專利名稱：使用喇曼效應放大的光纖傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的領域為光傳輸系統(tǒng)，并且更準確的說是光傳輸系統(tǒng)中的信號放大。
背景技術：
光纖傳輸系統(tǒng)一般包括發(fā)送器和接收器，發(fā)送器將所要傳輸?shù)男盘栕⑷氲焦饫w中，接收器接收在光纖中傳播后的信號。在光纖中傳播就會導致信號衰減。可以沿著光纖設置中繼器，以對信號進行放大或格式化。
已經(jīng)提出使用喇曼效應來放大傳輸信號。將泵浦光注入光纖中。泵浦光的功率通過喇曼效應沿著光纖傳遞到該信號。選擇泵浦光的波長，使得在所要放大的信號波長附近出現(xiàn)最大的喇曼增益。泵浦光效率是泵浦光功率和所要泵浦的信號功率的函數(shù)。例如，在Govind P.Agrawal，第二版，第八章“非線性光纖(Nonlinear Fiber Optics)”中描述了這種方案。
在H.D.Kidorf的、標題為“Low noise Raman amplifier employingbidirectional pumping and an optical transmission system incorporatingthe same”的美國專利US6181464(Tycom)中提出一種向傳輸系統(tǒng)中同時注入兩個泵浦光，第一泵浦光(第一泵浦光P1)的波長為第一泵浦光波長λ1，第二泵浦光(第二泵浦光P2)的波長為第二泵浦光波長λ2。選擇第二泵浦光的波長，以通過喇曼效應來對該信號進本領域的普通技術人員，以及選擇第二泵浦光的波長，以通過喇曼效應來對第一泵浦光進泵浦。圖1是在上述相反傳播泵浦光的這種情況下的系統(tǒng)中，信號S的功率與泵浦光P1和P2的曲線圖?？v軸所示為功率，橫軸所示為沿該光纖的距離。在光纖的一端注入信號S，圖中所示為左手端，并在光纖的另一端注入泵浦光，圖中所示為右手端。在圖1的曲線圖中，標記為S的曲線為信號的功率曲線，如圖所示，信號功率在注入時最大，并在光纖的第一部分上減小，直至距離d1，這是因為在光纖中衰減的原因。信號功率在距離d1處最小。在距離d1和d2之間，由于泵浦光P1對信號的泵浦，信號功率增加。距離d2之外，信號的功率再次減小，泵浦光P1的功率不足以進行泵浦，以補償信號的衰減。
在光纖的另一端，所注入的第一泵浦光的功率比第二泵浦光的功率低。在泵浦光的傳播方向上，在圖1的附圖中為從右向左，第二泵浦光的功率減小是因為衰減，并且因為通過喇曼效應向第一泵浦光傳遞功率。在泵浦光的傳播方向上，第一泵浦光的功率開始增加，衰減的效果由第二泵浦光對第一泵浦光的泵浦而得到補償。因為通過喇曼效應，功率從第一泵浦光傳遞到信號，并且因為光纖的衰減，從而第一泵浦光的功率降低。
上述系統(tǒng)具有如下缺陷。注入光纖的泵浦光功率受到瑞利反向散射的限制，并且限制了從第一泵浦光的功率注入。對于給定的光纖，不可能簡單的選擇光纖中需要放大信號的區(qū)域，或者不可能在系統(tǒng)已經(jīng)設計之后更改這一區(qū)域。
