一种混合放大光信号的方法和装置

专利类型 发明公开 法律事件 公开; 实质审查;
专利有效性 实质审查 当前状态 实质审查
申请号 CN202411073174.0 申请日 2024-08-06
公开(公告)号 CN119094028A 公开(公告)日 2024-12-06
申请人 北京邮电大学; 北京理工大学; 申请人类型 学校
发明人 忻向军; 田凤; 霍承达; 高然; 张琦; 董泽; 沈世奎; 王光全; 田清华; 王富; 郭栋; 第一发明人 忻向军
权利人 北京邮电大学,北京理工大学 权利人类型 学校
当前权利人 北京邮电大学,北京理工大学 当前权利人类型 学校
省份 当前专利权人所在省份:北京市 城市 当前专利权人所在城市:北京市海淀区
具体地址 当前专利权人所在详细地址:北京市海淀区西土城路10号 邮编 当前专利权人邮编:100876
主IPC国际分类 H04B10/291 所有IPC国际分类 H04B10/291H04B10/25
专利引用数量 0 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 10 专利文献类型 A
专利代理机构 北京金咨知识产权代理有限公司 专利代理人 宋教花;
摘要 本 发明 提供一种混合放大光 信号 的方法和装置,所述方法包括:将S、C和L波段的输入 光信号 输入至第一拉曼光纤 放大器 ,通过第一拉曼光纤放大器放大输入光信号中S波段的光信号,滤除 泵 浦光,得到S、C和L波段的第一输出光信号;将第一输出光信号输入至集中式光纤放大器,利用集中式光纤放大器放大第一输出光信号,输出得到S、C和L波段的第二输出光信号;将S、C和L波段的第二输出光信号输入至第二拉曼光纤放大器,利用第二拉曼光纤放大器放大第二输出光信号中C波段和L波段的光信号,滤除泵浦光,输出得到第三输出光信号。本发明能够提升接收端接收的光信号的平坦度,提高光信号增益,且减少光 信号传输 过程中的有源器件使用。
权利要求

1.一种混合放大光信号的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
将S、C和L波段的输入光信号输入至第一拉曼光纤放大器,通过第一拉曼光纤放大器放大输入光信号中S波段的光信号,滤除第一拉曼光纤放大器输出的光信号中的浦光,得到S、C和L波段的第一输出光信号;
将所述第一输出光信号输入至集中式光纤放大器,利用集中式光纤放大器放大所述第一输出光信号,输出得到S、C和L波段的第二输出光信号;其中,所述集中式光纤放大器包括:遥泵‑掺杂光纤放大器、与遥泵‑掺杂光纤放大器的输入端连接的三端口波分复用器以及与遥泵‑掺杂光纤放大器的输出端连接的波分复用器;
将所述S、C和L波段的第二输出光信号输入至第二拉曼光纤放大器,利用第二拉曼光纤放大器放大所述第二输出光信号中C波段和L波段的光信号,滤除泵浦光,输出得到第三输出光信号;
其中,所述遥泵‑掺杂光纤放大器包括用于放大第一输出光信号中S波段光信号的遥泵‑掺铥光纤放大器以及用于放大第一输出光信号中C波段与L波段光信号的遥泵‑掺铒光纤放大器,所述遥泵‑掺铥光纤放大器包括:掺铥遥泵泵浦源、掺铥泵浦耦合器和掺铥光纤,所述遥泵‑掺铒光纤放大器包括:掺铒遥泵泵浦源组件、用于放大C波段光信号的第一掺铒泵浦耦合器与第一掺铒光纤,以及用于放大L波段光信号的第二掺铒泵浦耦合器与第二掺铒光纤。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一拉曼光纤放大器包括第一拉曼泵浦源、第一拉曼泵浦耦合器和第一单模光纤;
所述第二拉曼光纤放大器包括第二拉曼泵浦源、环形器和第二单模光纤;或者,第二拉曼光纤放大器包括第二拉曼泵浦源、第二拉曼泵浦耦合器和第二单模光纤。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述通过第一拉曼光纤放大器放大输入光信号中S波段的光信号,包括:利用第一拉曼泵浦耦合器耦合S、C和L波段的输入光信号与第一拉曼泵浦源产生的泵浦光,并在第一单模光纤中利用耦合的泵浦光对输入光信号中S波段的光信号进行放大;
所述滤除第一拉曼光纤放大器输出的光信号中的泵浦光,得到S、C和L波段的第一输出光信号,包括:利用设置在第一拉曼光纤放大器输出端的光透射‑反射装置,从第一拉曼光纤放大器输出的光信号中过滤第一拉曼泵浦源产生的泵浦光,输出得到S、C和L波段的第一输出光信号。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述三端口波分复用器包括第一三端口波分复用器和第二三端口波分复用器;其中,所述第一三端口波分复用器用于将第一输出光信号分为S波段子信号和C+L波段子信号,所述第二三端口波分复用器用于将所述C+L波段子信号分为C波段子信号和L波段子信号;
所述掺铒遥泵泵浦源组件包括:
第一掺铒遥泵泵浦源和第二掺铒遥泵泵浦源,所述第一掺铒遥泵泵浦源用于产生用于放大C波段子信号的第一遥泵泵浦光,以及所述第二掺铒遥泵泵浦源用于产生用于放大L波段子信号的第二遥泵泵浦光;或者,
掺铒遥泵泵浦源和与所述掺铒遥泵泵浦源的输出端连接的光功率分配器,所述光功率分配器用于将掺铒遥泵泵浦源产生的泵浦光分为用于放大C波段子信号的第一遥泵泵浦光和用于放大L波段子信号的第二遥泵泵浦光。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述利用集中式光纤放大器放大所述第一输出光信号,输出得到S、C和L波段的第二输出光信号,包括:
通过三端口波分复用器将第一输出光信号分为S波段子信号、C波段子信号和L波段子信号;
利用掺铥泵浦耦合器耦合所述S波段子信号和掺铥遥泵泵浦源产生的泵浦光,并在掺铥光纤中放大所述S波段子信号;
利用第一掺铒泵浦耦合器耦合第一遥泵泵浦光和C波段子信号,在第一掺铒光纤中放大所述C波段子信号;利用第二掺铒泵浦耦合器耦合第二遥泵泵浦光和L波段子信号,在第二掺铒光纤中放大所述L波段子信号;
从掺铥光纤、第一掺铒光纤和第二掺铒光纤输出的光信号中滤除泵浦光,利用波分复用器将放大后的S波段子信号、C波段子信号和L波段子信号耦合为一束S、C和L波段的第二输出光信号。
6.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述利用第二拉曼光纤放大器放大所述第二输出光信号中C波段和L波段的信号,包括:
通过环形器耦合第二拉曼泵浦源产生的泵浦光与S、C和L波段的第二输出光信号,并在第二单模光纤中放大所述第二输出光信号中C波段和L波段的信号;或者
利用第二拉曼泵浦耦合器耦合第二拉曼泵浦源产生的泵浦光与S、C和L波段的第二输出光信号,并在第二单模光纤中放大第二输出光信号中C波段和L波段的信号。
7.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述输入光信号是通过以下方式得到的:
选取S、C和L波段的光信号作为初始输入光信号;
基于拉曼增益谱确定最大信号增益对应的频率值,根据所述频率值和初始输入光信号中各个波段的波长范围,分别确定所述第一拉曼泵浦源和所述第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长范围;
基于所述泵浦波长范围和预先设定的泵浦波长间隔值,得到所述第一拉曼泵浦源和所述第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长;
从初始输入光信号中去除波长位于第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长的设定邻近范围内的光信号,得到S、C和L波段的输入光信号。
8.一种混合放大光信号的装置,其特征在于,该装置包括:
第一拉曼光纤放大器,用于放大输入的S、C和L波段的输入光信号中S波段的光信号,以滤除第一拉曼光纤放大器输出的光信号中的泵浦光,得到S、C和L波段的第一输出光信号;
集中式光纤放大器,包括遥泵‑掺杂光纤放大器、与遥泵‑掺杂光纤放大器的输入端连接的三端口波分复用器以及与遥泵‑掺杂光纤放大器的输出端连接的波分复用器,所述集中式光纤放大器用于放大输入的所述第一输出光信号,以输出得到S、C和L波段的第二输出光信号;
第二拉曼光纤放大器,用于放大输入的所述S、C和L波段的第二输出光信号中C波段和L波段的光信号,以滤除泵浦光,输出得到第三输出光信号;
