设备20与用作接收器的WDM传输设备30连接。

该WDM传输设备20包括发送转发器21a至21n、波长多路复用器(MUX)22、以及波长色散补偿控制器23。

为了进行波长多路复用，发送转发器21a至21n将由外部提供的光信号(诸如SONET(同步光网络)信号或者GbE(Gigabit Ethernet(注册商标))信号)变换为窄带中的具有不同波长λ1至λn的光信号。发送转发器21a至21n将波长为λ1至λn的多个光信号发送给波长多路复用器22。

波长多路复用器22通过WDM(波分复用)的方式对这些光信号进行多路复用，并将由此获得的光信号发送给波长色散补偿控制器23。

在波长色散补偿控制器23中，通过光放大器(AMP)42(参见图5)将来自波长多路复用器22的经波长多路复用的光信号进行放大，并且将其发送给用于远距离传输的光纤传输路径25。

该WDM传输设备30包括波长色散补偿控制器31、波长解复用器(DMUX)32以及接收转发器33a至33n。

波长色散补偿控制器31接收来自光纤传输路径25的经波长多路复用的光信号。

在波长色散补偿控制器31中，通过光放大器51(参见图5)将经波长多路复用的光信号进行放大，并且发送给波长解复用器32。

波长解复用器32将经波长多路复用的光信号分解成波长为λ1至λn的多个光信号，并且分别将这些具有不同波长λ1至λn的光信号发送给接收转发器33a至33n。

各接收转发器33a至33n将具有不同波长λ1至λn的多个光信号变换为例如多个SONET信号或GbE信号，并且将所获得的SONET信号或GbE信号输出。

图5是示出波长色散补偿控制器23和31的构成的方框图。

在位于发送侧的波长色散补偿控制器23中，产生具有宽带频谱的光信号，用于对在光纤传输路径25中发生的波长色散进行测量。

通过光开关41将来自波长多路复用器22的经波长多路复用的光信号发送给光放大器42。例如，光放大器42是一EDF(掺铒光纤)。光放大器42通过光组合器43接收泵浦LD(激光二极管)44所产生的激发光信号。在接收到该激发光信号时，光放大器42将该经波长多路复用的光信号放大。

泵浦LD 44通过电开关45接收来自LD驱动器46的驱动电流。在接收到该驱动电流时，驱动泵浦LD 44以发射光。

将通过光放大器42所放大的经波长多路复用的光信号从光组合器43发送至光组合器47。将OSC光信号从OSC控制电路48输入至光组合器47。

光组合器47将所放大的波长多路复用光信号和该OSC光信号进行组合，并且将所产生的光信号发送至光纤传输路径25。

OSC控制电路48产生OSC(光监控信道)光信号，该OSC光信号用于在对波长色散补偿控制器23和31之间的波长色散进行调节的操作过程中进行通信。该OSC控制电路48还控制开关41和45，即，在波长色散的自动控制操作过程中将开关41和45设为ON或OFF。

当上述具有宽带频谱的光信号在光纤传输路径25中传播时，位于接收侧的波长色散补偿控制器31对施加在该光信号上的波长色散值进行检测。根据所测得的波长色散值，波长色散补偿控制器31对波长色散可变元件49进行控制，以进行波长色散补偿。

波长色散可变元件49接收来自光纤传输路径25的经波长多路复用的光信号。作为波长色散可变元件49，例如可以使用由本发明的发明人在日本特开专利申请No.2002-258207中所提出的装置。在这种波长色散可变元件49中，利用透镜将从VIPA(虚拟成像相控阵列)输出的具有不同波长的多个成角度分散的光束进行聚焦，并且由一对用于产生光路偏移并且用于改变该光路偏移的光栅进行衍射，从而在与不同波长相关的光路中产生偏移。这些光束在色散平坦三维反射镜上反射并且返回到VIPA板上。因此，由于由三维反射镜导致的光路的波长依赖性，因此可以对于各波长获得不同的波长色散，以对于经波长多路复用的光信号的整个波长区域实现对波长色散值和波长色散斜率的调节。

作为波长色散可变元件49，还可以使用一种光纤光栅，该光纤光栅在其纤芯处具有一衍射光栅，并且能够通过控制施加在光纤上的温度和压力来控制波长色散值。

将由波长色散可变元件49发送的光信号输入至分光器50。

分光器50将所接收的光信号进行分离，从而获得经波长多路复用的光信号和用于在对波长色散补偿控制器23和31之间的波长色散进行调节的操作过程中进行通信的OSC信号。将通过分光器50所分离的经波长多路复用的光信号输入给光放大器51，并且将OSC信号输入给OSC控制电路63。

