專利名稱：色散補償設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種色散補償設備，用于進一步提高光通信系統(tǒng)的容量、速度和距離。
背景技術：
近年來，隨著網(wǎng)絡使用量的迅速增加，需要進一步提高網(wǎng)絡的系統(tǒng)容量。現(xiàn)在，基于每信道10Gb/s傳輸速率的波長復用(WDM)光傳輸系統(tǒng)已經(jīng)投入實際使用。今后，預計需要進一步提高容量，并且從頻率使用效率和成本的觀念來看，需要每信道40Gb/s或更快的超高速傳輸系統(tǒng)。在超高速傳輸系統(tǒng)中，必須非常準確地補償傳輸線路色散所導致的波長衰減。
在傳輸速率為10Gb/s或更快的光傳輸系統(tǒng)中，色散容限非常小。例如，40Gb/s NRZ系統(tǒng)的色散容限等于或小于100ps/nm。同時，對于陸地光傳輸系統(tǒng)來說，跨距長度并不總是統(tǒng)一的。在使用一條大約17ps/nm/km的1.3m零色散單模光纖(SMF)的系統(tǒng)的情況下，即使長度僅相差幾公里，也將超過色散容限。然而，當前在通信公司的光纖網(wǎng)絡內(nèi)，并不能準確地掌握大多數(shù)的跨距長度和色散值。另外，因為色散值根據(jù)光纖溫度、應力等隨時間而變化，所以不僅在系統(tǒng)操作開始時，而且在系統(tǒng)使用時都必須嚴格監(jiān)視色散量以調(diào)整每跨距的色散補償量。例如，當在500公里DSF(色散偏移光纖)傳輸線上出現(xiàn)100度的溫度變化時，其色散變化量變?yōu)榧s105ps/nm，幾乎等于40Gb/s NRZ信號的色散容限。
(色散改變量)＝(零色散波長的溫度相關性)×(傳輸線路的溫度變化量)×(傳輸線路的色散斜度)×(傳輸距離)＝0.03(nm/℃)×100(℃)×0.07(ps/nm2/km)×500(km)
＝105ps/nm因此，對于使用SMF傳輸線路、以及1.55m零色散偏移光纖(DSF)或NZ-DSF傳輸線路的系統(tǒng)，必須執(zhí)行自動色散補償。
而且，當傳輸波長分割復用(WDM)信號時，必須考慮色散斜度和色散。


圖1示范性地圖示一個WDM傳輸系統(tǒng)的結構。圖2圖示各種變化因素導致的傳輸線路色散量的變化。
在圖1所示的結構中，各個波長的光信號從發(fā)送終端設備的光發(fā)射機#1至#n發(fā)送，并由光復用器耦合。復用光信號由光后置放大器放大并輸出。當光后置放大器執(zhí)行光信號放大處理時，由發(fā)射機內(nèi)的傳輸色散補償器為光信號執(zhí)行色散補償，該色散補償量是固定的或可變的。在一條光纖傳輸線路上傳播的光信號被放大，以便由光線內(nèi)放大器(optical inline amplifier)補償傳輸線路損耗，所述光線內(nèi)放大器位于光纖傳輸線路的中途。另外，當光線內(nèi)放大器放大時，由一個線內(nèi)色散補償器補償因在傳輸線路上傳播導致光信號所經(jīng)受的色散。線內(nèi)色散補償器的色散補償量是固定的，或者是可變的。然后，光信號在光纖傳輸線路上經(jīng)一個線內(nèi)放大器傳播，并輸入一個光接收機。
在光接收機內(nèi)，放大所傳播的光信號以補償其衰減。同時，接收機內(nèi)的接收色散補償器執(zhí)行接收機側的色散補償。然后，光解復用器將所傳播的光信號分離成相應波長。例如，可變色散補償器從解復用波長的光信號中消除剩余色散，隨后這些信號由光接收機#1至#n接收。在此，用括號將可變色散補償器括起來的原因是它們并非總是必需的。是否包括可變色散補償器可由設計者根據(jù)設計的具體情況來決定。如果在隨后的結構圖中也出現(xiàn)用括號括起來的組成部件，這意味著根據(jù)設計者的設計，該組成部件并不總是必需的。
對于光信號色散的溫度變化，如圖2所示，根據(jù)零色散波長中的溫度變化(大約0.03nm/℃)，色散特性從(a)變化到(c)。在這種情況下，色散斜度并不改變。另外，如果傳輸距離不同，色散特性從(a)變化到(b)。在這種情況下，色散斜度也隨著色散量變化。對于一條實際的傳輸線路光纖(和一條色散補償光纖(DCF))，即使傳輸線路的長度相同，由于光纖制造能力的原因，色散值((a)→(c))和色散斜度((a)→(d))也有變化。
作為色散和色散斜度的補償方法，考慮下述方法(a)實現(xiàn)一個寬帶可變色散補償器，能夠獨立地改變色散量和色散斜度量，并為所有波長的信號同時執(zhí)行色散補償。
(b)獨立地設置一個能夠改變色散量的寬帶可變色散補償器和一個能夠改變色散斜度量的寬帶可變色散斜度補償器，并同時為所有波長的信號共同執(zhí)行色散補償。
(c)獨立地設置一個能夠改變色散量的寬帶可變色散補償器和一個其色散斜度量補償了傳輸線路斜度量的固定色散斜度補償器，并同時為所有波長的信號執(zhí)行色散補償。
(d)分別為每條信道設置一個能夠改變色散量的可變色散補償器，并執(zhí)行色散補償。
在方法(a)至(d)中，關鍵在于可變色散補償器的可實現(xiàn)性。
圖3圖示作為一個可變色散補償器例子的VIPA(虛成像相位陣)。作為與VIPA有關的文獻，請參考M.Sirasaki等人的“40Gbits/s WDM傳輸系統(tǒng)用的使用虛成像相控陣(VIPA)的可變色散補償器(VariableDispersion Compensator Using the Virtually Imaged PhasedArray(VIPA)for 40-Gbit/s WDM Transmission System)”，ECOC 2000，截止期限之后的論文2.3.，等。
在使用VIPA的色散補償器中，通過在x軸方向上移動三維鏡，色散補償量可以在-800ps/nm到+800ps/nm的范圍內(nèi)連續(xù)變化。
圖4圖示VIPA可變色散補償器的透射比特性和群延遲特性。
在該圖上部圖示的透射比特性顯示了VIPA中透射比的周期波長相關性。因此，必須進行設計以便波長復用光(WDM光)的各個波長的光信號通過透射比的高通部，即透射比窗口。另外，群延遲圖表示群延遲被周期性地提供給光信號。該圖說明在透射比窗口開啟部分中群延遲的斜度在右側遞減，并將負色散提供給通過窗口的光信號。
例如，VIPA被設計得具有一個循環(huán)結構，其中透射比特性具有200GHz(波長間隔為1.6nm)的頻率間隔(自由光譜范圍FSR)，并有利地同時補償一個WDM信號。然而，VIPA不能補償色散斜度。日本專利申請JP2000-238349提出了一種通過組合VIPA色散補償器和色散補償光纖以共同補償色散和色散斜度來實現(xiàn)的系統(tǒng)。
圖5圖示在信道通頻帶內(nèi)VIPA可變色散補償器的群延遲特性。
在圖5上部圖示的使用VIPA的可變色散補償器中，通過在x軸方向上移動三維鏡獲得圖5下部中圖示的群延遲斜度上的變化。通過群延遲的波長的微分來獲得色散。因此，通過移動三維鏡，能夠為所有信道頻帶根據(jù)需要改變和執(zhí)行同時色散補償。
圖6示范性地圖示根據(jù)一種常規(guī)技術的光接收機的結構。
在該示的結構例子中，包括一個DCF，其色散斜度量(傳輸線路的色散斜度)用于補償傳輸線路的色散斜度。而且，使用一個VIPA可變色散補償器同時補償傳輸線路和DCF所導致的色散。如圖4所示，VIPA具有200GHz間隔的周期性結構以確保傳輸頻帶。在當前的密集WDM傳輸系統(tǒng)中，需要100GHz的信道間隔(0.8nm的波長間隔)。因此，在圖6中，使用交織器將100GHz間隔的接收信號分離成200GHz間隔的偶數(shù)和奇數(shù)信道，并通過分別為偶數(shù)和奇數(shù)信道設置VIPA色散補償器來同時進行色散補償。如圖7所示，交織器的透射窗口以預定的周期開啟(在該情況下為200GHz)。該圖中所示的實線是用于提取奇數(shù)信道的窗口，而該圖中圖示的虛線是用于提取偶數(shù)信道的窗口。如上所述，交織器交替地抽樣一個波長復用光信號，并將光信號分離成奇數(shù)信道和偶數(shù)信道，使得分離之后光信號的信道間隔變寬。
