TW444454B - Method and apparatus for saturating an optical amplifier chain to prevent over amplification of a wavelength division multiplexed signal - Google Patents

Description

4 4.4454 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明範圍 本發明係有關於光信號處理。更特別的是，本發明係有 關於當波長多工信號通過一光功率放大器時，使用雜訊來 填入一波長多工信號的空頻道，以避免攜帶實際資料之其 餘頻道的過度放大" 發明背景 任何的光纖通信系統的傳輸距離是受到光纖損失及色散 的限制。對於長距離的光波系統（例如水底系&而言，此 限制可利用光放大器解決。光放大器經由模擬的發射來放 大入射光’而雷射同樣是使用此方法。如圖4所示，當訊號 功率下降低於此臨限值時，一放大器可用來將信號增益推 進超過其工作點臨限值。 光放大器的一個優點是能用來同時放大多個的通訊頻 道’如承載波長劃分多工（WDM)信號的通訊頻道。然而， 當一 WDM信號包括空頻道時’問題便會發生。當wdm信號 通過一光放大器，如一餌素光纖放大器（EDFA)時，EDFA會 過度放大其餘的頻道。其餘的頻道所提高的功率會造成非 線性效應，如激勵的拉曼散佈（SRS)、激勵的布來寧散佈 (SBS)、及自我相位調變（SPM)。SRS和SBS能導致相當的光 纖損失。SPM會導致訊息脈衝部分的頻率/波長漂移，而使 錯誤增加。 此一情況是發生在使用附加/分接多工器（ADMs)|其他 類型的分接單元的光波系統内。一分接單位係在分接及插 入WDM信號的主要裝置□舉例來說，_ adm會解多工一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） n am i ^^^1 ^^1· I ^11 ^^^1 n^i t- ^^^1 ^ r (請先聞讀背面之注再填寫本頁) 444454 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 Α7 Β7 五、發明説明（2 ) W D M彳5號，並將λ i的一波長導至一所需的目的地。它然 後將λ 1波長加入其餘的波長並予以多工處理而形成一新的 信號。 如果一光纖切口發生在一 ADM輸入埠之前，WDM信號 會遺失’且有—零（111111)信號會輸入到ADM。ADM會加入 λ 1及將λ i與零信號做多工處理’並將它傳輸至傳輸媒 °因此，多工信號包括一單獨資訊，而其餘的則維持空 白 甚此k號由一光放大器處理時，放大器會增加；^丨類 道的功率而超過其正常工作點的臨限值。此問題並不會在 傳統的光波系統發生。 發明概述 有鑑於前述問題，在此技術領域中，實需有一方法及裝 置，用以防止一光放大器過於放大一包含許多的空頻道之 w D Μ信號的資訊。 本發明藉由填入雜訊於WD Μ信號之空頻道而執行此功 能，其會使放大器鏈飽和，藉以使放大器將一 W d Μ信號的 資訊提昇至他們適當的工作點，而降低雜訊產生機構所需 之光元件個數。 本發明提供一雜訊回授迴路，其使用光系统中既有的雜 訊’以便在一分接單元之後使放太器鏈飽和。本發明係利 用經濾波放大之自然性發射（AS Ε)雜訊而達成此—目的。 A S E雜訊係在放大程序中發生。藉由激勵發射的程序而提 供放大的共振媒體也會產生自然發射。來自自然發射所增 加的光係表示雷射放大雜訊的一基本雜訊。 -5- 本紙張尺度適用中國國家標隼（CMS〉Μ規格（210X297公釐）

Bm .Μ : n^— I tn^i 二 ^^^1 I 1 一^ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 444454 玉、發明説明（3) ---------「於------17 f請先閩讀背面之注意事項再填蹲本耳} 本發明使用一既有的分接放大器’其會發射作為副作用 的ASE雜訊。一耦合器將AS£雜訊連結至一濾波器。經濾 波之A S E雜訊係藉由一第二耦合器耦接至一既有之幹線放 大器。幹線放大器會將經濾波之A s e雜訊的增益提昇至— 相當高的位準而使放大器鏈飽和。因此，本發明並不需要 一外部雜訊產生襞置。 