光放大器51将所接收的光信号进行放大，并且将所放大的光信号发送给分光器52。

分光器52将所接收的光信号分离成一大部分和一小部分。将来自分光器52的光信号的所述大部分通过光开关53输出为目标信号，并且将来自分光器52的光信号的所述小部分作为抽样输入到光带通滤波器54和55，以进行色散测量。

其中，当关闭光开关53时，将输入光信号终止而不发生反射，这防止了将入射光反射并且返回至光放大器51。

光带通滤波器54和55从光信号的抽样中分别提取窄带中的具有波长λ1和λ2的光信号，并且将这些光信号用作探测光信号。

将由光带通滤波器54和55所提取的这些探测光信号分别输入至光电转换器(O/E)56和57，并且分别转换为由λ1和λ2所表示的电信号。电信号λ1和λ2用作测量用的检测信号。将这些检测信号λ1和λ2分别输入到差动放大器58和59。

将检测信号λ1输入到差动放大器58的同相端子，并且将检测信号λ2输入到差动放大器59的反相端子。将例如0V的参考电平输入到差动放大器58的反相端子和差动放大器59的同相端子。因此，差动放大器58和59输出极性相反的检测信号λ1和λ2。

将检测信号λ1和检测信号λ2输入给累加放大器60，并且在其中进行求和。将所求和的信号输入给A/D转换器61。该A/D转换器61对输入信号进行数字化并且将所产生的信号输出给色散控制电路62。

色散控制电路62在求和信号中测量检测到检测信号λ1的定时和检测到检测信号λ2的定时之间的时间差，并且调节波长色散可变元件49的色散值，以使该时间差变为零。

例如，如果光纤传输路径25涉及正的波长色散，并且如果时间差较大，则将波长色散可变元件49的色散调节为负值，并且具有一较大的绝对值。

OSC控制电路63接收用于在对波长色散补偿控制器23和31之间的波长色散进行调节的操作过程中进行通信的OSC光信号。此外，OSC控制电路63还对自动波长色散控制操作过程中开关53的ON/OFF进行控制。

例如，在光WDM传输系统建成后，或者在改变光WDM传输系统中的光纤传输路径后，并且当将WDM传输设备20和30通电时，在WDM传输设备20中，OSC控制电路48将光开关41设为OFF。在此情况下，将电开关45周期性地设为ON(将该周期设置得非常短)，以驱动泵浦LD 44。因此，由EDF所形成的光放大器42产生ASE(经放大的自发发射)光，该ASE光具有如图6所示波形。将该ASE光输出至光纤传输路径25。

图6是示出ASE光的波形的图。

图7示出了输出至光纤传输路径25的ASE光的光谱。

如图7所示，在光放大器42的整个操作带宽中该ASE光的光谱为平直的，即，ASE光是一宽带光信号，并且如上所述用于对光纤传输路径25中的波长色散进行测量。

另一方面，在WDM传输设备30中，OSC控制电路63将光开关53设为OFF。

然后，色散控制电路62对图8的求和信号中的检测信号λ1和检测信号λ2之间的时间差τ进行测量。

图8是该求和信号的示例性波形图。

在图8所示的求和信号中，色散控制电路62对检测信号λ1的检测定时t1和检测信号λ2的检测定时t2之间的时间差τ进行测量，并且调节波长色散可变元件49的色散，使得时间差τ变为0。当时间差τ为0时，色散控制电路62存储色散的结果值。

然后，WDM传输设备20的OSC控制电路48将开关41和45设为ON，以转变到系统的通常操作，并且WDM传输设备30的OSC控制电路63将光开关53设为ON，并且对波长色散可变元件49的色散值进行调节，使其成为存储在色散控制电路62中的色散值。

图9是示出在光纤传输路径25中由波长差所引起的传播时间差的波形图。

当光纤传输路径25为单模光纤(SMF)时，其具有正的波长色散，如图2中的实线所示。换言之，在单模光纤中，具有较长波长的光以较低速度传播。

为此，如图9所示，当通过光纤传输路径25(假设其长度为x)传输具有不同波长λ1和λ2(假设λ1＜λ2)的光时，当光到达接收端时，波长为λ1的光和波长为λ2的光位于时间轴上的不同位置。如果分别用v1和v2来表示波长为λ1的光和波长为λ2的光的传播速度，则传播时间差τ满足：

