一种应用多波长双向泵浦高阶双向拉曼放大光纤通信传输系统及方法与流程

本发明涉及光纤通信领域，更具体地说，涉及用于多波长泵浦双向高阶拉曼光纤放大的光纤通信系统，尤其在超长跨距光纤通信系统。

背景技术：

随着光纤通信技术的发展，需要单跨距无电中继的光纤传输系统距离越来越长，传输速率越来越高。在这种情况下，一般采用双向拉曼放大器是最好的选择。双向拉曼光纤放大的光纤通信系统根据拉曼放大器的泵浦光的数量分为：一阶拉曼放大和高阶拉曼放大。其中，高阶拉曼放大因为采用了多个泵浦光，可以大大扩大需要被放大的信号光的增益谱，并根据各个泵浦光的功率的调配使得增益谱比较平坦，是目前光纤放大系统的主流方案。

但是，多波长泵浦高阶拉曼放大器中因为需要多泵浦光，每个泵浦光的光功率波动所带来的相对强度噪声都会传递给需要被放大的信号光，导致需要被放大的信号光的光信噪比大大降低，会引起被放大的信号噪声的恶化。而这个在长距离光纤通信系统中是不允许的，本发明专利通过优化波长和能量配置，降低信号光相对强度噪声。泵浦光到信号光的相对强度噪声(RIN)传递公式为：

前向泵浦：

后向泵浦：其中R_s和R_p分别是以dB/Hz单位的信号光和泵浦光的相对强度噪声，G_R是拉曼增益，v_s和v_p是信号光和泵浦光的群速度，α_s和α_p是信号光和泵浦光的损耗，是光纤的有效长度，L是光纤的长度，D是光纤的色散参数，Δλ是泵浦光和信号光的波长之差，f是泵浦光相对强度噪声的频率。可见，前向泵浦和后向泵浦的RIN都跟拉曼增益、泵浦光损耗系数、传输距离有关；前向泵浦拉曼放大的RIN还跟光纤色散、泵浦光和信号光的波长间距有关。

为了降低RIN噪声，延长传输距离，而且不降低拉曼放大的增益，本发明专利采用了增加信号光和泵浦光之间的群速度的差，增加泵浦光和需要放大的信号光之间的间距但是同时又不影响泵浦光放大的方法抑制RIN噪声的传递。

技术实现要素：

本发明提出了一种应用于多波长泵浦高阶双向拉曼放大的光纤通信传输方法及系统，

一种应用于多波长泵浦高阶双向拉曼放大的光纤通信传输方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，多波长泵浦高阶双向拉曼放大器包含前向泵浦模块和后向泵浦模块，两个模块中都具有多个波长的泵浦光，去掉前向泵浦模块和后向泵浦模块中波长距离需要放大的信号光波长最近的泵浦光；

步骤2，在高阶双向拉曼放大器前向泵浦模块的输出端后面接入一个反射型光纤光栅滤波器一,该反射型光纤光栅的反射中心波长与步骤1中被移除的泵浦光波长(λ_pN)一致，该反射型光纤光栅滤波器的3dB的反射带宽小于原来多个泵浦光之间的波长间距,中心波长处的反射率应大于70％；

步骤3，在高阶双向拉曼放大器的后向泵浦模块的输入端前面接入一个反射型光纤光栅滤波器(2),该反射型光纤光栅的反射中心波长与步骤(1)中被移除的泵浦光波长(λ_pN)一致，该光纤光栅的3dB反射带宽小于原来多个泵浦光之间的波长间距,中心波长处的反射率应大于70％；

步骤4，在高阶双向拉曼放大器中剩下的泵浦光的光功率需要重新调整功率配置，具体的调整根据实际传输系统来决定。

在上述的一种应用于多波长泵浦高阶双向拉曼放大的光纤通信传输方法，所述步骤3中，在高阶双向拉曼放大器的前向泵浦模块的输出端之后插入的反射型光纤光栅滤波器(1)该反射型光纤光栅的反射中心波长与移除的泵浦光波长(λ_pN)一致，该反射型光纤光栅滤波器的3dB反射带宽小于原来多个泵浦光之间的波长间距,中心波长处的反射率应大于70％，

在上述的一种应用于多波长泵浦高阶双向拉曼放大的光纤通信传输方法，所述步骤3中，泵浦光波长包括1420nm、1440nm、1460nm、1480nm和1500nm，信号光为1550nm，则反射型光纤光栅1反射的中心波长为1500nm，3dB带宽小于20nm。

