專利名稱：不要求鏈路間作電-光轉(zhuǎn)換的光纖鏈路與自由場空間鏈路集成的陸上光通信網(wǎng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陸上光通信，尤其涉及一種新穎改進的全光學陸上光通信網(wǎng)，它集成了光纖與自由場空間兩種鏈路而無須在光纖鏈路與自由場空間鏈路之間作電-光轉(zhuǎn)換，在惡劣氣候條件下為可靠的通信實現(xiàn)相對良好的鏈路功率容限，無縫地集成了遠距離光纖主干鏈路，可對無意識的眼睛損害提供安全性，而且實施相對方便和成本低廉。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代社會要求以相對無差錯的方式在用戶之間發(fā)送大量信息，其中大多數(shù)信息作為數(shù)字信息傳輸，主要是因為數(shù)字技術(shù)能迅速而可靠地傳輸更多的信息，而且大量信息是在計算機之間傳遞的。計算機的應用和計算機技術(shù)的進化擔當了大部分對信息通信增長的需求。過去幾年對信息通信的需求劇增，預計這一需求將持續(xù)到將來。
攜帶大量信息的典型媒體是電導體或銅線。多年來已安裝的電話系統(tǒng)是用于局部或局部化通信的主要媒體。對電信與高速數(shù)據(jù)通信應用有線媒體造成若干難題，而這些難題是因電線引起的。電線對能傳送信息的物理長度或距離帶來了實際限制，冗長的導體把信號衰減到難以或無法識別的程度，通過電線傳導的信號對發(fā)信頻率因而對能攜帶的信息量有一有限的極限。而且，噪聲相對容易被引入電線而劣化電線傳送的信號。線狀導體媒體在許多場合中也難以或無法安裝，有些都市區(qū)連在公用設(shè)施管道中容納附加導體的空間也沒有，而要進入大樓優(yōu)先安裝導體通常很難或不可能，費用肯定很高。為此，通信的許多發(fā)展集中于無線的信息傳輸媒體。
射頻(RF)傳輸避免了許多與有線媒體有關(guān)的物理問題，大氣變?yōu)镽F通信的媒體，因而與入戶、空間和優(yōu)先權(quán)有關(guān)的物理限制不再是最重要的問題。但由于大氣可被所有被允許的用戶自由地利用，故總是存在干擾的可能性。已設(shè)想出各種盡量減小RF干擾的技術(shù)，但實施起來相對昂貴。再者，甚至這些技術(shù)不能有效地保證眾多信息能通過RF廣播可靠地傳送，因為被廣播的信息不能限制于得到能消除干擾源的通信信道或鏈路。
光學媒體比有線和RF媒體具有許多優(yōu)點。大量信息可被編碼成光信號，而光信號并不遭遇許多對有線電氣通信和RF廣播有負面影響的干擾與噪聲問題。而且，從理論上講，光學技術(shù)的信息編碼能力比實際編碼到有線電氣或廣播RF通信上的信息高出三個量級，具有傳送更多信息的優(yōu)點。
光纖是最為流行的傳送光信號的導體型式。雖然光纖導體的缺點在于必須作物理上的安裝，但實際上可通過光纖導體發(fā)送大量信息，減少了必須安裝的光纖導體的數(shù)量，這在難以獲得附加電纜空間的都市區(qū)里避免了某些問題。在長距離傳送信息的場合中，光纖導體是用于這類遠距離傳輸?shù)牡湫兔襟w。
大氣自由場空間鏈路也被用于以光學方法傳送信息。自由場空間鏈路沿光學發(fā)射機與光學接收機之間的一條視線路經(jīng)延伸。光學自由場空間鏈路的優(yōu)點是不必物理安裝導體；另一優(yōu)點是消除干擾源的選擇性，因為光學鏈路直接聚集在光學發(fā)射機與接收機之間，這與無方向性廣播的RF通信不同，因此任何有害的干擾都不出現(xiàn)在這一直接的視線路徑內(nèi)，即鏈路不會干擾被傳送的光信號。
除了優(yōu)點，光學自由場空間鏈路也有若干問題。發(fā)射的光信號的質(zhì)量與功率，在很大程度上依賴于鏈路兩端存在于光學發(fā)射機與接收機之間的氣候條件。下雨、起霧、下雪、煙霧、大氣中的灰塵等會使光束折射或散射，在接收機處減小或衰減了光功率。光學自由場空間鏈路的長度也會影響功率衰減量，因為較長的自由場空間鏈路自然比較短的鏈路包含更多可能使光束散射的大氣因素。而且，光束傳播距離越大，自然越會發(fā)散，最后的束發(fā)散度降低了可供檢測的功率量。若光束衰減足夠大，就會削弱識別以可靠的基礎(chǔ)傳送的信息的能力，增大通信差錯的可能性。大氣衰減尤其減小了以較高傳輸頻率作無差錯通信的可能性，因為較高光學頻率(即較短波長)比較低光學頻率在很大程度上更容易出現(xiàn)大氣衰減。
減少大氣衰減不利影響的一個方法是在自由場空間鏈路中應用激光束傳輸，其頻率具有更大的穿透能力而很少被大氣影響所折射或散射。但更有穿透力的頻率有時容易損傷人的眼睛。為了既保持安全又能避免某些大氣衰減的問題，就要大大限制以這些更有穿透力的頻率以光學方法發(fā)射的功率量。由于更有穿透力的頻率也遭受束發(fā)散性，因而減小功率仍使可靠的信息通信復雜起來。結(jié)果，減小的功率傳輸電平抵消了更有穿透力頻率較少大氣衰減的優(yōu)點。由于以更有穿透力頻率減小了功率，故光學自由場空間鏈路的有效長度仍然有限。
再者，更有穿透力的自由場空間光學頻率不同于一般用于通過長距離光纖通信系統(tǒng)發(fā)射信息的那些頻率。把光纖鏈路產(chǎn)干傳輸頻率轉(zhuǎn)換成自由場空間傳輸頻率，要求作電-光轉(zhuǎn)換。電-光轉(zhuǎn)換涉及把較高頻率的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再以更有穿透力的激光頻率轉(zhuǎn)換回光信號，反之亦然。轉(zhuǎn)換要求附加設(shè)備，增大了陸上光通信網(wǎng)的成本和復雜性。
另外，電-光轉(zhuǎn)換還引入了轉(zhuǎn)換期間產(chǎn)生誤差的可能性，在光纖信號以多種不同波長傳送信息的一般場合下尤其如此。一般光學檢測器對寬頻范圍或波長帶內(nèi)的信息作出響應，而這種寬帶響應損壞了以特定波長傳送的信息。為避免這一問題并保持呈現(xiàn)在不同特定波長光信號里的信息，必須先將光信號濾波成它的不同的波長分量，然后必須以電-光方法獨立地轉(zhuǎn)換各不同的波長分量，再把所有獨立轉(zhuǎn)換的諸分量重新組合成單個光信號。這一過程的復雜性增大了在被傳輸信息中引入誤差的可能性，并增大了用于陸上光通信網(wǎng)的設(shè)備的成本。
電-光轉(zhuǎn)換還用于放大通過光纖纜線傳導的光信號。通過光纜傳導的光信號會衰減，為保持信號強度，必須定期放大這些信號。但近來開發(fā)的摻鉺光纖放大器(EDFA，有時也稱ERDA)，在光信號通過光纖時以光學方法對它放大，無須電-光轉(zhuǎn)換。EDFA讓光在相對寬的波長帶(約30納米(nm))內(nèi)圍繞1.55微米(μm)基本波長被放大。EDFA在遠距離電信系統(tǒng)中尤其有利，因為這些系統(tǒng)一般工作于1.55μm波長范圍。EDFA圍繞1.55μm基本頻率的寬帶放大作用，使得EDFA集成入應用波分復用(WDM)的系統(tǒng)，因而能在同一根光纖中以不同波長同時傳輸獨立的信息。這樣，EDFA由于能避免電-光轉(zhuǎn)換，在長距離光纖電信系統(tǒng)中特別重要和有價值。
本發(fā)明的開發(fā)正是與種種同陸上光通信領(lǐng)域相關(guān)的背景信息因素有關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述和其它諸要求，提出一種從自由場空間鏈路接收光信號的方法。該方法包括步驟接收來自自由場空間鏈路的光；把接收的光引導到多塊透鏡上；把通過每塊透鏡接收的光導入各自的單模光纖；把各條單模光纖輸出的所有光束在一條單模光纖中組合成單條光束；用與一條單模光纖光學耦合的多波長光纖放大器放大該單光束；和把單光束導入與多波長光纖放大器光學耦合的光纖通信系統(tǒng)。
在另一實施例中，本發(fā)明提供一種從自由場空間鏈路接收光信號的光學接收機。該光學接收機包括多塊配置成從自由場空間鏈路接收光的透鏡；多條配置成各自從各自一塊透鏡接收光的單模光纖；配置成在一條單模光纖中把多條單模光纖輸出的光束組合成單光束的組合級；與一條單模光纖光學耦合且配置成放大單光束的多波長光纖放大器；和把多波長光纖放大器光學耦合到外部單模光纖的裝置。
在另一實施例中，本發(fā)明提出一種通過自由場空間鏈路傳輸光信號的方法。該方法包括步驟從第一光纖導體接收用于長距離光纖通信系統(tǒng)的具有預定基本波長的第一光信號；用與第一光纖導體直線連接的光纖放大器放大預定基本波長的第一光信號，形成放大的預定基本波長的第一光信號；用與光纖放大器光學耦合的聚束元件引導放大的預定基本波長的第一光信號通過自由場空間鏈路；和響應于通過自由場空間鏈路接收的第二光信號，控制光纖放大器的功率增益。
在另一實施例中，本發(fā)明提供一種通過自由場空間鏈路傳送光信號的光學收發(fā)機。該光學收發(fā)機包括第一光纖導體；與第一光纖導體直線連接的光纖放大器，被配置成從第一光纖導體接收用于長距離光纖通信系統(tǒng)的預定基本波長的第一光信號并放大其光信號功率，形成放大的預定基本波長的第一光信號；與光纖放大器光學耦合的聚束元件，被配置成引導放大的預定基本波長的第一光信號通過自由場空間鏈路；和配置成響應于通過自由場空間鏈路接收的第二光信號控制光纖放大器功率增益的控制器。
