专利名称：与光学分插波分复用系统有关的或在其中的一些改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及分插波分复用系统，更具体说是涉及插入信号功率的控制。本发明在用光纤光缆的海底电缆系统中特别有用。
波分复用，简称WDM，(如见H11的论述，British TelecomTechnology Journal 6(3)24-31)是一种十分有利于优化信号经光纤网络传输的技术。在波分复用技术中，从一个站发出的通信信号被调制成若干个不同预定载波波长的载波信号。按照发送站和预期接收站载波波长的同一性，确定每一个预定载波波长。各个预定载波波长的间隔要离得足够远，以便能被光纤系统的元件把它们互相分清，但是，在许多网络中又要求各个预定载波波长充分紧地集中在一起，使所有载波波长能被中继器中同一个放大器满意地放大(或者，在无中继系统中，能传送远距离而无显著损耗)。单根光纤的负荷量由于采用WDM而增大了—该光纤不是传送一个单一的信号，而是同时传送多个信号，每一信号有不同的波长。
大多数这类传输网络，都有多个网点，在网点上，从主干线或环分出一个或多个分支。一般说，在网点上一个或多个载波波长被分出来送至分支上的一根光纤，同时，一个或多个载波波长(这些载波波长可以和从干线或环分出来的相同，也可以不同)经分支上的另一根光纤插入到干线或环上。完成这一功能的环节便是一个分插复用器(ADM)。
为有效地在发送站和接收站间路由各个信号，特别宜于采用WDM技术。因为不同信号有不同的载波波长，可以用光学元件按信号的载波波长引导信号而恰当地路由各个信号。
可以用有源的方式完成这一任务用棱镜或类似元件把信号分离为各载波波长成分，然后经有源处理，把分离开的信号路由至要求的输出端。这一方式适用于集成器件，此类型多路复用器的一种基本设计，在Dragone等人发表于IEEE Photonics Letters 3(10)896-899，的文章中有论述；采用阵列式波导光栅的设计，Okamto等人在ElectronicsLetters 31(9)723-4披露了一个ADM器件，Inoue等人在ElectronicsLetters 31(9)726-7披露了一个光学分束器/路由器。
或者，可以用对不同载波波长有不同的响应的无源光学元件。这就有可能构作出无源网络。
在光放大网络中用波分复用分支单元(WDMBU)，对网络的控制和管理带来新的问题。问题之一是插入信道的光功率与沿干线通过的各信道光功率的匹配问题。本人提出一种简易的、自动的方案，以控制插入信道的功率，使之以最佳功率插回原系统。
为均衡WDM系统中不同信道的性能，要对各信道功率施行预增强。这可以用下述论文描述的方法实现A.R.Chraplyvy，J.A.Nagel，R.W.Tkach，“放大的WDM光波传输系统中的均衡”，IEEE PhotonicsTech.Lett.，Vol.4，pp.920-922，1992。此方法得到一个依赖于各不同信道功率分布的系统。信道从线路分出和随后新信道(以相同波长，甚或以不同波长)的插入，理想的要求是插入信道的功率要与直接穿越BU(分支单元)的干线上的信道功率相匹配。
因此，本发明力图提供以最佳功率把波长插入光纤通信系统干线的方法。
按照本发明的一个方面，是提供一种光学波分复用分插分支单元，从干线分出一个或多于一个预定波长的信号到分支上，同时从分支以所述预定波长或以不同的预定波长把信号插入干线，其特征在于其检测装置和控制装置，检测装置提供一个关于分出信号功率的控制信号，控制装置根据此控制信号调整插入信号的功率，使之成分插入到干线的最佳功率。
按照本发明的另一个方面，是给出运行光纤波分复用通信系统的一种方法，在该系统中，沿干线光缆传送和接收多个波长的信号，一个或多于一个预定波长被分出来送到分支，以便送达某个接收站/发送站，同时，有一个或多于一个所述预定波长或预定的不同波长插入干线，此方法的特征在于分出波长的功率要测出，并用来控制插入波长的功率，从而使插入波长以最佳功率进入干线。
为了使本发明及其各种可取特性更易了解，在此参照
一些仅作为例子的实施例，附图有图1是示意性框图，以简单的单一波长分出系统阐明本发明的基本思想，图2示意地画出一个适用的分插分支单元，它适用于图1的系统，图3是方框示意图，给出图1所示控制电路和激光泵浦光放大器的进一步细节，图4是方框示意电路图，画出适用于图3装置的一个受限控制电路，图5是方框示意电路图，画出适用于图3装置的一个插入功率调整电路，图6是方框示意图，它说明一种监控功能，此功能适用于其中有多个波长在一个分支上分出和插入的系统，及图7是方框示意图，表明用监控信号来衰减插入信号。
