一种可提高OSNR的DWDM远程泵浦系统的制作方法

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种可提高osnr的dwdm远程泵浦系统。

背景技术：

特高压电网作为智能电网建设的骨干网架，在电力系统中将发挥越来越重要的作用，而特高压电网具有覆盖范围广(多为跨区域电网)、传输距离长、输电容量大等特点，但其线路路径位置偏远，设置光中继站维护不便且成本较高，因此采用带有远程泵浦的超长站距光通信技术已成为跨大区电网联网的重要技术基础；伴随经济的飞跃发展，带动了城市群的兴起，在长江三角洲、珠江三角洲、环渤海湾等地都出现相邻间隔不大于350公里的城市群，城市群内部相邻城市之间的通信目前对带宽的需求越来越高，因此这些地区正在成为远程泵浦无中继传输的一个新的应用热点区域；由于在一些沼泽、沙漠、森林等无人区，中继站建设、维护费用高，所以这些地区也是远程泵浦无中继传输潜在的应用领域。

早期的电力系统主要是单波长长跨距系统，这样的长跨距系统在远程增益单元设计时并不用考虑增益平坦问题，目前随着大数据、视频会议对传输带宽的巨大需求，单波长通信系统已不能满足发展需要，多波长长跨距传输系统的设计与建设已迫在眉睫。目前，在多波长长跨距的密集型光波复用(densewavelengthdivisionmultiplexing，简写为dwdm)远程泵浦系统中，远程增益单元与前置放大器一般作为整体放大器考虑，为使整体放大器的增益尽量平坦，通常在远程增益单元中增加设置增益平坦滤波器(gainflatteningfilter，简写为gff)。虽然这样设置之后使得整体放大器的性能得到一定改善，然而，远程泵浦单元位于级联放大器的上游，其增益变化对整个放大器的总体噪声影响较大，gff的设置增大了远程增益单元的噪声指数，使得整个传输系统最后输出光的光信噪比(opticalsignalnoiseratio，简写为osnr)较低，存在一定误码率，系统健壮性较差；而且，远程增益单元通常都是放置在不方便施工的地方，内部设置器件越多，越不方便系统维护。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是：

目前的dwdm远程泵浦系统中，通常将增益平坦滤波器设置在远程增益单元中，虽然整体放大器的性能得到一定改善，但整体放大器的噪声较大，使得整个传输系统最后输出光的osnr较低，存在误码，系统健壮性较差，且不方便系统维护。

本发明通过如下技术方案达到上述目的：

本发明提供了一种可提高osnr的dwdm远程泵浦系统，包括顺次连接的远程泵浦增益单元5、前置放大器7和增益平坦滤波器8，所述远程泵浦增益单元5与所述前置放大器7前后级联形成级联放大器，所述增益平坦滤波器8设置在所述前置放大器7的输出端。

优选的，所述远程泵浦增益单元5为异纤泵浦增益单元或同纤泵浦增益单元；远程泵浦系统为同纤泵浦系统或异纤泵浦系统，所述同纤泵浦系统与所述异纤泵浦系统均采用前向泵浦的方式。

优选的，还包括泵浦单元6以及顺次连接的光发射机阵列1、光合波器2-1、功率放大器3、第一传输光纤4-1、第二传输光纤4-2、光分波器2-2和光接收机阵列9；其中，所述泵浦单元6与所述远程泵浦增益单元5连接，用于向所述远程泵浦增益单元5提供泵浦光。

优选的，所述泵浦单元6产生的泵浦光波长为1460-1490nm。

优选的，所述远程泵浦增益单元5为异纤泵浦增益单元，所述光发射机阵列1、光合波器2-1、功率放大器3、第一传输光纤4-1、远程泵浦增益单元5、第二传输光纤4-2、前置放大器7、增益平坦滤波器8、光分波器2-2和光接收机阵列9顺次连接；其中，远程泵浦系统还包括单独设置的第三传输光纤4-3，所述泵浦单元6通过所述第三传输光纤4-3将泵浦光传送到所述远程泵浦增益单元5中。

优选的，所述远程泵浦增益单元5包括顺次连接的信号输入端光隔离器5-1、信号/泵浦合波器5-2、第一掺铒光纤5-3、中间光隔离器5-4、第二掺铒光纤5-5、泵浦反射镜5-6及信号输出端光隔离器5-7；

