基于半導(dǎo)體全光波長轉(zhuǎn)換器的光傳輸系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于半導(dǎo)體全光波長轉(zhuǎn)換器的光傳輸系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括依次相連的同步數(shù)字系列下行信號發(fā)送端、第一增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器、合波器、傳輸光纖、分波器、第二增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器、同步數(shù)字系列下行信號接收端。本發(fā)明基于半導(dǎo)體全光波長轉(zhuǎn)換器，在傳統(tǒng)SDH設(shè)備上實現(xiàn)密集波分復(fù)用技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單合理，能節(jié)約纖芯資源，降低系統(tǒng)建設(shè)、維護成本，利于大規(guī)模工程應(yīng)用和后期系統(tǒng)維護。
【專利說明】基于半導(dǎo)體全光波長轉(zhuǎn)換器的光傳輸系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明新型涉及波分復(fù)用技術(shù)，具體來說是一種基于半導(dǎo)體全光波長轉(zhuǎn)換器的密 集波分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光纖通信系統(tǒng)在電力通信中的飛速發(fā)展，電力通信光纜纖芯資源日益緊張， 已有部分主干光纜段纖芯資源已全部用盡，出現(xiàn)纖芯卡口的狀況，由于部分卡口線路段不 具備新增光纜的條件或在短時間內(nèi)無法新增光纜，使電力光纖通信的發(fā)展受到了嚴(yán)重制 約。
[0003] 纖芯資源的不足，源于傳統(tǒng)同步數(shù)字系列（SDH)光纖傳輸系統(tǒng)的不斷新增，這些 不同級別（電力通信一、二、三、四級光纖傳輸系統(tǒng)）、不同用途、不同廠家的傳統(tǒng)SDH設(shè)備， 占用了大量纖芯資源，此外，部分主干光纜段還要提供部分纖芯給線路保護系統(tǒng)使用，再加 上光纜投入運行年限過長，部分纖芯遭受損壞，使得纖芯資源更趨緊張。
[0004] 解決光纜卡口問題的途徑，其一是新增光纜路由，但此種方法投資大，建設(shè)時間 長，尤其是針對長距離傳輸線路而言，且部分卡口線路不具備新增光纜的條件。其二是積極 采用新的傳輸技術(shù)，如波分復(fù)用技術(shù)，利用波分復(fù)用的原理實現(xiàn)共纖芯傳輸，但是，傳統(tǒng)的 SDH設(shè)備板卡并不具備直接采用波分復(fù)用技術(shù)的條件，在此環(huán)境下，利用半導(dǎo)體材料構(gòu)建即 插即用型全光波長轉(zhuǎn)換器，和原有SDH設(shè)備傳輸板卡相配合構(gòu)建一個基于全光波長轉(zhuǎn)換器 的光傳輸系統(tǒng)，在傳統(tǒng)SDH設(shè)備上實現(xiàn)波分復(fù)用技術(shù)，成為了解決目前光纜纖芯資源緊張， 部分光纜段出現(xiàn)纖芯卡口問題的重要選擇。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對目前存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于半導(dǎo)體全光波長轉(zhuǎn)換器的 光傳輸系統(tǒng)及方法。本發(fā)明基于半導(dǎo)體全光波長轉(zhuǎn)換器，在傳統(tǒng)SDH設(shè)備上實現(xiàn)密集波分 復(fù)用技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單合理，能節(jié)約纖芯資源，降低系統(tǒng)建設(shè)、維護成本，利于大規(guī)模工程 應(yīng)用和后期系統(tǒng)維護。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：基于半導(dǎo)體全光波長轉(zhuǎn)換器的光傳輸系統(tǒng)，其包括 依次相連的同步數(shù)字系列下行信號發(fā)送端、第一增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器、合波器、傳輸光纖、 分波器、第二增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器、同步數(shù)字系列下行信號接收端。
