专利名称：用于可变段长度wdm光通信系统的光放大系统的制作方法
用于可变段长度WDM光通信系统的光方文大系统
背景技术：
在此使用的部分标题仅是用于组织目的，并不限制本发明中所述的主题。现有技术中的长距离光通信系统通常包括多个光纤段(optical fiber span )。由 于存在着对中继器盒(repeater hut)物理定位的限制，因此这些光通信系统通常包括多 个具有可变段长度的光纤段。通常希望通过使光纤段尽可能长来减少传输盒的数目。然 而，长光纤段具有相对高的跨度损耗，其可以减少光通信系统的噪声预分配。
图3说明了图1的光通信系统的示例性光纤段，其包括色散补偿和光衰减。
具体实施例方式因为光纤具有非常低的光衰减和大的带宽，因此现有技术高容量陆地光通信系 统使用光纤来传播光学数据信号。光衰减是对这种通信系统的传播距离的主要限制。当 光学信号在光纤中传播相对大的距离时，光衰减逐渐减少信号的功率，从而减少其保真 度或信噪比。中继器光放大器加强光学信号，从而提高光学信号的信噪比。然而，光放大器 也添加噪声到光学数据信号。对于相对长的光纤段长度，中继器输入处的信号幅度相对 小，因此，通过光放大器引入的光学噪声引起的减损更严重。由于这个原因，铒掺杂光 纤放大器技术不支持显著大于80km的光纤段长度或中继器光放大器之间的链路距离。 特别是，对于大于80km的光纤段的中继器，要求相比利用铒掺杂光纤放大器具有较低 有效噪声指数的Raman光放大器。也希望建立可以允许光纤段长度中显著差异的光通信系统。不幸地，由于许多 原因，远程通信盒不能总是放置在所需位置。接近高居住的地区，对远程通信盒可以i文 置的位置的限制尤其严重。因此，目前使用的光通信系统中实际的跨度长度变化很大。 光学数据信号随着距离按指数规律衰减。因此，在各个光纤段上传播的光学数据信号可 能经历级别很不同的衰减。也希望建立可以承载大量信息或数据的光通信系统。大量数据可以利用波分复 用(WDM)传输，借此，每个承载在其自己的波长上的多个信号通道在光纤上同时传 输并在中继器站点(repeatersite)处被光学放大。这种WDM系统的数据容量通过利用具 有相对高的数据速率例如10Gb/s或更大的数据速率的信号通道而进一步增加。也希望建立WDM光通信系统，其可以允许光;J丈大器4喿作增益的显著变化而不 削弱系统性能。进一步希望允许光放大器操作增益中的显著改变的能力可以利用单个光 放大器设计来实现，以避免成本以及支持多个光放大器模块的复杂化。许多WDM光通
信系统包括光放大器，这些光放大器具有大大取决于操作增益的放大器增益谱。今天在 光通信系统中最广泛使用的光放大器的类型是铒掺杂光纤放大器(EDFA )。特定EDFA 的增益谱大大地取决于操作增益。此外，以10Gb/s或更大速率传播信号的高速光通信系统需要色散补偿。在有 效噪声指数损失(penalty)变得不可接受之前，补偿增益谱形状中偏移的已知方法仅可以 提供3-5dB的增益动态范围。当操作增益每减小ldB时有效噪声指数的降低大于ldB 时，有效噪声指数损失一般变得不可接受。光学数据发送机102的输出110耦合到光放大系统和多个光纤段。光放大系统 包括离散光;j文大器和分布式光放大器的组合。根据本发明，许多类型的离散和分布式光 放大器可以使用。对于第一光纤,史118的光放大系统包括分布式光放大器120，其在第一光纤段 118中传播Raman光学泵浦信号。对于第一光纤段118的光放大系统还包括具有输入 122的离散光放大器120，，该输入光学耦合到第一光纤段118。第N个离散光放大器138，的输出142光学耦合到光接收器146的输入144。在 图l所示的实施例中，仅示出了一个光接收器146。然而，可以理解，实际的WDM光 通信系统包括多个光接收器，其中多个光接收器的每个在不同的波长处接收光学数据信 号。在包括FEC的实施例中，光接收器146的输出148电耦合到FEC解码器152 的输入150。FEC解码器152对编码的光学信号进行解码并校正光学信号中的传输误差。 在一个实施例中，FEC编码器104进行Reed-Solomon编码，FEC解码器152进行 Reed-Solomon解码。Reed-Solomon编码和解码在本领域中是已知的。在其它实施例中， 使用在本领域中已知的许多其它类型的编码方案。光耦合器206将由Raman光泵源204产生的Raman光学泵浦信号沿与光学数 据信号相反的方向(即逆传播方向)引导到第一分布式Raman光纤放大器120。可以 理解，在本发明的光放大系统中使用的分布式R咖an光纤放大器可以沿共同方向泵浦，
