專利名稱：拉曼放大光傳輸系統(tǒng)和用于放大光信號的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拉曼放大光傳輸系統(tǒng)，包括至少一個傳輸光纖，用于光信號的拉曼放大；至少一個相應(yīng)的泵，用于在多個泵浦波長處泵浦所述傳輸光纖；至少一個集總拉曼放大器(lumped RamanamplifierLRA)，用于將附加增益提供所述光信號；以及至少一個相應(yīng)的LRA泵，用于泵浦所述集總拉曼放大器LRA。
此外，本發(fā)明涉及一種用于在光傳輸系統(tǒng)中放大光信號的方法，包括以下步驟通過在多個泵浦波長處泵浦至少一個傳輸光纖來拉曼放大所述傳輸光纖中的光信號；以及在至少一個集總拉曼放大器中將附加增益賦予所放大的光信號。
背景技術(shù)：
在長距離光通信系統(tǒng)中，在傳輸光纖的長跨距之間，通常使用摻鉺光纖放大器(erbium doped fiber amplifierEDFA)。在EDFA之間執(zhí)行分布式拉曼放大相當大地增強了系統(tǒng)性能，產(chǎn)生了所謂的混合拉曼Er放大方案。典型的分布式拉曼放大器(distributed RamanamplifierDRA)使用典型的傳輸光纖(也被稱為鏈路光纖)作為增益介質(zhì)，借助于例如激光二極管的泵浦光源對該增益介質(zhì)進行拉曼泵浦，相對于待傳輸信號的傳播方向，所述泵浦光源的光反向傳播。然而，這種技術(shù)要求較大的泵浦功率裕度，用于應(yīng)對例如陸基系統(tǒng)中30dB跨距的范圍中的附加損失、泵浦路徑中的損失、放大器位置處的本地損失等等。
對這種問題的一個解決方案是在相對于光信號傳播方向布置在DRA之后的集總拉曼放大器(LRA)中產(chǎn)生附加拉曼增益。術(shù)語“集總拉曼放大器”表示實現(xiàn)本地增益的拉曼放大器，即增益介質(zhì)(纏繞(spooled)高拉曼效率放大光纖)都在同一位置處。該集總拉曼放大器可以由分散補償光纖(Dispersion Compensating FiberDCF)模塊(也被稱為分散補償模塊(Dispersion Compensation ModuleDCM)構(gòu)成。在DCF模塊中，利用小于400mW的拉曼泵浦功率可實現(xiàn)達到8dB的開關(guān)(on-off)增益。
現(xiàn)有技術(shù)文獻US 2004/0091205 A1分別公開了上述類型的光傳輸系統(tǒng)和方法，其中根據(jù)系統(tǒng)的監(jiān)測增益來調(diào)整DCM泵浦激光器的功率，以便在瞬時事件(例如系統(tǒng)信道的損失或者系統(tǒng)信道的增加)的情況下保持整個光傳輸系統(tǒng)的增益恒定。
也可以分別從文獻US 6310716 B1和US 6657774 B1中了解到上述類型的光傳輸系統(tǒng)和相關(guān)信號放大方法，它們都公開了借助于至少一個公用的并且耦合到至少一個DRA模塊和至少一個DCF模塊(DCM)的至少一個DCM光泵來泵浦所述DRA模塊和所述DCM。如果需要更多泵浦功率，則可以提供多于一個的光泵。
在實踐中，現(xiàn)有技術(shù)的光傳輸系統(tǒng)的已知實施例通常在DCM中提供兩個工作在不同波長處的泵浦二極管，以便在整個傳輸波段上獲得平坦的拉曼增益分布(增益與波長的關(guān)系)，對于常用的光纖，傳輸波段為大約30到40nm寬。關(guān)于成本有效性和實現(xiàn)的緊湊性，這種方法存在較大的缺點，因為它使用多個二極管。此外，在這種系統(tǒng)中，關(guān)于恒定增益的增益控制包括所述多個二極管的復(fù)雜聯(lián)合控制，這樣又損害了成本有效性以及系統(tǒng)實現(xiàn)的簡單性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是分別提供上述類型的光傳輸系統(tǒng)和方法，其可以克服現(xiàn)有技術(shù)方案中所固有的關(guān)于成本有效性、緊湊性和增益控制(特別是恒定增益操作)的缺點。
