專利名稱：采用光放大器和波分復(fù)用的光傳輸系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明針對于經(jīng)由光網(wǎng)絡(luò)傳輸信息的光傳輸系統(tǒng)及方法，更具體而言是針對于采用光放大器及波分復(fù)用的光傳輸系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
標(biāo)準(zhǔn)跨段光纖的性能限制了在無色散位移或者色散位移光纖上的線路終端設(shè)備(LTE)與再生設(shè)備之間的間距為近似80km(每km衰減0.25dB，共20dB)。由于光的色散及光衰減，由發(fā)送光信號的物理惡化引起了80km的限制。應(yīng)用外部調(diào)制、色散位移光纖和光放大器技術(shù)以及波分復(fù)用(WDM)技術(shù)可使這種因色散兼衰減引起的限制可達(dá)到超過80km。
當(dāng)設(shè)計多頻帶傳輸系統(tǒng)時，三個所要考慮的主要問題是所要求的放大器數(shù)量(1)、增益傾斜(2)、以及保護(hù)(3)。
(1)光放大器是十分昂貴的設(shè)備，因此，所要求實施給定數(shù)據(jù)連接的設(shè)備的數(shù)量及類型是光纖網(wǎng)絡(luò)一個重要的設(shè)計參數(shù)。
有三種基本的光放大器類型連接到發(fā)射機以便增強輸出功率的后置放大器、沿線路放大的線路放大器、以及改進(jìn)光接收機的靈敏度的預(yù)放大器。這些不同類型的放大器提供了不同的輸出功率、使用不同的輸入功率電平、以及一般具有不同的噪聲系數(shù)要求。
一種減少光放大器的數(shù)量的方法是使用波分復(fù)用(WDM)技術(shù)。WDM技術(shù)的使用減少了所需建立通信鏈路的光纖纜的絞般，以及能夠提供在現(xiàn)存光纖鏈路上多倍的容量擴展。其用于路由信號的潛在優(yōu)勢是相當(dāng)重要的。
例如，WDM濾波器執(zhí)行把泵源激光波長耦合到摻餌光纖的功能。目前使用三端口WDM濾波器把多波長耦合進(jìn)和耦合出傳輸光纖。
在美國專利No.5,452,124(Baker，公布于1995年9月19日，授權(quán)給Williams電信集團(tuán))中公布了使用單向光纖放大器用于實施雙向光放大器模塊的四端口WDM耦合器。
隔離器也是應(yīng)用于WDM系統(tǒng)之內(nèi)的設(shè)備，它們的功能是允許光信號在單個方向上傳輸。如果光隔離器應(yīng)用于內(nèi)部的光放大器，那么它們使放大器成為一個固有的單向設(shè)備。眾所周知的是在光放大器的增益區(qū)域之內(nèi)使用隔離器。美國專利No.5,280,549(Barnard et al，公布于1994年1月18日以及授權(quán)給加拿大國家研究會議)公布了頻率相關(guān)的光隔離器，該隔離器允許信號只在一個方向上傳輸，因此對應(yīng)于它們的頻率能夠隔離兩個信號。
(2)用于多信道雙向傳輸?shù)膿金D光放大器(EDFA)的應(yīng)用是當(dāng)前的實踐。其中光纖放大器的配置以及采用何種信號的波長與泵源波長相結(jié)合在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中是最重要的。因為放大器增益對于全部的輸入波長不是完全平坦的，所以使用的準(zhǔn)確波長是不同的可用泵源的增益變化的函數(shù)。當(dāng)設(shè)計多波段傳輸系統(tǒng)時，增益傾斜是一個所要考慮的主要問題。增益傾斜測量在放大器模塊的增益實際值處每個傳輸信道的增益的輪廓之內(nèi)的變化，該變化是就在增益的標(biāo)稱值處的增益輪廓而言，即放大器所設(shè)計的值。換而言之，增益傾斜函數(shù)隨鏈路的損耗變化。該函數(shù)只依賴于在宿主光纖玻璃之內(nèi)摻雜物的物理特性，而當(dāng)不止一個信道或者方向的信號共享同樣的光纖時，該函數(shù)是有意義的。
對于談到的增益傾斜問題依然沒有找到任何化學(xué)的解決方法。摻雜物、氟化物等等能夠有助于使增益輪廓平坦，但是不能解決傾斜。電子的解決方法當(dāng)前正在探討中。
一種解決方案是“增益箝位”，這意味著在全部的閑置或者激光信道上保持增益恒定。然而，該解決方案要求使用雙份的激光泵以便提供必要的額外光子。
另一種解決方案是“損耗填充”，這意味著調(diào)節(jié)每個跨段的損耗以便匹配放大器的標(biāo)稱值或者換而言之使鏈路的全部放大器工作于其標(biāo)稱增益。該解決方案具有要求在每個跨段之內(nèi)放置衰減器的不利缺點，以及在系統(tǒng)之內(nèi)時間和溫度上損耗及光功率的偏差存在時不是很健壯。
“增益箝位”與“損耗填充”相結(jié)合的方法將略微改進(jìn)系統(tǒng)的健壯性，卻以更加昂貴的泵激光器為代價。
一個談到增益傾斜問題的解決方案是使用可調(diào)節(jié)的光濾波器。由機械的或者電的控制隨后能夠調(diào)節(jié)在不同波長之間的相對損耗。此種濾波器的最佳位置是在放大器之內(nèi)。該濾波器要求在場強之內(nèi)的可調(diào)節(jié)性或者更好地由測量每個波長的功率電平連續(xù)地控制。這些濾波器可以在幾年之內(nèi)可望有可承受的價格，盡管它們目前很昂貴以及因此不可用。
