專利名稱：共線再生wdm孤子信號的同步調(diào)制方法和裝置及光通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，尤其涉及超長距離通信領(lǐng)域。對于很長距離的光纖鏈路而言，使用有特定光譜特性的＂孤子＂型信號已經(jīng)被公知，這種特定光譜特性使該信號能夠無明顯色散地在有色散的光纖上傳播，即以這樣的方式實(shí)現(xiàn)讓折射率隨信號強(qiáng)度而變，從而使色散反向平衡，或反之亦然。信號的光譜形式一直不受傳播距離影響地得到保持，因此傳播距離主要影響在于鏈路的損耗。這種鏈路損耗可以通過共線(in-line)光放大進(jìn)行補(bǔ)償，例如采用摻鉺光纖放大器(EDFA)。
就采用共線光放大(用EDFA)方式傳輸孤子而言，有待解決的問題有1)戈登-豪斯(Gordon-haus)抖動，它會導(dǎo)致信號比特到達(dá)時間的不確定性；和2)來自光放大器中自發(fā)輻射放大的噪聲積累。
已經(jīng)提出了許多種解決辦法，并被公開在下述文獻(xiàn)中，這些文獻(xiàn)特別適合于在本申請中作為相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的描述文獻(xiàn)[1]＝EP-A1 576 208(J.P.Gordon和L.F.Mollenauer)名稱為＂具有頻率滑移導(dǎo)向濾波器的孤子系統(tǒng)＂。根據(jù)該文的教導(dǎo)，沿著孤子型信號傳輸鏈路，插入若干個中心頻率可變的濾波器，有可能實(shí)現(xiàn)孤子的集總放大，而不發(fā)生自發(fā)輻射噪聲的指數(shù)放大。在這個系統(tǒng)中沒有孤子的再生。根據(jù)文獻(xiàn)[1]，這個系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于它與波分復(fù)用(WDM)傳輸系統(tǒng)的兼容性。該文獻(xiàn)也引用了下述文獻(xiàn)[2]的教導(dǎo)，但是顯而易見文獻(xiàn)[2]的技術(shù)與WDM不兼容(見第二頁第二十一到二十四行)。
文獻(xiàn)[2]＝Nakazawa等人的題為”一百萬公里以上距離的10Gbit/s孤子數(shù)據(jù)傳輸”，Elect.Lett.27(14)，PP.1270-1272，1991-7-4，教導(dǎo)了用于共線孤子再生的同步調(diào)制。
文獻(xiàn)[2]教導(dǎo)用LINO3光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)與時鐘信號同步的孤子調(diào)制，該時鐘信號來自于與孤子源相同的時鐘。很長距離的鏈路被模擬成每隔50公里有一個摻鉺光纖光放大器的500公里光纖環(huán)路，并且在圍繞該環(huán)路的每個回路上都有再生。由于孤子傳輸所用光纖的色散，在平均值為-1.5ps/km/nm的一個-0.7ps/km/nm到-2.2ps/km/nm的范圍內(nèi)變化，所以通過環(huán)路周圍一個回路的傳播時間，取決于孤子波長。這就是此系統(tǒng)不適合于WDM傳輸系統(tǒng)的原因，正如文獻(xiàn)[1]所強(qiáng)調(diào)的。
文獻(xiàn)[3]＝L.F.Mollenauer等人的題目為＂采用集總放大器的超長距離傳輸系統(tǒng)中有孤子的波分復(fù)用問題＂(《Journal of Lightwave Tech.》9(3)，pp.362-367，1991-3)。該文獻(xiàn)提出了一個用于越洋傳輸(9000公里)的有光學(xué)集總放大作用的WDM孤子傳輸系統(tǒng)。該文的教導(dǎo)主要涉及不同波長的孤子之間的碰撞。并給出了這種鏈路中各種參數(shù)的典型值。
比如，市場出售的色散位移光纖其色散分布值大約為±0.5ps/km/nm。此外，在363頁右邊一欄的最后一段，文獻(xiàn)[3]談到要控制構(gòu)成鏈路的光纖段的色散值。
在365頁右邊一欄的第一段，給出了一個鏈路的實(shí)例及其參數(shù)的數(shù)值。在相鄰長度段之間的色散中，與碰撞或變化所致的各種孤子微擾之間的平均距離相對應(yīng)的距離Lpert是40公里，并有D＝1ps/km/nm的平均色散；在1.2nm的最大間隔中有四個4Gbit/s的WDM信道；其孤子有τ＝50ps的時間寬度和5τ的最小間隔；而且孤子周期在z0＝930公里量級。相鄰信道之間相互作用所產(chǎn)生的抖動在±7.5ps量級；對于四信道系統(tǒng)而言，最壞的情況會有±22.5ps的抖動。