該目的通過上述類型的光傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)，其中LRA泵適應(yīng)于工作在單個LRA泵浦波長處，所述單個LRA泵浦波長基本上等于用于泵浦傳輸光纖的泵的泵浦波長中的一個泵浦波長。
相應(yīng)地，該目的通過上述類型的方法實現(xiàn)，其中在單個LRA泵浦波長處泵浦集總拉曼放大器，所述單個LRA泵浦波長基本上等于用于泵浦傳輸光纖的泵浦波長中的一個泵浦波長。
由于該方法，基本上可以減少LRA泵浦模塊的成本和尺寸。此外，本發(fā)明方案關(guān)于系統(tǒng)敏捷性和靈活性顯示出附加的優(yōu)點在LRA中，飽和度是強的。因此，必須隨著添加/刪除、載入和保護來調(diào)諧泵功率。如果使用若干個泵浦波長，則這不是一個簡單的任務(wù)。因為泵在放大器中交換能量，并且因為它們放大不同的信號波段，所以對于不同的泵，即不同的泵浦波長，調(diào)諧是不一樣的。為了隨著添加/刪除、載入和保護來保持相同(恒定)的增益，根據(jù)本發(fā)明，更容易調(diào)諧對應(yīng)于僅僅一個LRA泵浦波長的僅僅一個泵浦功率，因為在這種情況中僅僅存在一個參數(shù)要調(diào)整。
在更優(yōu)選的實施例中，集總拉曼放大器LRA包括分散補償模塊DCM，所述分散補償模塊DCM包括分散補償光纖DCF，所述分散補償光纖DCF形成用于將附加增益賦予光信號的增益介質(zhì)。通常，DCM用于補償色散，但是因為所使用的DCF通常顯示出高拉曼增益效率，所以DCM也可以用來實現(xiàn)一些拉曼增益。
在本發(fā)明的光傳輸系統(tǒng)的進一步發(fā)展中，優(yōu)選地，LRA泵僅僅包括單個激光泵浦二極管。利用單個現(xiàn)有技術(shù)的SC激光二極管已經(jīng)可以實現(xiàn)大約400mW的輸出功率；在將來可能會獲得更大功率。為了在LRA中更好的使用，可以例如借助于極化維持光纖去極化該單個激光二極管的光。
另外，為了適合DRA的濾波器，本發(fā)明選擇使用DRA的一個泵浦波長作為用于LRA的泵浦波長是有利的。在這種方式下，使用僅僅一個濾波器，并且泵浦LRA僅僅產(chǎn)生低的譜波動，即相當大的增益平坦性。例如，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)方案，利用兩個泵浦二極管而不用濾波器，由10dB開關(guān)增益DCF泵浦引起的波動為1dB。對于適合DRA的濾波器的單個泵浦二極管，根據(jù)本發(fā)明，考慮到專門針對DRA的拉曼增益(例如，17dB拉曼增益)而不是針對鏈路光纖和DCM的總拉曼增益(例如，17dB+8dB拉曼增益)設(shè)計該濾波器，波動僅僅等于0.5dB。
本基本發(fā)明方法的另一個結(jié)果是僅僅一個泵浦波長可用于泵浦LRA。這樣，在大約30-40nm的整個傳輸帶寬上，拉曼增益不可能是平坦的。因此，對于該單個泵浦波長的選擇是重要的。已經(jīng)顯示出選擇LRA泵浦波長使得它基本上等于用于泵浦傳輸光纖的最長波長是有利的。在這種方式下，來自LRA泵的增益更好地覆蓋了信號帶寬，并且LRA的拉曼效率曲線(例如DCF的拉曼效率曲線)的形狀更接近于傳輸光纖的拉曼效率曲線的形狀。
這樣，在LRA中僅僅使用單個泵浦波長使得LRA的增益將在整個傳輸帶寬中通常不是平坦的。為了補償這個事實，在特別優(yōu)選的實施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)包括調(diào)整裝置，用于調(diào)整每一個與用于泵浦傳輸光纖的泵浦波長中的一個泵浦波長相對應(yīng)的多個泵浦功率。在這種方式下，可以調(diào)整將在鏈路中執(zhí)行的開關(guān)增益，以補償LRA中的增益形狀，使得產(chǎn)生整個光傳輸系統(tǒng)的基本平坦的增益分布。相應(yīng)地，本發(fā)明方法的優(yōu)選進一步發(fā)展包括另一個步驟調(diào)整每一個與用于泵浦傳輸光纖的泵浦波長中的一個泵浦波長相對應(yīng)的多個泵浦功率，使得產(chǎn)生整個光傳輸系統(tǒng)的基本平坦的增益分布。