然而，這種結構存在傳輸線路和DCF的色散斜度的波長相關性所導致的問題，進而導致同時色散補償上的難度。
圖8圖示光纖傳輸線路上色散特性的典型例子。
主要在DCF上，由于制造問題出現(xiàn)因色散斜度的波長相關性所導致的色散曲線(然而，在傳輸光纖上存在一個近乎線性的色散特性)。因此，因色散斜度的波長相關性所導致的剩余色散出現(xiàn)在傳輸線路和DCF上。在遠程傳輸中，這個剩余色散變成一個超過40Gb/s信號的色散容限的值。因此，使用圖6的結構進行同時補償是很困難的。
使用一個色散監(jiān)視器來檢測傳輸線路所經(jīng)歷的色散量(和斜度量)對于實現(xiàn)自動色散補償系統(tǒng)也是很重要的。
作為一個色散監(jiān)視器方法的例子，存在一種使用所接收基帶信號內(nèi)特定頻率分量強度的方法。
圖9圖示40Gb/s NRZ信號的所接收基帶信號內(nèi)一個40GHz分量的強度的檢測結果。
資料來源Y.Akiyama等人，“通過多個信號波長之間無縫隙切換的40Gbit/s傳輸?shù)淖詣由⒕?Automatic Dispersion Equalizationin 40Gbit/s Transmission by Seamless-switching between MultipleSignal Wavelengths)”，ECOC’99，pp.1-150-151。
如從左側的計算結果可以看出的，40GHz分量的強度隨著色散量而變化，并在色散量為零時變成零。在右側的100公里DSF傳輸?shù)膶嶒灲Y果中，傳輸線路的色散量隨著波長變化。因此，以類似于計算結果的方式獲得40GHz分量的強度特性。傳輸線路的零色散波長以大約0.03nm/℃隨著傳輸線路溫度變化而變化。然而，可以證明40GHz分量的強度監(jiān)視器的最小點也隨著這一變化而改變。眾所周知，BHz分量的強度可用作Bb/s調(diào)制信號以及其它調(diào)制方法的色散監(jiān)視器。眾所周知，例如，當色散為零時，BHz分量的強度變成一個RZ信號的最大值，并變成一個OTDM信號的最小值(日本專利申請JP-平-9-224056)。
作為另外一種方法，考慮一個監(jiān)視由每個光接收機所檢測的誤比特率特性或Q值的方法。
為了在波長復用系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)一個低成本色散監(jiān)視器，設置一個色散監(jiān)視器的方法是很重要的。例如，在圖2所示的(a)或(b)的情況下，如果能夠檢測到至少兩個信號的色散量，所述信號例如是信號波長頻帶兩端的波長的信號，則可以通過外推法獲得色散斜度，并能夠檢測不同信號波長的色散量。
另外，在(c)的情況下，傳輸線路的色散斜度量并不隨著溫度而變化。因此，如果能夠檢測到信號波長頻帶的諸如中央波長信號等的至少一個信號的色散量，則根據(jù)該色散量和已知的色散斜度量能夠檢測不同信號波長的色散量。
同樣在(d)的情況下，如果在色散斜度量(或者傳輸線路長度)已知時能夠檢測至少一個波長信號的色散值，或者如果在色散斜度量未知時能夠檢測至少兩個波長信號的色散值，可以通過外推法檢測不同信號波長的色散量。
上述常規(guī)技術的問題總結如下。
在傳輸速率10Gb/s或更快的光傳輸系統(tǒng)中，色散容限非常小。例如，40Gb/s NRZ系統(tǒng)的色散容限大約等于100ps/nm或更小。同時，對于傳輸線路的色散，存在下述變化因素。如果發(fā)送波長分割多路復用(WDM)信號，則不僅必須考慮色散，而且必須考慮色散斜度。
(1)傳輸線路長度的不同對于陸地光傳輸系統(tǒng)，其跨距長度并不總是統(tǒng)一的。在使用大約17ps/nm/km的1.3m零色散單模光纖(SMF)的系統(tǒng)的情況下，即使長度僅相差若干公里也將超過色散容限。然而，在通信公司所擁有的光纖網(wǎng)絡內(nèi)，當前并不能準確地掌握大多數(shù)跨距長度和色散值。如圖2所示，如果傳輸距離不同，色散特性從(a)變化到(b)。在這種情況下，色散斜度以及色散量都改變。
(2)色散補償光纖(DCF)的斜度補償比的不完整為了同時為波長復用信號執(zhí)行色散補償和色散斜度補償，必須使用其色散斜度率(色散斜度系數(shù)/色散系數(shù))匹配于傳輸線路的色散補償光纖(DCF)。然而，尤其對于色散系數(shù)較小的NZDSF光纖(例如增強LEAF、TrueWave Plus、TrueWave Classic等)，可制造的DCF僅僅是其斜度補償比低到50％到60％的DCF。
圖10圖示由于色散斜度變化導致的傳輸線路上色散的波動。
在該圖中，為了100％地補償傳輸線路的色散斜度特性(a)，匹配其相反符號特性(a)’的DCF是最理想的。然而，實際上無法獲得與(a)’一樣高的斜度補償比，該比值事實上類似于(b)。因此，用(c)表示的剩余色散出現(xiàn)在傳輸線路和DCF上。
(3)傳輸線路光纖和色散補償光纖(DCF)的色散系數(shù)和色散斜度系數(shù)的制造變化因為傳輸線路和色散補償光纖(DCF)的色散補償系數(shù)(每單位長度的色散量，單位是ps/nm/km)和色散斜度系數(shù)(每單位長度的色散斜度，單位是ps/nm2/km)達到制造精度的極限，它們具有較大的變化。因此，如圖2所示，即使傳輸線路和DCF的長度相同，色散量(單位為ps/nm，(a)→(c)，-(a)→(b)’)和色散斜度量(單位是ps/nm2，(a)→(d)，-(a)→(d)’)也不同。
(4)光纖的零色散波長的溫度變化因為傳輸線路光纖的零色散波長根據(jù)溫度隨著時間改變，所以在系統(tǒng)操作開始時和系統(tǒng)使用過程中嚴格監(jiān)視色散量時，必須合理設置每個跨距的色散補償量。
例如，如果在600公里的傳輸線路上出現(xiàn)100℃的溫度變化，色散改變量變成大約108ps/nm，這幾乎等于40Gb/s NRZ信號的色散容限。
(色散變化量)＝(零色散波長的溫度相關性)×(傳輸線路的溫度變化量)×(傳輸線路的色散斜度)×(傳輸距離)＝0.03(nm/℃)×100℃×0.06(ps/nm2/km)×600(km)＝108ps/nm在圖2中，由于零色散波長的溫度變化(大約0.03nm/℃)導致色散特性由(a)變化為(c)。在這種情況下，色散斜度并不變化。
(5)傳輸線路光纖和DCF的波長相關性的影響如圖8所示，由于與傳輸線路主要是DCF(傳輸光纖具有幾乎線性的補償特性)有關的設計原理的問題，出現(xiàn)由于色散斜度的波長相關性產(chǎn)生的色散曲線。因此，在傳輸線路和DCF上出現(xiàn)由于色散斜度的波長相關性導致的剩余色散。在遠程傳輸中，該剩余色散變成一個超過40Gb/s信號的色散容限的很大的值。當為所有信道同時執(zhí)行色散補償時，這變成一個嚴重的問題。
根據(jù)一種已知技術的方法如下。必須使用可變色散補償器以克服(4)中隨著時間變化的色散波動。作為一個可變色散補償器的例子，存在圖3所示的VIPA。作為設置可變色散補償器的方法，存在通過包括一個斜度補償功能來同時為所有信道執(zhí)行補償?shù)姆椒ê屯ㄟ^組合一個可變或固定色散斜度補償器來同時為所有信道執(zhí)行補償?shù)姆椒?，或者考慮為每條信道設置一個可變色散補償器的方法(參見日本專利申請JP2000-238349)。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個目的是提供一種以可能最低的成本盡可能地最小化剩余色散的色散補償設備及其結構配置。
根據(jù)本發(fā)明的第一色散補償設備，在波長復用光傳輸系統(tǒng)中，包括一個頻帶分割單元，將波長復用光信號分割成多個波長頻帶；和一個固定色散補償單元，為分割后的波長復用光信號執(zhí)行剩余色散補償。
根據(jù)本發(fā)明的第二色散補償設備，在波長復用光傳輸系統(tǒng)中，包括一個頻帶分割單元，將波長復用光信號分割成多個波長頻帶；和一個可變色散補償單元，為分割后的波長復用光信號同時執(zhí)行補償。