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并且也可以沿逆传播和共同传播方向泵浦。在一些实施例中，Raman光泵源204产生 包括至少三个不同波长的Raman光学泵浦信号。
46在操作中，光学数据发送机102产生光学数据信号。在一些实施例中，FEC编 码器104编码具有FEC信号的光学数据信号。光学数据信号传播通过包括多个光纤段 的光通信系统100,其中多个光纤段的至少一个具有大于或等于35dB的损耗。在一些 实施例中，至少一个光纤段的光损耗不同于另 一光纤段的光损耗。在一些实施例中，至少一个光放大系统的有效噪声指数在最大增益条件下不超 过3dB。同样，在一些实施例中，至少一个光放大系统的光增益具有大于或等于8dB 的增益动态范围和等于增益动态范围的最大增益。同样，在一些实施例中，由分布式 Raman光放大器120， 128和138中的Raman光学泵浦信号引入的增益倾斜被调节以实 现预定的增益动态范围。中继器站点302包括混合Raman-EDFA放大系统。中继器站点302包括第一 Raman光泵源304,其通过波长选择光耦合器306光学耦合到第一光纤段118。波长选 择光耦合器306将由Raman光泵源304产生的Raman光学泵浦信号沿与光学数据信号 相反的方向(即逆传播方向)引导到第一分布式Raman光纤放大器120。可以理解， 在本发明的光放大系统中使用的分布式Raman光纤放大器可以沿共同方向泵浦，并且 也可以沿逆传播和共同传播方向泵浦。在一些实施例中，Raman光泵源304产生包括 至少三个不同波长的Raman光学泵浦信号。中继器站点还包括补偿色散的色散补偿光纤。在图3所示的实施例中，VOA312 通过DCF 314光学耦合到第二 EDFA310。第二 Raman光泵源316通过波长选择光耦合 器318光学耦合到DCF 314中。波长选择光耦合器318将由第二 Raman光泵源316产 生的Raman光学泵浦信号沿与光学数据信号相反的方法(即逆传播方向)引导到DCF 314。可以理解，DCF 314可以沿共同传播方向泵浦，并且也可以沿逆传播和共同传播 方向泵浦。 DCF 314添加显著的光损耗到第一光纤段118,其显著添加到中间阶段的光衰 减。在许多现有技术系统中，当光增益从其最大值调节3至5dB时，该最大值相应于 VOA的最小损耗，由DCF 314和VOA312引起的两个EDFA阶段之间的光损耗与光放 大系统的增益相比变得显著。当光损耗与光纤^:的增益相比变得显著时，光^:大系统的 组合噪声指数开始随着增加的VOA 312损耗而非常快的增加。快速增加的噪声指数可 以显著限制中继器站点302的光;^丈大系统的动态范围。图3所示的光放大系统提供很大的通用性。中继器站点302的光放大系统可以 被调节以提供特定光纤段长度所需的目标增益形状。例如，对于相对短的光纤段长度， 中继器站点302的光放大系统可以被调节以具有相对低的具有所需谱形状的增益。对于 相对长的跨度长度，中继器站点302的光放大系统可以被调节以具有相对高的具有所需 i瞽形状的增益。当EDFA308,310中的何掺杂光纤的增益改变时引入的增益倾斜可以通过调节 VOA312而减小。调节VOA312将调节中间阶段的光衰减，其将调节总增益而不改变 EDFA 308, 310中的饵掺杂光纤的增益。从而，VOA 312可以被调节以在增益的宽范
围内控制中继器站点302的光放大系统的增益，同时保持中继器站点302的光放大系统 的增益谱的所需形状。尽管本教导已经结合多个实施例和例子进行了描述，但是本教导并不被限制到 这些实施例。相反，如本领域技术人员所理解，本教导包含多个替换，变形和等同物， 只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围即可。
