光信號電平調整的方法

2023-05-17 06:11:11

專利名稱：光信號電平調整的方法
光信號是經過光纜傳輸的。為了其加強常常使用光纖放大器。這種光纖放大器或者使用專門計量的光纖段或者使用正常傳輸光纖上的非線性效應，如在ntz，第43卷，(1990)第1冊，8至13頁中敘述的光纖-喇曼-放大器。
在很多傳輸裝置上也使用阻尼環節，用阻尼環節調整所要求的電平值，例如放大器的輸入電平，這例如在IEEE光子技術學，第6卷，第4冊，1994年4月，509至512頁中敘述的。
現代的傳輸系統使用波長復用方法，在其中將多個傳輸頻道綜合成一個傳輸帶，將這個傳輸帶整個放大。由於喇曼-效應導致信號傾斜，這個目前通過非線性放大器和濾波器是可以補償的。受到刺激的喇曼-漫射的基礎理論敘述在非線性光纖光學中，第二版，Govind P．Agrawal，學術出版社，第8章。
受到刺激的喇曼-效應，SRS，的作用是，將「長波」頻道中傳輸的信號放大犧牲了「短波」傳輸的信號；用另外的表達方法，從短波「藍色」頻道中將能量奪去，信號隨著波長的減小(頻率增加)很快被阻尼，而這對長波「紅色」頻道是有益的。波長愈長，對相應的傳輸頻道愈有益。相應的也適合於具有高比特率的頻譜成分。
在附

圖1和2中表示了SRS-效應的作用。左圖表示與波長無關的藍色傳輸帶(波長範圍)恆定的接收電平λB。右圖表示了如果同時將其它的「紅色」波長範圍使用於光信號傳輸時的接收電平。藍色傳輸帶的波長愈短，阻尼愈大。
附圖2表示了「紅色」傳輸帶λR的電平情況。左圖還是表示了只在這個傳輸帶上傳輸信號情況下線性的電平曲線。如果附加在「藍色」波長範圍進行傳輸時，電平隨著波長增加很快被提高。這與在傳輸帶上的信號是否以相同的或者相反的方向傳輸關係不大(聯合-傳播波-相反-傳播波)。
在當前典型的兩次八頻道的傳輸系統中由於上述效應在傳輸路段(大約40-80km)上出現附加阻尼以及在0．4至0．7dB之間的放大。在具有10個或更多的傳輸段上的傳輸路段上和相應很多中間放大器，這些電平變化相應的相加。如果傳輸帶中的一個中斷，則在未受幹擾的傳輸帶上的信號電平也變化得很快。接收方的自動放大調節一般不能很快平衡這個電平波動，其後果是毫微秒級的故障脈衝。在這種情況下要求很快重新建立當前的電平。
對於很多應用場合信號頻帶的電平和傾斜常常可以相互獨立的進行調整。
因此本發明的任務是，給出調整電平和調整光信號傾斜的方法和裝置。
因此本發明的其它任務是，給出當其它傳輸帶中斷時在未受幹擾的傳輸帶上很快穩定信號電平的方法和適合的裝置。
權利要求1規定了解決主要任務的方法。在獨立權利要求9上敘述了適合的裝置。
用於穩定的方法的擴展結構描述在權利要求14中和為實現此方法廉價的適合裝置敘述在權利要求21上。
本發明的有利的擴展結構敘述在從屬權利要求中。
按照本發明方法的優點是，信號電平和傾斜可以相互獨立進行調整。通過本方法信號，例如波長信號不僅可以放大而且也可以削弱。此外將傾斜可以在比較大的範圍內改變，這樣產生一個所期望的信號畸變。通過雷射泵將泵信號分成具有傳輸帶波長以上的和／或以下的。這些泵信號從信號中或者將能量奪走或者向它輸入能量。通過改變泵能量將信號放大或阻尼，此時同時出現傾斜。
通過適當選擇雷射泵波長可以控制增益／阻尼和在其它範圍的傾斜。