根據(jù)本發(fā)明的第三色散補償設備，在波長復用光傳輸系統(tǒng)中，包括一個可變色散補償單元，為波長復用光信號的整個或者部分同時執(zhí)行色散補償；一個光分割單元，分割波長復用光信號；和一個固定色散補償單元，為每個分割信道的光信號執(zhí)行剩余色散補償。
根據(jù)本發(fā)明的第四色散補償設備，在波長復用光傳輸系統(tǒng)中，包括一個頻帶分割單元，將波長復用光信號分割成多個波長頻帶；和一個色散補償單元，降低各個分割波長頻帶的頻帶之間的剩余色散差值。
根據(jù)本發(fā)明的第五色散補償設備，在多跨距光傳輸系統(tǒng)中，包括一個色散補償單元，在跨距之后的每個線內(nèi)放大器中為每個跨距的色散量執(zhí)行105％至120％的過補償。
根據(jù)本發(fā)明，可以低成本地提供一個高效的色散補償設備及其方法。
附圖簡要說明圖1示范性地圖示波長復用傳輸系統(tǒng)的結構；圖2圖示由于各種變化因素導致的傳輸線路色散量的變化；
圖3圖示作為一個可變色散補償器的例子的VIPA(虛成像相控陣)；圖4圖示VIPA可變色散補償器的透射比特性和群延遲特性；圖5圖示VIPA可變色散補償器的群延遲特性；圖6示范性地圖示常規(guī)技術的光接收機的結構；圖7解釋交織器的操作；圖8圖示光纖傳輸線路上色散特性的一個典型例子；圖9圖示40Gb/s NRZ信號的接收基帶信號內(nèi)40GHz分量強度的檢測結果；圖10圖示由于色散斜度變化導致傳輸線路上的色散波動；圖11解釋根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的原理；圖12示范性地圖示實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第一種結構；圖13示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第二種結構；圖14示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第三種結構；圖15示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第四種結構；圖16示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第五種結構；圖17示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第六種結構；圖18解釋根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的色散補償方法；圖19示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的第七種結構；圖20示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第八種結構；圖21示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第九種結構；圖22示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第十種結構；圖23示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第十一種結構；圖24示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第十二種結構；圖25A和25B圖示在將根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例應用于一個線內(nèi)放大器的情況下的原理結構；圖26解釋根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的色散補償方法的原理(No.1)；圖27解釋根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的色散補償方法的原理(No.2)；圖28A和圖28B圖示與圖25相對應的用可變色散補償器替代用于各波長頻帶的固定色散補償器的情況下的結構；圖29A和圖29B示范性地圖示在進行波長頻帶分割補償?shù)那闆r下一個具體的線內(nèi)放大器的結構(No.1)；圖30A和圖30B示范性地圖示在進行波長頻帶分割補償?shù)那闆r下一個具體的線內(nèi)放大器的結構(No.2)；圖31A和圖31B示范性地圖示在進行波長頻帶分割補償?shù)那闆r下一個具體的線內(nèi)放大器的結構(No.3)；圖32A和圖32B示范性地圖示在進行波長頻帶分割補償?shù)那闆r下一個具體的線內(nèi)放大器的結構(No.4)；圖33A和圖33B示范性地圖示在進行波長頻帶分割補償?shù)那闆r下一個具體的線內(nèi)放大器的結構(No.5)；圖34示范性地圖示使用圖29至圖33所示執(zhí)行頻帶分割補償?shù)木€內(nèi)放大器的系統(tǒng)的結構(No.1)；圖35示范性地圖示使用圖29至圖33所示執(zhí)行頻帶分割補償?shù)木€內(nèi)放大器的系統(tǒng)的結構(No.2)；圖36示范性地圖示使用圖29至圖33所示執(zhí)行頻帶分割補償?shù)木€內(nèi)放大器的系統(tǒng)的結構(No.3)；圖37A至圖37C圖示在600公里SMF傳輸中線內(nèi)色散補償比DDCL＝100％和114％的情況下剩余色散的Q損失(Q penalty)；圖38圖示在600公里SMF傳輸中通過在接收機側上調(diào)整色散補償量使剩余色散為零的情況下的Q損失和線內(nèi)剩余色散量的特性；圖39示范性地圖示與優(yōu)化線內(nèi)色散補償量的優(yōu)選實施例相對應的第一種結構；圖40圖示圖39所示結構的又一個具體例子；和圖41示范性地圖示通過組合頻帶分割色散補償和線內(nèi)過補償實現(xiàn)的結構。
優(yōu)選實施例的描述在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，如果由于傳輸線路和DCF的色散斜度的波長相關性導致的剩余色散過大而不可忽略，則通過將一個波長頻帶分割成預定頻帶來執(zhí)行色散補償。
圖11解釋根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的原理。
例如，在圖11所示的(a)傳輸線路和(b)DCF1的剩余色散特性的情況下(為所有信道同時補償)，一個波長復用信號被解復用成多個波長頻帶(在該圖中為4個頻帶)，通過為每個波長頻帶設置(c)固定色散補償器(DCF)或可變色散補償器(VDC)來精細地調(diào)整色散補償量，從而能夠將所有信道的剩余色散降低到一個很小的值(d)。在該圖中，把預定量的色散給予波長頻帶內(nèi)的所有信道，使得為每個波長頻帶的中央波長執(zhí)行100％的色散補償。如果使用一個固定色散補償器來執(zhí)行精細調(diào)整，必須通過預先測量一條傳輸線路的色散特性(或者掌握作為光纖特有特性的色散偏移量)來確定固定色散補償量。然而，如果由于溫度變化導致傳輸線路的色散隨著時間改變，則所有信道的色散量在相同方向上變化。因此，可以通過改變同時使用的可變色散補償器來維持補償狀態(tài)。
下面的所有結構圖示所發(fā)送波長復用信號的波長間隔是100GHz(大約0.8nm)的情況下的例子。另外，僅圖示一個光接收機內(nèi)色散補償器的結構例子。然而，在線內(nèi)放大器或發(fā)射機側的站內(nèi)設置一個色散補償器的情況下也可以進行類似的配置。