盡管如此，在文獻(xiàn)[3]所考慮的所有情況下，既沒做到也不要求孤子同步到達(dá)鏈路末端。
還有其他一些有助于理解本發(fā)明的文獻(xiàn)，最后再對這些文獻(xiàn)作一簡要說明。這些其他文獻(xiàn)也很適合于在本申請中作為對現(xiàn)有技術(shù)的描述文獻(xiàn)[4]＝M.Nakazawa等人的題為“在正負(fù)色散配置的光纖傳輸線上的光孤子通信”(Electr.Lett.，31(3)，pp.216-217，1995-2-2)。該文主要涉及用于孤子傳輸?shù)墓鈱W(xué)鏈路中的色散控制，并包含若干有不同色散的光纖段。該文的教導(dǎo)具體是這樣的，整個鏈路全長范圍內(nèi)的平均色散必須是負(fù)的，其目的是保持孤子特性這樣正色散區(qū)域可以恰當(dāng)?shù)赝耆胶馐Ｓ嘭?fù)色散。
文獻(xiàn)[5]＝S.Kumar等人題為“在有集總放大器的光纖中孤子傳輸?shù)纳⒖刂啤?《光纖中的光孤子理論與應(yīng)用論文集》，pp.1-12，日本神戶，1995-11月-14～17)。該論文的最后一章討論了非再生WDM系統(tǒng)色散控制的各個方面。
文獻(xiàn)[3]和[5]研究了集總放大器間距，與不同信道孤子間各碰撞之間的平均鏈路長度之相互關(guān)系，而且文獻(xiàn)[5]教導(dǎo)了一種選擇有不同負(fù)色散值的光纖的方法，以保持色散的非線性效應(yīng)是沿著準(zhǔn)固定的鏈路的光信號幅值的函數(shù)。
這些現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)所提出的系統(tǒng)不能令人滿意，因為其中沒有一個能夠在同步再生孤子的系統(tǒng)中使用多個WDM信道的。所有文獻(xiàn)都暗示了一些對這一系統(tǒng)有用的有益東西，但是它們大多數(shù)認(rèn)為信道之間不能同步化，因此這種情況下的同步再生的問題沒有被涉及。這就是從本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的技術(shù)偏見出發(fā)，不可能注重借助于波長多路復(fù)用孤子，同時也采用再生，以消除戈登-豪斯抖動并保持孤子優(yōu)化的光譜形狀，這樣一種超長距離上超高數(shù)據(jù)率WDM光學(xué)鏈路的原因。
本發(fā)明的目的是減輕現(xiàn)有技術(shù)中的一些問題。
為此，本發(fā)明提供一種使發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間傳播的光信號共線再生的方法，所述的信號是由孤子表示的比特流形式的，孤子的具體特征是傳播波長和比特率，該方法包含以下步驟放大所述要被再生的光信號，以補(bǔ)償可能的損耗；通過耦合在所述光纖上的光耦合器，取出一部分要被再生的光信號；從所述的取出的部分中恢復(fù)所述比特流的時鐘信號；通過適當(dāng)?shù)南嘁疲阉鰰r鐘信號加到光調(diào)制器上，以同步調(diào)制所述要被再生的光信號；以及在所述同步調(diào)制之后，對所述要被再生的光信號孤子進(jìn)行光譜濾波；本方法的特征在于所還孤子的特征是，一組m個位于端點(diǎn)為λ1和λn的光頻譜帶中的傳播波長，其中λ1和λn分別是所述一組中的最長和最短波長；以及從波長λ1與λn之間的波長λk恢復(fù)所述時鐘信號，以使τg(λk)ZR＝kT；其特征還在于在所述發(fā)射機(jī)與所述光調(diào)制器之間或兩個相鄰的調(diào)制器之間的一定距離ZR處，實(shí)現(xiàn)所述的再生。其中所述的距離ZR是被選出的，以使其所得值在乘以到達(dá)時間之差δτg＝τg(λn)-τg(λ1)時，滿足以下條件[kT-T/4]＜δτgZR＜[kT+T/4]其中k是整數(shù)，而T是比特時間(ZR以km計，而δτg以ps·km-1計)。
在優(yōu)選的變型中，所述的距離ZR這樣選擇，以使其所得值在乘以該群時間差δτg＝τg(λn)-τg(λ1)時，滿足以下條件[kT-T/N]＜δτgZR＜[ kT+T/N]這里N＞4。