在另一實施例中，本發(fā)明提供一個陸上光通信網(wǎng)，它包括多條光纖鏈路與自由場空間鏈路，在鏈路之間用多波長光纖放大器光學耦合光信號，還包括一控制器，它被配置成響應于通過其中一條自由場空間鏈路接收的光信號，控制至少一個多波長光纖放大器的光學功率增益。
在另一實施例中，本發(fā)明提出一種陸上光通信方法，包括步驟建立多條在其間傳送光信號的光纖鏈路與自由場空間鏈路；在光纖鏈路與自由場空間鏈路之間以光學方法耦合光信號，不作電-光轉(zhuǎn)換；和響應于通過自由場空間鏈路接收的光信號，控制通過一條自由場空間鏈路發(fā)射的傳輸光信號的光學功率。
通過參閱下面概括的附圖、本發(fā)明目前諸較佳實施例的詳述和所附的權(quán)項，可以更完整地理解本發(fā)明及其范圍。


圖1是表示陸上全光通信網(wǎng)的框圖，該網(wǎng)集成了光纖與自由場空間兩種鏈路并結(jié)合了本發(fā)明。
圖2是兩個鏈路頭站部分的框圖，光學收發(fā)機位于圖1所示網(wǎng)的自由場空間鏈路的相對兩端。
圖3是兩個鏈路頭站部分的框圖，光學收發(fā)機位于圖1所示網(wǎng)的光纖鏈路的相對兩端。
圖4是用于圖1所示網(wǎng)的自由場空間鏈路的轉(zhuǎn)發(fā)器部分的框圖。
圖5是用于圖1所示網(wǎng)的光纖鏈路的轉(zhuǎn)發(fā)器部分的框圖。
圖6是用于圖1所示網(wǎng)的路由轉(zhuǎn)換器框圖。
圖7簡單表示原有技術(shù)的摻鉺光纖放大器(EDFA)，用于圖1所示網(wǎng)中的收發(fā)機、轉(zhuǎn)發(fā)器與路由轉(zhuǎn)換器。
圖8是圖7所示EDFA接收的光信號在多個不同波長的示例功率曲線圖。
圖9是圖7所示EDFA放大后提供的光信號在多個不同波長的示例功率曲線圖。
圖10是光學收發(fā)機位于圖1所示網(wǎng)的自由場空間鏈路相對兩端的兩個鏈路頭站部分的框圖，對在其間傳送的光信號實行自適應功率控制。
圖11是光學收發(fā)機位于圖1所示網(wǎng)的自由場空間鏈路相對兩端的兩個鏈路頭站部分的框圖，對在其間傳送的光信號實行另一類自適應功率控制。
圖12是收發(fā)機正視圖，帶圖1所示網(wǎng)中應用的位置調(diào)整機構(gòu)。
圖13是以圖12的直線13-13平面截取的截面圖。
圖14是以圖12中直線14-14平面截取的截面圖。
圖15是框圖，示出按本發(fā)明一實施例制造的另一對自由場空間光學收發(fā)機。
圖16是框圖，示出本發(fā)明一實施例在圖15所示的一個收發(fā)機的示例接收部件RX型式。
圖17和18是框圖，更詳細地示出圖16所示的接收部件RX。
圖19是等體圖，示出本發(fā)明一實施例在圖15中所示一個收發(fā)機的接收部件RX部分的示例型式。
圖20-24均為框圖，更詳細地示出圖19所示的接收部件RX。
詳細描述本發(fā)明的重大改進之一涉及在陸上通信網(wǎng)內(nèi)無縫全光學地集成了光纖鏈路與自由場空間鏈路，在自由場空間鏈路與光纖鏈路之間不作電-光轉(zhuǎn)換。另一改進涉及在陸上光通信網(wǎng)內(nèi)通過光纖鏈路上自由場空間鏈路以不要求頻率轉(zhuǎn)換的波長傳送信息。另一改進涉及在陸上光通信網(wǎng)內(nèi)以對人的視力更安全的激光波長用足夠的鏈路功率容限操作光學自由場空間鏈路，以避免眾多大氣衰減與發(fā)散性的一利影響。又一改進涉及自由場空間鏈路以某一基本波長操作陸上光通信網(wǎng)，所述波長兼容于或近似等于長距離光通信系統(tǒng)一般使用的基本波長。再一改進涉及在陸上光通信網(wǎng)內(nèi)建立非視線而且不使用要求電-光轉(zhuǎn)換的光學轉(zhuǎn)發(fā)器的自由場空間鏈路。還有一個改進涉及改變光學接收機和發(fā)射機的物理定向，以使光束的鏈路功率容限最大，由此提高傳輸可靠性。在這里未特地提及的改進當中，最后要特地提到的改進是通過有效地利用多波長光纖放大器如摻鉺光纖放大器(EDFA，有時也稱ERDA)，構(gòu)制一種相對低成本的陸上全光通信網(wǎng)。
運用一種陸上光通信網(wǎng)和陸上光通信方法，可實現(xiàn)種種改進，其中所述網(wǎng)包括多條光纖鏈路和自由場空間鏈路，在其間用摻鉺光纖放大器(EDFA)等多波長光纖放大器光學耦合光信號；而所述方法包括建立多條光纖鏈路和自由場空間鏈路的步驟，并在其間較佳地用EDFA光學耦合光信號而不作電-光轉(zhuǎn)換。EDFA在光纖與自由場空間鏈路之間光學耦合光信號，因而當光信號在光纖與自由場空間鏈路之間渡越時，不必作電-光轉(zhuǎn)換。相對廉價的EDFA產(chǎn)生全光學的相對寬帶的放大作用，不必作電-光轉(zhuǎn)換。EDFA的基本波長也兼容于長距離和主干通信系統(tǒng)使用的基本波長，因而便于本發(fā)明的網(wǎng)與這些通信系統(tǒng)集成。EDFA的基本波長對人的視力也更安全。
其它改進是通過一種陸上光通信網(wǎng)實現(xiàn)的，該網(wǎng)包括多條鏈路，鏈路間的光信號通過一發(fā)射的EDFA作光學傳輸。發(fā)射的EDFA對光信號作放大，再把它通過鏈路傳輸，而與該發(fā)射EDFA相接的控制器則控制該發(fā)射EDFA的光功率增益?？刂破鞲鶕?jù)通過鏈路接收的光信號的光功率，調(diào)節(jié)被發(fā)射光信號的光功率。一種相關(guān)的陸上光通信方法，涉及檢測通過鏈路接收的光信號的光功率，并根據(jù)檢測的接收光信號的光功率，調(diào)節(jié)通過鏈路發(fā)射的光信號的光功率。
其它較佳的功控改進方面，包括根據(jù)在發(fā)射與接收位置所接收的信號功率控制光功率增益，控制接收放大器的光功率增益，在鏈路的接收與發(fā)射端之間以光學方法發(fā)送功控信息，以及控制發(fā)射與接收EDFA的光學增益而得到最佳質(zhì)量信號。
通過按照這些改進來控制發(fā)射與接收的功率，可利用光通信有效的較高功率盡量減小EDFA較小穿透力波長的缺點。而且，功控改進可獲得較佳質(zhì)量的光信號來傳送信息。
其它改進由一種陸上光通信網(wǎng)實現(xiàn)，該網(wǎng)包括多條鏈路，鏈路之間用一收發(fā)機以光學方法傳送光信號，該收發(fā)機發(fā)射與接收通過鏈路傳送的光信號，而與收發(fā)機相接的控制器根據(jù)通過該鏈路接收的光信號，控制該收發(fā)機相對于鏈路光信號路徑的物理位置。一種陸上光通信方法包括步驟把調(diào)整機械接至收發(fā)機以調(diào)整該收發(fā)機的位置，和通過控制該調(diào)整機構(gòu)來調(diào)整收發(fā)機位置。按這些改進控制調(diào)整機構(gòu)的位置，對傳送信息保證了較佳質(zhì)量的光信號。
本發(fā)明的諸種改進被引用于如圖1所示的陸上光通信網(wǎng)20。網(wǎng)20包括多個鏈路頭站22，光信號在這些頭站之間傳送并通過這些頭站傳送。光信號通過光學自由場空間鏈路24和光纖導體鏈路26傳導，這些鏈路在鏈路頭站22之間延伸。根據(jù)本發(fā)明，自由場空間鏈路24和光纖鏈路26在網(wǎng)20中以無縫方式集成在一起，避免了在自由場空間鏈路24與光纖鏈路26之間傳送的光信號的電-光轉(zhuǎn)換，通過自由場空間鏈路和光纖鏈路傳送同一頻率與波長的光信號。
通過自由場空間鏈路24和光纖鏈路26傳導的光信號較佳地是激光束，其基本頻率或波長用包含待傳送信息的其它頻率的信號編碼。收到用信息編碼的激光束后，即將該信息與基本波長分開或譯碼，并分成各個信息信號。已知多種不同的技術(shù)適用于把信息編碼到基本波長光信號上并對其譯碼信息，諸如波分復用法(WDM)。一旦被分成各個含信息信號，通常就將該光學信息轉(zhuǎn)換成電信號信息并為位于和接至各鏈路頭站22的計算機設(shè)備應用。接各鏈路頭站22的計算機設(shè)備是常規(guī)通信設(shè)備，如電話設(shè)備、數(shù)據(jù)通信設(shè)備、主機架或服務器計算機、有線或光學局域網(wǎng)節(jié)點等。
網(wǎng)20的某些鏈路頭站22和鏈路24與26的特征與功能，在下面更具體地描述。為便于描述，圖1中用附加字母或其它標號指示某些站和鏈路。網(wǎng)20可接光纖導體26’，后者構(gòu)成廣域、都市區(qū)或遠距離主干光纖通信網(wǎng)或系統(tǒng)的一部分，因而網(wǎng)20可以包括在地域上延伸相當長距離的光纖主干鏈路26’。鑒于有些鏈路26’的長度，把轉(zhuǎn)發(fā)站28a在鏈路26’中以物理上預定分開的間隔定位。各轉(zhuǎn)發(fā)站28a的作用是提升通過鏈路26’傳送的信號的光功率，較佳地各轉(zhuǎn)發(fā)站28a應用摻鉺的光纖放大器(EDFA)。EDFA純粹是以直線安裝在鏈路26’中用于增大光信號強度而不要求電-光轉(zhuǎn)換的光功率放大器。