有利的是，如果將泵能量在接收方的端部饋入時，因為這導致其比較好的噪聲性能。傾斜是和雷射泵波長與信號(平均的)的波長之間的距離有關。有利的是將裝置也可以只構成為阻尼環節。通過選擇泵波長則傾斜程度可以依賴阻尼確定。將這樣的「光阻尼環節」也可以使用作為接收方光信號的電平調節。在一種特別簡單的根據各個應用場合設置的阻尼環節上只使用一個雷射器，從而建立在阻尼和傾斜之間所希望的關係。
如果使用雷射泵或者作為能源饋入或者作為能源吸收，雷射泵對中斷的傳輸帶起到補償的作用，當傳輸帶中斷時在未受幹擾的傳輸帶上電平幾乎保持恆定。因為為了補償中斷的傳輸帶需要改變雷射泵的功率是已知的，將其相應的功率很快改變，從而儘可能少地出現傳輸故障。準確的微調一般是不需要的，然而可以追加安排。
如果在接收方使用雷射泵，一般產生比較好的信號-噪聲-比。這裡必要時控制裝置也可以在接收放大器中存取，以便通過控制其傳輸情況達到最佳的電平曲線。
為了同時用電平平衡未受幹擾傳輸帶的傾斜，如果在未受幹擾運行情況下關閉雷射泵的頻率大約對應於中斷的傳輸帶的平均頻率時是有利的。
對於中斷傳輸帶的最佳補償是適合的，使用具有低於和／或高於傳輸帶不同波長的多個雷射泵。用具有不同波長的兩個泵信號進行最佳的補償已經是可能的。適合的-然而常常是不能實現的-也可以使用一個雷射泵，其頻率位於兩個波長範圍之間，因為可以相同地處理傳輸帶。
藉助於附圖敘述本發明的實施例。
附圖表示附圖3光信號電平調整原理圖，附圖4隨著兩個泵信號變化的光信號的電平曲線和附圖5電平調節裝置。
附圖6具有一個雷射泵的傳輸路段，附圖7在接收方插入雷射泵的傳輸路段，附圖8在發送方和接收方插入雷射泵的傳輸路段，附圖9在有利的實施例中在接收方插入兩個雷射泵的傳輸路段和附圖10在接收方插入兩個雷射泵用於雙方向運行。
附圖3表示了傳輸段具有發送裝置S，例如雷射器或放大器，這個發送裝置將具有比較大波長範圍λS的光信號OSS饋入光纜LW，並且具有接收裝置R，這個接收裝置同時有一個放大器。例如光信號可以涉及到具有比較大帶寬的數字復用信號或者涉及到波長復用信號。將由於傳輸路段被阻尼的光信號(接收信號)OSE輸入給接收裝置R。
在接收方安裝了兩個雷射泵PL1和PL2，雷射泵將位於光信號最小波長λMI以下的波長為λB的泵信號PS1，和將位於光信號最大波長λMA以上的波長為λR的泵信號PS2(附圖2)，經過耦合器K饋入光纜。泵信號PS2使光信號OSE削弱。泵信號的功率愈大，光信號變得愈弱。這種削弱隨著光信號的波長與雷射泵的波長的差值而增加。泵信號PS1又提高了信號電平，但是傾斜是在同一個迴轉方向上的。但是因為與頻帶λS的距離以及與其平均的波長以及與其最小的波長λMI的距離不等於與第二個泵信號的波長λR的距離，在放大和傾斜之間出現另外的關係。這樣在可調整的阻尼值或放大值時可以實現不同的傾斜。
如果應該實現阻尼環節時，具有「紅色」波長的(大於最大波長λMA)雷射泵的作用必須是主要的。如果相反實現放大器時，具有「藍色」波長的(小於最小波長λMI)雷射泵的作用必須是主要的。
在簡化的阻尼環節實施形式中只使用「紅色」雷射泵，然而在其中單獨調整傾斜和電平不再是可能的。