[0007] 所述的系統(tǒng)，基于半導(dǎo)體全光波長轉(zhuǎn)換器的光傳輸系統(tǒng)內(nèi)還包括上行光信號系 統(tǒng)，且同步數(shù)字系列上行信號發(fā)送端與同步數(shù)字系列下行信號接收端在同一套同步數(shù)字系 列設(shè)備中，同步數(shù)字系列上行信號接收端與同步數(shù)字系列下行信號發(fā)送端在同一套同步數(shù) 字系列設(shè)備中；與同步數(shù)字系列上行信號發(fā)送端依次相連的包括與下行相同的上行第一增 益鉗制波長轉(zhuǎn)換器、合波器、傳輸光纖、分波器、第二增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器，上行第二增益鉗 制波長轉(zhuǎn)換器再與同步數(shù)字系列上行信號接收端相連。
[0008] 所述的系統(tǒng)，各增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器均包括并聯(lián)的分布式反饋激光器和摻鉺光纖 放大器，它們再與合波器、第一隔離器、半導(dǎo)體光放大器、第二隔離器、濾波器依次相連，摻 鉺光纖放大器外接需進行波長轉(zhuǎn)換的源信號，即與同步數(shù)字系列下行或上行信號發(fā)送端， 或者分波器輸出端相連，波長轉(zhuǎn)換后的光信號由濾波器輸出。
[0009] 所述的系統(tǒng)，同步數(shù)字系列下行或上行信號接收端還接有可調(diào)衰減器。
[0010] 基于半導(dǎo)體全光波長轉(zhuǎn)換器的光傳輸方法，包括：多個同步數(shù)字系列下行或上行 信號發(fā)送端（信號中心波長1500nm)發(fā)出的不符合密集波分復(fù)用技術(shù)波長標(biāo)準(zhǔn)的光信號進 入相應(yīng)的第一增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器進行波長轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生波長隨同步數(shù)字系列下行或上行信 號發(fā)送端不同而不同、符合密集波分復(fù)用技術(shù)波長標(biāo)準(zhǔn)（頻率間隔50GHz或100GHz可選， 頻率范圍為186. 00THz-200. 95THz，對應(yīng)波長范圍為1611. 79nm-1491. 88nm)、與同步數(shù)字 系列下行或上行信號發(fā)送端信號反相的轉(zhuǎn)換光信號；多路不同波長的轉(zhuǎn)換光信號進入合波 器，進行合波后送入同一傳輸光纖，實現(xiàn)密集波分復(fù)用共纖芯傳輸；合波信號經(jīng)共芯傳輸?shù)?達對端站后，經(jīng)分波器將合波信號分解，恢復(fù)為不同波長的轉(zhuǎn)換光信號，再分別送入相應(yīng)的 第二增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器，將其轉(zhuǎn)變成波長與相應(yīng)同步數(shù)字系列下行或上行信號發(fā)送端波 長近似（±lnm)、能夠被相應(yīng)同步數(shù)字系列下行或上行信號接收端（接收信號波長范圍為 1580-1500nm)接收的光信號，同時糾正因第一增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器波長轉(zhuǎn)換所造成的反 相，然后分別送入相應(yīng)的同步數(shù)字系列下行或上行信號接收端，實現(xiàn)光信號的接收。
[0011] 所述的方法，各增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器進行波長轉(zhuǎn)換的方法包括：需進行波長轉(zhuǎn)換 的源信號經(jīng)摻鉺光纖放大器放大后，和分布式反饋激光器輸出的光信號經(jīng)合波器耦合后通 過第一隔離器進入半導(dǎo)體光放大器，完成信號的全光波長轉(zhuǎn)換，分布式反饋激光器的輸出 信號將受到同步數(shù)字系列信號的調(diào)制，再經(jīng)第二隔離器輸出，隔離器的作用是防止光信號 逆行；經(jīng)第二隔離器輸出的混合光信號通過光濾波器，將殘余的源信號和部分噪音信號濾 除后，輸出受調(diào)制后的分布式反饋激光器信號，即為經(jīng)過全光波長轉(zhuǎn)換的光信號。
[0012] 所述的方法，增益鉗制全光波長轉(zhuǎn)換器基于半導(dǎo)體光放大器進行全光波長轉(zhuǎn)換的 方法包括：