另外，若站22a與22b的地域距離長得足以要求放大光信號，在網(wǎng)20的站22a與22b之間延伸的光纖鏈路26中還可包括轉(zhuǎn)發(fā)站28b，其作用類似于主干轉(zhuǎn)發(fā)站28a。
在站22c與22d之間延伸的自由場空間鏈路24a中包含轉(zhuǎn)發(fā)器28c，除了在自由場空間鏈路24a中放大光信號外，它還允許自由場空間鏈路24a圍繞自然的或人造的障礙物如圖1所示的山29轉(zhuǎn)向，所以自由場空間鏈路24a在鏈路頭站22c與22d之間不是一條視線光路。
有些鏈路頭站22也可對通過鏈路24與26傳送的信息起到路由轉(zhuǎn)換器的作用，例如鏈路頭站22b具有把接收自光纖鏈路26的光信號傳到一個或多個鏈路頭站22i。這樣，只為一個鏈路頭站22i指定的光信號可以從站22b傳送到站22i，不必向不指定該信號的其它站22i發(fā)送同一光信號。同樣地，鏈路頭站22a對為站22h指定的信息起著路由轉(zhuǎn)換器的作用，而鏈路頭站22d則將光信號傳給通過自由場空間鏈路24和光纖鏈路26與之相接的兩個站22。
近來，鏈路頭站22c對光纖主干鏈路26’中的信號起著路由轉(zhuǎn)換器與轉(zhuǎn)發(fā)器的雙重作用，對其路由功能，站22c把光信號導向站22a、22d與22f；對其轉(zhuǎn)發(fā)器功能，站22c在光纖主干鏈路26’上放大通過它傳導的光信號。
站22h與22a通過光纖鏈路26以普通星形或總線結(jié)構(gòu)連接，站22b同樣通過自由場空間鏈路24以普通星形或總線結(jié)構(gòu)連接站22i，站22j與22f連接成普通環(huán)形結(jié)構(gòu)，而站22f則起著該環(huán)形結(jié)構(gòu)和網(wǎng)20的站22的節(jié)點的作用。環(huán)形、總線和星形結(jié)構(gòu)是通信網(wǎng)普通的連接構(gòu)形，網(wǎng)20顯然可以包括任一種或全部這些結(jié)構(gòu)。
每個站22包括一個通過自由場空間鏈路24或光纖鏈路26傳送光信號的光收發(fā)機。一例光收發(fā)機30示于圖2，它位于光學自由場空間鏈路24的各鏈路頭站22。各光收光機30包括一只接收的聚束元件32，用于接收來自自由場空間鏈路24的光信號并把它聚入光纖34。聚束元件32可以是透鏡、拋物面小鏡等，在光通信系統(tǒng)里很普通。光纖34與EDFA36直線連接，后者放大接收自鏈路24的光信號強度，并在光纖38上提供該光信號。光纖38接普通波分復用(WDM)裝置或分路器40，分路器40把光信號分成其各種分量并在42提供這些分離的信號。若鏈路頭站22里的設(shè)備(圖1)接收且要求電信號，則把42處提供電光信號送光學轉(zhuǎn)換器(未示出)，后者將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。
以類似方法，收發(fā)機30還包括一普通的發(fā)射聚束元件44，它將出射光束聚集并引導通過光學鏈路24。包括發(fā)射束的信號在46來自位于鏈路頭站的設(shè)備。信號46是原生的或在鏈路頭站由電-光轉(zhuǎn)換派生的光信號。信號46供給WDM裝置或復用器48，后者在46把分離的信號復用成單個光信號并供給光纖導體50。EDFA52與光纖導體50直線連接，它接收來自光纖導體50的信號，放大其光信號強度或功率，并把放大的信號供給光纖導體54。光纖導體54把放大的光信號供給發(fā)射聚束元件44，后者通過自由場空間鏈路24發(fā)射該光信號。
自由場空間鏈路24相對端的鏈路頭站22，結(jié)構(gòu)相似，如圖2所示。由于自由場空間鏈路24兩端收發(fā)機30的物理位置或角度定向可以移動，所以較佳地對各聚束元件32與44接一個位置調(diào)整機構(gòu)56。調(diào)整機構(gòu)56以水平與垂直參照系調(diào)整元件32與44的角位置，以跟蹤接收束的任何角位置變化。
由于發(fā)射站接至例如在風力影響下會前后擺動的高層窗務樓，所以接收束的角位置會變化。另舉一例，若云霧通過自由場空間鏈路24移動，其中的水汽會稍稍折射光束，位置調(diào)整機構(gòu)56則響應于控制信號移動聚束元件32與44的位置。
由于各收發(fā)機30的EDFA36和52通過光纖34與54分別接聚束元件32和44，所以EDFA36和52不必在物理上處于聚束元件32與44的位置，可以位于大樓或其它掩蔽所內(nèi)部，在熱學上更穩(wěn)定的環(huán)境內(nèi)實現(xiàn)增強的性能。
圖3的58示出一例應用于光纖鏈路26兩端鏈路頭站22(圖1)的收發(fā)機。與圖2的自由場空間鏈路收發(fā)機30相比，由于光纖導體26a與26b載送并約束著光信號，所以光纖鏈路收發(fā)機58不用聚束元件32與44(圖2)。接收EDFA36從光纖導體26b直接接收光信號，并在送給分路器40之前先作放大。同樣地，發(fā)射EDFA52接收來自復用器48的信號，對它放大后再供給光纖鏈路導體26a。
圖4示出一例自由場空間轉(zhuǎn)發(fā)器(如圖1的28c)應用的收發(fā)機60。自由場空間轉(zhuǎn)發(fā)器收發(fā)機60也包括兩個用于放大被接收與發(fā)射的光信號的EDFA62和64，例如EDFA62接收通過光纜66傳導的來自圖4右側(cè)所示接收聚束元件32的光信號，并對這些光信號作放大而無須電-光轉(zhuǎn)換，再在光纜68上將放大的光信號供給圖4左側(cè)所示的發(fā)射聚束元件44。同樣地，圖4左側(cè)所示的接收聚束元件32接收光信號，這些信號通過光纖導體70傳導到EDFA64，而后者放大這些信號，并通過光纖導體72將放大的信號供給圖4右側(cè)所示的發(fā)射聚束元件44。還把位置調(diào)整機構(gòu)56接至轉(zhuǎn)發(fā)器放大器收發(fā)機60的每個聚束元件32和44。收發(fā)機60的EDFA62和64在自由場空間鏈路24中放大雙向通過該轉(zhuǎn)發(fā)器的光信號，無須電-光轉(zhuǎn)換。
圖5在74處示出一例光纖轉(zhuǎn)發(fā)器(如圖1的28a或28b)的收發(fā)機。該收發(fā)機74包括兩個EDFA76與78。EDFA76接在光纖鏈路26的光纖導體26c內(nèi)，操作時放大通過光纖導體26c傳導的在通過EDFA76時的光信號。同樣地，EDFA78接在光纖導體26d內(nèi)，操作時放大通過該導體傳導的光信號。這樣，就放大了雙向通過轉(zhuǎn)發(fā)器收發(fā)機74的光信號。EDFA76和78在光纖鏈路26的光信號通路里直接直線連接，放大通過光纖鏈路26傳導的光信號的功率，不用電-光轉(zhuǎn)換。
諸站的路由轉(zhuǎn)換功能以站22b為例，它包括一個圖6所示已知的市售光學路由轉(zhuǎn)換器80。該路由轉(zhuǎn)換器80能響應包含在接收自光纖鏈路26e與26f的光信號里的信息。根據(jù)包含在通過光纖鏈路收發(fā)機74接收自光纖鏈路26的光信號里的路由信息，路由轉(zhuǎn)換器80激發(fā)一個有關(guān)自由場空間收發(fā)機30向選擇的一個站22i發(fā)送光信息。源自一個站22i的信息通過自由場空間鏈路24像光信號一樣由該站22i的收發(fā)機3發(fā)射，并被路由轉(zhuǎn)換器80的收發(fā)機30接收。每當發(fā)射站22i有該信息時，就以這種方式發(fā)射光信號。收到來自發(fā)射站22i的光信號后，若該信息為另一站22i指定，路由轉(zhuǎn)換器80就立即把光信號里的該信息向該站發(fā)送，或者通過光纖鏈路收發(fā)機74在光纖鏈路26上發(fā)送該光信號。
從前面的討論可知，所有的鏈路頭站22和轉(zhuǎn)發(fā)站28都用EDFA放大接收和發(fā)射的光信號。為得到可靠地傳送光信號所攜帶的信息所需的功率電平，EDFA不要求電-光轉(zhuǎn)換。
通過參閱圖示EDFA功率放大作用的圖7-9，能更好地理解普通EFDA的功能特性。EDFA包括一摻鉺的光纖纖芯82，泵激光器84對摻鉺纖芯82提供附加的光能，較佳地泵激光器84是一種受供給它電信號控制的激光二極管。由于摻雜的鉺與泵激光器84所供附加光能的互作用，導致無須-光轉(zhuǎn)換而放大信號的能力。EDFA的鉺與泵激光器84所加附加光能發(fā)生互作用，放大被發(fā)射光信號的強度或光能。
準備放大的光信號86在摻雜纖芯82的左端被接收(如圖7所示)，該接收的信號在四個載信息波長都具有如功率圖88(圖8)所示的功率。信號通過摻雜纖芯82時，通過鉺與泵激光器84所加光能的互作用，來自泵激光器84的能量被加到信號86的能量里，增加的能量增大了四個波長各自的功率量，如功率圖90所示(圖9)。這樣，與被接收信號86相比，發(fā)射的信號92在所有四個波長的光功率明顯增大，而功率增大完全靠鉺與來自泵運激光器84的光能的光學作用實現(xiàn)的，不用電-光轉(zhuǎn)換。因此，EDFA就是一例多波長光纖放大器。雖然在這里提供的實例中使用了EDFA，但應明白，可按本發(fā)明諸實施例對EDFA構(gòu)成能支持多波長的任一類光纖放大器(即多波長光纖放大器)。
