用于波長色散補償的方法和裝置的製作方法
2023-10-11 17:00:04 6
專利名稱：用于波長色散補償的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于波長色散補償的方法和裝置，更具體地，涉及一種能夠對在波分復用(WDM)傳輸系統的光纖中發生的波長色散進行自動補償的方法和裝置。
背景技術：
在WDM(波分復用)傳輸系統中，通過WDM方式對光學調製信號進行多路復用並且以接近10Gbps的超高速在C波段(1530至1570nm)和L波段(1570至1610nm)進行遠距離傳輸。在此系統中，根據光信號波長的不同，在形成光傳輸路徑的光纖中會發生傳播時間差。將這種現象稱為「波長色散」。在實際使用中，應該對波長色散進行補償，從而將波長色散抑制在系統可容許的水平。通常，有必要將波長色散調節抑制到接近於0。
圖1是表示現有技術中的光WDM傳輸系統構成的方框圖，該系統能夠進行波長色散補償。
如圖1所示，在光WDM傳輸系統中，通過光纖傳輸路徑11將WDM傳輸設備10和12連接。在光纖傳輸路徑11中，發生了波長色散。在WDM傳輸設備12中設置了光纖13，以產生具有與光纖傳輸路徑11中發生的波長色散絕對值相同但是符號相反的波長色散。由此將光纖13稱為「色散補償光纖(DCF)」。由於光纖13的作用，對光纖傳輸路徑11中的波長色散進行了補償。
圖2是示出波長色散補償原理的圖。
在圖2中，實線I表示在用作光纖傳輸路徑11的例如單模光纖(SMF)中發生的正的波長色散。實線II表示由色散補償光纖13所產生的負的波長色散。
為了對由實線I所表示的單模光纖(SMF)中的正的波長色散進行補償，可以使用由實線II所表示的在色散補償光纖13中產生的負的波長色散。具體地說，可以適當地調節色散補償光纖13的長度，使得在色散補償光纖13中產生的波長色散與單模光纖中的波長色散具有相同的絕對值。那麼，如果將色散補償光纖13和單模光纖串聯連接，則可以對波長色散進行補償。
日本特開專利申請No.2002-77053公開了與該技術相關的發明。例如，如該參考文獻的圖3中所示，將一波長色散的理想值施加在所接收的光信號上。然後，將該經調製的光信號轉換為電信號，以獲得傳輸數據。在對傳輸數據的指定頻率分量的強度進行監測的同時，對一波長色散可變元件進行調節，使得監測信號變為最大值，以進行自動的波長色散補償。
另選地，可以對光纖傳輸路徑中的波長色散值進行測量，並且可以根據所測得的值對波長色散可變元件進行控制。
國際公開WO01/005005公開了用於增益傾斜(gain-tilt)的自動補償方法，增益傾斜是指在傳輸後各波長信號間存在電平差。該增益傾斜是由於光纖中的波長傳輸損耗的傾斜以及在DWDM(密集波分復用)系統中的光纖放大器的波長增益特性的傾斜而導致發生的。
日本特開專利申請No.5-152645公開了一種發明，在該發明中同時對光纖中的波長色散和傳輸損耗進行補償，並且在色散補償光纖中添加了稀土元素離子，以獲得光放大功能。
如圖1所示，使用色散補償光纖的該系統提供了波長色散的一種非常簡單的補償方法。然而，該方法不能應用於下述的一些情況中。
過去，波長色散在光通信中不會引起任何嚴重的問題，而對於在過去建立並且目前仍在工作的老式光纖傳輸路徑，在大多數情況下，人們無法獲得例如發送器和接收器之間、發送器和轉發器之間、轉發器和其他轉發器之間、以及轉發器和接收器之間的精確距離。另外，人們也無法獲得光纖中的波長色散的精確值。
為此，在通過使用老式光纖傳輸路徑來構建一個新的超高速光WDM傳輸系統時，人們必須對光纖傳輸路徑中的波長色散進行測量，並且根據波長色散的測量值事先準備一波長色散補償光纖。這是非常麻煩且費時的。