此外放大器也可以用至少兩個「藍色」的雷射泵來實現，雷射泵在相同的放大時使不同的傾斜成為可能。同樣阻尼環節也可以用至少兩個「紅色」雷射泵來實現，雷射泵在相同的阻尼值時使不同的傾斜成為可能。
在附圖4上表示了兩個雷射泵的作用。用虛線表示的電平曲線(P-電平，λ-波長)上邊的光接收信號OSE1至少在小波長時電平比較大，並且在大波長時電平小。這條曲線過補償了在傳輸路段上起作用的喇曼-效應，是用發送方或接收方的濾波器或放大器達到的。
但是一旦將雷射泵PL2接通，則使被接收信號OSE2削弱，此時短波的(高頻的)信號被嚴重削弱。如果雷射泵PL1工作，則電平又被提高，然而使接收信號OSE的傾斜再一次加強，並且得到直線的電平曲線。
因為雷射泵波長與接收信號的距離是不同的，傾斜和電平在一定的範圍內是可以相互獨立調整的。如果兩個雷射泵的波長大於接收信號的最大波長時，可以將阻尼在比較大的範圍並且與傾斜無關地進行調整。相應的也適合於藍色雷射泵。
在附圖5上表示了將雷射泵PL作為安裝在接收方調節電路中的一部分。將光接收信號OSE的一部分作為測量信號經過測量耦合器K2脫耦，並且輸入給控制裝置ST，控制裝置將光接收信號的幅值通過雷射泵的控制保持恆定，雷射泵將其泵信號經過耦合器K1(這裡作為耦合器將每個裝置理解為使得饋入信號成為可能)饋入光纜。控制裝置可以附加的在接收部分存取和按照預先規定的示意圖控制雷射泵和放大以及增益傾斜。代替控制裝置也可以使用調節電路或使用控制與調節的組合。
附圖6表示了具有發送裝置S，光纜LW和接收裝置R的一個路段，例如發送裝置是將光信號OS饋入光纜LW的一個發送方放大器。光信號例如是由二乘八個頻道組成的，頻道是在藍色的傳輸帶λB(1535至1547nm)和紅色的傳輸帶λR(1550至1562nm)上發送的。在發送方-或者在被表示的放大器之間的任意路段的開始-安排了第一個雷射泵PL1，雷射泵將具有恆定波長λL1的泵信號PS經過光耦合器K2(作為耦合器始終將每個裝置理解為將信號饋入成為可能)送入光纜(LW)的光導纖維。這不僅可以是長波的「紅色」雷射泵，其波長位於「紅色」傳輸帶以上大約為1600(直到大約1630nm)，而且可以是波長為1480nm(直到大約1440nm)的短波「藍色」雷射泵。
將雷射泵不僅可以使用在(與適當的濾波器或者放大器共同)未受幹擾運行中用於補償喇曼-效應或者其它的非線性，而且還可以使用在當傳輸帶中斷時用於補償由於喇曼-效應引起的電平變化。
人們從這裡出發，當未受幹擾運行時雷射泵是工作的，則(一般來說)其功率小於信號功率。如果使用長波雷射泵時和如果紅色頻帶中斷時，則必須將泵功率提高，以便從藍色傳輸帶上取走更多能量。如果相反藍色頻帶中斷時，則將雷射泵的功率降低，以便從「紅色」傳輸帶取走比較少的能量。
在短波「藍色」雷射泵上情況正好相反。如果紅色頻帶中斷時，則必須將功率降低，因為從藍色傳輸帶上已經取走比較少的能量。如果相反藍色傳輸帶中斷時，則必須提高雷射泵的功率，以便輸入給紅色傳輸帶與目前相同的能量。
為了確定中斷的傳輸帶或者也確定單個的頻道，適合的控制ST必須首先分別測量兩個傳輸帶的信號電平。為此將傳輸的信號經過測量耦合器K1和適合的光濾波器FI1、FI2輸入給測量裝置ME。將被測量的信號電平數值，例如總電平輸入給控制裝置SE，控制裝置對應於變化將泵振蕩器的功率進行微調。