在一種變型中，本方法涉及有m個WDM信道的WDM孤子光信號，這m個WDM信道是從n個分別有波長λ1，λ2，…，λn的信道(c1，……，cn)中選出的，其中λj-λj-1＝Δλ，j＞0，j是整數(shù)，且λ1-λ0=Δλ2=(Tbit4ZRD0′)1/2]]>這里λ0是零色散波長。
根據(jù)一個優(yōu)良的特征，所述的光纖包含多個光纖段，每個光纖段的特征在于其長度和色散值，所述的方法進(jìn)一步包含對所述光纖段的色散控制。
在一種變型中，本發(fā)明還涉及一種用于傳輸以孤子表示的比特流形式的光信號的光傳輸系統(tǒng)，該孤子的特征尤其在于其傳播波長和比特率，所述的系統(tǒng)包含至少一個發(fā)射機(jī)和一個接收機(jī)以及一個將它們互相連接起來的光纖；所述的系統(tǒng)還包含至少一個含有時鐘恢復(fù)電路的光再生器裝置，和一個與光譜濾波器連在一起的光調(diào)制器；所述的系統(tǒng)其特征在于所述的發(fā)射機(jī)在一組位于端點(diǎn)為λ1和λn的光頻譜帶中的傳播波長處發(fā)送孤子，其中λ1和λn分別是所述一組中的最長和最短波長；所述不同的波長對應(yīng)于各個不同的基群傳播時間τg(λ1)，τg(λn)，所述的群傳播時間的特征在于基群傳播時間差δτg＝τg(λn)-τg(λ1)；而且其特征還在于所述的光再生器裝置被置于所述發(fā)射機(jī)與所述光調(diào)制器之間或兩個相鄰的調(diào)制器之間一定距離ZR處，，所述的距離ZR是被選出的，以使其所得值在乘以群傳播時間差δτg＝τg(λn)-τg(λ1)時，滿足條件[kT-T/4]＜δτgZR＜[kT+T/4]這里k是整數(shù)，而T是比特時間(ZR以km計，而δτg以ps·km-1計)。
根據(jù)一個特征，所述ZR的是被選出的，以使所得值在乘以群傳播時間差δτg＝τg(λn)-τg(λ1)時，滿足條件[kT-T/N]＜δτgZR＜[kT+T/N]這里N＞4。
在另一個優(yōu)選的變型中，所述WDM的系統(tǒng)采用m個WDM信道，這m個WDM信道是從n個分別有波長λ1，λ2，…，λn的信道(c1，……，cn)中選出的，其中λj-λj-1＝Δλ，j＞0，j是整數(shù)，且λ1-λ0=Δλ2=(Tbit4ZRD0′)1/2]]>這里λ0是零色散波長。
根據(jù)一個特征，所述的系統(tǒng)包含多個光纖段，每個光纖段的特征在于其長度和其色散值，所述的系統(tǒng)進(jìn)一步包含對所述光纖段的色散控制。
在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明提供了用于再生孤子的裝置，它包括一個通過一光耦合器與傳輸信道上孤子信號的比特率相同步的時鐘信號恢復(fù)電路RH；用于匹配相位φ的裝置，即一根光延遲線；以及一個受時鐘信號RF驅(qū)動的強(qiáng)度和/或相位調(diào)制器，所述的裝置其特征在于，它還包括一個光信道導(dǎo)向濾波器，該濾波器用于把多個波長處的孤子脈沖放入同一個時間位置。
借助于下文的詳細(xì)說明和附圖，本發(fā)明及其各種特征和優(yōu)點(diǎn)將更為易于理解，其中

圖1是采用現(xiàn)有技術(shù)中已有的并適用于本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)的光纖光學(xué)傳輸系統(tǒng)實(shí)例框圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中已有的用于孤子同步調(diào)制的裝置的框圖，它也適用于本發(fā)明的裝置；圖3是有關(guān)長距離鏈路中的孤子再生器之間距離，關(guān)于WDM孤子傳輸系統(tǒng)的信道間隔的曲線圖；圖4是表示本發(fā)明的通信系統(tǒng)中WDM信道間隔的一個優(yōu)選實(shí)例的框圖；以及圖5表示了與作為鏈路長度函數(shù)的品質(zhì)因數(shù)Q相對應(yīng)，并反映本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)的仿真結(jié)果。
附圖是為了說明本發(fā)明原理及其新的變型而給出的非限定性實(shí)例。在所有附圖中，相同的標(biāo)號表示相同的元件；而且為了清楚起見，這些附圖并不都是成比例的。