此外，在構建了超高速光WDM傳輸系統後，並且當必須改變其中的光纖傳輸路徑時，人們必須對將使用的光纖傳輸路徑中的波長色散進行重新測量，並且準備一新的波長色散補償光纖。這也是非常麻煩且費時的。
圖3是可適用於自動波長色散補償的一種構成的方框圖。
如圖3中所示的自動波長色散補償是用于波長色散補償的一種理想方法，但是該系統除了波長色散可變元件外，還需要一種用於增加波長色散的元件。因此，圖3中的系統的成本是較高的。
有效的是，對光纖傳輸路徑中的波長色散進行測量，並且根據所測得的值對波長色散可變元件進行自動控制。對於光纖傳輸路徑中的波長色散的測量方法，例如，提出了如下一種方法向光纖傳輸路徑中輸入具有不同波長的多個光脈衝或者光信號(將這些光信號稱為「探測光」)，並且對輸出光信號中具有不同波長的多個光信號的傳播時間差進行測量。
然而，為了實現該方法，人們必須在各傳輸部分中準備一組波長色散測量裝置，並且除了對具有根據傳輸數據調製的強度的多個光信號進行多路復用外，還必須對用于波長色散測量的不同波長的多個光信號進行額外的波分復用。因此，構建該光通信系統的設備的規模變大，並且增加了系統的成本。
發明內容
本發明的一個總的目的是解決現有技術中的一個或者更多個問題。
本發明的一個更具體的目的在於提供一種方法和裝置，其能夠利用簡單的構成自動進行波長色散補償並且降低成本，而不需要在發送側設置一用於產生測量用光信號的光源。
根據本發明的第一方面提供了一種波長色散補償方法，該方法包括以下步驟在發送裝置中，將激發光斷續地輸出給光放大器，用於對要發送的光信號進行放大；在發送裝置中，將波長色散檢測光信號輸出給光傳輸路徑；在接收裝置中，從通過光傳輸路徑所接收的波長色散檢測光信號中提取具有不同波長的多個光分量；在接收裝置中，求得具有不同波長的多個光分量通過光傳輸路徑的傳播時間差；以及在接收裝置中，調節一波長色散可變元件的波長色散值，使得所述差變為零，以對該光傳輸路徑中的波長色散進行補償。
作為一個實施例，發送裝置將經波長多路復用的信號輸出給光傳輸路徑。
作為本發明的第二方面，提供了一種發送裝置，該發送裝置包括第一切換單元，其將激發光斷續地輸出給用於將待發送的光信號進行放大的光放大器。該發送裝置將在光放大器中產生的波長色散檢測光信號輸出給光傳輸路徑。
作為一個實施例，該發送裝置還包括第二切換單元，該第二切換單元防止將待發送的光信號輸出給光放大器。
作為本發明的第三方面，提供了一種接收裝置，該接收裝置包括波長色散可變元件，其對通過光傳輸路徑所接收的光信號進行波長色散補償；提取單元，其從該波長色散可變元件所發送的波長色散檢測光信號中提取具有不同波長的多個光分量；波長色散控制器，其求得具有不同波長的多個光分量通過光傳輸路徑的傳播時間差，並且對波長色散可變元件的波長色散值進行調節，以使所述差變為零。
作為一個實施例，該接收裝置還包括一切換單元，其防止從該波長色散控制器輸出的光信號被輸出至外部。
作為一個實施例，該波長色散控制器包括光電轉換單元，其將具有第一波長的第一光分量和具有第二波長的第二光分量分別轉換為第一檢測信號和第二檢測信號，所述第一光分量和所述第二光分量由所述提取單元提取；計算單元，將第一檢測信號的極性設為與第二檢測信號的極性相反，並且對第一檢測信號和第二檢測信號求和；A/D轉換單元，其將來自計算單元的輸出信號數位化；以及，控制單元，其求得第一檢測信號和第二檢測信號的傳播時間差，並且對波長色散可變元件的波長色散值進行調節，以使所述差變為零。
通過以下結合附圖的優選實施例的詳細說明可使本發明的這些和其他目的、特點和優點變得更加明確。
