专利名称：光中继放大器与波分复用器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光中继放大器(optical in-line amplifier)与在用于光通信的中继放大器中使用的波分复用器。本发明特别涉及一种光中继放大器与波分复用器，其适用于在单根光纤上进行双向传输的通信方法。
背景技术：
图10示出了用作单向放大器的传统光中继放大器。节点111沿着光纤115传输光信号117。光中继放大器113将光信号117转换成放大了的光信号118，并将信号传输到反向节点112。从反向节点112沿着光纤116传输光信号119。光信号119被光中继放大器转换为放大了的光信号120。虽然掺铒光纤放大器是光中继放大器最常用的类型，半导体激光放大器、喇曼放大器(Ramanamplifier)等也可被使用。用来防止寄生振荡的光隔离器(一种器件仅允许一特定方向的光传输)，常被用在所有这些光中继放大器中，以确保仅对单方向的光进行放大。
传统波分复用器使用薄膜滤波器类型波分复用器，诸如图11A与图11B所示。通常地，薄膜滤波器并不用于同光中继放大器直接相关的情况。然而本发明的说明将着重于光中继放大器的这些类型，其包含作为部件的薄膜滤波器。
如图11A所示，一传统的波分复用器，使用了薄膜滤波器，由级联的三端口器件100a至100d而构成。图18示出了这些三端口器件100中之一的结构。三端口器件100包括一公共端口光纤101、一传输端口光纤102、一反射端口光纤103、准直透镜(collimator lens)104和106、和薄膜滤波器105。来自公共端口光纤101的光穿过准直透镜104，照射到薄膜滤波器105上。薄膜滤波器105只允许具有特定波长(λ)的光通过。具有特定波长(λ)的光穿过准直透镜106被传导至传输端口的光纤102。除特定波长λ之外的所有其它波长的光被薄膜滤波器105反射，通过准直透镜104，传导到反射端口的光纤103。通过用这些级联的三端口器件100a至100d而构造的如图11A的薄膜滤波器类型波分复用器，只有具有特定波长λ1至λ4的光经每一三端口器件的传输端口被选择输出。
在如图11B的三端口器件中，一部分波长为λ的光，其本应穿过薄膜滤波器105，反而被反射并被传导到反射端口光纤103。传导不想要的光的这种现象被称为串扰。串扰同原始光之间的比率即所知的隔离度。例如，隔离度为20dB值表示从公共端口光纤101发出的原始光(λ)的1/100被传导到反射端口光纤103。
当光经三端口器件的光纤102被传入，如图2所示，包括串扰光的反射光107散射进入自由空间。因此，从传输端口光纤102发出的光，其具有能穿过薄膜滤波器的波长，被传导到公共端口光纤101，但是基本没有串扰被传导到反射端口光纤103，这导致了极高的隔离度。
发明内容
考虑到前述情况，本发明的一个目的就是提供一双向光中继放大器，其能够被用于在单根光纤上进行光纤通信的传输系统中，因此能够从传统的中继放大系统中的这些典型要求铺设2根光纤和提供2个中继放大器，中减少成本。通过描述的在权利要求书范围之内的结构将达到这些目的和其他目的。
其次，本发明的原理将被描述。在单根光纤上使用不同波长以进行双向通信的传输系统中，基于这些波长，系统可以区分光信号的方向。使用这个特性，为了在分离与放大双向传播的光信号之后将光信号插入到其正确的路由之中，本发明通过光中继放大器与波分复用器进行波长路由选择。结果，这个单光纤双向传输系统可以进行适当的光放大，同时分离在两个方向上传播的光信号的路由。本发明也可以使用单个光放大器同时放大两个方向上的信号，因此，减少了要求的光放大器的数量。
在附图中图1是一示出了根据本发明第一实施例中的光中继放大器的说明图；图2是一示出了根据本发明第二实施例中的光中继放大器的说明图；图3是一示出了当放大与中继有多个波长的光信号时，波长之间的关系图；图4是一示出了根据本发明第三实施例中的波分复用器的说明图；图5是一示出了由本发明的光中继放大器与波分复用器联合构成的链接光通信网络的说明图；图6是一示出了根据本发明第四实施例中的波分复用器的说明图；图7是一示出了根据本发明第五实施例中的波分复用器的说明图；图8是一示出了根据本发明第六实施例中的光中继放大器的说明图；图9是一示出了交织器的功能的说明图；图10是一示出了使用传统光中继放大器的光传输网络的说明图；图11A举例说明使用了传统薄膜滤波器类型三端口器件的传统波分复用器；图11B是一说明图，示出了传统薄膜滤波器类型三端口器件的结构和工作情况；和图12是一说明图，示出了三端口器件的详细工作情况。