为简化解释，图1装置画出一个基本的分插WDM系统，此系统中，沿光纤干线光缆只有单一分支，且采用三个不同波长λ1，λ2，λ3，每一波长都传送两个端子10，12中特定一个端子的信号，两个端子10，12有一端位于干线的两个终端，另一端连到光缆分支终端的端子14。分插分支单元16接入光纤干线光缆，分插分支单元16要让波长λ1和λ3在端子10，12间通过，但把波长λ2导向分支端子14。
一种适用的分插分支单元示于图2，它使用三端口环行器20，22和一个布拉格反射滤光器24。载波波长λ1，λ2，λ3，的传送在输入端26进入第一环行器20。整个传送从环行器第二端口出来进入滤光器24，滤光器24反射λ2成分，但让λ1和λ3成分通过。因此λ2成分朝着第一环行器20的第二端口前进，接着通过第二端口，第三端口，沿分出分支A*出来。载波波长为λ2的插入信号，从插入分支30进入第二环行器22的第一端口，并从朝着滤光器24的第二端口出来，被滤光器24反射。插入信号λ2′在进入第二环行器22第二端口时便与主要传送信号λ1和λ3结合，三个载波波长全部从第二环行器22第三端口出来。这种ADM对给定波长信号向单一线路的插入和分出是有效的，但要在更复杂的网络中有效地路由，或当插入波长与分出波长不同时，这种ADM是有欠缺的。应该指出，任何合适的分插分支单元都可采用，例如，我们的与本申请同一天申请的共同未决的PCT申请，申请号No. ，名称为“分插复用器”中披露的任何ADM都可采用，该申请说明书的全部内容合并于此，以备参考。
现再参见图1，在分出分支A上的载波波长λ2被路由至分支端14。光学抽头32把部分载波波长λ2从分出分支A耦合到光学检测器34，例如一个PIN二极管，如图所示，它是控制电路36的第一个检测器，它给出在38的分出电压V。
分支终端14提供一个与分出信号同一波长的插入信号λ2′，此信号经可变增益光放大器40通过光学抽头42送至分插复用器16的插入分支30。抽头42把部分插入波长λ2′耦合到光检测器44，例如一个PIN二极管，如图所示，它是控制电路36的第二个检测器，并在46给出电压Vadd。控制电路36比较两个电压Vadd和Vdrop，根据28及30上两个信号的相对功率，给出一个控制信号以控制光放大器40的增益，优化耦合进干线的插入信号功率。
如果从干线入口处到分出处的损耗等于从插入处到干线出口处的损耗，那么理想的情形是，插入信道(在30处)的功率应与分出信道(在28处)的功率匹配。由此得出，插入干线的功率，在本例中是λ2′的功率，要与从干线分出的相同。因为两个抽头的损耗已知(制造时测定)，光电二极管34，44测得的功率可用来地在28及30处的光功率。通过调整插入光纤上光放大器的泵浦电平(输出电平)，控制电路可使这两个功率平衡。
实际上，分插复用器有一定损耗(例如是LADM项dB)，利用控制电路，可会在30处的功率为LA-LADMdNm(这里LA是28处的功率)，这样，新波长插入时的功率与分出信道在分插复用器出口端应有的功率相同。
现参见图3，图上更详细地画出控制电路36和光放大器40。38上的分出电压Vdrop输入一个受限控制电路39，此电路的目的是为分出信号提供一个低的输入阈值，使得在移去插入波长时，放大器不会把自身升至最大噪声电平，而是抑制在较低电平。此电路在附图4中有描述，从图可见，电压Vdrop38构成运算放大器48的一个输入。在两条不同直流电压的电源线58，60之间串联了第一电阻50，第二电阻52，第三电阻54，第四电阻56，形成一串联电阻网络。运算放大器48的另一个输入联到第二电阻与第三电阻间的结点，运算放大器的输出通过电阻62联至第一电阻与第二电阻间的结点。第三与第四电阻间的结点在64给出一受限控制电压VLIM，此电压VLIM形成图3中比较器66的输入。
检测器34与电阻68串联，接在直流电源线58，60之间，在电阻68上产生电压Vdrop。电压Vdrop与检测器34测得的总光功率成正比地变化。运算放大器48的输出跟随Vdrop变化，且能在串联电阻网络提供的电压范围内作大的电压变动。电阻62的阻值影响电压输出的变动范围，此电阻用可变电阻，便能调整变动范围。电阻50的阻值影响输出电压的上限，此电阻用可变电阻，便能调整电压的上限。对单信道系统，即迄今描述的系统，无需调整上限电平，下限可设定为能向运算放大器48提供一个低的输入阈值。此阈在没有分出信道波长时，阻止放大器开至最大。