其中,所述遥泵‑掺杂光纤放大器包括用于放大第一输出光信号中S波段光信号的遥泵‑掺铥光纤放大器以及用于放大第一输出光信号中C波段与L波段光信号的遥泵‑掺铒光纤放大器,所述遥泵‑掺铥光纤放大器包括:掺铥遥泵泵浦源、掺铥泵浦耦合器和掺铥光纤,所述遥泵‑掺铒光纤放大器包括:掺铒遥泵泵浦源组件、用于放大C波段光信号的第一掺铒泵浦耦合器与第一掺铒光纤,以及用于放大L波段光信号的第二掺铒泵浦耦合器与第二掺铒光纤。
9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述第一拉曼光纤放大器包括第一拉曼泵浦源、第一拉曼泵浦耦合器和第一单模光纤;
所述第二拉曼光纤放大器包括第二拉曼泵浦源、环形器和第二单模光纤;或者,第二拉曼光纤放大器包括第二拉曼泵浦源、第二拉曼泵浦耦合器和第二单模光纤;
三端口波分复用器包括第一三端口波分复用器,用于将第一输出光信号分为S波段子信号和C+L波段子信号,以及第二三端口波分复用器,用于将所述C+L波段子信号分为C波段子信号和L波段子信号;
所述掺铒遥泵泵浦源组件包括:
用于产生第一遥泵泵浦光的第一掺铒遥泵泵浦源,以及用于产生第二遥泵泵浦光的第二掺铒遥泵泵浦源;或者,掺铒遥泵泵浦源和与所述掺铒遥泵泵浦源的输出端连接的光功率分配器,其中,所述光功率分配器用于将掺铒遥泵泵浦源产生的泵浦光分为用于放大C波段子信号的第一遥泵泵浦光和用于放大L波段子信号的第二遥泵泵浦光。
10.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,所述装置还包括:
分别设置于第一拉曼光纤放大器、集中式光纤放大器和第二拉曼光纤放大器之前的单向隔离器,用于保证信号光单向传输;以及
设置在第一单模光纤输出端的光透射‑反射装置,用于从第一拉曼光纤放大器输出的光信号中滤除第一拉曼泵浦源产生的泵浦光,且输出得到S、C和L波段的第一输出光信号。

说明书全文

一种混合放大光信号的方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及光纤通信技术领域,尤其涉及一种混合放大光信号的方法和装置。

背景技术

[0002] 在超长距光纤通信场景下,由于传输信号存在极高的功率衰减,整个传输过程中通常需要设置多个有电能供给的中继设备(比如光中继站或有源功率放大器)以补偿信号光的损耗,但在涉及到偏僻的高原地带和海底地段等较为复杂的地理条件与环境时,容易存在中继设备安装困难、设备维护成本高和信号传输质量难以保证等诸多应用难点。
[0003] 面对超长距传输过程中的功率损耗,可利用无源器件进行信号补偿。当前较为成熟的远程浦光放大技术(Remotely Pumped Optical Amplifier,RPOA,即遥泵放大器)通常被考虑应用于长跨距传输,但远程泵浦光放大技术仅能提升信号光的总增益,无法满足沿线放大的需求,并且对不同波段的信号可能会存在较大的放大偏差,导致生成的放大信号增益谱的平坦性较差。
[0004] 具体地,当前的超长距传输系统存在以下问题,包括:遥泵放大器中不同波段信号适用的掺杂光纤的掺杂粒子与光纤长度不同,以及遥泵放大器放大增益谱劣化、功率谱不平坦且维护成本高。因此,如何在提高信号功率的同时增强接收端光信号的平坦性,从而实现超长距的光信号高质量传输,是一个亟需解决的难题。
[0005] 进一步地,现有的超长距通信系统大多面向应用较广的C波段与L波段,但随着人工智能大数据应用的迅速进步,其带宽资源已不足以支撑数据吞吐量的应用需求。全面利用光学窗口以拓展传输带宽是当前主要的研究方向,其中,S波段作为单模光纤中传输信号失真小且损耗小的波段,可将其与C波段、L波段进行结合,实现光信号的多波段传输。然而,S、C和L波段的光信号在长距离光纤传输场景下,较强的非线性效应极易影响光信号的传输质量,比如由于受激拉曼散射效应的影响,信号功率在波段间容易产生频率偏移,使得较短波长的信道信号的能量向较长波长的信道信号明显转移,从而劣化信噪比。如何在超长距场景下实现S波段、C波段和L波段光信号的高质量传输,这也是一个有待解决的问题。

发明内容

[0006] 鉴于此,本发明实施例提供了一种混合放大光信号的方法和装置,在超长距光纤通信场景下,不仅可以提高传输光信号的功率,而且能够使得接收端的信号平坦化,以实现光信号的高质量传输。
[0007] 本发明的一个方面提供了一种混合放大光信号的方法,该方法包括以下步骤:
[0008] 将S、C和L波段的输入光信号输入至第一拉曼光纤放大器,通过第一拉曼光纤放大器放大输入光信号中S波段的光信号,滤除第一拉曼光纤放大器输出的光信号中的泵浦光,得到S、C和L波段的第一输出光信号;
[0009] 将第一输出光信号输入至集中式光纤放大器,利用集中式光纤放大器放大第一输出光信号,输出得到S、C和L波段的第二输出光信号;其中,集中式光纤放大器包括:遥泵‑掺杂光纤放大器、与遥泵‑掺杂光纤放大器的输入端连接的三端口波分复用器以及与遥泵‑掺杂光纤放大器的输出端连接的波分复用器;
[0010] 将S、C和L波段的第二输出光信号输入至第二拉曼光纤放大器,利用第二拉曼光纤放大器放大第二输出光信号中C波段和L波段的光信号,滤除泵浦光,输出得到第三输出光信号;
[0011] 其中,遥泵‑掺杂光纤放大器包括用于放大第一输出光信号中S波段光信号的遥泵‑掺铥光纤放大器以及用于放大第一输出光信号中C波段与L波段光信号的遥泵‑掺铒光纤放大器,遥泵‑掺铥光纤放大器包括:掺铥遥泵泵浦源、掺铥泵浦耦合器和掺铥光纤,遥泵‑掺铒光纤放大器包括:掺铒遥泵泵浦源组件、用于放大C波段光信号的第一掺铒泵浦耦合器与第一掺铒光纤,以及用于放大L波段光信号的第二掺铒泵浦耦合器与第二掺铒光纤。
[0012] 在本发明的一些实施例中,第一拉曼光纤放大器包括第一拉曼泵浦源、第一拉曼泵浦耦合器和第一单模光纤;
[0013] 第二拉曼光纤放大器包括第二拉曼泵浦源、环形器和第二单模光纤;或者,第二拉曼光纤放大器包括第二拉曼泵浦源、第二拉曼泵浦耦合器和第二单模光纤。
[0014] 在本发明的一些实施例中,通过第一拉曼光纤放大器放大输入光信号中S波段的光信号,包括:利用第一拉曼泵浦耦合器耦合S、C和L波段的输入光信号与第一拉曼泵浦源产生的泵浦光,并在第一单模光纤中利用耦合的泵浦光对输入光信号中S波段的光信号进行放大;
[0015] 滤除第一拉曼光纤放大器输出的光信号中的泵浦光,得到S、C和L波段的第一输出光信号,包括:利用设置在第一拉曼光纤放大器输出端的光透射‑反射装置,从第一拉曼光纤放大器输出的光信号中过滤第一拉曼泵浦源产生的泵浦光,输出得到S、C和L波段的第一输出光信号。
[0016] 在本发明的一些实施例中,三端口波分复用器包括第一三端口波分复用器和第二三端口波分复用器;其中,第一三端口波分复用器用于将第一输出光信号分为S波段子信号和C+L波段子信号,第二三端口波分复用器用于将C+L波段子信号分为C波段子信号和L波段子信号;
[0017] 掺铒遥泵泵浦源组件包括:
[0018] 第一掺铒遥泵泵浦源和第二掺铒遥泵泵浦源,第一掺铒遥泵泵浦源用于产生用于放大C波段子信号的第一遥泵泵浦光,以及第二掺铒遥泵泵浦源用于产生用于放大L波段子信号的第二遥泵泵浦光;或者,
[0019] 掺铒遥泵泵浦源和与掺铒遥泵泵浦源的输出端连接的光功率分配器,光功率分配器用于将掺铒遥泵泵浦源产生的泵浦光分为用于放大C波段子信号的第一遥泵泵浦光和用于放大L波段子信号的第二遥泵泵浦光。
[0020] 在本发明的一些实施例中,利用集中式光纤放大器放大第一输出光信号,输出得到S、C和L波段的第二输出光信号,包括:
[0021] 通过三端口波分复用器将第一输出光信号分为S波段子信号、C波段子信号和L波段子信号;
[0022] 利用掺铥泵浦耦合器耦合S波段子信号和掺铥遥泵泵浦源产生的泵浦光,并在掺铥光纤中放大S波段子信号;
[0023] 利用第一掺铒泵浦耦合器耦合第一遥泵泵浦光和C波段子信号,在第一掺铒光纤中放大C波段子信号;利用第二掺铒泵浦耦合器耦合第二遥泵泵浦光和L波段子信号,在第二掺铒光纤中放大L波段子信号;
[0024] 从掺铥光纤、第一掺铒光纤和第二掺铒光纤输出的光信号中滤除泵浦光,利用波分复用器将放大后的S波段子信号、C波段子信号和L波段子信号耦合为一束S、C和L波段的第二输出光信号。
[0025] 在本发明的一些实施例中,利用第二拉曼光纤放大器放大第二输出光信号中C波段和L波段的信号,包括:
[0026] 通过环形器耦合第二拉曼泵浦源产生的泵浦光与S、C和L波段的第二输出光信号,并在第二单模光纤中放大第二输出光信号中C波段和L波段的信号;或者
[0027] 利用第二拉曼泵浦耦合器耦合第二拉曼泵浦源产生的泵浦光与S、C和L波段的第二输出光信号,并在第二单模光纤中放大第二输出光信号中C波段和L波段的信号。
