应用于超长跨光纤通信的传输方法及系统与流程

本发明涉及一种光纤通信技术领域，是一种应用于超长跨光纤通信的传输方法及系统。

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，一般的传输结构采用前向一阶拉曼光直接放大，经一端传输光纤后被光纤放大器集中式放大，再经过一端传输光纤经由第二个光纤放大器集中式放大，最后由后向一阶拉曼光直接放大。其中，一阶拉曼放大所采用的泵浦光的波长和信号光的波长差值在100nm左右(约13.2THz)。由于信号在光纤中接受拉曼泵浦光放大是会受到泵浦光引入的自发辐射噪声以及泵浦光功率不稳定而引起的相对强度噪声的影响，这导致到达接收机的信号出现畸变，引起解码结果的误码率上升，这在光纤通信系统中是不期望出现的。

技术实现要素：

本发明提供了一种应用于超长跨光纤通信的传输方法及系统，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有应用于超长跨光纤通信的传输系统存在前端传输链路中拉曼泵浦光引入的噪声对信号产生影响，造成到达接收机的信号出现畸变的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种应用于超长跨光纤通信的传输方法，包括以下步骤：

第一步：信号发射机发射信号光至前端拉曼放大模块，之后进入第二步；

第二步：信号光在前端拉曼放大模块中的传输过程如下：

(1)前端拉曼放大模块包括第一前向拉曼泵浦结构、第一传输光纤和第一后向拉曼泵浦结构，第一前向拉曼泵浦结构提供与信号功率传输方向相同的前向二阶拉曼泵浦光，信号光和前向二阶拉曼泵浦光耦合到第一传输光纤中进行传输；

(2)在第一后向拉曼泵浦结构中的波分复用器的前侧放置第一反射器件，在第一反射器件的作用下，反射后向二阶拉曼泵浦光并通过自发拉曼散射、受激拉曼散射以及第一传输光纤中的瑞利背向散射产生后向一阶拉曼泵浦光；

(3)后向一阶拉曼泵浦光被反射回第一传输光纤中后向传输，后向传输的后向一阶拉曼泵浦光被后向二阶拉曼泵浦光进行放大，为信号提供直接拉曼增益，信号光则通过第一后向拉曼放大结构，之后进入第三步；

第三步：信号光经过第二传输光纤进入中部放大器模块，信号光在中部放大器模块中的传输过程如下：

(1)中部放大器模块包括第一光纤放大器和第二光纤放大器，信号光进入第一光纤放大器，经第一光纤放大器放大后，通过第三传输光纤传输至第二光纤放大器；

(2)信号光经第二光纤放大器放大后，通过第四传输光纤传输至后端拉曼放大模块，之后进入第四步；

第四步：信号光在后端拉曼放大模块中的传输过程如下：

(1)后端拉曼放大结构包括第二前向拉曼泵浦结构、第五传输光纤和第二后向拉曼泵浦结构，第二前向拉曼泵浦结构提供与信号功率传输方向相同的前向二阶拉曼泵浦光，信号光和前向二阶拉曼泵浦光耦合到第五传输光纤中进行传输；

(2)在第二后向拉曼泵浦结构中的波分复用器的前侧放置第二反射器件，在第二反射器件的作用下，反射后向二阶拉曼泵浦光并通过自发拉曼散射、受激拉曼散射以及第五传输光纤中的瑞利背向散射产生后向一阶拉曼泵浦光；

(3)后向一阶拉曼泵浦光被反射回第五传输光纤中后向传输，后向传输的后向一阶拉曼泵浦光会被后向二阶拉曼泵浦光进行放大，为信号提供直接拉曼增益，信号光则通过第二后向拉曼放大结构，之后进入第五步；