在應用中，普通EDFA應用作為泵光源的單空間模激光二極管和分割復用耦合器，把來自激光二極管的泵激光學耦合入摻鉺光纖纖芯。該方法由于單空間模激光二極管可提供的功率很小，即約0.1mW，無法使功率標度超出50毫瓦(mW)，故通常要用多只二極管。
通過使用包覆光纖可以回避多只二極管的要求。在雙包覆光纖中，光在直徑約100μm～400μm的相對大的內(nèi)包層中傳播并被摻雜的單模纖芯吸收。內(nèi)包層直徑大得足以能有效地耦合來自大功率寬區(qū)激光二極管非衍射限制的放射。這種泵激光器到處有售，價格極為低廉，100μm條寬可產(chǎn)生約1.0瓦輸出功率。因此，應用雙包覆光纖的EDFA尤其有利于獲得相當高的功率輸出。
而且還知道，對纖芯一起摻以鉺與釔，可進一步提高雙包覆EDFA的性能。在靠近975nm釔吸收峰的泵運波長處，具有這一特征的一起摻雜的纖芯實現(xiàn)了短的泵運吸收長度。泵激的釔原子以非輻射方式將其能量轉(zhuǎn)移到鉺原子，在1.55μm波長得到更高的光學增益。
EDFA技術(shù)能有利地應用于本發(fā)明的另一已知的方面是V槽側(cè)面泵運技術(shù)。V槽直接形成為摻雜纖芯的側(cè)壁，光纖側(cè)壁上直射的泵運光撞擊V槽在光學上平滑的小平面，再被發(fā)射耦入纖芯內(nèi)包層。由于在玻璃與空氣小平面界面出現(xiàn)全內(nèi)發(fā)射，能實現(xiàn)極有效的耦合，使用100μm寬帶條形激光器和短形內(nèi)包層為50×120μm的雙包覆光纖，二極管-光纖耦合效率可達80％。V槽側(cè)面泵運技術(shù)使纖芯端部無障礙，能與其它光纖直接拼接。為在多點注射功率，可在纖芯中形成多條V槽，這些V槽對纖芯里的信號并不引入反射或損失。與其它大功率光學放大器相比，這些優(yōu)點能以較低成本建造密死難者而有效的EDFA。
EDFA原先被開發(fā)成光纖鏈路轉(zhuǎn)發(fā)器放大器。光纖摻鉺可在以1.55μm基本波長為中心的約30nm的寬波長帶內(nèi)實現(xiàn)光放大作用。1.55μm波長通常用于長距離光通信系統(tǒng)，故EDFA在這些長距離光纖應用中尤其有利。在帶自由場空間鏈路的光通信網(wǎng)中，以前并否認為1.55μm波長很重要，因為1.55μm波長易于經(jīng)受大氣衰減引起的大量折射。雖然該波長在出現(xiàn)大氣衰減條件時不能有效地穿透大氣，但是能安全地應用較高功率的1.55μm光信號抵消1.55μm波長差的穿透特性。
再者，本發(fā)明應用若干技術(shù)確保自由場空間鏈路中有效的優(yōu)化功率量而不管出現(xiàn)的大氣衰減條件。這些技術(shù)包括為補償和克服大氣衰減條件而在鏈路頭站控制被接收和被發(fā)射的功率電平的自適應功控技術(shù)，和在物理上將收發(fā)機移入接收光束較佳位置的束跟蹤技術(shù)。
本發(fā)明的自適應功控技術(shù)的認識基礎(chǔ)是兩種鏈路頭站的收發(fā)機都通過同樣的大氣媒體發(fā)射光信號。兩收發(fā)機之間的自由場空間鏈路呈現(xiàn)同樣的衰減特性，與光信號傳播方向無關(guān)。根據(jù)被接收信號強度與事先對自由場空間鏈路所建立的優(yōu)化信號強度的比較，在各鏈路頭站建立功控。若接收的信號強度小于優(yōu)化值，則基于接收鏈路頭站同樣在接收其低于優(yōu)化功率量的被接收光信號這一假設(shè)，功控器就增大發(fā)射EDFA的放大功率。為增大接收后提供的信號的光功率，控制器同樣增大EDFA的放大功率。若接收的信號強度大于優(yōu)化值，則功控器仍基于同樣的假設(shè)降低發(fā)射和接收EDFA的功率。另一鏈路頭站同樣采納該功控技術(shù)，直到這兩個站通過連接它們的自由場空間鏈路對大氣條件建立了優(yōu)化功率電平。
圖10示出的兩個鏈路頭站22都具備這種自適應功控形式的能力，各站22配用先前結(jié)合圖2描述的收發(fā)機30。在接收的信號42中，其中一個42’加給控制器100。控制器100包含微處理器或微控制器、存儲器和其它有關(guān)設(shè)備，全都編程為起這里所述的作用。在其它功能當中，控制器100判斷接收信號42’的強度，并據(jù)此向與發(fā)射和接收EDFA52與36相關(guān)的泵激光器84分別提供102和104的控制信號?？刂菩盘?02控制泵激光器84向EDFA52的摻雜纖芯提供的光能量和發(fā)射EDFA52實現(xiàn)的功率放大程度，而控制信號104控制泵激光器84向EDFA36的摻雜纖芯提供的光能量和EDFA36實現(xiàn)的功率放大程度。
控制器100含有記錄在存儲器里較佳地記錄在查表里的信息，該信息規(guī)定了在晴朗無妨礙氣候條件下實現(xiàn)良好通信的預定的光功率優(yōu)化值。一旦確定接收信號42’的功率與該優(yōu)化值不同，就用差值求出控制信號102和104。把控制信號102加到泵激光器84，使發(fā)射EDFA52提供的光功率量，應讓接收鏈路頭站22經(jīng)受相當于在優(yōu)化條件的功率電平或功率容限。同樣地，控制信號104使接收信號38達到該鏈路頭站實現(xiàn)良好識別與通信的優(yōu)化功率電平。另一鏈路頭站22也具備同樣的功率自適應技術(shù)。
這些自適應功控作用為收發(fā)機30之間的良好通信建立了功率電平。在優(yōu)化條件下，發(fā)射與接收EDFA的功率放大量基本上一樣，這種同一性包含對噪聲的最大光信號增益?？勺兎糯笃鞴β孰娖奖ＷC了各收發(fā)機有合適的功率或鏈路容限。由于各鏈路頭站22根據(jù)接收信號的功率量來修正其功率輸出而不用另一鏈路頭站的反饋，所以控制器100還較佳地以阻尼時延或步進方式對發(fā)射EDFA建立功率增益，避免信號強度在鏈路頭站之間的不穩(wěn)定擺動或振蕩。利用合適的阻尼作用，各鏈路相對兩端的收發(fā)機的發(fā)射與接收EDFA都能實現(xiàn)優(yōu)化的通信工作條件。
另一種自適應功控技術(shù)利用了來自另一鏈路頭站的反饋信息，該技術(shù)示于圖11。在自適應功控的這種反饋形式中，在鏈路頭站22m與22n之間傳送的信號之一用于在這兩個鏈路頭路之間傳送狀態(tài)與控制信息。為作圖示，鏈路頭站22m接收信號42x，它含有自由場空間鏈路24另一端發(fā)射鏈路頭站22n的控制器100被斷定對接收從站22m發(fā)射的信號為優(yōu)化的功率電平。信號42x里包含的該功控信息，是站22n根據(jù)過去從站22m接收的信號強度而求出的。根據(jù)信號42x所含的該信息，站22m的控制器100向發(fā)射與接收EDFA52與36的泵激光器84分別提供控制信號102與104，而以后從站22m發(fā)射的信號包含了站22n被事先確定為對接收這些信號優(yōu)化的功率電平。
同樣地，站22m的控制器100向復用器48提供控制信號46y。信號46y由站22m的控制器100根據(jù)站22m事先從站22n接收的信號強度而求出。控制信號46y與其它含信息信號46一起被復用器48復用，并通過自由場空間鏈路24被站22m的EDFA52發(fā)射到另一站22m。站22n將來自發(fā)射信號46y的該信息接收為接收信號42y。包含在信號42y里的該信息由站22n的控制器100譯出，而提供的控制信號102和104用于控制站22n的EDFA52與36的發(fā)射與接收功率?？刂菩盘?02會發(fā)射站22n的EDFA52向站22m提供信號，其功率電平被站22m事先確定為通過自由場空間鏈路24作接收已優(yōu)化。控制信號104會站22n的EDFA36向站22n的分路器40提供優(yōu)化電平信號。為實現(xiàn)最大放大作用而引入最小噪聲，較佳地使EDFA52和36的發(fā)射與接收增益接近相等。
站22n的控制器100還向復用器48提供包含在對站22m下一次傳輸里的信號46x，該信號含有站22n希望在其從站22n接收的傳輸中的信號強度信息。信號46x里的該信息出現(xiàn)在站22m的控制器100所接收的信號42x中。
通信網(wǎng)20(圖1)內(nèi)為控制與狀態(tài)信號所保留的一獨立波長，可用于使各站對每個與之通信的站建立優(yōu)化功率傳輸電平。根據(jù)各站提供的控制信號，在各站控制器100的存儲器里建立該功控信息表。當信號準備用于與發(fā)射站通信的一個站時，就查詢各站的專用信息，并把它用于控制發(fā)射與接收EDFA52與36的光功率。而且因接收信號的強度被不斷更新與評估，故可連續(xù)調(diào)節(jié)功率調(diào)整以適應變化的大氣與其它條件。
自適應功控技術(shù)能提供重要的鏈路功率容限或放大作用，如發(fā)射與接收EDFA的增益能達到約50dB的組合增益，使光通信鏈路的聯(lián)接容限增大同一量。結(jié)合自適應功控用雪崩光檢測器增強接收光信號的強度，可實現(xiàn)比以前在激光束光通信網(wǎng)中可達到的高得多的鏈路功率容限。
