专利名称：一种抑制自相位调制(spm)的方法
技术领域：
本发明涉及光信号长距离传输技术，具体是用于长距离传输系统的一种抑制自相位调制(SPM)频谱展宽的方法。
图1是一种典型的G655光纤长距离级连传输系统图。从图1中我们可以看到，32路10G信号经过合波器后合成到一路光纤中，然后经过EDFA(掺铒光纤放大器)放大到一定光功率以后输入至长途光纤中进行传输，并且在每经过70-100km光纤进行一次光中继放大，并根据需要每隔一级或几级光中继进行色散补偿，最后传输到接收端用分波器分成32路10G信号光。在G655光纤传输系统中由于G655光纤色散较小，为了节省成本一般如图1所示每4级光中继进行一次集中色散补偿。
为了传输更远距离，自然希望增加信号的入纤功率，而信号功率增大，会产生严重的非线性效应。在2.5G以上SDH长距离级连传输系统中，当信号光功率超过一定域值以后产生SPM(自相位调制)效应，导致光信号频谱展宽和系统接收性能恶化。其中SPM(自相位调制)效应在光脉冲上升沿产生负啁啾、在下降沿产生正啁啾，如图2所示，导致光信号频谱展宽，并通过色散严重影响系统性能。SPM效应主要与光脉冲峰值功率、上下沿时间以及上下沿斜率相关。光脉冲峰值功率越强、上下沿时间越长、上下沿斜率越大，SPM效应越强。如果没有色散作用，SPM效应仅仅影响光信号的相位变化，对于光脉冲强度没有影响。但是当色散存在时，则会将SPM响应导致的相位变化转化为光脉冲的强度变化，从而影响系统性能，色散越大，这种相位噪声向强度噪声的转换越强，对系统恶化越严重。
目前，解决此问题的方案主要是降低入纤功率，通过减小入纤功率抑制SPM效应的产生，最终改善系统性能。这种方案实现简单，但存在以下缺陷1.对于单波或少量几波波分复用长距离传输系统，此技术牺牲了传输距离。
2.对于多波长波分复用长距离级连传输系统，此系统提高了对系统功率平坦度的要求。
本发明是这样实现的用于长距离传输系统的抑制自相位调制(SPM)的方法，基于含合波器、光纤放大器、多段长途光纤以及连接在相邻两段长途光纤之间的光中继站的系统，其特征在于包括以下步骤在长距离级连传输过程中，采用不同的色散补偿模块，分散进行色散补偿。在每一级光中继站中进行色散补偿和光中继放大，调整光脉冲形状，减小其上下沿时间，增加功率平坦区时间，使它接近入纤前的光脉冲形状，以抑制自相位调制效应。
一种用于长距离传输系统的光中继站，包括光纤放大器和衰减器，其特征在于还设有一个色散补偿模块(DCM)。
本发明方法主要通过合理地管理整个光纤通信系统的色散分布，分散进行色散补偿，调整信号光脉冲的形状，使其尽量接近入纤前的光脉冲形状，从而抑制SPM效应的产生和影响，大大降低它造成的频谱展宽程度以及系统性能的恶化程度，使系统性能达到相关标准的要求。
本发明充分拓展了单波(或少量几波波分复用)长距离传输系统的传输距离，降低了对多波长波分复用长距离级连传输系统系统功率平坦度的要求，使系统成本降低。
本发明经过仿真、模拟，实验，以及实际传输系统的应用试验，经实践，可靠可行。
图1所示传统的光纤长距离级连传输系统如上文所述，此处不再赘述。
图2为高斯函数和高阶高斯函数的波形及其产生的啁啾SPM效应。从图2可以知道，光脉冲的形状严重影响SPM效应的强度，而色散作用是导致脉冲形状发生改变的主要原因。而且SPM效应本身并不直接影响系统接收性能，而是通过色散起作用的。也就是说色散同时影响SPM效应产生的相位噪声强度以及相位噪声向强度噪声的转化强度，因而对色散进行有效的科学管理是十分重要的。本发明科学色散管理主要体现在色散补偿模块上，即针对传输链路上光钎的色散、传输距离以及光信号脉冲的各种参数选择不同的色散补偿模块，用于相应的光中继站中。
图3演示了色散对光信号脉冲形状的影响。如图3a所示，入纤前光脉冲功率平坦区很宽，上升沿和下降沿所占比例较小，光脉冲峰值功率较低。而经过50kmG655光纤以后的光脉冲(见图3b)由于受到色散的影响，脉冲功率平坦区变窄，峰值功率增加，上升沿和下降沿所占时间较大，而且上升沿和下降沿的斜率与无色散作用脉冲相比并没有降低。因而SPM效应在脉冲经过一定的色散积累后对脉冲的影响会加强。
下面以无初始啁啾光脉冲为例说明色散如何影响SPM效应。光脉冲在G652或者G655光纤中传输一段距离以后，在色散作用下高频分量传输快、低频分量传输慢，导致频谱展宽，上升沿和下降沿时间变长，脉冲平坦部分占整个脉冲时间比例变小。在经过光中继放大后，脉冲峰值功率变高，而上升沿和下降沿的斜率并没有下降，如图3b中经过50kmG655光纤传输后的脉冲形状。这样在进入下一段光纤传输时SPM效应比无色散积累的脉冲强很多。如果在光中继放大时同时进行色散补偿，将脉冲形状补偿至如图3a入纤前脉冲形状，则可以很好地抑制SPM效应。
