CN1815927A - 具有拉曼倾斜控制的光纤系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于传输一个光信号的光纤系统(1)，包括一个具有多个光纤跨度(3)的光纤线路(2)，该多个光纤跨度由多个光放大器(4)相互连接。每个光放大器(4)包括：至少一个可变光衰减器(5)，用于产生光信号的放大的增益倾斜，一个拉曼倾斜确定装置(6)，用于确定在跟随在光放大器(4)之后的光纤跨度(3)中引起的拉曼倾斜，以及一个动态控制器(7)，连接到可变光衰减器(5)和拉曼倾斜确定装置(6)，用于调节增益倾斜使拉曼倾斜得到补偿。

Description

具有拉曼倾斜控制的光纤系统
相关申请的交叉引用
本发明基于优先权申请EP 05290218.6，其在此通过参考引入本申请。
技术领域
本发明涉及一种用于传输一个光信号的光纤系统，其包括具有由多个光放大器相互连接的多个光纤跨度的一个光纤线路。
背景技术
受激拉曼散射(SRS)是主要的光纤非线性效应之一。SRS引起从具有高光功率的光子到具有低光功率的光子的能量迁移。在密集波分复用(DWDM)系统中，SRS是造成从较短波长通道向较长波长通道的功率迁移的原因，在每个通道功率中引起一个拉曼倾斜(Ramantilt)，使得较短波长通道比较长波长通道具有较小的每通道功率。
在光纤系统中，特别是在具有多个可重配置光分插复用(ROADM)的超长距离(ULH)光纤系统中，复用的频率通道的数量可以在，例如1到80之间变化。当通道被分插时，光信号的总功率因此发生变化。
在一根光纤中拉曼引起的倾斜取决于光信号的总功率。当通道的数量变化时(尤其是当一根光纤被切断，通道的数量非常快速地减少时)，难以为放大的波段的所有的光谱维持一个平坦的，即近似为常数的增益。对于具有大量放大器的超长距离系统，拉曼倾斜在整个系统上的积累是一个挑战性的问题。如果考虑一个具有25个光纤跨度的光纤系统(通常部署的系统)，每个光纤跨度1dB的拉曼倾斜，导致在传输线路的末端处25dB的倾斜(如果忽略谱烧孔效应)，这是完全不可接受的。
在US 2004/0252366 A1中，描述了一种具有快速拉曼倾斜控制的光放大器。放大器的增益倾斜的控制基于进入到光放大器中的一个光信号，并且特别是基于一个“前馈”，预言性的手段来监控进入光放大器的光信号。
发明内容
本发明的目的是提供上述类型的光纤系统，其在放大的波段上维持一个近似的常数增益，特别是当光信号的通道数量变化时。
此目的通过一个光纤系统来实现，其中每个光放大器包括一个可变光衰减器(VOA)，用于产生光信号的放大的增益倾斜，一个拉曼倾斜确定装置，用于确定跟随在光放大器之后的光纤跨度中引起的拉曼倾斜，以及一个动态控制器，其连接到可变光衰减器和拉曼倾斜确定装置，用于调节增益倾斜使拉曼倾斜得到补偿。
在现有技术系统中，使用VOA以在放大器的输出端在放大的波段上产生常数每通道功率。本发明的VOA在放大的波段上产生光信号的衰减的变化，导致在放大器的输出端的光谱的倾斜，这样可以补偿在后续的光纤跨度中引起的拉曼倾斜。VOA的衰减与倾斜之间的关系取决于放大器的设计并且必须通过校准表现放大器的特征。
在光纤线路中引起的总的拉曼倾斜被每个光纤跨度分别地补偿掉。对在放大频段上具有正斜率的拉曼倾斜，在可变光衰减器(VOA)中产生具有负斜率的增益倾斜，使得在每个光纤跨度的输出处的总的光功率在放大的波段上可以维持近似的常数。
在跟随光放大器的光纤跨度中引起的拉曼倾斜对于通过该光纤跨度传输的光信号的总的功率的依赖性可以在拉曼倾斜确定装置中加以考虑，使对拉曼倾斜的补偿成为可能，虽然光信号的通道数量是变化的。当输入功率减小时，如果放大器工作在常数增益模式，输出功率则以同样的比例减小。因此，拉曼倾斜将减小，使得VOA的衰减也必须减小。用于考虑拉曼倾斜的变化的VOA的变化范围典型地是在约为1dB到2dB的范围内。
