专利名称：远程泵浦型多波长光传输系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于遥控一个放大器的系统，该放大器放大传送多波长光系统中的多波长光。尤其是，本发明涉及光纤放大器的远程泵浦系统。
在近年发展起来的现代信息社会中，光纤已广泛用于传送信息的传输路径。光纤不仅能以更高的速率传送更大量的数据，而且在长距离传输中占有优势。
然而，即使在长距离传输中占有优势的光纤中，通过光纤传输的信号也要随传输路径的加长而衰减。因此，在一个联结各个城市或各大洲的长距离传输系统中，通常在规定的间距上设置中继站；信号在每个中继站被放大，并传送到下一个中继站。
已经开发了各种类型放大光信号的光学放大器。其中之一称为光纤放大器。尤其在1.55微米波段，广泛使用稀土掺杂光纤放大器，一种稀土物质，诸如铒被注入到光纤放大器。在稀土掺杂光纤放大器中，注入到光纤中的稀土物质被泵浦光抽运到激发态，泵浦光与信号光分开输入，而信号光被泵浦光能量放大。
若数据在各洲之间传送，尤其在高速通讯中，一般使用海底缆线。这些海底缆线通常是光纤光缆，并在规定的间距上安装光学放大器。就是说，在这种长距离光传输系统中，光学放大器，诸如光纤放大器往往敷设在海底。
然而，若敷设在海底的光学放大器出现故障，或者光学放大器损坏了，必须把那个光学放大器提升到海面上来修理或更换，维修工作很困难。另一方面，为了尽量减少出现故障或损坏，就需要用此普通光学放大器可靠性高得多的光学放大器，需要采用昂贵的各种元器件，制造成本变得十分昂贵。
已经建议采用远程泵浦作为处理上述问题的手段。在远程泵浦系统中，为光纤放大器(以及控制光源的电路)提供泵浦光的光源安装在离光纤放大器某个距离处，如
图1A所示，光源通常安装在发射机或接收机中或者在其附近。就是说，在远程泵浦系统中，容易出现故障的光源和控制电路安装在地面，只有光纤部分(附图中掺铒光纤用EDF标明)敷设在海底，而光纤部分几乎绝不出现事故和损坏。因此，就有可能不用高质量(可靠性)光纤放大器而制成容易维修的系统，从而使成本下降。
然而，通过网络传送的信息量一直在大大地增加。在此情况下，对增大传输路径所能处理的信息量的技术，已经做了大量的研究和开发工作。波分多路复用(WDM)传输是一个增大传输路径容量的技术。多波长传输是在不同波长上的几个光信号通过单个光学传输路径传输的多路复用方法；信息能够在每个波长(信道)上传送。近来，已建议将这一多波长多路复用传输系统引入上述远程泵浦光传输系统中，多波长光在带远程泵浦配置的光传输系统中传送的一个特例表示在图1B。
当远程泵浦系统使用掺铒光纤(EDF)放大多波长光时，泵浦光源(“泵”)输出的泵浦光功率通常保持一恒定值，以维持光纤放大器放大作用的稳定性。当泵浦光进入光纤放大器时，多波长光中所有各波长光均立即被放大。就是说，当多波长光用于多信道复用时，波长互不相同的各信道上所有信号均立即被放大。
然而，光纤放大器的增益一般依赖于波长。因此，如果光纤放大器不加适当的泵浦控制，多波长光多路复用的不同信道的增益不再相同，不同信道上的光功率亦将不同。此外，在多波长传输中，一根光纤上多路复用的信道数目越大，所需泵浦能量也越大，最好能按照信道数目控制光纤放大器的作用。
然而，现有的各种远程泵浦系统，并没有计及光纤放大器增益对波长的依赖或计及多路复用信道数目而进行控制。因此，各信道的功率互不相同，或者，信号光功率的不适当能引起噪声增加。
本发明涉及多波长光传输系统。本发明的目的是，在放大多波长光的远程控制光纤放大器系统中，减小多路复用信道上每个多波长光的功率差异，同时抑制多波长光的噪声。
本发明的多波长光传输系统，假设在发送站和接收站之间传输多波长光的传输路径上至少有一个光放大单元，并且光放大单元的泵浦是从远处控制。
该系统有一个产生泵浦光的光源，它安装在接收站内或其附近，把泵浦光提供给至少一个光放大单元；还有一个控制电路，它装配在接收站内或其附近，以调整光源的光发射功率，达到调整多个信道上光功率的目的，这些信道都是多波长光多路复用的。
在本发明的另一个实施例里，该系统有一个光源，它或安装在发送站内或其附近，或安装在接收站内或其附近，它产生泵浦光以供给光放大单元；还有一个检测电路，检测多波长光多路复用的波长数目；还有一个控制电路，它根据检测电路检测到的多路复用波长数目，调整光源的光发射功率。
图1A是说明远程泵浦系统基本配置的简图。
图1B是把远程泵浦系统引入多波长光传输系统时的系统配置简图。
图2是本实施例传输系统总的配置简图。
图3表示掺铒光纤的光学增益的波长特性。
图4表示相对于泵浦光功率及相对于波长的增益斜率。
图5A和5B表示包含在多波长光中每一信道的光功率。
图6是第一个实施例传输系统的配置简图。
图7是接收站配置说明用图。
图8A至8D是WDM耦合器与分支耦合器的说明图。
图9是图6中控制电路的结构框图。
图10说明正在发送信号与没在发送信号这两种状态之间的差别。
图11是第二个实施例传输系统的配置简图。
图12是第三个实施例传输系统的配置简图。
图13是第四个实施例传输系统的配置简图。
图14是第五个实施例传输系统的配置简图。
图15是图14中控制电路72的结构框图。
图16是第六个实施例传输系统的配置简图。
图17是第七个实施例传输系统的配置简图。
图18是第八个实施例传输系统的配置简图。
图19表示装配在光隔离器内光放大区的配置。
图20是第九个实施例传输系统的配置简图。
图21是第十个实施例传输系统的配置简图。
图22是第十一个实施例传输系统的配置简图。
