專利名稱：使用在線式放大器的光傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用光纖的光傳輸系統(tǒng)，具體涉及到使用在線式(in-line)放大器的光傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前正在研制的一種光傳輸系統(tǒng)，目的在于增大其容量和延長其傳輸間隔。眼下討論到增加比特率的或波分復(fù)用的系統(tǒng)來增大系統(tǒng)的容量。與此同時(shí)，引入了光放大器來延長系統(tǒng)的傳輸間隔。這種光放大器包括后置放大器(用來增強(qiáng)發(fā)送功率的輸出)、前置放大器(用來提高接收功率的靈敏度)以及中繼器(在線式放大器)，當(dāng)前正向生產(chǎn)水平發(fā)展。引入光放大器允許加大發(fā)送與接受光強(qiáng)電平(level)間的相差程度，并能提高光纖的容許損耗。
特別是采用了后置放大器與前置放大器的一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已投入實(shí)用。此外，在線式放大器也在開發(fā)中，用以延伸再現(xiàn)的中繼間隔。這里所謂的在線式放大器是一種能將光信號(hào)毋需將其變換為電信號(hào)，原樣地放大并傳送此放大的信號(hào)的中繼器。
但是，采用了在線式放大器的系統(tǒng)卻出現(xiàn)了新的問題，存在于一批放大器中放大了的自發(fā)發(fā)射光由于這批放大器的連接使累積到一起，而使S/N比降低。S/N比的降低則導(dǎo)致接收機(jī)的最低接收功率衰變。為了在考慮到這種衰變的條件下獲得預(yù)定的系統(tǒng)增益，必須有很強(qiáng)的發(fā)送功率輸出，這樣便給發(fā)送功率確定了一個(gè)下限值。此外，當(dāng)發(fā)送功率輸出較強(qiáng)時(shí)(對(duì)于色散變化的光纖為+8dBm，對(duì)于單模光纖為10dBm或更大，但與傳輸路徑的長度或波長有關(guān))，波形便會(huì)由于光纖的非線性效應(yīng)而顯著變質(zhì)。波長變質(zhì)的一種類型是光學(xué)上的Kerr效應(yīng)(折射率隨光強(qiáng)變化)。這是在光信號(hào)脈沖的上升邊與下降邊處發(fā)生的頻率(波長)漂移的現(xiàn)象(SPM自調(diào)相)。此時(shí)，即使是信號(hào)在發(fā)送前的光波長的寬度窄，波長的寬度也會(huì)增加，與此同時(shí)，所接收的波形因光纖色散的影響有顯著改變。也就是說，在確定光發(fā)送功率的上限值時(shí)要考慮這一影響。
光纖色散是指光沿光纖傳播的速度與其波長有關(guān)。具有某種波長寬度的光脈沖在沿光纖傳播后會(huì)展寬或壓縮。這種效應(yīng)便稱作光纖色散。因此，光傳輸系統(tǒng)所接收的波形沿光纖傳播后會(huì)因這種色散而改變，而傳輸誤差的發(fā)生則取決于色散的程度。于是，光纖色散便給傳輸距離施加了限制。
對(duì)于采用了放大不變的光信號(hào)的在線式放大器的光傳輸系統(tǒng)。上述非線性效應(yīng)與色散便在光信號(hào)傳播的同時(shí)積累。這樣，除非作出適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，是很難在接收側(cè)正常地接收光信號(hào)的。
與此同時(shí)，已提出了一種系統(tǒng)，它按常規(guī)的方法在發(fā)送側(cè)采用了藍(lán)光線性調(diào)頻而在中繼器與接收機(jī)一側(cè)進(jìn)行了色散補(bǔ)償。
圖1示意地表明了將傳統(tǒng)的預(yù)線性調(diào)頻與色散補(bǔ)償器相組合的結(jié)果。
在此圖中，發(fā)送機(jī)1000與接收機(jī)1010由傳輸路徑1003、1006、1009以及中繼器1004、1007連接。發(fā)送機(jī)1000包括用來將電信號(hào)變換為光信號(hào)的E/O 1001以及后置放大器1002。發(fā)送機(jī)1000對(duì)光線號(hào)作藍(lán)光線性調(diào)頻，并發(fā)送此信號(hào)。所發(fā)送的光信號(hào)沿傳輸路徑1003傳播，進(jìn)入中繼器1004。中繼器1004放大此光信號(hào)，同時(shí)由色散補(bǔ)償器1005作色散補(bǔ)償。此色散補(bǔ)償量為常值。此光信號(hào)經(jīng)進(jìn)一步放大與色散補(bǔ)償，通過傳輸路徑1006而進(jìn)入中繼器1007。中繼器1007再放大此信號(hào)，進(jìn)行色散補(bǔ)償并將信號(hào)傳送到傳輸路徑1009上。這一光信號(hào)通過預(yù)定個(gè)數(shù)的中繼器，直至到達(dá)接收機(jī)1010。接收機(jī)1010用前置放大器放大接收的光信號(hào)，用色散補(bǔ)償器1012作色散補(bǔ)償，將此信號(hào)輸入O/E 1013以將光信號(hào)變換為電信號(hào)，然后提取所需數(shù)據(jù)。