在一个优选实施方式中，拉曼倾斜确定装置包括一个输出功率测量装置用于测量光放大器的输出功率和一个增益系数确定装置用于确定光纤跨度的拉曼增益系数。拉曼倾斜(dB)与在光纤跨度中的总功率乘以放大器的带宽(在目前的产品中为4到5THz)再乘以光纤的拉曼增益系数(Cr)的乘积成比例。拉曼增益系数取决于光纤的类型(SSMF，特锐(TeraLight)光纤，TW-RS，LEAF...)并且在不同光纤类型例如SSMF或TW-RS之间可以由因子2变化。不必要进行带宽的测量，因为VOA产生一个也与带宽相关联的倾斜。
在另一个优选实施方式中，每个光放大器包括一个输入功率测量装置，其连接到一个动态控制器，用于测量光放大器的输入功率。了解光放大器的输入功率和输出功率允许进行光放大器的总的增益(对于所有的通道)的计算。输入功率和输出功率的测量对放大器的常数增益模式操作是必要的。
在另一个优选实施方式中，每个光放大器都工作在常数增益模式。当放大器的输入功率减小时(由于失去了一些通道)，可以使用一个增益控制放大器来调节光放大器(例如EDFA)的泵浦功率。泵浦功率的减小导致减小的输出功率并且从而导致光放大器的常数总增益。使用工作在常数增益模式的放大器是有利的，因为当放大器设定为工作在常数输出功率模式或在激光二极管上的恒定电流时，输入功率的减小将导致放大器的倾斜和每通道功率的增加。
在另一个优选实施方式中，光放大器包括第一和第二放大级以及至少一个可变光衰减器放置在第一和第二放大级之间和/或在第一放大级之内。对于第一放大级，同样对于第二放大级都可以使用掺铒光纤放大器(EDFA)。在两个EDFA之间的可变光衰减器(VOA)被用来在放大的波段上产生平坦的增益。与此形成对比，为当前的目的，调整VOA来补偿在后续光纤跨度中引起的拉曼倾斜的变化。某些放大器使用两个VOA，一个插入在第一级之内并且第二个在第一和第二放大级之间的中间级之中。对于本发明，第一或第二VOA可以用于倾斜调整。
在另一个优选实施方式中，将一根色散补偿光纤放置在第一和第二放大级之间并且这样调整增益倾斜从而使在色散补偿光纤中引起的一个附加拉曼倾斜得以补偿。色散补偿光纤补偿在光放大器之前的光纤跨度中的(线性)色散。也可以在色散补偿光纤(DCF)中产生某些附加的拉曼引起的倾斜。这个倾斜可以在VOA的倾斜计算中，以上述的方式加以考虑，即通过了解DCF的拉曼系数和到DCF的输入功率。由于DCF的有效面积和长度以及衰减对在DCF内的拉曼倾斜有影响，所以还应该了解DCF的种类，因为某些DCF在某一功率水平上会比其他一些产生更大的倾斜。
本发明还在一种用于通过如上所述的光纤系统传输一个光信号的方法中实现，该方法包括下列步骤：对每个光放大器，确定在跟随光放大器的光纤跨度中引起的拉曼倾斜以及调整放大器的增益倾斜使拉曼倾斜得以补偿。使用此方法可以优化光纤系统的整体性能。
在一个优选的变型中，通过测量光放大器的输出功率和确定光纤跨度的拉曼增益系数，来确定拉曼倾斜。然后可以如上所述地计算拉曼倾斜。
在一个优选的变型中，测量光放大器的输入功率和输出功率，并且光放大器以常数增益驱动。使用具有常数增益的光放大器(EDFA)是保持每个通道的放大接近常数的关键因素。通过分插通道进入到光放大器内的光信号的光输入功率的变化直接地转换成光输出功率的相应的变化。
在另一个优选的变型中，光信号的通道的数量通过可重配置分插复用变化。密集波分复用(DWDM)光纤系统的分插波长的能力是节约运行和维护费用以及改进网络响应时间的一个关键功能。
可以从说明书和附图中得出更多的优点。在以上和以下提及的特征可以根据本发明或者单独地或者以任何组合共同地加以使用。涉及的实施方式不应理解为是无遗漏的列举，而是具有示例性特征，用来描述本发明。
附图说明
本发明在附图中示出。
图1示出了根据本发明的、具有一个光放大器和一个跟随的光纤跨度的一个光纤系统的一个实施方式的细节，
图2示出了具有跟随了光纤跨度的EDFA的一般性的光纤系统，用于模拟在图3到5中示出的光信号的传输，
图3示出了代表作为在图2的光纤跨度的输出端的波长的函数的光信号的光功率的曲线图，EDFA在整个放大的波段上具有常数增益，在放大器的输出端具有一个平坦的光谱，
图4示出了具有固定的倾斜增益的EDFA的模拟曲线图，以及
图5示出了具有可变的倾斜增益的EDFA的模拟曲线图。
具体实施方式