具体实施例方式
根据本发明最佳实施例的光中继放大器与波分复用器将参考附图被描述。
图1示出了根据本发明第一实施例的光中继放大器20。光中继放大器20包括双向传输端口20a和20b。传输端口20a和20b分别经公共端口1a和2a连接到三端口器件1和2。经公共端口1a输入的光中，三端口器件1反射波长为λ1(1530nm)的光，通过波长为λ2(1550nm)的光。经公共端口2a输入的光中，三端口器件2反射波长为λ2的光，通过波长为λ1的光。光中继放大器20还配有2个C-波段掺铒滤波放大器3和4。C-波段指的是近似为1525-1560nm的波长范围。因此，放大器3和4可以放大波长在范围1525-1560nm内的光。
插入到公共端口1a的波长为λ1的光信号被传递到三端口器件1的反射端口1b。在被放大器3放大之后，信号经三端口器件2的传输端口2c被传输到公共端口2a。被注入到公共端口2a的波长为λ2的光信号被传递到三端口器件2的反射端口2b。在被光纤放大器4放大之后，信号经三端口器件1的传输端口1c被传输到公共端口1a。
通过这种结构，本发明的光中继放大器可以在单根光纤上使用不同波长的光进行双向传输，诸如波长为λ1(1530nm)的光用于一个方向，波长为λ2(1550nm)的光用于另一个方向。
图1中所示出的本发明的另一个特征是将光纤放大器3的输出连接到三端口器件2的传输端口2c上。在被光放大器放大之后信号电平升高。插入到传输端口2c的波长为λ1的光信号的电平比加到公共端口2a的波长为λ2的光信号的电平高出20dB或更多。由于这个原因，少量的串扰可能发生。然而这个串扰不会带来任何问题，因为在传输端口2c和反射端口2b之间可以获得极大隔离度(50dB或更高)，如现有技术中描述的。
在上述的是实施例中，虽然波长λ1被设为1530nm且波长λ2被设为1550nm，这些波长可以被设置成不同的值，诸如波长λ1被设为1570nm且波长λ2被设为1590nm。在此情况下，光放大器可以被L波段掺铒滤波放大器取代。L波段指的是波长在1565-1605nm范围之内，使L波段掺铒滤波放大器能放大波长在此范围之内的光。也可以使用来自ITU格栅(grid)、为密集波分复用(DWDM)中使用的100GHz(0.8nm)间隔或200GHz(1.6nm)间隔准备的波长。
图2示出了根据本发明第二实施例的光中继放大器21。第二实施例的光中继放大器仅使用了一个C-波段掺铒滤波放大器3，同时增加了2个新的三端口器件5和6。这两个三端口器件5和6都传递波长为λ1的光(1530nm)，同时反射波长为λ2(1550nm)的光。放大器3可以同时放大波长为λ1和波长为λ2的信号。在单根光纤上使用不同波长进行双向传输的单光纤双向传输方法中，对每一种波长，信号的路径是预定了的。因此，通过进行波长路由选择来确定每一波长的路由，可以提取两个方向上的信号、同时放大两个信号、和将信号重新插入到它们正确的路径中。本实施例使用了这个特性。
如第一实施例中，光中继放大器21包括双向传输端口210a和210b，分别连接到三端口器件1和三端口器件2的公共端口1a和2a上。插入到公共端口1a的波长为λ1(1530nm)的光信号，被传导到反射端口1b，并被传输三端口器件5的传输端口5c。由于三端口器件5传递波长为λ1的光，所以波长为λ1的光信号被传输到公共端口5a。插入到公共端口2a的波长为λ2(1550nm)的光，被传导到反射端口2b。这个信号被顺序传输到三端口器件5的反射端口5b，并被传导到公共端口5a。结果，波长为λ1和λ2的两个光信号被复用和传递到光纤放大器3，在那儿它们被同时放大。其后，波长为λ1和λ2的被放大了的光信号被传导三端口器件6的公共端口6a。由于三端口器件6反射波长为λ2的光，并传递波长为λ1，所以波长为λ1的被放大了的光信号经三端口器件6的传输端口6c和三端口器件2的传输端口2c被传导到公共端口2a。另一方面，波长为λ2的被放大了的光信号经三端口器件6的反射端口6b和三端口器件1的传输端口1c被传导到公共端口1a。
本结构实现了一种用于在一个方向上使用λ1(1530nm)在另一方向上使用λ2(1550nm)，单光纤双向通信的光中继放大器。