這就是說，在實(shí)施上述傳統(tǒng)的組合方法時(shí)，是把藍(lán)光線性調(diào)頻(特別是線性調(diào)頻(chirping)參數(shù)α＝-1時(shí))用作預(yù)線性調(diào)頻，而由設(shè)置于在線式放大器與接收機(jī)之中的(在前置放大器與O/E之間)色散補(bǔ)償器進(jìn)行色散補(bǔ)償。要是藍(lán)光線性調(diào)頻是在正色散的光纖中進(jìn)行，則輸出的脈沖會(huì)因正色散光纖的以及此線性調(diào)頻的特性而被壓縮。結(jié)果可使傳輸距離變得較長。特別是在未采用光放大器的系統(tǒng)中，波長1.5μm的光信號(hào)能更有效地沿單模光纖(1.3μm零色散)傳播。因此，結(jié)合預(yù)線性調(diào)頻和繼后補(bǔ)償來進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)姆椒?，已被認(rèn)為能同樣有效地應(yīng)用于采用了光放大器的系統(tǒng)。要是將色散補(bǔ)償量設(shè)定成可使剩余色散值(從傳輸光纖的色散總量中減去色散補(bǔ)償量后所得值)為常值，則可獲得穩(wěn)定的傳輸特性。
但要是依據(jù)上述方法，由于引進(jìn)光放大器使發(fā)送功率的輸出加大，則將顯著地出現(xiàn)光纖的非線性效應(yīng)的影響。這種非線性效應(yīng)的影響與藍(lán)光線性調(diào)頻的特性等效。傳輸波形的脈沖寬度由于發(fā)送機(jī)的預(yù)線性調(diào)頻和光纖的非線性效應(yīng)而變窄。結(jié)果，非線性效應(yīng)的影響顯著出現(xiàn)，同時(shí)波形因色散而顯著改變。
在傳輸時(shí)執(zhí)行藍(lán)光線性調(diào)頻的方法出現(xiàn)的問題可列舉如下。
1)發(fā)送功率的輸出不能增加。
2)在發(fā)送側(cè)作色散補(bǔ)償是無效的。
3)考慮到2)中的結(jié)果，由于發(fā)送側(cè)的無效性，色散補(bǔ)償是在在線式放大器中同時(shí)是在接收側(cè)進(jìn)行。于是，色散補(bǔ)償器的損耗變大，同時(shí)此種損耗隨著傳輸距離的延長其容差小到不易實(shí)現(xiàn)。對(duì)O/E的光輸入電平的下降導(dǎo)致接收靈敏度變差，加大了限制。此外，取決于所用的色散補(bǔ)償器，光輸入功率有時(shí)可能存在上限。
4)能夠確保傳輸特性的色散補(bǔ)償量的容差很小。
5)由于4)中的結(jié)果，容差很小。當(dāng)色散補(bǔ)償器的依據(jù)傳輸距離的選擇項(xiàng)作為一種乘積形式設(shè)定時(shí)，這種選擇項(xiàng)(menu)的個(gè)數(shù)也就增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在光學(xué)在線式放大器系統(tǒng)中，提供一種能夠補(bǔ)償特別是由于光纖色散造成的傳輸質(zhì)量下降，同時(shí)能在較長距離中保持傳輸特性的技術(shù)。
本發(fā)明的光傳輸系統(tǒng)采用了中繼器(在線式放大器)。此系統(tǒng)包括發(fā)送機(jī)、中繼器、接收機(jī)以及用來連接這些組件的傳輸路徑。本發(fā)明的特征在于，發(fā)送機(jī)進(jìn)行了線性調(diào)頻，它的α參數(shù)對(duì)于光信號(hào)為正，而各個(gè)中繼器以及接收機(jī)則包括一色散補(bǔ)償器，此補(bǔ)償器所具有的色散補(bǔ)償量是用來補(bǔ)償在各個(gè)中繼器以及接收機(jī)之前的傳輸路徑的色散。
由于光信號(hào)在傳輸路徑上所接受的非線性效應(yīng)相當(dāng)于藍(lán)光線性調(diào)頻，故這種效應(yīng)可以通過執(zhí)行α參數(shù)在發(fā)送側(cè)為正的紅光線性調(diào)頻來補(bǔ)償。結(jié)果可以防止光信號(hào)的波形變質(zhì)。
此外，通過設(shè)定能用來補(bǔ)償在各個(gè)中繼器或是接收機(jī)前面的傳輸路徑色散的色散補(bǔ)償量，可以更有效地防止光信號(hào)的變質(zhì)。
根據(jù)上述構(gòu)型，通過對(duì)非線性效應(yīng)進(jìn)行紅光線性調(diào)頻補(bǔ)償來防止波形變質(zhì)，即使是發(fā)送側(cè)的光輸出較高，也能傳送光信號(hào)。
此外，由于通過將單元組件結(jié)合而可以在中繼器或接收器中構(gòu)制色散補(bǔ)償量的選擇項(xiàng)，就較易將這種選擇項(xiàng)作為乘積形式來實(shí)現(xiàn)。


圖1是示意圖，表明了傳統(tǒng)的預(yù)線性調(diào)頻與色散補(bǔ)償器相組合的形式；圖2是示意圖，表明本發(fā)明一實(shí)施例的基本構(gòu)型；圖3A與3B是示意圖，表明1R傳輸距離范圍相對(duì)于α參數(shù)變化的關(guān)系；圖4A與4B例示了在沿單模光纖傳播時(shí)的選擇項(xiàng)的設(shè)定；圖5是示意圖，表明色散補(bǔ)償方法以及在沿單模光纖傳播當(dāng)1R間隔隨時(shí)間而變化時(shí)，接收側(cè)的波形變質(zhì)；圖6是曲線圖，表明滿足對(duì)各α參數(shù)求得的在發(fā)送側(cè)的色散補(bǔ)償量所要求的傳輸特性的1R數(shù)；圖7是示意圖，表明1R間隔對(duì)1R剩余色散的關(guān)系；圖8A至8D是示意圖，說明色散補(bǔ)償器的單元組件；圖9A與9B例示用于色散補(bǔ)償器單元組件中的光開關(guān)的結(jié)構(gòu)；而圖10A至10C則例示了不同于色散補(bǔ)償光纖的用于補(bǔ)償色散的種種結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