图1示出了一个光纤系统1的细节，其具有一个光纤线路2并通过它传输一个光信号。光纤线路2分为多个光纤跨度3，图1中示出了其中之一。光纤跨度3跟随在一个光放大器4之后。整个光纤系统1包括如图1所示的一系列配置。
光放大器4包括一个可变光衰减器(VOA)5，用于产生光信号放大的增益倾斜，一个拉曼倾斜确定装置6，用于确定在跟随在光放大器4之后的光纤跨度3中引起的拉曼倾斜，以及一个动态控制器7，其连接到可变光衰减器5和拉曼倾斜确定装置6。动态控制器7用于调节光放大器4的增益倾斜使在随后的光纤跨度3中引起的拉曼倾斜得到补偿。
拉曼倾斜确定装置6包括一个作为一个输出功率测量装置8的光电二极管，用于测量光放大器4的输出功率，以及一个拉曼增益系数确定装置9，用于确定光纤跨度3的拉曼增益系数(Cr)。当为光放大器4指明了光纤的类型时，可以在安装光纤跨度3期间确定拉曼增益系数(Cr)。此确定可以通过一个直接的测量来进行或通过一个作为一个输入为其提供了用于后继光纤跨度的光纤种类的软件来完成。
为调节VOA 5的增益倾斜，拉曼倾斜确定装置6通过光放大器4的输出功率与光纤跨度3的拉曼增益系数Cr的乘积来计算在光纤跨度3中引起的拉曼倾斜。拉曼增益系数依赖于用于光纤跨度3的光纤的类型(如SSMF，特锐(Teralight)光纤，TW-RS，LEAF...)并且不同光纤类型例如SSMF或TW-RS之间的可以有两个因子的变化。通过拉曼倾斜确定装置6进行的该计算在光放大器4的控制软件中被编程。
拉曼倾斜被提供为控制VOA 5的动态控制器7的一个输入，使在光纤跨度3中引起的拉曼倾斜可以通过调节VOA 5得以补偿，从而如以下与图5相关联的描述，在光纤跨度3的输出端产生一个常数增益。VOA的衰减与倾斜之间的关系依赖于放大器的设计并且必须表现放大器的特征(通过放大器的校准)。
VOA 5放置在光放大器4的第一和第二放大级11、12之间的中间级中，两个级11、12都包括一个掺铒光纤放大器(EDFA)。可供选择地，VOA 5可以包括在第一放大级11之内。也可以在放大器4的第一级11中包括一个附加的VOA。
一根色散补偿光纤(DCF)13放置在第一和第二放大级11、12之间。色散补偿光纤13产生一个附加的拉曼倾斜。在色散补偿光纤13中引起的附加的拉曼倾斜可以用上述方式加以补偿，即通过使用辅助的测量装置，例如一个附加的光电二极管(未示出)，测量进入DCF的输入功率和DCF的拉曼增益系数，测量结果作为输入提供给动态控制器7。
光放大器4进一步包括一个光电二极管作为一个输入功率测量装置14。光放大器4工作在一个常数增益模式，即测量的输入功率与测量的输出功率之比维持为常数。通过保持一个常数总增益并同时补偿引起的拉曼倾斜，在光纤跨度3的输出端的信号光功率可以维持近似的常数，即使进入光放大器4的光信号的通道数量发生了变化，如通过可重配置分插复用。
为更好地理解使用可变倾斜的增益(即上述的增益倾斜适应通道数量)的有利的效果，图2示出了一个光纤系统，其包括一个EDFA 15，一个跟随在EDFA 15之后的作为不同的传输条件的模拟的基础的光纤跨度16。EDFA 15用作一个通用的放大器，即模拟是通过EDFA的不同的工作条件进行的，而不考虑这些条件在一个物理的光放大器中是如何实现的。光纤跨度16包括模拟的80km单模光纤(SMF)。在EDFA 15的输出端17，测量传输的光信号的总光功率，并且在光纤跨度16的输出端18，测量传输的信号的每通道的光功率。这些测量的结果针对EDFA的三种不同的工作条件描绘在图3，4和5中。
在图3中，示出了对工作在一个常数增益模式的具有常数平坦增益的EDFA 15的模拟的结果。在光纤跨度16的输出端的每通道光功率描绘在三个对应于三个不同负荷条件的曲线中，它们的每一个用不同的符号描绘。
对于第一条曲线(每个通道用符号◆代表，EDFA输出功率20dBm)，所有63个通道都激活并且分布于1529-1561nm，即在整个C波段范围之上。对于第二条曲线(▲)，只有位于C波段的开始端(1529-1545nm)的31个通道被激活，以及对于第三条曲线(■)，只有位于C波段末端(1545-1561nm)的31个通道被激活(在两种情况下的EDFA输出功率：17dBm)。从图3中的三个曲线可以看出三个工作条件的无论哪一个都不能在放大的频率范围内获得一个常数增益(即平坦的)。