圖12示范性地圖示實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第一種結構；在這個結構例子中，在使用DCF1和可變色散補償器為100GHz間隔的所有信道同時執(zhí)行色散補償之后，使用一個交織器將波長間隔分離成200GHz(大約1.6nm)的間隔。然后，通過頻帶分割濾光器將波長頻帶分別分割成n個波長頻帶，并在每個波長頻帶內(nèi)使用一個固定色散補償器來執(zhí)行精細調(diào)整。
首先，在光纖傳輸線路10上傳播的波長復用光信號被光前置放大器11放大，所述光前置放大器是圖12所示的接收機，同時，其色散斜度由DCF1補償。然后，100GHz間隔的光信號輸入給可變色散補償器12，它為所有的波長同時執(zhí)行色散補償。接著，由交織器13將100GHz間隔的光信號分離成偶數(shù)信道和奇數(shù)信道，從而將光信號轉換成200GHz間隔的光信號。光信號分別輸入給頻帶分割濾光器14-1和14-2，分別將它們的波長頻帶分割成n個頻帶。由用于一階色散精細調(diào)整的DCF15補償各個頻帶內(nèi)的剩余色散之后，這些信號被解復用成各個信道的光信號，并分別由光接收機#1至#40接收。
在此，光接收機數(shù)量是40。這是因為圖12假設復用波長的數(shù)量為40。然而，復用波長的數(shù)量并不僅限于這個數(shù)值。但是，必須依據(jù)復用波長數(shù)量設置光接收機的數(shù)量。在下面的結構例子的解釋中，這也是類似的。
在此，輸入頻帶分割濾光器14-1的光信號是奇數(shù)信道信號，而輸入頻帶分割濾光器14-2的光信號是偶數(shù)信道信號。頻帶分割濾光器由諸如JDS Uniphase、OPlink、Dicon、Avanex、HD光纖系統(tǒng)和Chorum等公司銷售。
圖13示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第二種結構。
與圖12不同，圖13圖示在波長間隔分離成200GHz間隔之后設置用于200GHz間隔的可變色散補償器的結構。
在光纖傳輸線路10上傳播的光信號被光前置放大器11放大，同時，其色散斜度由DCF1補償。光信號隨后輸入給交織器13，它將100GHz間隔的波長復用光信號抽樣為200GHz間隔的光信號，并將奇數(shù)和偶數(shù)信道分別發(fā)送給用于200GHz間隔的可變色散補償器12-1和12-2?？勺兩⒀a償器12-1和12-2分別為輸入光信號執(zhí)行色散補償處理，并將信號輸入給頻帶分割濾光器14-1和14-2。頻帶分割濾光器14-1和14-2將抽樣后的光信號分割成n個頻帶。然后，由DCF15為各個頻帶執(zhí)行一階色散的精細調(diào)整。被執(zhí)行精細調(diào)整的各個頻帶的光信號由光解復用器16解復用成各個信道的光信號，并由光接收機#1至#40接收。
圖14示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第三種結構。
與圖13不同，圖14圖示這樣的結構，使用二級交織器將波長間隔分離成400GHz(大約3.2nm)間隔，然后由頻帶分割濾光器將光信號分割成n個波長頻帶，并由固定色散補償器為各個波長頻帶執(zhí)行精細調(diào)整。頻帶分割濾光器因其特性而在分割波長位置上具有保護頻帶(無透射的波長范圍)。通過由交織器加寬一個信號光波長的波長間隔，放松了對頻帶分割濾光器的要求(即使保護頻帶很寬，不能傳輸?shù)男诺罃?shù)量變成零或被降低)。還可以實現(xiàn)這樣一種結構，其中進一步增加交織器的級數(shù)以加寬波長間隔。
在光纖傳輸線路10上傳播的光信號由光前置放大器放大，同時，其色散斜度由DCF1補償。光信號隨后由交織器13分離成奇數(shù)和偶數(shù)信道。結果，光信號的波長間隔從100GHz變化到200GHz。然后，200GHz間隔的光信號的色散由可變色散補償器12-1和12-2補償。交織器20-1和20-2進一步將200GHz間隔的光信號抽樣成400GHz間隔的光信號，它們分別被輸入給頻帶分割濾光器14-1至14-4。頻帶分割濾光器14-1至14-4將輸入信號的頻帶分割成n個頻帶。然后，DCF15為各個頻帶執(zhí)行一階色散補償?shù)木氄{(diào)整，并將信號輸入給光解復用器16。由光解復用器16解復用成各條信道的光信號分別由光接收機#1至#40接收。如上所述，在分割頻帶之前加寬光信號的波長間隔降低了在分割頻帶時光信號出現(xiàn)在頻帶邊界上的概率。因此，這在消除因頻帶分割損失光信號的意義上是很有效的。
圖15示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第四種結構。
與圖14不同，圖15圖示在由頻帶分割濾光器后面的交織器組合相同波長頻帶的信號之后，由固定色散補償器執(zhí)行精細調(diào)整的結構。使用這種結構，能夠降低精細調(diào)整所需要的固定色散補償?shù)臄?shù)量。
在光纖傳輸線路10上傳播的波長復用信號由光前置放大器11放大，同時，其色散斜度由DCF1補償。然后，由交織器13抽樣光信號，并且信道間隔為原始波長復用光信號的信道間隔(100GHz)兩倍(200GHz)的光信號被分別輸入給可變色散補償器12-1和12-2。在由可變色散補償器12-1和12-2為光信號執(zhí)行色散補償之后，這些信號由交織器20-1和20-2進一步抽樣。這些信號變成信道間隔為原始波長復用光信號的波長間隔(100GHz)四倍(400GHz)的信號，并被輸入到頻帶分割濾光器14-1至14-4。
頻帶分割濾光器14-1至14-4分別將輸入光信號分割成n個頻帶，然后，由各級上的交織器21a-1至21b-n和22-1至22-n組合相同波長頻帶的光信號，并由DCF15為各個頻帶執(zhí)行一階色散補償?shù)木氄{(diào)整。在執(zhí)行精細調(diào)整之后，光信號被輸入給光解復用器16，它將這些信號解復用成各條信道。這些信號隨后由光接收機#1至#40接收。
圖16示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第五種結構。
在這個結構例子中，在由DCF1同時為所有信道執(zhí)行補償之后，頻帶分割濾光器將光信號分割成n個波長頻帶，固定色散補償器為各個波長頻帶執(zhí)行精細調(diào)整，并在由頻帶耦合濾光器耦合光信號之后設置可變色散補償器。
在光纖傳輸線路10上傳輸?shù)墓庑盘栍晒馇爸梅糯笃?1放大，同時由DCF1補償其色散斜度。然后，由交織器13抽樣波長復用光信號，并且200GHz間隔的光信號被輸入給頻帶分割濾光器14a-1和14a-2。頻帶分割濾光器14a-1和14a-2分別將光信號分割成n個頻帶，并將信號輸入給用于各個頻帶的DCF15。然后，DCF15執(zhí)行一階色散補償?shù)木氄{(diào)整。執(zhí)行精細調(diào)整之后的光信號被輸入給頻帶耦合濾光器14b-1和14b-2，由其耦合相應頻帶并將耦合信號輸入給可變色散補償器12-1和12-2。可變色散補償器12-1和12-2執(zhí)行色散補償。光解復用器16將光信號解復用成各條信道，并由光接收機#1至#40接收。
圖17示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第六種結構。
與圖16不同，圖17所圖示的結構使用兩級交織器將波長間隔分離成400GHz(大約3.2nm)間隔，由頻帶分割濾光器將光信號分割成n個波長頻帶，由固定色散補償器為每個波長頻帶執(zhí)行精細調(diào)整，并在頻帶耦合濾光器耦合波長頻帶信號之后設置可變色散補償器。盡管增加了可變色散補償器的數(shù)量，但是降低了對頻帶分割濾光器的不透射波長頻帶的要求。
在光纖傳輸線路10上傳播的光信號由光前置放大器11放大，同時，由DCF1補償其色散斜度。然后，由交織器13抽樣光信號，并將其分離成200GHz間隔的奇數(shù)信道和偶數(shù)信道。如此分離后的各奇數(shù)信道和偶數(shù)信道由交織器20-1和20-2進一步分離成偶數(shù)信道和奇數(shù)信道，并輸入給頻帶分割濾光器14a-1至14a-4。