权利要求
1.一种用于可变长度光纤段的光放大器，所述光放大器包括至少一个离散光放大器，其耦合到具有大于或等于35dB的预定光损耗的光纤段中；耦合到所述光纤段中的分布式光放大器，所述至少一个离散光放大器和所述分布式光放大器的组合谱增益补偿在所述光纤段中传播的光学信号经历的基本上所有损耗，所述至少一个离散光放大器和所述分布式光放大器的至少一个的增益被调节，以当所述增益减小8dB时，引起小于8dB的相关有效噪声指数的增加；和耦合到所述光纤段中的光损耗元件，所述光损耗元件将光损耗引入到所述光纤段中，实现所述光纤段的预定光损耗所需的组合增益动态范围和相关有效噪声指数。
2. 根据权利要求1所述的光放大器，其中所述至少一个离散光放大器和分布式光 放大器的增益被调节，以当所述增益减小4dB时，引起小于4dB的相关有效噪声指数 的增力口。
3. 根据权利要求1所述的光放大器，其中所述至少一个离散光放大器包括离散 Raman放大器。
4. 根据权利要求1所述的光放大器，其中所述至少一个离散光放大器包括半导体 光纤放大器。
5. 根据权利要求1所述的光放大器，其中所述至少一个离散光放大器包括掺杂光 纤放大器。
6. 根据权利要求1所述的光放大器，其中所述分布式光放大器包括分布式Raman 放大器。
7. 根据权利要求1所述的光放大器，还包括耦合到所述光纤段中的第二离散放大器。
8. 根据权利要求1所述的光放大器，还包括光学耦合到所述光纤段中的色散补偿器。
9. 根据权利要求8所述的光放大器，其中所述色散补偿器包括色散补偿光纤。
10. 根据权利要求9所述的光放大器，还包括光学耦合到所述色散补偿光纤的 Raman光泵源。
11. 一种放大在可变长度光纤段中传播的光学信号的方法，所述方法包括 利用至少一个离散光放大器和至少一个分布式光放大器放大在具有大于或等于35dB的光损耗的一个光纤段中传播的光学信号，所述至少一个离散光放大器和至少一 个分布式光放大器具有与组合有效噪声指数相关的组合谱增益，其补偿在具有预定光损 耗的光纤段中传播的光学信号经历的基本上所有损耗；和调节组合谱增益和耦合到所述 光纤段中的光损耗元件的光损耗的至少之一，以当所述增益减小8dB时，引起小于8dB 的相关组合有效噪声指数的增加。
12. 根据权利要求11所述的方法，还包括调节组合谱增益和耦合到光纤段中的光损 耗元件的光损耗的至少之一，以当所述增益减小4dB时，引起小于4dB的相关组合有 效噪声指数的增加。
13. 根据权利要求11所述的方法，其中调节组合谱增益和光损耗的至少之一包括调 节所述光损耗元件的光损耗以增加预定组合噪声指数和调节所述光纤段的预定光损耗 的组合增益动态范围。
14. 根据权利要求11所迷的方法，还包括调节由用于泵浦分布式光放大器的Raman 泵浦信号引入的增益倾斜，以便实现所需的组合增益动态范围。
15. 根据权利要求11所述的方法，还包括补偿所述光纤段中的至少一些色散。
16. 根据权利要求15所迷的方法，其中所述组合谱增益补偿由所述色散补偿产生的 基本上所有损耗。
17. 根据权利要求11所述的方法，还包括编码具有前向纠错的光学信号和解码所接 收的光学信号，由此校正接收的光学数据信号中的传输误差并减小所述光纤段的信噪比 要求。
18. —种光通信系统，包括多个光纤段，所述多个光纤段之一的光损耗不同于所述多个光纤段的另 一个的光损 耗，所述多个光纤段的至少一个具有大于或等于35dB的光损耗，以及所述多个光纤段 的至少一个具有小于30dB的光损肆C;和耦合到所述多个光纤段之一的光放大系统，所述光放大系统包括至少 一个离散光放 大器，至少一个分布式光放大器，和光损耗元件，所述光放大系统具有补偿所述多个光 纤段中传播的光学信号经历的基本上所有损耗的谱增益。
19. 根据权利要求18所述的光通信系统，其中所述至少一个离散光放大器包括至少 一个掺杂光纤放大器。