雷射泵只有當幹擾情況時將泵功率進行耦合，也可以在中斷的傳輸帶的平均頻率上工作，以便有可能進行最佳的補償。
當使用適當的測量裝置時也可以將雷射泵使用於修正任意信號的電平和傾斜。
附圖7是在接收方安排了具有相應的耦合器K3的雷射泵PL2和具有相應的耦合器K4的控制裝置ST。接收方的裝置寧願選擇比較適合的噪聲性能。控制裝置ST此外可以從放大級V和從接收部件R的阻尼環節D中存取，並且使總的放大／阻尼以及傾斜最佳化。
在附圖8上表示了一個路段，在其中發送方的-這可以是在發送裝置S和接收裝置R之間的任意點-第一個雷射泵PL1和接收方的第二個雷射泵PL2將具有相同波長λL1的泵信號經過耦合器K2以及K3饋入。因此可以使用比較弱的雷射泵。通過發送方的雷射器對中斷的信號／傳輸帶也有一個快速的反應。同樣也可以使用具有不同波長的雷射泵，以便對中斷的信號得到比較好的補償。
在這些和其它的附圖上放棄了對控制裝置和測量耦合器的詳細敘述。
在附圖9上是將具有不同波長λL2和λL3的泵信號PS2、PS3通過安裝在接收方的雷射泵PL2、PL3饋入。因此雷射器的功率可以小一些。通過適當的紅色和藍色的雷射泵的組合不僅可以最佳的修正傾斜而且也可以最佳的修正電平變化。原則上比較好的補償也可以通過具有不同泵頻率的兩個紅色或者兩個藍色的雷射泵達到。
將具有相應波長的泵信號可以附加地在發送方饋入給相應的補償單元KE。然後例如也有可能，將發送方的補償單元用控制裝置和將接收方的雷射泵用調節器來裝備。當然原則上也可以使用多於兩個雷射泵。同樣本方法也可以使用在多於兩個的傳輸帶上。
附圖10表示了雙向運行的傳輸路段。不同傳輸方向的信號是用分支W分開的。兩個雷射泵PL2和PL3(或者也可以各自兩個)在兩個傳輸路段的端部饋入泵信號PS2和PS3，以便對於每個接收信號-即使當信號中斷時-也可以得到最佳的補償。
權利要求
1．經過光纜(LW)傳輸的光信號(OSE)的電平調節的方法，其特徵為，將至少兩個具有不同波長(λB，λR)的泵信號(PS1，PS2)饋入光纜(LW)。
2．經過光纜(LW)傳輸的光信號(OSE)的電平調節的方法，其特徵為，饋入泵信號(PS)，其波長(λR)大於光信號(OSE)的最大波長(λSMA)。
3．按照權利要求2的方法，其特徵為，這樣選擇泵信號(PS)的波長(λR)，當預先規定的放大變化時出現所期望的傾斜。
4．按照權利要求1的方法，其特徵為，饋入至少兩個泵信號(PS1，PS2)，其不同的波長(λR，…)大於光信號(OSE)的最大波長(λSMA)。
5．按照權利要求1的方法，其特徵為，饋入第一個泵信號(PS1)，其波長(λB)小於光信號(OS)的最小波長(λMI)和饋入第二個泵信號(PS2)，其波長(λR)大於光信號(OS)的最大波長(λMA)，第二個泵信號與光信號(OS)的平均波長有另外的距離。
6．按照上述權利要求之一的方法，其特徵為，將泵信號(PS1，PS2)在傳輸路段(S，LW，R)中接收方的端部饋入。
7．按照上述權利要求之一的方法，其特徵為，雷射泵(PL1，PL2)的泵功率是單獨可調整的。
8．按照上述權利要求之一的方法，其特徵為，接收方的光信號(OSE)的幅值通過調整泵功率保持恆定。
9．經過光纜(LW)傳輸的光信號(OSE)的電平調節裝置，其特徵為，至少安排兩個雷射泵(PL1，PL2)，其經過至少一個光耦合器(K1)將泵信號(PS1，PS2)饋入光纜(LW)。
