專利名稱：用于光通信的方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信，并特別涉及有顯著非線性光學效應的光通信。
背景技術(shù)：
在光通信系統(tǒng)中，一個信號1)在光線或光路上發(fā)射，2)沿該線路周期性地光放大(離散放大和/或分布式喇曼放大)，3)光整形和/或重定時用于進一步傳輸以及4)接收并修改成電子形式的信號。(整形被定義為任何這樣光學處理，通過該處理，該光信號被轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換后，信號部分中對應于一個代碼級(例如，二進制碼中的0或1)的振幅偏差被減小。以及重定時被定義為任何這樣的處理，在用于檢測一個比特的最佳采樣時間，減小信號的任何個別編碼級的偏差，如此用于這些級別的比特的總比特誤差率被最小化)。因此，該線路由這一系列片斷所確定，每個片斷在每一端附加一個設(shè)備，即放大器(離散放大器或用于分布式放大器的泵)、發(fā)送器、多路復用器、多路分解器、濾光器、波長轉(zhuǎn)換器、色散補償器、接收器、重定時器、交換機、塞取多工器(add-drop multiplexer)、交叉連接、調(diào)制器或整形器。例如，在圖1中片斷7有整形器和鉺摻雜光纖放大器(EDFA)附加在其端點上；片斷8在其端點具有EDFA；片斷9的端點具有EDFA和喇曼放大器泵；而片斷10的端點具有喇曼泵和發(fā)送器。
注入該線路的信號大大地受其沿該線路的傳播的影響。線性和非線性兩種現(xiàn)象導致該信號的變化。色散對這樣的線性效應具有重大作用。換句話說，不同波長的光以不同速度沿該線路傳輸。因為沒有任何光脈沖是完全單色的，由于波長長的組分沿該線路傳輸?shù)乃俣扰c波長短的組分不同，所有脈沖將因通過該線路而被展寬。因此，一個所注入的窄脈沖將在一個片斷的端部作為一個展寬的脈沖被接收，在所展寬的脈沖中，長波長在一側(cè)，短波長在另一側(cè)。該片斷的特性決定較長的波長傳輸?shù)每?，還是較短的波長傳播得快。
非線性效應同樣影響所注入的脈沖。對于非線性效應，該信號的強度影響信號的不同部分的傳播的速度和/或引起所注入信號不同部分，例如脈沖，之間的交互作用(例如強度的交換)。在單頻率信道通信系統(tǒng)中，這種交互作用是顯著的并且出現(xiàn)在脈沖之間，而在多個信道通信系統(tǒng)中，在不同波長范圍內(nèi)的多個信號被注入，在頻率信道之間以及在一個信號頻率信道中的這種交互作用是相當顯著的。
這些線性和非線性效應的結(jié)果是在傳播之后的一個脈沖由于展開而與另一個脈沖重疊，和/或通過從一個脈沖到另一個脈沖的能量轉(zhuǎn)移而導致脈沖失真。因此必須利用較慢的比特率(較大的脈沖間隔)或在整形和/或重定時之間的較短的傳輸距離以防止信息丟失。由于增加了該系統(tǒng)相關(guān)的資金成本，減慢比特率或更頻繁的放大不是理想的方案。
多種減少這樣的線性和非線性現(xiàn)象的結(jié)果的手段被開發(fā)出來。例如，色散補償器被插入光學系統(tǒng)以減輕線性效應。當色散由一個光信號通過整個或一部分線路引入之后，該信號通過引入存儲在該線路中相反信號色散的一條光纖線圈傳送。例如，該線路的一個片斷或系列片斷使得較短波長相對于較長波長被加速(或減慢)，而該線圈使得較短波長相對于較長波長減慢(或加速)。結(jié)果，該線路的色散得以補償，并因而基本上被去除。
其他與非線性效應相關(guān)的技術(shù)革新減少了信號衰減。在一個特定的重要途徑中，該線路中的光纖(稱為OFS Fitel，Inc.開發(fā)的TrueWave)被配置為具有不可忽略的色散，例如5psec/(nm·km)，而不是制造為將這樣的色散最小化。當所引入的色散在上述的傳播之后被校正時，這有助于減小非線性效應。通過特意在不同信道中引入色散信號脈沖(因此引入不同波長)導致在該線路中以不同速率傳輸。這些脈沖來自于不同信道，因此，在傳播過程中獲得不同的相位，在信道上引起相位差減輕四波混合(一種非線性效應)。從而這些脈沖之間的非線性交互作用被限制。
盡管這些改進歸功于TrueWave光纖，但現(xiàn)在使用的或現(xiàn)在預期增高的高比特率(每個信道大于2.5吉比特)導致遭遇功耗增加的可能(單位時間有更多的脈沖)。因此增加放大器之間跨度的要求被用于所增加的功耗的需求。所增加的功耗無論如何，如上所述，導致包括非線性效應的更顯著的問題。