[0013](1)第一增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器的輸出信號波長為Ai，i為與相應(yīng)同步數(shù)字系列下 行或上行信號發(fā)送端對應(yīng)的序號，i= 1，2, 3...，A4由其內(nèi)部的分布式反饋激光器輸出波 長決定，采用不同輸出波長的、波長符合密集波分復(fù)用技術(shù)波長標(biāo)準(zhǔn)的分布式反饋激光器， 使得不同的第一增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器輸出光信號的波長不同，且符合密集波分復(fù)用技術(shù)波 長標(biāo)準(zhǔn)；
[0014] 第二增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器采用與相應(yīng)同步數(shù)字系列下行或上行信號發(fā)送端波長 九近似的分布式反饋激光器，使得第二增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器輸出的光信號波長與近似， 以便被相應(yīng)的同步數(shù)字系列下行或上行信號接收端接收；
[0015] (2)第一增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器的輸出信號功率幅度特征由下式?jīng)Q定：
[0016] gi=a(N-N0) -y!(人廠人N)2+y2(人！一入N)3
[0017] 式中，gi為增益系數(shù)，a為材料增益常數(shù)，N為載流子密度，N。是透明時的載流子 密度，^^是載流子密度為N時的增益峰值波長，yJPy2分別為第一系數(shù)和第二系數(shù)； [0018] 在第一增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器中，當(dāng)經(jīng)摻鉺光纖放大器放大后的發(fā)送端光信號為^的 強度增加，即光信號為fl表現(xiàn)為" 1"時，將大量消耗半導(dǎo)體光放大器有源區(qū)內(nèi)的載流子，使載 流子密度N值減小，依上式^將減小，導(dǎo)致分布式反饋激光器輸出的光信號X,獲得的增益 減少，經(jīng)濾波器輸出后將表現(xiàn)為信號"0" ；當(dāng)被放大過的發(fā)送端光信號九的強度減小，即光 信號九表現(xiàn)為"〇"時，半導(dǎo)體光放大器消耗的載流子將減少，因此gi將增大，從而分布式反 饋激光器輸出的光信號Ai獲得的增益將增加，經(jīng)濾波器輸出后將表現(xiàn)為信號" 1 "，如此在 第一增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器的輸出端就得到與發(fā)送端信號為"反相、波長與分布式反饋激光器 光信號波長-致的光信號，完成光信號的波長轉(zhuǎn)換；
[0019] 同樣的原理，在第二增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器中，當(dāng)經(jīng)摻鉺光纖放大器放大后的分波 器輸出信號的強度增加，即Ai表現(xiàn)為" 1 "時，將大量消耗半導(dǎo)體光放大器有源區(qū)內(nèi)的載流 子，使載流子密度N值減小，依上式gi將減小，導(dǎo)致分布式反饋激光器輸出的與^^近似的光 信號獲得的增益減少，經(jīng)濾波器輸出后將表現(xiàn)為信號當(dāng)經(jīng)摻鉺光纖放大器放大后的分 波器輸出信號A,的強度減小，g卩X,表現(xiàn)為"〇"時，其消耗的載流子將減少，因此gi將增 大，從而分布式反饋激光器輸出的光信號獲得的增益將增加，經(jīng)濾波器輸出后將表現(xiàn)為信 號" 1"，如此在第二增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器的輸出端就得到與源信號Ai反相、波長與分布式 反饋激光器光信號波長一致的光信號，完成光信號的波長轉(zhuǎn)換。
[0020] 本發(fā)明的有益效果在于：使不同廠家、不同型號、不同傳輸速率的SDH設(shè)備信號實 現(xiàn)共纖芯傳輸，緩解纖芯資源不足的情況。同時節(jié)省了材料與附件設(shè)備的投資，降低了光纜 纖芯管理難度，提高了傳輸系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器（GCWC)結(jié)構(gòu)圖。
[0022] 圖2是基于半導(dǎo)體全光波長轉(zhuǎn)換器的光傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0023] (1)增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器（GCWC)實施方式