頻帶分割濾光器14a-1至14a-4將各個光信號分割成n個頻帶，并將各個頻帶的光信號輸入給用于一階色散補償精細調(diào)整的DCF15，由其執(zhí)行色散補償?shù)木氄{(diào)整。然后，精細調(diào)整后的光信號由頻帶耦合濾光器14b-1至14b-4耦合。隨后由可變色散補償器12-1至12-4為光信號執(zhí)行色散補償。由光解復用器16將可變色散補償器12-1至12-4的輸出解復用成各條信道，并由光接收機#1至#40接收。
圖18解釋根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的色散補償方法。
該示在與圖1類似的(a)傳輸線路和(b)DCF1(同時補償所有信道)的剩余色散特性的情況下的另一種色散補償方法。設置多條(在該圖中為4個)色散補償光纖(固定色散補償器)，并為其長度執(zhí)行精細調(diào)整，從而消除了傳輸線路、DCF1和DCFs2(a，b，……)的色散斜度。而且，通過為各個波長頻帶設置可變色散補償器來同時補償剩余色散，從而將所有信道的剩余色散降低到一個與圖11所示的情況相比更小的值。因為以類似于圖11所示的方式使用固定色散補償器為色散斜度執(zhí)行精細調(diào)整，因此必須預先測量傳輸線路的色散和色散斜度特性。如果此后由于溫度變化導致傳輸線路的色散隨著時間改變，則所有信道的色散量在同一方向上變化。因此，可以通過使共同使用的可變色散補償器可變來維持補償狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，即使出現(xiàn)傳輸線路和DCF色散斜度的波長特性所導致的剩余色散，或者色散和色散斜度的變化很大，也能夠在波長復用傳輸系統(tǒng)內(nèi)低成本和小型化地為所有信道有效地執(zhí)行色散補償。因此，能夠實現(xiàn)遠程傳輸。
下面的結構例子是不僅能夠實現(xiàn)圖18所示原理也能夠實現(xiàn)圖11所示原理的一個結構例子。
圖19示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的第七種結構。
該示了這樣的結構，其中在DCF1同時為所有信道執(zhí)行補償之后，波長間隔被分離成200GHz(大約1.6nm)間隔，頻帶分割濾光器將光信號分割成n個波長頻帶，并由可變色散補償器為各個波長頻帶執(zhí)行精細調(diào)整。需要其數(shù)量為波長頻帶數(shù)量兩倍的可變色散補償器。可以設置一個為色散斜度補償執(zhí)行精細調(diào)整的固定色散補償器以準確地如參考圖18所述補償色散和色散斜度。
在光纖傳輸線路10上傳播的波長復用光信號由光前置放大器11放大，同時由DCF1補償其色散斜度。然后，由交織器13將光信號分離成奇數(shù)和偶數(shù)信道，分離后的光信號被分別輸入給頻帶分割濾光器14-1和14-2。頻帶分割濾光器14-1和14-2將波長頻帶分割成n個頻帶，并輸出光信號。DCF30用于為色散斜度補償執(zhí)行精細調(diào)整。然而，如果在接收側不需要高精度的色散補償，則可以不設置這些DCF。將DCF30放在括號內(nèi)的原因是希望設置DCF30，但是如果不設置的話也可以。
在光信號通過DCF30之后，由可變色散補償器12a-1至12a-n為它們的各個頻帶執(zhí)行色散補償。光信號隨后被發(fā)送給光解復用器16，它們將光信號解復用成各條信道。各條信道的光信號由光接收機#1至#40接收。
圖20示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第八種結構。
與圖19不同，圖20圖示這樣的結構，其中使用兩級交織器將波長間隔分離成400GHz(大約3.2nm)的間隔，然后由頻帶分割濾光器將光信號分割成n個波長頻帶，并由可變色散補償器為各個波長頻帶執(zhí)行精細調(diào)整。需要其數(shù)量為波長頻帶數(shù)量四倍的可變色散補償器?？梢栽O置為色散斜度補償進行精細調(diào)整的固定色散補償器以準確地如參考圖18所述補償色散和色散斜度。
在光纖傳輸線路10上傳播的光信號由光前置放大器11放大，同時由DCF1補償其色散斜度。然后，交織器13將光信號分離成奇數(shù)和偶數(shù)信道。隨后由下一級中的交織器20-1和20-2進一步抽樣和分離光信號，并輸入給頻帶分割濾光器14-1至14-4。頻帶分割濾光器14-1至14-4將各個輸入光信號分割成n個頻帶。由任意設置的DCF30為分割信號的色散斜度補償執(zhí)行精細調(diào)整，并由可變色散補償器12a-1至12d-n為信號執(zhí)行色散補償。然后，將光信號輸入給光解復用器16，由其將信號解復用成各條信道。隨后由光接收機#1至#40接收這些光信號。
圖21示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第九種結構。
與圖20不同，圖21圖示這樣的結構，其中在交織器組合相同波長頻帶的信號之后，由可變色散補償器執(zhí)行精細調(diào)整。使用這種結構，能夠降低可變色散補償器的數(shù)量。在這個例子中，可變色散補償器的數(shù)量等于波長頻帶的數(shù)量。
在光纖傳輸線路10上傳播的光信號由光前置放大器11放大，同時，由DCF1補償其色散斜度。然后，交織器13將光信號分離成奇數(shù)信道和偶數(shù)信道，并且光信號被分別輸入給頻帶分割濾光器14-1和14-2。頻帶分割濾光器14-1和14-2將光信號的頻帶分割成n個頻帶，并由交織器21-1至21-n組合頻帶分割濾光器14-1和14-2所分割頻帶之中相同頻帶的光信號。由任意設置的DCF30為各個頻帶的色散斜度補償執(zhí)行精細調(diào)整。然后，可變色散補償器12-1至12-n執(zhí)行色散補償，光解復用器16將光信號解復用成各條信道，并由光接收機#1至#40接收。
圖22示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第十種結構。
與圖21不同，圖22圖示這樣的結構，其中在由頻帶分割濾光器之后的交織器組合相同波長頻帶的信號之后，可變色散補償器執(zhí)行精細調(diào)整。使用這種結構，能夠減少可變色散補償器的數(shù)量。在這個例子中，需要其數(shù)量為波長頻帶數(shù)量兩倍的200GHz可變色散補償器?；蛘?，可以在交織器將相同波長頻帶的信號進一步組合成100GHz信號之后，設置其數(shù)量等于波長頻帶數(shù)量的100GHz可變色散補償器。
在傳輸線路上傳播的光信號由光前置放大器11放大，同時，由DCF1補償其色散斜度。然后，由交織器13將光信號分離成奇數(shù)信道和偶數(shù)信道。交織器20-1和20-2進一步抽樣和分離這些信號，并分別將其輸入給頻帶分割濾光器14-1至14-4。頻帶分割濾光器14-1至14-4將輸入光信號分離成n個頻帶。接著，由交織器21a-1至21b-n組合相同頻帶的光信號，并由DCF30為各個頻帶的色散斜度補償執(zhí)行精細調(diào)整。然后，由可變色散補償器12a-1至12b-n為信號執(zhí)行色散補償。光解復用器16將光信號解復用成各條信道，并由光接收機#1至#40接收。
圖23示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第十一種結構。
該示了這樣的結構，其中由DCF1和用于100GHz間隔的可變色散補償器為所有信道同時執(zhí)行補償，隨后由光解復用器解復用所有信道，并由固定色散補償器為各條信道執(zhí)行精細調(diào)整。
在光纖傳輸線路10上傳播的光信號由光前置放大器11放大，同時，由DCF1補償其色散斜度。然后，由可變色散補償器12為信號執(zhí)行色散補償。由光解復用器16將執(zhí)行色散補償之后的光信號解復用成各條信道。然后，由DCF15為各條信道執(zhí)行一階色散的精細調(diào)整，然后這些信號被光接收機#1至#40接收。