下面說明最佳實(shí)施例。
圖2是示意圖，表明依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光傳輸系統(tǒng)的構(gòu)型。
在此圖中，發(fā)送機(jī)1與接收機(jī)7通過傳輸路徑2、4、6…與中繼器3、5…連接。發(fā)送機(jī)1包括E/O(電光信號(hào)變換器)8、色散補(bǔ)償器9與后置放大器10。E/O 8用于將電信號(hào)變換為光信號(hào)。色散補(bǔ)償器用來在發(fā)送機(jī)1的這側(cè)補(bǔ)償預(yù)定的色散量。后置放大器10用來放大光輸出。以使光信號(hào)能沿傳輸路徑傳送得較遠(yuǎn)。此外，根據(jù)本發(fā)明，在發(fā)送機(jī)1的這一側(cè)進(jìn)行了α參數(shù)范圍在0與+2之間的紅光線性調(diào)頻。包括在中繼器3或5中的各色散補(bǔ)償器11與12的色散補(bǔ)償量，調(diào)節(jié)到用來補(bǔ)償居前的傳輸路徑(從居前的中繼器至本地的中繼器的傳輸路徑兩中繼器間的傳輸路徑長度稱為112傳輸距離或1R間隔)的色數(shù)。這就是說，色散補(bǔ)償器11具有用來補(bǔ)償傳輸路徑2的色散所必需的色散補(bǔ)償量，而色散補(bǔ)償器12則具有為補(bǔ)償傳輸路徑4的色散所必需的色散補(bǔ)償量。同樣，設(shè)于其它中繼器(此圖中未予示明)的色散補(bǔ)償器則構(gòu)制成具有用來補(bǔ)償居前傳輸路徑色散所需的色散補(bǔ)償量。接收機(jī)7包括前置放大器13、色散補(bǔ)償器14與O/E(光電信號(hào)變換器)15。前置放大器13用來放大發(fā)送的光信號(hào)以使其易被探測到。色散補(bǔ)償器14用來補(bǔ)償居于接收機(jī)7之前的傳輸路徑的色散。O/E 15則用來將光信號(hào)變換為電信號(hào)，而后將變換了的信號(hào)輸出到用于提取數(shù)據(jù)的裝置。
在發(fā)送側(cè)，利用傳輸線性調(diào)頻的特性和對(duì)發(fā)送側(cè)的色散補(bǔ)償，使信號(hào)的脈沖寬度變窄，同時(shí)將具有窄脈沖寬度的信號(hào)輸出到傳輸路徑上。此信號(hào)受到光纖非線性效應(yīng)(使脈沖寬度變窄)以及光纖色散(使脈沖寬度展寬)的影響。由于上述影響的交互作用彼此相消，色散只造成很小的波形變化。通過于各個(gè)在線式放大器中和在接收側(cè)作色散補(bǔ)償，就會(huì)改進(jìn)這一色散造成的變質(zhì)。于是，波形得到改進(jìn)(脈沖寬度變窄)，再輸入到接收機(jī)中。
上述補(bǔ)償方法的優(yōu)點(diǎn)之一是，能在發(fā)送側(cè)有效地作色散補(bǔ)償，而這是為了使所發(fā)送的波形的脈沖寬度變窄所需要的。通過使脈沖寬度變窄并將窄脈沖寬度的信號(hào)發(fā)送到傳輸路徑上，在邏輯值“0”一側(cè)上符號(hào)間的干擾量便減小。結(jié)果可以獲得改進(jìn)了的傳輸特性。也就是說，使波形變窄的最優(yōu)化至關(guān)重要，而在發(fā)送側(cè)確定進(jìn)行傳輸線性調(diào)頻與色散補(bǔ)償?shù)牧縿t取決于如何使波形的脈沖寬度最優(yōu)化。
上述方法的另一優(yōu)點(diǎn)是，可以加大保證傳輸特性的色散補(bǔ)償量的容差。由于對(duì)發(fā)送機(jī)的預(yù)線性調(diào)頻是紅光線性調(diào)頻，波形的脈沖寬度在沿正色散的光纖傳播時(shí)將展寬。于此同時(shí)，由于光纖非線性效應(yīng)的影響等效于藍(lán)光線性調(diào)頻效應(yīng)，此脈沖寬度就變窄。這就是說，所述非線性效應(yīng)的影響通過發(fā)送機(jī)的預(yù)線性調(diào)頻而抵消。結(jié)果，此色散只造成很小的波形變化。于是，相對(duì)于色散補(bǔ)償量，能夠滿足所需傳輸特性的傳輸距離范圍延長了。這就減少了色散補(bǔ)償器的選擇項(xiàng)數(shù)目。于是，本方法最重要之點(diǎn)便是如何去設(shè)定α參數(shù)。
在圖2所示的系統(tǒng)中，所發(fā)送的脈沖通過在發(fā)送側(cè)結(jié)合線性調(diào)頻參數(shù)和色散補(bǔ)償器兩者的特性而變窄，然后輸出到傳輸路徑上。此外，通過使傳輸路徑上因非線性效應(yīng)影響所發(fā)生的線性調(diào)頻特性與傳輸路徑的特性相組合，就能使發(fā)送機(jī)的線性調(diào)頻特性與傳輸路徑特性相消。在接收側(cè)，因色散而變質(zhì)的波形通過將線性調(diào)頻參數(shù)與色散補(bǔ)償器兩者的特性相結(jié)合可以得到補(bǔ)償(脈沖寬度變窄)。
圖3A與3B是示意圖，表明1R傳輸距離范圍相對(duì)于α參數(shù)變化的關(guān)系。
這兩個(gè)示意圖表明了，在預(yù)定條件下，例如在預(yù)定的色散補(bǔ)償量和預(yù)定的周期數(shù)下，對(duì)各個(gè)α參數(shù)所獲得的能滿足所要求傳輸特性的1R傳輸距離范圍。如圖3A所示，在發(fā)送機(jī)21與接收機(jī)22之間設(shè)有三個(gè)中繼器23、24與25。這些中繼器通過傳輸路徑26、27、28與29連接。圖3B表明了對(duì)各個(gè)α參數(shù)獲得下述范圍的結(jié)果，在此范圍中能在以下條件下得到所需的傳輸特性，即各個(gè)發(fā)送機(jī)21、接收機(jī)22與中繼器23、24與25的色散補(bǔ)償量設(shè)定為常值，并將1R傳輸間隔定為參數(shù)。