[0028] 在本发明的一些实施例中,输入光信号是通过以下方式得到的:
[0029] 选取S、C和L波段的光信号作为初始输入光信号;
[0030] 基于拉曼增益谱确定最大信号增益对应的频率值,根据频率值和初始输入光信号中各个波段的波长范围,分别确定第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长范围;
[0031] 基于泵浦波长范围和预先设定的泵浦波长间隔值,得到第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长;
[0032] 从初始输入光信号中去除波长位于第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长的设定邻近范围内的光信号,得到S、C和L波段的输入光信号。
[0033] 本发明的另一方面提供了一种混合放大光信号的装置,该装置包括:
[0034] 第一拉曼光纤放大器,用于放大输入的S、C和L波段的输入光信号中S波段的光信号,以滤除第一拉曼光纤放大器输出的光信号中的泵浦光,得到S、C和L波段的第一输出光信号;
[0035] 集中式光纤放大器,包括遥泵‑掺杂光纤放大器、与遥泵‑掺杂光纤放大器的输入端连接的三端口波分复用器以及与遥泵‑掺杂光纤放大器的输出端连接的波分复用器,集中式光纤放大器用于放大输入的第一输出光信号,以输出得到S、C和L波段的第二输出光信号;
[0036] 第二拉曼光纤放大器,用于放大输入的S、C和L波段的第二输出光信号中C波段和L波段的光信号,以滤除泵浦光,输出得到第三输出光信号;
[0037] 其中,遥泵‑掺杂光纤放大器包括用于放大第一输出光信号中S波段光信号的遥泵‑掺铥光纤放大器以及用于放大第一输出光信号中C波段与L波段光信号的遥泵‑掺铒光纤放大器,遥泵‑掺铥光纤放大器包括:掺铥遥泵泵浦源、掺铥泵浦耦合器和掺铥光纤,遥泵‑掺铒光纤放大器包括:掺铒遥泵泵浦源组件、用于放大C波段光信号的第一掺铒泵浦耦合器与第一掺铒光纤,以及用于放大L波段光信号的第二掺铒泵浦耦合器与第二掺铒光纤。
[0038] 在本发明的一些实施例中,第一拉曼光纤放大器包括第一拉曼泵浦源、第一拉曼泵浦耦合器和第一单模光纤;
[0039] 第二拉曼光纤放大器包括第二拉曼泵浦源、环形器和第二单模光纤;或者,第二拉曼光纤放大器包括第二拉曼泵浦源、第二拉曼泵浦耦合器和第二单模光纤;
[0040] 三端口波分复用器包括第一三端口波分复用器,用于将第一输出光信号分为S波段子信号和C+L波段子信号,以及第二三端口波分复用器,用于将C+L波段子信号分为C波段子信号和L波段子信号;
[0041] 掺铒遥泵泵浦源组件包括:
[0042] 用于产生第一遥泵泵浦光的第一掺铒遥泵泵浦源,以及用于产生第二遥泵泵浦光的第二掺铒遥泵泵浦源;或者,掺铒遥泵泵浦源和与掺铒遥泵泵浦源的输出端连接的光功率分配器,其中,光功率分配器用于将掺铒遥泵泵浦源产生的泵浦光分为用于放大C波段子信号的第一遥泵泵浦光和用于放大L波段子信号的第二遥泵泵浦光。
[0043] 在本发明的一些实施例中,所述装置还包括:
[0044] 分别设置于第一拉曼光纤放大器、集中式光纤放大器和第二拉曼光纤放大器之前的单向隔离器,用于保证信号光单向传输;以及
[0045] 设置在第一单模光纤输出端的光透射‑反射装置,用于从第一拉曼光纤放大器输出的光信号中滤除第一拉曼泵浦源产生的泵浦光,且输出得到S、C和L波段的第一输出光信号。
[0046] 本发明提出了一种混合放大光信号的方法和装置,结合分布式的拉曼光纤放大器和遥泵放大器实现光信号的长跨距传输。本申请通过第一拉曼光纤放大器放大S、C和L波段的输入光信号中S波段的光信号,并且利用集中式光纤放大器放大通过第一拉曼光纤放大器得到的S、C和L波段的第一输出光信号,输出得到S、C和L波段的第二输出光信号,此外本申请还利用第三放大段的第二拉曼光纤放大器放大第二输出光信号中C波段和L波段的光信号,最终得到混合放大的第三输出光信号。本发明提出的混合式放大光信号的方法能够解决在超长距传输场景下,多波段光信号的功率限制和接收端光信号不平坦的问题,实现光信号的高质量传输。
[0047] 本发明的附加优点、目的,以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述,且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显,或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
[0048] 本领域技术人员将会理解的是,能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述,并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

附图说明

[0049] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明的限定。附图中的部件不是成比例绘制的,而只是为了示出本发明的原理。为了便于示出和描述本发明的一些部分,附图中对应部分可能被放大,即,相对于依据本发明实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中:
[0050] 图1为本发明一实施例中混合放大光信号方法的流程示意图。
[0051] 图2为本发明一实施例中混合放大光信号的过程示意图。
[0052] 图3为本发明一实施例中集中式光纤放大器的结构示意图。
[0053] 图4为本发明一实施例中第三放大段的对C+L波段光信号进行放大的过程示意图。
[0054] 图5为本发明另一实施例中混合放大光信号方法的流程示意图。
[0055] 图6为本发明一实施例中发送端和接收端的信号功率谱示意图。

具体实施方式

[0056] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施方式和附图,对本发明做进一步详细说明。在此,本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
[0057] 在此,还需要说明的是,为了避免因不必要的细节而模糊了本发明,在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤,而省略了与本发明关系不大的其他细节。
[0058] 应该强调,术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在,但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
[0059] 在此,还需要说明的是,如果没有特殊说明,术语“连接”在本文不仅可以指直接连接,也可以表示存在中间物的间接连接。
[0060] 在下文中,将参考附图描述本发明的实施例。在附图中,相同的附图标记代表相同或类似的部件,或者相同或类似的步骤。
[0061] 针对现有技术中光信号放大技术不能满足大容量、超长距地传输光信号进行通信的需求,本申请在超长距的遥泵放大技术基础上,提出了一种适用于混合放大多波段光信号的方法,主要通过结合分布式拉曼放大器与集总式远端泵浦的掺杂光纤放大器实现光信号的混合放大。该方法涉及三个放大段,包括:在信号光传输过程中的第一放大段,利用第一拉曼光纤放大器为S、C和L波段的输入光信号中S波段的光信号提供拉曼增益;在采用光透射‑反射装置滤除第一放大段的泵浦光之后,在第二放大段采用三端口波分复用器将通过第一拉曼光纤放大器得到的S、C和L波段的第一输出光信号划分为S波段子信号、C波段子信号和L波段子信号(根据光信号波长进行划分),分别在掺铥光纤、第一掺铒光纤和第二掺铒光纤中对这三个子信号进行放大,并通过波分复用器合并三个放大后的子信号得到S、C和L波段的第二输出光信号;利用第二拉曼光纤放大器在第三放大段为S、C和L波段的第二输出光信号中的C波段与L波段的光信号提供拉曼增益,最终输出得到第三输出光信号。具体地,第一放大段和第三放大段的拉曼光纤放大器通过拉曼效应将泵浦光的能量转移到信号光,第二放大段中的集中式光纤放大器产生的泵浦光使得掺杂光纤中粒子数反转维持放大器工作状态以放大第一输出光信号。该方法能够提升增益平坦度,提高增益量,并减少传输过程中的有源器件使用量。
[0062] 进一步地,本申请通过拓宽光学窗口,结合S波段、C波段和L波段扩展光信号传输带宽,通过分布式拉曼放大器分别放大S波段和C+L波段的光信号,并通过集中式光纤放大器统一放大S、C和L波段的光信号,实现超长距跨度传输场景下多波段光信号的高质量传输。
