專利名稱：光網(wǎng)絡(luò)和用于它的放大器節(jié)點的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信用光網(wǎng)絡(luò)和可以用在這種網(wǎng)絡(luò)中的放大器節(jié)點。具體地，本發(fā)明涉及用于波分復(fù)用傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。
這種光網(wǎng)絡(luò)通常由借助于光纖互連的多個節(jié)點構(gòu)成，通信信號在光纖上以波分復(fù)用的形式傳輸，即通信信號被調(diào)制在光纖內(nèi)同時傳播的多個不同波長的載波上。
由于載波的衰減，要在寬距離上傳輸?shù)耐ㄐ判盘柋仨氁砸?guī)則的間隔進行再放大。該再放大可以在為此目的專門設(shè)置在兩個光纖段(fibre section)之間的節(jié)點中完成，但是這些節(jié)點也可以將大量的光纖段互相連接，并且實現(xiàn)切換功能，即該節(jié)點可以將輸入的波分復(fù)用分離成對應(yīng)于不同載波波長的有效載荷信道(payload channel)，然后將這些有效載荷信道發(fā)送到各個輸出的光纖段。
本發(fā)明涉及兩種類型的放大器節(jié)點。
通常，在光纖上傳輸?shù)牟粌H有有效載荷信道，即在網(wǎng)絡(luò)終端之間傳送有效載荷數(shù)據(jù)的載波，而且有所謂的光監(jiān)測信道OSC，光監(jiān)測信道OSC傳送為控制通信網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點內(nèi)的有效載荷信道以及在這些有效載荷信道內(nèi)傳送的信息而需要的信息。
監(jiān)測信道上傳輸?shù)男畔⑼耆蔷W(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部信息，并不傳輸?shù)脚c網(wǎng)絡(luò)相連的終端，因此，這些信息可以采用與有效載荷信道不同的傳輸格式，并在網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點中獨立于有效載荷信道進行處理。
在用于波分復(fù)用傳輸?shù)拇蠖鄶?shù)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，解復(fù)用器直接設(shè)置在節(jié)點的輸入端口處，用于將輸入的波分復(fù)用解復(fù)用成有效載荷信道和監(jiān)測信道。在節(jié)點內(nèi)對這些有效載荷數(shù)據(jù)信道和監(jiān)測信道的處理完全獨立于在到達直接設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的輸出端口前面的多路復(fù)用器之前完全相互獨立地執(zhí)行。多路復(fù)用器將這些有效載荷數(shù)據(jù)信道和監(jiān)測信道重新組合成波分復(fù)用。
這種傳統(tǒng)設(shè)計的缺點在于使用解復(fù)用器和多路復(fù)用器引入的插入損耗會衰減位于傳輸路徑上輸入波長最弱位置處多路復(fù)用的輸入波長，而且即使在進入傳輸光纖之前也會分別衰減輸入信號。為了補償插入損耗并且使信號功率足以在解復(fù)用器的輸出位置處能夠進一步處理，可以想到的是提高饋送到光纖中的傳輸功率。然而，在大多數(shù)情形中這是不行的，因為多數(shù)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)采用了很高的傳輸功率，若再加以提高，會引起非線性效應(yīng)的顯著增加，而非線性效應(yīng)會惡化信號。因此，唯一的可能性就是減少兩個放大器節(jié)點之間的距離。