因此，就需要一種傳輸系統(tǒng)，其中可以更改分布放大，并特別需要一種能夠選擇出現(xiàn)分布放大的光纖區(qū)域的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個實施例提出一種光學傳輸系統(tǒng)，其包括具有色散的傳輸介質(zhì)；用于將所要傳輸?shù)墓鈱W信號發(fā)射入該傳輸介質(zhì)的裝置；用于將第一泵浦光發(fā)射入該傳輸介質(zhì)的裝置；該第一泵浦光的波長適合于通過喇曼效應泵浦該光學信號；以及用于將第二泵浦光發(fā)射入該傳輸介質(zhì)的裝置，該第二泵浦光的波長適合于通過喇曼效應泵浦該第一泵浦光，用于發(fā)射泵浦光的裝置適合于發(fā)射幅度調(diào)制的第一和第二泵浦光，其中該泵浦光的包絡之間在時間上去相關。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，用于發(fā)射泵浦光的裝置適合于發(fā)射第一和第二泵浦光，其使用相同的調(diào)制波形進行幅度調(diào)制。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，用于發(fā)射泵浦光的裝置適合于在第一和第二泵浦光的包絡之間改變在時間上的去相關。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，用于發(fā)射泵浦光的裝置適合于發(fā)射泵浦光包絡不相互交疊的第一和第二泵浦光。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，用于發(fā)射光學信號的裝置和用于發(fā)射泵浦光的裝置適合于向該傳輸介質(zhì)中發(fā)射相對于該光學信號相反傳播的泵浦光。
本發(fā)明也提出一種用于色散傳播介質(zhì)中光學信號的喇曼放大的方法，該方法包括將第一泵浦光發(fā)射入傳輸介質(zhì)中，該第一泵浦光的波長適合于通過喇曼效應泵浦光學信號，以及將第二泵浦光發(fā)射入傳輸介質(zhì)中，該第二泵浦光的波長適合于通過喇曼效應泵浦該第一泵浦光，對所述第一和第二泵浦光進行幅度調(diào)制，其中所述泵浦光包絡之間在時間上去相關。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，使用相同的調(diào)制波形對第一和第二泵浦光進行幅度調(diào)制。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，該方法包括步驟在傳播期間改變第一和第二泵浦光的包絡之間在時間上的去相關。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，泵浦光的發(fā)射在與信號相反的方向上受到影響。
閱讀本發(fā)明下面的優(yōu)選實施例的描述之后，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢就變得很明顯了，其參照所附的附圖，僅以示范性的方式給出。


圖1是現(xiàn)有技術的傳輸系統(tǒng)中功率的曲線圖。
圖2是本發(fā)明傳輸系統(tǒng)的一個實施例的圖解表示。
圖3是注入點附近的泵浦光功率的曲線圖。
圖4是沿傳輸系統(tǒng)的點上的泵浦光功率的曲線圖。
圖5是作為距離的函數(shù)的在泵浦光間相互作用的效率的曲線圖。
圖6是圖2中系統(tǒng)功率的曲線圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出一種在采用分布放大的傳輸系統(tǒng)中，使用多個泵浦光對泵浦光進行幅度調(diào)制，以及在注入到光纖中的時候?qū)Ρ闷止獾陌j在時間上進行去相關。調(diào)制和去相關限制了在注入到光纖中的時候泵浦光之間的相互泵浦。泵浦光具有不同的波長，由于光纖中的色散，在注入時對泵浦光的去相關并不作為沿光纖傳播的泵浦光保留。因此有可能采用分布放大最大化的光纖區(qū)域作為光纖的色散和泵浦光波長的函數(shù)。