第五步：信号光从第二后向拉曼放大结构中输出到达信号接收机，将信号光上的数据进行还原。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述第二步中前端拉曼放大模块提供二阶拉曼泵浦光，前向二阶拉曼泵浦光的波长为后向二阶拉曼泵浦光的波长为其中i＝1、2、…、n，前向二阶拉曼泵浦光、后向二阶拉曼泵浦光的波长与信号光波长的差值均为160nm至200nm；第一反射器件的中心反射波长为其中j＝1、2、…、n，第一反射器件中心反射波长与信号光波长的差值为90nm至110nm，第一反射器件中心反射波长处的反射率高于90％。

上述第四步中后端拉曼放大模块提供二阶拉曼泵浦光，前向二阶拉曼泵浦光的波长为后向二阶拉曼泵浦光的波长为其中i＝1、2、…、n，前向二阶拉曼泵浦光、后向二阶拉曼泵浦光的波长与信号光波长的差值均为160nm至200nm；第二反射器件的中心反射波长为其中j＝1、2、…、n，第二反射器件中心反射波长与信号光波长的差值为90nm至110nm，第二反射器件中心反射波长处的反射率高于90％。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种应用于超长跨光纤通信的传输系统，包括信号发射器、前端拉曼放大模块、第二传输光纤、中部放大器模块、第四传输光纤和后端拉曼放大模块；前端拉曼放大模块包括第一前向拉曼泵浦结构、第一传输光纤和第一后向拉曼泵浦结构，第一后向拉曼泵浦结构包括第一反射器件和波分复用器；中部放大器模块包括第一光纤放大器、第三传输光纤和第二光纤放大器；后端拉曼放大模块包括第二前向拉曼泵浦结构、第五传输光纤和第二后向拉曼泵浦结构，第二后向拉曼泵浦结构包括第二反射器件和波分复用器；

信号发射器：用于发射光谱信号；

第一前向拉曼泵浦结构:用于提供前端拉曼放大模块中的前向二阶拉曼泵浦光，为产生的后向一阶拉曼泵浦光提供增益；

第一传输光纤：用于信号光和泵浦光的传输，为前端拉曼放大模块中后向一阶拉曼泵浦光的产生提供瑞利背向散射；

第一后向拉曼泵浦结构：用于提供产生后向一阶拉曼泵浦光时需要的反射型反馈；

第一反射器件：设置在第一后向拉曼泵浦结构中波分复用器的前侧，用于反射后向二阶拉曼泵浦光，并通过自发拉曼散射、受激拉曼散射以及第一传输光纤中的瑞利背向散射产生后向一阶拉曼泵浦光；

第二传输光纤：用于信号光的传输；

第一光纤放大器：用于为信号光提供集中式的增益；

第三传输光纤：用于信号光的传输；

第二光纤放大器：用于为信号光提供集中式的增益；

第四传输光纤：用于信号光的传输；

第二前向拉曼泵浦结构:用于提供后端拉曼放大模块中的前向二阶拉曼泵浦光,为产生的后向一阶拉曼泵浦光提供增益；

第五传输光纤：用于信号光和泵浦光的传输，为后端拉曼放大模块中后向一阶拉曼泵浦光的形成提供瑞利背向散射；

第二后向拉曼泵浦结构：用于提供产生后向一阶拉曼泵浦光时需要的反射型反馈；

第二反射器件：设置在第二后向拉曼泵浦结构中波分复用器的前侧，用于反射后向二阶拉曼泵浦光，并通过自发拉曼散射、受激拉曼散射以及第五传输光纤中的瑞利背向散射产生后向一阶拉曼泵浦光；

信号接收机：用于接收光信号，还原传输数据。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述前端拉曼放大模块和后端拉曼放大模块均不含有后向一阶拉曼泵浦源，前端拉曼放大模块中通过后向二阶拉曼泵浦光与第一反射器件及第一传输光纤中的瑞丽背向散射效应相作用产生后向一阶拉曼泵浦光，第一反射器件的中心反射波长为其中i＝1、2、…、n；后端拉曼放大模块中通过后向二阶拉曼泵浦光与第二反射器件及第五传输光纤中的瑞丽背向散射效应相作用产生后向一阶拉曼泵浦光，第二反射器件的中心反射波长为其中j＝1、2、…、n。