如圖3B所示，設(shè)α參數(shù)的值為正，則1R傳輸距離范圍可以設(shè)定得很寬。實(shí)際上，當(dāng)α參數(shù)值接近于“0”，1R傳輸距離便很短。為了消除因增強(qiáng)光輸出而致傳輸路徑上發(fā)生非線性效應(yīng)，有效的方法是將α參數(shù)設(shè)定為正值。于是，α參數(shù)取正值。此外，據(jù)圖3的結(jié)果估計(jì)，α參數(shù)值在“+1”鄰域內(nèi)最佳。但由于此圖假定了傳輸輸出為+14dBm，故所得結(jié)果是以這一假定為基礎(chǔ)的。要是傳輸輸出改變，則α參數(shù)的最佳值當(dāng)會(huì)改變。
在線式放大器系統(tǒng)中的傳輸輸出當(dāng)前設(shè)定成約為+5～+17dBm。于是可以考慮對(duì)于+14dBm有約-9～+3dBm的變化。光源的頻率漂移量正比于α參數(shù)，而當(dāng)傳輸距離固定時(shí)，因傳輸路徑光纖的非線性效應(yīng)造成的頻率漂移量則正比于傳輸輸出。于是，根據(jù)本發(fā)明，視α參數(shù)的最佳值是正比于傳輸輸出的改變量而變化的，而這兩個(gè)量在此是相互補(bǔ)償?shù)摹?br> 因此，可以期望α參數(shù)的最佳值對(duì)于+1是將-9dB變?yōu)?3dB，也即是在0.125～2的范圍。但考慮到未使用光放大器的情形時(shí)，則相應(yīng)的下限置換為最低極限“0”，同時(shí)傳輸輸出電平很低。最后，0～2的范圍被認(rèn)為是α參數(shù)的有效范圍。
據(jù)此，1R傳輸距離的范圍可以廣泛地取定于α參數(shù)值是正值時(shí)的范圍。這樣就可減少色散補(bǔ)償器的選擇項(xiàng)的數(shù)量。從而將α參數(shù)設(shè)定于正數(shù)范圍內(nèi)是有效的。
若是根據(jù)以上所述來匯總對(duì)傳統(tǒng)方法的改進(jìn)之處，則可以舉出以下幾點(diǎn)1)能確保傳輸特性的色散量的容差增大了；2)作為1)的結(jié)果，當(dāng)根據(jù)傳輸距離將色散補(bǔ)償器的選擇項(xiàng)設(shè)定為乘積形式時(shí)，選擇項(xiàng)的數(shù)目就可以減少。
圖4A與4B例示了在沿單模光纖傳播時(shí)對(duì)選擇項(xiàng)的設(shè)定。
如圖4A所示，設(shè)置了三個(gè)中繼器，而選擇項(xiàng)則設(shè)定成可在0～80km的1R間隔范圍內(nèi)進(jìn)行色散補(bǔ)償。色散補(bǔ)償器設(shè)在各發(fā)送機(jī)21、接收機(jī)22以及中繼器23、24與25之中。發(fā)送側(cè)的色散補(bǔ)償量設(shè)定為-600ps/nm，同時(shí)觀察了在線式放大器中/接收側(cè)上的色散補(bǔ)償量的選擇項(xiàng)。
圖4B表明了在線式放大器中/接收側(cè)上的上述選擇項(xiàng)的觀察結(jié)果。
圖4B中的陰影部分表示各色散補(bǔ)償量所允許的1R間隔。如圖4B所示，如果色散補(bǔ)償量是0ps/nm時(shí)，則從0至約22km的范圍便可取定為在線放大器之間或在線放大器與接收機(jī)之間的1R傳輸距離。為了確保此1R傳輸距離超過約22km，只須將在線式放大器中或接收側(cè)上的色散補(bǔ)償量設(shè)定為-300ps/nm即可。這一步驟可使此1R傳輸距離適用于從約22至38km。類似地，在線式放大器之間的以及在線式放大器與接收機(jī)之間的傳輸路徑色散可以這樣地補(bǔ)償對(duì)于從約38至58km的范圍，將色散補(bǔ)償量設(shè)定為-600ps/nm；對(duì)于從約58至78km的范圍，將色散補(bǔ)償量設(shè)定為-900ps/nm；而對(duì)于從約78至80km，則將色散補(bǔ)償量設(shè)定為-1200ps/km。
如上所述，當(dāng)把1R間隔設(shè)定在從0至80km的范圍時(shí)，通過準(zhǔn)備5個(gè)選擇項(xiàng)0、-300、-600、-900與-1200ps/nm作為色散補(bǔ)償選擇項(xiàng)，就可以實(shí)現(xiàn)采用了在線式放大器并能防止光信號(hào)波形變質(zhì)的光傳輸系統(tǒng)。
在實(shí)際的系統(tǒng)中，這種1R間隔可因間隔而異。即使是在這樣的情形下，為了由這種方法來求得所需的傳輸特性，也是可以從事色散補(bǔ)償?shù)?。本發(fā)明的特征是，色散補(bǔ)償量是根據(jù)在中繼器前面的距離設(shè)定的。
圖5表明，沿單模光纖傳播時(shí)，當(dāng)1R間隔因每個(gè)間隔而異時(shí)，用來在接收側(cè)補(bǔ)償色散與波形變質(zhì)的方法。
在發(fā)送側(cè)的色散量設(shè)定為-600ps/nm，同時(shí)提供了兩種用于在線性放大器中/接收側(cè)上來補(bǔ)償色散的方法。上補(bǔ)償條件(1)用于3R傳輸距離，而于在線式放大器和接收側(cè)上的色散補(bǔ)償量則設(shè)定取相同的值。下補(bǔ)償條件(2)用于1R傳輸距離，而在線式放大器中的以及接受側(cè)的色散補(bǔ)償量則分別設(shè)定。圖5表明O/E均衡了的波形。