在上述的一种应用于多波长泵浦高阶双向拉曼放大的光纤通信传输方法，所述步骤3中，在后向拉曼放大器的输入端接入一个反射型光纤光栅滤波器二，光纤光栅的反射中心波长与移除的泵浦光波长(λ_pN)一致，3dB反射带宽小于原来多个泵浦光之间的波长间距，中心波长处的反射率应大于70％。

在上述的一种应用于多波长泵浦高阶双向拉曼放大的光纤通信传输方法，高阶双向拉曼放大器前向泵浦模块中，按照步骤1去掉前向泵浦模块和后向泵浦模块中波长距离信号光最近的泵浦光后，剩下的泵浦光的光功率需要重新调整，具体的调整根据实际传输系统中信号光需要的增益来决定，增加剩余泵浦光的功率，保持信号光的增益不变。

一种应用于多波长双向泵浦高阶双向拉曼放大光纤通信传输系统，其特征在于，在多波长泵浦高阶拉曼放大器中，去掉距离需要放大的信号光波长最近的泵浦光，如：高阶拉曼放大器的多个泵浦光波长分别为1420nm、1440nm、1460nm、1480nm和1500nm，需要被放大的信号光为1550nm，则移除的是1500nm的泵浦光。该系统包括：

反射型光纤光栅滤波器一反射型光纤光栅滤波器二依次连接的：

信号发射器：用于发射光谱信号；

拉曼放大器前向泵浦模块：用于向传输链路中注入前向拉曼泵浦光；

反射型光纤光栅滤波器一：设置在高阶双向拉曼放大器前向泵浦模块的输出端后端，用于反射后向传输的自发拉曼散射光，利用这部分反射光进一步放大信号光，提高能量利用效率；

传输光纤：用于光信号的传输；

反射型光纤光栅滤波器二：设置在在高阶双向拉曼放大器的后向泵浦模块的输入端前端，用于反射前向传输的自发拉曼散射光，利用这部分反射光进一步放大信号光，提高能量利用效率；

拉曼放大器后向泵浦模块：用于向传输链路中注入后向拉曼泵浦光；

信号接收机：用于接收光信号，还原传输数据。

在上述的一种应用多波长双向泵浦高阶双向拉曼放大光纤通信传输系统，反射型光纤光栅1的反射中心波长与步骤1中被移除的泵浦光波长(λ_pN)一致，该反射型光纤光栅滤波器的3dB的反射带宽小于原来多个泵浦光之间的波长间距,中心波长处的反射率应大于70％。

在上述的一种应用多波长双向泵浦高阶双向拉曼放大光纤通信传输系统，反射型光纤光栅2的反射中心波长与步骤1中被移除的泵浦光波长(λ_pN)一致，该反射型光纤光栅滤波器的3dB的反射带宽小于原来多个泵浦光之间的波长间距,中心波长处的反射率应大于70％；

本发明通过移除与信号光波长间距最小的泵浦光，增加了泵浦光和信号光之间的走离，可以有效抑制信号光的相对强度噪声(RIN)；加入两个反射型光纤光栅滤波器可以利用泵浦光通过拉曼散射产生的波长在λ_pN附近的光对信号进行放大，提高能量利用效率。

本发明专利具有以下优点：1，减少了一个泵浦光，提高能量利用效率；2，泵浦光和信号光之间的波长间距增加，抑制相对强度噪声(RIN)；3，多波长泵浦可以在比较宽的频谱范围内获得平坦的增益；4，抑制二次瑞利散射噪声，从而提高放大器的噪声性能

附图说明

图1为整个系统框图。

图2为双向高阶拉曼的泵浦光的光谱图。

图3为双向高阶拉曼放大器前向泵浦模块后插入的反射型光纤光栅1与系统的连接图(λ_pN为与信号光波长间距最小的泵浦光波长，虚线表示已移除，反射光纤光栅1的中心波长为λ_pN)。

图4为双向高阶拉曼放大器后向泵浦模块前插入的反射型光纤光栅2与系统的连接图(λ_pN为与信号光波长间距最小的泵浦光波长，虚线表示已移除，反射型光纤光栅2的中心波长为λ_pN。)。