[0063] 基于拉曼效应的拉曼光纤放大器具有频谱范围宽、噪声指数低和增益平坦性好的优势,结合远程泵浦光放大技术和分布式拉曼光纤放大器,可在提供较高增益的同时实现传输光信号的平坦化,从而实现理想的放大效果。
[0064] 图1为本发明一实施例中混合放大光信号方法的流程示意图。如图1所示,其具体过程包括步骤S110‑S130。
[0065] 步骤S110:将S、C和L波段的输入光信号输入至第一拉曼光纤放大器,通过第一拉曼光纤放大器放大输入光信号中S波段的光信号,滤除第一拉曼光纤放大器输出的光信号中的泵浦光,得到S、C和L波段的第一输出光信号。
[0066] 本申请提出的混合放大光信号的方法适用于波长位于S‑L波段的输入光信号。输入的光信号可以任意选取S‑L波段(即1460‑1625nm)中涉及S、C和L三个波段的某一范围内的波长,例如在1460‑1625nm的S‑L波段中选取波长处于1470‑1605nm的光信号作为输入光信号;也可在S波段(1460‑1530nm)、C波段(1530‑1565nm)和L波段(1565‑1625nm)分别选取某一范围的波长之后组成一组光信号的对应波长(此时光信号之间可能存在较大的波长间隔),例如,分别选取波长处于1470‑1520nm、1550‑1565nm和1570‑1605nm的光信号,按照波长大小合并为一组输入光信号。输入的光信号的波长可位于S、C和L波段中的任一波段、任两个波段或者三个波段。例如,也可仅将波长处于1460‑1520nm的光信号作为输入光信号。
[0067] 为体现本申请提出的混合放大光信号方法适用于多波段光信号的特性,在下文的描述中将以波长涉及S、C和L三个波段的光信号作为输入光信号,适用于本方法的其他波长范围的输入光信号在此不赘述。
[0068] 作为示例,在实际输入光信号的过程中,受限于信号输入装置无法输入波长连续的输入光信号,需在单个光信号之间设置较小的波长间隔值,从而利用信号输入装置输入相应的光信号。例如,若输入光信号的波长范围为1470‑1605nm,可从1470nm开始,每隔2nm选取一个波长对应的单个光信号,从而得到一组波长位于1470‑1605nm的输入光信号。上述选取输入光信号的方式仅为示例,受限于输入光信号的装置可设置不同波长间隔的光信号,本发明不限于此。
[0069] 更具体地,本申请的混合放大光信号的方法在信号光传输过程中经过三个放大段对传输的光信号进行放大,其中,第一放大段包括第一拉曼光纤放大器。第一拉曼光纤放大器包括第一拉曼泵浦源、第一拉曼泵浦耦合器和第一单模光纤。其中,第一拉曼泵浦源用于产生对输入的光信号中的S波段光信号增益的泵浦光;第一拉曼泵浦耦合器用于耦合S、C和L波段的输入光信号与第一拉曼泵浦源产生的泵浦光;第一单模光纤用于利用第一拉曼泵浦源产生的泵浦光放大S、C和L波段的输入光信号中的S波段光信号。
[0070] 作为示例,第一拉曼光纤放大器可采用前向泵浦的形式,也可采用后向泵浦的形式。
[0071] 在本发明的一些实施例中,通过第一拉曼光纤放大器放大S、C和L波段的输入的光信号中S波段的光信号,包括:利用第一拉曼泵浦耦合器耦合S、C和L波段的输入光信号与第一拉曼泵浦源产生的泵浦光,并在第一单模光纤中利用耦合的泵浦光对输入的光信号中S波段的光信号进行放大。
[0072] 滤除第一拉曼光纤放大器输出的光信号中的泵浦光,得到S、C和L波段的第一输出光信号,包括:利用设置在第一拉曼光纤放大器输出端的光透射‑反射装置,从第一拉曼光纤放大器输出的光信号中滤除第一拉曼泵浦源产生的泵浦光,得到S、C和L波段的第一输出光信号。例如,在第一拉曼光纤放大器采用前向泵浦形式的情况下,光透射‑反射装置可设置在第一单模光纤输出端,利用设置在第一单模光纤输出端的光透射‑反射装置可从第一单模光纤输出的光信号中滤除第一拉曼泵浦源产生的泵浦光,从而得到S、C和L波段的第一输出光信号。
[0073] 如图2所示,第一拉曼光纤放大器采用前向泵浦的形式。第一拉曼泵浦源的输出端与第一拉曼泵浦耦合器的输入端连接,用于将第一拉曼泵浦源产生的泵浦光输入至第一拉曼泵浦耦合器(第一拉曼泵浦耦合器的另一输入端可直接接收S、C和L波段的输入光信号);第一拉曼泵浦耦合器的输出端与第一单模光纤的输入端连接,可将通过第一拉曼泵浦耦合器耦合的泵浦光和S、C、L波段的输入光信号输入到第一单模光纤中,对输入光信号中S波段的光信号进行放大。此外,第一单模光纤输出端可设置光透射‑反射装置(例如光反射镜),用于从第一单模光纤输出的光信号中过滤第一拉曼泵浦源产生的泵浦光并保留信号光,从而得到S、C和L波段的第一输出光信号并将其输入至第二放大段。例如,在输入光信号的波长范围为1470‑1605nm时,可设定光透射‑反射装置的反射光的波长范围为1300‑1460nm,透射光的波长范围为1470‑1730nm,使其滤除第一拉曼泵浦源产生的泵浦光。
[0074] 作为示例,第一拉曼光纤放大器中的第一拉曼泵浦源可为一阶泵浦源或多阶泵浦源。在第一拉曼泵浦源为一阶泵浦源的情况下,第一拉曼泵浦源可为一个泵浦源,也可为多个对应不同波长的泵浦源,即,若第一拉曼泵浦源为一阶泵浦源,则第一拉曼泵浦源包括至少一个泵浦源(设置多个泵浦源可使信号增益更加平坦)。
[0075] 进一步地,由于本发明采用分布式拉曼放大器提供增益,并且第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源对应拉曼增益谱内多个频率的泵浦光,为保证第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源在实现多波长协同拉曼放大的同时,避免第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源之间,以及拉曼泵浦源(包括第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源)与输入光信号之间的信号波长存在相互干扰。
[0076] 即,输入光信号中的信号波长还需根据第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长进行调整,使得输入光信号中的信号波长并不处于第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长的设定邻近范围内。
[0077] 在本发明的一些实施例中,输入光信号是通过以下方式得到的:
[0078] 选取S、C和L波段的光信号作为初始输入光信号;
[0079] 基于拉曼增益谱确定最大信号增益对应的频率值,根据频率值和初始输入光信号中各个波段的波长范围,分别确定第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长范围;
[0080] 基于泵浦波长范围和预先设定的泵浦波长间隔值,得到第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长;
[0081] 从初始输入光信号中去除波长位于第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长的设定邻近范围内的光信号,得到S、C和L波段的输入光信号。
[0082] 其中,初始输入光信号中的信号波长可任意选取,信号波长位于S、C和L三个波段即可,本发明并不对此作具体限定。
[0083] 作为示例,拉曼增益的原理是高频率的光信号由于受激拉曼散射的影响产生斯托克斯频移,会对频率低于产生斯托克斯频移的光信号产生拉曼增益。以1μm波段的拉曼增益谱为例,在受激拉曼散射作用下12THz‑15THz的上频移光会提供给光信号较大的增益,并且频率值为13.5THz时增益最大。
[0084] 根据频率值13.5THz和初始输入光信号中各个波段的波长范围确定的泵浦波长范围是一个大体的范围,较为合适的具体泵浦波长值可根据仿真或实验确定。
[0085] 例如,第一拉曼泵浦源对应的泵浦波长的确定过程可为:第一放大段用于放大S波段的光信号,即第一拉曼泵浦源对应的泵浦波长主要影响初始输入光信号中S波段的光信号对应的波长。假设初始输入信号光中处于S波段的波长范围为1470‑1530nm,根据拉曼增益谱确定的13.5THz对1470‑1530nm的波长进行下移,则可得到第一拉曼泵浦源对应的泵浦波长范围为1370‑1430nm;在预先设定的泵浦波长间隔值为20nm的情况下,可得到一阶第一拉曼泵浦源的泵浦波长为1365nm、1385nm和1405nm(若一阶第一拉曼泵浦源仅对应一个泵浦波长,则可为1370nm)。