在圖5所示上補(bǔ)償條件(1)之下，在線式放大器中的以及接收側(cè)上的色散補(bǔ)償量兩者均設(shè)定為-600ps/nm。從相對(duì)于1R間隔的各種圖案所得到的眼圖判斷，要是將1R間隔依次設(shè)為80和10km，則可以獲得一定度數(shù)的眼圖張開度。但由于在其它情形下幾乎沒有張開度，故基本上不能恰當(dāng)?shù)刈x取邏輯值“1”與“0”。
同時(shí)，在補(bǔ)償條件(2)之下，于在線式放大器和接收側(cè)上的色散補(bǔ)償量，當(dāng)1 R間隔是10km時(shí)均設(shè)定為0ps/nm，當(dāng)1R間隔是80km時(shí)均設(shè)定為-1200ps/nm，使得這樣的數(shù)量適用于居前的1R區(qū)間。這一用來設(shè)定選擇項(xiàng)的方法是依圖4B所示的曲線進(jìn)行。
當(dāng)通過如上所述適當(dāng)?shù)卦O(shè)定了色散補(bǔ)償量來與居前的1R間隔相對(duì)應(yīng)時(shí)，就可以如圖5所示下部眼圖中指出的，獲得足夠?qū)挼难蹐D張開度。結(jié)果便可精確地求得邏輯值“1”與“0”。
特別是當(dāng)首先存在10km的矩距離時(shí)，傳輸特性將隨補(bǔ)償方法而顯著不同。在這種情形，于補(bǔ)償條件(2)之下將比在補(bǔ)償條件(1)之下獲得較好的波形。這就是說，根據(jù)中繼器前的距離來確定色散補(bǔ)償量的方法是有效的。
圖6示意性地表明了，對(duì)于各α參數(shù)，滿足發(fā)送側(cè)色散補(bǔ)償量所要求傳輸特性的1R數(shù)。
圖6中，1R傳輸距離設(shè)定到80km，而在線式放大器中的以及接收側(cè)上的色散補(bǔ)償量都設(shè)定為-1000ps/nm。這里，1R數(shù)便是使線性中繼器時(shí)的中繼器(relay)數(shù)。
從圖6可以看出，若α參數(shù)為負(fù)，則只能最多對(duì)兩個(gè)1R來滿足所要求的傳輸特性。但當(dāng)將α參數(shù)設(shè)定為正時(shí)，就能改變上述現(xiàn)象。特別當(dāng)α參數(shù)為+1，就能在最廣的范圍內(nèi)獲得所需的傳輸特性，而在發(fā)送側(cè)的最大色散補(bǔ)償量將為-1200ps/nm。
所謂獲得要求的傳輸特性是指，與未施加影響的情形相比，光脈沖信號(hào)波形在振方向最多有10％的變化，而在相位方向最多有30％的變化。
具體如圖6所示，當(dāng)α參數(shù)為正而不是負(fù)時(shí)，就可以獲得能保證所需傳輸特性的較長的傳輸距離，特別是在α參數(shù)為+1時(shí)可以實(shí)現(xiàn)最長的傳輸距離。
但應(yīng)知這一能獲得最長傳輸距離的α參數(shù)值，會(huì)隨光信號(hào)的傳輸輸出的改變而變化。根據(jù)圖6至少可以說，最好是將α參數(shù)設(shè)定為正值而不是負(fù)值。
圖7是示意圖，表明1R間隔相對(duì)1R剩余色散的關(guān)系。
圖7中設(shè)定1R數(shù)(中繼器的個(gè)數(shù))為3，α參數(shù)值為+1，光發(fā)送功率為+13至+14dBm，發(fā)送側(cè)的色散補(bǔ)償量為-600ps/nm，而在線式放大器內(nèi)的與接收側(cè)的色散補(bǔ)償量都是-1200ps/nm。根據(jù)上述假定，在0至80km的1R間隔范圍內(nèi)研究了1R的剩余色散(1R間隔上的剩余色散量)。
從圖7可以看出，即使1R間隔變化，通過將1R剩余色散量設(shè)定為約100～400ps/nm，便可獲得所需的傳輸特性。此圖中的中繼器數(shù)為3。但要是將中繼器數(shù)設(shè)定為2，則可以期望將中繼器間隔延伸到120km。這樣，根據(jù)中繼器間隔是120km的假定，可以求得接收側(cè)的最大色散補(bǔ)償量。在這一情形下假定光纖的色散量是20ps/nm/km時(shí)，則1R間隔的色散量便將是2400ps/nm。通過從上述量中減去1R剩余色的最小量100ps/nm，便可求得接收側(cè)的最大色散補(bǔ)償量為-2300ps/nm。
上述實(shí)施例中假定了傳輸速度大到可以忽視光信號(hào)在傳輸路徑上受到的非線性效應(yīng)的影響。例如此速度為10Gbps。
根據(jù)上述任一個(gè)實(shí)施例，通過接收側(cè)制備的色散補(bǔ)償器可以與具有相同色散補(bǔ)償量的組件相結(jié)合。例如在圖4B的選擇項(xiàng)設(shè)定中，在線式放大器中的和接收側(cè)的色散補(bǔ)償量都設(shè)定是-300ps/nm的倍數(shù)。例如0、-300、-600、-900與-1200ps/nm。根據(jù)上述的選擇項(xiàng)，這樣的色散補(bǔ)償量可以適用于長達(dá)80km的1R間隔。因此，可把具有色散補(bǔ)償量為-300ps/nm的組件用作為選擇項(xiàng)單位，并能加以組合而獲得所需的色散補(bǔ)償量。