在US 6,411,407中，根據(jù)其獨立權(quán)利要求的前序部分，分別提出了一種放大器節(jié)點和光網(wǎng)絡(luò)。在這些放大器節(jié)點中，分別在輸入端口與解復(fù)用器之間設(shè)置前置放大器，在多路復(fù)用器與輸出端口之間設(shè)置后置放大器，但這過度補償了解復(fù)用器和多路復(fù)用器的插入損耗。有效載荷數(shù)據(jù)信道的載波波長分布在1530到1560nm的波長范圍內(nèi)，這一波長范圍在本技術(shù)領(lǐng)域中是公知的，其對應(yīng)于其中摻鉺光纖放大器的放大獨立于波長的波長范圍。監(jiān)測信道設(shè)置在該波長范圍之外，處于摻鉺光纖放大器較小放大或者完全不放大的波長處。在穿過前置放大器之后、在解復(fù)用器中分出來的監(jiān)測信道在節(jié)點終止，并在節(jié)點的輸出側(cè)重新產(chǎn)生，然后在多路復(fù)用器內(nèi)與輸出的有效載荷信道組合，與這些有效載荷信道一起穿過后置放大器，在輸出光纖上進行傳輸。在使用前置放大器時，可以以充足的功率將輸入的波分復(fù)用饋送到解復(fù)用器中，以在其輸出側(cè)處可以得到進一步處理所需的充足信號功率，而且由于后置放大器放置在多路復(fù)用器的后面，因此后置放大率的輸出功率可以不損耗地供饋送到輸出光纖用，但是，正因為此，不得不接受可靠性的降低。如果位于傳輸光纖開始端和末端處的該兩個放大器中的一個發(fā)生故障時，則不僅會阻止有效載荷信道的傳輸，而且接收器處監(jiān)測信道的可用功率也會降低，從而不再能夠進行可靠地處理，由此檢測故障及其原因以及對其維修即使可能也是非常困難的。
本發(fā)明的目的在于提供一種解決這個問題的方案。
本發(fā)明的解決方案在于審慎地(judicious)選擇用于監(jiān)測信道的波長。
考慮放大器節(jié)點的接收器側(cè)，被解復(fù)用器從波分復(fù)用中分出來的、作為監(jiān)測信道的波長應(yīng)當被這樣選擇，使得其在輸入端口與接收該監(jiān)測信道的信宿(sink)之間的衰減在放大器的泵浦狀態(tài)和未泵浦狀態(tài)中基本相同。
考慮這種放大器節(jié)點的輸出側(cè)，用于監(jiān)測信道的波長的標準在于監(jiān)測信道的信源(source)與輸出端口之間的衰減應(yīng)當在放大器的泵浦狀態(tài)和未泵浦狀態(tài)中基本相同。
這個波長可以稍微不同于單獨放大器的衰減在泵浦狀態(tài)和未泵浦狀態(tài)時相同所處的波長，這是因為在處于輸入端口與信宿之間或者處于信源與輸出端口之間的光路上可能存在具有波長依賴性衰減的部件，如彎曲波導(dǎo)。如果對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的發(fā)送器側(cè)和接收器側(cè)的設(shè)計足夠?qū)ΨQ的話，那么選擇監(jiān)測信道波長的上述兩個標準是等同的。
如果不僅考慮孤立的放大器節(jié)點，而且代替的是還考慮用光纖連接發(fā)送器節(jié)點和放大器節(jié)點的整個網(wǎng)絡(luò)，則該光纖也可以具有波長依賴性的衰減，該衰減影響著用于監(jiān)測信道的最佳波長。在這種情形中，用于監(jiān)測信道的波長應(yīng)當被這樣選擇，使得監(jiān)測信道從信源到信宿的通路上所經(jīng)歷的總衰減與沿該通路設(shè)置的放大器是泵浦的還是未泵浦的無關(guān)。
如果放大器是摻鉺光纖放大器，則監(jiān)測信道的波長優(yōu)選選擇在1600到1650nm之間，特別在1610到1650nm之間。
為了使可以用于波分復(fù)用的有效載荷數(shù)據(jù)信道的帶寬比其中放大器的激活介質(zhì)(active medium)自身的放大基本上獨立于波長的范圍更寬，可以將增益均衡過濾器與激活介質(zhì)串聯(lián)組合。該過濾器在監(jiān)測信道的波長處必須是透明的，從而不會抑制該波長。
從下面參看附圖對實施例的描述，本發(fā)明其它的特征和優(yōu)點會變得更加明顯。


圖1A示意地示出具有兩個放大器節(jié)點和連接這些放大器節(jié)點的光纖的光網(wǎng)絡(luò)的一段，其中可以應(yīng)用本發(fā)明；圖1B是圖1A中段的變形；圖2分別示出對于不同的泵浦功率值，作為波長的函數(shù)的摻鉺光纖放大器的衰減和放大；圖3示出在處于泵浦狀態(tài)和未泵浦狀態(tài)時、放大器的作為波長的函數(shù)的輸出功率之間的關(guān)系；圖4示出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的優(yōu)選實施例。
圖1A示意地示出包括網(wǎng)絡(luò)節(jié)點1和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點4的網(wǎng)絡(luò)的一段，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點1專門起放大器的作用，放大通過光纖2抵達并在光纖2上衰減了的波分復(fù)用信號，然后將信號輸出到另外的光纖3，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點4除起放大器的作用外還執(zhí)行切換功能，因而不僅接收來自光纖3而且接收來自至少一個其它光纖5的光波分復(fù)用信號，并將信號輸出到光纖6，7。