現(xiàn)有技術(shù)不能提供用于雙向多信道光信號的放大的成本低廉的解決方法。此外，因為由濾波器、增益傾斜以及保護(hù)問題所引起的損耗，四端口WDM濾波器的有效實施很困難。現(xiàn)有解決方法及配置不涉及在多信道放大器之內(nèi)增益傾斜的控制或者傳輸?shù)谋Ｗo(hù)。
(3)為了確保維持所需提供的網(wǎng)絡(luò)連接，在通信產(chǎn)業(yè)之內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)實踐是實施冗余設(shè)備以便當(dāng)一個單元失敗時另一個單元能夠快速地倒換到位。這稱作保護(hù)倒換。需要保持作為替換單元的放大器的數(shù)量和類型也是很重要的。減少在網(wǎng)絡(luò)之內(nèi)設(shè)備的不同類型的數(shù)量將減少備份單元的類型的數(shù)量，而通過標(biāo)準(zhǔn)的備份統(tǒng)計可大大減少網(wǎng)絡(luò)運營者必須購買以及手上的備份單元的總數(shù)量。
眾所周知的四種基本類型的保護(hù)倒換是“1+1”保護(hù)，此處一套設(shè)備是在匹配對的基礎(chǔ)之上保護(hù)另一套設(shè)備；“1∶N”保護(hù)，此處一套設(shè)備保護(hù)N套的其它設(shè)備；“環(huán)路”保護(hù)；以及“交叉連接”保護(hù)。
保護(hù)協(xié)議能夠配置為“雙向倒換”以及“單向倒換”。保護(hù)協(xié)議與在光纖上傳輸?shù)姆较驔]有關(guān)系。它只是倒換協(xié)議的類型。通信業(yè)務(wù)本質(zhì)上可以是雙向的，例如話音電路，或者單向的，例如CATV信號。雙向業(yè)務(wù)意味著當(dāng)在一個方向上中斷了給定電路時，具有最小的代價中斷同樣電路的其它方向。
單向保護(hù)開關(guān)倒換只有一個電路的方向，也就是只有惡化了一個方向，該方向才要求保護(hù)。反之，雙向保護(hù)開關(guān)嘗試在全部的情況下一起倒換兩個方向。
具有“1+1”保護(hù)的環(huán)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與線性或者“1:N”的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比較提供了極大的優(yōu)勢。當(dāng)有一個光纖放大器攜帶了不止一個波長以及一次能夠保護(hù)只有一個信號時，例如在“1∶N”的系統(tǒng)之內(nèi)，那么當(dāng)該放大器失敗時，將不保護(hù)該信號的某些信號。這嚴(yán)重地?fù)p害了在這些信號之內(nèi)所傳輸電路的可用性。下面的方法允許具有多波長的信號通過一個有效保護(hù)的放大器。
電子的以及不久的光交叉連接能夠?qū)嵤┥厦娴募案悠胀ǖ谋Ｗo(hù)或者恢復(fù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。然而，交叉連接一般不會與實施上面三種保護(hù)方法的傳輸設(shè)備一樣快捷地實施保護(hù)，因此，它一般用于實施恢復(fù)而不是保護(hù)。
發(fā)明綜述本發(fā)明的一個目的是給多波長傳輸系統(tǒng)提供光放大器以及波分復(fù)用，這減少或者緩解了有些或者全部現(xiàn)有技術(shù)解決方法所碰到的缺陷。
本發(fā)明的另一個目的是給多信道傳輸系統(tǒng)的設(shè)計提供了改進(jìn)的方法以便允許由同樣的光放大器放大以及經(jīng)由同樣的光纖傳輸多個波長。
本發(fā)明的還有一個目的是給多波長系統(tǒng)提供數(shù)量減少的放大器及其它光器件，例如色散補償模塊，這允許系統(tǒng)容忍來自外部移植光纜的更多的損耗。
本發(fā)明的又一個目的是給多波長系統(tǒng)提供數(shù)量減少的光器件，這意味著要求用于保護(hù)設(shè)施的備份器件的數(shù)量減少。
因此，本發(fā)明是針對于波分復(fù)用(WDM)光放大器模塊，該模塊包括一個用于放大第一多信道光信號的第一外圍增益區(qū)域；連接到第一個外部增益區(qū)域的第一個分離器裝置，該裝置用于根據(jù)波長空間上把第一個多信道光信號分離成為第一個頻帶的光信號以及第二個頻帶的光信號；用于接收第一個頻帶光信號和第二個頻帶光信號并將其分別放大的中心增益區(qū)域，以提供一個已放大的第一個頻帶光信號和一個已放大第二個頻帶的光信號；用于把已放大的第一個頻帶光信號與已放大的第二個頻帶光信號重新合并成為第二個多信道光信號的第二分離器裝置；以及連接到第二個分離器裝置的第二外圍增益區(qū)域，該區(qū)域用于放大第二個多信道光信號。
根據(jù)另一個方面，本發(fā)明包括一個使用波分復(fù)用用于多信道通信的光雙向再生器，該再生器包括用于根據(jù)波長空間上把第一個多信道光信號分離成為第一個頻帶光信號和第二個頻帶光信號的第一個分離器裝置；用于接收來自和單獨放大第一個分離器裝置的第一個頻帶光信號和第二個頻帶光信號的雙向再生器模塊，該模塊還提供一個已放大的第一個頻帶光信號和一個已放大第二個頻帶光信號；以及用于把已放大的第一個頻帶光信號與已放大的第二個頻帶光信號重新合并成為第二個多信道光信號的第二個分離器裝置。