20. 根据权利要求18所述的光通信系统，其中所述至少一个分布式光放大器包括至 少一个分布式Raman放大器。
21. 根据权利要求18所述的光通信系统，其中至少一个离散光放大器包括至少一个 离散Raman》文大器。
22. 根据权利要求18所述的光通信系统，其中所述至少一个离散光放大器包括至少 一个半导体光纤放大器。
23. 根据权利要求18所述的光通信系统，其中所述光损耗元件包括色散补偿光纤。
24. 根据权利要求18所述的光通信系统，其中所述光损耗元件包括可变光衰减器。
25. 根据权利要求18所述的光通信系统，其中所述光损耗元件引入光损耗，实现所 述至少一个离散光放大器和至少一个分布式光放大器的所需组合增益动态范围和所需 组合噪声指数。
26. 根据权利要求18所述的光通信系统，还包括色散补偿器。
27. 根据权利要求26所述的光通信系统，其中所述光放大系统具有补偿由色散补偿 器引起的基本上所有光损耗的谱增益。
28. 根据权利要求18所述的光通信系统，还包括前向纠错编码器，其添加前向纠错 信号到在所述多个光纤段中传播的光学数据信号，和前向纠错解码器，其校正所接收的 光学数据信号中的传输误差。
29. 根据权利要求18所述的光通信系统，其中所述光放大系统的有效噪声指数在最 大增益条件下不超过3dB。
30. 根据权利要求18所述的光通信系统，其中所述光放大系统具有大于或等于8dB 的增益动态范围。
31. 才艮据权利要求18所述的光通信系统，其中当操作增益从最大增益减小4dB时， 所述光放大系统的有效噪声指数的降低小于4dB。
32. 根据权利要求18所述的光通信系统，其中当操作增益从最大增益减小8犯时， 所述光放大系统的有效噪声指数的降低小于8dB。
33. 根据权利要求18所述的光通信系统，其中，在操作增益的整个范围内，所述光 放大系统包括在目标谱增益形状的3dB内的谱增益形状。
34. —种光通信系统，包括多个光纤段，其中所述多个光纤段之一的光损耗不同于多个光纤段的另 一个的光损 耗，所述多个光纤段的至少一个具有大于或等于35dB的光损耗；耦合到所述多个光纤段之一的色散补偿器，所述色散补偿器补偿所述光纤段中的色 散影响；耦合到所述光纤段的至少一个离散光放大器，所述至少一个离散光放大器放大在所 述光纤段中传播的光学数据信号；和耦合到所述光纤段的至少一个分布式光纤放大器，所述至少一个离散光放大器和至 少一个分布式光纤放大器具有补偿在所述光纤段中传播的光学信号经历的基本上所有 损耗的组合谱增益。
35. 根据权利要求34所述的光通信系统，其中所述至少一个分布式光纤放大器包括 分布式Raman力t大器。
36. 根据权利要求34所述的光通信系统，其中光学泵浦所述至少一个分布式Raman 放大器的Raman光学泵浦信号包括至少三个Raman泵浦波长。
37. 根据权利要求34所述的光通信系统，其中所述至少一个分布式光纤放大器包括 光学参数放大器。
38. 根据权利要求34所述的光通信系统，其中所述至少一个离散光放大器包括掺杂 光纤放大器。
39. 根据权利要求38所述的光通信系统，其中所述掺杂光纤放大器包括EDFA。
40. 根据权利要求34所述的光通信系统，其中所述至少一个离散光放大器包括半导 体光放大器。
41. 根据权利要求34所述的光通信系统，其中所述至少一个离散光放大器包括离散 Raman光放大器。
全文摘要
本发明公布了包括多个光纤段的光通信系统。多个光纤段之一的光损耗不同于多个光纤段的另一个的光损耗，多个光纤段的至少一个包括大于或等于35dB的光损耗，以及多个光纤段的至少一个包括小于30dB的光损耗。光放大系统包括至少一个离散光放大器，至少一个分布式光放大器和一个光损耗元件。光放大系统具有补偿多个光纤段中传播的光学信号经历的基本上所有损耗的谱增益。
文档编号H01S3/00GK101111977SQ200680003711
公开日2008年1月23日 申请日期2006年2月14日 优先权日2005年2月17日
发明者克莱门特·多德·伯顿, 安德鲁·尼奥尔·鲁滨逊, 熙妍·帕克, 约翰·泽斯康德, 约翰·雅各布, 艾瑞克·罗伯特·藤恩 申请人:Jds尤尼弗思公司