這就是說，此色散補(bǔ)償量基本需依傳輸距離(發(fā)生于傳輸路徑上的色散量)而改變。存在有傳統(tǒng)的方法用來測量各傳輸路徑上的色散量，并用來設(shè)定色散補(bǔ)償量使剩余色散量保持不變。但用這樣的方法時(shí)就需有必須是定做的不計(jì)其數(shù)的色散補(bǔ)償器類型。當(dāng)這種方法付于實(shí)用時(shí)，結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)問題。另有一種傳統(tǒng)的方法用來適當(dāng)?shù)厍蟹謧鬏斁嚯x，并為各個(gè)部分的間隔確定色散補(bǔ)償量。但要是選擇項(xiàng)的數(shù)目大，外圍部件類型的數(shù)目就會(huì)增多，而這是不經(jīng)濟(jì)的。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)色散補(bǔ)償量設(shè)定了最小單元(例如為-300ps/mm)，而且作為色散補(bǔ)償單元基本上只采用一種類型。將具有最小單元的色散補(bǔ)償量的各個(gè)組件相連接，用以根據(jù)傳輸距離實(shí)現(xiàn)所需的色散補(bǔ)償量。如果采用這樣一種色散補(bǔ)償器，即使是用有關(guān)設(shè)備運(yùn)動(dòng)改變了傳輸距離，也不必變動(dòng)此色散補(bǔ)償器本身。而只需添加或卸下一或多個(gè)組件即可。此外，由于組件的備件類型只是一種，就非常經(jīng)濟(jì)。
但在采用上述方法時(shí)，取決于使用條件。例如光纖的不均勻性以及輸出功率的變化等，有可能不能保證傳輸特性。有效的方法是制備好供校正用的色散補(bǔ)償組件(例如色散補(bǔ)償量為-100ps/nm的組件)，以對(duì)付所發(fā)生的上述情形，并把此組件加入相應(yīng)的裝置中作出適當(dāng)調(diào)節(jié)。
再有一種情形是使色散補(bǔ)償器的輸入/輸出電平為常數(shù)，而這種色散補(bǔ)償器的損耗則必須與色散補(bǔ)償量無關(guān)地在一定范圍之內(nèi)。例如由O/E的以及后置放大器的輸入電平施加這種限制。在這種情形下，當(dāng)另外應(yīng)用光衰減器并在接續(xù)時(shí)用不經(jīng)意地使光軸移位而引致?lián)p耗時(shí)，即使是色散補(bǔ)償量有了改變。色散補(bǔ)償器的損耗也將包括在所需范圍內(nèi)。這樣就防止了后續(xù)的器件受影響。
作為連續(xù)組件的方法可以采用接續(xù)連接(光纖熔接)，與采用連接器連接等。組件本身構(gòu)造成可裝附/分開。
圖8A至8D是說明色散補(bǔ)償器組件的示意圖。圖8A與8B表明了組件的不同裝配形式。圖8A表明的是組件串聯(lián)或并排地相接形式，而圖8b表明的是組件疊置到一起的形式。
圖8C與8D則表明以上各情形中的連接方法。圖8C所示的方法是，將輸入端與輸出端中之一設(shè)在兩相對(duì)側(cè)的一側(cè)之上，而將輸入端與輸出端中的另一個(gè)設(shè)在此兩相對(duì)側(cè)的另一側(cè)之上。在圖8D所示的結(jié)構(gòu)中，輸入與輸出端兩者都設(shè)在一側(cè)。這時(shí)的組件包括有開關(guān)電路，它用來當(dāng)有另一組件連接時(shí)探測終端的插入并將閉合部分打開，使組件得以連接起。
圖9A與9B例示了用于色散補(bǔ)償器組件中光開關(guān)的結(jié)構(gòu)。
圖9A表明在圖8D的布置形式下探測出組件插入的裝置。當(dāng)開關(guān)132與133閉合上，在A與C之間便形成一條光路。光輸入到輸出口130，并從輸出口131輸出。在這種裝置中，光也可輸入到輸出口131，再從輸出口130輸出。在此光路的部分“A”處作色散補(bǔ)償。光路的部分“C”則是通常的光路，不具有色散補(bǔ)償功能。
當(dāng)連接另一組件時(shí)，此組件的輸出口與輸入口插入組件連接探測器135與136中。此組件連接探測器135與136探測出業(yè)已連接上另一組件時(shí)，即給組件連接探測信號(hào)處理裝置137發(fā)送一信號(hào)。此裝置137即根據(jù)上述給開關(guān)132與133發(fā)送控制信號(hào)。開關(guān)132與133再根據(jù)此控制信號(hào)接通前述光路，使光從A傳播到B。
開關(guān)132與133可用任何類型，只要它們能在接收到電信號(hào)時(shí)對(duì)光路進(jìn)行開關(guān)即可。市售有機(jī)械式的這類開關(guān)。
圖9B例示了上述組件連接探測器的具體結(jié)構(gòu)。
此組件連接探測器設(shè)置于裝附在組件連接件138的轉(zhuǎn)接器139上。在圖9B中，將一突起部布置成探測器141。當(dāng)設(shè)在另一組件輸出口處的連接器140插入到轉(zhuǎn)接器139內(nèi)時(shí)，探測器141的突出部便移動(dòng)，接通設(shè)在電連的不同位置處的開關(guān)142，產(chǎn)生一連接探測輸出。前述組件連接探測信號(hào)處理裝置137探測到這一輸出，并接通此組件內(nèi)的光路。
可將色散補(bǔ)償光纖用作色散補(bǔ)償裝置。此外可有種種部件能用于色散補(bǔ)償目的。
圖10A至10C示意地表明了不同于色散補(bǔ)償光纖的色散補(bǔ)償裝置。
圖10A示明一種光纖光柵型色散均衡器。
設(shè)給光纖143提供一光柵(折射率周期性變化)144，它的周期按度數(shù)改變。設(shè)有光輸入到光纖143，此光取決于波長將在同的點(diǎn)上反射，而后返回。由于這一取決于波長而具有不同延遲時(shí)間的光返回，就可用循環(huán)器145將其提取出而使色散均衡化。要是輸入到此光纖光柵的方向反向，則可獲得相反符號(hào)的色散特性。
圖10B示明一種波導(dǎo)型1色散均衡器。