本發(fā)明也提供了一種由包括光放大器的光傳輸路徑連接的在第一個位置與第二個位置之間傳輸多信道光信號的方法，該方法包括空間上把光纖放大器的增益區(qū)域分隔成為第一個增益區(qū)域和第二個增益區(qū)域的步驟；把第一個增益區(qū)域與第一個傳輸頻帶以及第二個增益區(qū)域與第二個傳輸頻帶相關(guān)聯(lián)；在第一個傳輸頻帶之內(nèi)傳輸?shù)谝粋€光信號；以及在第二個傳輸頻帶之內(nèi)傳輸?shù)诙€光信號。
此外，本發(fā)明提供了一種用于在傳輸鏈路的第一個節(jié)點和第二個節(jié)點之間傳輸多信道的光信號的方法，該方法包括定義與第一個傳輸方向相關(guān)聯(lián)的第一個傳輸頻帶和與第二個傳輸方向相關(guān)聯(lián)的第二個傳輸頻帶的步驟；在光纖跨度的第一個節(jié)點和第一端點之間傳輸包括在第一個傳輸頻帶之內(nèi)的第一個光信號S1m的第一個多信道光信號和在第二個傳輸頻帶之內(nèi)的第二個光信號S2k，其中mε[1,M]以及M是整數(shù)，kε[1,K]以及K是整數(shù)；根據(jù)波長空間上在光纖跨段上沿第一個單向路線分離第一個光信號S1m和沿第二個單向路線分離第二個光信號S2k；獨立地放大第一個光信號S1m和第二個光信號S2k；以及把第一個光信號和第二個光信號合并以便形成第二個多信道光信號并將其在傳輸鏈路與第二個節(jié)點之間進(jìn)行傳輸。
根據(jù)本發(fā)明的光傳輸系統(tǒng)的主要優(yōu)點是在摻餌光纖放大器(EFDA)的頻帶的1550nm窗口之內(nèi)沒有嚴(yán)重的增益傾斜缺陷就可以實現(xiàn)多個波長。這允許在網(wǎng)絡(luò)之內(nèi)能夠減少不同類型設(shè)備的數(shù)量，它依次地減少了備份單元類型的數(shù)量，以及經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)的備份統(tǒng)計大大地減少了網(wǎng)絡(luò)運營者必須購買以及手頭的備份單元的總數(shù)量。
例如，采用根據(jù)本發(fā)明的空間分隔和WDM波長選擇的配置可以支持每方向四個信道。
根據(jù)本發(fā)明的光傳輸系統(tǒng)的另一個主要優(yōu)點是所需要用于部署此種系統(tǒng)的減少光纖數(shù)量，當(dāng)在給定路線上缺乏光纖時，這是特別重要的。當(dāng)每個放大器放大不止兩個波長時，結(jié)果是根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)也減少了系統(tǒng)成本。其它光器件損耗的減少影響允許系統(tǒng)能夠容許來自外部移植光纖的更多損耗。
附圖簡述正如附圖中所圖示說明的，根據(jù)優(yōu)選實施方案的下列更加詳盡的描述，本發(fā)明的前述以及其它目的、特征和優(yōu)點將是顯而易見的，其中

圖1A說明了使用三端口WDM分離器的傳輸系統(tǒng)的配置；圖1B說明了使用四端口WDM分離器的傳輸系統(tǒng)的配置；圖2A說明了當(dāng)放大器模塊工作于標(biāo)稱增益處時兩個信道的增益；圖2B說明了當(dāng)放大器模塊工作于低于標(biāo)稱增益處時圖1的兩個信道的增益；圖2C是說明有用頻帶的增益變化的每dB的增益傾斜的示意圖；圖3說明了使用空間分隔的光放大器的方框圖；圖4是雙向再生器的方框圖；圖5說明了用于多信道光傳輸系統(tǒng)的波長選擇的三個實例；圖6是使用公共的前置/后置WDM放大模塊的多跨段光傳輸系統(tǒng)的配置；圖7A是說明在1∶1線性配置的工作及保護(hù)鏈路的光纖跨段之內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性的配對光傳輸系統(tǒng)；圖7B說明了使用WDM放大器模塊的配對兩棧、兩光纖環(huán)路；以及圖7C是使用WDM放大器模塊的配對四光纖環(huán)路配置。
優(yōu)選實施方案詳述WDM耦合器或者分離器是用于根據(jù)其波長分離或者合并光信號的濾波器。例如，WDM耦合器用于把來自激光源的光耦合進(jìn)入EDFA的增益區(qū)域。這些耦合器在多信道光系統(tǒng)之內(nèi)是很有用的，然而，在WDM之內(nèi)的隔離要求可能是一個嚴(yán)重的問題，這是由于來自分離器的不完善隔離導(dǎo)致了多徑干擾。三端口傳統(tǒng)WDM耦合器可以用于如圖1A所示實例之內(nèi)的配置中。圖1A說明了在位置A和B之間的雙向連接，此處波長λ1和λ2的信道使用同樣的光纖1。在位置A處的WDM分離器2經(jīng)由端口4和3把發(fā)射機Tx1連接到光纖1，該WDM分離器2用于在光纖1上發(fā)送波長λ1的光信號S1。WDM分離器2也把光纖1經(jīng)由端口3和5連接到接收機Rx2，該WDM分離器用于把波長λ2的光信號從光纖1直達(dá)接收機Rx2。類似地，WDM分離器6采用端口7連接到光纖1以及采用端口8連接到在光纖1上發(fā)送光信號S2的發(fā)射機Tx2，同時把端口9連接接收機Rx1，該端口9用于把光信號S1從光纖1直達(dá)接收機Rx1。
