專利名稱：無中繼光纖傳輸系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳輸領(lǐng)域，具體涉及一種無中繼光纖傳輸系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外無中繼光纖傳輸系統(tǒng)的解決方案為在距離靠近發(fā)射機一側(cè)數(shù)十公里 (50-70km)處采用遠泵EDFA光功率放大器，在距離靠近接收機一側(cè)百公里(110-140km)處采用遠泵EDFA光前置放大器，并在接收機一側(cè)采用分布式光纖拉曼放大器。由于位于發(fā)射機端1480nm波長的泵浦光需要經(jīng)數(shù)十公里(50_70km)傳輸才能到達遠泵EDFA光功率放大器，而在長距離傳輸過程中，光纖會受到受激拉曼散射效應(yīng)的影響，其泵浦光的大部分能量將轉(zhuǎn)移到拉曼頻移波長上。因此，目前無中繼光纖傳輸系統(tǒng)的解決方案，其有用的1480nm 波長泵浦光功率很低，使靠近發(fā)射端的遠泵EDFA光功率放大器的輸出功率受限；而靠近接收端的遠泵EDFA光前置放大器的輸入靈敏度有限，從而導(dǎo)致遠泵EDFA光功率放大器與遠泵EDFA光前置放大器之間的傳輸距離受限，整個無中繼光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸距離也隨之受限。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決目前無中繼光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸距離受限問題，本發(fā)明提出一種無中繼光纖傳輸系統(tǒng)及方法。本發(fā)明提出了一種全新概念的擴時增益方法，并采用發(fā)射機處的本地高功率光功率放大器代替遠泵光功率放大器，采用皮秒光脈沖時域擴展后進行高功率放大和低功率擴展脈沖的時域壓縮技術(shù)，以獲得擴時增益，可大大提高現(xiàn)有無中繼光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸距離。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種無中繼光纖傳輸系統(tǒng)，包括由傳輸光纖依次連接的光發(fā)射機、光功率放大器、 遠泵光前置放大器、分布式光纖拉曼放大器、光前置放大器和光接收機；其中遠泵光前置放大器上連接有遠泵泵浦源，分布式光纖拉曼放大器則主要由拉曼泵浦源、波分復(fù)用器及遠泵光前置放大器后的光信號傳輸光纖構(gòu)成；其不同之處是還進一步包括由傳輸光纖依次連接的光脈沖擴展器、光濾波器、高功率光纖放大器、色散補償模塊和光脈沖壓縮器；其中光脈沖擴展器和光脈沖壓縮器均由一線性啁啾光纖光柵和一光環(huán)形器構(gòu)成， 線性啁啾光纖光柵連接在光環(huán)形器的第二端口上，光環(huán)形器的第一端口和第三端口分別形成光脈沖擴展器或光脈沖壓縮器的輸入端和輸出端；上述光脈沖壓縮器與光脈沖擴展器采用相同的線性啁啾光纖光柵，但其連接在相應(yīng)的環(huán)形器上時，其放置的方向相反；光功率放大器與光脈沖擴展器連接，光脈沖壓縮器與遠泵光前置放大器相連，高功率光纖放大器與色散補償模塊之間設(shè)有一段長距離光纖，遠泵光前置放大器與分布式光纖拉曼放大器之間設(shè)有另一段長距離光纖。上述方案中，所述高功率光纖放大器為鉺/鐿共摻光纖放大器。