其中，信号光经所述信号输入端光隔离器5-1进入所述远程泵浦增益单元5，放大后经所述信号输出端光隔离器5-7输出；泵浦光经所述第三传输光纤4-3直接进入所述远程泵浦增益单元5实现前向泵浦，再由所述信号/泵浦合波器5-2将泵浦光和信号光耦合到掺铒光纤中进行放大，最终残余的泵浦光被所述泵浦反射镜5-6反射回原线路。

优选的，所述远程泵浦增益单元5为同纤泵浦增益单元，所述光发射机阵列1、光合波器2-1、功率放大器3、第一传输光纤4-1、远程泵浦增益单元5、第二传输光纤4-2、泵浦单元6、前置放大器7、增益平坦滤波器8、光分波器2-2和光接收机阵列9顺次连接；其中，所述泵浦单元6通过所述第二段传输光纤4-2将泵浦光反向传送到所述远程泵浦增益单元5中。

优选的，所述远程泵浦增益单元5包括顺次连接的信号输入端光隔离器5-1、信号/泵浦合波器5-2、第一掺铒光纤5-3、中间光隔离器5-4、第二掺铒光纤5-5、泵浦反射镜5-6、信号输出端光隔离器5-7及泵浦/信号合波器5-8；

其中，信号光经所述信号输入端光隔离器5-1进入所述远程泵浦增益单元5，放大后经所述信号输出端光隔离器5-7输出；泵浦光经所述泵浦/信号合波器5-8分离出来，再由所述信号/泵浦合波器5-2将分离出的泵浦光和信号光耦合到掺铒光纤中，最终残余的泵浦光被所述泵浦反射镜5-6反射回原线路。

优选的，所述第一掺铒光纤5-3与所述第二掺铒光纤5-5之间还设置有可调光衰减器，且所述第一掺铒光纤5-3提供的功率增益大于所述可调光衰减器的插损。

优选的，所述前置放大器7采用掺铒光纤放大器或拉曼光纤放大器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明实施例提供了一种可提高osnr的dwdm远程泵浦系统，将对整个传输系统osnr影响比较大的远程增益单元与前置放大器作为整体放大器考虑进行优化设计，在远程增益单元中，将本来放置在两段掺铒光纤中间的增益平坦滤波器后移到前置放大器的输出端，从而在保证整个传输系统增益平坦的同时，使远程增益单元的增益与噪声指数明显改善，进而带来整个系统osnr的有效提升，降低了误码率，提高了系统运行的稳定性与可靠性；同时，相比远程增益单元来说，前置放大器更容易施工，将gff放到更容易施工的前置放大器输出端之后，方便了系统维护。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种可提高osnr的dwdm远程泵浦系统(异纤泵浦)的结构示意图；

图2为图1所示dwdm远程泵浦系统(异纤泵浦)中的远程泵浦增益单元的结构示意图；

图3为一种传统dwdm远程泵浦系统中的远程泵浦增益单元(异纤泵浦)的结构示意图；

图4为相同泵浦功率情况时有无增益平坦滤波器的远程泵浦增益单元的增益谱图；

图5为相同泵浦功率情况时有无增益平坦滤波器的远程泵浦增益单元的噪声谱图；

图6为图1所示dwdm远程泵浦系统与传统dwdm远程泵浦系统整体输出的增益谱对比图；

图7为图1所示dwdm远程泵浦系统与传统dwdm远程泵浦系统整体输出的噪声谱对比图；

图8为本发明实施例提供的另一种可提高osnr的dwdm远程泵浦系统(同纤泵浦)的结构示意图；

图9为图8所示dwdm远程泵浦系统(同纤泵浦)中远程泵浦增益单元的结构示意图。

【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。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。

实施例1：

本发明实施例提供了一种可提高osnr的dwdm远程泵浦系统，如图1，包括顺次连接的远程泵浦增益单元5、前置放大器7和增益平坦滤波器8，所述远程泵浦增益单元5与所述前置放大器7形成级联放大器，也就是将所述远程泵浦增益单元5与所述前置放大器7作为一个整体放大器考虑；所述增益平坦滤波器8位于整体放大器的下游，具体设置在所述前置放大器7的输出端。其中，所述远程泵浦增益单元5与所述前置放大器7均采用掺铒光纤放大器。