τ＝x(1/v1-1/v2)

图10是示出当在光纤传输路径25的接收端设置波长色散可变元件49时波长色散补偿效果的示意图。

其中，假设光纤传输路径25是单模光纤(SMF)，并且具有正的波长色散，如图2中的实线I所示。

因此，为了对波长色散进行补偿，只需对波长色散可变元件49的色散进行调节以使得波长色散可变元件49的色散与在光纤传输路径25中发生的波长色散具有相同的绝对值和相反的符号即可。

由于这种波长色散补偿，导致在从波长色散可变元件49所输出的信号中波长为λ1的光和波长为λ2的光之间的传播时间差消失。

在本实施例中，为了获得具有不同波长的光信号，由于在波长色散补偿中使用了来自光放大器42的ASE光，因此，除了波长色散补偿控制器23中的经波长多路复用的光信号以外，不必在发送侧提供一额外的光信号，因此除了泵浦LD 44以外，不必设置一用于产生测量用的光信号的光源。

因此，可以减少波长色散补偿控制器23的尺寸，并且降低光WDM传输系统的成本。

上述元件以如下方式对应于在权利要求中所定义的元件。电开关45与权利要求中所定义的第一开关单元对应，光带通滤波器54和55与提取单元对应，色散控制电路62与波长色散控制器或者波长色散控制器中的控制单元相对应，光开关41与第二切换单元对应，光开关53与发送装置中的切换单元对应，光电转换器(O/E)56和57与光电转换单元对应，差动放大器58和59、累加放大器60与计算单元对应，并且A/D转换器61与A/D转换单元对应。ASE光与权利要求中的波长色散检测光信号对应。

根据本发明，可以提供一种用于波长色散补偿的方法和装置，其能够降低成本并且具有简单的构成而不需要在发送侧设置一用于产生测量用光信号的光源。

本专利申请基于2004年3月30日提交的日本优先权专利申请No.2004-101101，在此通过引用并入其全部内容。

Claims (7)

1.一种波长色散补偿方法，包括以下步骤：

在发送装置中，将激发光断续地输出给光放大器，用于对将发送的光信号进行放大；

在发送装置中，将波长色散检测光信号输出给光传输路径，所述波长色散检测光信号在预定带宽具有平直的光谱；

在接收装置中，从通过光传输路径所接收的波长色散检测光信号中提取具有不同波长的多个光分量；

在接收装置中，求得具有不同波长的所述多个光分量通过光传输路径的传播时间差；以及

在接收装置中，调节波长色散可变元件的波长色散值，使得所述差变为零，以对该光传输路径中的波长色散进行补偿。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述发送装置将经波长多路复用的信号输出给光传输路径。

3.一种发送装置，包括：

第一切换单元，其将激发光断续地输出给用于对将发送的光信号进行放大的光放大器，

其中所述发送装置将在所述光放大器中产生的波长色散检测光信号输出给光传输路径。

4.根据权利要求3所述的发送装置，还包括：

第二切换单元，所述第二切换单元防止待发送的光信号被输出给所述光放大器。

5.一种接收装置，包括：

波长色散可变元件，其对通过光传输路径所接收的光信号进行波长色散补偿；

提取单元，其从该波长色散可变元件所发送的波长色散检测光信号中提取具有不同波长的多个光分量；

波长色散控制器，其求得具有不同波长的所述多个光分量通过光传输路径的传播时间差，并且对所述波长色散可变元件的波长色散值进行调节，以使所述差变为零。

6.根据权利要求5所述的接收装置，还包括：

切换单元，其防止从所述波长色散控制器输出的光信号被输出至外部。

7.根据权利要求5所述的接收装置，其中所述波长色散控制器包括：

光电转换单元，其将具有第一波长的第一光分量转换为第一检测信号，并且将具有第二波长的第二光分量转换为第二检测信号，所述第一光分量和所述第二光分量是通过所述提取单元提取的；

计算单元，将所述第一检测信号的极性设为与所述第二检测信号的极性相反，并且对所述第一检测信号和所述第二检测信号求和；

A/D转换单元，其将来自所述计算单元的输出信号数字化；以及

控制单元，其求得所述第一检测信号和所述第二检测信号的传播时间差，并且对所述波长色散可变元件的波长色散值进行调节，以使所述差变为零。

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