圖1是示出現有技術中的光WDM傳輸系統的構成的方框圖，該系統能夠進行波長色散補償；圖2是示出波長色散補償的原理的簡圖；圖3是示出適於進行自動波長色散補償的構成的方框圖；圖4是示出根據本發明的一個實施例的光WDM傳輸系統的示例性構成的方框圖；圖5是示出波長色散補償控制器23和31的示例性構成的方框圖；圖6是示出ASE光的示例性波形的圖；圖7是示出ASE光的示例性光譜的圖；圖8是求和信號的示例性波形的圖；圖9是示出在光纖傳輸路徑25中的波長差所引起的傳播時間差的示例性波形的圖；並且圖10是示出當在光纖傳輸路徑25的接收側設置波長色散可變元件49時波長色散補償的結果的示意圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發明的優選實施例進行說明。
圖4是示出根據本發明的一個實施例的光WDM傳輸系統的示例性構成的方框圖。
如圖4所示，在本實施例的光WDM傳輸系統中，通過光纖傳輸路徑25將用作發送器的WDM傳輸設備20與用作接收器的WDM傳輸設備30連接。
該WDM傳輸設備20包括發送轉發器21a至21n、波長多路復用器(MUX)22、以及波長色散補償控制器23。
為了進行波長多路復用，發送轉發器21a至21n將由外部提供的光信號(諸如SONET(同步光網絡)信號或者GbE(Gigabit Ethernet(註冊商標))信號)變換為窄帶中的具有不同波長λ1至λn的光信號。發送轉發器21a至21n將波長為λ1至λn的多個光信號發送給波長多路復用器22。
波長多路復用器22通過WDM(波分復用)的方式對這些光信號進行多路復用，並將由此獲得的光信號發送給波長色散補償控制器23。
在波長色散補償控制器23中，通過光放大器(AMP)42(參見圖5)將來自波長多路復用器22的經波長多路復用的光信號進行放大，並且將其發送給用於遠距離傳輸的光纖傳輸路徑25。
該WDM傳輸設備30包括波長色散補償控制器31、波長解復用器(DMUX)32以及接收轉發器33a至33n。
波長色散補償控制器31接收來自光纖傳輸路徑25的經波長多路復用的光信號。
在波長色散補償控制器31中，通過光放大器51(參見圖5)將經波長多路復用的光信號進行放大，並且發送給波長解復用器32。
波長解復用器32將經波長多路復用的光信號分解成波長為λ1至λn的多個光信號，並且分別將這些具有不同波長λ1至λn的光信號發送給接收轉發器33a至33n。
各接收轉發器33a至33n將具有不同波長λ1至λn的多個光信號變換為例如多個SONET信號或GbE信號，並且將所獲得的SONET信號或GbE信號輸出。
圖5是示出波長色散補償控制器23和31的構成的方框圖。
在位於發送側的波長色散補償控制器23中，產生具有寬帶頻譜的光信號，用於對在光纖傳輸路徑25中發生的波長色散進行測量。
通過光開關41將來自波長多路復用器22的經波長多路復用的光信號發送給光放大器42。例如，光放大器42是一EDF(摻鉺光纖)。光放大器42通過光組合器43接收泵浦LD(雷射二極體)44所產生的激發光信號。在接收到該激發光信號時，光放大器42將該經波長多路復用的光信號放大。
泵浦LD 44通過電開關45接收來自LD驅動器46的驅動電流。在接收到該驅動電流時，驅動泵浦LD 44以發射光。
將通過光放大器42所放大的經波長多路復用的光信號從光組合器43發送至光組合器47。將OSC光信號從OSC控制電路48輸入至光組合器47。
光組合器47將所放大的波長多路復用光信號和該OSC光信號進行組合，並且將所產生的光信號發送至光纖傳輸路徑25。