[0086] 第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长的确定过程可为:第三放大段用于放大C波段和L波段的光信号,即第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长主要影响初始输入光信号中C波段与L波段的光信号对应的波长,因此在确定第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长范围时,需考虑初始输入光信号中C和L这两个波段的光信号的波长。假设初始输入信号光中处于C波段与L波段的波长范围为1530‑1605nm,则将其下移13.5THz可得到第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长范围为1430‑1505nm;在预先设定的泵浦波长间隔值为20nm的情况下,可得到一阶第二拉曼泵浦源的泵浦波长为1425nm、1445nm、1465nm、1485nm和1505mm(若一阶第二拉曼泵浦源仅对应两个泵浦波长,则可为1428nm和1508nm)。
[0087] 上述根据最大信号增益对应的频率值与初始输入光信号的波长范围确定第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长的方式仅为示例,本发明不限于此。
[0088] 作为示例,第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长的设定邻近范围可为泵浦波长±设定值得到的波长范围,也可采用其他的计算方式。若设定值为2nm,则第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长的设定邻近范围可具体表示为,第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长±2nm的波长范围,即保持第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长周围4nm的谱宽真空。例如,第一拉曼泵浦源对应的泵浦波长为1508nm,则输入光信号的波长不处于1506‑1510nm范围内。
[0089] 上述设定邻近范围的计算方式,以及预先设定的泵浦波长间隔值为20nm仅为示例,本发明并不对其作具体限定。而且,第一拉曼泵浦源对应的泵浦波长的设定邻近范围与第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长的设定邻近范围可以采用不同的计算方式。
[0090] 步骤S120:将S、C和L波段的第一输出光信号输入至集中式光纤放大器,利用集中式光纤放大器放大第一输出光信号中所有波段的信号,输出滤除泵浦光后的第二输出光信号(波长同样处于S、C和L波段);其中,集中式光纤放大器包括:遥泵‑掺杂光纤放大器、与遥泵‑掺杂光纤放大器的输入端连接的三端口波分复用器(Filter Wavelength Division Multiplexin,FWDM)(即三端口波分复用器的输出端与遥泵‑掺杂光纤放大器的输入端连接)、以及与遥泵‑掺杂光纤放大器的输出端连接的波分复用器(Wavelength Division Multiplexing,WDM)(即遥泵‑掺杂光纤放大器的输出端与波分复用器的输入端连接)。
[0091] 在本发明的一些实施例中,本申请的混合放大光信号的方法在信号光传输过程中经过三个放大段对光信号进行放大,其中,第二放大段包括集中式光纤放大器,可用于放大S、C和L波段的第一输出光信号以得到对应波段的第二输出光信号。集中式光纤放大器包括三端口波分复用器,其可分为第一三端口波分复用器和第二三端口波分复用器;连接三端口波分复用器输出端的遥泵‑掺杂光纤放大器(即三端口波分复用器与遥泵‑掺杂光纤放大器的输入端连接),其包括用于放大第一输出光信号中的S波段光信号的遥泵‑掺铥光纤放大器以及用于放大第一输出光信号中的C波段与L波段光信号的遥泵‑掺铒光纤放大器;以及,与遥泵‑掺杂光纤放大器的输出端连接的波分复用器,其中,波分复用器可将两种或多种不同波长的光信号汇合在一起,并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输。
[0092] 在第二放大段中将掺杂光纤放大器采用集中式放大的形式可获得更高的光信号增益。
[0093] 更具体地,三端口波分复用器可分为第一三端口波分复用器和第二三端口波分复用器;其中,第一三端口波分复用器用于将第一输出光信号分为S波段子信号和C+L波段子信号这两路信号,第二三端口波分复用器用于将C+L波段子信号分为两路信号,即C波段子信号和L波段子信号。第一三端口波分复用器和第二三端口波分复用器均可根据光信号的波长所处的波段,将信号分为两路信号。而且,本申请中的S波段子信号、C波段子信号和L波段子信号均为光信号。
[0094] 作为示例,如图3所示,假设输入光信号的波长范围为1470‑1605nm,在第二放大段中,第一三端口波分复用器的透射带宽为1470‑1530nm,反射带宽为1530‑1605nm,即第一三端口波分复用器可将1470‑1605nm的信号光(第一输出光信号)分为1470‑1530nm(S波段)和1530‑1605nm(C+L波段)两路;第二三端口波分复用器的透射带宽为1530‑1565nm,反射带宽为1565‑1605nm,即第二三端口波分复用器可将1530‑1605nm的信号光(C+L波段)分为1530‑
1565nm(C波段)和1565‑1605nm(L波段)两路。第一三端口波分复用器和第二三端口波分复用器的作用在于,将第一输出光信号分为S波段、C波段和L波段三路光信号,即将第一输出光信号分为S波段子信号、C波段子信号和L波段子信号。
[0095] 遥泵‑掺杂光纤放大器可通过掺杂光纤分别对S波段子信号、C波段子信号和L波段子信号进行放大。其中,第一输出光信号中的S波段光信号在第二放大段的掺铥光纤中进行放大,第一输出光信号中的C波段与L波段信号光在第二放大段的掺铒光纤中进行放大。
[0096] 遥泵‑掺铥光纤放大器包括:掺铥遥泵泵浦源、掺铥泵浦耦合器和掺铥光纤。其中,掺铥光纤的长度可为8‑10m,并且掺铥遥泵泵浦源可产生1060nm的泵浦光。例如,遥泵‑掺铥光纤放大器的具体工作过程可为:掺铥遥泵泵浦源产生的泵浦光与S波段子信号在掺铥泵浦耦合器中进行耦合,耦合后的光信号可输入至掺铥光纤,并在掺铥光纤中通过掺铥遥泵泵浦源产生的泵浦光对S波段子信号进行放大。
[0097] 考虑到在增益效果相同的情况下,C波段子信号所需的掺铒光纤长度短于L波段子信号,并且用于放大C波段光信号的第一遥泵泵浦光的入纤功率低于用于放大L波段光信号的第一遥泵泵浦光的入纤功率(即第一遥泵泵浦光进入第一掺铒光纤的功率低于第二遥泵泵浦光进入第二掺铒光纤的功率),因此在第二放大段对C波段子信号和L波段子信号进行放大时,C波段与L波段的光信号需利用不同长度的掺铒光纤分别进行放大。遥泵‑掺铒光纤放大器可包括:掺铒遥泵泵浦源组件(用于提供可放大第一输出光信号中C和L波段光信号的泵浦光)、第一掺铒泵浦耦合器与第一掺铒光纤(可应用于放大C波段光信号),以及第二掺铒泵浦耦合器与第二掺铒光纤(可应用于放大L波段光信号)。
[0098] 进一步地,掺铒遥泵泵浦源组件可包括两个掺铒遥泵泵浦源,即掺铒遥泵泵浦源组件包括第一掺铒遥泵泵浦源(产生用于放大C波段子信号的第一遥泵泵浦光)和第二掺铒遥泵泵浦源(产生用于放大L波段子信号的第二遥泵泵浦光);或者,掺铒遥泵泵浦源组件可包括一个掺铒遥泵泵浦源和光功率分配器(Optical Power Splitter,OPS),即掺铒遥泵泵浦源组件包括掺铒遥泵泵浦源和与该掺铒遥泵泵浦源的输出端连接的光功率分配器。其中,光功率分配器可根据功率分配比,将掺铒遥泵泵浦源产生的泵浦光分为第一遥泵泵浦光和第二遥泵泵浦光,其中,第一遥泵泵浦光可通过第一掺铒泵浦耦合器放大C波段子信号,第二遥泵泵浦光可通过第二掺铒泵浦耦合器放大L波段子信号。
[0099] 如图3所示,集中式光纤放大器的连接关系可为:掺铒遥泵泵浦源的输出端与光功率分配器的输入端相连接,可将掺铒遥泵泵浦源产生的泵浦光输入光功率分配器;光功率分配器的输出端分别与第一掺铒泵浦耦合器、第二掺铒泵浦耦合器的输入端相连,并将得到的第一遥泵泵浦光和第二遥泵泵浦光分别输入至第一掺铒泵浦耦合器与第二掺铒泵浦耦合器;第一掺铒泵浦耦合器将耦合的第一遥泵泵浦光与C波段子信号输入至第一掺铒光纤,利用第一遥泵泵浦光对C波段子信号进行放大,第二掺铒泵浦耦合器将耦合的第二遥泵泵浦光与L波段子信号输入至第二掺铒光纤,利用第二遥泵泵浦光对L波段子信号进行放大。