圖24示范性地圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的第十二種結構。
與圖19不同，該示這樣的結構，其中在將波長間隔分離成200GHz間隔之后設置用于200GHz間隔的可變色散補償器。
在光纖傳輸線路10上傳播的光信號由光前置放大器11放大，同時，由DCF1補償其色散斜度。然后，交織器13將光信號抽樣和分離成奇數(shù)和偶數(shù)信道。由可變色散補償器12-1和12-2為各個光信號執(zhí)行色散補償，并由光解復用器16將這些信號解復用成各條信道。然后，由DCF15為各條信道的光信號執(zhí)行一階色散的精細調(diào)整，并由光接收機#1至#40接收這些信號。
下面解釋線內(nèi)放大器內(nèi)的色散補償設備。
作為對上述(2)DCF斜度補償率的不完整性、(3)傳輸線路/DCF斜度系數(shù)的制造變化和(5)色散斜度波長相關性的影響的解決方案，還使用將波長頻帶分離成多個頻帶進行補償?shù)姆椒ā?br> 圖25A和25B圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例應用于一個線內(nèi)放大器的情況下的原理結構。圖26和圖27解釋根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的色散補償方法的原理。
圖25A圖示通過將波長頻帶分離成四個頻帶來執(zhí)行補償?shù)幕窘Y構(應用固定色散補償器的情況)。在設置色散補償器DCF1(色散補償量d1)公用于所有的波長復用信號信道之后，頻帶分割濾光器20-1將信號分割成四個波長頻帶(從短波長一側Λ1，Λ2，Λ3和Λ4)。用于補償頻帶之間剩余色散差值的DCF21、DCF22、DCF23和DCF24被設置在相應頻帶上。在每個跨距或多個跨距中，執(zhí)行調(diào)整以便在圖26所示的(a)傳輸線路和(b)DCF1的剩余色散特性的情況下，由固定色散補償器DCF21、DCF22、DCF23和DCF24在各個波長頻帶的中央波長上執(zhí)行100％色散補償。結果，可以把所有信道的剩余色散減小到小值(d)。不僅色散補償光纖，而且諸如啁啾光纖布拉格光柵(CFBG)和VIPA色散補償器等各種類型的設備都可以用作色散補償器。圖25B圖示不使用同時補償所有信道的色散補償器DCF1而僅使用為各個頻帶執(zhí)行調(diào)整的多個色散補償器的結構。其效果類似于圖25A的情況。然而，必須使用其色散補償量同圖27一樣大的色散補償器作為固定色散補償器DCF21、DCF22、DCF23和DCF24。
由頻帶分割濾光器20-2(盡管其名稱是頻帶分割，但是因為作為光學元件特性的光傳播可逆性，它也可以用作頻帶耦合元件)耦合色散補償后光信號的頻帶，并輸出頻帶耦合信號。
圖28圖示這樣的結構，與圖25A和25B對應，利用可變色散補償器替換用于各個波長頻帶的固定色散補償器。
如何設置色散補償量與圖26(圖28A所示結構的情況)和圖27(圖28B所示結構的情況)相同。然而，因為色散補償量可變，所以能夠準確地執(zhí)行色散補償，此外，還能夠解決由于傳輸線路等的溫度變化導致色散量隨著時間改變。
即，在圖28A中，在色散補償光纖DCF1為輸入光信號執(zhí)行色散補償之后，頻帶分割濾光器20-1將信號分割成相應頻帶Λ1至Λ4，并將其輸入給頻帶分割濾光器20-2。頻帶分割濾光器20-2耦合被分割成相應頻帶并輸入的光信號，并作為一個頻帶的光信號輸出耦合后的信號。圖28B圖示從圖28A所示的結構中省去集中執(zhí)行色散補償?shù)纳⒀a償光纖DCF1后的結構。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，即使傳輸線路和DCF的色散/色散斜度的制造變化很大，或者DCF的斜度補償比很小，或者存在四階色散導致的剩余色散，也能夠在密集波長復用傳輸系統(tǒng)內(nèi)低成本和小型化地為所有信道執(zhí)行有效的色散補償。因此，能夠實現(xiàn)遠程傳輸。
圖29A至33B示范性地圖示在波長頻帶分割補償?shù)那闆r下一個線內(nèi)放大器的具體結構。
在圖29A中，設置用于分布式拉曼放大的泵激光源(pump lightsource)25，并在下一級中設置EDFA26，使得光信號被放大。在使用色散補償光纖DCF1同時執(zhí)行色散補償之后，由頻帶分割濾光器20-1將一個波長頻帶分割成兩個頻帶Λ1和Λ2。由色散補償光纖DCF2為頻帶之一執(zhí)行進一步的色散補償。對于頻帶Λ1，按照需要設置一個(可變或固定)光衰減器27，它提供一個與色散補償光纖DCF2所產(chǎn)生光損耗幾乎相等的損耗。在頻帶分割濾光器20-2耦合各個頻帶的光信號之后，輸出耦合信號，并由EDFA28放大，然后輸出到一條傳輸線路上。
圖29B圖示將波長頻帶分割成n個頻帶的結構?；窘Y構與圖29A所示的結構相同。因此，相同的構成元件用相同的參考數(shù)字表示，省略關于此結構的解釋。
圖29A和29B示范性地圖示由兩極摻鉺光纖放大器(EDFA)構成線內(nèi)放大器的結構。根據(jù)情況執(zhí)行改善光信號噪聲比(OSNR)的分布式拉曼放大(DRA)。圖29A圖示將一個波長頻帶分割成兩個頻帶的結構。在該圖中，使用頻帶分割濾光器將一個波長頻帶分割成短波長側的藍頻帶(Λ1)和長波長側的紅頻帶(Λ2)。設置在頻帶分割濾光器的前級安裝的色散補償器(DCF1)以便在藍頻帶(Λ1)的中央信道上最佳地補償色散。因此，色散補償器未設置在藍頻帶(Λ1)的光路上。然而，根據(jù)需要在藍頻帶的光路上插入可變或固定光衰減器，用于提供與色散補償器DCF2幾乎相等的光損耗。假設傳輸線路光纖的色散斜度是S(ps/nm2/km)，DCF的斜度補償比是β(0至1)，藍頻帶(Λ1)和紅頻帶(Λ2)的中央信道之間的波長差值是ΔΛ(nm)，每跨距的傳輸線路長度是L(km)。在這種情況下，在每跨距上藍頻帶(Λ1)和紅頻帶(Λ2)的中央信道之間剩余色散差值變成S·(1-β)·Δλ·L。因此，執(zhí)行調(diào)整的DCF的色散補償量可以設置如下Δd＝-S·(1-β)·Δλ·L。
圖29B圖示將波長頻帶分割成n個頻帶的進一步擴展的結構。波長頻帶被分割成從短波長側到長波長側的n個頻帶，設置用于執(zhí)行調(diào)整的色散補償器DCF21、DCF22、……、DCF2n-1和DCF2n，用于在各個信號頻帶被分割之后優(yōu)化其中的色散補償量。各個色散補償器的色散補償量被設置為0、Δd、……、(n-2)·Δd、(n-1)·Δd。類似于圖29A，Δd的數(shù)值可以設置如下Δd＝-S·(1-β)·Δλ·L(Δλ是相鄰波長頻帶的中央信道之間的波長差值)。在圖29A和圖29B中，根據(jù)需要設置一個用于補償波長頻帶之間損耗差值的可變或固定光衰減器。
圖30A和30B圖示用可變色散補償器替代圖29A和圖29B中用于各個波長頻帶的固定色散補償器的結構。盡管設置色散補償量的方法與圖29A和圖29B所示結構中的相同，但是色散補償量是可變的。因此，優(yōu)點在于能夠實現(xiàn)更高精度的色散補償，并且可以解決傳輸線路中溫度變化導致色散量隨著時間改變的問題。
在圖30A中，在分布式拉曼放大(通過泵激光源25的放大)之后，通過EDFA26執(zhí)行放大，由DCF1優(yōu)化藍頻帶(Λ1)的色散補償。然后，頻帶分割濾光器20-1分割波長頻帶。由可變色散補償器1優(yōu)化紅頻帶(Λ2)的色散補償。藍頻帶路徑上的光衰減器向藍頻帶光信號提供與可變色散補償器1的損耗基本上相等的損耗。這防止在通過頻帶分割濾光器耦合光信號時出現(xiàn)藍頻帶和紅頻帶光信號的光強度之間的差值。然后，頻帶分割濾光器20-2耦合并輸出這些頻帶，由EDFA28放大，然后輸出到一條傳輸線路。
在圖30B中，用可變色散補償器替代圖29B所示的DCF。因為用于補償頻帶Λ1的可變色散補償器的色散值是可變的，所以可以根據(jù)需要設置頻帶分割濾光器前級中的DCF1。