正如上面詳細指出的，LRA的增益不是平坦的構(gòu)成了本發(fā)明的特點。這包括DRA和LRA的增益定義不是彼此獨立的。該依賴性僅僅涉及安裝，并且在系統(tǒng)設(shè)計步驟或者現(xiàn)場的拉曼增益調(diào)整程序中被處理，因為用于DRA和LRA的拉曼泵通常處于同一位置。但是，對于添加/刪除、載入和保護，有利地，可以獨立地管理這兩個泵浦模塊(DRA和LRA)。因此，根據(jù)另一個發(fā)展，本發(fā)明的光傳輸系統(tǒng)還包括控制裝置，用于與LRA泵相獨立地控制用于泵浦傳輸光纖的泵。相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的方法可以包括獨立地控制傳輸光纖的泵浦和LRA的泵浦。
可以從以下參考附圖的優(yōu)選實施例的說明中獲得本發(fā)明的進一步的優(yōu)點和特性。根據(jù)本發(fā)明，可以單獨地或者結(jié)合地使用上述以及下述特征。所述實施例不被理解為窮盡性的列舉，而是作為關(guān)于本發(fā)明基本原理的例子。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的光傳輸系統(tǒng)的示意性框圖；圖2分別是常用的鏈路光纖和常用的DCF的拉曼效率曲線；以及圖3是鏈路光纖的增益分布，其已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明進行了調(diào)整以便產(chǎn)生平坦的整個系統(tǒng)增益。
具體實施例方式
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的光傳輸系統(tǒng)1，它布置在用于產(chǎn)生和發(fā)射光信號S的發(fā)射機2和用于接收和處理光信號S的接收機3之間。光傳輸系統(tǒng)1包括在布置為用于從發(fā)射機2接收光信號S的傳輸或者鏈路光纖4中的分布式拉曼放大器(DRA)。為了放大信號S，借助于用于泵浦傳輸光纖4的泵5來泵浦DRA，如圖1中的箭頭P所示。至此，系統(tǒng)1包括與傳輸光纖1和泵5操作連接的第一復(fù)用器6。泵5包括在不同的相應(yīng)泵浦波長λP1、λP2和λP3處工作的三個激光泵浦二極管5.1、5.2和5.3，其中λP1＜λP2＜λP3。在光信號S的傳播方向上，即在光纖4的下游側(cè)，在復(fù)用器6之后布置有第一隔離器7，用于防止反向傳播的噪音信號進入DRA。在第一隔離器7的下游側(cè)，系統(tǒng)1包括帶通濾波器8，其適合于所用的信號波段，例如從1530nm到1570nm范圍的信號波長λ(C+波段)。在濾波器8之后布置有分散補償模塊(DCM)的分散補償光纖(DCF)9，被用作布置在傳輸光線4之后的集總拉曼放大器(LRA)，用于將附加增益賦予傳播的光信號S。系統(tǒng)1還包括用于泵浦DCF 9和第二復(fù)用器11的DCF泵10。在圖1中，由箭頭P’示出了借助于DCF泵10進行的DCF 9(即DCM)的泵浦。至此，系統(tǒng)1包括與DCF 9和相應(yīng)的泵10操作連接的第二復(fù)用器11。泵10僅僅包括一個在單個泵浦波長λP3處工作的激光泵浦二極管10.1，所述單個泵浦波長λP3基本上等于用于泵浦DRA(即傳輸光纖4)的最長泵浦波長λP3。在光信號S的傳播方向上，即在DCF 9的下游側(cè)上，在第二復(fù)用器11之后布置有第二隔離器12，用于防止反向傳播的噪音信號進入DCM，之后是抽頭13，用于引出信號傳播路徑。抽頭13與控制單元14操作連接，該控制單元14依次與兩個泵5和10中的每一個操作連接。借助于控制單元14，其中控制單元14適應(yīng)于監(jiān)測整個系統(tǒng)傳輸路徑(即組合的光纖4和9)的增益分布(參見圖3)，以調(diào)整在用于泵浦放大/鏈路光纖4的泵中的每個泵浦二極管5.1-5.3的泵浦功率。此外，對于添加/刪除、載入和保護，正如從圖1中的控制單元14離開的兩個單獨箭頭所示的，可以分別獨立地控制兩個泵浦模塊DRA和DCM，即泵5和10。在抽頭13的下游，光傳輸系統(tǒng)1還包括摻鉺光線放大器(EDFA)15。這樣，系統(tǒng)1建立了一個所謂的混合拉曼Er放大方案，具有泵浦DCF 9來提供額外增益的可能性。例如，在C+波段光傳輸系統(tǒng)1中，用于DRA的泵浦波長是λP1＝1425nm、λP2＝1436nm和λP3＝1463nm。