虽然在以上描述中，在通信的每一方向上被设定使用单波长，在每一方向上使用多波长也是可能的。如图3所示，三端口器件的通过波长有一定的波长范围，使得要提供的多个波长的光信号在这个范围内。例如，4个波长λa、λb、λc、λd可被用于一个方向，另4个波长λe、λf、λg、λh可被用于一个方向。这种多波长配置也可被用于第一实施例。
虽然在上述的实施例中掺铒光纤放大器被用作光放大器，也可以使用其他类型的光放大方法，半导体放大器、喇曼放大器、或其它掺稀土光纤放大器。而且，在上述实施例中，薄膜滤波器类型三端口器件(用于合并与分离具有不同波长的光信号的器件)被用作波分复用器件。然而，也可以使用其它波分复用器件。
图4示出了根据本发明第三实施例的波分复用器10。波分复用器10包含2个双向传输端口11和12。双向传输端口11被配制成用于传输波长λ1(1530nm)和接收波长λ2(1550nm)，同时双向传输端口12被配制成用于传输波长λ2和接收波长λ1。
波分复用器10还包括光收发器13和14、光纤耦合器15、C-波段掺铒光纤放大器16、和三端口器件17-19。光收发器13传输波长为λ1的光信号，同时光收发器14传输波长为λ2的光信号。三端口器件17与18传递波长λ1并反射波长λ2，同时三端口器件19传递波长λ2并反射波长λ1。
从光收发器13发出的波长为λ1的光信号与从光收发器14发出的波长为λ2的光信号被光纤耦合器15复用，并被光纤放大器16同时放大。被放大的光信号被传输到三端口器件17，通过它波长为λ1的光信号被传递到传输端口17c，同时波长为λ2的光信号被传输到反射端口17b。三端口器件18在传输信号与接收信号上执行波分复用。由于波长为λ2的信号被从其它节点传输到双向传输端口11，接收到的波长为λ2的光信号被传导到三端口器件18的反射端口18b并被传输到光收发器13的接收端口。而且，通过传输端口17c的波长为λ1的传输信号经双向传输端口11传输到其它节点。
相反，双向传输端口12从其它节点接收波长λ1的光信号，并将从光收发器14接收的波长为λ2的光信号传输到其它节点。从光收发器14发出的波长为λ2的光信号被光纤放大器16放大，在经过反射端口17b和三端口器件19的公共端口19c后被输出到双向传输端口12。
图5示出了根据本发明结合了光中继放大器和波分复用器的光传输网络。网络包括波分复用器10a-10f，其具有和图4所示波分复用器10相同的结构，和光中继放大器21a-21d，其具有和图2所示光中继放大器21相同的结构。通过连接波分复用器10a-10f成环形结构，如图5所示，用单根光纤可以构成双环网络，其中波长为λ1(1530nm)的光顺时针传输，同时波长为λ2(1550nm)的光逆时针传输。光中继放大器被放置于其距离太远的复用器之间的位置，以用来放大和中继信号。
在波分复用器10中，也可以用WDM光纤耦合器或三端口器件取代光纤耦合器15。这些器件的使用可以减少信号损耗。然而，在使用光纤耦合器15时可能产生一些信号损耗，如上所述的C-波段掺铒光纤放大器16(升压放大器booster amp)放大光信号至光纤放大器16的饱和电平。因此，光纤耦合器15中的实际损耗一般不是问题。光纤耦合放大器的优势在于它比WDM光纤耦合器或三端口器件的费用低。
上述结构在双光纤上使用单C-波段掺铒光纤放大器进行双向传输有显著效用。
图6示出了根据本发明第四实施例的波分复用器30。在第四实施例中，在每一传输方向上使用4个波长来进行单光纤双向传输。
本实施例的波分复用器30包括光收发器31a-31h，用于生成波长为λa-λh的光信号。波长λa-λh之间的关系如图3所示。此外，波分复用器30包括波长复用器32a和32b以及波长分解器33a和33b。从光收发器31a-31d发出的波长为λa-λd的光信号被波长复用器32a复用。类似的，从光收发器31e-31h发出的波长为λe-λh的光信号被波长复用器32b复用。波长为λa-λh的光信号进一步被光纤耦合器15复用，并同时被光纤放大器16放大。波长为λa-λd的光信号经三端口器件17的传输端口17c和三端口器件18的传输端口18c被传导到双向传输端口11，同时，波长为λe-λh的光信号经反射端口17b和三端口器件19的传输端口19a被传导到双向传输端口12。