為了解決高比特率的困難，進一步創(chuàng)造性的方法被開發(fā)出來。如ISBN 80-12-395173-9，紐約，學院出版社，Kaminow，I.，等人(2000)《光纖通信技術(shù)》IVB，第六章，第232-304頁中討論的，色散映射就是這樣一種方法。在一個實施例中，不是發(fā)射窄脈沖，而是處理光信號，使得它們在注入時具有與窄脈沖受到顯著的線性色散那樣加寬的脈沖。對應于一個特定水平色散，應用于一個窄脈沖的信號的配置在整個線路中被周期性地調(diào)整。例如，圖2是色散圖的一個說明。該圖是沿著該線路的位置與在該位置處的信號波形之間的曲線圖，當對一個信號應用窄脈沖時，該信號波形由產(chǎn)生這種波形所需的線性效應所產(chǎn)生的累積色散度所表示。因此，圖2中6處的圖顯示在注入信號上-800psec/nm的累積色散。
在圖2的例子中，所注入的信號有-800psec/nm的累積色散，這是非常寬的，在零累積色散(圖2中的點21)該信號還沒有尖脈沖之前迅速地改變配置，并進一步在+800psec/nm(圖2中的點22)，該信號再次變得非常寬之前迅速地改變配置。由于迅速地改變配置，所引起的相位改變以一種統(tǒng)一的方式，在整個脈沖之上平均，并因此每個脈沖重要的失真被消除。由于這樣的平均處理和強度減輕，上述的非線性效應被減小。所使用的特別的色散圖取決于該線路的特殊性質(zhì)，比特率，以及所注入脈沖的功率。(考慮關(guān)于選擇一個色散圖的討論見以上的Kaminow所著文獻的第6章。)一種替換的手段被用于繼續(xù)驅(qū)使減少由于非線性效應引入的必需的光學信噪比的損失。(為了本發(fā)明的目的，稱為必需的OSNR的損失)在這點上，包括一個光相位共軛器(OPC)的特殊系統(tǒng)被描述。(見Brener，I.等人“在長光纖跨度中使用一個LiNbO3相位補償器和喇曼放大取消所有克爾非線性效應，”光纖通信研討會2000年截止的論文PD 33-1)。OPC也具有反轉(zhuǎn)與線性效應相關(guān)的信號的累積色散的符號(例如+800psec/nm變成-800psec/nm)和將脈沖較長的波長改變?yōu)檩^短的波長的性質(zhì)。因此，如圖3所示，一個脈沖的較短的波長41，和較長的波長42被交換，如圖4所示。由扭曲作用產(chǎn)生并導致失真的場通過OPC被相位共軛(部分在沿該線路的距離上成線性的相位經(jīng)歷一個符號改變)。因為共軛，在該線路一個第二片斷的傳播上，這樣的失真逐漸被減輕而不是增加。功率分布對減輕的程度有作用(功率分布是對于沿該線路的位置的信號總功率圖)。隨著一個OPC的不均勻功率分布圖被認為并看做不利因素，特別相對于均衡的或近似均衡的(如通過使用分布式喇曼放大產(chǎn)生的)功率分布而言。如上所述，該非線性效應的振幅取決于信號的強度。在OPC周圍，沿該線路的強度分布是均衡或近似均衡的情況中，該片斷中在OPC之后由于非線性效應產(chǎn)生的損失與該片斷中OPC之前產(chǎn)生的非線性效應相抵消。
OPC的使用也被用于其他方式以減小失真。特別，在一個孤波發(fā)射系統(tǒng)(a soliton transmission system)中，可能安置一個OPC，因此由于噪音引起的定時抖動被減小。(對這樣的途徑的描述，見Smith，N.J.(1997)“利用周期色散補償?shù)墓虏òl(fā)射，”光波技術(shù)雜志，15(10)，1808)盡管有了所有的這些改進，但始終追求的目標是進一步減小由一個片斷或一串片斷引入的必需的OSNR損失并因而允許更高的脈沖率和/或更大的信號強度。

發(fā)明內(nèi)容
當通過本發(fā)明的實踐不完全影響關(guān)聯(lián)線性效應的損失時，關(guān)聯(lián)非線性效應的損失被減小。值得注意的是，在不確保OPC任一邊的功率分布圖均衡時完成的結(jié)果。在OPC的位置周圍，該功率分布圖可能均衡或是不均衡。特別至少有一個OPC被使用于一串片斷中的某處。然而，該OPC應該與偽線性操作方式中的一個特殊色散映射類型相結(jié)合而使用。確保滿足三和用于偽線性方式中的操作的標準。第一，對至少一個信道的比特率將為20吉比特/秒或更高。第二，一串片斷中得以改進的某處，在一個脈沖最大值的一半(FWHM)時，暫時總帶寬變?yōu)?/B其中B是比特率。