[0024] 增益鉗制波長轉(zhuǎn)換器（GCWC)如圖1所示。前端包括分布式反饋激光器（DFB)和 摻鉺光纖放大器（EDFA)，DFB用于提供轉(zhuǎn)換波長光信號，EDFA用于將需進行波長轉(zhuǎn)換的源 信號[在第一GCWC為同步數(shù)字序列（SDH)輸出端信號，在第二GCWC為分波器輸出信號] 進行放大，以提高轉(zhuǎn)換效率。DFB光信號和源信號經(jīng)合波器耦合后通過隔離器進入半導(dǎo)體光 放大器（SOA)，由于交叉增益調(diào)制效應(yīng)，DFB光信號的功率幅度將受到源信號的調(diào)制，從而 產(chǎn)生波長與DFB光信號相同、與源信號相反的波長轉(zhuǎn)換信號，完成全光波長轉(zhuǎn)換過程，再經(jīng) 隔離器輸出。隔離器的作用是防止光信號逆行，從而損壞SOA或其他光器件。經(jīng)隔離器輸 出的混合光信號通過光濾波器，將剩余的SDH或分波器輸出的源信號及部分噪音信號濾除 后，輸出即為經(jīng)過全光波長轉(zhuǎn)換的光信號。
[0025] GCWC的輸出信號波長A= 1，2, 3...)由DFB輸出波長決定，采用不同輸出波 長的、波長符合密集波分復(fù)用技術(shù)波長標(biāo)準(zhǔn)的DFB，使得不同的第一GCWC輸出光信號的波 長不同，且符合密集波分復(fù)用技術(shù)波長標(biāo)準(zhǔn)；采用不同的、與相應(yīng)SDH波長為a近似的分布式 反饋激光器，使得第二GCWC輸出的光信號波長與九近似，以便被相應(yīng)的SDH接收端接收。
[0026]GCWC的輸出信號功率幅度特征由下式?jīng)Q定：

【權(quán)利要求】
1. 基于半導(dǎo)體全光波長轉(zhuǎn)換器的光傳輸系統(tǒng)，其特征在于：包括依次相連的同步數(shù)字 系列下行信號發(fā)送端、第一增益錯制波長轉(zhuǎn)換器、合波器、傳輸光纖、分波器、第二增益錯制 波長轉(zhuǎn)換器、同步數(shù)字系列下行信號接收端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：基于半導(dǎo)體全光波長轉(zhuǎn)換器的光傳輸系 統(tǒng)內(nèi)還包括上行光信號系統(tǒng)，且同步數(shù)字系列上行信號發(fā)送端與同步數(shù)字系列下行信號接 收端在同一套同步數(shù)字系列設(shè)備中，同步數(shù)字系列上行信號接收端與同步數(shù)字系列下行信 號發(fā)送端在同一套同步數(shù)字系列設(shè)備中；與同步數(shù)字系列上行信號發(fā)送端依次相連的包括 與下行相同的上行第一增益錯制波長轉(zhuǎn)換器、合波器、傳輸光纖、分波器、第二增益錯制波 長轉(zhuǎn)換器，上行第二增益錯制波長轉(zhuǎn)換器再與同步數(shù)字系列上行信號接收端相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于：各增益錯制波長轉(zhuǎn)換器均包括并聯(lián)的分 布式反饋激光器和滲巧光纖放大器，它們再與合波器、第一隔離器、半導(dǎo)體光放大器、第二 隔離器、濾波器依次相連，滲巧光纖放大器外接需進行波長轉(zhuǎn)換的源信號，即與同步數(shù)字系 列下行或上行信號發(fā)送端，或者分波器輸出端相連，波長轉(zhuǎn)換后的光信號由濾波器輸出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于：同步數(shù)字系列下行或上行信號接收端還 接有可調(diào)衰減器。
5. 基于半導(dǎo)體全光波長轉(zhuǎn)換器的光傳輸方法，其特征在于包括；多個同步數(shù)字系列下 行或上行信號發(fā)送端發(fā)出的不符合密集波分復(fù)用技術(shù)波長標(biāo)準(zhǔn)的光信號進入相應(yīng)的第一 增益錯制波長轉(zhuǎn)換器進行波長轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生波長隨同步數(shù)字系列下行或上行信號發(fā)送端不同 而不同、符合密集波分復(fù)用技術(shù)波長標(biāo)準(zhǔn)、與同步數(shù)字系列下行或上行信號發(fā)送端信號反 相的轉(zhuǎn)換光信號；多路不同波長的轉(zhuǎn)換光信號進入合波器，進行合波后送入同一傳輸光纖， 實現(xiàn)密集波分復(fù)用共纖巧傳輸；合波信號經(jīng)共巧傳輸?shù)竭_對端站后，經(jīng)分波器將合波信號 分解，恢復(fù)為不同波長的轉(zhuǎn)換光信號，再分別送入相應(yīng)的第二增益錯制波長轉(zhuǎn)換器，將其轉(zhuǎn) 變成波長與相應(yīng)同步數(shù)字系列下行或上行信號發(fā)送端波長近似、能夠被相應(yīng)同步數(shù)字系列 下行或上行信號接收端接收的光信號，同時糾正因第一增益錯制波長轉(zhuǎn)換器波長轉(zhuǎn)換所造 成的反相，然后分別送入相應(yīng)的同步數(shù)字系列下行或上行信號接收端，實現(xiàn)光信號的接收。