圖2是本發(fā)明傳輸系統(tǒng)的一個實施例的圖解表示，其通過示例的形式示出了沒有中繼器的系統(tǒng)，并使用了反向傳播的泵浦光。該圖示出了發(fā)送器2將所要傳輸?shù)男盘栕⑷氲焦饫w4中，例如，由放大器6接收在光纖中傳播后的信號；如本領域所熟知的，這些信號可以是波分復用(WDM)信號。在光纖中，在放大器的上流側(cè)設置有循環(huán)器8，這僅僅是能夠讓泵浦光注入到光纖中的系統(tǒng)的一個示例。光纖部分10連接著循環(huán)器8和泵浦光源12。后者包括兩個源14和16，提供不同波長的泵浦光。這些源通過調(diào)制器18被幅度調(diào)制，該調(diào)制器可以用來按照如圖3和4中所描述的方式對源14和16進行幅度調(diào)制。其優(yōu)點是，可以在調(diào)制器18調(diào)節(jié)下列一個參數(shù)調(diào)制信號的頻率、調(diào)制信號的波長、調(diào)制的深度以及調(diào)制信號之間的時移。不管是在安裝的時候，還是在后面的操作過程中，調(diào)節(jié)這些參數(shù)中的一個或多個，傳輸系統(tǒng)中采用泵浦光源，以克服由于傳輸系統(tǒng)組件的衰減而引起的變化。
在圖3和4中所示的示例中，使用矩形調(diào)制波形對兩個泵浦光進行幅度調(diào)制，其具有100％的調(diào)制深度和50％的占空度。在該示例中，調(diào)制頻率是相同的。圖3示出了在注入點附近，作為時間函數(shù)的功率的曲線圖。在該附圖的上部分所示第一泵浦光的功率，并且其被幅度調(diào)制。在該附圖的下部分所示為第二泵浦光的功率。如圖所示，以相同的調(diào)制頻率對這兩個泵浦光進行調(diào)制，但是具有半個周期的時移。換言之，在時間上去相關這些光信號的包絡；另外，也可以這樣說，控制幅度調(diào)制的信號是相同的，但是相位不同。由于該去相關，第一泵浦光的光并不能“看見”第二泵浦光的光，這就限制了通過喇曼效應的泵浦效率；嚴格說來，在兩個泵浦光之間缺少任何交疊，就不會存在通過一個泵浦光對另一個泵浦光進行泵浦的情況。
圖4所示為與圖3相似的曲線圖，其為在線性光纖中的給定距離L上傳播之后的情況。如本領域所熟知的，該線性光纖會受到色散。由于該色散，第一和第二泵浦光的脈沖相位速率不同。第一和第二泵浦光的幅度沿著傳輸系統(tǒng)具有不同的相位差。圖4所示為當沿光纖傳播時，泵浦光的幅度已經(jīng)足以使得泵浦光信號是“同相”的，換言之，對于光信號的包絡在時間上的相關而言是最大的。該圖示出了歸一化的幅度，并且作為通過喇曼效應在泵浦光之間傳遞功率或傳播的結(jié)果而忽略了信號的衰減。
圖5是泵浦光間相互作用的效率e的曲線圖。該效率是兩個泵浦光之間交疊的測量。對于圖3中具有相位差π/2的泵浦光，即對于使用相同、但具有半個周期的相位差的周期幅度調(diào)制命令進行調(diào)制的泵浦光，效率等于零。對于疊加的泵浦光，該效率具有最大值1。為了使得在盡可能大范圍的放大區(qū)域上調(diào)節(jié)，最好可以在從0至1的范圍中變化泵浦光之間的交疊。數(shù)值0表示沒有任何功率從發(fā)射泵浦光傳遞。值1表示當泵浦光的包絡同相時，功率的傳遞最大。
曲線圖中所表示的相互作用的效率的數(shù)值可以通過計算組成第一和第二泵浦光的光的包絡之積獲得。該圖示出了相互作用的效率，對于圖1的調(diào)制，在原點為零。在滿足下面方程的距離L處的值為1
