專利名稱：孤子光傳輸系統(tǒng)的色散管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信，特別是涉及采用孤子或類孤子脈沖傳遞信息的光通信系統(tǒng)。
近來已經(jīng)報導(dǎo)過孤子在沿著整個光纖色散并不總是反常，而是周期性地用反符號(正常)色散光纖作色散補償?shù)南到y(tǒng)中傳輸實驗室演示的結(jié)果。如此在再循環(huán)的環(huán)路中以20Gb/s信號可傳輸達9000km以上，在直線傳輸實驗中達8100km。這一結(jié)果大大地超過以前沒有采用象滑動濾波器和同步調(diào)制器這些孤子控制技術(shù)所達到的傳輸距離。盡管在孤子系統(tǒng)中采用色散管理能得到很大的好處這點是顯然的，到今日為止對這種改進的機理還幾乎沒有理論解釋。
在設(shè)計采用放大的長跨度光通信系統(tǒng)時正確地選擇色散值是一個重要的問題。就孤子形式的的數(shù)據(jù)而言，它是受在希望將定時抖動問題降至最小(意味著低色散)與為了順利地檢測需要每個位保持適當(dāng)?shù)哪芰恐g的折衷方案所支配。因為在均勻光纖中形成孤子所需的能量是和色散值成正比，這一制約限制了許可的色散值的較低的極限值。色散管理是非歸零(NRZ)碼型數(shù)據(jù)的技術(shù)，其中將色散反號的光纖串聯(lián)在一起。這樣在任何點局域色散值高，但是程均色散值低。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對孤子或類孤子傳輸采用適當(dāng)?shù)纳⒐芾矸椒?，與具有相等的程均色散值的均勻光纖相比，可以顯著地提高孤子的能量。
根據(jù)本發(fā)明提供的孤子或類孤子傳輸?shù)纳⒐芾硐到y(tǒng)，其中色散補償狀態(tài)持續(xù)時間短于在系統(tǒng)剩余部分傳輸所用的時間間隔。
優(yōu)選地系統(tǒng)排除這樣的安排在其色散布局圖中一根光纖的色散比與它互補的光纖的色散更接近于零。
本發(fā)明將參照下列附圖來詳細介紹

圖1是色散補償?shù)牟季謭D；圖2示出在色散補償系統(tǒng)每個補償單元起始處的光脈沖輪廓。色散布局圖包含每100km光纖的色散值交替地為-3ps2/km和+2.8ps2/km；圖3示出在一個色散補償周期內(nèi)脈沖的演化圖4示出注入半極大值全寬度(FWHM)為20ps的孤子到100km長度交替的光纖且保持程均色散為-0.1ps2/km的色散管理系統(tǒng)中所需的能量，以及圖.5是按照本發(fā)明的一個方面的色散管理系統(tǒng)的輪廓圖我們的工作是基于使用圖1所示的色散布局圖對非線性薛定諤方程(NLS)進行數(shù)值積分的基礎(chǔ)之上。圖5給出一般的系統(tǒng)的安排，它包括由長度為L的光纖聯(lián)結(jié)的發(fā)射機T和接收機R。光纖分成許多單元1，每個單元含有獨立的具有正常色散的光纖段N和具有反常色散的光纖段A.在一個特定的實施方案中這些段是等長度的，既使色散補償單元的起點和終點是選定在一種光纖的中點。在提到的特例中，每個光纖是100km長，程均色散是-0.1ps2/km。非線性系數(shù)取2.65rad/W/km。為了問題簡化我們已經(jīng)選擇了忽略損耗和高階色散。
我們已經(jīng)證明了對于此色散布局圖存在準穩(wěn)態(tài)孤子或孤立波解。圖2和3示出當(dāng)色散值在-3.0ps2/km和+2.8ps2/km之間交替變化，和峰值功率為650μW、半極大值全寬度(FWHM)是20ps的高斯脈沖注射入光纖時所觀察到的行為。圖2示明在每個色散補償單元起始處強度輪廓；可以看到在色散布局圖的連續(xù)周期上在這些點的脈沖輪廓不變。單個色散補償單元內(nèi)的演變情況示于圖3，當(dāng)色散符號交換時脈沖交替地壓縮和展寬。在補償單元內(nèi)功率譜基本上保持不變。
對于周期性的色散布局圖為了得到穩(wěn)定解必須滿足三個制約條件。首先，為了使克爾效應(yīng)誘導(dǎo)的光譜展寬能被補償，程均色散必須是反常的。其次，色散補償?shù)难h(huán)周期必須短于系統(tǒng)的非線性長度。當(dāng)光纖長1000km時，首選色散補償長度是100km或更短一些。最后，在色散布局圖中應(yīng)該避免一個光纖的色散比另一個更接近于零，否則能量將迅速地從脈沖耦合出來成為耗散波。