圖1是一個采用現(xiàn)有技術(shù)中已有的并適用于本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)的光纖光學(xué)傳輸系統(tǒng)實(shí)例框圖。該圖所示的系統(tǒng)包括與一組共線光放大器(G1，G2，G3，…)組合在一起的再生器(C3，CLK，C2，C1，NOLM)，及一組導(dǎo)向濾波器(BP1，BP2，BP3，…)。導(dǎo)向濾波器包含孤子的頻帶，但是這么做，會損失孤子中的能量。這就是共線放大器的增益必須大于鏈路損耗的原因，所述的鏈路損耗是孤子通過放大器(G1，G2，G3，…)之間的光纖(LF1，LF2，…)時引起的。通過減小孤子的頻帶寬度，也可以減小導(dǎo)向濾波器的時間抖動，如文獻(xiàn)[1]所述的。
在孤子再生器中和1圖所示系統(tǒng)中，例如從文獻(xiàn)[1]可知，導(dǎo)向濾波器是具有一個稍稍窄于孤子頻帶的通頻帶的帶通濾波器。在孤子再生器中和本發(fā)明的系統(tǒng)中，導(dǎo)向濾波器就是信道濾波器，即帶通濾波器，它們可以透過一組有不同中心頻率并對應(yīng)于波分復(fù)用系統(tǒng)各信道波長的窄頻帶。
文獻(xiàn)[2]描述了用于同步調(diào)制孤子的LiNO3光調(diào)制器，如圖2所示。這種孤子的問題是，要被再生的信號數(shù)據(jù)率不能超過20Gbit/s到30Gbit/s(文獻(xiàn)[2]中是10Gbit/s)。LiNO3調(diào)制器受控于時鐘電路從共線孤子信號中產(chǎn)生出來的電子控制信號。該時鐘恢復(fù)電路裝置包括用于提取傳播于輸入端F1與輸出端F2之間光信號的光耦合器C3；時鐘提取電路CLKX；提供延遲的延遲線DEL；和用于為LiNO3調(diào)制器MOD的運(yùn)行提供所需受控能量的放大器GM。此外，圖2表示了一個用于解決再生器電路插入損耗的輸入端光放大器EDFA；雙折射偏振控制器PC；和一個用于收縮孤子能量譜分布的帶通濾波器BP。如圖1所示，已知的系統(tǒng)包括一個具有稍窄于孤子頻帶的通頻帶的窄帶通濾波器。在孤子再生器和本發(fā)明的系統(tǒng)中，導(dǎo)向濾波器是一個信道濾波器。
這些附件中的一些，可以在下文所描述的本發(fā)明各個優(yōu)選實(shí)施例中找到。
為了能同時同步地調(diào)制一組WDM多路復(fù)用的孤子信號，即為了同時同步地調(diào)制具有不同波長不同群速，進(jìn)而有不同傳播時間的信號，必須開發(fā)出能使信號同步的裝置。根據(jù)本發(fā)明的方法，按照信號傳播光路的長度與其各自波長的函數(shù)關(guān)系來選擇該長度，以使信號至少在調(diào)制器處近似地同步，就可以達(dá)到上述要求。
盡管當(dāng)它們在光纖中傳播時色散會破壞各信道的同步，但是所有信道包含的信號都是周期性的，傳輸時比特率是一致的。這導(dǎo)致了傳輸鏈路的上相鄰信道孤子之間的“碰撞”(見文獻(xiàn)[3]＝Mollenauer等人，1991中的理論分析)。因此，考慮到各信道之間的相對滑移(slip)，在沿著鏈路的一些間隔開的點(diǎn)上，所有信道需要再次相互同步。這只要確定了間隔并在這樣的一個同步化點(diǎn)上放置再生器，就可以用單獨(dú)一個調(diào)制器實(shí)現(xiàn)同步調(diào)制，而不必進(jìn)行多路復(fù)用。要考慮兩種情況第一是當(dāng)色散梯度(D′0＝(dD/dλ)λ0)不為零時，其次是當(dāng)其為零時。
例如，對于在零色散波長為λ0而且Δλ＝λ2-λ1的λ1和λ2波長上發(fā)送的兩個信道而言，到達(dá)調(diào)制器的時間差是群時間差的結(jié)果δτg＝τg(λ2)-τg(λ1)當(dāng)D′0≠0時，δτg=12(δΔdλ)λ0{(λ2-λ0)2-(λ1-λ0)2}=12(δΔdλ)λ0{Δλ2+2Δλ(λ1-λ0)}(ps·km-1)]]>且當(dāng)D′0＝0時，δτg＝(λ2-λ1)D(λ1)。
所以本發(fā)明的方法提出，通過參考信道間隔和光纖的色散，選擇發(fā)射機(jī)與調(diào)制器之間或相鄰排列的各調(diào)制器之間的距離，實(shí)現(xiàn)對所有WDM信道用單獨(dú)一個同步調(diào)制器，從而保證了所有信道在通過調(diào)制器時都被同步。調(diào)制器之間的距離ZR要選擇得使群時間差δτg滿足以下條件[kT-T/4]＜δτgZR＜[kT+T/4]其中k是整數(shù)而T是比特時間(ZR以km計，δτg以ps·km-1計)。這個限定能夠?qū)崿F(xiàn)兩個波長為λ1和λ2的WDM信道之間的近似同步。為了獲得更好的同步，可以減小時間窗口的寬度，直至達(dá)到所需的同步程度。