除了控制發(fā)射和接收的光功率，各鏈路頭站的控制器還可參與通過在諸控制器之間以一個獨立的波長信號傳送網(wǎng)狀態(tài)與管理信息所實行的網(wǎng)管理操作。例如，可將網(wǎng)管理信息包含在已結(jié)合自適應功控描述的信號42x與42y里(圖11)。各鏈路頭站有一獨特標識，利用這一標識，可對各鏈路頭站分別尋址各鏈路頭站控制器所建立的響應與操作特性。通過在各特定鏈路頭站與管理中心之間傳送狀態(tài)請求信息，該獨特標識可從遠地網(wǎng)管理中心逐一查詢諸鏈路頭站。在該獨立波長信號上傳輸該控制、狀態(tài)與管理信息并不妨礙一般信息通信，因為該專用波長信號是為狀態(tài)、控制與管理信息通信保留的。
較佳地，各站22還通過在物理上調(diào)整其發(fā)射與接收聚束元件32與44的位置與角度定向，提高了其發(fā)射與接收光信號的質(zhì)量。物理上調(diào)整聚束元件32與44的位置由圖2、4、10與11所示的位置調(diào)整機構(gòu)56實施。
造成束位置物理偏移狀況的例子包括發(fā)射或接收鏈路頭站移動和大氣條件引起的光束折射。若發(fā)射或接收鏈路頭站裝在多層商務樓的頂層，而且商務樓在風力影響下略微擺動，光束將射在接收聚束元件上的不同位置。包括空氣內(nèi)含潮氣的大氣條件會使大氣折射率隨大氣中的潮濕度而變化，站間自由場空間可變的折射率會使光束彎曲。其它一些已知因素也可參與使最初對發(fā)射與接收聚束元件之間優(yōu)化視線位置建立的物理位置發(fā)生偏移。
為了適應這些物理變化合理的量同時保持優(yōu)質(zhì)的光束，各接收站的控制器100評估被接收束的強度和接收束撞在接收聚束元件32上的位置，如圖10和11所示。各接收站的控制器100評估接收信號42’(圖10)和42x與42y(圖11)，若評估表明信號強度變小，或者光束撞在聚束元件上的位置有偏移，控制器100就產(chǎn)生向位置調(diào)整機構(gòu)56提供的控制信號106。調(diào)整機構(gòu)56響應于控制信號106，移動接收聚束元件32或發(fā)射聚束元件44中的至少一個，直到實現(xiàn)優(yōu)化的功率或撞擊位置。
由于光信號通過其傳播的大氣媒體是同一媒體，與光束傳送方向無關(guān)，因此發(fā)射聚束元件44與接收聚束元件32一起移動，通常將這兩種元件定位于有效通信的優(yōu)化位置。不過希望的話，可在適當位置分開調(diào)整發(fā)射與接收聚束元件?？刂破?00根據(jù)接收的信號對控制信號106獨立地確定位置控制信息，或者該位置控制信息由接收站建立，再傳回通過把控制與狀態(tài)信號同其它傳送的信息信號合在一起作位置調(diào)整的站，方法與結(jié)合圖11討論的傳送自適應功控信號的方法相同。
聚束元件32與44和位置調(diào)整機構(gòu)56的一較佳實施例示于圖12-14。把多個光學接收機110和多個光學發(fā)射機112裝在載體114上。各光學接收機110包括一塊將入射光聚集到管子118內(nèi)一焦點上的透鏡116，管子118連到載體114。光纖導體120的一端位于該焦點接收來自透鏡116的光。從光學接收機110進入光纖導體120的光在普通合束器121中組合，組合的光在34形成接收的光信號(圖2、10和11)。同樣地，各光學發(fā)射機112包括一塊裝在管子124里的透鏡122，管子124也接到載體114，透鏡122把接收自光纖導體126的光聚集成窄發(fā)射束128，各光學發(fā)射機112有其自己導向它的光纖導體126。EDFA52(圖2、10和11)在54處產(chǎn)生的光信號由普通分束器127分成若干獨立的信號，并將這些獨立信號之一供給每個光纖導體126。
光學接收機110和發(fā)射機112裝在載體114上，它們的光軸相互平行，光軸一般平行于分別容納接收機110和發(fā)射機112的柱形管118與124的軸線。載體114上還裝有一臺對準望遠鏡130，望遠鏡130由透鏡134位于管子132每一端的管子132構(gòu)成。望遠鏡130的光軸和管子132的軸線也平行于光學接收機110與光學發(fā)射機112的光軸。對準望遠鏡130用來將光學接收機和發(fā)射機的初始定向瞄準到自由場空間鏈路另一端鏈路頭站的光學接收機和發(fā)射機位置上。管子118、124和132都用支承結(jié)構(gòu)136連接在一起，使光學接收機110、光學發(fā)射機112和對準望遠鏡130在物理上保持平行的光學排列并牢固地接至載體114。
載體114用萬向接頭140接外殼138。萬向接頭140由環(huán)142構(gòu)成，環(huán)142在環(huán)142和載體114上經(jīng)向相對的位置上的框軸連接件144連接載體114。這樣，載體114和附接的接收機110與發(fā)射機112以及對準望遠鏡130能在與通過框軸連接件144的軸線垂直的平面內(nèi)的框軸上轉(zhuǎn)動。萬向接頭140還包括另兩個與框軸連接件144位置偏移90度的框軸連接件146，用于把環(huán)142接至外殼138，因而環(huán)142能在與通過框軸連接件146的軸線垂直的平面內(nèi)在框軸上轉(zhuǎn)動。這樣，萬向接頭140的框軸連接件144與146連接著光學接收機110與發(fā)射機112，使它們可在水平與垂直兩個平面內(nèi)自由地在框軸上轉(zhuǎn)動。
在載體114與外殼138之間連接兩臺伺服電機，其中一臺示于148。伺服電機在通過框軸144與146延伸的兩個相互垂直的平面內(nèi)，相互以90度位置連接。各伺服電機經(jīng)向相對的是接在載體114與外殼138之間的彈簧軸承150，它對載體114施加偏置力，迫使載體114移向伺服電機148。這樣在通過伺服電機148和彈簧軸承150延伸的平面內(nèi)，伺服電機148的位置建立了接收機110、發(fā)射機112和對準望遠鏡130諸光軸的角度。該角度是通過繞框軸連接件144轉(zhuǎn)動得到的(圖12)。另一伺服電機及其相對的彈簧軸承(都未示出)以同樣方式操作，在與第一平面垂直的平面內(nèi)調(diào)整接收機110、發(fā)射機112和對準望遠鏡130的角度定向。該角度是通過繞框軸連接件146實現(xiàn)的(圖12)。
運用萬向接頭140和伺服電機利用來自控制器100(圖10與11)的控制信號106所建立的位置控制，能調(diào)整接收機110和發(fā)射機112的角度位置，以適應自由場空間鏈路相對端另一鏈路頭站的小小移動。該調(diào)整功能提高了在鏈路頭站之間發(fā)射的光束的質(zhì)量。以提高在鏈路頭站之間傳送的信息的質(zhì)量與可靠性。為避免鏈路頭站收發(fā)機位置不穩(wěn)定的擺動或振蕩，控制器100較佳地以阻尼、時延和/或步進方式建立位置控制。
伺服電機也可用提供可靠而精密的位置控制的任何其它類裝置替代，如壓電裝置。多個接收機110和多個發(fā)射機112具有增大發(fā)射和接收光信號總面積的作用。發(fā)射與接收面積越大，光能的傳遞越佳。多個發(fā)射機與接收機還減小了閃爍的影響，提高傳送的光信號質(zhì)量。
本發(fā)明描述的諸改進說明可用EDFA有效地建立一種陸上光通信網(wǎng)，它包含混合組合的用全光學EDFA無縫連接的自由場空間鏈路鏈路與光纖鏈路。通過用相對廉價的EDFA直接集成自由場空間鏈路和光纖鏈路，避免了電-光轉(zhuǎn)換及其有關(guān)的困難和成本。根據(jù)EDFA的要求，雖然光信號通過該集成型混合陸上網(wǎng)傳導的波長并不優(yōu)化成穿透不利的氣候條件，但是可以傳遞的功率量相當大，因而增強了通信能力。EDFA的波長因而也是自由場空間傳輸不大會損傷人的眼睛。在變化的大氣條件下，各鏈路頭站的自適應功控對優(yōu)化通信有效地控制了被發(fā)射與接收的信號的功率。對各鏈路頭站光學收發(fā)機位置的控制能力，也有助于光信息通過網(wǎng)的自由場空間鏈路作更可靠和有效的通信。在完全理解和明白了本發(fā)明的全部細節(jié)之后，許多其它改進和優(yōu)點也是顯而易見的。
參照圖15，圖示為另一對按本發(fā)明一實施例制造的自由場空間光學收發(fā)機200與202，它們是通過光學自由場空間鏈路204傳送數(shù)據(jù)的理想收發(fā)機。與上述裝置相似，收發(fā)機200、202能接收來自光學自由場空間鏈路204的光學數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)提供給光纖系統(tǒng)，不用電-光轉(zhuǎn)換。反過來說，收發(fā)機200、202能接收來自光纖系統(tǒng)的光學數(shù)據(jù)并通過光學自由場空間鏈路204發(fā)送該數(shù)據(jù)，也不用電-光轉(zhuǎn)換。由于收發(fā)機200、202中不出現(xiàn)電-光轉(zhuǎn)換，故把它們稱作“全光學收發(fā)機”或“全光學系統(tǒng)”。