图5为前向泵浦拉曼放大器后插入的反射型光纤光栅1端口示意图(在λ_pN附近的拉曼散射光的进入端口2被反射回传输光纤；信号光和拉曼放大器的前向泵浦光进入端口1透射到端口2)。

图6为后向泵浦拉曼放大器之前插入的反射型光纤光栅2端口示意图(在λ_pN附近的拉曼散射光的进入端口1被反射回传输光纤；需要被放大的信号光进入端口1透射到端口2；拉曼放大器后向泵浦光进入端口2透射到端口1)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

一、具体地，如图1所示是系统框图，包括以下几个步骤：

1、在信号发射机中，数据被加载到光波上，信号光可以是单波长的，也可以是多波长的，例如信号发射机可采用光迅科技RTXM298-301收发模块中的发射端口发射载波为1550nm，格式为NRZ-DPSK的40G光信号；

2、信号光经过拉曼放大器的前向泵浦模块，前向泵浦光和信号光耦合到同一根光纤中。前向泵浦光中移除了与信号光波长间距最小的光，比如Nu-Wave Optima^TM SE24拉曼泵浦模块可以提供1400nm到1500nm的7个泵浦光，我们移除1500nm的泵浦光，只保留1400nm到1480nm的6个泵浦光。

3、信号光和前向泵浦光透射过反射型光纤光栅1，反射型光纤光栅的中心波长根据泵浦光波长确定，对应2里面的条件，反射型光纤光栅1可选用上海昊量光电设备有限公司的AUT.FBG.S.0.03系列产品，反射中心波长为1500nm，3dB带宽为1nm，中心波长反射率大于70％。

4、信号光和泵浦光透射过反射型光纤光栅1进入传输光纤，传输光纤可以选用标准单模光纤，如SMF-28e；也可选用超低损耗光纤，如EX2000。

5、在拉曼散射的作用下，泵浦光传输中对信号光进行放大，同时会在1500nm附近产生散射光，散射光被反射型光纤光栅2反射回传输光纤反向传输，可以再次对信号光进行放大，而且这部分光相当于是后向泵浦光，虽然波长离信号光很近，但不会引起RIN的劣化；反射型光纤光栅2可选用上海昊量光电设备有限公司的AUT.FBG.S.0.03系列产品，反射中心波长为1500nm，3dB带宽为1nm，中心波长反射率大于70％。

6、与前向泵浦类似，拉曼放大器的后向泵浦模块也采用Nu-Wave Optima^TM SE24，并移除1500nm的泵浦光；后向泵浦光透射过反射型光纤光栅2进入传输光纤中，在受激拉曼散射作用下对信号光放大，并且在1500nm附近产生拉曼散射光；这部分散射光会被反射型光纤光栅1反射回传输光纤中，再对信号光进行放大；这部分光相当于是前向泵浦光，且波长距离信号光很近，但是由于散射光后向传输中积累了很大的色散，因此其引起的RIN劣化也很小。

7、信号光经过拉曼放大器后向泵浦模块中的解波分复用器到达信号接收机，可以将信号光接入光迅科技RTXM298-301收发模块中的接收端口，将信号光上的数据还原出来。

二、下面是采用上述方法的系统结构，在多波长泵浦高阶拉曼放大器中，去掉距离需要放大的信号光波长最近的泵浦光，如：高阶拉曼放大器的多个泵浦光波长分别为1420nm、1440nm、1460nm、1480nm和1500nm，需要被放大的信号光为1550nm，则移除的是1500nm的泵浦光。该系统包括：

反射型光纤光栅滤波器一反射型光纤光栅滤波器二依次连接的：

信号发射器：用于发射光谱信号；

拉曼放大器前向泵浦模块：用于向传输链路中注入前向拉曼泵浦光；

反射型光纤光栅滤波器一：设置在高阶双向拉曼放大器前向泵浦模块的输出端后端，用于反射后向传输的自发拉曼散射光，利用这部分反射光进一步放大信号光，提高能量利用效率；

传输光纤：用于光信号的传输；

反射型光纤光栅滤波器二：设置在在高阶双向拉曼放大器的后向泵浦模块的输入端前端，用于反射前向传输的自发拉曼散射光，利用这部分反射光进一步放大信号光，提高能量利用效率；

拉曼放大器后向泵浦模块：用于向传输链路中注入后向拉曼泵浦光；

信号接收机：用于接收光信号，还原传输数据。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。