从其它节点传输到双向传输端口11的波长为λe-λh的光信号经三端口器件18的反射端口18b被传递到波长分解器33a。波长分解器33a分离每一波长，并将其传输到相应的光收发器31a-31d。类似的，从其它节点传递到光中继放大器21的波长为λa-λd的光信号经三端口器件19的反射端口19b被传递到波长分解器33b。波长分解器33b分离每一波长，并将其分别传输到光收发器31e-31h。在图6中，细箭头被用来区分经双向传输端口11和12接收到的光接收信号和光传输信号。
图7示出了根据本发明第五实施例的波分复用器50。第五实施例类似于第四实施例之处在于波分复用器50在任一传输方向上使用4波长来进行单光纤双向传输。第五实施例与第四实施例不同点在于光放大器被用作为前置放大器而不是升压放大器。升压放大器增加了光信号的传输功率，而前置放大器预放大接收到的光信号。本实施例的波分复用器50配有取代光纤耦合器15和三端口器件17的三端口器件34和35以及C-波段掺铒放大器36。最好将放大器16与放大器36设定为不同的规格。
从其它节点传输到双向传输端口11的波长为λe-λh的光信号经反射端口18b被发送到三端口器件34的反射端口34b。从其它节点传输到双向传输端口12的波长为λa-λd的光信号经反射端口19b被发送到三端口器件34的传输端口34c。结果，由双向传输端口11和12接收的波长为λa-λh的光信号被光纤放大器36同时放大。放大的信号被三端口器件35分成波长为λa-λd的光信号组和波长为λe-λh的光信号组。这些光信号组被分别传输到波长分解器33b和波长分解器33a。
由波长复用器32a复用的波长为λa-λd的光传输信号经三端口器件18和双向传输端口11被传输到其它节点。类似的，由波长复用器32b复用的波长为λe-λh的光传输信号经三端口器件19和双向传输端口12被传输到其它节点。
构造包含第四实施例中的升压放大器与第五实施例中的前置放大器的波分复用器也是可能的。而且，第二实施例中的光中继放大器也可被提供给本波分复用器。在此情况下，单放大器被做成具有前置放大器和升压放大器的功能。在图7的配置中，4个波长被用于每一传输方向。然而，对于每一方向上的波长数可从1个波长开始任意设定。
图8示出了根据本发明第六实施例的光中继放大器40。这个光中继放大器使用了交织器以取代带有薄膜滤波器的三端口器件。交织器43如图9所示运作，用于交替分离与传导波长为λa-λh的光信号到两个分离的端口。因此，交织器发送波长为λa、λc、λe、λg的光信号到一端口，发送波长为λb、λd、λf、λh的光信号到另一端口。
如图8所示，光中继放大器40包括4个交织器43、44、45、46。如在第二实施例中，光中继放大器40也包括一C-波段掺铒滤波放大器3。插入到光中继放大器40的端口41的波长为λa、λc、λe、λg的光信号经交织器43和44被传输到C-波段掺铒滤波放大器3。然后被放大的波长为λa、λc、λe、λg的光信号经交织器45和46被传递到端口42，与端口41相反的端口。输入到光中继放大器40的端口42的波长为λb、λd、λf、λh的光信号经交织器46和44被传输到C-波段掺铒滤波放大器3。然后被放大的波长为λb、λd、λf、λh的光信号经交织器45和43被传递到端口41。输入的光信号与放大的光信号在图8中通过箭头的厚度来区分。因此，光中继放大器40的功能就是放大经端口41输入的光信号，并传输被放大的信号到端口42，以及放大经端口42输入的光信号，并传输被放大的信号到端口41。
发明一使用交织器的如在第四实施例中的波分复用器也是可能的。
本发明能提供用于在单光纤上进行双向通信的光中继放大器，其能够在光通信网络中中继与放大光信号。本发明也能提供用于在单光纤上进行双向传输的波分复用器。
权利要求
1.用于光纤通信网络的波分复用器，使用对于每一方向上不同的波长以在单光纤上进行双向传输，所述光中继放大器包含第一双向传输端口；第二双向传输端口；第一薄膜滤波器类型三端口器件，其有一个公共端口、一个传输端口、一个反射端口，公共端口被连接到第一双向传输端口上；第二薄膜滤波器类型三端口器件，其有一个公共端口、一个传输端口、一个反射端口，公共端口被连接到第二双向传输端口上；第一光放大器，其用来放大从第一双向传输端口经第一薄膜滤波器类型三端口器件的公共端口和反射端口传输来的光信号；第二光放大器，其用来放大从第二双向传输端口经第二薄膜滤波器类型三端口器件的公共端口和反射端口传输来的光信号；其中，被第一光放大器放大的光信号经第二薄膜滤波器类型三端口器件的传输端口被输出到其公共端口，并且被第二光放大器放大的光信号经第一薄膜滤波器类型三端口器件的传输端口被输出到其公共端口；