本發明的其它優點和特徵在下文中之解釋將會更清楚， 本發明的性質藉由參考下列本發明的詳細描述及附加專利 申請範園及一些的圖式而能更加清楚。 里式之簡單說明 圖1是一可運用之本發明的一具體實施例的系統圖。 圖2是一本發明的具體實施例圖。 圖3 (a)是一使用在本發明具體實施例中的一放大雜 訊信號功率與波長的關係圖。 圖3 ( b )是一單獨頻道人丨加入—由光纖切口所產生零信號 的波長與功率的關係圖。 圖3 (c)是一使用在本發明的一具體實施例中，將一單獨 頻道λ i加入一放大ASE雜音信號的波長與功率關係圖。 圖4是一信號顯示其工作點臨限的放大器增益與總功率的 關係圖。 經濟部中夹標隼局員工消費合作社印製 發明之詳細說明 請參考圖式，其中相同的部分是在圖式中標示有參考號 碼，在圖1中所示的是一可使用的本發明具體實施例的系統 方塊圖。 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210 X 2打公釐} 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 444454 A7 _ B7 五、發明説明（4) 圖I是所示為一示範性光波通訊系統，是由所傳輸之波長 劃分多工（WD M)信號丨〇及所進入之光通訊發射機丨2所構 成。發射機12有光源驅動器14，能將wd Μ信號10轉換成 一強度可足以調變光源的驅動電流。光源驅動器丨4會產生 耦合至傳輸媒體1 5 (典型上是光纖）的能量。能量會傳遞至 傳輸媒體15並衰減至某一程度。若要補償此衰減’能量要 送入光放大器1 6和1 8，以增加光領域振幅同時維持其相 位。所放大的能量會導入分接單元2〇，其會分接（dr〇p)X i及增加λ i。在通過分接單元2〇之後，能量會通過光放大 器22和24，並放回在傳輸媒體15上。能量會從另一端的傳 輸媒體1 5離開，且多數會耦合至光感測器2 6。由光感測器 26所接收的光能量會轉換成一光電流^此光電流然ς在接 收機28予以放大，並轉換成在輸出端所接收之Wdm信號 30的信號格式。 圖2顯示本發明的一具體實施例。引入幹線τ I n 4 6會將 光量傳輸至幹線放大器3 2。幹線放大器3 2可以是 E D F A =能量會傳輸至分接單元3 4，其使用分接線5 2自分 接單元之輸入信號色^ i，^使用附加線54而將λ i加至 輸出於引出幹線TOUT 48上之信號。連接至分接線52的 是分接放大器42。分接放大器可以是edfa。另一連接至 分接線52的是經由耦合器40耦接之濾波器38 ^耦合器4〇 可以是一傳統3分貝（dB)耦合器。濾波器3 8是經由光分離 态39並藉由搞合器36而連接至引入幹線TIN 46 ^搞合器 3 6可以是一傳統1〇 dB耦合器。 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公瘦） (請先閲锖背面之注意事項再填寫本頁)

4 444 5 4 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（5) 本發明是以下面的方式操作。一WDM信號是由引入幹線 46承載而傳輸至幹線放大器3 2。光纖切口 5〇會致使wdm 信號遣失。一零信號會通過幹線放大器32，其會在壓縮操 作下增加其增益。所放大的零信號會輸入至分接單元3斗。 分接單元34使用分接線52而從所放大的零信號分接人土。 光分離器46會確保光信號只會以單一方向進行。分接線” 會將λ 1傳遞通過分接放大器42。當人{通過分接放大器。 時，放大器會發射相反的ASE雜訊。此情形之發生是因為 分接放大器4 2也是標稱（n 0 m i n a I )的壓縮，且既然光纖切 口會導致分接信號的遣失，分接放大器42將會停止壓縮而 產生更多相反的ASE雜訊。此ASE雜訊會由轉合器4〇導至 濾波器3 8。 在此具體實施例中，濾波器38是—大約1〇奈米（nm)之帶 通滤波器’具有一大约1557 nm的中央波長。另一種方式 是，濾波器38可放置在放大器鏈的增益通頻帶（pass band) 内，但疋起過4s號頻道的頻帶寬。經由此範例，如果一 WDM信號包括從1554 nm至1561 nm的八個信號頻道時，濾 波器中央波長（λ〇會是1550 nm ,其有一具大約8 nm濾波器 通頻帶（ρλί)。 經渡波的A S Ε雜訊會通過耦合器4 〇，且由幹線放大器3 2 所故大。所放大的ASE雜訊會通過分接；v丨的分接單元 3 4 ’因此會在引出幹線4 8的路徑上拒絕約為人i頻帶寬 (bw)的雜訊。