现参看图3，在6处的插入电压电平V经电平调整电路70通到比较器66的另一输入。对简单的单一分出波长系统，在制作电平调整电路70的过程中，用手工调整就可以了，但对多于一个波长分出和插入的系统，在系统组装之后，要补偿一个或多个分出波长的暂时空缺，采用较复杂的装置是明智的，这个问题将在后面结合图5叙述。
再参看图3，画出的光放大器40包括泵浦激光放大器72，泵浦激光放大器72有一输入74连到分支终端14，以接收插入波长λ2′。放大器72的输出连到插入分支30。从比较器66出来的输出电压Vout构成场效应晶体管78的栅极输入，控制流经晶体管到激光泵浦80的电流。因此，通过改变泵浦驱动电流，维持Vadj电平总等于VLIM电平。
虽然前面的叙述大部分都涉及简单的系统，即在分支上只有单一波长分出和插入，但在本发明范围内更复杂的系统，能在一个分支上分出和插入多个波长。在这种系统中出现的一个困难是，电压Vdrop与被检测的各个分出波长总功率有关，而一个或多个波长的空缺意味着插入信号的功率必须减小。采用图5所示衰减器形式的插入功率调整电路70，可以补救这种状况。在46的电压Vadd与测得的插入信号有关。它构成运算放大器80的输入，而输出则通过由二极管D1至D5和电阻R1至R8组成的衰减网络。二极管D2至D4由两态逻辑电平控制器82所控制。加在A、B、C组合上的逻辑高或逻辑低，会选取特定的电阻组合并改变输出电压Vadj，此电压馈送至比较器66(图3)。远程终端根据对特定波长空缺的检测，送出监控信号，对衰减器加以控制，现在结合图6和7对此加以描述。
图6画出远程终端90，它包括传输数据发生器92，发生器92经光发送器94连到光调制器96，光调制器96馈入干线18。从进来的干线光纤98或光纤接收的数据送至检测器100，检测器100用于检测某些指定波长是否出现。这一检测可用熟悉本专业的人士所熟知的任何合适方法来完成，例如，不同波长可以用布拉格光栅滤光法分离，各自用光敏二极管检测。检测信息馈给监控编码器101，产生指示每一特定波长出现或空缺的特殊数字码，此码馈入光调制器发送出去。一个输入指令控制器102通过启动编码器送至例如规定的插入电平以使数字码最小，从而有效地启动监控信号。监控系统的频率要低于传送的数据频率。
现参看图7，在分支单元，通过BU的光的一小部分被20∶1抽头耦合器104抽出(这个比值不是关键的，实际上如图1中的耦合器32和42要用同一种型号)。抽出的光入射到光检测器106，转换成电信号H。
然后用中心频率在监控频率上的窄带带通滤波器108过滤电信号。然后用解码器110解码，命令字作用于两态逻辑电平控制器82，图5也画出了这个控制器。
通过这个放大器监控方案，对30处的功率相对于28(图1)作有限的调整，也是可能的。这就允许当初级网点1到28的距离远小于(或大于)30到初级网点2的距离时，可以相对于28的分出功率向上调整或向下调整插入功率。同时还可以十分精细地调节预增强，不论BU在系统的什么位置，总能保持最佳条件。
该系统还有一个优点是，次级网点终端输出功率的设定精度大大降低了。只要功率不是太低，以致降低了光信号的信噪比，那么输出功率控制放大器将维持正确的输出，而与从次级网点发送器出来的输入的功率无关。这对系统的安全性也是有利的。
根据本发明或本发明巧妙构思制作的系统，可能的优点还有1.自动调整插入信道功率，使之等于分出信道的功率。
2.保持最佳的系统预增强功率。
3.简单的BU设计—输出放大器自动调整，不依赖于系统的应用。
4.预增强的调整简便。只须在网络的初级网点调整。
5.降低了对次级网点输出功率精度的限制。
6.相对于分出功率的功率偏置，可用于非对称系统结构中的最优化调整。
权利要求
1.一个光学波分复用分插分支单元，从干线(18)分出一个或多于一个预定波长的信号(λ2)到分支上，双从分支把所述预定波长或以预定的不同波长信号(λ2′)插入干线(18)，其特征在于用检测装置(34)提供关于分出信号(λ2)功率的控制信号；和在于用控制装置(32)根据控制信号调整插入信号(λ2′)的功率，使之达到插入干线的最佳功率。
2.按照权利要求1或2的分支单元，其特征是检测装置(34)包括一个光电转换器，它给出作为被检测光信号函数的电信号Vdrop。