在孤子通信系統(tǒng)上加色散管理所給予的優(yōu)點是源出于這樣的事實，與具有等程均色散的等效均勻系統(tǒng)相比注射入穩(wěn)定的脈沖需要更多的能量。圖4證明了這一點。該圖畫出了穩(wěn)態(tài)孤子的能量與兩段光纖的色散值差的函數(shù)關(guān)系。優(yōu)選光纖色散差小于12.0ps2/km，理想情況小于4.0ps2/km。在最佳狀態(tài)是等于或小于0.1ps2/km。兩段光纖之間的色散差愈大形成一個穩(wěn)定脈沖所需的能量也就愈多；我們也發(fā)現(xiàn)補償單元周期的增長(一個給定的色散值對)所需的能量也增加。該所需能量增加的機理可以根據(jù)在補償單元內(nèi)脈沖強度輪廓(見圖3)來理解。由于周期性地色散展寬和壓縮，一般說來脈沖的峰值功率是低于最初的注入功率。因此與等效均勻光纖相比自相位調(diào)制(SPM)率下降，所以需要更多的能量來平衡程均色散。在頻域，該過程可解釋為四波混頻效率的下降，SPM是其中的一個特例。
這些孤子波的另一個新穎特征是脈沖形狀不再是一般光纖孤子的雙曲正割。我們已經(jīng)顯示的脈沖輪廓例幾乎確實為高斯型，然而這僅是對應(yīng)該特定色散布局圖的一個特例。當(dāng)色散的變化增加時脈沖波形從均勻光纖雙曲正割孤子(時間-帶寬積0.32)變?yōu)楦咚剐?0.44)，然后變?yōu)榫哂懈叩臅r間-帶寬積的脈沖形狀。在這一點可以有意義地與鎖模光纖激光器的“展寬脈沖”結(jié)構(gòu)聯(lián)系在一起。它們結(jié)合了具有不同符號的色散的腔并產(chǎn)生高斯型脈沖。
如果在利用程均色散為零的結(jié)構(gòu)的色散補償光纖中進行孤子或類孤子傳輸時，在此情況下由于在再循環(huán)的回路中光纖的存在得到?jīng)]有畸變的脈沖傳播。該穩(wěn)定脈沖是起因于SPM抵償濾波的平衡，而不是SPM抵償程均色散的平衡。
色散管理技術(shù)的應(yīng)用前景對孤子傳輸系統(tǒng)的實現(xiàn)產(chǎn)生深遠的影響。它提供良好的系統(tǒng)性能，以及具有僅僅需要無源器件的獨特優(yōu)點。盡管，在優(yōu)選的實施方案中我們采用了等長度的兩個不同光纖，另外的實施方案也可使用分離的由高色散材料制成的色散補償器。采用色散管理代表了孤子和NRZ碼傳輸所用技術(shù)間的一種會合。
權(quán)利要求
1.一種用于將色散符號相反的光纖聯(lián)結(jié)在一起的孤子或類孤子傳輸系統(tǒng)中的色散管理系統(tǒng)，其特征在于色散補償狀態(tài)所經(jīng)歷的時間短于在系統(tǒng)其余部分傳播的時間并且程均色散是反常值。
2.按照權(quán)利要求1的孤子或類孤子傳輸系統(tǒng)的色散管理系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)排除這樣的安排其色散布局圖中一種光纖(N)的色散與其互補的光纖(A)相比更明顯地接近零。
3.按照權(quán)利要求2的孤子或類孤子傳輸系統(tǒng)的色散管理系統(tǒng)，其特征在于光纖之間色散差小于12.0ps2/km。
4.按照權(quán)利要求2的孤子或類孤子傳輸系統(tǒng)的色散管理系統(tǒng)，其特征在于光纖之間色散差小于4.0ps2/km。
5.按照權(quán)利要求2的孤子或類孤子傳輸系統(tǒng)的色散管理系統(tǒng)，其特征在于光纖之間色散差小于0.1ps2/km。
6.按照權(quán)利要求1的孤子或類孤子傳輸系統(tǒng)的色散管理系統(tǒng)，其特征在于色散補償是由分離的色散補償器提供。
全文摘要
本孤子或類孤子傳輸系統(tǒng)的色散管理系統(tǒng)包括一個長度(L)的光纖,該光纖由很多段(1)色散符號相反的光纖(N,A)聯(lián)結(jié)在一起構(gòu)成。與系統(tǒng)其余部分的傳播間隔相比色散補償狀態(tài)的持續(xù)時間是短的,并且整個程均色散為反常值。
文檔編號H04B10/2525GK1202994SQ96198590
公開日1998年12月23日 申請日期1996年11月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月27日
發(fā)明者N·J·多蘭, N·J·史密斯 申請人:英國技術(shù)集團有限公司