上述方案中，所述光發(fā)射機主要由重頻激光器、強度調(diào)制器和射頻放大器組成；射頻放大器的輸入端與用戶信息相連，射頻放大器的輸出端和重頻激光器的輸出端分別連接在強度調(diào)制器的2個輸入端上，強度調(diào)制器的輸出端與光功率放大器連接。為了能夠消除傳輸線路中出現(xiàn)的光克爾非線性效應(yīng)，上述方案所述光前置放大器和光接收機之間還串接有非線性光環(huán)路鏡。一種無中繼光纖傳輸方法，包括如下步驟光發(fā)射步驟將用戶信息加載到光脈沖上；光功率放大步驟將承載有用戶信息的光脈沖序列送入光功率放大器中進行光脈沖功率調(diào)整；遠泵光前置放大步驟將光脈沖送入遠泵光前置放大器中，使光脈沖的峰值功率放大后進入一段長距離光纖進行傳輸；分布式光纖拉曼放大步驟對在上述長距離光纖中傳輸?shù)墓庑盘栠M一步放大和提高信噪比；光前置放大步驟將光脈沖送入前置光放大器進行光脈沖小信號放大；光接收步驟將光脈沖送入光接收機恢復(fù)出用戶信息；其不同之處是在光功率放大步驟與遠泵光前置放大步驟之間還包括光脈沖擴展步驟將脈沖功率調(diào)整后的光脈沖送入由線性啁啾光纖光柵和光環(huán)形器構(gòu)成的光脈沖擴展器中，對寬譜脈沖進行線性啁啾時域展寬；光濾波步驟將時域展寬的光脈沖序列送入光濾波器中進行濾波；高功率光纖放大步驟將濾波后的光脈沖序列送入高功率光纖放大器進行光脈沖功率放大，該放大的光脈沖序列作為輸入信號進入一段長距離光纖進行傳輸；色散補償步驟將經(jīng)過長距離光纖傳輸送來的光脈沖送入色散補償模塊中，對光脈沖進行色散補償；光脈沖壓縮步驟；將色散補償后的光脈沖送入由線性啁啾光纖光柵和光環(huán)形器構(gòu)成的光脈沖壓縮器中，進行光脈沖的線性啁啾時域壓縮；上述光脈沖壓縮器與光脈沖擴展器采用相同的線性啁啾光纖光柵，但其連接在相應(yīng)的環(huán)形器上時，其放置的方向相反。上述方案中，所述高功率光纖放大器為鉺/鐿共摻光纖放大器。上述方案中，所述光發(fā)射步驟具體為由重頻激光器產(chǎn)生重頻光脈沖后送入強度調(diào)制器，用戶光信號經(jīng)光電變換為電信號經(jīng)過射頻放大器放大后驅(qū)動強度調(diào)制器產(chǎn)生用戶調(diào)制光信號，用戶信息即加載到光脈沖上。上述方案中，所述光前置放大步驟和光接收步驟之間還包括將光前置放大器放大后光脈沖送入非線性光環(huán)路鏡中進行光脈沖整形，以消除自相位調(diào)制和帶內(nèi)交叉相位調(diào)制對光脈沖的光克爾非線性效應(yīng)影響的非線性光環(huán)路鏡整形步驟。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明對重復(fù)頻率等于信息傳輸速率的寬譜皮秒光脈沖源進行外調(diào)制加載用戶信息。加載用戶信息的寬譜皮秒光脈沖經(jīng)線性啁啾光纖光柵進行時域擴展，然后經(jīng)發(fā)射機處的高功率光纖放大器進行光功率放大。放大的光信號輸出功率在 SBS (受激布里淵散射)和SRS (受激拉曼散射)閾值以下。由于采用寬譜光源，SBS閾值已超過了 SRS閾值，故放大的光信號輸出功率以SRS閾值為上限。該放大的時域擴展光信號在長距離光纖中傳輸，在適當(dāng)?shù)木嚯x位置進行色散補償并放置與發(fā)射機處相同的線性啁啾光纖光柵，但其放置方向相反，經(jīng)過此處理后，時域擴展光脈沖被重新壓縮回皮秒光脈沖，峰值功率由于脈寬被壓縮而得到增益(擴時增益)，相應(yīng)的遠泵光前置放大器可以放到更遠的距離，從而實現(xiàn)了無中繼光纖傳輸系統(tǒng)傳輸距離的延伸?？