在前述U.S.專利No.5,452,124(Baker)內(nèi)所公布的四端口濾波器可以使用以便得到使用單向放大器的雙向放大。使用此種四端口WDM分離器的雙向系統(tǒng)的配置圖示于圖1B。位置A和B具有與圖1A類似的配置。波長λ1的光信號S1從位置A傳播到位置B，同時波長λ2的光信號S2在相反的傳播方向上傳播，即從位置B到位置A。在位置C處提供四端口WDM分離器10，它與單向光放大器15在一起。分離器10尋路業(yè)務(wù)以便兩個信道在放大器15的增益部分之內(nèi)具有同樣的方向。因此，在同樣的方向上分別尋路在端口11和12處所收到的信號S1和S2以便在端口13處退出，該端口13連接到光放大器15的輸入端口。已放大的信號S1和S2在同樣的傳輸方向上到達(dá)WDM濾波器10的端口14處以及根據(jù)波長λ1和λ2在光纖1的合適方向上發(fā)送上述已放大的信號S1和S2。
對于光傳輸系統(tǒng)，信道的數(shù)量和每個信道的波長是重要的設(shè)計參數(shù)。已經(jīng)注意到的是當(dāng)在輸入處的功率與放大器所設(shè)計的標(biāo)稱功率不同(較低或者較高)時，光纖放大器的增益會變化。隨輸入功率的增益上的變化(該變化定義為增益傾斜)也依賴于信道的波長。作為實例，當(dāng)放大器模塊工作于標(biāo)稱增益時，圖2A說明了信道1和2的傳輸增益。當(dāng)增益的實際值低于標(biāo)稱值時，圖2B說明了在信道λ1和λ2的增益變化。工作于更高的增益將產(chǎn)生具有相反斜率的輪廓。
當(dāng)今的光放大器技術(shù)對于單個波長的放大工作較好。然而，跨越已安裝的非色散光纖的1550nm通帶的增益曲線是不平坦的。特別是在1530到1542nm的范圍之內(nèi)。圖2C說明了如果在1545nm處的增益增加1dB，那么在每個波長處增益的變化。例如，對于在1545nm處的增益每增加1dB，在1532nm處的增益將增加1.8dB。這是跨段損失之內(nèi)變化的1.8-1.0=0.8dB傾斜/dB。
WDM一般不用在1530-1542nm的范圍之內(nèi)，因為具有基于硅酸的EDFA的增益峰值將使每個信道輸出功率在該區(qū)域變化極大以及當(dāng)級聯(lián)幾個放大器時嚴(yán)重地影響該區(qū)域之外的信號增益。談到該問題的現(xiàn)有解決方法包括有選擇地改變每個信道的輸入功率或者停留在平坦增益的區(qū)域之內(nèi)。第一個解決方法引起各個信道的輸出功率的極大減少以及使跨段的工程化變得困難。第二個解決方法沒有額外的昂貴的波長適配器就會限制能夠復(fù)用的信道數(shù)量以及同樣地阻礙了OC-48發(fā)射機的較大嵌入基的復(fù)用。
根據(jù)本發(fā)明，大約1582nm到1560nm的光放大器增益區(qū)域分隔成為兩個頻帶1528到1543nm的“藍(lán)”和1547到1560nm的“紅”。兩個頻帶空間上分隔以便放大。選擇在某個頻帶之內(nèi)的波長處于類似增益傾斜的區(qū)域或者使各個“紅”或者“藍(lán)”頻帶之內(nèi)的增益傾斜/dB具有最小的偏差。這對“藍(lán)”的增益區(qū)域是特別重要的，該區(qū)域在增益傾斜之內(nèi)具有較大的偏差，正如圖2C所示。
圖3說明了雙向光放大器的方框圖，作為一個實例，根據(jù)本發(fā)明使用空間分隔的摻餌光放大器(EDFA)15。在此處公布的內(nèi)容中，術(shù)語“有源光纖”以及“增益區(qū)域”命名為一段摻入少量地面元素以及注入了放大光信號的耦合波長的光纖。
正如圖3所示，在光放大器15的中央部分之內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘柗纸M為兩個頻帶，在該實例中每個用于一個傳輸方向。在紅及藍(lán)頻帶之內(nèi)的業(yè)務(wù)在光纖17和19之內(nèi)使用第一個三端口WDM分離器21物理上是分開的。由第二個三端口分離器23隨后重新合并在光纖17和19之內(nèi)的信號。結(jié)果是放大器具有兩個外圍增益跨段25和29以及兩個中心增益長度27和31。信號在增益跨段25和29之內(nèi)的放大器外圍處的兩個方向上傳播以及在中心長度27和31之內(nèi)的一個方向上傳播。也提供以及定向了隔離器33、35和37以便得到在頻帶之間的雙向工作。因為“紅”和“藍(lán)”的增益長度空間上分離，所以通過增益的單獨飽和和單獨泵功率的控制最佳地使用每個方向的獨立功率控制。也可以設(shè)計在同樣方向上傳輸?shù)男盘柕姆糯笃髂K15的實施方案，其中在此種情況下可以使用每個頻帶的獨立或者公共控制。
該結(jié)構(gòu)大大地減少了在兩個頻帶與來自兩個分離器的不完善隔離的多徑干擾之間的增益傾斜的影響。通過使用在EDFA的中心區(qū)域之內(nèi)的不同方向以及同樣地兩個空間分離的頻帶，在WDM分離器21和23之內(nèi)的隔離要求是可實現(xiàn)的。此外，通過在放大器之內(nèi)分隔頻帶以及提供分隔之外的增益等級，減少了噪聲系數(shù)以及由于WDM耦合器的損失所導(dǎo)致的輸出功率代價。