于是，當(dāng)位于ZR距離的調(diào)制器的最大群時間差δτg等于比特時間T的整數(shù)k倍加上或減去比特時間的某個較小分?jǐn)?shù)時，可以得到更好的結(jié)果[kT-T/N]＜δτgZR＜[kT+T/N]這里N＞4，而且ZR以km計，而δτg以ps·km-1計。
圖3是表示長距離鏈路中的孤子再生器之間距離ZR，和波長為λk和λ1的信道之間間隔Δλk1的曲線圖，其中λ1是WDM孤子傳輸系統(tǒng)中WDM頻段內(nèi)的最短波長(當(dāng)D′0≠0時)。圖中的曲線在其右側(cè)用參數(shù)p標(biāo)記，該標(biāo)記表示在波長差為Δλk1(以nm計)的距離ZR(以km計)處隔開兩個信號的比特周期數(shù)。
為了給出一些看圖的例子，請讀者看虛線。例如，對于兩個間隔為2nm的信道而言，可以發(fā)生同步化的地方是在，距離ZR＝160km附近，在那里兩信道間有一個比特時間周期的滑移；或者距離ZR＝320km附近，此處信道間有兩個比特時間周期的滑移；或者甚至在信道間有三個比特時間周期的滑移的距離ZR＝480km附近。
為了給出另一些看圖的例子，請讀者看實(shí)線。例如在ZR＝500km的再生距離附近，具有實(shí)線所示的信道間隔的WDM系統(tǒng)，將確保信號在再生器處是同步的。在圖中所示的例子中，相對于最短波長，以波長差Δλk1＝λk-λ1給出一個波長λ1，這些波長差近似為如下Δλ21＝0.85nm；p＝1；Δλ31＝1.45nm；p＝2；Δλ41＝1.95nm；p＝3；Δλ51＝2.35nm；p＝4；Δλ61＝2.65nm；p＝5；Δλ71＝3.05nm；p＝6；等等。
在圖中，可以看到，對于再生器之間的光纖固定長度ZR而言，可以同步一組按照所述長度ZR確定波長的信道。比較起來，設(shè)計系統(tǒng)時，這樣常常更為方便，尤其是當(dāng)采用信道濾波器時，將具有規(guī)則的信道間隔。在這種情況下，對于k為整數(shù)且k＞1，p＝k(k-1)/2，即對于每對相鄰信道之間的相同間隔而言，可以寫為Δλk1(p)＝(k-1)Δλ，其中Δλ＝λk-λk-1。用以上給出的關(guān)系，可以得到λ1-λ0=Δλ2=(Tbit4ZRD0′)1/2]]>這里λ0是零色散波長。
用對應(yīng)于每個k值的參數(shù)p，把這種規(guī)則的信道間隔表示在圖4中?？梢钥闯觯谝恍诺琅c零色散波長之間的間隔，僅僅是后續(xù)信道與相鄰信道之間間隔的一半；這是由上述關(guān)系造成的(見前一段結(jié)尾處的公式)。
一個容量為N×20Gbit/s，且對應(yīng)Tbit＝50ps，D′0＝8×10-2ps/nm2/km，和ZR＝500km的同步WDM系統(tǒng)實(shí)例，給出了大約1.1nm的信道間隔。
本發(fā)明的方法與前述文獻(xiàn)所述的，或者任何其他用于控制色散的系統(tǒng)中所用的色散控制方法完全兼容。這僅僅需要用以下方法計算所得的有效值代替上文所給出公式中的固定參數(shù)。
我們從考慮系統(tǒng)包含有一組q個光纖段(t1，t2，…tk，…tq)的情況出發(fā)，其每一光纖的長度為Lk，并且在各自波長λ0k處的色散梯度D′0(λ0k)為零。在這種情況下，有效色散Deff(λ)可以計算出來，而且零色散有效波長λ0.eff和色散梯度D′0.eff也同樣可以做到。這個參數(shù)足以滿足本發(fā)明的上述計算D0.eff′=Σk=1qLkD′(λ0k)Σk=1qLk]]>這里L(fēng)＝∑Lk。當(dāng)光纖段數(shù)量很大(q＞＞1)時，集合可以用積分(Lk對dz的積分)來代替，它對應(yīng)于連續(xù)色散分布。此外，可以選擇(Lk，D′(λ0k))，使公式的分子集合為零，而得出D′0.eff＝0(補(bǔ)償梯度的系統(tǒng))。
如果D′0.eff≠0，在與上述相同的條件下，若用有效色散梯度Δλ=(TbitZRD0.eff′)1/2]]>代替色散梯度，則信道ck和c1在距離ZR處同步。