在硅(Si)襯底上用二氧化硅(SiO2)形成一波導(dǎo)146，并布置一移相器149使一上波導(dǎo)147與一下波導(dǎo)148兩者的相位不同。例如通過此移相器149的調(diào)相，輸入的光信號(hào)在長波長側(cè)的分量便沿此下波導(dǎo)傳播，而短波長側(cè)的分量則沿此上波導(dǎo)傳播。通過使此信號(hào)沿上述波導(dǎo)傳播多次，便可獲得負(fù)的色散特性。同樣，通過調(diào)相也可獲得相反符號(hào)的色散特性。例如，可把一薄膜加熱器用作前述移相器149。
圖10C表明一種諧振腔型色散均衡器。
相對(duì)地設(shè)置一全反射鏡151和一半透反射鏡150。當(dāng)有光從半透反射鏡150輸入時(shí)，依據(jù)這兩塊鏡之間的距離，只有具備某種波長的光才在這兩鏡之間多次反射并發(fā)生諧振。按正比于一頻率的一定次數(shù)作多次反射且具有在諧振波長領(lǐng)域中頻率的光返回后，可用循環(huán)器將其提取出，由此給出了因此光的頻率(波長)而異的延遲時(shí)間，使色散均衡。取決于用在高于或低于諧振頻率的頻率處的區(qū)域，可以獲得相反方向的色散特性。
能夠確保所需傳輸特性的色散補(bǔ)償量的容差可以通過下述方式改進(jìn)在發(fā)送側(cè)給光信號(hào)提供可識(shí)別的線性調(diào)頻，即α參數(shù)為正的紅光線性調(diào)頻；在接收機(jī)中設(shè)置色散補(bǔ)償器；調(diào)節(jié)色散補(bǔ)償器的色散補(bǔ)償量的補(bǔ)償中繼器中居前的傳輸路徑的色散；同時(shí)在接收機(jī)中也設(shè)置一色散補(bǔ)償器。結(jié)果，當(dāng)根據(jù)傳輸距離來設(shè)定色散補(bǔ)償器的選擇項(xiàng)時(shí)，此選擇項(xiàng)的數(shù)目可以減少。
此外，由于可通過在發(fā)送側(cè)進(jìn)行紅光線性調(diào)頻消除傳輸路徑上的非線性效應(yīng)，故能夠有較高的光輸出。
權(quán)利要求
1.一種光傳輸系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)，該發(fā)射機(jī)在發(fā)送光信號(hào)時(shí)，以正的線性調(diào)頻參數(shù)α值對(duì)該光信號(hào)進(jìn)行預(yù)線性調(diào)頻，該發(fā)射機(jī)包括負(fù)色散補(bǔ)償器，該發(fā)射機(jī)產(chǎn)生一個(gè)具有變窄的脈沖寬度的信號(hào)，該脈沖寬度是根據(jù)色散補(bǔ)償量和線性調(diào)頻參數(shù)值而變窄的；多個(gè)光放大器；接收機(jī)，該發(fā)射機(jī)、光放大器、與該接收機(jī)都作為光學(xué)部件使用；和傳輸路徑，每一路徑連接著兩個(gè)光學(xué)部件，使每一傳輸路徑都在一個(gè)光學(xué)部件的前面，各光放大器與該接收機(jī)都分別包含固定色散補(bǔ)償器，各色散補(bǔ)償器都有與在前面的傳輸路徑長度相對(duì)應(yīng)的色散補(bǔ)償量。
2.按照權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其中的線性調(diào)頻參數(shù)α，設(shè)在0＜α≤2的范圍。
3.按照權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其中的發(fā)射機(jī)包括色散補(bǔ)償器。
4.按照權(quán)利要求3的光傳輸系統(tǒng)，其中包括在發(fā)射機(jī)中的色散補(bǔ)償器的色散補(bǔ)償量，設(shè)為-1200ps/nm或更小。
5.按照權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其中分別包括在各光放大器及該接收機(jī)中的色散補(bǔ)償器的色散補(bǔ)償量，設(shè)為-2300ps/nm或更小。
6.按照權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其中所述各色散補(bǔ)償器都是色散補(bǔ)償光纖。
7.按照權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其中各色散補(bǔ)償器都是光柵光纖。
8.按照權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其中各色散補(bǔ)償器都是波導(dǎo)型色散均衡器。
9.按照權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其中各色散補(bǔ)償器都是諧振腔型色散均衡器。
10.一種在上游光學(xué)部件前面的傳輸路徑上接收光信號(hào)的光學(xué)裝置，該光信號(hào)發(fā)送時(shí)被用正的線性調(diào)頻參數(shù)α值進(jìn)行預(yù)線性調(diào)頻，該光學(xué)裝置包括一個(gè)中繼器，該中繼器具有光放大器和至少一個(gè)固定量色散補(bǔ)償器，該色散補(bǔ)償量與在前面的傳輸路徑長度相對(duì)應(yīng)。
11.按照權(quán)利要求10的光學(xué)裝置，其中色散補(bǔ)償器的色散補(bǔ)償量，設(shè)為-2300ps/nm或更小。
12.按照權(quán)利要求10的光學(xué)裝置，其中的色散補(bǔ)償器是色散補(bǔ)償光纖。