在上述圖1中，在發(fā)射機2和接收機3之間布置單個本發(fā)明的光傳輸系統(tǒng)。但是，應(yīng)當強調(diào)，對于長行程光纖鏈路，可以沿信號傳播路徑布置多個根據(jù)本發(fā)明的這種系統(tǒng)1，以便實現(xiàn)傳輸范圍的擴展。
圖2顯示了作為以THz測量的頻移FS的函數(shù)繪制的典型傳輸光纖4(圖1)和典型DCF 9(圖1)的標準化拉曼效率NRE的曲線C4和C9。已經(jīng)重復(fù)的標出了曲線C4和C9，以便盡管存在多個交叉也有利于區(qū)分它們。正如很容易從圖2所看到的，對于14THz以上的頻移值FS，兩個曲線C4和C9極大地不同。在對于1530-1570nm信號波段(C+波段)給出的例子中，垂直線L1-L4分別劃分出了與在λP2＝1436nm處工作的泵浦二極管5.2的增益貢獻相對應(yīng)的區(qū)域(實線L2和L4之間的區(qū)域)和與在λP3＝1463nm下工作的泵浦二極管5.3的增益貢獻相對應(yīng)的區(qū)域(點劃線L1和L3之間的區(qū)域)。這示出了選擇λP3用于泵浦DCF 9的優(yōu)勢，因為由泵浦λP3所實現(xiàn)的增益更好地覆蓋信號波段，所以DCF 9的效率曲線的形狀更接近于相應(yīng)區(qū)域(線L1和L3之間)中的傳輸光纖4的效率曲線的形狀。請注意，與λP2＝1436nm(二極管5.2)相比，更少關(guān)注圖2中沒有明顯示出的具有λP1＝1425nm的第三泵浦二極管5.1的增益貢獻。
為了補償由于僅僅一個泵浦二極管10.1使用在相應(yīng)的DCM泵10中的事實所引起的在DCF 9(圖1)中產(chǎn)生的增益不平坦的事實，控制單元14適應(yīng)以調(diào)整DRA的泵浦功率，即在用于泵浦傳輸光纖4的泵5中的各個泵浦二極管5.1-5.3的泵浦功率。這在下面的圖3中對于在傳輸光纖中17dB的開關(guān)增益和DCF 9中8dB的開關(guān)增益來示出。實線是以dB測量的開關(guān)增益G，其必須在傳輸光纖4中實現(xiàn)，以便補償由于在λP3＝1463nm下使用單個泵10.1所引起的DCF 9(參見圖2)中的增益形狀，這樣獲得在整個傳輸帶寬上基本上平坦的整個系統(tǒng)的增益分布G(圖3中的虛線)。后者通過λ＝1530nm和λ＝1570nm(C+波段)的兩個實垂直線所劃分。
在這種方式下，本發(fā)明分別提供了一種光傳輸系統(tǒng)和一種用于放大光信號的方法，關(guān)于成本有效性、實現(xiàn)的緊湊性以及可能的增益控制，特別關(guān)于恒定增益操作，將其自身與現(xiàn)有技術(shù)方案區(qū)分開。
權(quán)利要求
1.一種拉曼放大光傳輸系統(tǒng)(1)，包括至少一個傳輸光纖(4)，用于光信號(S)的拉曼放大；至少一個相應(yīng)的泵(5、5.1、5.2、5.3)，用于在多個泵浦波長(λP1、λP2、λP3)處泵浦所述傳輸光纖(4)；至少一個集總拉曼放大器LRA(9、10、11)，用于將附加增益賦予所述光信號(S)；以及至少一個相應(yīng)的LRA泵(10、10.1)，用于泵浦所述集總拉曼放大器LRA(9)，其特征在于，所述LRA泵(10、10.1)適應(yīng)于在單個LRA泵浦波長(λP3)處操作，所述單個LRA泵浦波長基本上等于用于泵浦所述傳輸光纖(4)的泵(5、5.3)的泵浦波長中的一個泵浦波長(λP3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述集總拉曼放大器LRA(9、10、11)包括分散補償模塊DCM，所述分散補償模塊DCM包括分散補償光纖DCF(9)，所述分散補償光纖(9)形成用于將附加增益賦予光信號(S)的增益介