图23是第十二个实施例传输系统的配置简图。
图24是第十二个实施例改型传输系统的配置简图。
图25是第十三个实施例传输系统的配置简图。
图26是第十四个实施例传输系统的配置简图。
本发明的传输系统假定，在发送站和接收站间传送多波长光的传输路径上，至少有一个光放大单元，还假定光放大单元是远程地区控制的。该系统包括一个装在接收站内或其附近的光源，光源产生泵浦光提供给至少一个光放大单元；一个装在接收站内或其附近的控制电路，它调整光源的光发射功率，以便使多波长光多路复用的各个信道的光功率一致。在接收站内，多波长光被分开成各个信道，控制电路接收每个信道的部分光，调整光源发射的光功率，使各信道的光功率相等(一致)。光放大单元是，例如，一种掺稀土元素的光纤。
光放大单元增益的波长特性由光源提供的泵浦光功率控制。光放大单元放大了的一部分多波长光馈送到控制电路，根据多波长光的波长特性，对光源发射的光功率进行反馈控制。用这种方法，能产生所需多波长光的波长特性。
本发明传输系统的另一个实施例包括一个装在或发送站内或其附近，或装在接收站内或其附近的光源，它产生泵浦光，提供给光放大单元；一个检测电路，检测多波长光中波长的数目；一个控制电路，它根据检测电路检测到的波长数目，调整光源发射的光功率。
在放大多波长光时，如果多波长光上传送信号的信道数目增加，那么要把多波长光放大到指定功率所需的泵浦能量也要增加。要增加泵浦能量，必须增加泵浦功率。为此，系统的配置要做成能根据多路复用信道数目调整光源发射的光功率，于是，即使传送信号的信道数目改变了，也能利用光放大单元调整多波长光。
现在让我们参照附图，阐明本发明的一个实施例。图2是此光传输系统实施例的整体配置框图；用此图从原理上说明多波长光的传输。在实施例传输系统把作为信号光的多波长光，从发送站10传送到接收站20。此多波长光能在多个信道上(信道1到信道n)多路复用各个信号。发送站10送出的多波长光经传输路径上的一个或多个光放大区放大，传送到接收站20。
发送器(Tx)11-1至11-n以波长互不相同的信号光(信号光各波长分别是λ1至λn)输出各自的信号。这些输出信号光通过光学波长多路复用器12进行多路复用，再输出到传输路径31a。就是说，发送站10把多波长光作为信号光输出，多波长光含有n个波长成分λ1至λn。此多波长光经光放大器32放大，再传送到接收站20。经传输路径31b传送的多波长光被光学波长多路分配器21分开为各个波长λ1至λn，这些波长成分被送进各自的接收器Rx22-1至22-n。因此，在本实施例传输系统中，各发送器11-1至11-n发出的信号光是以多波长光的形式在传输路径上传送的，并被接收器22-1至22-n接收。
从发送站10到接收站20传送的多波长光，比如说，是用1550nm波段传送的。既然这样，在信道ch1至chn上传送信号的波长λ1至λn就选在，例如1530nm至1560nm范围内。
假设信号光使用1550nm波段，那么可以使用例如掺稀土光纤作光放大区32。这种掺稀土光纤比如是注入铒的掺铒光纤。下面的说明均假设用掺铒光纤作掺稀土光纤。在此行业中已众所周知，必须用泵浦光向掺铒光纤提供泵浦能量，此泵浦光与待放大的信号光(图2中发送站10送出的多波长光)是分开提供的，通过掺铒光纤的信号光被该泵浦能量放大。
在实施例传输系统有一远程控制配置。产生泵浦光的光源及控制光源的电路都放在远离光放大区(掺铒光纤)32的地方。光源及光源控制电路没有画在图2上，但可以装在例如发送站10内或其附近，也可以装在接收站内或其附近。
图3表示掺铒光纤光学增益的波长特性。图3表示，当用掺铒光纤放大输入光时输出光的功率分布；其中假定输入光的功率是定值，此图基本上表明掺铒光纤的光增益。掺铒光纤的波长特性有如下性质在传输信号波段内(1530nm至1560nm)，当激发速率(铒反转分布速率)高时，波长长的一侧增益小于波长短的一侧增益，而当激发速率低时，短波长侧的增益小于长波长侧的增益。就是说，当掺铒光纤的激发速率高时，作为波长函数的增益，其斜率是负的，当激发速率低时，作为波长函数的增益，其斜率是正的。
掺铒光纤的激发速率能用泵浦光功率控制。就是说，当提供给掺铒光纤的泵浦光功率大时，激发速率便高，作为波长函数的增益的斜率便是负的。另一方面，当泵浦光功率小时，激发速率下降，作为波长函数的增益的斜率变成正的。图4表明这种关系。
如果适当选取注入光纤中物质的组分，那么如图3中虚线所示，系统能做到掺铒光纤的增益随待放大多波长光中的波长成大致线性的变化。换言之，如果安装在传输路径上的掺铒光纤，其组分能使增益随多波长光中的波长线性变化，那么，多波长光中多路复用的每一信道的光功率，可望能随波长作线性变化，如图5A和图5B所示。
鉴于这一特性，如果多波长光中多路复用的任意两个信道上的光功率能做成一致，那么可以预计，所有各信道的光功率也将一致。既然如此，如果在多波长光复用的各个信道上，选取波长最短的信道与波长最长的信道，令此两信道的光功率相同，那么可以预计，各信道间光功率的差异将为最小。就是说，如图5A与图5B所示，假定把最短波长λ1指定为ch1，最长波长λn指定为chn，那么，要使信道ch1和信道chn之间的光功率相等，只须检测ch1和chn的光功率，并控制这两个信道的光功率，使之相等。
在本实施例传输系统中，使用了图3至图5所示特性。就是说，检测多波长光复用的各个信道上、被掺铒光纤放大了的光功率，然后根据此检测结果，改变输送给掺铒光纤的泵浦光功率，以调整掺铒光纤的波长特性(增益)。这样就使所有信道上的光功率都相等。本实施例传输系统有一远程泵浦配置，而泵浦光的控制是在远离掺铒光纤处加上去的。