除了分割頻帶的數(shù)量為n之外，圖30B所示的結構類似于圖30A所示的結構。因此，圖30A中所示的相同組成元件用相同的參考數(shù)字來表示，將省略對它們的描述。
在圖31A和31B中，與上述結構例子相同的組成元件用相同的參考數(shù)字表示，將省略對它們的描述。圖31A和圖31B示范性地圖示由色散補償光纖拉曼放大單元30(以下稱作DCFRA是使用DCF作為放大介質執(zhí)行拉曼放大的放大單元。DCFRA同時執(zhí)行光放大和色散補償)和后一級上的EDFA28組成的線內(nèi)放大器的結構。如何分割波長頻帶信號和如何設置用于調(diào)整的色散補償光纖與圖29A和圖29B所示的相同。DCFRA30位于頻帶分割濾光器之前，并調(diào)整泵激光的功率和波長以提供所有波長頻帶(Λ1，Λ2，……，Λn)的增益。如圖31A和圖31B所示，DCFRA30的級數(shù)根據(jù)所需增益可以為1、2或更多。在圖31A和圖31B中，根據(jù)需要設置用于補償波長頻帶之間損耗差值的可變或固定光衰減器。因為如上所述在頻帶分割濾光器的前級中執(zhí)行頻帶Λ1的色散補償，所以可以不特別設置用于此頻帶的DCF，而是在設計時根據(jù)需要設置。
在圖32A和圖32B中，與圖31A和圖31B相同的組成元件用相同的參考數(shù)字表示，將省略對它們的解釋。圖32A和圖32B圖示用可變色散補償器替代圖31A和圖31B中用于各個波長頻帶的固定色散補償器的結構。如何設置色散補償量與圖31A和31B所示結構中的相同。然而，色散補償量是可變的。因此，能夠實現(xiàn)更準確的色散補償，此外，能夠拒絕因為傳輸線路上溫度變化導致色散量隨著時間改變的問題。
在圖32A中，由DCF1根據(jù)需要在前一級或和DCF2一起執(zhí)行頻帶Λ1的色散補償。因此，僅設置一個可變或固定光衰減器。
在圖32B中，在頻帶Λ1的路徑上設置可變色散補償器1。因此，如果光信號的放大足夠大，則可以省略DCF1和DCF2。
在圖33A和圖33B中，與圖31A和圖31B相同的組成元件用相同的參考數(shù)字表示，將省略對它們的描述。圖33A和圖33B示范性地圖示在頻帶分割補償單元內(nèi)或者在頻帶分割補償單元之前和之內(nèi)設置DCFRA的結構。在圖33A中，使用頻帶分割濾光器將波長頻帶分割成短波長側上的藍頻帶(Λ1)和長波長側上的紅頻帶(Λ2)。設置在頻帶分割補償單元內(nèi)部的色散補償器DCF21和DCF22分別執(zhí)行調(diào)整，以便它們的色散補償量之和d1+d2和d1+d2+Δd變成藍頻帶(Λ1)和紅頻帶(Λ2)的中央信道中的最佳補償量。而且，設置它們的長度以在補償器DCF21和DCF22上獲得足夠的拉曼放大增益。類似于圖27，DCF的色散補償量可以設置如下Δd＝-S·(1-β)·ΔΛ·L。另外，可以調(diào)整DCF21和DCF22的拉曼放大增益以使波長頻帶的光電平相同。即，通過調(diào)整拉曼放大增益，能夠實現(xiàn)類似于光衰減器的功能。
圖33B圖示將波長頻帶分割成n個頻帶的進一步擴展的結構。波長頻帶被分割成從短波長側到長波長側的n個頻帶，并設置用于調(diào)整的色散補償器DCF21、DCF22、……、DCF2n-1、DCF2n，它們將用于在分割之后優(yōu)化各個信號頻帶的色散補償量。各個色散補償器的色散補償量設置如下d2、d2+Δd、……、d2+(n-2)·Δd、d2+(n-1)·Δd?？梢砸灶愃朴趫D33A的方式設置Δd的值Δd＝-S·(1-β)·Δλ·L(Δλ是相鄰波長頻帶的中央信道之間的波長差值)。而且，調(diào)整DCF21、DCF22、……、DCF2n的拉曼放大增益，以便波長頻帶的光電平相同。
圖34至圖36示范性地圖示使用圖29至圖33所示的執(zhí)行頻帶分割補償?shù)木€內(nèi)放大器的系統(tǒng)的結構。
這些示一個6跨距傳輸?shù)睦?。也可以為不同的跨距?shù)量實現(xiàn)類似的結構。另外，這些附示在將一個波長頻帶分割成兩個頻帶情況下的例子。然而，當將一個波長頻帶分割成更多頻帶時也可以實現(xiàn)類似的結構。
在圖34中，根據(jù)本發(fā)明的上述優(yōu)選實施例使用每個線內(nèi)放大器35執(zhí)行頻帶分割補償，并提供頻帶分割的色散補償量之間的差值Δd。從發(fā)射機Tx#1至#n輸出的各個波長的光信號由光耦合器40耦合，并輸出到一條傳輸線路上。在傳輸線路上，由線內(nèi)放大器35中繼光信號，并由光耦合器41將其分割成各個波長。光信號隨后通過任意設置的可變色散補償器42，并由接收機Rx#1至#n接收。
在圖35和圖36中，與圖34相同的組成元件用相同的參考數(shù)字表示，將省略對它們的解釋。在圖35中，每兩個跨距執(zhí)行頻帶分割補償，并提供分割頻帶的色散補償量之間的差值2Δd。在圖36中，每三個跨距執(zhí)行頻帶分割補償，并提供分割頻帶的色散補償量之間的差值3Δd。因為圖36中每三個跨距的結構更接近于圖34中每一個跨距的結構，所以將線內(nèi)放大器的剩余色散降低到一個更小的數(shù)值。因此，抑制了光纖的色散和非線性效應導致的波長損失。然而，因為分割補償單元的數(shù)量變大，成本和體積自然增加，從確保光信號噪聲比(OSNR)的觀點來看這是不利的。必需考慮整個系統(tǒng)的折衷來確定頻帶分割單元的實際設置位置。
下面解釋用于確定如何設置線內(nèi)部分的色散補償量的優(yōu)選實施例。
因為上面所述的(1)傳輸線路的長度變化和(2)色散系數(shù)的制造變化，必需實際測量所安裝光纖傳輸線路(所有部分或者每個線內(nèi)部分)的色散量，并且必需安裝具有適合于所測量量的色散量的色散補償光纖。然而，因為存在(2)色散斜度的制造變化的問題，即使嚴格地為一條信道(例如一個中央信道)補償色散，也不能為其它信道執(zhí)行嚴格的色散補償。為了執(zhí)行嚴格的色散補償，一種在每個跨距上確保盡可能大的色散容限并在接收機側為所有信道執(zhí)行嚴格色散補償?shù)姆椒ㄊ怯行У摹?br> 圖37A至37C圖示在600公里SMF傳輸(100公里×6跨距)中線內(nèi)色散補償比DDCL＝100％和114％情況下的Q損失(Q值的損失量)和剩余色散(傳輸線路和色散補償器的總色散量)。
在此，Q損失是Q值的連續(xù)值(back-to-back value)和在傳輸線路上傳輸之后的Q值之間的差值。Q值是在通過將光信號波形轉換成電信號獲得一個眼圖，并在眼睛的中央垂直獲取眼睛的橫截面時，將“1”側和“0”側上抽樣分布的標準偏差之和除以“1”側和“0”側的抽樣分布中央上的信號之間的幅值獲得的一個數(shù)值。
圖37A是Q損失和總剩余色散值的曲線圖。圖37B圖示在設置線內(nèi)色散補償量以100％補償傳播色散量的情況下使接收端上剩余色散為零時的眼圖。圖37C圖示在設置線內(nèi)色散補償比以114％補償傳播色散量的情況下的眼圖。
如圖37A至圖37C所圖示的，在114％過補償情況下的波長損失和Q損失比100％色散補償情況下更小(完全波形變形更有利)。然而，必需嚴格地通過在接收端上調(diào)整色散補償量(DDCR)，使剩余色散為零。但是，注意到，根據(jù)傳輸條件(光纖種類、傳輸距離、比特率等)的不同，可以將DDCT優(yōu)化成不同數(shù)值。
圖38圖示在600公里SMF傳輸(100公里×6跨距)中通過在接收端上調(diào)整色散補償量(DDCR)使剩余色散為零的情況下的Q損失特性和線內(nèi)色散補償剩余量(每跨距的傳輸線路的色散量+線內(nèi)DCF的剩余色散量)。
可以證明過補償(線內(nèi)色散補償剩余量為負)使線內(nèi)DCF的損失更小。而且，證明能夠確保一個明顯大于40Gb/s信號的色散容限(大約70ps/nm)的容限(當允許1.5dB損失時大約400ps/nm)。