T/2＝C(λ1-λ2)L其中C是光纖的色散，單位為ps.(nm.km)-1；T是幅度調(diào)制信號的周期，單位為ps；λ1和λ2是第一和第二泵浦光波長，單位為nm；上面的方程簡單表示了，在距離L千米之后，兩個泵浦光之間的色散差會引起兩個泵浦光之間的相位差，該相位差等于半個調(diào)制周期。在距離L之后，相互作用的效率線性減小直至在距離2×L處再次為0。圖5的曲線圖示出了交疊的效率，并不代表泵浦光的最大幅度的變化，這是由于光纖的衰減、或泵浦光之間功率的相互傳遞、或泵浦光與信號之間功率的傳遞，或者是因為泵浦光以不同的功率注入光纖中的原因所造成的。
從圖5中可以清楚的看出，第一泵浦光被第二泵浦光泵浦的區(qū)域與圖1的方案相比，產(chǎn)生距離上的移位第二泵浦光被第一泵浦光的泵浦通常不是出現(xiàn)在源的附近，而是在泵浦光沿光纖傳播之后出現(xiàn)。第一泵浦光的功率峰值與光纖中信號被泵浦的區(qū)域成比例地移位。該附圖中所示的示例代表了具有π/2相位差和泵浦光的矩形波形幅度調(diào)制的信號的簡單情形。顯然，效率曲線的形狀取決于兩個泵浦光在時間上的最初去相關，換言之，在注入到光纖的時候，調(diào)節(jié)兩個泵浦光在時間上的去相關沿著光纖將泵浦光的最大交疊點移位，并且改變信號被第一泵浦光泵浦的區(qū)域。顯然，效率曲線的形狀也取決于對兩個泵浦光進行幅度調(diào)制的波形；在圖5中的示例中，線性形狀是矩形波形幅度調(diào)制的結(jié)果。例如，對泵浦光應用正弦調(diào)制會產(chǎn)生符合sin2函數(shù)而不是線性函數(shù)的相互作用效率；使用這種形式的調(diào)制，在原點具有零傾角，泵浦光之間的相互作用在注入之后更加緩慢，并且光纖中第二泵浦光被第一泵浦光泵浦的區(qū)域相比于圖5中的示例更加向后推移。獨立于兩個泵浦光之間在時間上的調(diào)節(jié)，通過選擇泵浦光的幅度調(diào)制波形可以沿著光纖位移受到泵浦影響的區(qū)域。圖3和4中通過示例所給出的調(diào)制具有的調(diào)制深度為100％；顯然較低的調(diào)制深度會使得泵浦光的交疊更大，所有其他的情形是相同的。顯然，除了上述給出的示例之外，泵浦光波形可以不同。
光纖中第一泵浦光被第二泵浦光泵浦的區(qū)域也取決于該光纖的色散和所使用的調(diào)制頻率。如上示例所示，泵浦光在時間上去相關交疊的距離與幅度調(diào)制的周期成正比，而與色散和泵浦光之間波長差的乘積成反比。泵浦光之間的波長差由喇曼-斯托克斯頻移所限制，并且大約為100nm。對于在傳輸系統(tǒng)中通常使用的漸變折射率光纖，一般使用的波長范圍中的色散大約為17ps.(nm.km)-1。于是，也可以通過改變調(diào)制泵浦光的信號幅度的頻率，改變距離L。一般可以選擇從7MHz至15MHz的幅度調(diào)制信號的頻率。例如對于這些值而言，距離L可以從20km至40km變化。
圖6是在對數(shù)坐標軸上繪制圖2中系統(tǒng)的功率曲線圖。如圖1中所示，縱軸所示為功率，橫軸所示為沿光纖的距離。為了比較，該曲線圖以點劃線示出了圖1系統(tǒng)中信號的功率。曲線S示出圖2系統(tǒng)中的信號功率。請注意注入光纖中的功率比現(xiàn)有技術中所需要的功率小，以便于能夠獲得相同的輸出功率；這就說明本發(fā)明提供更加有效率的泵浦。也可以將與現(xiàn)有技術相同的功率注入光纖，那么所提出的方案就可以用于傳播更加遠的距離。