图6是第一个实施例传输系统的配置简图。如前面参照图2所作说明，发送站10把多波长光作为信号光输出到传输路径上。此多波长光携带着信号光ch1至信号光chn。信号光ch1至chn分别由波长指定为λ1至λn的信号光构成。就是说，多波长光包含信号光ch1至信号光chn各波长成分。多波长光从发送站10送出，经掺铒光纤(下面以EDF表示)41放大，再传送到接收站20。
泵浦光从光源(泵)45输出，供给EDF41。其泵浦能量把多波长光(信号光)放大。WDM耦合器42有合成互不相同波长的光的功能。发信站10送出的多波长光和光源45输出的泵浦光入射到WDM耦合器42上，被合成后输出。因此多波长光和泵浦光都进入EDF41。
经传输路径43a和43b传送的多波长光，在接收站20内被分开为各波长成分。接收站20将结合图7加以说明。多波长光被光波多路分配器21分开成各个波长成分λ1至λn，分开的各个成分输入到各自的接收器(Rx)22-1至22-n。输入各接收器22-1至22-n的光有各个波长成分λ1至λn；就是信号光ch1至信号光chn。信号光成分ch1至Chn中每一个都被各自的分支耦合器46-1至46-n分出一部分。信号光成分ch1至chn中被分出的部分送入控制电路(cont1)44。当控制电路44接收到信号光成分ch1至chn被分出的部分时，控制电路44便控制光源45的输出功率，使ch1至chn的光功率相等。控制电路44的结构及作用详述于下。
光源45的泵浦光供给EDF41并使之处于激发态。如上所述，EDF的增益特性将根据泵浦光功率加以控制。泵浦光功率被控制电路调节到某一数值，此数值能使各信道上的光功率相等，这些信道多路复用在多波长光上。因此，通过传输路径43a和43b的多波长光是这样被EDF41放大的，即在接收站20接收此多波长光时，多波长光所有信道上的光功率都相等。
前面已解释过，图6所示传输系统含有一反馈系统。在该反馈系统中，EDF41的增益要根据EDF41所放大的多波长光的波长特性来控制。
这样，图6所示传送多波长光的传输系统中，供给掺铒光纤泵浦光的远程泵浦光源功率，将按照多波长光多路复用的每个信道的光功率加以调整，使各信道光功率之间的差异在接收站上为最小。
如果不用图6所示远程泵浦系统，而是把EDF41、控制电路44、光源45组成一个单元装进光放大器内使用，那么，即使从该光放大器输出时，各不同信道光功率的差异已做到最小，但到接收站20接收信号时，波形将因传输路径43b的传输而衰变，从而不同信道光功率间的差异不一定是最小。这个问题已被图6所示远程泵浦配置改正。
现在让我们来说明WDM耦合器和分支耦合器。如图8A所示，WDM耦合器能把不同波长的光合成。即，在图6所示系统中，当信号光(多波长光)和泵浦光输进WDM耦合器，它们便被合成而从单一的输出口输出。此外，如图8B所示，WDM耦合器还能把由不同波长光合成的光分开为各波长成分。就是说，当由信号光(多波长光)和泵浦光合成的光输入WDM耦合器，这一输入光便分开为信号光和泵浦光，然后分别输出。
分支耦合器如图8C所示，它把输入光中规定的百分比分出来。就是说，当信号光输入分支耦合器时，信号光就分支，并分开输出各分支光；当泵浦光输入时，泵浦光就分支，并分开输出各分支光。既然这样，分支耦合器的作用就像一个分束器。当光从两个端口输入分支耦合器时，这两个分支光就耦合在一起并一起输出，如图8D所示。
图9是图6中控制电路44的框图。光电二极管(PD)51-1至51-n分别从ch1至chn接收信号光，输出与光功率对应的电压。即，光电二极管51-1至51-n的输出信号分别显示信道ch1至chn的光功率。光电二极管51-1至51-n的各个输出，作为对应各信道的光功率，输入到模拟开关52和53。此外，光电二极管51-1至51-n的输出还输入到比较器54-1至54-n。
比较器54-1至54-n把不同信道的光功率与阈值Vth比较，以TTL电平输出各比较结果。这些阈值Vth的确定如下。在多波长传输系统中，各信号是由指定信道传送的；传送着信号的信道上的光功率，要高于没有传送着信号的信道上的光功率。在图10，信道2至n正在传送信号，而信道1则没有。阈值Vth设定在这样一个功率上，用它能判断每个信道是否正在传送信号。当接收的光功率大于阈值Vth时，比较器54-1至54-n输出“L”电平。就是说，当各个信道都在传送信号时，比较器54-1至54-n输出“L”电平。
比较器54-1的输出送进模拟开关52的#1号选择端。当“L”电平输入模拟开关52的#1号选择端时，即当比较器54-1的输出是“L”电平时，模拟开关52把输入到#1号输入端的电压输出。就是说，当信道1正在传送信号时，模拟开关52输出在信道1上检测出的光功率。另一方面，当比较器54-1是“H”电平时，即当信道1没有信号在传送时，模拟开关52便不输出加在#1号输入端的电压。
比较器54-1与比较器54-2输出的逻辑积被送进模拟开关52的#2号选择端口。结果，当比较器54-1输出是“H”电平，而比较器54-2的输出是“L”电平时，则输入到模拟开关52的#2号选择端口为“L”电平；于是，模拟开关52把加在#2号输入端口的电压输出，即，当信道1没有信号在传送而信道2正传送着信号时，模拟开关52输出的是与信道2上光功率相关的信号。