3.按照权利要求2的分支单元，其特征在于用与所述检测装置类似的另一个检测装置(44)检测插入的光信号，给出一个电信号(Vadd)，电信号(Vadd)的电平是被检测光信号的函数，其中的控制装置(36)包括一个比较器(66)，它比较插入信号与分出信号的电平，比较信号(Vour)用来调整插入信号的功率，使之达到插入干线的最佳功率。
4.按照权利要求3的分支单元，其特征是每个检测装置(34，44)都通过光学抽头(32，42)耦合到分支的分出光纤和插入光纤。
5.按照权利要求3或4的分支单元，其特征是每个检测装置(34，44)给出可变的电压(Vdrop，Vadd)，形成电信号(Vout)，电信号(Vout)是两个被检测的光信号的函数；比较器(66)是电压比较器。
6.按照权利要求5的分支单元，其特征是，电压比较器(66)是一个运算放大器。
7.按照权利要求5或6的分支单元，其特征是每个检测装置(34，44)包括一个把PIN二极管与电阻串联的电路，此电路连接在不同直流电压的电源线(58，60)之间，电阻上形成的电压构成电信号。
8.按照权利要求5，6或7的分支单元，其特征是在所述检测装置(34)与比较器(66)之间设有阈值电路，它有效地防止比较器作出响应，直至检测到分出信号预定的功率。
9.按照权利要求8的分支单元，其特征在于阈值电路包括运算放大器(48)和四个电阻(50，52， 54，56)构成的串联电阻网络，电阻网络连接在不同直流电压的电源线(58，60)之间，运算放大器的一个输入端连到检测装置(34)，接收作为分出信号函数的电压(Vdrop)，运算放大器的输出连到串联网络第一电阻(50)与第二电阻(52)之间的结点，运算放大器的另一个输入端连到网络第二电阻(52)与第三电阻(54)之间的结点，网络第三电阻(54)与第四电阻(56)之间的结点形成阈值限制输出电压(VLIM)。
10.按照权利要求9的分支单元，其特征是在运算放大器输出与网络第一电阻(50)第二电阻(52)间的结点之间的连线上，设置一个可变电阻(62)，可以用此可变电阻调整阈值限制输出(Vout)电压的变动范围。
11.按照权利要求9或10的分支单元，其特征是网络的第一电阻(50)是个可变电阻，可以用它来调整阈值限制输出(Vout)电压的上限。
12.按照前面权利要求中的任一条的分支单元，其特征是插入信号经过光放大器(40)通到干线，光放大器(40)根据控制装置(36)调整插入信号的功率。
13.按照权利要求5至12的任一条的分支单元，其特征是设置衰减器(70)，当终端(90)检测到所述或任何一个所述预定波长，或预定的不同波长空缺时，沿干线送出光监控信号，衰减器(70)根据光监控信号，调整作为插入信号函数的电信号电平。
14.按照权利要求13的分支单元，其特征是衰减器(70)包括一个两态逻辑电平器件(82)，其中根据某一监控波长独特的逻辑码，把电阻(R4，R5)有选择地接入衰减网络。
15.一个光纤波分复用通信系统，包括在远程发送/接收站间设置的干线光缆，并且至少有一个分支连到另一个发送/接收站，其中，该分支站或每个分支站都适宜于从干线分出一个或多于一个预定波长的信号到分支上，又把所述预定波长或预定的不同波长从分支插入干线，该系统的特征是检测从干线分出的信号功率，并用于调整插入干线的信号，使之达到最佳功率。
16.按照权利要求15的系统，其特征是在远程站设有一检测器，它检测所述一个或多于一个预定的波长，或预定的不同波长的信号是否存在，当任何一个上述波长空缺时，送出一个监控控制信号到分支站，设在分支站内的衰减器响应该监控电路，降低插入干线的信号功率。
17.光纤波分复用通信系统的一种运行方法，系统里多个波长信号沿干线光缆发送和接收，一个或多于一个预定波长被分出来，分到与某个接收/发送站连接的分支上，并且把一个或多于一个所述预定波长，或预定的不同波长插入干线，该方法的特征是检测分出波长的功率，并用来控制插入波长的功率，从而以最佳功率进入干线。
18.按照权利要求17的方法，其特征是当在远程站检测出一个或多于一个所述预定波长，或所述预定的不同波长空缺时，从远程站送出一个监控信号到分支上，分支检测该信号并用来控制插入波长的衰减量。
全文摘要
一种光学波分复用的系统、方法和分支单元。该装置从干线(18)分出一个或多于一个预定波长(λ
文档编号H04B10/02GK1197563SQ9619721
公开日1998年10月28日 申请日期1996年8月2日 优先权日1995年8月4日
发明者克文·比特·琼斯, 戴维德·詹姆斯·沃尔 申请人:阿尔卡塔尔-阿尔斯托姆通用电气公司