OSC控制電路48產生OSC(光監控信道)光信號，該OSC光信號用於在對波長色散補償控制器23和31之間的波長色散進行調節的操作過程中進行通信。該OSC控制電路48還控制開關41和45，即，在波長色散的自動控制操作過程中將開關41和45設為ON或OFF。
當上述具有寬帶頻譜的光信號在光纖傳輸路徑25中傳播時，位於接收側的波長色散補償控制器31對施加在該光信號上的波長色散值進行檢測。根據所測得的波長色散值，波長色散補償控制器31對波長色散可變元件49進行控制，以進行波長色散補償。
波長色散可變元件49接收來自光纖傳輸路徑25的經波長多路復用的光信號。作為波長色散可變元件49，例如可以使用由本發明的發明人在日本特開專利申請No.2002-258207中所提出的裝置。在這種波長色散可變元件49中，利用透鏡將從VIPA(虛擬成像相控陣列)輸出的具有不同波長的多個成角度分散的光束進行聚焦，並且由一對用於產生光路偏移並且用於改變該光路偏移的光柵進行衍射，從而在與不同波長相關的光路中產生偏移。這些光束在色散平坦三維反射鏡上反射並且返回到VIPA板上。因此，由於由三維反射鏡導致的光路的波長依賴性，因此可以對於各波長獲得不同的波長色散，以對於經波長多路復用的光信號的整個波長區域實現對波長色散值和波長色散斜率的調節。
作為波長色散可變元件49，還可以使用一種光纖光柵，該光纖光柵在其纖芯處具有一衍射光柵，並且能夠通過控制施加在光纖上的溫度和壓力來控制波長色散值。
將由波長色散可變元件49發送的光信號輸入至分光器50。
分光器50將所接收的光信號進行分離，從而獲得經波長多路復用的光信號和用於在對波長色散補償控制器23和31之間的波長色散進行調節的操作過程中進行通信的OSC信號。將通過分光器50所分離的經波長多路復用的光信號輸入給光放大器51，並且將OSC信號輸入給OSC控制電路63。
光放大器51將所接收的光信號進行放大，並且將所放大的光信號發送給分光器52。
分光器52將所接收的光信號分離成一大部分和一小部分。將來自分光器52的光信號的所述大部分通過光開關53輸出為目標信號，並且將來自分光器52的光信號的所述小部分作為抽樣輸入到光帶通濾波器54和55，以進行色散測量。
其中，當關閉光開關53時，將輸入光信號終止而不發生反射，這防止了將入射光反射並且返回至光放大器51。
光帶通濾波器54和55從光信號的抽樣中分別提取窄帶中的具有波長λ1和λ2的光信號，並且將這些光信號用作探測光信號。
將由光帶通濾波器54和55所提取的這些探測光信號分別輸入至光電轉換器(O/E)56和57，並且分別轉換為由λ1和λ2所表示的電信號。電信號λ1和λ2用作測量用的檢測信號。將這些檢測信號λ1和λ2分別輸入到差動放大器58和59。
將檢測信號λ1輸入到差動放大器58的同相端子，並且將檢測信號λ2輸入到差動放大器59的反相端子。將例如0V的參考電平輸入到差動放大器58的反相端子和差動放大器59的同相端子。因此，差動放大器58和59輸出極性相反的檢測信號λ1和λ2。
將檢測信號λ1和檢測信號λ2輸入給累加放大器60，並且在其中進行求和。將所求和的信號輸入給A/D轉換器61。該A/D轉換器61對輸入信號進行數位化並且將所產生的信號輸出給色散控制電路62。
色散控制電路62在求和信號中測量檢測到檢測信號λ1的定時和檢測到檢測信號λ2的定時之間的時間差，並且調節波長色散可變元件49的色散值，以使該時間差變為零。
例如，如果光纖傳輸路徑25涉及正的波長色散，並且如果時間差較大，則將波長色散可變元件49的色散調節為負值，並且具有一較大的絕對值。