这样，模拟开关52输出的信号，是标志各信道上正有信号传送，而波长为最短的信道上的光功率。同样，模拟开关53输出的信号则显示各信道上正有信号传送、而波长为最长的信道上的光功率。因此，例如图10，此时信道1上没有信号在传送，而在信道2至10上都在传送信号，于是模拟开关52输出显示信道2上光功率的信号，模拟开关53输出显示信道n上光功率的信号。模拟开关52和53输出的两个信号输进减法器55。
减法器55是，比如一个运算放大器。此减法器55构成前述反馈系统的一部分。它的作用是使模拟开关52的输出与模拟开关53的输出之差为“0”。放大器56放大减法器55的输出。泵浦光源驱动电路57包括，例如一个功率三极管，它流过的电流与放大器56的输出相对应，并驱动光源45。光源45包括，例如一个激光二极管，它输出光的功率与泵浦光源驱动电路57提供的电流相对应，此输出光即作为泵浦光。
这样，控制电路44控制光源45发射的光功率，使正有信号传送的信道中，最短波长信道的光功率与最长波长信道的光功率相等。
图6与图7表示一种配置，其中，光学多路分配器21分开信号光的各个成分，把各个成分送入控制电路44；也可以用别种配置，其中，多波长光在被多路分配器21分开前，光分出一部分送进控制电路44，控制电路44再分离出每一信道的波长成分。
图11是第二个实施例传输系统的配置框图。在图6所示第一个实施例系统中，发送站10与接收站20间的传输路径上装一根掺铒光纤(EDF41)；在第二个实施例系统中，则有两根掺铒光纤(EDF41与EDF47)。在第二个实施例系统内，用分支耦合器48把光源45产生的泵浦光分支；泵浦光的两个分支光馈送给EDF41和EDF47。当泵浦光馈送给EDF47时，用WDM耦合器49把泵浦光与多波长光合成。
这样，在第二个实施例系统内，多根掺铒光纤的增益是同时调整的。
图12是第三个实施例传输系统的配置框图。在第三个实施例系统内，把光学前置放大器添加到第二个实施例系统上。光前置放大器61，例如是包括一掺铒光纤和一激光光源的光学放大器；它放大经传输路径43b传送的多波长光。光前置放大器61的增益由控制电路44控制。这样，在第三个实施例系统内，多波长光复用的各个信道，其光功率间的差异已调整过之后，在接收站20内，光功率的差异再一次被改正。
第三个实施例的配置有如下优点。在远程泵浦配置中，泵浦光在传送到EDF41或EDF47之前，在传输路径上会发生衰减，因而必须把发射泵浦光的功率提高到或高于某一功率。其中，要提高发射泵浦光的功率，就必须用大电流来驱动光源，但实际上，发射泵浦光的功率能增加多少，是有限度的。因此，要增大泵浦光光发射功率的动态范围，实际上并不容易。掺铒光纤的增益靠输入的泵浦光功率控制，如果泵浦光功率的动态范围窄，就不可能适当调整不同信道光功率间的差异。第三个实施例系统补救了这一问题。具体地说，由于在接收站内装配了光前置放大器，可得到大的动态范围，功耗亦小，从而可能有效地调整不同信道间光功率的差异。
图13是第四个实施例传输系统的配置简图。在第四个实施例系统内，装在接收站20一侧的掺铒光纤(EDF41)，其泵浦光由接收站20提供，而装在发送站10一侧的掺铒光纤(EDF47)，其泵浦光则由发送站10提供。提供给EDF47的泵浦光由装在发送站10内的光源71产生。光源71可用固定电流驱动，也可用ALC(自动电平控制)驱动。EDF41增益的控制方法与图6第一个实施例系统相同。
与图11所示第二个实施例系统比较，上述配置能减小产生泵浦光所耗功率。就是说，在第二个实施例系统中，必须把光源45产生的泵浦光传送到EDF47，但在第四个实施例系统中，只须用足够的功率激励EDF41。还有，从光源71到EDF47的传送距离短于从光源45至EDF47的传送距离，因而无需大大地提高光源71发射光的功率。
图14是第五个实施例传输系统的配置简图。在第五实施例系统中，多路复用在多波长光上各个信道间，检测出正在传送信号的信道数目(多路复用波长的数目)，并按照该信道数目控制泵浦光。
一般说，用光纤放大器放大多波长光时，多路复用在多波长光上诸多信道间，正在传送信号的信道数越多，所需泵浦能量也越大。还有，传输系统中的光放大器，其增益必须适当控制。即，如果增益太小，信号光将传送不到接收器，如果增益太大，噪声将因传输路径上的非线性效应而增大。因此，采用光纤放大器的多波长光传输系统，最好能根据正在传送信号的信道数目，调整供给光纤放大器的泵浦光。
在第五个实施例传输系统中，已考虑了提供给掺铒光纤的泵浦光的控制。就是说，控制电路(cont2)72检测正在传送信号的信道数目，并根据此信道数目，调整光源71发射的光功率。
分支耦合器73-1至73-n把发送器11-1至11-n送来的信号光(在ch1至chn上的信号光)分支，把分出来的信号光馈送到控制电路72。就是说，每一信号光(在ch1至chn上的信号光)的一部分，在被光学多路复用器(图2光学多路复用器12)合成前便已馈送给控制电路72。从而，控制电路72能检测出发送器11-1至11-n的输出功率。
图15是图14中控制电路72的配置简图。从每一发送器11-1至11-n输出光中分支出来的光，分别被各光电二极管(各PD)81-1至81-n接收。光电二极管81-1至81-n的输出电压对应于各被接收光的功率。就是说，光电二极管81-1至81-n分别检测各发送器11-1至11-n输出光的功率。光电二极管81-1至81-n的输出分别送到各比较器82-1至82-n。
比较器82-1至82-n分别把从光电二极管81-1至81-n接收的电压与预置阈值Vth比较。此阈值是为判断光中是否含有信号而设的。就是说，正如参照图10所作讨论那样，正在传送信号的信道，其光功率要大于没有信号在传送的信道的光功率，设定阈值Vth便可以判断这一功率差别，从而判断每一信道是否正在传送信号。比较器82-1至82-n中每一个，在信道正在传送信号时，对应的比较器输出“H”电平，在信道没有信号传送时，对应的比较器则输出“L”电平。