在說明書中，僅僅考慮單向傳輸?shù)那樾?，即圖中從左向右的方向，但是可以理解，通過復(fù)制(duplicate)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點1、4的相應(yīng)器件，也可以進行雙向傳輸。
在光纖2、3、5、6和7上循環(huán)(circulate)的波分復(fù)用信號由波長大約在1530至1560nm范圍內(nèi)的多個有效載荷數(shù)據(jù)信道和波長至少為1600nm的光監(jiān)測信道形成。
在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點1內(nèi)，經(jīng)由光纖2到達網(wǎng)絡(luò)節(jié)點1的波分復(fù)用信號首先穿過前置放大器8。
這個前置放大器8可以實現(xiàn)為摻鉺光纖，用泵浦光源9如二極管激光器進行泵浦，以便放大在大約1527至1565nm波長范圍內(nèi)的波分復(fù)用信號。另外，如圖1B所示，該放大器可以包括增益均衡過濾器24，安裝在摻鉺光纖25的下游。增益均衡過濾器專門用于某種激活激光介質(zhì)例如摻鉺光纖，它具有的傳輸性質(zhì)與激活介質(zhì)的波長放大性質(zhì)相反，傳輸?shù)淖钚≈滴挥诩せ罱橘|(zhì)的最大放大值處，吸收的最小值位于其中激活介質(zhì)的增益的波長依賴性固有地很小的波帶之外。因而，整個前置放大器8總體的波長增益性質(zhì)就具有一個對波長很小依賴性的波段，該波段比單獨激活介質(zhì)的波段更寬，并因此能夠傳送更多的有效載荷信道。該增益均衡光纖在監(jiān)測信道的波長處是透明的。優(yōu)選地，它在這個波長處也具有吸收最小值。
經(jīng)過這樣前置放大的波分復(fù)用信號穿過解復(fù)用器10，在解復(fù)用器10內(nèi)，穿過前置放大器8但在其內(nèi)并未被放大也基本未被衰減的光監(jiān)測信道被從有效載荷信道分出來，并被引導(dǎo)通過放大器11，該放大器11適宜于光監(jiān)測信道的波長。有效載荷信道從解復(fù)用器10被直接引導(dǎo)到多路復(fù)用器12，在多路復(fù)用器12內(nèi)這些有效載荷信道與在放大器11中放大了的光監(jiān)測信道重新組合。現(xiàn)在，再次變完整的復(fù)用信號穿過后置放大器13。這個放大器也可以是依照圖1A，由作為激活介質(zhì)的、用泵浦光源9加以泵浦的簡單的摻鉺光纖形成，或者可以是依照圖1B，由如上所述用于前置放大器8的增益均衡過濾器24形成。在后置放大器的情形中，增益均衡過濾器24定位在激活介質(zhì)即光纖25的上游，以在不使激活介質(zhì)飽和下可以獲得后置放大器13可能的最高輸出功率。
在穿過后置放大器13之后，波長復(fù)用輸出到通向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點4的光纖3上。
在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點4處，前置放大器8和其下游的解復(fù)用器14定位在光纖3、5的每個輸入端口處。雖然節(jié)點1的解復(fù)用器10只需將波分復(fù)用解復(fù)用成兩個分量-有效載荷信道和監(jiān)測信道，但是解復(fù)用器14還將各個有效載荷信道彼此分開，并將它們單個地提供給切換結(jié)構(gòu)(switching fabric)15。在解復(fù)用器14處分出來的監(jiān)測信道在控制單元16處終止，控制單元16控制著在切換結(jié)構(gòu)15其輸入端與輸出端之間切換的連接。另外，控制單元16產(chǎn)生新的監(jiān)測信道，在多路復(fù)用器17內(nèi)，這些監(jiān)測信道與在切換結(jié)構(gòu)15內(nèi)切換的有效載荷信道組合，從而形成新的波分復(fù)用信號。這些新的波分復(fù)用信號穿過后置放大器13，并輸出到光纖6、7上。