[0100] 其中,掺铒遥泵泵浦源组件中的泵浦源产生的第一遥泵泵浦光和第二遥泵泵浦光的波长为1480nm,第一掺铒光纤的长度可为12‑18m,第二掺铒光纤的长度可为37‑43m。
[0101] 作为示例,如图3所示,假设输入信号的波长范围为1470‑1605nm,则第一掺铒光纤的工作波长可为1530‑1565nm,将C波段子信号在第一遥泵泵浦光激发下进行放大;第二掺铒光纤的工作波长可为1565‑1605nm,将L波段子信号在第一遥泵泵浦光激发下进行放大;掺铥光纤的的工作波长可为1470‑1530nm,将S波段子信号在掺铥遥泵泵浦源产生的泵浦光激发下进行放大。
[0102] 光功率分配器对第一遥泵泵浦光和第二遥泵泵浦光所分配的功率可自行设定,本发明并不对此作具体限定,以掺铒遥泵泵浦源达到较好的工作效果为准。
[0103] 总的来说,掺铒遥泵泵浦组件不论是由第一掺铒遥泵泵浦源和第二掺铒遥泵泵浦源组成,或是由掺铒遥泵泵浦源和光功率分配器组成,均在第二放大段通过两路传输分别放大C波段子信号和L波段子信号。其放大过程可以描述为:
[0104] 通过三端口波分复用器将第一输出光信号分为S波段子信号、C波段子信号和L波段子信号;
[0105] 利用掺铥泵浦耦合器耦合S波段子信号和掺铥遥泵泵浦源产生的泵浦光,并在掺铥光纤中放大S波段子信号;
[0106] 利用第一掺铒泵浦耦合器耦合第一遥泵泵浦光和C波段子信号,在第一掺铒光纤中放大C波段子信号;利用第二掺铒泵浦耦合器耦合第二遥泵泵浦光和L波段子信号,在第二掺铒光纤中放大L波段子信号;
[0107] 从掺铥光纤、第一掺铒光纤和第二掺铒光纤输出的光信号中分别滤除泵浦光(即滤除第一遥泵泵浦光、第二遥泵泵浦光和掺铥遥泵泵浦源产生的泵浦光),利用波分复用器将放大后的S波段子信号、C波段子信号和L波段子信号耦合为一束S、C和L波段的第二输出光信号。
[0108] 即,在第二放大段中,三端口波分复用器将输入光信号分为S波段子信号、C波段子信号和L波段子信号三路信号光,利用遥泵‑掺杂光纤放大器对这三路信号光进行放大之后,再利用波分复用器将放大后的三路信号光进行合波传输。
[0109] 作为示例,考虑到第一遥泵泵浦光和第二遥泵泵浦光的波长为1480nm(处于S波段),若输入光信号包括S波段的光信号,则在利用波分复用器进行合波之后再滤除泵浦光的过程较为复杂,可分别在第一掺铒泵浦耦合器与波分复用器之间、以及第二掺铒泵浦耦合器与波分复用器之间设置光透射‑反射装置(也可称为光信号透射装置或泵浦光过滤装置),用于滤除1480nm的泵浦光。由于掺铥遥泵泵浦源产生的泵浦光的波长为1060nm,其对应的光透射‑反射装置可设置在掺铥泵浦耦合器与波分复用器之间,也可设置在波分复用器的输出端(即遥泵‑掺杂光纤放大器的输出端)。
[0110] 在本发明的一些实施例中,遥泵‑掺杂光纤放大器可采用前向泵浦的形式,也可采用后向泵浦的形式。为避免泵浦光与信号光重叠存在干扰,且更便利地滤除泵浦光,可通过后向泵浦的方式激发遥泵泵浦源进行工作,即,为适用于不同波长的输入光信号,可将掺铒遥泵泵浦源(或者第一掺铒遥泵泵浦源与第二掺铒遥泵泵浦源)和掺铥遥泵泵浦源设置为后向泵浦,并通过旁路传输将对应的泵浦光输入至相应的泵浦耦合器中。此时,无需设置光透射‑反射装置,可通过仅在波分复用器的输入端和三端口波分复用器的输入端设置一个单向隔离器,达到过滤泵浦光的目的。即,掺铒遥泵泵浦源通过旁路传输的方式将产生的泵浦光经由光功率分配器传输至第一掺铒泵浦耦合器和第二掺铒泵浦耦合器,并将第一遥泵泵浦光、第二遥泵泵浦光分别与C波段和L波段信号光进行耦合,无需经过光透射‑反射装置即可滤除泵浦光,得到放大的C波段和L波段光信号,并且采用后向泵浦的方式能够进一步为信号光提供增益。
[0111] 作为示例,在掺铒遥泵泵浦源(或第一铒遥泵泵浦源与第二铒遥泵泵浦源)产生的泵浦光的功率较小时,掺铒遥泵泵浦源与光功率分配器之间可设置泵浦源放大器,用于对掺铒遥泵泵浦源产生的泵浦光进行放大。此时,以掺铒遥泵泵浦源为例,第一遥泵泵浦光和第二遥泵泵浦光的生成过程可为:掺铒遥泵泵浦源产生泵浦光,经由泵浦源放大器对所产生的泵浦光进行放大之后,可利用光功率分配器,基于设定的功率分配比将放大之后的泵浦光划分为第一遥泵泵浦光和第二遥泵泵浦光。
[0112] 类似地,在掺铥遥泵泵浦源产生的泵浦光的功率较小时,也可在掺铥遥泵泵浦源与掺铥泵浦耦合器之间设置泵浦源放大器,用于对掺铒遥泵泵浦源产生的泵浦光进行放大。
[0113] 此外,也可对泵浦光输入掺杂光纤的功率进行限定。例如,第一遥泵泵浦光(1480nm)输入第一掺铒光纤的功率可为9‑10dBm,第二遥泵泵浦光(1480nm)输入第二掺铒光纤的功率可为10‑12dBm掺铥遥泵泵浦源(1060nm)产生的泵浦光输入掺铥光纤的功率可为10‑13dBm。
[0114] 步骤S130:将S、C和L波段的第二输出光信号输入至第二拉曼光纤放大器,利用第二拉曼光纤放大器放大第二输出光信号中的C波段和L波段的光信号,滤除泵浦光,输出得到第三输出光信号。
[0115] 更具体地,本申请混合放大光信号的方法在信号光传输过程中经过三个放大段对输入的光信号进行放大,其中,第三放大段包括第二拉曼光纤放大器。第二拉曼光纤放大器包括第二拉曼泵浦源、环形器和第二单模光纤;或者,第二拉曼光纤放大器包括第二拉曼泵浦源、第二拉曼泵浦耦合器和第二单模光纤。其中,第二拉曼泵浦源用于产生对S、C和L波段的第二输出光信号中的C波段与L波段光信号增益的泵浦光;第二单模光纤用于利用第二拉曼泵浦源产生的泵浦光放大S、C和L波段的第二输出光信号中C波段与L波段的光信号;第二拉曼泵浦耦合器用于耦合第二拉曼泵浦源产生的泵浦光和第二输出光信号;以及环形器用于耦合第二拉曼泵浦源产生的泵浦光和第二输出光信号,且过滤第二拉曼泵浦源产生的泵浦光。
[0116] 在本发明的一些实施例中,利用第二拉曼光纤放大器放大第二第二输出光信号中的C波段和L波段的光信号,包括:
[0117] 通过环形器耦合S、C和L波段的第二输出光信号与第二拉曼泵浦源产生的泵浦光,并在第二单模光纤中放大第二输出光信号中的C波段和L波段的光信号;或者
[0118] 利用第二拉曼泵浦耦合器耦合S、C和L波段的第二输出光信号与第二拉曼泵浦源产生的泵浦光,并在第二单模光纤中放大第二输出光信号中的C波段和L波段的光信号。
[0119] 此外,由于第二拉曼泵浦耦合器并不具备过滤第二拉曼泵浦源产生的泵浦光的功能,需在第二拉曼光纤放大器的输出端设置光透射‑反射装置,用于过滤第二拉曼泵浦源产生的泵浦光,并保留信号光。
[0120] 在本发明的一些实施例中,第二拉曼光纤放大器可采用前向泵浦的形式,也可采用后向泵浦的形式。由于第二拉曼泵浦源对应的泵浦波长是通过下移第二输出光信号(或输入光信号)中的C波段和L波段的信号波长得到的,存在其泵浦波长处于S波段的可能,因此为适用不同波长范围的多波段输入光信号,可将第二拉曼泵浦源采用后向泵浦的方式设置,并通过旁路传输的方式将其产生的泵浦光输入到光信号传输的光纤线路中。此时,若第二拉曼光纤放大器中采用环形器,则环形器可确保泵浦光反向耦合,并保证信号光单向传输;若第二拉曼光纤放大器中采用第二拉曼泵浦耦合器,则可在第二拉曼光纤放大器的输出端设置单向隔离器作为光透射‑反射装置,用于从第二单模光纤输出的光信号中过滤第二拉曼泵浦源产生的反向泵浦光。
[0121] 上述步骤S120和步骤S130中设置后向泵浦和光透射‑反射装置的方式仅为示例,其目的在于过滤泵浦光,本发明并不限于此。
[0122] 如图2所示,第二拉曼光纤放大器采用后向泵浦的情况下,第二拉曼泵浦源的输出端与环形器的输入端连接,可将第二拉曼泵浦源产生的泵浦光输入至环形器,此时环形器的输入端与第二单模光纤的输出端连接,环形器可反向耦合第二拉曼泵浦源产生的泵浦光和遥泵‑掺杂光纤放大器输出的光信号,在第二单模光纤中对第二输出光信号中C波段和L波段的光信号进行放大,最终输出得到S、C和L波段的第三输出光信号。并且,环形器可确保信号光及第二拉曼泵浦源产生的泵浦光单向传输。
[0123] 作为示例,如图4所示,若第二拉曼光纤放大器包括第二拉曼泵浦源、第二拉曼泵浦耦合器和第二单模光纤,则在第二拉曼光纤放大器采用后向泵浦的情况下,在第三放大段对第二输出光信号中的C波段和L波段的光信号进行放大,得到第三输出光信号的具体过程可为:
[0124] 利用第二拉曼泵浦耦合器耦合第二输出光信号与第二拉曼泵浦源产生的泵浦光,在第二单模光纤中利用耦合的泵浦光对第二输出光信号中C波段与L波段的光信号进行放大,并利用设置在第二拉曼光纤放大器输出端的光透射‑反射装置滤除第二拉曼泵浦源产生的泵浦光,得到第三输出光信号。
[0125] 作为示例,第二拉曼光纤放大器中的第二拉曼泵浦源可为一阶泵浦源或多阶泵浦源,能够在第三放大段对信号光提供足够的增益,利用低波段的较高功率补偿受激拉曼散射效应影响使得功率谱更加平坦。由于在第三放大段需利用第二拉曼泵浦源为C波段和L波段的光信号提供增益,在第二拉曼泵浦源为一阶泵浦源的情况下,第二拉曼泵浦源应为多个对应不同波长的泵浦源。
[0126] 例如,第二拉曼泵浦源为一阶泵浦源,并且对应五个不同波长的泵浦源,这五个不同波长的泵浦源能够产生对第二输出光信号中的C波段与L波段的光信号提供增益的五束泵浦光,分别用于在第三放大段对第二输出光信号中的C波段与L波段的光信号进行放大。
[0127] 如图2所示,本申请的混合放大光信号的方法还包括:利用设置于第一拉曼光纤放大器、集中式光纤放大器和第二拉曼光纤放大器之前的单向隔离器,用于确保光路不受后向光干扰并保持信号光单向传输。
[0128] 本申请中的光透射‑反射装置用于在各个放大段通过泵浦光对传输的光信号进行放大之后,从耦合光中滤除泵浦源产生的泵浦光,得到输出的光信号。
[0129] 作为示例,输入光信号在传输过程中的波长并没有发生变化,仅为光信号的功率发生变化,因此,S、C和L波段的输入光信号、第一输出光信号、第二输出光信号和第三输出光信号所对应的波长相同。此外,本申请中提及的第一拉曼光纤放大器的输出端、第二拉曼光纤放大器的输出端、遥泵‑掺杂光纤放大器的输入端以及遥泵‑掺杂光纤放大器的输出端仅用于表示各个器件之间的连接关系。
[0130] 第一拉曼泵浦耦合器、掺铥泵浦耦合器、第一掺铒泵浦耦合器、第二掺铒泵浦耦合器和第二拉曼泵浦耦合器均为泵浦耦合器,本申请为匹配放大过程中不同波段的光信号与泵浦耦合器,采用拉曼泵浦耦合器、掺铥泵浦耦合器和掺铒泵浦耦合器的方式进行区分。
[0131] 在本发明的一些实施例中,第一拉曼光纤放大器和第二拉曼光纤放大器可通过拉曼效应实现能量转移,但由于泵浦光在光纤中传输时存在损耗,可通过设置第一拉曼光纤放大器和第二拉曼光纤放大器产生的泵浦光输入单模光纤的功率,确保泵浦光能够实现对信号光的目标功率增益,即可基于预先设定的光信号目标功率增益设计第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源对应的泵浦光的功率谱分布。此外,还能够以增益效果和对应放大段的输出光信号的平坦性确定功率谱分布是否需要进行调整(可通过模拟或实验进行调整泵浦光对应的具体功率值)。
[0132] 作为示例,每个波长的泵浦光都对自身下斯托克斯频移处的波长的光信号增益最大,对上频移斯托克斯光的周围3THz有较小增益,因此可以根据输出光信号的平坦度适当调整增益缺口处波长的功率,例如泵浦波长1585nm的光增益较小,则可调高拉曼泵浦源在泵浦波长1485nm的功率。
[0133] 假设在第一拉曼放大器中S波段光信号的目标功率增益为14dB,第一拉曼泵浦源设置有三个一阶泵浦波长1365nm、1385nm和1405nm,那么为实现输入光信号中S波段光信号在第一放大段的增益为14dB,需要根据拉曼的斯托克斯频移均衡设置泵浦功率。可要求第一级泵浦(1365nm)的功率要达到400mW以上,此时其他两级泵浦的增益可适当减小,如第二级泵浦(1385nm)的功率为300mW左右,第三级泵浦(1405nm)的功率为100mW左右。例如,第一拉曼泵浦源设置的三个泵浦波长1365nm、1385nm和1405nm,其功率可分别为432mW、297mW和103mW。又比如,光信号的目标功率增益为14dB,在第一级泵浦要达到400mw以上时,第二拉曼泵浦源设置的五个一阶泵浦波长1425nm、1445nm、1465nm、1485nm和1508nm,其对应的泵浦光的功率可分别设置为400mW、275mW、110mW、90mW和86mW。
[0134] 上述多级泵浦源对应的功率逐渐递减仅为示例,本发明不限于此,拉曼泵浦源能够对光信号的增益达到目标功率增益即可。
[0135] 作为示例,在光信号的目标功率增益为14dB的情况下(即第一拉曼放大器对输入光信号中S波段光信号的目标功率增益为14dB,以及,第二拉曼放大器对第二输入光信号中C和L波段光信号的目标功率增益为14dB),第一拉曼泵浦源产生的泵浦光的功率至少比输入光信号高30mW,第二拉曼泵浦源产生的泵浦光的功率至少比第二输出光信号高30mW,并且第一拉曼泵浦源和第二拉曼泵浦源对应的泵浦光的功率在80mW‑500mW之间。
[0136] 更进一步地,可通过考虑多波段信号光传输过程中存在的非线性效应及最优可得接收速率设计合适的输入信号光功率。
[0137] 作为示例,输入光信号的最优发射功率可根据预先设定的目标功率增益和可实现的最大信息率进行设计,其计算公式如下:
[0138] 首先,可利用高斯模型得到信道的可实现最大信息率AIRi:
[0139] AIRi=2log2(1+SNRi);
[0140] 其中,AIRi为第i个信道可实现的最大信息速率,SNRi为第i个信道的信噪比。SNRi的计算方式可如下表示:
[0141]
[0142] 其中,Pi为第i个信道的发射功率,PASE为被放大的自发辐射噪声, 为非线性噪声。
[0143] 其次,在滤波后,自发辐射噪声和非线性噪声都为均值为零的高斯分布,可以通过对单个方差求和来获得总的噪声方差。其中,出于拉曼效应的考虑,
[0144]
[0145] 其中,P(z,fi)为距离为z处频率为fi的信道的功率,Ptot为所有信道总的发射功率,Cr为拉曼增益函数线性回归的斜率,GTx(v)为光纤的拉曼增益函数,Leff为光纤的有效传输长度,v表示频率。
[0146] 有效传输长度的计算公式可为:
[0147]
[0148] 其中,α为光纤的衰减系数。
[0149] 将P(z,fi)的表达式带入高斯模型的积分表达形式,可得到ηn(fi)的表达式:
[0150]
[0151] 其中,Pi,j为第i个信道发射到第j个跨度的功率(在单跨度系统中, 恒等于1),ηSPM,j(fi)是自相位调制对非线性噪声系数的贡献,ηXPM,j(fi)是其他所有WDM信道对频率为fi的信道的交叉相位调制的贡献(表示在第j个跨度其他信道对第i个信道的交叉相位作用之和),n表示总信道数,∈为不同跨度之间非线性累积的相干因子,其具有封闭的表达形式,对于单跨度下其为0。
[0152] 然后,对一阶群速度色散为β2,二阶群速度色散为β3,非线性系数为γ,信道带宽为Bi的光纤,ηSPM,j(fi)和ηXPM,j(fi)可表示为:
[0153]
[0154] 其中, A=2α,Ti=(2α‑PtotCrfi)2,
[0155]
[0156] 其中,φi,k=2π2(fk‑fi)[β2+πβ3(fi+fk)],k为遍历所有信道的常数,Nch为信道总数,Pk为第i个信道的发射功率。
[0157] 此外,可通过粒子群算法得到输入光信号发射功率的大致范围,并利用最陡下降算法从获得的信号发射功率的大致范围中得到输入光信号的最优发射功率。假设单跨段传输距离为120km,传输过程中存在一个智能均衡放大器可以在每一时刻恢复功率,那么这一数学过程可用下式描述:
[0158]
[0159] 其中,Ptot,i为信道i的发射功率。
[0160] 在本发明的一些实施例中,本申请联合分布式拉曼放大器和遥泵‑掺杂光纤放大器对输入的多波段光信号进行分级放大,在光信号传输过程中可将第一拉曼光纤放大器的泵浦波长与泵浦功率、遥泵‑掺铒光纤放大器和遥泵‑掺铥光纤放大器产生的泵浦光的入纤功率、掺铒光纤长度、掺铥光纤长度以及第二拉曼光纤放大器的泵浦波长与泵浦功率等作为混合放大光信号装置的参数,通过选择合适的参数值为输入光信号提供增益并使其尽可能平坦。具体参数可如下设置:
[0161] 例如,第一拉曼光纤放大器中的第一拉曼泵浦源的泵浦波长可分别为1365nm、1385nm和1405nm,其对应的泵浦功率分别为432mW、297mW和103mW,用于在光信号传输的第一放大段产生适用于S波段光信号的三级泵浦光,以放大输入光信号中的S波段光信号;第一放大段的第一单模光纤长度为50km;
[0162] 第二放大段中的第一掺铒光纤长度为15m,第二掺铒光纤长度为40m,掺铥光纤的长度为8m;第一遥泵泵浦光进入第一掺铒光纤的功率为10dBm,第二遥泵泵浦光的进入第二掺铒光纤的功率为12dBm,掺铥遥泵泵浦源产生的泵浦光的进入掺铥光纤的功率为12dBm;