還應(yīng)看到，為了構(gòu)成m-信道的WDM系統(tǒng)，完全可以只選擇上述公式提供的n個波長中的m個。這個選擇可以用于減小沿鏈路上孤子碰撞引起的抖動影響。也有利于減小再生器之間的間隔。
圖5表示了作為鏈路長度函數(shù)的品質(zhì)因數(shù)Q的仿真結(jié)果，它用于根據(jù)上述條件所設(shè)計的一個WDM系統(tǒng)。為進(jìn)行計算而選出的參數(shù)為如下4×107b/s WDM鏈路有四個10Gbit/s信道，采用孤子的同步幅度調(diào)制，并采用信道濾波器濾波。放大器，濾波器，和調(diào)制器之間的距離，分別定在Za＝30km，Zf＝4Za＝120km，和ZRmin＝4Zf＝480km處。信道濾波器是法布里-珀羅型的，有Δλ＝1nm，并有優(yōu)化的傳輸頻帶形式。其他參數(shù)如下確定D′0＝6.95×10-2ps/nm2/km和ZR＝720km＝3ZRmin/2，而且λ0＝1.5528nm，D″0＝0，Aeff＝50μm2是光纖損耗為α＝0.20dB/km且ηsp/ηin＝2(自發(fā)輻射除以放大器輸入耦合損耗的比率)時的有效面積，孤子脈沖寬度ΔT＝20ps，以及調(diào)制深度為10dB。
信道A，B，C，和D對應(yīng)于以下(k，p)參數(shù)所描述的波長(3，3)，(4，6)，(6，15)，和(7，21)。按物理波長計，它分別為λA＝1555.3nm(Δλ31＝2.5nm)，λB＝1556.3nm(Δλ41＝3.5nm)，λc＝1558.3nm(Δλ61＝5.5nm)，和λD＝1559.1nm(Δλ71＝6.5nm)。為了仿真的目的，用27-1比特的偽隨機(jī)序列對孤子進(jìn)行編碼，而且沒有首碼相關(guān)。用非線性薛定格(Schroedinger)公式，通過傅立葉分析中的增量法，對距離為20,000km的傳播進(jìn)行計算。
曲線NR表示沒有再生時四個信道的品質(zhì)因數(shù)；曲線A，B，C，和D表示采用本發(fā)明方法的同步再生時，四個信道的品質(zhì)因數(shù)。當(dāng)采用同步再生時，能看到明顯的改進(jìn)，而且可以看到，除此方式之外鏈路無法滿足超過4Mm或5Mm的情況。與之相比，通過采用本發(fā)明的方法，即使超過20,000km(即20Mm)也完全可以保持可接受的品質(zhì)因數(shù)。我們認(rèn)為，第一信道A相對較差的性能是由于孤子之間的碰撞所致，這種碰撞對這個信道影響十分明顯。可以看到，信道D有最好的性能，它承受的碰撞最小。
請看四個信道在20,000km處的眼圖，它表示噪聲強(qiáng)度導(dǎo)致了信道A比信道B的性能差。在到達(dá)時，戈登-豪斯時間抖動不僅存在于孤子間的碰撞效應(yīng)和WDM交互作用之中，而且還被轉(zhuǎn)換到再生器輸出端的幅度噪聲之中。
在距離ZRein處信道A和B之間的最大誤差可以通過計算找到δτ73＝1.39ps。這個誤差被認(rèn)為是不明顯的，并且不影響同步調(diào)制的效果。
當(dāng)色散梯度為零(在有用的光譜區(qū)D′(λ)＝0)或甚至是補(bǔ)償過的(D′0.eff＝0)時，信道同步性由以下條件給出Δλ=TbitZRD]]>這里D是有用光譜區(qū)中的色散常數(shù)(對于多個長度D＝Deff＝常數(shù))并有Deff=ΣΔLkD(λk)ΣΔLk]]>要注意對后一種情況(D′＝0，D′0.eff＝0)，有用的光譜區(qū)中波長的梳形位置無關(guān)緊要。
以上僅參考一些實(shí)施例描述了本發(fā)明的裝置。這些實(shí)施例采用了WDM系統(tǒng)中的具體參數(shù)，并使用了實(shí)施再生的WDM系統(tǒng)所需的一些現(xiàn)有技術(shù)裝置。本發(fā)明列出的實(shí)施例不是窮舉，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將知道如何根據(jù)具體需要使用本發(fā)明的裝置。
權(quán)利要求