圖2示出了在沒有增益均衡過濾器時作為要以0mW、40mW、80mW和200mW的泵浦功率放大的波長的函數(shù)的典型的摻鉺光纖放大器的增益。正泵浦功率的增益曲線顯示出一個位于1530nm到1560nm的平穩(wěn)階段(plateau)，其對應(yīng)于用于傳輸有效載荷信道的波段。在這個波段之上和之下有放大較小但仍舊基本為正的波長區(qū)域。在這些波長范圍內(nèi)，放大器光纖也具有不可忽略的吸收，即使泵浦功率為0，即放大器的泵浦光源9發(fā)生故障。
圖3示出在放大器處于滿泵浦功率與處于0泵浦功率時作為波長的函數(shù)的增益級之間的差異。在例如1580nm波長處，該波長遠遠處于用于有效載荷信道的頻率范圍之外，這個差異仍舊是7.3dB。在1615nm處，這個差異已經(jīng)低于3dB，在1620nm處，這個差異約為2dB。僅僅從大約1630nm向前，才幾乎沒有差異。初看起來，人們會想到為了使監(jiān)測信道的功率級獨立于放大器8或13的操作，將不得不選擇至少1630nm的波長來用于監(jiān)測信道。然而，必須考慮到所采用的光學材料的傳輸是波長依賴的，傳播多路復(fù)用信號的波導(dǎo)的彎曲導(dǎo)致波長越長，衰減越大。因此，波長越長，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點內(nèi)的監(jiān)測信道在從輸入端口到信宿(該信宿可以是放大器11或者控制單元16的輸入端)，或者從信源(即放大器11或控制單元16的輸出端)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的輸出端口的，或者用光纖如光纖3連接的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的信源和信宿之間的通路上所經(jīng)歷的固有衰減越強。為了考慮到這種影響并為了使光監(jiān)測信道在信宿處或在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點1或4的輸出端口處的功率分別真正地不依賴于放大器8和13的操作狀態(tài)，對于目前可用的光學部件，監(jiān)測信道的波長必須在從泵浦狀態(tài)開始、放大器內(nèi)的增益的依賴性很小但還未精確為0的范圍內(nèi)加以選擇。顯然，這種波長取決于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計和其中所用的材料，而且最終取決于光纖的材料。此處，從1600nm開始的波長，特別是1610到1650nm并尤其是1620到1630nm范圍內(nèi)的波長證明是合適的。如果使用了增益均衡過濾器，最終在組合其它的激活介質(zhì)時，其它有限的波長也證明是合適的。
圖4是示出專門起放大器作用的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點1的一種替代設(shè)計結(jié)構(gòu)的框圖。圖1的解復(fù)用器10和多路復(fù)用器12此處合并成一個具有四門(gate)的連續(xù)波長選擇反射結(jié)構(gòu)18，它在第一個門19接收來自前置放大器8的輸入波分復(fù)用信號，在第二個門20輸出光監(jiān)測信道到放大器11，在第三個門21接收放大了的監(jiān)測信道，在第四個門22將與有效載荷信道重新組合了的該監(jiān)測信道經(jīng)由色散補償器23輸出到后置放大器13。這種四門結(jié)構(gòu)18可以例如用光集成布拉格光柵很容易地形成，布拉格光柵的光柵常數(shù)被選擇為使其反射監(jiān)測信道并透射有效載荷信道。
權(quán)利要求
1.一種用于光網(wǎng)絡(luò)的放大器節(jié)點，具有用于接收光波長多路復(fù)用信號的至少一個輸入端口，用于將接收到的光波長多路復(fù)用信號至少分成一方面的有效載荷信道和另一方面的監(jiān)測信道的解復(fù)用器(10，14，18)，用于連接到解復(fù)用器(10，14，18)的輸出端上的監(jiān)測信道的信宿(11，16)，以及放置在輸入端口與解復(fù)用器(10，14，18)之間并且光波長多路復(fù)用信號傳輸穿過的光放大器(8)，其特征在于，解復(fù)用器(10，14，18)適宜于分出來一個波長作為監(jiān)測信道，該波長在輸入端口與信宿(11，16)之間的衰減在放大器(8)的泵浦狀態(tài)和未泵浦狀態(tài)中基本相同。