OSC控制電路63接收用於在對波長色散補償控制器23和31之間的波長色散進行調節的操作過程中進行通信的OSC光信號。此外，OSC控制電路63還對自動波長色散控制操作過程中開關53的ON/OFF進行控制。
例如，在光WDM傳輸系統建成後，或者在改變光WDM傳輸系統中的光纖傳輸路徑後，並且當將WDM傳輸設備20和30通電時，在WDM傳輸設備20中，OSC控制電路48將光開關41設為OFF。在此情況下，將電開關45周期性地設為ON(將該周期設置得非常短)，以驅動泵浦LD 44。因此，由EDF所形成的光放大器42產生ASE(經放大的自發發射)光，該ASE光具有如圖6所示波形。將該ASE光輸出至光纖傳輸路徑25。
圖6是示出ASE光的波形的圖。
圖7示出了輸出至光纖傳輸路徑25的ASE光的光譜。
如圖7所示，在光放大器42的整個操作帶寬中該ASE光的光譜為平直的，即，ASE光是一寬帶光信號，並且如上所述用於對光纖傳輸路徑25中的波長色散進行測量。
另一方面，在WDM傳輸設備30中，OSC控制電路63將光開關53設為OFF。
然後，色散控制電路62對圖8的求和信號中的檢測信號λ1和檢測信號λ2之間的時間差τ進行測量。
圖8是該求和信號的示例性波形圖。
在圖8所示的求和信號中，色散控制電路62對檢測信號λ1的檢測定時t1和檢測信號λ2的檢測定時t2之間的時間差τ進行測量，並且調節波長色散可變元件49的色散，使得時間差τ變為0。當時間差τ為0時，色散控制電路62存儲色散的結果值。
然後，WDM傳輸設備20的OSC控制電路48將開關41和45設為ON，以轉變到系統的通常操作，並且WDM傳輸設備30的OSC控制電路63將光開關53設為ON，並且對波長色散可變元件49的色散值進行調節，使其成為存儲在色散控制電路62中的色散值。
圖9是示出在光纖傳輸路徑25中由波長差所引起的傳播時間差的波形圖。
當光纖傳輸路徑25為單模光纖(SMF)時，其具有正的波長色散，如圖2中的實線所示。換言之，在單模光纖中，具有較長波長的光以較低速度傳播。
為此，如圖9所示，當通過光纖傳輸路徑25(假設其長度為x)傳輸具有不同波長λ1和λ2(假設λ1＜λ2)的光時，當光到達接收端時，波長為λ1的光和波長為λ2的光位於時間軸上的不同位置。如果分別用v1和v2來表示波長為λ1的光和波長為λ2的光的傳播速度，則傳播時間差τ滿足τ＝x(1/v1-1/v2)圖10是示出當在光纖傳輸路徑25的接收端設置波長色散可變元件49時波長色散補償效果的示意圖。
其中，假設光纖傳輸路徑25是單模光纖(SMF)，並且具有正的波長色散，如圖2中的實線I所示。
因此，為了對波長色散進行補償，只需對波長色散可變元件49的色散進行調節以使得波長色散可變元件49的色散與在光纖傳輸路徑25中發生的波長色散具有相同的絕對值和相反的符號即可。
由於這種波長色散補償，導致在從波長色散可變元件49所輸出的信號中波長為λ1的光和波長為λ2的光之間的傳播時間差消失。
在本實施例中，為了獲得具有不同波長的光信號，由於在波長色散補償中使用了來自光放大器42的ASE光，因此，除了波長色散補償控制器23中的經波長多路復用的光信號以外，不必在發送側提供一額外的光信號，因此除了泵浦LD 44以外，不必設置一用於產生測量用的光信號的光源。
因此，可以減少波長色散補償控制器23的尺寸，並且降低光WDM傳輸系統的成本。
上述元件以如下方式對應於在權利要求中所定義的元件。電開關45與權利要求中所定義的第一開關單元對應，光帶通濾波器54和55與提取單元對應，色散控制電路62與波長色散控制器或者波長色散控制器中的控制單元相對應，光開關41與第二切換單元對應，光開關53與發送裝置中的切換單元對應，光電轉換器(O/E)56和57與光電轉換單元對應，差動放大器58和59、累加放大器60與計算單元對應，並且A/D轉換器61與A/D轉換單元對應。ASE光與權利要求中的波長色散檢測光信號對應。