例如，對40吉比特每秒的比特率，1/B是25psec(皮秒)。第三，在將要改進的一串片斷中，用于至少一個信道的功率有至少20吉比特每秒的比特率，至少達到從該片斷中對該信道的信號源發(fā)送器發(fā)射的功率的十分之一。所使用的色散映射也是重要的。對于被改進的該串片斷，該色散映射被配置，因此該比特率的絕對值在a)半點的正色散的和與b)半點的負色散的和之間，范圍在0.5到2.0，在0.8到1.25之間更好，最好在0.9和1.1之間(對于一個片斷，該半點Zo是沿該片斷的點Zo，其中∫ZoY(z)P(z)dz與∫ZoLY(z)P(z)dz相等。(P(z)是在一個片斷中該信號功率相對位置的功能，L是該片斷的長度，以及Y(z)是該片斷的長度，并且Y(z)是上述Kaminow中，第248頁等式6.25定義的一個系數(shù)，該等式規(guī)定Y等于n2w0/(cAeff)，其中n2是該光纖的克爾非線性索引系數(shù)，A是該光纖的有效模式區(qū)，w0是發(fā)射光的角頻率以及c是真空中的光速)。換句話說，如圖5所示，在在虛線75左邊并且在曲線74，P(z)(假設(shè)對這個圖，y(z)對所有的z為常量)，下方的面積72與在該曲線下方并且在75右邊的面積73相等。該OPC應當安置在即將被改良的片斷或片斷的串中，例如在對應于負色散的半點位置和對應于正色散的半點之間。某些色散映射被配置為提供累計脈沖色散相對于零點的的低幅度偏移。在這些映射中，在片斷的半點位置的累積色散保持低于一個預選的最大值。吉比特每秒的比特率上，以皮秒每納米為單位的所預選的最大值約小于16000到32000乘以吉比特每秒為單位的比特率。在40吉比特每秒的比特率上，所預選的最大值約小于400到800皮秒每納米。另外，該OPC應當單獨或者結(jié)合色散補償器而設(shè)置，因此在整形或重定時之前，在該線路的端部存在有該OPC的情況下，調(diào)整由線性效應引起的累積色散的量，例如，通過使用一個補償器獲得一個小于等于約250psec/nm的累積色散。
為了避免由于線性效應對色散產(chǎn)生大的影響，可以把該OPC置于該線路中，因此該色散映射不被改變。例如，如果所希望得到的色散映射如圖6所示，則在86處的波形可能遭遇一個OPC。該OPC反轉(zhuǎn)該累積色散的符號而不需要色散補償，并且該信號配置被從點86變?yōu)辄c89。類似地通過將該OPC放置在點82，其中該點由于線性效應引起的色散為零，由一個OPC引起的共軛使該色散映射不改變。
本發(fā)明通過使用至少一個適當安置的OPC，而不需要調(diào)整沿該線路附近的功率分布，例如分布式喇曼放大，而提供提高比特率和/或提高所注入信號的功率的可能性(但是，不排除把喇曼放大用于本發(fā)明的情況)。OPC是一個公知的器件(見費什爾，羅伯特A.(1995)《光相位共軛器》圣地亞哥.學院出版社)，并且不顯著地將該系統(tǒng)構(gòu)造復雜化。另外，不有害于與選擇合適的色散映射和色散補償器相關(guān)的積極效果。


圖1示出一個光通信系統(tǒng)以及它與本發(fā)明的關(guān)系；圖2到4示出與光通信相關(guān)的概念以及它們在本發(fā)明中的應用；圖5例示了半點的概念；圖6例示了本發(fā)明涉及的色散映射；圖7、8和9涉及半點和色散映射率的概念；圖10表明與光相位共軛器相關(guān)的作用；以及圖11說明本發(fā)明的系統(tǒng)。
具體實施例方式
如上文所述，本發(fā)明可以應用于單模和多模光通信系統(tǒng)。為了達到本發(fā)明的目的，一個系統(tǒng)包括一個系統(tǒng)部分，即，一個至少有兩個相鄰片斷的系列。一個片斷的主要元件是光纖波導。其他器件諸如放大器、濾光器、波長轉(zhuǎn)換器、色散補償器、重定時器、整形器、多路復用器、多路分解器、塞取多工器、交叉連接、接收器、交換機、調(diào)制器和發(fā)送器限定一個片斷的端點，但不被認為是該片斷的一部分。例如，用于確定在半點的色散率的器件不是片斷的一部分。