在該圖示例中，收發(fā)機200、202各自包括發(fā)射部TX與接收部RX。各發(fā)射部TX包括直接接單模光纖(SMP)光纜的連接器206，例如光纜載送1.55μm(即1550納米(nm))基本波長(也稱1550nm帶)的數(shù)據(jù)。接收發(fā)機200的發(fā)射SMF光纜標為208，接收發(fā)機202的發(fā)射SMF光纜標為210，二者一般光學耦合至長距離光纖通信系統(tǒng)。這里用“光學耦合”表示無電-光轉(zhuǎn)換的耦合。因此，長距離光纖通信系統(tǒng)載送的光學數(shù)據(jù)可光學耦合入SMF光纜208、210，再從這里將光學數(shù)據(jù)通過自由場空間鏈路204發(fā)射，完全不用電-光轉(zhuǎn)換。
連接器206經(jīng)光纜214耦接多波長光纖放大器212?？捎糜诒景l(fā)明的一例多波長光纖放大器就是上述的摻鉺光纖放大器(EDFA)。但應明白，除了上述的EDFA外，多波長光纖放大器212可包括任一類能支持多個波長的光纖放大器。換言之，能放大特定波段內(nèi)所有不同波長的任一類光纖放大器，都可用作多波長光纖放大器212。如利用這類多波長光纖放大器，可選擇1550nm空間內(nèi)的一特定波段，諸如C、S或L波段，該多波長光纖放大器將放所有該波段內(nèi)的從多波長，這類多波長光纖放大器通常也能處理粗略的波分復用(CWDM)和密集的波分復用(DWDM)。
而且，盡管EDFA有足夠的放大作用，但是多波長光纖放大器212也可摻以讓它們工作于寬溫度范圍的材料，諸如能在戶外操作的碲(Te)。
多波長光纖放大器212經(jīng)光纜218耦接可變光學衰減器(VOA)216，后者對多波長光纖放大器212的功率增益作平滑和/或提供阻尼。例如可能具有30-40dB動態(tài)范圍的VOA21 6包括一個由控制器220控制的電氣接口。控制器220包括用于按系統(tǒng)要求靈活地控制VOA216的邏輯電路。舉例說，這種智能控制基于通過自由場空間鏈路204接收的光信號的測得功率或包括在其內(nèi)的控制信息，類似于上述的自適應功控技術(shù)。按照這種智能控制方案，控制器220把期望的衰減電平傳給VOA216。這樣，控制器220控制著多波長光纖放大器212的功率增益和VOA216提供的衰減，對外接的裝置和/或系統(tǒng)實現(xiàn)要求的接口功率指標。
VOA216經(jīng)光纜224耦接分束器222，分束器222耦接一個或多個發(fā)射元件226，后者通過自由場空間鏈路204引導光學數(shù)據(jù)。發(fā)射元件226通常包括準直鏡。
收發(fā)機200、202的各接收部RX包括一個或多個接收元件230，用來接收來自自由場空間鏈路204的光學數(shù)據(jù)。各接收元件230耦接定制的聚焦元件232，后接光纖組合器234。定制聚焦元件232包括例如一根據(jù)錐形光纖或一個微鏡陣列。下面詳述接收元件230、定制聚焦元件232和光纖組合器234。
光纖組合器234經(jīng)光纜238耦接多波長光纖放大器236。與上述相似，應明白多波長光纖放大器236包括任一類能支持多個波長的光纖放大器，EDFA是一例這樣的多波長光纖放大器。
多波長光纖放大器236經(jīng)光纜240耦接VOA238。與VOA216相似，VOA238對多波長光纖放大器236的功率增益作平滑和/或提供阻尼?？刂破?42控制VOA238和多波長光纖放大器236，它包括用來按系統(tǒng)要求對裝置作智能控制的邏輯電路。如上所述，這種智能控制基于對通過自由場空間鏈路204接收的光信號所測量的功率或包含在其中的控制信息。而且，VOA238與控制器242一起產(chǎn)生光學自動增益控制(光學AGC)。通過應用該光學AGC，功率控制不必通過獨立的波長或波段裝置外傳送功控數(shù)據(jù)。
最后，VOA238經(jīng)光纜246耦接連接器244。連接器244直接接SMF光纜，如上所述，后者以1550nm基本波長載送數(shù)據(jù)。接收發(fā)機200的接收SMF光纜標為248，接收發(fā)機202的接收SMF光纜標為250。與SMF光纜208、210相似，SMF光纜248、250通常光學耦合至長距離光纖通信系統(tǒng)，即不耦接電-光轉(zhuǎn)換。雖然可將SMF光纜248、250載送的光學數(shù)據(jù)光學耦合入長距離光纖通信系統(tǒng)，但應明白，當然還可將SMF光纜248、250載送的光學數(shù)據(jù)分裂轉(zhuǎn)換成電信號供計算機、處理設(shè)備、電話等使用。
對于接連接器244的裝置和/或系統(tǒng)，控制器242控制著多波長光纖放大器236的功率增益和VOA238提供的衰減，對這種外接的裝置和/或系統(tǒng)實現(xiàn)要求的接口功率指標。
上面已對圖12-14提到，各光學接收器110包括一塊把入射光聚集到管子118內(nèi)焦點的透鏡116，而光纖導體120一端在該焦點接收來自透鏡116的光。再者，從光學接收機110進入光纖導體120的光在普通合束器121中組合，組合光在34形成接收的光信號(圖2、10和11)。下面的討論提供另一些可在本發(fā)明中用于接收來自自由場空間鏈路的光并把接收的光導入單模光纖而不用電-光轉(zhuǎn)換的技術(shù)。
參照圖16，圖示為收發(fā)機202示例型式的接收部RX。在該型式中，一個或多個接收元件230包括把接收的光導入定制聚焦元件232的SchmidtCassegraiin望遠鏡結(jié)構(gòu)300。這是一種眾所周知的結(jié)構(gòu)，利用組合的小鏡與透鏡折疊光學元件并形成圖像，有若干優(yōu)點。具體地說，Schmidt Cassegrain設(shè)計是一優(yōu)良的通過寬場提供剃刀清晰圖像的光學系統(tǒng)，組合了小鏡與透鏡二者的光學優(yōu)點，同時抵消了它們的缺點。其焦點比一般在f110范圍內(nèi)。最后，Schmidt-Cassegrain結(jié)構(gòu)具有任一類望遠鏡設(shè)計的最佳近聚焦能力之一，并且有一采集更多光的大孔徑。雖然在本發(fā)明中使用Schmidt-Cassegrain望遠鏡是有利的，但應明白，可按本發(fā)明替代使用各種其它設(shè)計的望遠鏡或其它聚焦裝置。圖17更詳細地示出了Schmidt-Cassegrain結(jié)構(gòu)300。從左側(cè)接收來自自由場空間鏈路204的入射光，該入射光通過一薄塊Schmidt非球面校正鏡(或校正器)306進入，然后撞擊球面一次小鏡302反射用管子。接著光被將光反射出儀器后面開口308的小型二次鏡304截取，在焦面310形成圖像。參照圖18，圖示為本發(fā)明一實施例的一種技術(shù)，用于把接收自自由場空間鏈路204的光學耦合入接收部RX的0.9μm纖芯SMF。具體而言，根據(jù)該技術(shù)，Schmidt-Cassegrain結(jié)構(gòu)300接收來自自由場空間鏈路204的光。定制聚焦元件232的遠端320包括微鏡帶/陣列322和光學組合級324。
操作時，把來自Schmidt-Cassegrain結(jié)構(gòu)300輸出的光引導到微鏡陣列322上。將微鏡陣列322輸出的光束導入相應的SMF326，然后由光學組合級324合成單光束。光學組合級324把光組合到像光纖一樣的單波導，直到所有接收的光在SMF中與連接器206、244(圖15)的光纖接口配合。舉例來說，光學組合級324可以包括一種多級組合器(或同類裝置)，如二級或三級(2/3級)組合器。在圖示例中，光學組合級324包括一個三級組合器，具有光纖組合級328、330、332，這樣將接收自自由場空間鏈路204的光學耦合接到1550nm的SMF而不用電-光轉(zhuǎn)換。接著多波長光纖放大器236放大該光。
參照圖19，圖示為本發(fā)明另一實施例的另一種收發(fā)機結(jié)構(gòu)400，它提供Schmidt-Cassegrain接收機的替代物，特征在于可用于接收與發(fā)射的單一跟蹤器和密致的50nm接收機路長。結(jié)構(gòu)400包括密致的光學組件402、紅外(IR)窗404和安裝電子線路與萬向接頭驅(qū)動器的隔間406。
IR窗404提供一濾波窗，用于遮蓋保護光學組件402并減小諸如陽光的熱效應。應用IR窗404避免了在每一塊透鏡上裝濾波器的要求。IR窗404較佳地包括850/1550nm的帶通濾波窗。盡管IR窗404被圖示成方形，但應明白，IR窗404可以包括多種不同的形狀。
圖20-24更詳細示出密致光學組件402。本例中，密致光學組件402包括16個接收機陣列410、5個數(shù)據(jù)發(fā)射機(DT)412、跟蹤器(Tr)414和信標(B)416。接收機陣列410、數(shù)據(jù)發(fā)射機412、跟蹤器414和信標416都裝在萬向架上(未示出)。
對數(shù)據(jù)接收機目標，各接收機陣列410較佳地包括19塊9mm透鏡418(也稱微鏡)，形成圖21所示的4×4透鏡子陣列418。這樣，16個接收機陣列410形成16×16的9mm透鏡陣列418。舉例說，透鏡418的各種選項包括錐形單線，CC＝-0.58；和Gradium GPX-10-45，衍射，雙線。透鏡418的示例指標包括EFL＝45mm；直徑＝9mm，CA F/5匹配光纖；光點尺寸＜9μm.