本发明利用二阶拉曼泵浦光与反射器件和传输光纤中的瑞利散射形成的反馈作用，产生后向一阶拉曼泵浦光，间接为信号提供增益，抑制了泵浦源所带来的自发辐射噪声和相对强度噪声，降低了信号发射机后的前端传输链路中拉曼泵浦光引入的噪声对信号的影响，降低了信号接收机前的后端传输链路中拉曼泵浦光引入的噪声对信号的影响，降低了接收端信号的误码率，延长了单跨传输的距离。

附图说明

附图1为本发明的结构框图。

附图2为本发明的第一前向拉曼泵浦结构和第二前向拉曼泵浦结构的结构图。

附图3为本发明的第一后向拉曼泵浦结构和第二后向拉曼泵浦结构的结构图。

附图4为本发明的第一反射器件和第二反射器件的结构图。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

实施例1：如附图1、2、3、4所示，该应用于超长跨光纤通信的传输方法，包括以下步骤：

第一步：信号发射机发射信号光至前端拉曼放大模块，之后进入第二步；

第二步：信号光在前端拉曼放大模块中的传输过程如下：

(1)前端拉曼放大模块包括第一前向拉曼泵浦结构、第一传输光纤和第一后向拉曼泵浦结构，第一前向拉曼泵浦结构提供与信号功率传输方向相同的前向二阶拉曼泵浦光，信号光和前向二阶拉曼泵浦光耦合到第一传输光纤中进行传输；

(2)在第一后向拉曼泵浦结构中的波分复用器的前侧放置第一反射器件，在第一反射器件的作用下，反射后向二阶拉曼泵浦光并通过自发拉曼散射、受激拉曼散射以及第一传输光纤中的瑞利背向散射产生后向一阶拉曼泵浦光；

(3)后向一阶拉曼泵浦光被反射回第一传输光纤中后向传输，后向传输的后向一阶拉曼泵浦光被后向二阶拉曼泵浦光进行放大，为信号提供直接拉曼增益，信号光则通过第一后向拉曼放大结构，之后进入第三步；

第三步：信号光经过第二传输光纤进入中部放大器模块，信号光在中部放大器模块中的传输过程如下：

(1)中部放大器模块包括第一光纤放大器和第二光纤放大器，信号光进入第一光纤放大器，经第一光纤放大器放大后，通过第三传输光纤传输至第二光纤放大器；

(2)信号光经第二光纤放大器放大后，通过第四传输光纤传输至后端拉曼放大模块，之后进入第四步；

第四步：信号光在后端拉曼放大模块中的传输过程如下：

(1)后端拉曼放大结构包括第二前向拉曼泵浦结构、第五传输光纤和第二后向拉曼泵浦结构，第二前向拉曼泵浦结构提供与信号功率传输方向相同的前向二阶拉曼泵浦光，信号光和前向二阶拉曼泵浦光耦合到第五传输光纤中进行传输；

(2)在第二后向拉曼泵浦结构中的波分复用器的前侧放置第二反射器件，在第二反射器件的作用下，反射后向二阶拉曼泵浦光并通过自发拉曼散射、受激拉曼散射以及第五传输光纤中的瑞利背向散射产生后向一阶拉曼泵浦光；

(3)后向一阶拉曼泵浦光被反射回第五传输光纤中后向传输，后向传输的后向一阶拉曼泵浦光会被后向二阶拉曼泵浦光进行放大，为信号提供直接拉曼增益，信号光则通过第二后向拉曼放大结构，之后进入第五步；