2.用于光纤通信网络的波分复用器，使用对于每一方向上不同的波长以在单光纤上进行双向传输，所述光中继放大器包含第一波分复用器，用于提取具有第一波长的光信号；第二波分复用器，用于提取具有第二波长的光信号；第三波分复用器，用于合并具有第一和第二波长的光信号；单光放大器，用于放大由第三波分复用器合并的具有第一和第二波长的光信号；第四波分复用器，用于分离具有第一和第二波长的放大了的光信号，并发送具有第一波长的光信号到第二波分复用器和发送具有第二波长的光信号到第一波分复用器。
3.用于光纤通信网络的波分复用器，使用对于每一方向上不同的波长以在单光纤上进行双向传输，所述光中继放大器包含第一波分复用器，用于提取在一组光信号，其具有在第一组波长之中的多个波长；第二波分复用器，用于提取在一组光信号，其具有在第二组波长之中的多个波长；第三波分复用器，用于合并具有在第一组和第二组波长之中的波长的光信号组；单光放大器，用于放大由第三波分复用器合并的具有第一组和第二组波长的光信号；第四波分复用器，用于分离放大了的具有第一组和第二组波长的光信号，并发送具有第一组波长的光信号到第二波分复用器和发送具有第二组波长的光信号到第一波分复用器。
4.用于光纤通信网络的波分复用器，使用对于每一方向上不同的波长以在单光纤上进行双向传输，所述波分复用器包含第一与第二传输/接收端口；第一光收发器，用于产生具有第一波长的光信号；第二光收发器，用于产生具有第二波长的光信号；单光放大器；单波合并器件；以及第一至第三波分复用器，其中，波合并器件合并从第一与第二光收发器接收到的光信号；光放大器同时放大具有第一和第二波长的光信号；第一波分复用器分离具有第一波长和第二波长的光信号，并经第二和第三波分复用器传输信号到第一和第二传输/接收端口。
5.用于光纤通信网络的波分复用器，使用对于每一方向上不同的波长以在单光纤上进行双向传输，所述波分复用器包含第一与第二传输/接收端口；第一组光收发器，用于产生具有在第一组波长之中的多个波长的光信号；第二光收发器，用于产生具有在第二组波长之中的多个波长的光信号；单光放大器；单波合并器件；以及第一至第三波分复用器，其中，波合并器件合并从第一与第二光收发器接收到的光信号；光放大器同时放大具有第一和第二组波长的光信号组；第一波分复用器分离具有第一组波长和第二组波长的光信号组，并经第二和第三波分复用器传输光信号组到第一和第二传输/接收端口。
6.用于光纤通信网络的波分复用器，使用对于每一方向上不同的波长以在单光纤上进行双向传输，所述波分复用器包含第一与第二传输/接收端口；第一光收发器，用于产生具有第一波长的光信号；第二光收发器，用于产生具有第二波长的光信号；单光放大器；单波合并器件；以及第一至第三波分复用器，其中，波合并器件合并从第一与第二传输/接收端口接收到的光信号；光放大器同时放大具有第一和第二波长的光信号；第一波分复用器分离具有第一波长和第二波长的光信号，并经第二和第三波分复用器传输信号到第一和第二光收发器。
7.用于光纤通信网络的波分复用器，使用对于每一方向上不同的波长以在单光纤上进行双向传输，所述波分复用器包含第一与第二传输/接收端口；第一组光收发器，用于产生具有在第一组波长之中的多个波长的光信号；第二光收发器，用于产生具有在第二组波长之中的多个波长的光信号；单光放大器；单波合并器件；以及第一至第三波分复用器，其中，波合并器件合并从第一与第二传输/接收端口接收到的光信号；光放大器同时放大具有第一组和第二组波长的光信号组；第一波分复用器分离具有第一组波长和第二组波长的光信号组，并经第二和第三波分复用器传输光信号组到第一和第二光收发器。
全文摘要
适用于光纤网络的光中继放大器与波分复用器，使用每一方向上不同的波长来在单光纤上进行双向传输。通过使用三端口器件进行波长路由选择，每一方向上的光信号被分离与提取。随后，光纤放大器同时复用与放大光信号。所述放大的光信号被再次路由选择以分离与提取每一方向的光信号并将其传导到正确的方向。
文档编号H04B10/16GK1430347SQ02158429
公开日2003年7月16日 申请日期2002年12月24日 优先权日2001年12月26日
发明者太田猛史 申请人:光技术统合网株式会社