附加信號線54會將λ ;送入分接單元34，而 將λ 1加入所放大的ASE雜訊。其結果是—WDM信號具有 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210x297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 444454 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五'發明説明（6) 除λ i之外的所有填入放大A S E雜訊的頻道。結果，當信號 通過下游（downstream)放大器時，WDM信號會使放大器 鏈的一下游放大器飽和，藉以在信號通過下游放大器時減 少频道λ i的信號:增益=因此，頻道λ i會被放大及維持在 光纖切口之前的正常工作點。 因此，幹線放大器3 2的輸出係經由分接放大器4 2及濾波 器3 8而回授輸入至幹線放大器3 2。當實際的信號頻道出現 時，回授的損失會高於放大器的增益。當幹線輸入使放大 器飽和時，也同樣是如此。因此，進入W D Μ信號的過量雜 訊會被減低=然而，當沒有頻道出現時，回授的損失會低 於放大器增益（小信號增益），且來自於分接放大器4 2之相 反A S Ε雜訊便會增加。 值得注意的是，在引入幹線4 6上獲得正確的雜訊位準是 重要的，俾能使放大器鏈飽和，也就是在鏈上的所有放大 器要維持相同的增益。因此，幹線放大器、分接放大器、 搞合器及遽波器是設計成能自動提供正確的輸出功率（信號 或雜訊）。此外，分接單元3 4必須要建構成維持—固定的輸 出，而不管由分接單元3 4所接收之總功率，例如完全或部 分的光纖切口。 圖3 ( a)是一使用在本發明之具體實施例中的一所放大之 A S E雜訊信號的波長與功率的關係圖。a S E雜訊信號的振 幅是來自一幹線放大器32的功率函數加上（+ )分接放大器 42加上（+ )回授損失及來自幹線放大器的増益壓縮。 圖3 (b )是一信號λ i加入由一光纖切口所產生零信號的一 ** 9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ------訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 44々454 五、發明説明（7) — 波長與功率關係圖。當此信號通過一下游放大器時’其功 率位準會由於所增加的增益壓縮而提昇至高 ”- Α止' 吊的位 〇 圖3(c)是一使信號頻道人i加至一使用在本發明具體實施 例中的AS E雜訊信號的一波長與功率的關係圖。當^號通 過—下游放大器時，它會使放大器飽和，藉以減少λ丨:信 號增益。下游放大器會將頻道;I i功率提昇至其正常的工作 點。 雖然在此處明確地舉例說明及描述—較佳具體實施例， 但是對於本發明的修改及變更涵蓋上面的描述而符合於專 利令請範園時，係不會違背本發明的精神和目的。舉例來 説，雖然本發明的一具體實施例討論包含一單獨資奴的 W D Μ信號’但可知道的是在一光纖切割之後，本發明可運 用在任何剩餘資訊頻道個數。同樣地，A S Ε雜訊源也可以 是在附加信號線5 4上的一放大器（在圖2中並未顯示出）’ 即是一單獨放大器或是如D F B雷射的另—光源。 (請先閲请背面之注意事項再填寫本苋) ’袈· 打 經濟部夬標準局員工消費合作·杜印裝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) M規格（2t0X297公釐）

Claims (1)

1. Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. —種當新資料加入一 WDM信號時使用經濾波之雜訊來飽 和放大器鏈之裝置，包括： 發射雜訊的一第一放大器； 連接至該第一放大器的一耦合器’用以將雜訊從該第 一放大器移開； 連接到該耦合器的一濾波器，用以濾波由該耦合器自 該第一放大器移開的雜訊；及 連接到該ί慮波器的一第二放大器’用以放大該雜訊俾 使放大器鏈飽和。 2. —種加入雜訊至一經多工處理的信號之裝置，該經多工 處理的信號具有複數個頻道，包含： 一第一放大器，用以產生一雜訊信號且具有一第一放 大器輸出； 一濾波器’具有一耦合至該第一放大器輸出之濾波器 輸入，該濾波器接收並濾波該雜訊信號且具有—濾波器 輸出；及 —第二放大器，具有一耦合至該濾波器輸出之第二放 大器輸入，該第二放大器接收並放大該經濾波之雜訊信. 