1.一種對傳播于發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間光纖上的光信號進(jìn)行共線再生的方法，所述信號是用孤子表示的比特流形式的，該孤子的特征尤其在于其傳播波長和比特率，本方法包括以下步驟放大所述要被再生的光信號，以補(bǔ)償可能的損耗；通過耦聯(lián)到所述光纖上的光耦合器，取出一部分要被再生的光信號；從所述的取出的部分中恢復(fù)所述比特流的時鐘信號；通過適當(dāng)?shù)南嘁?，把所述時鐘信號加到光調(diào)制器上，以同步調(diào)制所述要被再生的光信號；以及在所述同步調(diào)制之后，對所述要被再生的光信號孤子進(jìn)行光譜濾波；本方法的特征在于所述孤子的特征是，一組m個位于端點(diǎn)為λ1和λn的光頻譜帶中的傳播波長，其中λ1和λn分別是所述一組中的最長和最短波長；以及從波長λ1與λn之間的波長λk恢復(fù)所述時鐘信號，以使τg(λk)ZR＝kT；其特征還在于在所述發(fā)射機(jī)與所述光調(diào)制器之間或兩個相鄰調(diào)制器之間的一定距離ZR處，實(shí)現(xiàn)所述的再生，其中所述的距離ZR是被選出的，以使其所得值在乘以到達(dá)時間之差δτg＝τg(λn)-τg(λ1)時，滿足以下條件[kT-T/4]＜δτgZR＜[kT+T/4]其中k是整數(shù)而T是比特時間(ZR以km計，而δτg以ps·km-1計)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的距離ZR是被選出的，以使所得到的值在乘以群時間差δτg＝τg(λn)-τg(λ1)時，滿足以下條件[kT-T/N]＜δτgZR＜[kT+T/N]這里N＞4。
3.一種對傳播于發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間光纖上的光信號進(jìn)行共線再生的方法，所述信號是用孤子表示的比特流形式的，該孤子的特征尤其在于傳播波長和比特率，本方法包括以下步驟放大所述要被再生的光信號，以補(bǔ)償可能的損耗；通過耦聯(lián)到所述光纖上的光耦合器，取出一部分要被再生的光信號；從所述的取出的部分中恢復(fù)所述比特流的時鐘信號；通過適當(dāng)?shù)南嘁?，把所述時鐘信號加到光調(diào)制器上，以同步調(diào)制所述要被再生的光信號；以及在所述同步調(diào)制之后，對所述要被再生的光信號孤子進(jìn)行光譜濾波；本方法的特征在于所述孤子的特征是，一組m個傳播波長是從n個位于端點(diǎn)為λ1和λn的光頻譜帶中的波長λ1，λ2，…，λn中選出的，其中λ1和λn分別是所述一組中的最長和最短波長；從波長λ1與λn之間的波長λk恢復(fù)所述時鐘信號，以使τg(λk)ZR＝kT；其特征還在于在所述發(fā)射機(jī)與所述光調(diào)制器之間或兩個相鄰的調(diào)制器之間的一定距離ZR處，實(shí)現(xiàn)所述的再生，其中λj-λj-1＝Δλ，j＞0，j是整數(shù)，且當(dāng)D′0≠0時，λ1-λ0=Δλ2=(Tbit4ZRD0′)1/2]]>這里λ0是零色散波長，而D′0＝0(D＝常數(shù))時Δλ＝Tbit/ZRD。
4.根據(jù)前述任意一個權(quán)利要求的方法，其特征在于所述光纖包含多個光纖段，每個段的特征一部分在于其長度和色散值，所述的方法還包括控制所述光纖段的色散。
5.一種用于傳輸以孤子表示的比特流形式的光信號的光傳輸系統(tǒng)，該孤子的特征尤其在于傳播波長和比特率，所述的系統(tǒng)包含至少一個發(fā)射機(jī)和一個接收機(jī)以及一個將它們互相連接起來的光纖；所述的系統(tǒng)還包含至少一個含有時鐘恢復(fù)電路的光再生器裝置，和一個與光譜濾波器連在一起的光調(diào)制器；所述的系統(tǒng)其特征在于所述的發(fā)射機(jī)在一組位于端點(diǎn)為λ1和λn的光頻譜帶中的傳播波長處發(fā)送孤子，其中λ1和λn分別是所述一組中的最長和最短波長；所述不同的波長對應(yīng)于各個不同的群傳播時間τg(λ1)，τg(λn)，所述的群傳播時間的特征在于群傳播時間差δτg＝τg(λn)-τg(λ1)；而且系統(tǒng)的特征還在于所述的光再生器裝置被置于所述發(fā)射機(jī)與所述光調(diào)制器之間，或兩個相鄰調(diào)制器之間一定距離ZR處，所述的距離ZR是被選出的，以使其所得值在乘以群傳播時間差δτg＝τg(λn)-τg(λ1)時，滿足條件[kT-T/4]＜δτgZR＜[kT+T/4]這里k是整數(shù)，而T是比特時間(ZR以km計，而δτg以ps·km-1計)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征在于所述距離是ZR選出的，以使其所得到的值在乘以群傳播時間差δτg＝τg(λn)-τg(λ1)時，滿足條件[kT-T/N]＜δτgZR＜[kT+T/N]這里N＞4。