[0163] 第二拉曼光纤放大器中的第二拉曼泵浦源的泵浦波长可分别为1425nm、1445nm、1465nm、1485nm和1508nm,其对应的泵浦功率分别为400mW、275mW、110mW、90mW和86mW,用于在光信号传输的第三放大段产生对C波段与L波段光信号增益的五级泵浦光,以对第二输出光信号中的C波段和L波段光信号进行放大;第三放大段的第二单模光纤长度为75km。
[0164] 基于上述参数设置,可结合远端泵浦放大器和多级拉曼放大器对多波段的输入光信号进行混合放大,如图5所示,其具体过程如下:
[0165] 步骤S01:合理分配1470‑1605nm的功率谱,生成输入光信号并将其输入第一拉曼光纤放大器。
[0166] 步骤S02:采用前向泵浦形式的第一拉曼光纤放大器中的第一拉曼泵浦源产生相应的泵浦光,将其耦合入第一单模光纤为信号光提供S波段的拉曼增益,过滤掉前向拉曼放大过程的泵浦光,得到第一输出光信号。
[0167] 步骤S03:通过三端口波分复用器将第一输出信号光分为S波段子信号、C波段子信号和L波段子信号。
[0168] 步骤S04:远端遥泵泵浦源(包括掺铒遥泵泵浦源和掺铥遥泵泵浦源)产生的激发光通过旁路传播的方式后向耦合,在掺铒光纤和掺铥光纤中对多波段光信号实现放大,并且对放大的三路光进行合波传输,得到第二输出光信号。
[0169] 步骤S05:采用后向泵浦形式的第二拉曼光纤放大器中的第二拉曼泵浦源产生相应的后向拉曼泵浦光,将其后向耦合入第二单模光纤为第二输出光信号提供C+L波段的拉曼增益,滤除泵浦光,最终得到第三输出光信号。
[0170] 经过上述步骤S01‑S05对1470‑1605nm的输入光信号进行混合放大之后,其结果如图6所示,图6中的(a)为发送端的信号功率谱,图6中的(b)为接收端的信号功率谱,可见本申请提出的混合放大光信号的方法不仅能够满足超长距离通信中光信号的增益需求,而且能够提升接收端的信号光平坦度。
[0171] 本申请提出了一种混合放大光信号的方法,通过级联两个分布式拉曼放大器与集中式光纤放大器,利用泵浦源作为不同波段光信号的增益源,补偿光信号在超长距跨度传输过程中的功率损失,并且混合放大的放大有利于减弱受激拉曼散射效应,使得传输光信号平坦化。
[0172] 与上述方法相应地,本发明还提供了一种混合放大光信号的装置,该装置能够实现上述任一实施例所述方法的步骤。该装置具体可包括:
[0173] 第一拉曼光纤放大器,用于将输入的S、C和L波段的光信号中S波段的光信号进行放大,以滤除第一拉曼光纤放大器输出的光信号中的泵浦光,得到S、C和L波段的第一输出光信号;
[0174] 集中式光纤放大器,包括遥泵‑掺杂光纤放大器、与遥泵‑掺杂光纤放大器的输入端连接的三端口波分复用器以及与遥泵‑掺杂光纤放大器的输出端连接的波分复用器,集中式光纤放大器用于放大第一输出光信号以输出得到S、C和L波段的第二输出光信号;
[0175] 第二拉曼光纤放大器,用于放大输入的S、C和L波段的第二输出光信号中C波段和L波段的光信号,以滤除泵浦光,输出得到第三输出光信号;
[0176] 其中,遥泵‑掺杂光纤放大器包括用于放大第一输出光信号中的S波段光信号的遥泵‑掺铥光纤放大器以及用于放大第一输出光信号中的C波段与L波段光信号的遥泵‑掺铒光纤放大器,遥泵‑掺铥光纤放大器包括:掺铥遥泵泵浦源、掺铥泵浦耦合器和掺铥光纤,遥泵‑掺铒光纤放大器包括:掺铒遥泵泵浦源组件、用于放大C波段光信号的第一掺铒泵浦耦合器与第一掺铒光纤,以及用于放大L波段光信号的第二掺铒泵浦耦合器与第二掺铒光纤。
[0177] 即,分布式的第一拉曼光纤放大器和第二拉曼光纤放大器共同构成混合放大光信号装置的拉曼放大器;并且第一放大段的第一拉曼光纤放大器、第二放大段的集中式光纤放大器和第三放大段的第二拉曼光纤放大器共同构成对S、C和L波段的光信号进行混合放大的装置。
[0178] 在本发明的一些实施例中,第一拉曼光纤放大器包括第一拉曼泵浦源、第一拉曼泵浦耦合器和第一单模光纤;
[0179] 第二拉曼光纤放大器包括第二拉曼泵浦源、环形器和第二单模光纤;或者,第二拉曼光纤放大器包括第二拉曼泵浦源、第二拉曼泵浦耦合器和第二单模光纤;
[0180] 三端口波分复用器包括第一三端口波分复用器,用于将第一输出光信号分为S波段子信号和C+L波段子信号,以及第二三端口波分复用器,用于将C+L波段子信号分为C波段子信号和L波段子信号;
[0181] 掺铒遥泵泵浦源组件包括:
[0182] 用于产生第一遥泵泵浦光的第一掺铒遥泵泵浦源,以及用于产生第二遥泵泵浦光的第二掺铒遥泵泵浦源;或者,掺铒遥泵泵浦源和与掺铒遥泵泵浦源的输出端连接的光功率分配器,其中,光功率分配器用于将掺铒遥泵泵浦源产生的泵浦光分为用于放大C波段子信号的第一遥泵泵浦光和用于放大L波段子信号的第二遥泵泵浦光。
[0183] 在本发明的一些实施例中,本申请的混合放大光信号的装置还包括:
[0184] 分别设置于第一拉曼光纤放大器、集中式光纤放大器和第二拉曼光纤放大器之前的单向隔离器,用于保证信号光单向传输;以及
[0185] 设置在第一单模光纤输出端的光透射‑反射装置,用于从第一拉曼光纤放大器输出的光信号中滤除第一拉曼泵浦源产生的泵浦光,且输出得到S、C和L波段的第一输出光信号。
[0186] 本发明提出的混合放大光信号的方法和装置,具有如下优势:
[0187] 1、根据多波段光信号传输中存在的非线性效应(包括受激拉曼散射)及噪声容限等问题,通过合理设计输入光信号的功率谱线,根据拉曼效应原理灵活调整泵浦光源以获得灵活的增益效果,减弱了光信号在超长距传输下的受激拉曼散射效应,同时也能避免信号光与分布式拉曼泵浦波长间的混叠
[0188] 2、相比于单级的离散拉曼放大无法满足超长距传输场景下高增益的放大需求,本申请通过在两个放大段设置分布式拉曼放大器,可改善光信号的发射功率,提高系统信噪比,避免单个信道信噪比过低从而降低可实现的最大信息速率。
[0189] 3、在第二放大段通过结合遥泵泵浦源与掺杂光纤放大器,减少了信号光传输过程中有源器件的使用,可适用于间距较大的通信节点之间的信号光传输,同时便于实现海底和山地等偏僻地形的超长距传输。
[0190] 4、将集中式光纤放大器(主要是遥泵‑掺杂光纤放大器)与拉曼放大器结合,将多级泵浦分布式放大器件作为多波段信号光的增益源,综合掺杂光纤放大器和拉曼放大器的优势,不仅能为输入的S波段、C波段和L波段的光信号提供增益以补偿功率损失,而且使得接收端各波段的接收功率谱更加平坦。本申请提出的混合放大光信号的方法最远可适用于跨段距离为250km的超长距传输信号光的场景。
[0191] 本领域普通技术人员应该可以明白,结合本文中所公开的实施方式描述的各示例性的组成部分、系统和方法,能够以硬件软件或者二者的结合来实现。具体究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。当以硬件方式实现时,其可以例如是电子电路专用集成电路(ASIC)、适当的固件插件、功能卡等等。当以软件方式实现时,本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中,或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。
[0192] 需要明确的是,本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见,这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中,描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是,本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤,本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后,作出各种改变、修改和添加,或者改变步骤之间的顺序。
[0193] 本发明中,针对一个实施方式描述和/或例示的特征,可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用,和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
[0194] 以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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