該曲線圖也示出了注入到傳輸系統(tǒng)的第一泵浦光的功率曲線P1，以及通過比較示出了注入到圖1中的傳輸系統(tǒng)的第一泵浦光的功率；所表示的功率為平均功率。該曲線圖表明，注入到圖2系統(tǒng)中的第一泵浦光所具有的功率大于注入到圖1系統(tǒng)中的第一泵浦光的功率。實際上，由瑞利反向散射產(chǎn)生的限制是對泵浦光P1的瞬時功率的限制，其沿著光纖積分。在圖2的系統(tǒng)中，選擇第一和第二泵浦光的功率以符合該限制。
從附圖的右手側(cè)開始，并沿著泵浦光傳播的方向，第一泵浦光的功率最初由于衰減而減小。在該第一區(qū)域中，兩個泵浦光之間時間上的去相關使得由第二泵浦光產(chǎn)生的喇曼泵浦不足夠補償?shù)谝槐闷止獾乃p。當兩個泵浦光之間時間上的去相關已經(jīng)減小，足以通過喇曼效應從第二泵浦光向第一泵浦光傳遞功率，至少足以補償衰減，第一泵浦光的功率此后增加。繼續(xù)在泵浦光傳播的方向上，因為從第一泵浦光向信號傳遞功率，第一泵浦光的功率再次減少。
圖6中的曲線S表明，信號功率的曲線圖具有與圖1的曲線圖相同的形狀；因為衰減，該功率最初減小，接著由于喇曼泵浦而導致該功率增加之前，然后再次減少。然而相比于圖1的曲線圖，圖2系統(tǒng)中的功率減小量更少，信號被圖2系統(tǒng)中的第一泵浦光泵浦得更快。結(jié)果，對于相同的輸出功率，信噪比得到了提高，由圖6中的箭頭ΔP表示。
于是圖6表明，使用如圖2中所提出的泵浦光減少了注入到該傳輸系統(tǒng)中的信號功率，并且增加了傳輸系統(tǒng)的信噪比，從而對于同樣的注入和接收功率，并且對于線性傳播條件而言，就增加了信號的傳輸距離。在非線性閾值限制時，注意保留一個同樣的積分信號功率。
當然，本發(fā)明并不限于上述優(yōu)選實施例。實際上，盡管圖2涉及具有兩個泵浦光的系統(tǒng)示例，但是可以有多于兩個泵浦光。這可以具有擴展泵浦光信號帶寬的優(yōu)勢。例如對于波長范圍在1550nm至1600nm的信號，可以使用具有相似波長1450nm和1470nm的兩個第一泵浦光來泵浦信號。然后可以使用波長大約為1360nm的第二泵浦光來泵浦兩個第一泵浦光。
圖2至6的示例示出了具有π/2相位差的矩形波形調(diào)制。調(diào)制波形和時移的這種選擇避免了第一泵浦光和第二泵浦光在注入時的相互作用?？梢赃x擇其他幅度調(diào)制波形作為所需要的分布放大分布的函數(shù)；兩個泵浦光可以使用不同的調(diào)制。兩個泵浦光之間的相位差也可以選擇為示例中所提出的π/2之外的其他值。如果其他條件相同，則改變相移的效果可以使得圖5的曲線圖相對于原點移動。改變對信號所進行的幅度調(diào)制會改變圖5曲線圖的形狀，其將不必再是線性。改變調(diào)制信號頻率的效果是移動傳播距離，以使得最初不同相的泵浦光變?yōu)橥唷?br> 在這些示例中，將本發(fā)明應用到光纖傳輸系統(tǒng)中。顯然，也可以將其應用到使用不同色散傳輸介質(zhì)的光學傳輸系統(tǒng)。圖2的示例示出了使用反向傳播泵浦光的傳輸系統(tǒng)。本發(fā)明也可以應用到具有同向傳播泵浦光的傳輸系統(tǒng)。在圖2的示例中，使用了通過調(diào)制器18調(diào)制的兩個源14和16；可以使用其他實施例的硬件以產(chǎn)生泵浦光，并對其進行幅度調(diào)制。例如，可以使用單個調(diào)制器來調(diào)制復用泵浦光，以及通過將它們穿過幾個附加的標準光纖測量裝置，以把一個泵浦光相對于另一個泵浦光進行移相。在圖2的示例中，調(diào)制的特性可以改變。本發(fā)明也可以使用具有固定調(diào)制的泵浦光，不需要用于調(diào)節(jié)最大放大區(qū)域的電容。