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，各增益錯制波長轉(zhuǎn)換器進行波長轉(zhuǎn)換的 方法包括：需進行波長轉(zhuǎn)換的源信號經(jīng)滲巧光纖放大器放大后，和分布式反饋激光器輸出 的光信號經(jīng)合波器禪合后通過第一隔離器進入半導(dǎo)體光放大器，完成信號的全光波長轉(zhuǎn) 換，分布式反饋激光器的輸出信號將受到同步數(shù)字系列信號的調(diào)制，再經(jīng)第二隔離器輸出， 隔離器的作用是防止光信號逆行；經(jīng)第二隔離器輸出的混合光信號通過光濾波器，將殘余 的源信號和部分噪音信號濾除后，輸出受調(diào)制后的分布式反饋激光器信號，即為經(jīng)過全光 波長轉(zhuǎn)換的光信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，增益錯制全光波長轉(zhuǎn)換器基于半導(dǎo)體光 放大器進行全光波長轉(zhuǎn)換的方法包括： (1)第一增益錯制波長轉(zhuǎn)換器的輸出信號波長為A 1，i為與相應(yīng)同步數(shù)字系列下行或 上行信號發(fā)送端對應(yīng)的序號，i= 1，2, 3. ..，Ai由其內(nèi)部的分布式反饋激光器輸出波長決 定，采用不同輸出波長的、波長符合密集波分復(fù)用技術(shù)波長標(biāo)準(zhǔn)的分布式反饋激光器，使得 不同的第一增益錯制波長轉(zhuǎn)換器輸出光信號的波長不同，且符合密集波分復(fù)用技術(shù)波長標(biāo) 準(zhǔn)； 第二增益錯制波長轉(zhuǎn)換器采用與相應(yīng)同步數(shù)字系列下行或上行信號發(fā)送端波長入id近似的分布式反饋激光器，使得第二增益錯制波長轉(zhuǎn)換器輸出的光信號波長與A1。近似， W便被相應(yīng)的同步數(shù)字系列下行或上行信號接收端接收； (2)第一增益錯制波長轉(zhuǎn)換器的輸出信號功率幅度特征由下式?jīng)Q定：gi=a(N-N。）一y1(AAN) 2+T2(人i_ 入N) 3 式中，gi為增益系數(shù)，a為材料增益常數(shù)，N為載流子密度，N。是透明時的載流子密度， 入W是載流子密度為N時的增益峰值波長，丫 1和丫 2分別為第一系數(shù)和第二系數(shù)； 在第一增益錯制波長轉(zhuǎn)換器中，當(dāng)經(jīng)滲巧光纖放大器放大后的發(fā)送端光信號A1。的強 度增加，即光信號A1。表現(xiàn)為"1"時，將大量消耗半導(dǎo)體光放大器有源區(qū)內(nèi)的載流子，使載 流子密度N值減小，依上式&將減小，導(dǎo)致分布式反饋激光器輸出的光信號Ai獲得的增益 減少，經(jīng)濾波器輸出后將表現(xiàn)為信號"0";當(dāng)被放大過的發(fā)送端光信號A1。的強度減小，即 光信號A1。表現(xiàn)為"0"時，半導(dǎo)體光放大器消耗的載流子將減少，因此gi將增大，從而分布 式反饋激光器輸出的光信號Ai獲得的增益將增加，經(jīng)濾波器輸出后將表現(xiàn)為信號"1 "，如 此在第一增益錯制波長轉(zhuǎn)換器的輸出端就得到與發(fā)送端信號A1。反相、波長與分布式反饋 激光器光信號波長Ai-致的光信號，完成光信號的波長轉(zhuǎn)換； 同樣的原理，在第二增益錯制波長轉(zhuǎn)換器中，當(dāng)經(jīng)滲巧光纖放大器放大后的分波器輸 出信號的強度增加，即Ai表現(xiàn)為"1"時，將大量消耗半導(dǎo)體光放大器有源區(qū)內(nèi)的載流子，使 載流子密度N值減小，依上式&將減小，導(dǎo)致分布式反饋激光器輸出的與A1。近似的光信號 獲得的增益減少，經(jīng)濾波器輸出后將表現(xiàn)為信號"0";當(dāng)經(jīng)滲巧光纖放大器放大后的分波器 輸出信號Ai的強度減小，即Ai表現(xiàn)為"0"時，其消耗的載流子將減少，因此gi將增大，從 而分布式反饋激光器輸出的光信號獲得的增益將增加，經(jīng)濾波器輸出后將表現(xiàn)為信號"1"， 如此在第二增益錯制波長轉(zhuǎn)換器的輸出端就得到與源信號Ai反相、波長與分布式反饋激 光器光信號波長一致的光信號，完成光信號的波長轉(zhuǎn)換。
【文檔編號】H04B10/25GK104468018SQ201410768669
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】孫志峰, 王會洪, 張敏明, 陳璞, 李曉磊, 趙錦輝 申請人:國網(wǎng)湖北省電力公司信息通信公司