具体参考图1，在本发明实施例中，所述远程泵浦增益单元5为异纤泵浦增益单元，相应地，所述远程泵浦系统为异纤泵浦系统，采用前向泵浦的方式，以便获得较好的噪声性能。完整的远程泵浦系统包括前后顺次连接的光发射机阵列1、光合波器2-1、功率放大器3、第一传输光纤4-1、远程泵浦增益单元5、第二传输光纤4-2、前置放大器7、增益平坦滤波器8、光分波器2-2和光接收机阵列9。其中，所述光发射机阵列1包括第一光发射机1-1、第二光发射机1-2、…、第n光发射机1-n，n为自然数；所述光接收机阵列9包括第一光接收机9-1，第二光接收机9-2、…、第n光接收机9-n，n为自然数。所述远程泵浦系统还包括单独设置的泵浦单元6和第三传输光纤4-3，所述泵浦单元6用于向所述远程泵浦增益单元5提供泵浦光，所述第三传输光纤4-3用于连接所述泵浦单元6与所述远程泵浦增益单元5，则所述泵浦单元6通过所述第三传输光纤4-3将泵浦光传送到所述远程泵浦增益单元5中。其中，泵浦光最常用的波长为1480nm与980nm，在本发明实施例中，所述泵浦单元6产生的泵浦光波长为1460-1490nm，而980nm的泵浦光在传输光纤中是多模的，传输损耗非常大，在远程泵浦中不宜采用。

在如图1所示的远程泵浦系统中，所述光发射机阵列1中的各发射机用于发射信号光，经所述光合波器2-1将信号光合波后，再经所述功率放大器3对信号光进行功率放大，通过所述第一传输光纤4-1的传输后信号光抵达所述远程泵浦增益单元5；与此同时，所述泵浦单元6产生泵浦光，并经所述第三传输光纤4-3传输后抵达所述远程泵浦增益单元5；信号光在所述远程泵浦增益单元5中借由泵浦光实现放大，随后经所述第二传输光纤4-2传输后达到所述前置放大器7，进一步放大后抵达所述增益平坦滤波器8，经滤波作用将增益谱平坦化，增益平坦化后的信号光经所述光分波器2-2分波，最终由所述光接收机阵列9中的各光接收机接收。

参考图2，所述远程泵浦增益单元5为异纤泵浦增益单元，具体包括顺次连接的信号输入端光隔离器5-1、信号/泵浦合波器5-2、第一掺铒光纤5-3、中间光隔离器5-4、第二掺铒光纤5-5、泵浦反射镜5-6及信号输出端光隔离器5-7；所述信号输入端光隔离器5-1、所述中间光隔离器5-4与所述信号输出端光隔离器5-7均用于单向通过信号光。其中，信号光经所述信号输入端光隔离器5-1进入所述远程泵浦增益单元5，并抵达所述信号/泵浦合波器5-2；在异纤泵浦中，泵浦光与信号光传输方向相同，则泵浦光直接经所述第三传输光纤4-3进入所述远程泵浦增益单元5，并抵达所述信号/泵浦合波器5-2，所述信号/泵浦合波器5-2再将泵浦光和信号光耦合到掺铒光纤中使信号光放大，实现前向泵浦，降低噪声指数；放大后的信号光先后经过所述第一掺铒光纤5-3与所述第二掺铒光纤5-5后，经所述信号输出端光隔离器5-7输出；泵浦光先后经过所述第一掺铒光纤5-3与所述第二掺铒光纤5-5后，最终残余的泵浦光被所述泵浦反射镜5-6反射回原线路。

本发明实施例提供了一种可提高osnr的dwdm远程泵浦系统，且远程泵浦系统为异纤泵浦系统，将对整个传输系统osnr影响比较大的远程泵浦增益单元与前置放大器作为整体放大器考虑进行优化设计，在远程泵浦增益单元中，将本来放置在两段掺铒光纤中间的增益平坦滤波器后移到前置放大器的输出端，在保证整个传输系统增益平坦的同时，使远程增益单元的增益与噪声指数明显改善，进而带来整个系统osnr的有效提升，降低误码率，提高了系统运行的稳定性与可靠性；同时，相比远程增益单元来说，前置放大器更容易施工，将gff放到更容易施工的前置放大器输出端之后，方便了系统维护。