根據本發明，可以提供一種用于波長色散補償的方法和裝置，其能夠降低成本並且具有簡單的構成而不需要在發送側設置一用於產生測量用光信號的光源。
本專利申請基於2004年3月30日提交的日本優先權專利申請No.2004-101101，在此通過引用併入其全部內容。
權利要求
1.一種波長色散補償方法，包括以下步驟在發送裝置中，將激發光斷續地輸出給光放大器，用於對將發送的光信號進行放大；在發送裝置中，將波長色散檢測光信號輸出給光傳輸路徑，所述波長色散檢測光信號在預定帶寬具有平直的光譜；在接收裝置中，從通過光傳輸路徑所接收的波長色散檢測光信號中提取具有不同波長的多個光分量；在接收裝置中，求得具有不同波長的所述多個光分量通過光傳輸路徑的傳播時間差；以及在接收裝置中，調節波長色散可變元件的波長色散值，使得所述差變為零，以對該光傳輸路徑中的波長色散進行補償。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述發送裝置將經波長多路復用的信號輸出給光傳輸路徑。
3.一種發送裝置，包括第一切換單元，其將激發光斷續地輸出給用於對將發送的光信號進行放大的光放大器，其中所述發送裝置將在所述光放大器中產生的波長色散檢測光信號輸出給光傳輸路徑。
4.根據權利要求3所述的發送裝置，還包括第二切換單元，所述第二切換單元防止待發送的光信號被輸出給所述光放大器。
5.一種接收裝置，包括波長色散可變元件，其對通過光傳輸路徑所接收的光信號進行波長色散補償；提取單元，其從該波長色散可變元件所發送的波長色散檢測光信號中提取具有不同波長的多個光分量；波長色散控制器，其求得具有不同波長的所述多個光分量通過光傳輸路徑的傳播時間差，並且對所述波長色散可變元件的波長色散值進行調節，以使所述差變為零。
6.根據權利要求5所述的接收裝置，還包括切換單元，其防止從所述波長色散控制器輸出的光信號被輸出至外部。
7.根據權利要求5所述的接收裝置，其中所述波長色散控制器包括光電轉換單元，其將具有第一波長的第一光分量轉換為第一檢測信號，並且將具有第二波長的第二光分量轉換為第二檢測信號，所述第一光分量和所述第二光分量是通過所述提取單元提取的；計算單元，將所述第一檢測信號的極性設為與所述第二檢測信號的極性相反，並且對所述第一檢測信號和所述第二檢測信號求和；A/D轉換單元，其將來自所述計算單元的輸出信號數位化；以及控制單元，其求得所述第一檢測信號和所述第二檢測信號的傳播時間差，並且對所述波長色散可變元件的波長色散值進行調節，以使所述差變為零。
全文摘要
用于波長色散補償的方法和裝置。公開了一種波長色散補償方法，其能夠利用簡單的構成來降低成本，而不需要在發送側設置一用於產生測量用的光信號的光源。在發送裝置中，將激發光斷續地輸出給光放大器，用於對將要發送的光信號進行放大，並且將波長色散檢測光信號輸出給光傳輸路徑。在接收裝置中，從通過光傳輸路徑所接收的波長色散檢測光信號中提取具有不同波長的多個光分量；求得具有不同波長的光分量通過光傳輸路徑的傳播時間差；並且對波長色散可變元件的波長色散值進行調節，使得所述傳播時間差變為零。利用所獲得的波長色散值對該光傳輸路徑中的波長色散進行補償。
文檔編號H04B10/16GK1677145SQ20041008115
公開日2005年10月5日 申請日期2004年9月30日 優先權日2004年3月30日
發明者渡邊健治 申請人:富士通株式會社