第五步：信号光从第二后向拉曼放大结构中输出到达信号接收机，将信号光上的数据进行还原。

这里第二步的第(3)步中信号光可以近乎全透的通过第一后向拉曼放大结构，后向一阶拉曼泵浦光近乎全部被反射回第一传输光纤中进行后向传输；第二步中，在前端拉曼放大模块内后向二阶拉曼泵浦光的功率必须保证后向二阶拉曼泵浦光能通过第一反射器件与第一传输光纤中的瑞利散射作用形成的反馈结构，产生高功率的后向一阶拉曼泵浦光，为信号提供拉曼增益。

这里第四步的第(3)步中信号光可以近乎全透的通过第二后向拉曼放大结构，后向一阶拉曼泵浦光近乎全部被反射回第五传输光纤中进行后向传输。第四步中，在后端拉曼放大模块内后向二阶拉曼泵浦光的功率必须保证后向二阶拉曼泵浦光能通过第二反射器件与第五传输光纤中的瑞利散射作用形成的反馈结构，产生高功率的后向一阶拉曼泵浦光，为信号提供拉曼增益。

这里前端拉曼放大模块、后端拉曼放大模块中的前向二阶拉曼泵浦光的功率、后向二阶拉曼泵浦光的功率、第一反射器件的中心反射波长、第二反射器件的中心反射波长、第一传输光纤的长度、第五传输光纤的长度、中部放大器模块中的放大器功率、第三传输光纤的长度、第二传输光纤的长度和第四传输光纤的长度均可以进行调整，具体的调整值根据具体的传输系统的参数和要求以及环境条件来决定。

本发明利用二阶拉曼泵浦光与反射器件和传输光纤中的瑞利散射形成的反馈作用，产生后向一阶拉曼泵浦光，间接为信号提供增益，抑制了泵浦源所带来的自发辐射噪声和相对强度噪声，降低了信号发射机后的前端传输链路中拉曼泵浦光引入的噪声对信号的影响，降低了信号接收机前的后端传输链路中拉曼泵浦光引入的噪声对信号的影响，降低了接收端信号的误码率，延长了单跨传输的距离。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

如附图1、2、3、4所示，第二步中前端拉曼放大模块提供二阶拉曼泵浦光，前向二阶拉曼泵浦光的波长为后向二阶拉曼泵浦光的波长为其中i＝1、2、…、n，前向二阶拉曼泵浦光、后向二阶拉曼泵浦光的波长与信号光波长的差值均为160nm至200nm；第一反射器件的中心反射波长为其中j＝1、2、…、n，第一反射器件中心反射波长与信号光波长的差值为90nm至110nm，第一反射器件中心反射波长处的反射率高于90％。这里二阶拉曼泵浦光的波长根据所需要的一阶拉曼泵浦光的波长进行对应的配置，并且前向二阶拉曼泵浦光、后向二阶拉曼泵浦光的波长与信号光波长的差值的典型值取均为184nm，第一反射器件中心反射波长与信号光波长的差值的典型值取为95nm。

如附图1、2、3、4所示，第四步中后端拉曼放大模块提供二阶拉曼泵浦光，前向二阶拉曼泵浦光的波长为后向二阶拉曼泵浦光的波长为其中i＝1、2、…、n，前向二阶拉曼泵浦光、后向二阶拉曼泵浦光的波长与信号光波长的差值均为160nm至200nm；第二反射器件的中心反射波长为其中j＝1、2、…、n，第二反射器件中心反射波长与信号光波长的差值为90nm至110nm，第二反射器件中心反射波长处的反射率高于90％。这里二阶拉曼泵浦光的波长根据所需要的一阶拉曼泵浦光的波长进行对应的配置，并且前向二阶拉曼泵浦光、后向二阶拉曼泵浦光的波长与信号光波长的差值的典型值取均为184nm，第一反射器件中心反射波长与信号光波长的差值的典型值取为95nm。