模拟开关83接收比较器82-1至82-n输出的信号。然后对“H”电平的信号计数，以确定正在传送信号的信道数目。模拟开关83有n个电压设定端子。多个电压V1至Vn分别加到这些电压设定端子上。模拟开关83按照信道数目，把加到电压设定端子上各电压中的一个电压输出。例如，如果有m个信道在传送信号，便输出电压Vm。电压Vi(i＝1，2，……n)与泵浦光功率大小相对应。
模拟开关83的输出，经放大器84放大，送入泵浦光源驱动电路85。泵浦光源驱动电路85包括，例如一个功率三极管，并把与放大器84输出相应的电流导通，以驱动光源71。然后，光源71输出泵浦光，其功率与泵浦光源驱动电路85提供的电流相对应。
这样，控制电路72控制光源71发射的光功率，使之适应于正在传送信号的信道数目。
图16是第六个实施例传输系统的配置简图。在图14所示第五个实施例系统里，发送站10与接收站20间的传输路径上，装了一根掺铒光纤(EDF47)，而在第六个实施例系统里，则有两根掺铒光纤(EDF41与EDF47)。在第六个实施例系统内，光源71产生的泵浦光，被分支耦合器91分支，并把分支的泵浦光分别馈给EDF41与EDF47。因此，在第六个实施例系统中，多于一根的掺铒光纤的增益是同时调整的。
图17是第七个实施例传输系统的配置简图。第七个实施例系统是图6所示第一个实施例与图14所示第五个实施例的组合。就是说，按照正有信号传送的信道数目而调整的泵浦光，馈给装在发送站侧的EDF47，为了使各信道光功率间的差异最小而调整的泵浦光，则馈给装在接收站侧的EDF47。
图18是第八个实施例传输系统的配置简图。第八实施例系统是图17所示第七实施例系统的改型。就是说，在第八个实施例传输系统中，多波长光(信号光)的传输路径与泵浦光的传输路径是分离的，还采用了双向泵浦配置。
从光源71输出的泵浦光，经分支耦合器91分支，作为前向泵浦光，馈给EDF41与EDF47。与此同时，假如光源71馈给EDF47的泵浦光的一部分，通过EDF47而没有被消耗，那么，如图19所示，通过EDF47的泵浦光(剩余泵浦光)被WDM耦合器92从多波长光中分离出来，馈向传输路径93b。WDM耦合器92分离出的泵浦光在传输路径93b上传送，并送给EDF41。因此，只有多波长光被送到传输路径43c。
在此期间，光源45输出的泵浦光，与光源71输出的泵浦光相似，被送给EDF41和EDF47。不过，光源71输出的泵浦光作为前向泵浦光，光源45输出的泵浦光则作为后向泵浦光。
在前述配置中，通过第一个掺铒光纤而没被消耗的剩余泵浦光，可以用作第二个掺铒光纤的泵浦光，以提高泵浦光的利用率。
此外，在上述配置中，光源45与光源71提供泵浦光的比例，可以预先设定。例如，如果系统所用信道的最小数目确定为“m”个，那么光源45的发光功率可设定为只用光源45的泵浦光，便能把多路复用m个信道的多波长光信号放大到指定的功率。之后，当用到的多路复用信道数目增加时，才令光源71根据增加的信道，发射足够的泵浦光。
在EDF41与EDF47之间多波长光的传输路径(传输路径43c)为何要与泵浦光传输路径(传输路径93b)分开，其理由如下。
如果不把多波长光的传输路径与泵浦光的传输路径分开，又企图像前面说的那样，要提高泵浦光的使用率，那么，在图18的配置中，要去掉WDM耦合器42及92和传输路径93b。在这样的配置下，从光源71输出通过EDF47的剩余泵浦光，经传输路径43c馈送给EDF41。类似地，从光源45输出，通过EDF41的剩余泵浦光，经传输路径43c馈送给EDF47。
然而，在光传输系统中，有时在光放大器的前面和后面装配光隔离器，以防止反射。图19是一个例子，表明在EDF47的前后装了光隔离器101a和101b。这样安装了光隔离后，从光源45输出并经传输路径43c传送的剩余泵浦光，便被光隔离器101b截断，不再提供给EDF47。在EDF41与EDF47之间，把用于多波长光的传输路径与用于泵浦光的传输路径分开，其理由是允许沿两个方向都有泵浦，同时双避免了反射。当把多波长光的传输路径与泵浦光的传输路径分开时，尤其是那些有三个或更多光放大器的系统，对每一光放大器的泵浦光变得容易控制了。
图20是第九个实施例传输系统的配置简图。第九实施例系统假定，其配置是为在本地站与远程站之间，沿两个方向传送作为信号光的多波长光。这里，从本地站到远程站的传输路径称为“上游传输路径”，而从远程站到本地站的传输路径称为“下游传输路径”。
在第九个实施例传输系统中，从本地站输出并被掺铒光纤(EDF131)放大的多波长光的一部分，被送回从远程站到本地站传送多波长光的下游传输路径，此放大的多波长光的一部分被本地站接收。本地站接着调整送给上游传输路径的掺铒光纤(EDF131)的泵浦光功率，使各信道光功率间的差异减小到最小，这些信道多路复用成多波长光，从本地站输出并经EDF131放大。此外，向下游传输路径的掺铒光纤(EDF132)提供的泵浦光功率也作类似的调整。
现在说明这一过程的细节。这里说明上游传输路径。从本地站输出的多波长光称为“多波长光(FL)”，从远程站输出的多波长光称为“多波长光(FR)”。