光纖顯示了不同的色散特性，這依賴于傳輸所使用的波長。對于標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖，有用的兩個主要傳輸窗口是用于非色散位移光纖的1310nm和用于色散位移光纖的1550nm。當(dāng)使用非色散位移光纖，發(fā)射機最好應(yīng)該裝備有用于減少在較高比特速率的主要傳輸損傷的色散補償模塊(DCM)。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的空間分隔方法所構(gòu)造的雙向再生器的方框圖。把四端口WDM分離器41插入傳輸雙向WDM信號的光纖之內(nèi)分隔了根據(jù)它們傳播方向的輸入信號。例如，在“藍(lán)”頻帶之內(nèi)的信號到達(dá)光纖1上端口11以及在“紅”頻帶之內(nèi)的信號到達(dá)光纖1上端口12。這些信號在端口13處退出以及由WDM分離器41在同樣的方向上從端口13尋路到預(yù)放大器42的輸入，隨后到色散補償模塊43。三端口WDM分離器44根據(jù)其波長分隔信號以及尋路它們到方框40的接收機Rx1和Rx2。在執(zhí)行方框40之內(nèi)的再生器或者復(fù)接-分接復(fù)用單元功能之后，把信號傳輸?shù)絻蓚€發(fā)射機Tx1和Tx2。從兩個發(fā)射機，信號與三端口WDM分離器45相合并、如果需要通過另一個色散補償模塊46、以及隨后由后置放大器47放大該信號。四端口WDM分離器41在端口14處接收已放大的信號以及把這些信號插入在合適方向上的兩個光纖。
圖4也說明了該配置如何補償由WDM耦合器以及存在可用DCM所引入的損耗。
在紅和藍(lán)頻帶之內(nèi)的波長選擇對于在多信道之內(nèi)用于進(jìn)一步地減少增益傾斜也是極為重要的。圖5說明了在某個頻帶之內(nèi)波長選擇的三個實例，這在兩個方向之間得到高達(dá)八個等間隔劃分的波長。在第一個實例中，選擇了在“藍(lán)”頻帶之內(nèi)的兩個信道和在“紅”頻帶之內(nèi)的兩個信道。第一個“藍(lán)”信道的波長是λ1=1533nm以及第二個“藍(lán)”信道的波長是λ2=1541nm。第一個“紅”信道的波長是λ3=1549nm以及第二個“紅”信道的波長是λ4=1557nm。對于兩個“藍(lán)”信道的增益傾斜差相對地較大以及在圖2C中說明為0.65，而對于兩個“紅”信道的增益傾斜差為0.1。0.65的增益傾斜將引起系統(tǒng)之內(nèi)的問題。
第二個實例說明了在“藍(lán)”頻帶之內(nèi)的兩信道和在“紅”頻帶之內(nèi)的兩信道的另一個選擇?！八{(lán)”信道的波長是λ1=1528.7nm和λ2=1533.5nm，它們具有近似同樣的增益傾斜1.75?！凹t”信道的波長是λ3=1552.5nm和λ4=1557.4nm，它們具有增益傾斜的差為0.1，因此，差異較小。這較小的增益傾斜將不會引起本實例的系統(tǒng)之內(nèi)的問題，因為選擇的信道波長具有匹配的增益傾斜。
第三個實例說明了一個具有八個信道的系統(tǒng)，其中具有在“藍(lán)”頻帶之內(nèi)的四個信道和在“紅”頻帶之內(nèi)的四個信道。“藍(lán)”信道的波長是λ1=1528.7nm、λ2=1530.3nm、λ3=1531.9nm、λ4=1533.5nm，它們具有增益傾斜的最大差是0.1?！凹t”信道的波長是λ5=1550.1nm、λ6=1552.5nm、λ7=1554.9nm和λ8=1557.4nm，它們具有增益傾斜的近似是0.1。
此種傳輸信道的波長的選擇方法允許在摻餌光放大器的藍(lán)頻帶之內(nèi)沒有嚴(yán)重的增益傾斜損傷就能夠放大多個波長。
此外，通過調(diào)整已發(fā)送功率以及同樣地通過當(dāng)成為可用時提供線內(nèi)的均衡設(shè)備也可以得到在波長之間的有源均衡。
如果在單個光纖跨度上發(fā)送多個信道和在同樣的單個模塊或者多個模塊之內(nèi)放大多個信道，那么可以最小化在兩個終端之間的放大器、光纖跨段、以及其它組件的數(shù)量。有幾種實現(xiàn)在光纖跨段的此種減少以及基于符合傳播方向的傳輸頻帶的空間分隔和基于信號波長的合適選擇的放大器的方法。下面將給出一些實例。
接收機一般要求-5dBm的光功率和過荷為0dBm，以及一般要求發(fā)射機發(fā)射+7或者+10dBm進(jìn)入外部移植光纖。這些設(shè)計參數(shù)使得設(shè)計同時工作為預(yù)放大器和后放大器的光放大器變得較困難或者不可能。此外，由于增益傾斜的存在加重了這些要求。為了得到這些功率電平，給現(xiàn)有的發(fā)射機提供了一個配置為后置放大器的光放大器和給接收機提供了一個配置為預(yù)放大器的光放大器。
然而，通過提供每個方向的獨立功率控制和選擇最小化增益傾斜的信道的波長，根據(jù)本發(fā)明的單個光放大器可以同時地工作為預(yù)放大器和后置放大器。
圖6說明了一個具有工作為線路放大器和組合預(yù)放大器和后置放大器的雙向放大器的配置。在此種配置中，有四個信號在“紅”頻帶的λ1、λ2、λ3和λ4以及在“藍(lán)”頻帶的λ5。在位置A處的DCM43和WDM分離器2由預(yù)/后放大器60的增益把光纜62分隔。類似地，在位置B處的DCM45和WDM分離器6由預(yù)/后放大器61的增益把光纜跨段63分隔。這減少了這些組件在噪聲和功率電平上的光損失的影響。
給光放大器60和61提供了每個方向的獨立功率控制以便放大器60工作為發(fā)射機Tx1-Tx4的后置放大器和接收機Rx的預(yù)放大器。類似地，放大器61工作為接收機Rx1-Rx4的預(yù)放大器和發(fā)射機Tx的后置放大器。
根據(jù)本發(fā)明，結(jié)合信道的空間分隔正確地選擇波長允許多信道系統(tǒng)的配置的進(jìn)一步簡化。因此，如果在一個方向上的傳輸信道的數(shù)量等于在另一個相反方向的信道數(shù)量，那么通過減少保護(hù)鏈路的數(shù)量可以得到低廉成本的網(wǎng)絡(luò)。