操作時，接收自自由場空間鏈路204的光通過IR窗404引導到透鏡陣列418上。圖22和23示出了接收自自由場空間鏈路204的光通過透鏡418耦入0.9μm纖芯SMF420的方式。具體而言，陣列410中16塊透鏡418各自把光導入16個SMF420的各自一個，而SMF420由16個光纖安裝架中各自一個緊固(只示出4塊透鏡418、4個SMF420和4個光纖安裝架422)。9mm(45mmEFL)F/5透鏡418匹配0.9μm纖芯SMF420。舉個例說，SMF420可能具有0.20mr的瞬時視場(IFOV)。
由16個光纖安裝架422固定的16個SMF420組合成16∶1組合器424。由于16個接收機陣列410的每一個有一獨立的16∶1組合器424，所以用另一個16∶1組合器(未示出)組合16個16∶1組合器424的輸出，這樣就把密致光學組件402接收的光學耦合接到單一SMF，不用電-光轉(zhuǎn)換。
圖24示出跟蹤器414的一示例實施例。如上所述，跟蹤器414與密致光學組件402里的其它元件一起裝在萬向架(未示出)上。跟蹤器414和萬向架旋轉(zhuǎn)光學組件402，只需要一個跟蹤器。通過跟蹤器透鏡428接收的光被引導通過850nm濾波器430和場闌432，然后光撞擊用于檢測束位置的四心位置傳感器434。舉例說，四心位置傳感器430可以包括一個3-80mr全視場(FFOV)的850nm傳感器。
本發(fā)明目前較佳的諸實施例及其改進已作了詳細描述，描述舉出了較佳的實例。本發(fā)明的范圍由下述諸權(quán)項限定，不必限于以上對該較佳實施例的詳述。
權(quán)利要求
1.一種接收來自自由場空間鏈路的光信號的方法，其特征在于，包括步驟接收來自自由場空間鏈路的光；把接收的光引導到多塊透鏡上；把通過每塊透鏡接收的光導入各單模光纖；在一條單模光纖中把所有各別單模光纖輸出的光束組合成單光束；用光學耦合至一條單模光纖的多波長光纖放大器放大所述單光束；和把所述單光束導入光學耦合至多波長光纖放大器的光纖通信系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，還包括步驟用光學耦合至多波長光纖放大器的可變光學衰減器衰減所述單光束。
3.如權(quán)利要求2的方法，其特征在于，還包括步驟控制多波長光纖放大器的功率增益和可變光學衰減器提供的衰減量。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中接收步驟包括用聚焦裝置接收來自自由場空間鏈路的光的步驟。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中聚焦裝置包括望遠鏡。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中接收步驟包括用紅外窗接收來自自由場空間鏈路的光的步驟。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中紅外窗包括850/1550納米(nm)的帶通濾波窗。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中在光纖通信系統(tǒng)中傳送的光包括落在1550納米(nm)段內(nèi)的基本波長。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中接收自自由場空間鏈路的光和單光束都包括落在1550納米(nm)段內(nèi)的基本波長。
10.一種接收來自自由場空間鏈路的光信號的光學接收機，其特征在于，包括多塊配置成接收來自自由場空間鏈路的光的透鏡；多條配置成分別接收來自各自一塊透鏡的光的單模光纖；組合級，配置成在一條單模光纖中將多條單模光纖輸出的光束組合成單光束；多波長光纖放大器，光學耦合至一條單模光纖并配置成放大所述單光束；和把多波長光纖放大器光學耦合至外部單模光纖的裝置。
11.如權(quán)利要求10的光學接收機，其特征在于，還包括一光學耦合至所述多波長光纖放大器并配置成衰減所述單光束的可變光學衰減器。
12.如權(quán)利要求11的光學接收機，其特征在于，還包括一控制器，所述控制器配置成控制多波長光纖放大器的功率增益和可變光學衰減器提供的衰減量。
13.如權(quán)利要求10的光學接收機，其特征在于，還包括一聚焦裝置，所述聚焦裝置配置成接收來自自由場空間鏈路的光并對多塊微透鏡提供所述接收的光。
14.如權(quán)利要求13的光學接收機，其中所述聚焦裝置包括望遠鏡。
15.如權(quán)利要求10的光學接收機，其特征在于，還包括一紅外窗，所述紅外窗配置成接收來自自由場空間鏈路的光并對多塊微透鏡提供接收的光。
16.如權(quán)利要求15的光學接收機，其中所述紅外窗包括850/1550納米(nm)的帶通濾波窗。
17.如權(quán)利要求10的光學接收機，其中在單模光纖中傳送的光包括落在1550納米(nm)段內(nèi)的基本波長。
18.如權(quán)利要求17的光學接收機，其中接收自自由場空間鏈路的光包括落在1550納米(nm)段內(nèi)的基本波長。
19.一種通過自由場空間鏈路傳送光信號的方法，其特征在于，包括步驟從第一光纖導體接收用于長距離光纖通信系統(tǒng)的預定基本波長的第一光信號；用與第一光纖導體直線連接的光纖放大器放大預定基本波長的第一光信號，形成放大的預定基本波長的第一光信號；用光學耦合至所述光纖放大器的聚束元件引導所述放大的預定基本波長的第一光信號通過自由場空間鏈路；和根據(jù)通過自由場空間鏈路接收的第二光信號，控制所述光纖放大器的功率增益。
20.如權(quán)利要求19的方法，其中控制光纖放大器的功率增益的步驟，還包括確定的第二光信號強度控制所述光纖放大器的功率增益的步驟。
21.如權(quán)利要求19的方法，其中控制光纖放大器的功率增益的步驟，還包括按包含在第二光信號里的控制信息控制光纖放大器的功率增益的步驟。
22.如權(quán)利要求19的方法，其中所述聚束元件用第二光纖導體光學耦合至光纖放大器。
23.如權(quán)利要求19的方法，其中預定基本波長約為1.55微米(μm)。
24.一種通過自由場空間鏈路傳送光信號的光學收發(fā)機，其特征在于，包括第一光纖導體；與第一光纖導體直線連接的光纖放大器，配置成從第一光纖導體接收用于長距離光纖通信系統(tǒng)的預定基本波長的第一光信號，并放大其光信號功率，以形成放大的預定基本波長的第一光信號；光學耦合至光纖放大器的聚束元件，配置成引導所述放大的預定基本波長的第一光信號通過自由場空間鏈路；和控制器，配置成根據(jù)通過自由場空間鏈路接收的第二光信號控制所述光纖放大器的功率增益。
25.如權(quán)利要求24的光學收發(fā)機，其中所述控制器還配置在根據(jù)確定的第二光信號強度控制所述光纖放大器的功率增益。
26.如權(quán)利要求24的光學收發(fā)機，其中所述控制器還配置成根據(jù)包含在第二光信號里的控制信息控制所述光纖放大器的功率增益。
27.如權(quán)利要求24的光學收機，其中所述聚束元件用第二光纖導體光學耦合至所述光纖放大器。
28.如權(quán)利要求24的光學收發(fā)機，其中預定基本波長約為1.55微米(μm)。
29.一種陸上光通信網(wǎng)，其特征在于，包括多條多波長光纖放大器在其間光學耦合諸光信號的光纖鏈路和自由場空間鏈路，還包括一控制器，所述控制器配置成根據(jù)通過自由場空間鏈路之一接收的光信號控制至少一個所述多波長光纖放大器的光功率增益。
30.如權(quán)利要求29所述的陸上光通信網(wǎng)，其中發(fā)射多波長光纖放大器放大一傳輸光信號，再通過至少一條自由場空間鏈路進行傳輸，而且把控制器接至所述發(fā)射多波長光纖放大器，以控制所述發(fā)射多波長光纖放大器的光功率增益，所述發(fā)射多波長光纖放大器的光功率增益控制調(diào)節(jié)了通過一條自由場空間鏈路發(fā)射的所述傳輸光信號的光功率。
31.如權(quán)利要求30所述的陸上光通信網(wǎng)，其中所述控制器根據(jù)通過所述一條自由場空間鏈路接收的光信號所確定的光功率，控制所述發(fā)射多波長光纖放大器的光功率增益。
32.如權(quán)利要求30所述的陸上光通信網(wǎng)，其中所述控制器根據(jù)在一條自由場空間鏈路發(fā)射所述傳輸光信號的相對端接收的光信號所確定的光功率，控制所述發(fā)射多波長光纖放大器的光功率增益。
33.如權(quán)利要求30所述的陸上光通信網(wǎng)，其中所述控制器根據(jù)包含在接收的光信號里的控制信息，控制所述發(fā)射多波長光纖放大器的光功率增益。
34.如權(quán)利要求29所述的陸上光通信網(wǎng)，其中接收多波長光纖放大器在通過一條自由場空間鏈路接收光信號后對接收的光信號作放大，而所述控制器被接至所述接收多波長光纖放大器以控制其光功率增益，所述接收多波長光纖放大器的光功率增益控制調(diào)節(jié)了所述接收多波長光纖放大器所提供的光信號的光功率。