从本地站110输出的多波长光(FL)被EDF131放大，传送至远程站120。在远程站110内的光源111产生的泵浦光供给EDF131。EDF131放大的多波长光(FL)被分支耦合器133分支；多波长光(FL)的分支部分被送至装在下游传输路径上的分支耦合器134。远程站120输出的多波长光(FR)与分支耦器133分支出来的多波长光(FL)在分支耦合器134上合成，合成光被送至下游传输路径。因此，本地站110接收的多波长光是多波长光(FR)与多波长光(FL)的合成光。
当本地站110收到多波长光(FR)与多波长光(FL)的合成多波长光时，用光学多路分配器把此多波长光分开为各个波长成分，正如参照图7所作说明那样。然后，信号光的每一波长成分由各自分支耦合器分支，分支出来的光送至控制电路(cont3)112。控制电路112的作用与控制电路44基本相同。就是说，调整光源111发射的光功率，使接收的多波长光复用的各信道的光功率间差异为最小。
上游传输路径各信道的波长与下游传输路径各信道的波长，可以互不相同。就是说，在多波长光所用波长λ1至λn中，比如，可以用λ1，λ2，λ3，λ5……作为经上游传输路径传输的多波长光(FL)，而λ2，λ4，λ6，……则用于经下游传输路径传输的多波长光(FR)。在这种配置中，当多波长光(FL)与多波长光(FR)的合成多波长光送进本地站110时，可以把只含波长λ1，λ3，λ5，……的信号光从多波长光中提取出来，馈送给控制电路112。就是说，可以只让复用在多波长光(FL)上各信道的信号光送至控制电路112。这样，控制电路112调整光源111的光发射功率，使复用在多波长光(FL)上的各信道相等，而不受远程站120输出的多波长光(FR)的影响。
图21是第十个实施例传输系统的配置简图。在第十个实施例系统中，从发送站输出并经光放大器放大的多波长光的一部分，又送回发送站，根据对接收的该多波长光的分析，调整泵浦光功率。
发送站10输出的多波长光被EDF47放大，送向接收站20。装在发送站10内的光源71产生的泵浦光，提供给EDF47。经EDF47放大的多波长光，被分支耦合器142分支；分支多波长光的一部分，由WDM耦合器143引导，送回发送站10。部分多波长光返回发送站10所经线路，可以是提供泵浦光的同一传输路径，如图21所示，也可以是为此目的而安装的独立传输路径。
返回发送站10的多波长光由分支耦合器144引导到控制电路(cont4)141。控制电路141与图2及图7所示光学多路分配器的功能相同；通过把接收的多波长光分解为各个波长成分，与每一信道对应的信号光便被提取出来。接着，控制电路141调整光源71发射的光功率，使该多波长光复用的各信道的光功率差异为最小。
图22是第十一个实施例传输系统的配置简图。如第十个实施例系统那样，发送站送出并经光放大器放大的多波长光的一部分，被送回发送站，泵浦光功率根据接收到的多波长光而控制。然而，在第十个实施例系统里，多波长光是经由供给泵浦光的同一传输路径返回发送站的，而在第十一个实施例系统里，多波长光的一部分是经由向接收站传送多波长光的传输路径返回发送站。
发送站10输出的多波长光通过光循环器151，然后被EDF47放大，传送到接收站20。发送站10内的光源71，发出泵浦光，供给EDF47。EDF47放大的多波长光被分支耦合器142分支，于是，该多波长光的分支部分由光循环器151导向传输路径43a。该多波长光经传输路径43a传送，送到发送站10。
返回发送站10的多波长光，沿反方向通过光学多路复用器12，被分开为与每一信道对应的信号光。之后，与每一信道对应的信号光分别送入分支耦合器152-1至152-n，再引导到控制电路112。控制电路112调整光源71发射的光功率，以使不同信道上光功率的差异减至最小。
图23是第十二个实施例传输系统的配置简图。
第十二个实施例系统根据通过了放大多波长光的掺铒光纤后的剩余泵浦光功率，调整多波长光复用的各不同信道光功率的差异。如果传输路径的长度及放大多波长光的掺铒光纤增益特性均已知，那么多波长光复用的各信道上光功率的差异，可根据向该掺铒光纤提供的泵浦光功率以及通过该掺铒光纤后未被消耗的剩余泵浦光功率加以推算。第十二个实施例传输系统正是用这一性质。
发送站10输出的多波长光被EDF47放大，送至接收站20。发送站10内的光源71产生的泵浦光，供给EDF47。通过EDF47后剩余的泵浦光经WDM耦合器161与多波长光分离。此剩余泵浦光由分支耦合器162引向发送站10。
返回发送站10的剩余泵浦光被分支耦合器163引向控制电路(cont5)164。控制电路164根据剩余泵浦光功率及光源71发射的泵浦光功率，推算多波长光复用的各信道上光功率的差异，按照推算结果，调整光源71发射的光功率，把各信道的光功率间差异减到最小。
图24是第十二个实施例传输系统改型后的配置简图。在图24所示系统里，WDM耦合器49及143的安装位置不同于它们在第十二个实施例传输系统中的位置。
图25是第十三个实施例传输系统的配置简图。与第十二个实施例系统类似，第十三个实施例系统也根据通过放大多波长光的掺铒光纤的剩余泵浦光功率，调整多波长光复用的各信道上光功率的差异。但是，在第十二个实施例系统中，调整的是发送站侧产生的泵浦光，而在第十三个实施例系统中，调整的是接收站侧产生的泵浦光。
发送站10输出的多波长光被EDF41放大，传送到接收站20。接收站20内的光源45产生的泵浦光，提供给EDF41。通过EDF41后的剩余泵浦光经WDM耦合器171与多波长光分开，引向控制电路(cont6)172。控制电路172的作用与图23所示控制电路164基本相同。多波长光复用的各信道上光功率间差异，是根据接收到的剩余泵浦光功率与光源45发射的光功率来推算的。然后，按照推算结果，调整光源45的功率，使不同信道上的光功率间差异为最小。