圖7A、7B和7C說明了一個在兩個頻帶內(nèi)具有等信號數(shù)量的系統(tǒng)，此處稱作雙向配對。因此，對于在一個方向上的每個發(fā)射機-接收機路徑，在相反的方向上具有一個發(fā)射機-接收機路徑。此種配置具有極大的優(yōu)勢以及減少了保護(hù)鏈路的數(shù)量。采用合適的平坦化濾波器，能夠設(shè)計如圖3所示的WDM放大器模塊以便支持在兩個方向上的等數(shù)量波長。建議通過獨立的放大器提供工作及保護(hù)組以便防止遭受單個放大器的故障。
圖7A是一個說明在用于單個1∶1系統(tǒng)的線性配置的工作及保護(hù)鏈路的光跨段之內(nèi)的經(jīng)濟(jì)的平衡雙向光傳輸系統(tǒng)。配備了一組放大器52和53以便在光纖1上提供工作業(yè)務(wù)。在使用放大器54、55、56和57的路由20上實行保護(hù)業(yè)務(wù)。沒有更多的放大器需要以便支持第二個1∶1的系統(tǒng)，因為該放大器支持兩個“紅”頻帶和兩個“藍(lán)”頻帶波長?？梢蕴峁┝硪粋€系統(tǒng)以便使用同樣的光纖和放大器，假如合適的波長是可用的以及能夠滿足電路的預(yù)算。同不使用此種配對的系統(tǒng)相比，例如單向WDM系統(tǒng)，配對雙向系統(tǒng)要求較少的信道以便傳輸及保護(hù)給定數(shù)量的數(shù)據(jù)。較少的信道意味著較少的光纖、較少的放大器、以及要求傳輸同樣數(shù)據(jù)的較少終端電子設(shè)備。
圖7B是一種使用如圖3所示的WDM放大器模塊的兩棧兩光纖環(huán)路的配置。因為放大器的雙向特性，要求每個跨段只有一個光纖以便實施基系統(tǒng)。此后不要求更多的放大器以便實施第二個系統(tǒng)。能夠提供另一個環(huán)路系統(tǒng)以便使用同樣的光纖和放大器，假如使用了合適的空間分隔和配對波長選擇以及滿足鏈路預(yù)算，正如結(jié)合圖2C和5所討論的。
圖7C是使用WDM放大器模塊的四光纖環(huán)路的配置。四光纖環(huán)路可以轉(zhuǎn)換為一個“具有跨段倒換的兩光纖環(huán)路”。這不同于正常的兩光纖環(huán)路，因為實施了四光纖協(xié)議，它允許諸如跨段倒換的此種特性。
盡管參照特定實例的實施方案說明了本發(fā)明，但是對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在隨后的權(quán)利要求的范圍之內(nèi)可以進(jìn)行其它的修改和改進(jìn)，它們均沒有脫離本發(fā)明在更加廣泛方面上的范疇。
權(quán)利要求
1．一種波分復(fù)用(WDM)光放大器模塊，該模塊包括第一外圍增益區(qū)域，該第一外圍增益區(qū)域用于放大第一個多信道光信號；連接到上述第一外部增益區(qū)域的第一分離器裝置，該裝置用于根據(jù)波長空間上把上述第一個多信道光信號分離成為第一個頻帶的光信號以及第二個頻帶的光信號；中心增益區(qū)域，該中心增益區(qū)域用于接收和獨立放大上述第一個頻帶光信號和上述第二個頻帶光信號、并提供一個已放大的第一個頻帶光信號和一個已放大第二個頻帶的光信號；第二分離器裝置，該第二分離器裝置用于把上述已放大的第一個頻帶光信號與上述已放大的第二個頻帶光信號重新合并成為第二個多信道光信號；以及連接到上述第二分離器裝置的上述第二外圍增益區(qū)域，該區(qū)域用于放大上述第二個多信道光信號。
2．按照權(quán)利要求1的模塊，其特征在于，其中上述中心增益區(qū)域包括第一個長度的光纖，該第一個長度的光纖用于尋路和放大上述第一個頻帶光信號；第一激光源，該第一激光源用于把耦合的波長注入上述第一長度的光纖；第二長度光纖，該第二長度的光纖用于尋路和放大上述第二個頻帶光信號；第二激光源，該第二激光源用于把耦合的波長注入上述第二長度的光纖；以及控制單元，該控制單元用于控制由上述第一和第二激光源所產(chǎn)生的耦合波的功率。
3．按照權(quán)利要求2的模塊，其特征在于，其中上述第一外圍區(qū)域、上述第二外圍區(qū)域、上述第一長度和上述第二長度的任何之一包括一個跨段的有源光纖。
4．按照權(quán)利要求3的模塊，其特征在于，其中上述控制單元包括第一功率監(jiān)視器，該第一功率監(jiān)視器用于測量上述第一個頻帶光信號的輸入及輸出功率以及據(jù)此調(diào)節(jié)用于保持上述第一個頻帶光信號的增益基本上恒定的上述第一激光源的注入功率；以及第二功率監(jiān)視器，該第二功率監(jiān)視器用于測量上述第二個頻帶光信號的輸入及輸出功率以及據(jù)此調(diào)節(jié)用于保持上述第二個頻帶光信號的增益基本上恒定的上述第一激光源的注入功率。
5．按照權(quán)利要求4的模塊，其特征在于，其中上述第一個功率監(jiān)視器、上述第二個功率激光源以及上述第二個功率監(jiān)視器的任何之一配置上述模塊以便分別工作為第一和第二線路放大器。
6．按照權(quán)利要求4的模塊，其特征在于，其中上述第一個功率監(jiān)視器配置上述模塊以便工作為預(yù)放大器，以及上述第二個功率監(jiān)視器配置上述模塊以便工作為后置放大器。