紤]光脈沖壓縮器的插入損耗 (2dB), 2. 5Gbit/s速率所得到的擴時增益可達MdB、622Mbit/s速率所得到的擴時增益可達30dB。對G. 652光纖(損耗0. 20dB/km)來說，2. 5Gbit/s速率可擴展無中繼距離120km, 622Mbit/s速率可擴展無中繼距離150km ；對G. 654純硅芯光纖(損耗0. 15dB/km)來說， 2. 5Gbit/s速率可擴展無中繼距離160km，622Mbit/s速率可擴展無中繼距離200km。另外， 對于傳輸線路中出現(xiàn)的光克爾非線性效應(yīng)，本發(fā)明還可在接收機處采用全光2R技術(shù)(如非線性光環(huán)路鏡技術(shù)等)對光脈沖波形進行恢復(fù)。


圖1為本發(fā)明的光路系統(tǒng)示意圖；圖2為本發(fā)明一種光脈沖擴展器示意圖；圖3為本發(fā)明一種光脈沖壓縮器示意圖。
具體實施例方式參見圖1，本發(fā)明一種無中繼光纖傳輸系統(tǒng)包括由傳輸光纖依次連接的光發(fā)射機、 光功率放大器、光脈沖擴展器、光濾波器、高功率光纖放大器、色散補償模塊、光脈沖壓縮器、遠泵光前置放大器、分布式光纖拉曼放大器、光前置放大器、非線性光環(huán)路鏡和光接收機。其中遠泵光前置放大器上連接有遠泵泵浦源，分布式光纖拉曼放大器則主要由拉曼泵浦源、波分復(fù)用器及遠泵光前置放大器后的光信號傳輸光纖構(gòu)成。所述光發(fā)射機主要由重頻激光器、強度調(diào)制器和射頻放大器組成。射頻放大器的輸入端與用戶信息相連，射頻放大器的輸出端和重頻激光器的輸出端分別連接在強度調(diào)制器的2個輸入端上，強度調(diào)制器的輸出端與光功率放大器連接。光功率放大器的輸出連接光脈沖擴展器，光脈沖擴展器的輸出經(jīng)光濾波器與高功率光纖放大器相連。高功率光纖放大器的輸出端經(jīng)過第一段長距離光纖與色散補償模塊相連。色散補償模塊的輸出連接光脈沖壓縮器，光脈沖壓縮器的輸出端連接至遠泵光前置放大器的其中一個輸入端。遠泵光前置放大器的另一個輸入端與遠泵泵浦源相連，遠泵光前置放大器的輸出端經(jīng)過第二段長距離光纖與波分復(fù)用器的一個輸入端相連。波分復(fù)用器的另一個輸入端連接拉曼泵浦源，波分復(fù)用器的輸出端連接光前置放大器。光前置放大器的輸出端經(jīng)由非線性光環(huán)路鏡連接至光接收機。本發(fā)明光脈沖擴展器和光脈沖壓縮器結(jié)構(gòu)大體相同。其中光脈沖擴展器由一線性啁啾光纖光柵和一光環(huán)形器構(gòu)成，線性啁啾光纖光柵連接在光環(huán)形器的第二端口上，光環(huán)形器的第一端口和第三端口分別形成光脈沖擴展器的輸入端和輸出端。光脈沖壓縮器也由一線性啁啾光纖光柵和一光環(huán)形器構(gòu)成，線性啁啾光纖光柵連接在光環(huán)形器的第二端口上，光環(huán)形器的第一端口和第三端口分別形成光脈沖壓縮器的輸入端和輸出端。為了能夠?qū)r域擴展后的光脈沖重新壓縮回皮秒脈沖，上述光脈沖壓縮器和光脈沖擴展器采用相同的線性啁啾光纖光柵，但其連接在相應(yīng)的環(huán)形器上時，其放置的方向相反。參見圖2和圖3。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，所選用的重頻激光器為鎖模光纖激光器。所述光功率放大器、遠泵光前置放大器和光前置放大器均選用摻鉺光纖放大器；而高功率光纖放大器則選用鉺/鐿共摻光纖放大器。