35.如權(quán)利要求34所述的陸上光通信網(wǎng)，其中控制器根據(jù)在所述接收多波長光纖放大器位置通過一條自由場空間鏈路接收的光信號所確定的光功率，控制所述接收多波長光纖放大器的光功率增益。
36.如權(quán)利要求29所述的陸上光通信網(wǎng)，其中發(fā)射多波長光纖放大器在傳輸光信號通過至少一條自由場空間鏈路傳輸之前對它作放大，而接收多波長光纖放大器放大通過所述一條自由場空間鏈路接收之后的接收光信號，所述控制器則被接在發(fā)射多波長光纖放大器以控制其光功率增益，并且被接在接收多波長光纖放大器以控制其光功率增益，控制發(fā)射多波長光纖放大器的光功率增益可調(diào)節(jié)所述發(fā)射多波長光纖放大器通過所述一條自由場空間鏈路發(fā)射的傳輸光信號的光功率，控制接收多波長光纖放大器的光功率增益可調(diào)節(jié)所述接收多波長光纖放大器提供的接收光信號的光功率。
37.如權(quán)利要求36所述的陸上光通信網(wǎng)，其中控制器根據(jù)通過所述一條自由場空間鏈路接收的已確定的接收光信號的光功率，控制每個發(fā)射與接收多波長光纖放大器的光功率增益。
38.如權(quán)利要求36所述的陸上光通信網(wǎng)，其中控制器根據(jù)包含在接收光信號里的控制信息，控制發(fā)射多波長光纖放大器的光功率增益。
39.如權(quán)利要求29所述的陸上光通信網(wǎng)，其特征在于，還包括通過自由場空間鏈路發(fā)射和接收光信號的收發(fā)機和一連接至少一條自由場空間鏈路的收發(fā)機的位置調(diào)整機構(gòu)，所述調(diào)整機構(gòu)用于調(diào)整所述收發(fā)機相對于通過所述一條自由場空間鏈路發(fā)射的光信號的物理位置。
40.如權(quán)利要求39所述的陸上光通信網(wǎng)，其中所述物理位置由所述收發(fā)機通過一條自由場空間鏈路接收的接收光信號已確定的功率確定。
41.如權(quán)利要求39所述的陸上光通信網(wǎng)，其中所述物理位置根據(jù)位于自由場空間鏈路相對端的收發(fā)機通過所述一條自由場空間鏈路以光學方法發(fā)射的位置控制信息確定。
42.如權(quán)利要求39所述的陸上光通信網(wǎng)，其中收發(fā)機包括一發(fā)射多波長光纖放大器，對通過至少一條自由場空間鏈路傳輸之前的傳輸光信號作放大，而連接發(fā)射多波長光纖放大器的控制器根據(jù)通過所述一條自由場空間鏈路接收的接收光信號已確定的光功率，控制發(fā)射多波長光纖放大器的光功率增益，并調(diào)節(jié)發(fā)射多波長光纖放大器通過所述一條自由場空間鏈路發(fā)射的傳輸光信號的光功率。
43.如權(quán)利要求39所述的陸上光通信網(wǎng)，其中收發(fā)機包括對傳輸光信號在通過至少一條自由場空間鏈路傳輸之前作放大的發(fā)射多波長光纖放大器和對接收光信號在其通過所述一條自由場空間鏈路接收之后作放大的接收多波長光纖放大器，控制器接至所述發(fā)射與接收多波長光纖放大器，控制器控制發(fā)射多波長光纖放大器的光功率增益以調(diào)節(jié)其通過一條自由場空間鏈路所發(fā)射的傳輸光信號的光功率，控制器控制接收多波長光纖放大器的光功率增益以調(diào)節(jié)其提供的接收光信號的光功率增益，控制器根據(jù)通過一條自由場空間鏈路接收的接收光信號已確定的光功率，控制發(fā)射和接收多波長光纖放大器中至少一個的光功率增益。
44.如權(quán)利要求29所述的陸上光通信網(wǎng)，其特征在于，還包括一位于至少一條自由場空間鏈路里的轉(zhuǎn)發(fā)器，所述轉(zhuǎn)發(fā)器包括若干多波長光纖放大器，用于放大通過自由場空間鏈路傳導的光信號的功率。
45.如權(quán)利要求29所述的陸上通信網(wǎng)，其特征在于，還包括至少一個連接多條鏈路的路由轉(zhuǎn)換器，所述路由轉(zhuǎn)換器包括若干多波長光纖放大器，用于把來自與路由轉(zhuǎn)換器相接的鏈路之一的光信號光學耦合至另一條接路由轉(zhuǎn)換的鏈路。
46.如權(quán)利要求29所述的陸上光通信網(wǎng)，其特征在于，每條鏈路的終端還包括一發(fā)射多波長光纖放大器和一接收多波長光纖放大器，而接至所述發(fā)射或接收多波長光纖放大器中至少一個的控制器控制所述被連接的多波長光纖放大器，而且其中通過鏈路傳送的光信號含有被控制器接收并用來管理被連接多波長光纖放大器的操作的信息。
47.如權(quán)利要求29所述的陸上光通信網(wǎng)，其中多波長光纖放大器通過光纖鏈路和自由場空間鏈路傳送同一預定基本波長的光信號，而所述預定基本波長就是多波長光纖放大器的基本工作波長。
48.如權(quán)利要求29所述的陸上光通信網(wǎng)，其中至少一條光纖鏈路還包括一部分長距離光纖通信系統(tǒng)。
49.如權(quán)利要求29所述的陸上光通信網(wǎng)，其中所述多波長光纖放大器包括摻鉺光纖放大器(EDFA)。
50.如權(quán)利要求49所述的陸上光通信網(wǎng)，其中EDFA還摻碲(Te)。
51.一種陸上光通信方法，其特征在于，包括步驟建立多條在其間傳送光信號的光纖鏈路和自由場空間鏈路；在光纖鏈路與自由場空間鏈路之間光學耦合光信號，不作電-光轉(zhuǎn)換；和根據(jù)通過自由場空間鏈路接收的接收光信號，控制通過自由場空間鏈路之一發(fā)射的傳輸光信號的光功率。
52.如權(quán)利要求51所述的陸上光通信方法，其中光學耦合光信號而不作電-光轉(zhuǎn)換的步驟，包括在光纖鏈路與自由場空間鏈路之間用多波長光纖放大器光學耦合光信號。
53.如權(quán)利要求51所述的陸上光通信方法，其特征在于，還包括用發(fā)射多波長光纖放大器放大通過自由場空間鏈路傳輸之前的傳輸信號的步驟，而且其中的控制步驟還包括控制發(fā)射多波長光纖放大器的光功率增益以調(diào)節(jié)通過自由場空間鏈路發(fā)射的傳輸光信號的光功率的步驟。
54.如權(quán)利要求53所述的陸上光通信方法，其中控制步驟還包括根據(jù)接收光信號已確定的光功率控制發(fā)射多波長光纖放大器的光功率增益的步驟。
55.如權(quán)利要求53所述的陸上光通信方法，其中控制步驟還包括根據(jù)包含在接收光信號里的控制信息控制發(fā)射多波長光纖放大器的光功率增益的步驟。
56.如權(quán)利要求51所述的陸上光通信方法，其特征在于，還包括用接收多波長光纖放大器放大通過自由場空間鏈路接收后的接收光信號的步驟，其中控制步驟還包括控制所述接收多波長光纖放大器的光功率增益以調(diào)節(jié)接收光信號的光功率的步驟。
57.如權(quán)利要求51所述的陸上光通信方法，其中控制步驟還包括步驟放大通過自由場空間鏈路傳輸之前的傳輸光信號；檢測通過自由場空間鏈路接收的接收光信號的光功率；根據(jù)檢測的接收光信號的光功率，調(diào)節(jié)傳輸光信號的光功率。
58.如權(quán)利要求57所述的陸上光通信方法，其中控制步驟還包括步驟放大通過自由場空間鏈路接收的被提供使用之前的接收光信號。
59.如權(quán)利要求51所述的陸上光通信方法，其特征在于，還包括步驟定位自由場空間鏈路一端的收發(fā)機；和根據(jù)所述收發(fā)機通過所述自由場空間鏈路接收的接收光信號控制調(diào)整機構(gòu)，調(diào)整所述收發(fā)機相對于自由場空間鏈路的光信號通路的物理位置，以便用多波長光纖放大器優(yōu)化所述自由場空間鏈路所提供的功率量。
60.如權(quán)利要求52所述的陸上光通信方法，其中多波長光纖放大器包括摻鉺包括放大器(EDFA)。
61.如權(quán)利要求60所述的陸上光通信方法，其中EDFA還摻有碲(Te)。
全文摘要
通過把接收的光引導到多塊微透鏡再導入各自的單模光纖(SMF)，接收來自自由場空間鏈路的光信號。在一條SMF中把來自諸SMF的光束合成單光束，該單光束用多波長光纖放大器放大，用可變光學衰減速器衰減，再導入光纖通信系統(tǒng)而不用電－光轉(zhuǎn)換。光信號在光通信網(wǎng)的自由場空間鏈路與光纖鏈路之間光學耦合。根據(jù)在鏈路發(fā)射與接收端接收的信號，控制發(fā)射與接收多波長光纖放大器的光學增益?？稍诟麈溌奉^站之間以光學方法傳送控制、狀態(tài)和管理信息。
文檔編號H04Q11/00GK1524359SQ01823430
公開日2004年8月25日 申請日期2001年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月4日
發(fā)明者H·維利布蘭德, H 維利布蘭德, G·R·克拉克, 克拉克 申請人:光點通訊有限公司