7．一種用于使用波分復(fù)用的多信道通信的光雙向再生器，該再生器包括第一分離器裝置，該第一分離器裝置用于根據(jù)波長空間上把第一個多信道光信號分離成為第一個頻帶光信號和第二個頻帶光信號；雙向再生器模塊，該雙向再生器模塊用于接收來自上述第一分離器裝置的上述第一個頻帶光信號和上述第二個頻帶光信號、獨立地同樣放大、以及提供一個已放大的第一個頻帶光信號和一個已放大第二個頻帶光信號；以及第二分離器裝置，該第二分離器裝置用于把上述已放大的第一個頻帶光信號與上述已放大的第二個頻帶光信號重新合并成為第二個多信道光信號。
8．按照權(quán)利要求7的再生器，其特征在于，其中上述雙向再生器包括一個用于放大上述第一個頻帶光信號的第一再生器和一個用于放大上述第二個頻帶光信號的第二再生器。
9．按照權(quán)利要求7的再生器，其特征在于，進(jìn)一步地包括連接到上述第一分離器裝置，該裝置用于預(yù)放大上述第一個多信道光信號的第一單向光放大器；以及連接到上述第二分離器裝置，該裝置用于預(yù)放大上述第二個多信道光信號的第二單向光放大器。
10．按照權(quán)利要求7的再生器，其特征在于，進(jìn)一步地包括一個連接到光纖傳輸鏈路用于把雙向輸入信號重新配置成為上述第一個多信道光信號以及用于把上述第二個多信道光信號重新配置成為雙向輸出信號的WDM路由器，該雙向輸出信號是一種上述雙向輸入信號的已放大形式。
11．按照權(quán)利要求9的模塊，其特征在于，進(jìn)一步地包括在上述第一雙向光放大器與上述第一WDM之間連接的第一色散補償模塊(DCM)；以及在上述第二雙向光放大器與上述第一WDM之間連接的第二DCM。
12．一個使用光放大和波分復(fù)用的光多信道通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(K個)在第一個位置處的第一個頻帶發(fā)射機，其中kε[2,K]以及K是整數(shù)的發(fā)射機Tk用于發(fā)射在與傳輸方向相關(guān)的第一個傳輸頻帶之內(nèi)所選擇的波長的相關(guān)第一個光信號S1k；(M個)在上述第一個位置處的第二個頻帶接收機，其中mε[2,M]以及M是整數(shù)的接收機Rm用于接收在與相反的傳輸方向相關(guān)的第二個傳輸頻帶之內(nèi)所選擇的波長的相關(guān)第二個光信號S2m；第一分離器裝置，該裝置用于根據(jù)波長在光傳輸路徑、上述第一個頻帶發(fā)射機Tk和上述第二個頻帶接收機Rm之間尋路上述(K個)第一個光信號S1k和上述(M個)第二個光信號S2m；(M個)在第二個位置處的第二個頻帶的發(fā)射機，該發(fā)射機Tm用于發(fā)射上述相關(guān)的第二個光信號S2m；(K個)在上述第二個位置處的第一個頻帶的接收機，該接收機Rk用于接收上述相關(guān)的第二個光信號S1k；以及第二個分離器裝置，該裝置用于根據(jù)波長在上述光傳輸路徑、上述(K個)第一個頻帶接收機和上述(M個)第二個頻帶發(fā)射機之間尋路上述(K個)第一個光信號S1k和上述(M個)第二個光信號S2m。
13．按照權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，其中上述光傳輸路徑包括在工作的光纖(W)之上相連接的多個WDM光放大器模塊序列，該模塊序列用于放大上述(K個)第一個光信號和上述(M個)第二個光信號。
14．按照權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其特征在于，其中每個上述WDM光放大器模塊包括第一外圍增益區(qū)域，該第一外圍增益區(qū)域用于放大上述第一個多信道光信號；連接到上述第一個外部增益區(qū)域的第一個三端口分離器，該分離器用于根據(jù)波長空間上把上述第一個多信道光信號分隔成為上述第一個頻帶的光信號以及上述第二個頻帶的光信號；中心增益區(qū)域，該中心增益區(qū)域用于接收上述第一個頻帶光信號和上述第二個頻帶光信號、單獨地同樣放大、以及提供一個已放大的第一個頻帶光信號和一個已放大第二個頻帶的光信號；第二三端口分離器，該第二三端口分離器用于把上述已放大的第一個頻帶光信號與上述已放大的第二個頻帶光信號重新合并成為第二個多信道光信號；以及連接到上述第二個三端口分離器的上述第二外圍增益區(qū)域，該區(qū)域用于放大上述第二個多信道光信號。
15．按照權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步地包括在上述第一個分離器裝置之間與上述光傳輸路徑之間連接的第一個色散補償裝置；以及在上述光傳輸路徑與上述第二個分離器裝置之間連接的第二個色散補償裝置。
16．按照權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其特征在于，其中K=M。
17．按照權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步地包括一個用于保護(hù)業(yè)務(wù)以及用于上述第一和第二頻帶信號的1∶1傳輸及保護(hù)的的第二光傳輸路徑(P)。
18．按照權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步地包括一個用于保護(hù)業(yè)務(wù)以及用于兩光纖倒換環(huán)路配置的第二光傳輸路徑(P)，其中在相反的方向上沿著上述第一和第二光傳輸路徑傳輸上述第一和第二光信號。