图26是第十四个实施例传输系统的配置简图。与第十二个实施例系统类似，第十四个实施例传输系统也根据通过放大多波长光的掺铒光纤的剩余泵浦光功率，调整多波长光复用的各信道光功率间的差异。但是，在第十二个实施例系统中，剩余泵浦光是用WDM耦合器送回发送站，而在第十四个实施例系统中，是用一反射器件把剩余泵浦光送回发送站。
发送站10输出的多波长光被EDF47放大，然后经反射器件181传送到接收站20。发送站10内的光源71产生的泵浦光供给EDF47。
反射器件181由，比如光纤光栅构成；它仅反射泵浦光的波长(在本例中是1480nm)，而透过其他波长成分。因此，发送站10输出的多波长光透过反射器件181，但通过EDF47的剩余泵浦光却被反射器181反射。被反射的剩余泵浦光经WDM耦合器40及分支耦合器163导向控制电路164。如前所述，控制电路164根据接收的剩余泵浦光功率及光源45发射的光功率，推算多波长光复用的各信道上光功率的差异，并依照推算结果，调整光源45发射的光功率，使各信道的光功率间差异减至最小。
向掺铒光纤提供泵浦光的方法包括前向泵浦方法，其中供给泵浦光的方向与信号光的传送方向一致；后向泵浦方法，其中供给泵浦光的方向与信号光的传送方向相反。本发明的任何实施例都不受上述两种方法中任一种的限制。
在许多实施例中，当泵浦光提供给掺铒光纤时，紧靠掺铒光纤前面或紧靠掺铒光纤后面的WDM耦合器，是用于把泵浦光合并进信号光传输路径的，但是，也可以在发送站内或接收站内，把信号光与泵浦光合成在一根光纤内，之后再把此合成光送到掺铒光纤上。当把信号光与泵浦光合成，然后再传送此合成光时，有可能使噪声变大，但这种方法不那么昂贵，因为它不需要一条传送泵浦光的独立传输路径。
在前述不同实施例所举例子中，产生泵浦光的光源以及控制泵浦光的电路均装在发送站或接收站内，然而，该光源及控制电路也可以装在发送站或接收站之外。无论如何，即使光源及控制电路均装在发送站或接收站之外，考虑到维护的方便，还是装在发送站或接收站附近为好。
在前述不同实施例中，都用掺铒光纤来放大多波长光，但本发明也可用各种不同的光纤放大器，包括掺稀土元素的各种光纤。此外，本发明所用放大器不必限于光纤放大器。也可以使用各类不同的其增益能远程控制的光放大器，如半导体光放大器。
还有，在前述不同实施例中，掺铒光纤的增益是通过控制泵浦光功率来控制的，但也可以通过调整被掺铒光纤放大的信号光的光功率，来控制该掺铒光纤的增益。此时，在紧靠掺铒光纤前面安装-光功率控制器(例如一个光衰减器)，该光功率控制器是远程控制的。
还有，在前述不同实施例中，要使不同信道上的光功率相等，但也可以使不同信道的光功率有指定的特性。例如，可以这样把光放大，即放大后的光功率随波长增长而增大。
按照本发明，一个传送多波长光的系统，且放大该多波长光的光放大单元是配置成远程控制的，在此系统中，对该多波长光的分析结果，被用来调整供给光放大单元的泵浦，从而可以把该多波长光复用的各个信道上光功率的差异减至最小。另外，在此光放大单元配置成远程控制的系统中，供给该光放大单元的泵浦光，还根据多路复用的信道数目加以调整，因此能抑制多波长光噪声。
权利要求
1.一种多波长光传输系统，在其传输路径上至少安装有一个光放大单元，多波长光经此传输路径在发送站与接收站间传送，多波长光传输系统包括光源，它安装在接收站内或其附近，用于产生泵浦光，供给至少一个光放大单元；及控制电路，它安装在接收站内或其附近，用于调整所述光源的输出功率，以便调整多波长光复用的多个信道上的光功率。
2.按照权利要求1的多波长光传输系统还包括分束装置，它安装在接收站内或其附近，用于把多波长光分开成与多个信道对应的多束光，其中所述控制电路调整所述光源发射的光功率，使被所述分束装置分开的多束光的功率相等。
3.按照权利要求1的多波长光传输系统，其中所述光源产生的泵浦光，供给至少一个光放大单元中离接收站最近的一个光放大单元。
4.按照权利要求1的多波长光传输系统还包括光放大器，它在接收站内或其附近，用于放大已经通过传输路径传送来的多波长光，其中所述控制电路通过控制所述光放大器的放大作用，调整多波长光的波长特性。
5.一种多波长光传输系统，在其传输路径上安装有多个光放大单元，多波长光经此传输路径在发送站与接收站间传送，此多波长光传输系统包括第一光源，安装在发送站内或其附近，以产生泵浦光；第二光源，安装在接收站内或其附近，以产生泵浦光；及控制电路，安装在接收站内或其附近，通过调整所述第二光源发射的光功率，来调节多波长光多路复用的多个信道上的光功率，其中所述第一和第二光源产生的泵浦光用于激励多个光放大单元中至少一个。
6.按照权利要求5的多波长光传输系统，其中所述第一光源产生的泵浦光作为前向泵浦的泵浦光，所述第二光源产生的泵浦光作为后向泵浦的泵浦光。
7.一种多波长光传输系统，在其传输路径上安装有一个光放大单元，多波长光经此传输路径在发送站与接收站间传送，此多波长光传输系统包括光源，安装在发送站或接收站内，或安装在发送站或接收站附近；检测装置，用于检测多波长光内多路复用的波长数目；控制电路，它根据所述检测装置检测出的多路复用波长的数目，调整所述光源发射的光功率。
8.按照权利要求7的多波长光传输系统，其中所述检测装置，在多波长光多路复用的多个信道中，检测正在传送信号的信道，作为多路复用波长的数目。