2.一種用于光網(wǎng)絡(luò)的放大器節(jié)點，包括用于傳輸光波長多路復(fù)用信號的至少一個輸出端口，用于由一方面的至少一個有效載荷信道和另一方面的監(jiān)測信道裝配成要傳輸?shù)墓獠ㄩL多路復(fù)用信號的多路復(fù)用器(12，17，18)，用于連接到多路復(fù)用器(12)的輸入端上的監(jiān)測信道的信源(11，16)，以及放置在多路復(fù)用器(12，17，18)與輸出端口之間并且由光波長多路復(fù)用信號傳輸穿過的光放大器(13)，其特征在于，多路復(fù)用器(12，17，18)適宜于插入一個波長作為監(jiān)測信道，該波長在信源(11，16)與輸出端口之間的衰減在放大器(13)的泵浦狀態(tài)和未泵浦狀態(tài)中基本相同。
3.如權(quán)利要求1或2所述的放大器節(jié)點，其特征在于，放大器(8，13)是摻鉺光纖放大器，監(jiān)測信道的波長位于1600到1650nm的范圍內(nèi)，優(yōu)選位于1610到1650nm的范圍內(nèi)。
4.如前述任一個權(quán)利要求所述的放大器節(jié)點，其特征在于，放大器(8，13)包括與過濾器串聯(lián)的激活介質(zhì)，該過濾器用于校平(levelling)激活介質(zhì)在有效載荷信道的波段內(nèi)的增益，校平過濾器對于監(jiān)測信道是透明的。
5.如權(quán)利要求1或4所述的放大器節(jié)點，其特征在于，在放大器(8)內(nèi)激活介質(zhì)放置在過濾器之前。
6.如權(quán)利要求2或4所述的放大器節(jié)點，其特征在于，在放大器(8)內(nèi)激活介質(zhì)放置在過濾器之后。
7.一種光網(wǎng)絡(luò)，包括發(fā)射器節(jié)點(1)，接收器節(jié)點(4)和用于傳輸包括有效載荷信道和監(jiān)測信道的光波長多路復(fù)用信號的光纖(3)，其中在這些節(jié)點(1，4)內(nèi)，至少一個節(jié)點包括多路復(fù)用信號傳輸穿過的放大器(8，13)，發(fā)射器節(jié)點(1)包括監(jiān)測信道的信源(11)和用于裝配監(jiān)測信道與有效載荷信道形成光波長多路復(fù)用信號的多路復(fù)用器(12)，接收器節(jié)點(4)包括用于監(jiān)測信道的信宿(16)和用于將波長多路復(fù)用信號分成監(jiān)測信道與有效載荷信道的解復(fù)用器(14)，其特征在于，多路復(fù)用器和解復(fù)用器(12，14)適宜于分別將一個波長作為監(jiān)測信道插入光多路復(fù)用信號和從光多路復(fù)用信號提取一個波長作為監(jiān)測信道，該波長在信源(11)與信宿(16)之間的衰減在放大器(8；13)的泵浦狀態(tài)和未泵浦狀態(tài)中基本相同。
8.如權(quán)利要求7所述的放大器節(jié)點，其特征在于，放大器(8；13)是摻鉺光纖放大器，監(jiān)測信道的波長位于1600到1650nm的范圍內(nèi)，優(yōu)選位于1610到1650nm的范圍內(nèi)。
9.前述權(quán)利要求7或8所述的放大器節(jié)點，其特征在于，放大器(8，13)包括與校平過濾器串聯(lián)的激活介質(zhì)，該過濾器用于校平有效載荷信道的增益，校平過濾器對于監(jiān)測信道是透明的。
全文摘要
一種光網(wǎng)絡(luò)包括發(fā)射器節(jié)點(1)，接收器節(jié)點(4)和用于在這些節(jié)點(1，4)之間傳輸包括有效載荷信道和監(jiān)測信道的光波分復(fù)用信號的光纖(3)。至少一個節(jié)點具有多路復(fù)用信號穿過的放大器(8，13)。發(fā)射器節(jié)點(1)具有監(jiān)測信道的信源(11)和用于組合監(jiān)測信道與有效載荷信道以形成光波分復(fù)用信號的多路復(fù)用器(12)，接收器節(jié)點(4)具有監(jiān)測信道的信宿(16)和用于將波分復(fù)用信號分成監(jiān)測信道與有效載荷信道的解復(fù)用器(14)。多路復(fù)用器(12)和解復(fù)用器(14)適宜于分別將一個波長作為監(jiān)測信道插入光多路復(fù)用信號和從光多路復(fù)用信號提取一個波長作為監(jiān)測信道，該波長在信源(11)與信宿(16)之間的衰減在放大器(8，13)泵浦狀態(tài)和未泵浦狀態(tài)中基本相同。
文檔編號H04B10/00GK1918829SQ200480031513
公開日2007年2月21日 申請日期2004年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月25日
發(fā)明者S·佩格 申請人:特倫特有限責任公司