实施例2：如附图1、2、3、4所示，该应用于超长跨光纤通信的传输系统，包括信号发射器、前端拉曼放大模块、第二传输光纤、中部放大器模块、第四传输光纤和后端拉曼放大模块；前端拉曼放大模块包括第一前向拉曼泵浦结构、第一传输光纤和第一后向拉曼泵浦结构，第一后向拉曼泵浦结构包括第一反射器件和波分复用器；中部放大器模块包括第一光纤放大器、第三传输光纤和第二光纤放大器；后端拉曼放大模块包括第二前向拉曼泵浦结构、第五传输光纤和第二后向拉曼泵浦结构，第二后向拉曼泵浦结构包括第二反射器件和波分复用器；

信号发射器：用于发射光谱信号；

第一前向拉曼泵浦结构:用于提供前端拉曼放大模块中的前向二阶拉曼泵浦光，为产生的后向一阶拉曼泵浦光提供增益；

第一传输光纤：用于信号光和泵浦光的传输，为前端拉曼放大模块中后向一阶拉曼泵浦光的产生提供瑞利背向散射；

第一后向拉曼泵浦结构：用于提供产生后向一阶拉曼泵浦光时需要的反射型反馈；

第一反射器件：设置在第一后向拉曼泵浦结构中波分复用器的前侧，用于反射后向二阶拉曼泵浦光，并通过自发拉曼散射、受激拉曼散射以及第一传输光纤中的瑞利背向散射产生后向一阶拉曼泵浦光；

第二传输光纤：用于信号光的传输；

第一光纤放大器：用于为信号光提供集中式的增益；

第三传输光纤：用于信号光的传输；

第二光纤放大器：用于为信号光提供集中式的增益；

第四传输光纤：用于信号光的传输；

第二前向拉曼泵浦结构:用于提供后端拉曼放大模块中的前向二阶拉曼泵浦光,为产生的后向一阶拉曼泵浦光提供增益；

第五传输光纤：用于信号光和泵浦光的传输，为后端拉曼放大模块中后向一阶拉曼泵浦光的形成提供瑞利背向散射；

第二后向拉曼泵浦结构：用于提供产生后向一阶拉曼泵浦光时需要的反射型反馈；

第二反射器件：设置在第二后向拉曼泵浦结构中波分复用器的前侧，用于反射后向二阶拉曼泵浦光，并通过自发拉曼散射、受激拉曼散射以及第五传输光纤中的瑞利背向散射产生后向一阶拉曼泵浦光；

信号接收机：用于接收光信号，还原传输数据。

这里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；拉曼泵浦源可选取PYL-R and PYL-R2Series Raman Lasers拉曼泵浦模块，可以选用其中的1370nm的泵浦光作为前向二阶拉曼泵浦光；第一传输光纤、第二传输光纤、第三传输光纤、第四传输光纤和第五传输光纤均可选用标准单模光纤，如SMF-28e；也可选用超低损耗光纤，如EX2000；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中，将信号光上的数据还原出来。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

如附图1、2、3、4所示，前端拉曼放大模块和后端拉曼放大模块均不含有后向一阶拉曼泵浦源，前端拉曼放大模块中通过后向二阶拉曼泵浦光与第一反射器件及第一传输光纤中的瑞丽背向散射效应相作用产生后向一阶拉曼泵浦光，第一反射器件的中心反射波长为其中i＝1、2、…、n；后端拉曼放大模块中通过后向二阶拉曼泵浦光与第二反射器件及第五传输光纤中的瑞丽背向散射效应相作用产生后向一阶拉曼泵浦光，第二反射器件的中心反射波长为其中j＝1、2、…、n决定了所产生的后向一阶拉曼泵浦光的波长。

这里第一反射器件中心反射波长和第二反射器件中心反射波长的设置根据所需要放大的信号光的波端设置进行对应的配置，二阶拉曼泵浦光的波长根据所需要的一阶拉曼泵浦光的波长进行对应的配置。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。