9.一种多波长光传输系统，在其传输路径上安装有多个光放大单元，多波长光经此传输路径在发送站与接收站间传送，多波长光传输系统包括第一光源，安装在发送站内或其附近，以产生泵浦光；检测装置，用于检测多波长光内多路复用的波长数目；第一控制电路，它根据所述检测装置检测出的多路复用波长的数目，调整所述第一光源发射的光功率；第二光源，安装在接收站内或其附近，以产生泵浦光；第二控制电路，它通过调整所述第二光源发射的光功率，来调节多波长光多路复用的多个信道上的光功率，其中所述第一和第二光源产生的泵浦光用于激励多个光放大单元中至少一个。
10.按照权利要求9的多波长光传输系统，其中所述第二光源产生的泵浦光对应于多路复用波长的一个指定数目，当多路复用波长数目变化时，所述第一控制电路调整所述第一光源发射的光功率。
11.一种多波长光传输系统，在其传输路径上安装有第一和第二光放大单元，多波长光经此传输路径在发送站与接收站间传送，第一光放大单元比第二光放大单元更靠近发送站；此多波长光传输系统包括第一光源，安装在发送站内或其附近，以产生泵浦光，此泵浦光沿前向方向提供给第一光放大单元；第二光源，安装在接收站内或其附近，以产生泵浦光，此泵浦光沿后向方向提供给第二光放大单元；传输路径，用于在第一和第二光放大单元间传送泵浦光。
12.一种多波长光传输系统，其中安装第一传输路径，它把多波长光从第一通讯站传送到第二通讯站，还安装有第二传输路径，它把多波长光从第二通讯站传送到第一通讯站，并且至少在第一传输路径上装有一个光放大单元；此多波长光传输系统包括光源，安装在第一通讯站内或其附近，它产生的泵浦光提供给光放大单元；分支装置，把光放大单元放大了的多波长光分出一部分，并把多波长光分出来的部分引向第二传输路径；及控制电路，安装在第一通讯站内或其附近，把经由第二传输路径输入的多波长光分解成各个波长成分，还调整所述光源发射的光功率，以便调节从第一通讯站输出的各个波长的光功率。
13.按照权利要求12的多波长光传输系统，还包括调整装置，它根据多波长光多路复用波长的数目，调整所述光源发射的光功率。
14.一种多波长光传输系统，在其传输路径上安装有一个光放大单元，多波长光经此传输路径在发送站与接收站间传送，此多波长光传输系统包括光源，安装在发送站内或其附近，以产生泵浦光泵浦光传输路径，它把所述光源产生的泵浦光提供给光放大单元；分支装置，把光放大单元放大后的多波长光分出一部分，并把分出来的多波长光引向泵浦光传输路径；控制电路，接收多波长光被所述分支装置分出来的部分，并通过调整所述光源发射的光功率，来调节接收的多波长光多路复用的多个信道上的光功率。
15.一种多波长光传输系统，在其传输路径上安装有一个光放大单元，多波长光经此传输路径在发送站与接收站间传送，此多波长光传输系统包括光源，安装在发送站内或其附近，产生泵浦光以供给光放大单元；分支装置，把光放大单元放大后的多波长光分出一部分，并把多波长光分出来的部分引向传输路径，使之沿从接收站到发送站的方向传送；控制电路，它接收多波长光被所述分支装置分出来的部分，并通过调整所述光源发射的光功率，来调节接收的多波长光多路复用的多个信道上的光功率。
16.一种多波长光传输系统，在其传输路径上安装有一个光放大单元，多波长光经此传输路径在发送站与接收站间传送，此多波长光传输系统包括光源，安装在发送站内或其附近，产生泵浦光供给光放大单元；检测装置，检测经过光放大单元的剩余泵浦光；及控制电路，它根据所述检测装置检测到的剩余泵浦光功率，调整所述光源发射的光功率。
17.一种多波长光传输系统，在其传输路径上安装有一个光放大单元，多波长光经此传输路径在发送站与接收站间传送，此多波长光传输系统包括光源，安装在接收站内或其附近，产生泵浦光供给光放大单元；检测装置，检测通过光放大单元的剩余泵浦光；控制电路，它根据所述检测装置检测到的剩余泵浦光功率，调整所述光源发射的光功率。
18.一种多波长光传输系统，在其传输路径上安装有一个光放大单元，多波长光经此传输路径在发送站与接收站间传送，此多波长光传输系统包括光源，安装在发送站内或其附近，产生泵浦光以供给光放大单元；反射装置，紧接光放大单元之后安装，以反射泵浦光；及控制电路，它根据所述反射装置反射的泵浦光功率，调整所述光源发射的光功率。
19.一个传输系统，其配置为一个光放大单元装在传输路径上，传输路径在发送站与接收站间传送多波长光，且从一远程地区向光放大单元输送泵浦光，其中供给光放大单元泵浦光的光源，与调整光源发光功率的控制电路，互相靠近地安装，其中调整光源是为了使多波长光多路复用的多个信号的光功率相等，而且，光源与控制电路均装在远离光放大单元的地区。
20.一个传输系统，其配置为在传输路径上装有一个光纤放大器，传输路径在发送站与接收站间传送多波长光，泵浦光从远程地区输送到光纤放大器，其中调整从远程地区向光纤放大器输送泵浦光的光源发光功率，使多波长光多路复用的多个信号光的功率相等。
21.一个传输系统，其配置为在传输路径上装有一个光纤放大器，传输路径在发送站与接收站间传送多波长光，泵浦光从远程地区输送到光纤放大器，其中根据多波长光多路复用的光信号数目，调整从远程地区向光纤放大器输送泵浦光的光源发光功率。
全文摘要
多波长光从发送站传送到接收站。掺铒光纤安装在联接发送站与接收站的传输路径上。安装在接收站内的光源将泵浦光送到掺铒光纤。在接收站内,多波长光被分解为各个波长成分信号。检测每一波长成分信号的光功率,控制光源发射的光功率,使各个波长成分的光功率相等。
文档编号H04J14/00GK1193752SQ97122950
公开日1998年9月23日 申请日期1997年11月26日 优先权日1997年3月13日
发明者菅谷靖, 近间辉美 申请人:富士通株式会社