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述LRA泵(10)包括單個激光泵浦二極管(10.1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述LRA泵浦波長(λP3)基本上等于用于泵浦所述傳輸光纖(4)的最長波長(λP3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其特征在于，還包括調(diào)整裝置(14)，用于調(diào)整每一個與用于泵浦所述傳輸光纖(4)的所述泵浦波長(λP1、λP2、λP3)中的一個泵浦波長相對應(yīng)的多個泵浦功率，以便產(chǎn)生整個光傳輸系統(tǒng)(1)的基本平坦的增益分布(G)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少一個摻鉺光纖放大器(15)，布置在所述集總拉曼放大器LRA(9)之后。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其特征在于，還包括控制裝置(14)，用于與所述LRA泵(10、10.1)相獨立地控制用于泵浦所述傳輸光纖(4)的泵(5、5.1、5.2、5.3)。
8.一種用于在光傳輸系統(tǒng)(1)中放大光信號(S)的方法，包括以下步驟通過在多個泵浦波長(λP1、λP2、λP3)處泵浦至少一個傳輸光纖(4)，來拉曼放大所述傳輸光纖(4)中的所述光信號(S)；以及在至少一個集總拉曼放大器LRA(9、10、11)中將附加增益賦予所述放大的光信號(S)；其特征在于，在單個LRA泵浦波長(λP3)處泵浦所述集總拉曼放大器LRA(9、10、11)，所述單個LRA泵浦波長基本上等于用于泵浦傳輸光纖(4)的所述泵浦波長中的一個泵浦波長(λP3)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，在用作集總拉曼放大器LRA(9、10、11)的分散補償模塊DCM的分散補償光纖DCF(9)中，將所述附加增益賦予所述光信號(S)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，所述LRA泵浦波長(λP3)基本上等于用于泵浦所述傳輸光纖(4)的最長波長(λP3)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，還包括以下步驟調(diào)整每一個與用于泵浦所述傳輸光纖(4)的所述泵浦波長(λP1、λP2、λP3)中的一個泵浦波長相對應(yīng)的多個泵浦功率，以便產(chǎn)生整個光傳輸系統(tǒng)(1)的基本平坦的增益分布(G)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，獨立地控制所述傳輸光纖(4)的泵浦和所述集總拉曼放大器LRA(9、10、11)的泵浦。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種拉曼放大光傳輸系統(tǒng)(1)，包括至少一個傳輸光纖(4)，用于光信號(S)的拉曼放大；至少一個相應(yīng)的泵(5、5.1、5.2、5.3)，用于在多個泵浦波長(λP1、λP2、λP3)處泵浦傳輸光纖(4)；至少一個集總拉曼放大器LRA(9、10、11)，用于將附加增益賦予光信號(S)；以及至少一個相應(yīng)的LRA泵(10、10.1)，用于泵浦集總拉曼放大器LRA。根據(jù)本發(fā)明，LRA泵(10、10.1)適應(yīng)于在單個LRA泵浦波長(λP3)處操作，單個LRA泵浦波長基本上等于用于泵浦傳輸光纖(4)的泵(5、5.3)的泵浦波長中的一個泵浦波長(λP3)。
文檔編號H04B10/2513GK1913400SQ200610110660
公開日2007年2月14日 申請日期2006年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月8日
發(fā)明者卡特琳·馬丁內(nèi)利, 多米尼克·安妮·蒙加爾迪安 申請人:阿爾卡特公司