采用上述無中繼光纖傳輸系統(tǒng)所實現(xiàn)的無中繼光纖傳輸方法，包括如下步驟光發(fā)射步驟將用戶信息加載到光脈沖上；光功率放大步驟將承載有用戶信息的光脈沖序列送入光功率放大器中進行光脈沖功率調(diào)整；光脈沖擴展步驟將脈沖功率調(diào)整后的光脈沖送入由線性啁啾光纖光柵和光環(huán)形器構(gòu)成的光脈沖擴展器中，對寬譜脈沖進行線性啁啾時域展寬；光濾波步驟將時域展寬的光脈沖序列送入光濾波器中進行濾波；高功率光纖放大步驟將濾波后的光脈沖序列送入高功率光纖放大器進行光脈沖功率放大，該放大的光脈沖序列作為輸入信號進入一段長距離光纖進行傳輸；色散補償步驟將經(jīng)過長距離光纖傳輸送來的光脈沖送入色散補償模塊中，對光脈沖進行色散補償；光脈沖壓縮步驟；將色散補償后的光脈沖送入由線性啁啾光纖光柵和光環(huán)形器構(gòu)成的光脈沖壓縮器中，進行光脈沖的線性啁啾時域壓縮；上述光脈沖壓縮器與光脈沖擴展器采用相同的線性啁啾光纖光柵，但其連接在相應(yīng)的環(huán)形器上時，其放置的方向相反。遠泵光前置放大步驟將光脈沖送入遠泵光前置放大器中，使光脈沖的峰值功率放大后進入一段長距離光纖進行傳輸；分布式光纖拉曼放大步驟對在上述長距離光纖中傳輸?shù)墓庑盘栠M一步放大和提高信噪比；光前置放大步驟將光脈沖送入前置光放大器進行光脈沖小信號放大；光接收步驟將光脈沖送入光接收機恢復(fù)出用戶信息。下面以G. 654純硅芯光纖、2. 5Gbit/s傳輸速率為例，來對本發(fā)明優(yōu)選實施例進行詳細說明重頻激光器產(chǎn)生重頻為2. 5GHz的光脈沖，信噪比大于50dB，光譜3dB寬度為 3.5nm左右，脈寬為lps。該重頻光脈沖序列進入強度調(diào)制器，2. 5(ibit/S速率的用戶光信號經(jīng)光電變換為電信號經(jīng)過射頻放大器放大后驅(qū)動強度調(diào)制器產(chǎn)生用戶二進制開關(guān)鍵控 (OOK)調(diào)制光信號。用戶信息即加載到重頻激光的皮秒脈沖上。承載用戶信息的皮秒脈沖序列經(jīng)光功率放大器進行脈沖功率調(diào)整，進入由線性啁啾光纖光柵和環(huán)形器構(gòu)成的光脈沖擴展器對寬譜脈沖進行線性啁啾展寬到納秒量級。時域展寬的光脈沖序列進入3dB帶寬為0. Inm的帶通光濾波器進行濾波，輸出光譜寬度為 0. lnm，脈沖寬度為400ps的光脈沖序列。該脈沖序列進入鉺/鐿共摻的高功率光纖放大器將脈沖功率放大。放大的光脈沖序列作為輸入信號進入第一段長距離的低損耗大模場面積 G.6M光纖進行傳輸。設(shè)計入纖光功率低于受激拉曼散射(SRQ閾值，以避免SRS效應(yīng)的出現(xiàn)。由于光脈沖的譜寬為O.lnm，遠遠大于受激布里淵散射(SBS)的布里淵增益帶寬，使受激布里淵閾值大大提高，有效的抑制了 SBS效應(yīng)的發(fā)生。經(jīng)過第一段低損耗長距離的G. 654光纖傳輸后用色散補償模塊對光脈沖進行色散補償，補償后的光脈沖經(jīng)光脈沖壓縮器將400ps脈寬的光脈沖壓縮到Ips脈寬。在這里光脈沖的擴時增益將體現(xiàn)出來，由于光脈沖脈寬被壓窄了 400倍，光脈沖的峰值功率將得到 ^dB的擴時增益，使微弱信號的峰值功率能夠達到遠泵光前置放大器的輸入靈敏度以上。隨后，光信號進入遠泵光前置放大器將皮秒脈沖光信號的峰值功率放大后進入第二段較長距離的G. 654光纖傳輸，分布式光纖拉曼放大器對在第二段光纖中傳輸?shù)墓庑盘栠M一步放大和提高信噪比。經(jīng)過第二段光纖傳輸后，由于光纖的色散使Ips的光脈沖展寬到300ps左右，該脈沖寬度能夠較好的適于接收機的時鐘提取，以便“1”和“0”比特的數(shù)據(jù)判決。