如上文所述，本發(fā)明作用于以偽線性方式運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)部分。以下標4準將適合將被考慮以這樣方式工作的系統(tǒng)部分1)對一個信道的脈沖比特率應當為20吉比特/秒或更高，2)在該系統(tǒng)部分中某個地方的一個信號脈沖的FWHM是2/B以及3)在系統(tǒng)部分中，具有大于20吉比特/秒比特率的信號的至少一個信道的功率至少達到該系統(tǒng)部分信道源點的發(fā)送器發(fā)射功率的十分之一。如果對于這樣的片斷系列，三個標準都符合，則該系統(tǒng)部分被作為一個偽線性方式系統(tǒng)部分。在這個關(guān)系中，一個片斷系列形成一串相鄰的片斷。從而，在圖1中，來自于一個片斷系列的片斷12、7、8、9、11與8、9和10、9、8、7一樣。類似地，如果在光通路連接片斷中的片斷和器件被配置，則該系統(tǒng)部分被配置為以一個偽線性方式運轉(zhuǎn)，所以可能符合三個必需的標準。所以如圖11(a)所示，在一個實施例中，該系統(tǒng)部分涉及在光通路中的一個ERDA134和136、OPC 135以及一個整形器/重定時器137與片斷131、132和133，其中器件134、135、136和137被配置為偽線性方式。類似地，圖11(b)顯示具有用于放大的喇曼泵的系統(tǒng)。
在至少一個系統(tǒng)部分上的偽線性方式中的色散映射將符合某個標準。特別對這樣一個區(qū)域，其比率的絕對值在1)在半點的正色散之和與2)在半點的負色散之和之間，在0.5和2.0的范圍之內(nèi)(對本發(fā)明，該比率的絕對值被稱為色散映射率)。從而，例如在圖7中，放大發(fā)生在點97，其片斷表示為91、92、93和94。該半點是點96。因此該色散映射率是在點103和104的色散和與點101和102的色散和之間比率的絕對值。決定一個有分布式喇曼放大的方式中的色散映射率的過程也一樣，只是該功率圖可能更像圖9所示，其中喇曼泵位于點111，片斷為112，113，114，和115，以及該半點是116。如所公布的過程的描述，通過計算獲得在一個喇曼放大器中的信號功率P(z)的演變。特別，該計算被描述于Essiambre，R.-J.等人所著的《產(chǎn)生兩倍雷利反向散射的雙向預測激發(fā)光纖放大器的設(shè)計》IEEE光子學技術(shù)證書，14(7)，914-916(2002)。適合于進行這樣的計算的計算機程序包括VPI系統(tǒng)注冊發(fā)射套裝軟件，例如VPI Transmission MakerTM，(Cruz Plaza，943Holmdel Road，Holmdel，N.J.07733)，和Rsoft公司放大器以及發(fā)射軟件(Ossining，N.Y.，USA)。用于產(chǎn)生OPC的技術(shù)一般重要。典型地，OPC用一個周期性接入鎳酸鋰的晶體形成，如Fejer，MM.等人在《IEEE量電子學期刊》，28，2631(1992)中所描述。該OPC通常被激發(fā)于1500nm到1650nm的波長范圍間。其他OPC器件諸如半導體光學放大器之類被描述于Girardin，等人《在1.5mm長半導體光學放大器中的低噪音且非常高效的四波混合》IEEE光子學技術(shù)證書，9(6)746(1997)中。
一個OPC也在該OPC的激發(fā)源頻率的相關(guān)頻率周圍反轉(zhuǎn)一個多信道系統(tǒng)中的信道。(對基于四波混合或?qū)盈B三波混合機制運轉(zhuǎn)的器件，其信號頻率被反映在激發(fā)頻率周圍。對基于不層疊三波混合機制運轉(zhuǎn)的器件，該信號頻率被反映在激發(fā)頻率的一半周圍。對基于層疊三波混合機制運轉(zhuǎn)的器件的描述，見Chou，M.H.等人所著的《基于LiNbO3波導中層疊二階非線性效應的1.5pm帶波長轉(zhuǎn)化》IEEE光子學技術(shù)證書，11，653(1999))。因此如圖10所示，假設(shè)用于OPC的泵在頻率124，則有通過該OPC之前所示頻率的信道121，122，和123在通過該OPC之后將有對應的頻率125，126，和127。結(jié)果，這些信道的頻率順序被反向并且該信道頻率被改變。如果這些改變不能被接受，則可用一個不引起這樣的反向的配置。這樣的一個配置被描述于由ArefChowdhury和Rene’Essiambre共同提出的美國專利申請____(Chowdhury 6-9)，該專利申請的全文通過引用的方式被包含于此。在這樣的實施例中包括選擇使用的該OPC的激發(fā)波長應用的發(fā)明，如此所述以消除所討論的信道反向的結(jié)果。