7.一種用于傳輸以孤子表示的比特流形式的光信號的光傳輸系統(tǒng)，該孤子的特征尤其在于傳播波長和比特率，所述的系統(tǒng)包含至少一個發(fā)射機(jī)和一個接收機(jī)以及一個將它們互相連接起來的光纖；所述的系統(tǒng)還包含至少一個含有時鐘恢復(fù)電路的光再生器裝置，和一個與光譜濾波器連在一起的光調(diào)制器；所述的系統(tǒng)其特征在于所述的發(fā)射機(jī)在一組位于端點(diǎn)為λ1和λn的光頻譜帶中的傳播波長處發(fā)送孤子，其中λ1和λn分別是所述一組中的最長和最短波長；所述不同的波長對應(yīng)于各個不同的群傳播時間τg(λ1)，τg(λn)，所述的群傳播時間的特征在于群傳播時間差δτg＝τg(λn)-τg(λ1)；而且其特征在于所述的光再生器裝置被置于所述發(fā)射機(jī)與所述光調(diào)制器之間，或兩個相鄰調(diào)制器之間的一定距離ZR處；其特征還在于所述WDM系統(tǒng)采用一組m個WDM信道，這m個WDM信道是從n個分別有波長λ1，λ2，…，λn的信道(c1，……，cn)中選出的，其中λj-λj-1＝Δλ，j＞0，j是整數(shù)，且λ1-λ0=y(Tbit4ZRD0′)1/2]]>和Δλ＝x(λ1-λ0)這里λ0是零色散波長，而x=2M2N-M,y=2N-M2M]]>這里N＝xy2(x+2)/2，M＝x2y2，而且N，M是非零整數(shù)，2N＞M≥1。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其特征在于N＝M＝1，這里x＝2，y＝1/2，且當(dāng)D′0≠0時，λ1-λ0=Δλ2=(Tbit4ZRD0′)1/2]]>這里λ0是零色散波長，而當(dāng)D′0＝0(D＝常數(shù))時，Δλ＝Tbit/ZRD。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8任何一個的系統(tǒng)，其特征在于它包括有一組q個光纖段，每個光纖段的特征一部分在于其長度和色散值，而且本發(fā)明的系統(tǒng)進(jìn)一步包括對所述光纖段色散的控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于q趨于無窮大，每個光纖段的長度趨于無窮小，色散連續(xù)變化而有效色散采用積分計算。
11.根據(jù)前述任意一個權(quán)利要求的系統(tǒng)，其特征在于有效色散梯度為零D′0.eff＝0，且Δλ＝Tbit/ZRD。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其特征在于有效色散梯度實(shí)際為零D′＝0，且Δλ＝Tbit/ZRD。
13.用于產(chǎn)生孤子的裝置，它包括一個通過光耦合器與傳輸信道上孤子信號的比特率進(jìn)行同步的時鐘信號恢復(fù)電路RH；用于匹配相位φ的裝置，即一根光延遲線；以及一個受時鐘信號RF驅(qū)動的強(qiáng)度和/或相位調(diào)制器，所述的裝置其特征在于，它還包括一個光信道導(dǎo)向濾波器，該濾波器用于把多個波長處的孤子脈沖放入同一個時間位置。
全文摘要
本發(fā)明的目的是使光纖傳輸?shù)牟ǚ謴?fù)用(WDM)孤子能夠同步地再生。其方法是恢復(fù)WDM信號中的時鐘信號，并以該途徑恢復(fù)的時鐘速率同步調(diào)制孤子。該方法的特征在于把光調(diào)制器的位置選在發(fā)射機(jī)與第一調(diào)制器之間，或沿著光學(xué)鏈路相鄰各個調(diào)制器之間的一定距離處，以使不同波長的信號同步。本發(fā)明的裝置，通過用光調(diào)制器和時鐘恢復(fù)同步地調(diào)制所述孤子，并在調(diào)制器的輸出端進(jìn)行多信道濾波，能夠?qū)崿F(xiàn)共線再生孤子。
文檔編號H04B10/04GK1166736SQ9710103
公開日1997年12月3日 申請日期1997年1月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月23日
發(fā)明者馬努克爾·德蘇維樂, 約瑟·西思尼, 奧里沃·勒克樂 申請人:阿爾卡塔爾海底網(wǎng)絡(luò)公司