由于光纖色散導(dǎo)致光脈沖展寬和光纖傳輸損耗使光信號峰值功率降低，光信號進入接收機前的光前置光放大器進行光脈沖小信號放大，經(jīng)非線性光環(huán)路鏡進行光脈沖整形，以消除自相位調(diào)制和帶內(nèi)交叉相位調(diào)制對光脈沖的光克爾非線性效應(yīng)影響。最后，整形后的光脈沖進入光接收機恢復(fù)出用戶信息。這樣，該傳輸系統(tǒng)采用全新概念的皮秒級光脈沖展寬和壓縮技術(shù)，獲得額外的擴時增益，結(jié)合遠泵光前置放大器、分布式光纖拉曼放大器并利用G. 654光纖的大模場面積和低傳輸損耗特性，可實現(xiàn)采用G. 652光纖無法實現(xiàn)的長距離無中繼光纖傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)避免了遠泵EDFA光功率放大器的使用。
權(quán)利要求
1.無中繼光纖傳輸系統(tǒng)，包括由傳輸光纖依次連接的光發(fā)射機、光功率放大器、遠泵光前置放大器、分布式光纖拉曼放大器、光前置放大器和光接收機；其中遠泵光前置放大器上連接有遠泵泵浦源，分布式光纖拉曼放大器則主要由拉曼泵浦源、波分復(fù)用器及遠泵光前置放大器后的光信號傳輸光纖構(gòu)成；其特征是還進一步包括由傳輸光纖依次連接的光脈沖擴展器、光濾波器、高功率光纖放大器、色散補償模塊和光脈沖壓縮器；其中光脈沖擴展器和光脈沖壓縮器均由一線性啁啾光纖光柵和一光環(huán)形器構(gòu)成，線性啁啾光纖光柵連接在光環(huán)形器的第二端口上，光環(huán)形器的第一端口和第三端口分別形成光脈沖擴展器或光脈沖壓縮器的輸入端和輸出端；上述光脈沖壓縮器與光脈沖擴展器采用相同的線性啁啾光纖光柵，但其連接在相應(yīng)的環(huán)形器上時，其放置的方向相反；光功率放大器與光脈沖擴展器連接，光脈沖壓縮器與遠泵光前置放大器相連，高功率光纖放大器與色散補償模塊之間設(shè)有一段長距離光纖，遠泵光前置放大器與分布式光纖拉曼放大器之間設(shè)有另一段長距離光纖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無中繼光纖傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述高功率光纖放大器為鉺/鐿共摻光纖放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無中繼光纖傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述光發(fā)射機主要由重頻激光器、強度調(diào)制器和射頻放大器組成；射頻放大器的輸入端與用戶信息相連，射頻放大器的輸出端和重頻激光器的輸出端分別連接在強度調(diào)制器的2個輸入端上，強度調(diào)制器的輸出端與光功率放大器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無中繼光纖傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述光前置放大器和光接收機之間還串接有非線性光環(huán)路鏡。