19．按照權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步地包括多(N)個光傳輸路徑(W)和一個用于上述第一和第二頻帶信號的1∶N傳輸及保護(hù)的第二光傳輸路徑(P)。
20．按照權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步地包括一個第二光傳輸路徑(W)以及用于四光纖倒換環(huán)路配置的兩光傳輸路徑(P)。
21．一種用于在第一個位置和由包括光放大器的光傳輸路徑所連接的第二位置之間傳輸多信道光信號的方法，該方法包括的步驟定義第一個和第二個傳輸頻帶；測量上述放大器隨著輸入功率及波長的增益的偏差；在上述第一個頻帶之內(nèi)選擇第一個波長以及在上述第二個頻帶之內(nèi)選擇第二個波長，其特征在于無論輸入功率如何，上述第一個波長的增益基本上與上述第二個波長的增益相近似；以及把第一個傳輸信道與上述第一個波長相關(guān)聯(lián)以及把第二個傳輸信道與上述第二個波長相關(guān)聯(lián)。
22．一種用于在第一個位置和由包括光放大器的光傳輸路徑所連接的第二位置之間傳輸多信道光信號的方法，該方法包括的步驟空間上把上述光放大器的增益區(qū)域分隔成為第一個增益區(qū)域和第二個增益區(qū)域；把第一個增益區(qū)域與第一個傳輸頻帶相關(guān)聯(lián)以及把第二個增益區(qū)域與第二個傳輸頻帶相關(guān)聯(lián)；在上述第一個傳輸頻帶之內(nèi)傳輸?shù)谝粋€光信號；以及在上述第二個傳輸頻帶之內(nèi)傳輸?shù)诙€光信號。
23．一種在傳輸鏈路的第一個節(jié)點和第二個節(jié)點之間傳輸多個信道光信號的方法，該方法包括的步驟定義與第一個傳輸方向相關(guān)聯(lián)的第一傳輸頻帶及定義與相反的傳輸方向相關(guān)聯(lián)的第二個傳輸頻帶；在上述第一個節(jié)點和光纖跨度的第一端點之間傳輸包括在上述第一個傳輸頻帶之內(nèi)的第一個光信號S1m的第一個多信道光信號和在上述第二個傳輸頻帶之內(nèi)的第二個光信號S2k，其中mε[1,M]以及M是整數(shù)，kε[1,K]以及K是整數(shù)；根據(jù)波長空間上在上述光纖跨段上沿上述第一個單向路線分離上述第一個光信號S1m和沿上述第二個單向路線分離上述第二個光信號S2k；獨立地放大上述第一個光信號S1m和上述第二個光信號S2k；以及把上述第一個光信號和上述第二個光信號合并以便形成第二個多信道光信號并將其在上述傳輸鏈路與上述第二個節(jié)點之間進(jìn)行傳輸。
24．按照權(quán)利要求23的方法，其特征在于，其中定義的上述步驟包括在頻譜的藍(lán)帶區(qū)域之內(nèi)選擇上述第一個頻帶以及在頻譜的紅帶區(qū)域之內(nèi)選擇上述第二個頻帶。
25．按照權(quán)利要求23的方法，其特征在于，其中定義的上述步驟包括在上述第一個頻帶之內(nèi)選擇第一個子頻帶以及在上述第二個頻帶之內(nèi)選擇上述第二個子頻帶，每個子頻帶特征在于基本上恒定的增益傾斜/dB。
26．按照權(quán)利要求25的方法，其特征在于，其中在上述第一個子頻帶之內(nèi)選擇上述第一個光信號以及在上述的第二個子頻帶之內(nèi)選擇上述又一個第一光信號。
27．按照權(quán)利要求23的方法，其特征在于，其中定義上述第一個傳輸頻帶處于1528和1543nm之間以及定義上述第二個傳輸頻帶處于1547和1560nm之間。
28．按照權(quán)利要求23的方法，其特征在于，其中定義上述第一個子頻帶處于1528和1534nm之間以及定義上述第二個子頻帶處于1550和1558.5nm之間。
29．按照權(quán)利要求23的方法，其特征在于，其中放大的上述步驟進(jìn)一步地包括獨立地控制上述第一個光信號和上述第二個光信號的增益。
30．按照權(quán)利要求29的方法，其特征在于，其中控制的上述步驟包括在上述第一個頻帶之內(nèi)測量第一個光信號的輸入及輸出功率；在上述第二個頻帶之內(nèi)測量第二個光信號的輸入及輸出功率；調(diào)整第一個發(fā)射機的傳輸功率，其中第一個發(fā)射機產(chǎn)生用于保持上述第一個頻帶傳輸信道的功率基本恒定的上述第一個光信號；以及調(diào)整第二個發(fā)射機的傳輸功率，其中第二個發(fā)射機產(chǎn)生用于保持上述第二個頻帶傳輸信道的功率基本恒定的上述第二個光信號。
全文摘要
本發(fā)明使用單向及雙向WDM技術(shù)提供了一種經(jīng)由光鏈路傳輸較高比特速率的方法及系統(tǒng)。光傳輸?shù)?550nm窗口空間上分隔為兩個頻帶，“紅”和“藍(lán)”，以及這樣地選擇每個頻帶之內(nèi)的信道，即各個波長提供極大的等增益傾斜。公開了根據(jù)本發(fā)明的空間分隔和波長選擇所設(shè)計的光纖放大器，以及多跨段WDM網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
文檔編號H04B10/17GK1228220SQ96180417
公開日1999年9月8日 申請日期1996年12月4日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月25日
發(fā)明者K·B·羅伯特, M·S·奧蘇利范, G·D·梅 申請人:北方電訊有限公司