一般將該OPC例如放置在一個片斷的末端點是方便的，因此可以較容易地達到對該線路的訪問的目的。通常便于將一個光相位共軛器放置在色散映射上這些位置中的其中一個位置。可能使用多于一個的OPC，這樣在圖6中有該色散映射的位置86和83，繼續(xù)重復到83的模式。然而如果需要其他光學器件，該OPC應當被配置，這樣所希望得到的色散映射不會受損。再次，如圖6所示，可能安置一個OPC，因此其在86遭遇該波形，因為該OPC的性質(zhì)是反轉(zhuǎn)該累積色散的符號。因此一個OPC將提供該色散映射上從點86到點89的改變。結(jié)果在這些點的一個色散補償器不必要達到所希望得到的色散映射。
可能將OPC安置在其他配置中并且仍然不打亂所希望得到的色散映射。例如，如果該OPC放置在點82其中該OPC引起的累積色散為零，不改變累積色散的發(fā)生并且該映射也不被打亂。類似地可能將該OPC安置在一個非零累積色散位置并且使用一個色散補償器將由OPC產(chǎn)生的累積色散的反向返回其原值。因此如果一個OPC被放置在使得-20psec/nm的累積色散的水平被反轉(zhuǎn)為+20psec/nm的位置處，并且需要一個色散補償器將該水平返回-20psec/nm。
與其他光通信系統(tǒng)相同，該光學元件包括優(yōu)選的線路，使得累積色散的幅度被補償，這樣在整形和/或重定時之前的信號有一個小于250psec/nm的值。如上文所述，可以使用各種形式的放大。如鉺摻雜光纖放大器(EDFA)這樣的離散放大器和如分布式喇曼放大這樣的連續(xù)放大皆可被接受。該系統(tǒng)中所有放大器可以為離散放大器，例如EDFA，為分布式喇曼放大器，或兩者的結(jié)合。與該OPC位置相關(guān)的功率分布圖對于本發(fā)明來說是不重要的。
權(quán)利要求
1.一種用于操作光通信系統(tǒng)的方法，其中包括通過包含至少兩個片斷和一個光相位共軛器的系統(tǒng)部分傳播光信號，其特征在于1)所述系統(tǒng)部分以一個偽線性方式運作，以及2)該系統(tǒng)部分的色散映射率在0.5至2.0的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中的方法，其中所述系統(tǒng)包括一個接收器，其包括一個光電信號轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中的方法，其中所述系統(tǒng)包括一個接收器，其包括一個光信號再生器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中的方法，其中所述光信號再生器對一個光信號重定時并整形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中的方法，其中所述片斷包括具有2到100psec/(nm·km)范圍內(nèi)的色散的光纖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中的方法，其中所述色散映射率在0.8至1.25的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中的方法，其中所述色散映射率在0.9至1.1的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中的方法，其中所述光相位共軛器包括色散補償器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中的方法，其中所述系統(tǒng)部分包括多種光相位共軛器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1中的方法，其中由離散放大產(chǎn)生功率分布圖。
全文摘要
由一個光通信系統(tǒng)中的非線性效應導致的光學信噪比必要的損失通過特別公開的技術(shù)被減小。該通信系統(tǒng)運轉(zhuǎn)于且適合以偽線性方式工作。另外，使用具有合適的色散映射的一個光相位共軛器。這樣的組合在由于非線性效應而在光學信噪比必要的損失上獲得所需的改進。
文檔編號H04B10/02GK1599289SQ20041004477
公開日2005年3月23日 申請日期2004年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月20日
發(fā)明者艾利夫·朝德哈利, 利尼-讓·艾西亞姆布里 申請人:朗迅科技公司