權利要求
1.一種光學傳輸系統(tǒng)，包括具有色散的傳輸介質(zhì)；用于將所要傳輸?shù)墓鈱W信號發(fā)射入所述傳輸介質(zhì)的裝置；用于將第一泵浦光發(fā)射入所述傳輸介質(zhì)的裝置，該第一泵浦光的波長適合于通過喇曼效應泵浦所述光學信號；以及用于將第二泵浦光發(fā)射入所述傳輸介質(zhì)的裝置，該第二泵浦光的波長適合于通過喇曼效應泵浦所述第一泵浦光，所述用于發(fā)射所述泵浦光的裝置適合于發(fā)射幅度調(diào)制的第一和第二泵浦光，其中所述泵浦光的包絡之間在時間上去相關。
2.根據(jù)權利要求1的傳輸系統(tǒng)，其中所述用于發(fā)射所述泵浦光的裝置適合于發(fā)射第一和第二泵浦光，其使用相同的調(diào)制波形進行幅度調(diào)制。
3.根據(jù)權利要求1的傳輸系統(tǒng)，其中所述用于發(fā)射所述泵浦光的裝置適合于改變在所述第一和第二泵浦光的所述包絡之間在時間上的所述去相關。
4.根據(jù)權利要求1的傳輸系統(tǒng)，其中所述用于發(fā)射所述泵浦光的裝置適合于發(fā)射所述泵浦光的所述包絡不相互交疊的所述第一和第二泵浦光。
5.根據(jù)權利要求1的傳輸系統(tǒng)，其中所述用于發(fā)射所述光學信號的裝置和所述用于發(fā)射所述泵浦光的裝置適合于向所述傳輸介質(zhì)中發(fā)射相對于所述光學信號相反傳播的泵浦光。
6.一種在色散傳播介質(zhì)中用于光學信號的喇曼放大的方法，所述方法包括將第一泵浦光發(fā)射入所述傳播介質(zhì)，該第一泵浦光的波長適合于通過喇曼效應泵浦所述光學信號，以及將第二泵浦光發(fā)射入所述傳播介質(zhì)，該第二泵浦光的波長適合于通過喇曼效應泵浦所述第一泵浦光，對所述第一和第二泵浦光進行幅度調(diào)制，其中所述泵浦光包絡之間在時間上去相關。
7.根據(jù)權利要求6的方法，其中使用相同的調(diào)制波形對所述第一和第二泵浦光進行幅度調(diào)制。
8.根據(jù)權利要求6的方法，包括在傳播過程中，改變所述第一和第二泵浦光的所述包絡之間在時間上的去相關的步驟。
9.根據(jù)權利要求6的方法，其中所述泵浦光的發(fā)射在與所述信號相反的方向上受到影響。
全文摘要
一種光學傳輸系統(tǒng)，使用具有色散的光纖作為其傳輸介質(zhì)。發(fā)送器將要傳輸?shù)墓鈱W信號發(fā)射到光纖中。發(fā)送器將組成第一泵浦光的泵浦光和組成第二泵浦光的泵浦光發(fā)射到傳輸介質(zhì)中，第二泵浦光適合于通過喇曼效應泵浦該光學信號，第二泵浦光適合于通過喇曼效應泵浦該第一泵浦光。該第一泵浦光和第二泵浦光是幅度調(diào)制的，并且第一泵浦光和第二泵浦光的包絡在時間上去相關。這種去相關限制了在發(fā)射時由第二種光對第一種光進行喇曼泵浦的效率。改變泵浦光包絡之間時間上的去相關就改變了傳輸系統(tǒng)中信號被放大的區(qū)域。
文檔編號H04B10/291GK1609693SQ200410080780
公開日2005年4月27日 申請日期2004年10月15日 優(yōu)先權日2003年10月17日
發(fā)明者樊尚·阿瓦爾, 弗朗索瓦·布巴爾 申請人:阿爾卡特公司