10．經過光纜(LW)傳輸的光信號(OSE)的電平調節裝置，其特徵為，安排了雷射泵(PL)，其經過光耦合器(K1)將泵信號(PS)饋入光纜(LW)，泵信號的波長(λR)大於光信號(OSE)的波長。
11．按照權利要求9的裝置，其特徵為，將至少一個雷射泵(PL)安裝在傳輸路段(S，LW，R)接收方的端部。
12．按照權利要求11的裝置，其特徵為，安排了控制裝置(ST)或調節裝置，這些裝置調整以及調節光信號(OSE)的幅值和／或傾斜。
13．按照權利要求10或11的裝置，其特徵為，安排了控制裝置(ST)調整相應的光放大器(V)的放大和／或傾斜。
14．經過光纜(LW)進行光信號傳輸時，從多個傳輸帶(λB，λR)中至少一個傳輸帶上修正信號電平的方法，其特徵為，將至少一個泵信號(PS1)饋入傳輸路段(S，LW，R)的光纜(LW)，測量在傳輸帶(λB，λR)上的信號電平，和當至少一個信號電平改變時將雷射泵(PL1)進行微調，使未受幹擾傳輸帶(λR)上的信號電平(PR)在傳輸路段(S，LW，R)的接收方的端部至少幾乎保持恆定。
15．按照權利要求1或14的方法，其特徵為，將至少兩個雷射泵(PL2，PL3)饋入具有不同泵波長(λL2，λL3)的泵信號(PS2，PS3)。
16．按照權利要求14或15的方法，其特徵為，將至少各自一個泵信號(PS1，PS2)在發送方和接收方饋入。
17．按照權利要求1或14的方法，其特徵為，當雙向傳輸時將泵信號(PS1，PS2)在傳輸路段(S，LW，R)的兩個端部饋入。
18．按照權利要求14至17之一的方法，其特徵為，用於補償中斷的傳輸帶所使用的雷射泵(PL1，PL2)的泵波長(λL1，λL2)大約對應於其平均波長。
19．按照權利要求14至18之一的方法，其特徵為，在未受幹擾運行情況時傳輸帶的傾斜在接收方變得很小，並且傳輸帶的幹擾通過至少兩個具有不同波長(λL1，λL2，λL3)的雷射泵(PL1，PL2；PL2，PL3)進行補償。
20．按照上述權利要求14至19之一的方法，其特徵為，將慢慢變化的信號電平和傾斜進行調節。
21．經過光纜(LW)進行光信號傳輸時，從多個傳輸帶(λB，λR)中至少一個傳輸帶上修正信號電平的裝置，其特徵為，將至少一個雷射泵(PL1，PL2)插入在傳輸路段(S，LW，R)上，安排了控制裝置(ST)，控制裝置分開測量在傳輸帶(λB，λR)上被傳輸的信號電平，並且當至少一個信號電平變化時將雷射泵(PL1，PL2)這樣微調，使未受幹擾的傳輸帶(λR)上的電平(PR)和傾斜大約保持恆定。
22．按照權利要求21的裝置，其特徵為，控制裝置(ST)附加控制發送部件(S)和／或接收部件(R)的放大器(V，D，V)。
23．按照權利要求21或22之一的裝置，其特徵為，控制裝置(ST)有附加的調節部件，這個調節部件調節信號電平的慢慢變化。
全文摘要
在傳輸路段(SLWR)上經過耦合器(K1)從雷射泵中將具有波長(λ
文檔編號H04B10/291GK1280724SQ98811671
公開日2001年1月17日 申請日期1998年11月6日 優先權日1997年11月28日
發明者E·戈特瓦德 申請人:西門子公司