图4为对原有系统改进后的典型系统结构图。多路信号经过合波器合成一路，经衰减器输入到掺铒光纤放大器进行放大，然后输入到长距离光纤中进行传输。长途光纤分多段，在相邻两段长途光纤之间连接一级光中继站。
光中继站包括掺铒光纤放大器(EDFA)、衰减器和一个色散补偿模块(DCM)。所述色散补偿模块是根据传输链路上光钎的色散、传输距离以及光信号脉冲的各种参数选择的。图4所示每一个光中继站包括两个掺铒光纤放大器(EDFA)、两个衰减器以及一个色散补偿模块(DCM)，第一掺铒光纤放大器输入端接一个衰减器，另一个衰减器和色散补偿模块接于第一掺铒光纤放大器输出端与第二掺铒光纤放大器输入端之间。
通常，在实际系统中相邻光中继站之间光纤的距离差别较大，为了节约成本大多采用类似图1所示的集中补偿方式，但是这种方式限制了各个信号波长的单波入纤功率。本发明在长距离级连传输过程中，采用不同的色散补偿模块，分散进行色散补偿。如图4采用在每一级光中继站均进行色散补偿的方式，并且根据10G光源的啁啾状况在信号输入到每一段光纤前均将脉冲调整到近似图3所示入纤前脉冲形状，这样大大抑制了SPM效应的影响，减小了对每段光纤的入纤单波功率的限制，对于DWDM系统来说则减小了对功率均衡能力的要求。其它如XPM效应等非线性效应也受到光脉冲形状的影响，通过综合考虑多种非线性效应，调整级连系统每段光纤输入脉冲的形状，可以对SPM效应、XPM效应等非线性效应有很好的抑制作用。
图5和图6分别为图1和图4传输系统在不考虑光脉冲啁啾等因素时简化的色散分布图，通过比较图5和图6就可以得到集中补偿和分散补偿的区别。如图5所示，由于图1系统中每4个光中继进行一次色散补偿，在进行色散补偿前色散值不断累积，除第一、五段光纤外每段光纤入纤时信号都已经积累了一定的色散值，此时SPM效应较为严重。而从图6所示色散分布图可以看出，每段光纤入纤时色散累积量几乎为零，此时SPM效应较弱。如果考虑脉冲啁啾等因素，则每段光纤入纤时的色散累积值不再是越小越好，而是需要保持一个合适的值，这就存在科学管理色散分布的问题，也就是通过调整色散补偿，使得信号光在输入各段光纤时脉冲形状调整到类似图3a所示的入纤前状态。
在每一个光中继站进行色散补偿，使光脉冲进入长距离光纤进行传输时色散值最小，这样降低SPM效应强度，减小SPM效应对脉冲畸变作用的积累，从而抑制了光信号频谱展宽和系统性能恶化。此例是以无初始啁啾脉冲为例，对于有初始啁啾脉冲，仍然采用分散色散补偿方案，但色散补偿量需要根据初始啁啾情况进行调整。
权利要求
1.用于长距离传输系统的抑制自相位调制(SPM)的方法，基于含合波器、光纤放大器、多段长途光纤、以及连接在相邻两段长途光纤之间的光中继站的系统，其特征在于包括如下步骤在长距离级连传输过程中，采用不同的色散补偿模块，分散进行色散补偿。
2.根据权利要求1所述抑制自相位调制(SPM)的方法，其特征在于在长距离级连传输过程中，在每一级光中继站中进行色散补偿和光中继放大，调整光脉冲形状，以抑制自相位调制效应。
3.根据权利要求1所述抑制自相位调制(SPM)的方法，其特征在于所述色散补偿模块是根据传输链路上光钎的色散、传输距离以及光信号脉冲的各种参数选择的。
4.一种用于长距离传输系统的光中继站，包括光纤放大器和衰减器，其特征在于设有一个色散补偿模块(DCM)。
5.根据权利要求4所述用于长距离传输系统的光中继站，其特征在于所述的色散补偿模块和一个衰减器接于第一光纤放大器输出端与第二光纤放大器输入端之间。
全文摘要
一种抑制自相位调制(SPM)的方法，基于含合波器、光纤放大器、多段长途光纤、及连接在相邻两段长途光纤之间光中继站的传输系统，其特征是在长距离级连传输过程中，采用不同的色散补偿模块，分散进行色散补偿，调整光脉冲形状，使其尽量接近入纤前的光脉冲形状。其通过合理管理系统色散分布，调整光脉冲的形状，从而抑制SPM效应的产生和影响，大大降低了它造成的频谱展宽程度以及系统性能的恶化程度，降低了对传输系统系统功率平坦度的要求，使传输距离充分拓展。
文档编号H04B10/12GK1463090SQ0212055
公开日2003年12月24日 申请日期2002年5月30日 优先权日2002年5月30日
发明者申安乐, 封君, 马先 申请人:华为技术有限公司