13.按照權(quán)利要求10的光學(xué)裝置，其中的色散補(bǔ)償器是光柵光纖。
14.按照權(quán)利要求10的光學(xué)裝置，其中的色散補(bǔ)償器是波導(dǎo)型色散均衡器。
15.按照權(quán)利要求10的光學(xué)裝置，其中的色散補(bǔ)償器是諧振腔型色散均衡器。
16.一種生產(chǎn)光學(xué)系統(tǒng)的方法，包括的步驟有設(shè)置一發(fā)射機(jī)、多個(gè)光放大器、和一接收機(jī)，該發(fā)射機(jī)、各光放大器、和接收機(jī)都作為光學(xué)部件使用，該發(fā)射機(jī)在發(fā)送光信號(hào)時(shí)，對(duì)該光信號(hào)進(jìn)行預(yù)線性調(diào)頻；設(shè)置多條傳輸路徑，每一路徑連接著兩個(gè)光學(xué)部件，使每一傳輸路徑都在一個(gè)光學(xué)部件的前面；對(duì)每一光放大器和該接收機(jī)，確定在前面的傳輸路徑的長度；設(shè)置多種類型的固定色散補(bǔ)償器，每種類型的色散補(bǔ)償器都有相應(yīng)的傳輸路徑長度范圍；和對(duì)每一光放大器和該接收機(jī)，選擇與在前面的傳輸路徑長度相對(duì)應(yīng)的色散補(bǔ)償器。
17.按照權(quán)利要求16的產(chǎn)生光信號(hào)的方法，還包括在發(fā)射機(jī)中設(shè)置一色散補(bǔ)償器的步驟。
18.一種生產(chǎn)光學(xué)系統(tǒng)的方法，包括的步驟有設(shè)置一發(fā)射機(jī)、多個(gè)光放大器、和一接收機(jī)，該發(fā)射機(jī)、各光放大器、和接收機(jī)都作為光學(xué)部件使用，該發(fā)射機(jī)在發(fā)送光信號(hào)時(shí)，以正的線性調(diào)頻參數(shù)α值對(duì)該光信號(hào)進(jìn)行預(yù)線性調(diào)頻；設(shè)置多條傳輸路徑，每一路徑連接著兩個(gè)光學(xué)部件，使每一傳輸路徑都在一個(gè)光學(xué)部件的前面；對(duì)每一光放大器和該接收機(jī)，確定在前面的傳輸路徑的長度；設(shè)置多種類型的固定色散補(bǔ)償器，每種類型的色散補(bǔ)償器都有相應(yīng)的傳輸路徑長度范圍；和對(duì)每一光放大器和該接收機(jī)，選擇與在前面的傳輸路徑長度相對(duì)應(yīng)的色散補(bǔ)償器。
19.一種光傳輸系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)，發(fā)送光信號(hào)，同時(shí)對(duì)該光信號(hào)進(jìn)行預(yù)線性調(diào)頻；多個(gè)光放大器；接收機(jī)，該發(fā)射機(jī)、各光放大器、與該接收機(jī)都作為光學(xué)部件使用；和傳輸路徑，每一路徑連接著兩個(gè)光學(xué)部件，使每一傳輸路徑都在一個(gè)光學(xué)部件的前面，該發(fā)射機(jī)包括一負(fù)色散補(bǔ)償器，該發(fā)射機(jī)產(chǎn)生具有變窄的脈沖寬度的信號(hào)，該脈沖寬度是根據(jù)色散補(bǔ)償量和線性調(diào)頻參數(shù)值而變窄的，各光放大器和該接收機(jī)分別包括至少一個(gè)固定量色散補(bǔ)償器，每一個(gè)的色散補(bǔ)償量與在前面的傳輸路徑長度相對(duì)應(yīng)。
20.一種光傳輸系統(tǒng)，包括布置在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的傳輸路徑；和布置在傳輸路徑內(nèi)的中繼器；該接收機(jī)與該中繼器各有一色散補(bǔ)償器，以便對(duì)出現(xiàn)在傳輸路徑上游的色散進(jìn)行補(bǔ)償，該發(fā)射機(jī)通過產(chǎn)生具有變窄脈沖寬度的信號(hào)，為接收機(jī)與中繼器中的色散補(bǔ)償量增加容差，該脈沖寬度的變窄，依賴于該發(fā)射機(jī)使用的線性調(diào)頻參數(shù)和色散補(bǔ)償量。
全文摘要
在用傳輸路徑與中繼器(在線式放大器)連接發(fā)送機(jī)與接收機(jī)的系統(tǒng)中，在發(fā)送側(cè)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行了α參數(shù)為正的紅光線性調(diào)頻。各個(gè)中繼器包括有色散補(bǔ)償器用來補(bǔ)償位于其前面的傳輸路徑的色散量。包括在發(fā)送機(jī)中的色數(shù)補(bǔ)償器的色散補(bǔ)償量設(shè)定為常值。接收機(jī)中所包括的色散補(bǔ)償器的色散補(bǔ)償量則設(shè)定成用來補(bǔ)償位于其前面的傳輸路徑的色散量。在發(fā)送側(cè)利用色散補(bǔ)償器的補(bǔ)償本領(lǐng)與紅光線性調(diào)頻，可在傳輸路徑上有效地補(bǔ)償脈沖寬度的展寬。
文檔編號(hào)H04B10/18GK1501599SQ0310373
公開日2004年6月2日 申請(qǐng)日期1997年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月27日
發(fā)明者宮內(nèi)彰, 山根一雄, 河崎由美子, 岡野悟, 美子, 雄 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社