在图4中，示出了对工作在一个常数增益模式的具有常数倾斜的增益的EDFA 15的模拟的结果。对于所有63个分布在整个C波段(1529-1561nm，用◆代表)的通道，EDFA 15具有20dBm的总输出功率。对于位于C波段的开始端(1529-1545nm)的31个通道(用■代表)，位于C波段的末端(1545-1561nm)的31个通道(用▲代表)，以及分布在整个C波段(1529-1561nm)的31个通道(用●代表)，EDFA具有17dBm的输出功率。
对于位于C波段的开始端(1529-1537nm)的16个通道(用□代表)，位于C波段的末端(1545-1561nm)的16个通道(用△代表)，以及分布在整个C波段(1529-1561nm)的16个通道(用○代表)，EDFA具有14dBm的输出功率。
选择增益倾斜(在整个波段1529-1561nm上为1.6dB)以补偿在全负荷配置(第一条曲线(◆))中的拉曼倾斜：增益倾斜也补偿在整个C波段上的光纤损耗的不平坦。然而，当通道数量减少时，未能维持全负荷配置的常数倾斜。
图5示出了在光纤跨度16的输出端18的每个通道的光功率，其中EDFA 15工作在对于如图4所示的同样的负荷配置具有可变倾斜的增益的常数增益模式，增益倾斜根据通道数量进行调节。因此，在放大的波段上的增益倾斜选择为：对于所有63个通道为1.6dB，对于31个通道为1.0dB，对于16个通道为0.7dB。从图5显而易见，通过使用适应于负荷配置的可变增益倾斜，可以为任何给定的负荷配置在放大的波段上实现一个近似平坦的增益。输出功率的变化只是与光纤损耗(损耗取决于信号波长)的变化相关联。工作在常数增益模式的具有可变倾斜的增益的EDFA 15的一个特别有利的实现可以通过使用图1所示的光放大器4来实现。
与结合图5所描述的情况成对比，如果没有使用(如图4中)可变倾斜，通道数量的变化将导致每通道输出功率的大的变化(大到1dB)，并且这将随光纤跨度的数量(20个甚至更多)积累。这将为WDM光纤系统带来一个极大的障碍。

Claims (8)

1.一种用于传输一个光信号的光纤系统，包括一个具有多个光纤跨度的光纤线路，该多个光纤跨度由多个光放大器相互连接，其中每个光放大器包括：至少一个可变光衰减器，用于产生所述光信号的放大的增益倾斜，一个拉曼倾斜确定装置，用于确定在跟随在所述光放大器之后的所述光纤跨度中引起的拉曼倾斜，以及一个动态控制器，连接到所述可变光衰减器和所述拉曼倾斜确定装置，用于调节所述增益倾斜使所述拉曼倾斜得到补偿，其中所述拉曼倾斜确定装置包括一个输出功率测量装置，用于测量所述光放大器的所述输出功率，以及一个增益系数确定装置用于确定所述光纤跨度的拉曼增益系数。
2.根据权利要求1所述的光纤系统，其中每个所述光放大器包括一个输入功率测量装置，连接到所述动态控制器，用于测量所述光放大器的输入功率。
3.根据权利要求2所述的光纤系统，其中每个所述光放大器都工作在一个常数增益模式。
4.根据权利要求1所述的光纤系统，其中所述光放大器包括第一和第二放大级以及至少有一个可变光衰减器放置在所述第一和第二放大级之间和/或在所述第一放大级之内。
5.根据权利要求4所述的光纤系统，其中一个色散补偿光纤放置在所述第一和第二放大级之间并且调整所述增益倾斜使在所述色散补偿光纤中引起的一个附加拉曼倾斜得以补偿。
6.一种用于通过根据权利要求1的光纤系统传输一个光信号的方法，包括下列步骤：对每个所述光放大器，通过测量所述光放大器的所述输出功率和确定所述光纤跨度的所述拉曼增益系数，确定在跟随在所述光放大器之后的所述光纤跨度中引起的所述拉曼倾斜，以及调节所述放大器的所述增益倾斜使所述拉曼倾斜得以补偿。
7.根据权利要求6所述的方法，其中测量所述光放大器的一个输入功率和一个输出功率，以及所述光放大器工作在一个常数增益模式。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述光信号的通道的数量通过可重配置分插复用变化。
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