在远程增益单元中，由于单段掺铒光纤制作成的放大器在其输出功率接近其饱和输出功率时，噪声指数严重劣化，则为实现较大的增益和较低的噪声指数，通常将掺铒光纤分为前后两段。在传统dwdm的远程泵浦增益单元中，为实现增益平坦，在两段掺铒光纤中间增加一个增益平坦滤波器。参考图3，传统dwdm的远程泵浦增益单元包括顺次连接的信号输入端隔离器5-1、信号/泵浦合波器5-2、第一掺铒光纤5-3、增益平坦滤波器8、中间隔离器5-4、第二掺铒光纤5-5、泵浦反射镜5-6和信号输出端隔离器5-7，泵浦单元直接通过一根单独的传输光纤连接到所述信号/泵浦合波器5-2。在两段掺铒光纤之间增加增益平坦滤波器后，泵浦光的路径将有两种选择：一是在线路中间再加几个器件，使泵浦光绕过所述增益平坦滤波器8后从支路通过；二是使泵浦光直接通过所述增益平坦滤波器8。虽然增益平坦滤波器可保证整个传输系统的增益平坦，但无论哪种选择，都将增加信号光与泵浦光的损耗，带来整个远程泵浦增益单元的增益降低与噪声指数裂化。

参考图4，曲线501表示两段掺铒光纤之间无增益平坦滤波器(gainflatteningfilter，简写为gff)时远程泵浦增益单元的增益谱，曲线502表示两段掺铒光纤之间设置gff时远程泵浦增益单元的增益谱；由图可知，虽然增加了gff之后增益谱趋于平坦，但是增益却明显降低。进一步参考图5，曲线601表示两段掺铒光纤之间设置gff时远程泵浦增益单元的噪声指数谱，曲线602表示两段掺铒光纤之间无gff时远程泵浦增益单元的噪声指数谱；由图可知，增加了gff之后远程泵浦增益单元的噪声指数明显增加。

在本发明实施例中，参考图1，所述远程泵浦增益单元5与所述前置放大器7级联作为一个整体放大器后，所述远程泵浦增益单元5位于级联放大器的上游，其增益变化对整个放大器的总体噪声影响较大，对整个传输系统osnr的影响较大，因此将本来放置在两段掺铒光纤中间的增益平坦滤波器后移到所述前置放大器7的输出端。如此一来，在相同泵浦功率的情况下，可大大提高所述远程泵浦增益单元5的增益，降低其噪声指数，进而保证整个放大器的高增益和低噪声，同时还可继续保证整个传输系统的增益平坦，而不会增加传输线路的损耗，使得dwdm远程泵浦系统处于最佳工作状态，得到最佳osnr，提升系统的稳定性与可靠性，降低误码率。

原理如下：对于级联放大器，其等效噪声指数nf的计算公式为nf＝nf1+(nf2-1)/g1；其中，nf1为所述远程泵浦增益单元5的噪声指数，g1为所述远程泵浦增益单元5的增益，nf2为所述前置放大器7的噪声指数；为了降低整体的nf，就需要尽量增大g1、降低nf1。增益平坦滤波器后移到所述前置放大器7的输出端后，所述远程泵浦增益单元5中不再设置增益平坦滤波器，则减小了泵浦光与信号光穿过增益平坦滤波器时带来的插入损耗，因此提高了所述远程泵浦增益单元5的增益g1，同时降低了nf1，这样整体噪声指数nf会有明显降低，从而提高了整个dwdm远程泵浦系统的osnr，整个放大器得到优化设计。其中，如果所述前置放大器7输出功率出现降低，可通过增大所述前置放大器7的泵浦功率来补偿，使得整个传输系统的增益保持不变。

对于gff设置在远程泵浦增益单元中以及后移到前置放大器输出端的两种情况下，整个传输系统整体的增益谱的对比以及噪声谱的对比如图6和图7所示；其中，图中的rgu表示远程泵浦增益单元，pre-amp表示前置放大器，flatness表示平坦度。如图6，gff的两种设置情况下，整个传输系统的增益基本可保持不变：尤其在波长1540-1550nm之间，增益几乎不变，而在其他波长时，两曲线的增益最多仅相差约0.3db；对于两种情况下增益谱的增益平坦度分别为1.6db和1.4db，基本不变。因此可认为，gff后移之后，对系统的整体增益和增益平坦基本没有影响。如图7，当gff后移到前置放大器输出端之后，系统的整体噪声指数明显降低。综合图6和图7，gff的后移使得整个传输系统的整体噪声指数降低，而整体增益基本不变，则输出光功率基本不变，因此可有效提升整个系统的osnr。