在此，通過下述等式獲得一個色散偏移量ΔDΔD(ps/nm)＝(每跨距的色散量(ps/nm))×(1-色散補償比)在此，色散補償比＝(色散補償比的百分數(shù))/100。在圖38所示的情況下，(每跨距的色散量(ps/nm))＝(17(ps/nm/km))×(100(km)(每跨距))＝(1700(ps/nm))。
在線內(nèi)色散補償量對應于大約114％補償?shù)?200ps/nm的附近位置上Q損失最佳，并在從大約105％補償?shù)酱蠹s120％補償?shù)姆秶汐@得非常好的特性。
因此，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，即使傳輸線路和DCF的色散/色散斜度的制造變化很大，或者CCF的斜度補償比很低，或者存在色散斜度的波長相關性導致的剩余色散，也能夠在超高速波長復用傳輸系統(tǒng)內(nèi)低成本和小型化地為所有信道執(zhí)行有效的色散補償。因此，能夠實現(xiàn)遠程傳輸。
圖39示范性地圖示與優(yōu)化線內(nèi)色散補償量的優(yōu)選實施例對應的第一種結構。
在該圖中，與圖34相同的組成元件用相同的參考數(shù)字表示，并省略對它們的解釋。
如果在各個線內(nèi)中繼部分中的中央信道內(nèi)的色散量被實際測量為D1、D2、……Dn-1、Dn，則將線內(nèi)放大器ILA1、ILA2和ILA(n-1)的色散補償量設置如下dDCL1＝-(1+γ)·D1，dDCL2＝-(1+γ)·D2，……，dDCL(n-1)＝-(1+γ)·DN-1。γ是色散補償量的過補償率，一般是0.10至0.15(10％至15％)。在發(fā)送端，也可以設置用于改善傳輸特性的色散補償(光后置放大器中的色散補償)DCT(色散補償量dDCT)(作為一個典型值dDCT＝0(未設置))。為了通過補償色散線內(nèi)放大器的過補償將剩余色散(傳輸線路和色散補償器的總色散量)設置為DRD(零為一個典型值)，光前置放大器的接收色散補償器DCR的接收機側上的色散補償量被設置為γ(D1+D2+……+DN-1)-dDCT-Dn+DRD。
如果各個跨距的色散量相等(D1＝D2＝……＝Dn-1＝Dn＝D)，則獲得((n-1)γ-1)D-dDCT+DRD。而且，可以為每條信道或者所有信道設置一個可變色散補償器，用于調(diào)整隨著時間改變的各種色散變化。
圖40圖示一個更具體結構的例子。
在該圖中，與圖39相同的組成元件用相同的參考數(shù)字表示。
在每個線內(nèi)放大器50中，使用DCF執(zhí)行分布式拉曼放大(DRA)和色散補償光纖拉曼放大(DCFRA)。DCFRA單元的級數(shù)根據(jù)所需要的增益可以是一個或者多個。在任何一種情況下，調(diào)整每個DCF的長度，以便DCF的色散補償量之和等于圖39所示的色散補償量，并能夠確保每個DCF的拉曼放大增益的所需值或者一個更大的值。同時，不能將色散補償量的過補償率γ設置得過大，以確保在接收端DCF上使用拉曼增益的長度為一個所需要的量。
接收端上的中繼器51的結構與線內(nèi)放大器50基本相同。然而，光放大器是一個光前置放大器，它進行放大以在接收端上檢測一個信號。
圖41示范性地圖示通過組合頻帶分割色散補償和線內(nèi)過補償實現(xiàn)的結構。
在該圖中，與圖40相同的組成元件用相同的參考數(shù)字表示，將省略對它們的解釋。
對于各個線內(nèi)放大器50，設置用于執(zhí)行過補償?shù)纳⒀a償光纖DCL1至DCL(n-1)，并執(zhí)行dDCL1至dDCLn-1的過補償。而且，頻帶分割濾光器設置在為頻帶分別執(zhí)行色散補償?shù)纳⒀a償光纖的后級上。
在接收端上光前置放大器內(nèi)設置的色散補償器執(zhí)行色散補償，以使在色散補償光纖DCR和色散補償光纖后級的頻帶分割色散補償器內(nèi)的剩余色散變成零。或者，可以在將波長復用光信號解復用成各個波長的光信號之后，通過設置可變色散補償器為色散補償分別執(zhí)行精細調(diào)整。
根據(jù)本發(fā)明，能夠在波長復用光通信中低成本和高精度地執(zhí)行有效的色散補償。
權利要求
1.一種在波長分割復用光傳輸系統(tǒng)中使用的色散補償設備，包括頻帶分割單元，將波長分割復用光信號分割成多個波長頻帶；和固定色散補償單元，為分割后的波長分割復用光信號執(zhí)行剩余色散補償。
2.一種在波長分割復用光傳輸系統(tǒng)中使用的色散補償設備，包括頻帶分割單元，將波長分割復用光信號分割成多個波長頻帶；和可變色散補償單元，為分割后的波長分割復用光信號同時執(zhí)行補償。
3.根據(jù)權利要求1或2的色散補償設備，還包括交織單元，設置在所述頻帶分割單元的前級，分離波長分割復用光信號，并將波長分割復用光信號轉換成多個信道間隔變寬的光信號。
4.一種在波長分割復用光傳輸系統(tǒng)中使用的色散補償設備，包括可變色散補償單元，為波長復用光信號的整個或者部分同時執(zhí)行色散補償；光分割單元，分割波長復用光信號；和固定色散補償單元，補償每個分割信道的光信號的剩余色散。
5.根據(jù)權利要求4的色散補償設備，其中所述光分割單元將波長分割復用光信號分割成多個波長頻帶。
6.根據(jù)權利要求4的色散補償設備，其中所述光分割單元將波長復用光信號分割成各個信道的光信號。
7.根據(jù)權利要求1、2或4的色散補償設備，被設置在一個光接收機內(nèi)。
8.根據(jù)權利要求1、2或4的色散補償設備，被設置在一個線內(nèi)放大器內(nèi)。
9.根據(jù)權利要求1、2或4的色散補償設備，其中線內(nèi)色散補償為一個接收到的波長復用光信號所經(jīng)受的色散執(zhí)行105％至120％的補償。
10.一種在波長復用光傳輸系統(tǒng)中使用的色散補償設備，包括頻帶分割單元，將波長分割復用光信號分割成多個波長頻帶；和色散補償單元，降低各個分割后波長頻帶的頻帶之間的剩余色散差值。
11.根據(jù)權利要求10的色散補償設備，其中所述色散補償單元是一個固定色散補償器。
12.根據(jù)權利要求10的色散補償設備，其中所述色散補償單元是一個可變色散補償器。
13.根據(jù)權利要求10的色散補償設備，被設置在一個線內(nèi)放大器內(nèi)。
14.根據(jù)權利要求10的色散補償設備，還包括同時色散補償單元，用于同時為一個輸入波長分割復用光信號執(zhí)行色散補償，其中所述同時色散補償單元為一個接收到的波長分割復用光信號所經(jīng)受的每跨距的色散執(zhí)行105％到120％的線內(nèi)補償。
15.一種使用根據(jù)權利要求10的色散補償設備的波長復用光傳輸系統(tǒng)，是一個包括色散補償設備的線內(nèi)放大器和不包括色散補償設備的線內(nèi)放大器的混合系統(tǒng)。
16.根據(jù)權利要求13的色散補償設備，其中光放大器設置在線內(nèi)放大器內(nèi)的色散補償設備的前級或后級。
17.根據(jù)權利要求10的色散補償設備，其中為各個分割波長頻帶設置一個使用色散補償光纖作為拉曼放大介質的光放大器。
18.一種在多跨距光傳輸系統(tǒng)中使用的色散補償設備，包括色散補償單元，在每個線內(nèi)放大器中為每個跨距的色散量執(zhí)行105％至120％的過補償。
19.根據(jù)權利要求18的色散補償設備，其中執(zhí)行補償以使多跨距光傳輸系統(tǒng)內(nèi)光接收機上的總色散量接近于零。
20.根據(jù)權利要求19的色散補償設備，其中根據(jù)波長分割復用光信號的中央信道的每跨距色散量信息來設置每個線內(nèi)放大器內(nèi)和接收機側上的色散補償量。
全文摘要
提供一種色散補償設備。為了在光信號整個波長頻帶上補償色散和色散斜度，將波長頻帶分割成多個頻帶，并執(zhí)行色散補償以使每頻帶的中央波長中的色散為零。
文檔編號H04J14/02GK1450737SQ03119270
公開日2003年10月22日 申請日期2003年3月6日 優(yōu)先權日2002年3月29日
發(fā)明者大井寬己, 巖渕隆志, 寺原隆文, 熊迫淳一, 石川丈二, 高原智夫 申請人:富士通株式會社