號且具有一第二放大器輸出。 經濟部中央標隼局員工消費合作社印策 ------I---- H - I I - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 3 ·如申請專利範圍第2項之裝置，更包含一附加/分接多工 器（ADM)，具有一耦合至該第二放大器輸出之ADM輸 入，該A D Μ接收該經放大之雜訊信號且結合一資訊信號 與該經放大之雜訊信號以形成經多工處理之信號。 4 .如申請專利範圍第2項之裝置，其中該經多工處理之信號 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4说格（210X297公釐） 444454 Α8 Β3 C8 D8 經濟部中央標準局負工消費合作社印裝 六、申請專利範圍 為一波長劃分多工信號。 5 .如申請專利範園第2項之裝置，其中該雜訊信號為—自然 性發射雜訊信號。 6 -如申請專利範園第2項之裝置，其中該濾波器為一帶通濾 波器。 7 .如申請專利範園第6項之裝置，其中該帶通濾波器濾波該 雜訊信號於一與該第二放大器匹配之增益通帶内及—複 數個頻道外之頻帶。 8 ·如申請專利範園第3項之裝置，其中該A D Μ包含： —解多工器，以解多工該雜訊信號為分離之頻道； 一分接線’以分接一第一頻道雜訊； 一附加線，以附加資訊信號至該第一頻道；及 一多工器’以多工該經解多工之頻道。 9 ·如申請專利範圍第3項之裝置，更包含一第三放大器’以 放大該結合之信號而不會飽和承載於該結合信號之該第 一頻道上之資訊信號。 10. —種用以產生一雜訊填充的信號之方法，包含下列之步 騾： 產生雜訊信號； 濾波該雜訊信號； 放大該經濾波之雜訊信號；及 結合該經濾波之雜訊信號與資訊信號。 11. 如申請專利範圍第1 〇項之方法，其中該結合之步驟更包 含下列之步驟： 本紙張尺度逋用中國國家標準€ CNS ) Μ規格（MX297公釐） --------二！ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 144454 A8 B8 C8 _D8 _ 六、申請專利範圍 解多工該雜訊信號為分離之複數個頻道； 從該第一頻道分接雜訊信號； 附加資訊信號至該第一頻道；及 多工該解多工之頻道。 12. 如申請專利範圍第1 1項之方法，其中該解多工及 步騾更包含波長劃分解多工及多工之步騾。 13. 如申請專利範園第1 0項之方法，其中該產生之步聲更包 含下列之步驟： 接收一零信號； 放大該零信號；及 收集由放大該零信號所產生之反向發射雜訊。 H.如申請專利範圍第1 〇項之方法，其中該反向發射雜訊係 由一經放大之自然性發射雜訊信號所產生。 15. 如申請專利範圍第丨〇項之方法，其中該濾波該雜訊信號 之步驟遽波該雜訊信號於一與該第二放大器匹配之增益 通帶内及一複數個頻道外之資訊通帶。 16. 如申請專利範固第丨1項之方法，更包含放大該結合之信 號而不會飽和承載於該第一頻道上之資訊信號。 Π. —種光位元流，由下列之步驟產生： 產生雜訊信號； 濾波該雜訊信號； 放大該經濾波之該雜訊信號；及 結合該經滤波之該雜訊信號與資訊信號。 1S.如申請專利範圍第1 7項之光位元流，其中該結合之步驟 13 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） f碕先閱讀背面之注_項再填寫本頁) 灯. 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 ABCD 444454 六、申請專利範圍 更包含下列之步驟： 解多工該雜訊信號為分離之複數個頻道； 從該第一頻道分接雜訊信號； 附加資訊信號至該第一頻道；及 多工該解多工之頻道。 19. 一種在一光傳輸系統中產生一光學信號之裝置，具有複 數個頻道，其中一第一组頻道具有雜訊信號，而一第二 组頻道具有資訊信號，該裝置包含： 一第一放大器，以產生反向自然性發射雜訊信號； 一濾波器，耦合至該第一放大器以濾波於雜訊信號； 一第二放大器，耦合至該濾波器以放太該雜訊信號； 及 一附加/分接多工器，耦合至該第二放大器以結合該 經放大之雜訊信號及資訊信號。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -14- 本紙張尺度速用中國國家擦準（CNS ) A4規格（210X297公釐）