结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，在所述远程泵浦增益单元5中，所述第一掺铒光纤5-3与所述第二掺铒光纤5-5之间还设置有可调光衰减器，且所述第一掺铒光纤5-3提供的功率增益大于所述可调光衰减器的插损。通过改变所述可调光衰减器的衰减量，可调节所述远程泵浦增益单元5的增益，从而控制整个放大器的对外增益，满足对增益的不同要求。其中，所述可调光衰减器可为电控可调光衰减器或机械可调光衰减器。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，本发明实施例还提供了另一种可提高osnr的dwdm远程泵浦系统，与实施例1的区别在于，所述远程泵浦增益单元为同纤泵浦增益单元，相应地，所述远程泵浦系统为同纤泵浦系统；仍将所述远程泵浦增益单元与所述前置放大器作为一个整体放大器考虑，增益平坦滤波器后移至前置放大器的输出端。

具体参考图8，在本发明实施例中，完整的远程泵浦系统包括前后顺次连接的光发射机阵列1、光合波器2-1、功率放大器3、第一传输光纤4-1、远程泵浦增益单元5、第二传输光纤4-2、泵浦单元6、前置放大器7、增益平坦滤波器8、光分波器2-2和光接收机阵列9；其中，所述光发射机阵列1包括第一光发射机1-1、第二光发射机1-2、…、第n光发射机1-n，n为自然数；所述光接收机阵列9包括第一光接收机9-1，第二光接收机9-2、…、第n光接收机9-n，n为自然数。其中，所述功率放大器3可采用掺铒光纤放大器或拉曼光纤放大器，所述前置放大器7可采用掺铒光纤放大器或拉曼光纤放大器。所述泵浦单元6可采用1480泵浦激光器，以产生1480nm波长附近的泵浦光，这是因为980nm的泵浦光在传输光纤中是多模的，传输损耗非常大，在远程泵浦中不宜采用。

在如图8所示的远程泵浦系统中，所述光发射机阵列1中的各发射机用于发射信号光，经所述光合波器2-1将信号光合波后，再经所述功率放大器3对信号光进行功率放大，通过所述第一传输光纤4-1的传输后信号光抵达所述远程泵浦增益单元5；与此同时，所述泵浦单元6产生泵浦光，并经所述第二段传输光纤4-2将泵浦光反向传输后抵达所述远程泵浦增益单元5；信号光在所述远程泵浦增益单元5中借由泵浦光实现放大，随后经所述第二传输光纤4-2传输后达到所述前置放大器7，进一步放大后抵达所述增益平坦滤波器8，经滤波作用将增益谱平坦化，增益平坦化后的信号光经所述光分波器2-2分波，最终由所述光接收机阵列9中的各光接收机接收。

参考图9，所述远程泵浦增益单元5为同纤泵浦增益单元，具体包括顺次连接的信号输入端光隔离器5-1、信号/泵浦合波器5-2、第一掺铒光纤5-3、中间光隔离器5-4、第二掺铒光纤5-5、泵浦反射镜5-6、信号输出端光隔离器5-7及泵浦/信号合波器5-8。其中，信号光经所述信号输入端光隔离器5-1进入所述远程泵浦增益单元5，并抵达所述信号/泵浦合波器5-2；在同纤后向泵浦中，泵浦光与信号光传输方向相反，则在泵浦光进入所述远程泵浦增益单元5前，先经所述泵浦/信号合波器5-8将泵浦光分离出来，所述信号/泵浦合波器5-2再将泵浦光和信号光耦合到掺铒光纤中，实现前向泵浦，降低噪声指数；放大后的信号光先后经过所述第一掺铒光纤5-3与所述第二掺铒光纤5-5后，经所述信号输出端光隔离器5-7输出；泵浦光先后经过所述第一掺铒光纤5-3与所述第二掺铒光纤5-5后，最终残余的泵浦光被所述泵浦反射镜5-6反射回原线路。

其中，关于增益平坦器后移可提高整个系统osnr的具体原理分析可参考实施例1，此处不再赘述。

本发明实施例提供了一种可提高osnr的dwdm远程泵浦系统中，且远程泵浦系统为同纤泵浦系统，将对整个传输系统osnr影响比较大的远程泵浦增益单元与前置放大器作为整体放大器考虑进行优化设计，在远程泵浦增益单元中，将本来放置在两段掺铒光纤中间的增益平坦滤波器后移到前置放大器的输出端，在保证整个传输系统增益平坦的同时，使远程增益单元的增益与噪声指数明显改善，进而带来整个系统osnr的有效提升，提高了系统运行的稳定性与可靠性；同时，相比远程增益单元来说，前置放大器更容易施工，将gff放到更容易施工的前置放大器输出端之后，方便了系统维护。

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。