5.無中繼光纖傳輸方法，包括如下步驟 光發(fā)射步驟將用戶信息加載到光脈沖上；光功率放大步驟將承載有用戶信息的光脈沖序列送入光功率放大器中進行光脈沖功率調(diào)整；遠泵光前置放大步驟將光脈沖送入遠泵光前置放大器中，使光脈沖的峰值功率放大后進入一段長距離光纖進行傳輸；分布式光纖拉曼放大步驟對在上述長距離光纖中傳輸?shù)墓庑盘栠M一步放大和提高信噪比；光前置放大步驟將光脈沖送入前置光放大器進行光脈沖小信號放大； 光接收步驟將光脈沖送入光接收機恢復(fù)出用戶信息； 其特征是，在光功率放大步驟與遠泵光前置放大步驟之間還包括 光脈沖擴展步驟將脈沖功率調(diào)整后的光脈沖送入由線性啁啾光纖光柵和光環(huán)形器構(gòu)成的光脈沖擴展器中，對寬譜脈沖進行線性啁啾時域展寬；光濾波步驟將時域展寬的光脈沖序列送入光濾波器中進行濾波； 高功率光纖放大步驟將濾波后的光脈沖序列送入高功率光纖放大器進行光脈沖功率放大，該放大的光脈沖序列作為輸入信號進入一段長距離光纖進行傳輸；色散補償步驟將經(jīng)過長距離光纖傳輸送來的光脈沖送入色散補償模塊中，對光脈沖進行色散補償；光脈沖壓縮步驟；將色散補償后的光脈沖送入由線性啁啾光纖光柵和光環(huán)形器構(gòu)成的光脈沖壓縮器中，進行光脈沖的線性啁啾時域壓縮；上述光脈沖壓縮器與光脈沖擴展器采用相同的線性啁啾光纖光柵，但其連接在相應(yīng)的環(huán)形器上時，其放置的方向相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無中繼光纖傳輸方法，其特征在于所述高功率光纖放大器為鉺/鐿共摻光纖放大器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的無中繼光纖傳輸方法，其特征是，所述光發(fā)射步驟具體為由重頻激光器產(chǎn)生重頻光脈沖后送入強度調(diào)制器，用戶光信號經(jīng)光電變換為電信號經(jīng)過射頻放大器放大后驅(qū)動強度調(diào)制器產(chǎn)生用戶調(diào)制光信號，用戶信息即加載到光脈沖上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的無中繼光纖傳輸方法，其特征是，所述光前置放大步驟和光接收步驟之間還包括將光前置放大器放大后光脈沖送入非線性光環(huán)路鏡中進行光脈沖整形，以消除自相位調(diào)制和帶內(nèi)交叉相位調(diào)制對光脈沖的光克爾非線性效應(yīng)影響的非線性光環(huán)路鏡整形步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開一種無中繼光纖傳輸系統(tǒng)及方法，包括由傳輸光纖依次連接的光發(fā)射機、光功率放大器、光脈沖擴展器、光濾波器、高功率光纖放大器、色散補償模塊、光脈沖壓縮器、遠泵光前置放大器、分布式光纖拉曼放大器、光前置放大器、非線性光環(huán)路鏡和光接收機。遠泵光前置放大器上連接有遠泵泵浦源，分布式光纖拉曼放大器則主要由拉曼泵浦源、波分復(fù)用器及遠泵光前置放大器后的光信號傳輸光纖構(gòu)成。本發(fā)明利用線性啁啾光纖光柵對皮秒光脈沖進行時域展寬，經(jīng)高功率放大后在光纖中傳輸，在適當(dāng)距離采用反向放置的線性啁啾光纖光柵對時域擴展脈沖進行壓縮并恢復(fù)為皮秒脈沖，以此獲得擴時增益，使無中繼光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸距離得到擴展。
文檔編號H04B10/18GK102223183SQ20111022384
公開日2011年10月19日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者劉志強, 吳國鋒, 羅青松 申請人:中國電子科技集團公司第三十四研究所