CN1390002A - 双向波分复用系统 - Google Patents

Abstract

一种双向WDM光系统,在该系统中,不同波长交织信道之间的串扰,通过在放大器增益块中包含四端口滤波器而被抑制,该四端口滤波器是根据通过四端口滤波器的交织信号波长加以区分的。

Description

双向波分复用系统

技术领域

本发明涉及地面波分复用(WDM)系统，其中沿单个光波导，如一根光纤的传输是双向的。

背景技术

增加光WDM系统中信道的要求，引起对双向系统的兴趣，双向系统使用单个光波导，如一根光纤，沿该光纤的两个相反方向发送光信号，使能够沿该光纤发送的信道数加倍。在该类系统的设计中，有两个主要问题需要解决。首先需要有一波长信道配置计划，在最小重叠的信道之间提供适当的隔离。为此，需要为相邻信道的波长提供适当的间隔，以维持信道间必要的隔离。一种重要的考虑是，特别需要避免相同方向传播的相邻信道间的四光子混频(FPM)，这是对系统频谱密度加以限制的因素，频谱密度的定义是，在基本上无误差条件下单位频谱间隔内能够发送的信道数。众所周知，每一组两个同方向的WDM信道，都产生多个频率上与相邻信道重叠的新的光信号，因此产生带内串扰，降低无误差传输。产生介入信道的FPM过程的效力，直接依赖于WDM信道间的波长间隔。低的FPM惩罚，要求相同方向传播信号的WDM信道间有宽的信道间隔。不过，反方向传播的信道对FPM过程没有明显的贡献，所以，如果把一组反传播的WDM信道交织，则可以使等距离WDM栅图(grid)的间隔减半，而在FPM惩罚中不会有可察觉的增加。这种信道结构是本领域熟知的交织双向WDM结构，且基本上使频谱密度增加至能实现的可比较单向信道结构的两倍。

但是，交织的双向WDM结构，仍要求独立的发射机、接收机、和向两个相反方向的每一个方向提供增益的复合放大器。

该种结构引起的问题是，沿给定方向传播的信号不可避免地遭遇导致信号反射的各种因素，这些因素引起部分信号沿与它原来传播方向相反或相对的方向传播，从而使注入的信道信号沿该相反方向传播，产生有害影响。该种能量将被称为反传播能量或反方向能量。

因此，双向交织WDM系统的设计，要求有专门的考虑，特别是对系统的光放大器构造，因为一般用这些光放大器提供信道放大，并在各组反传播信道之间提供信道隔离。

本发明给出一种巧妙的途径，为该种双向WDM系统中反传播的反射能量提供必需的隔离。

发明内容

本发明提供光放大器结构的各种巧妙形式，用以中和反传播信号。更具体说，本发明涉及沿光波路径插入适当频谱形式的抑制滤波器，称之为交织器，它有选择地只让两组交织信道之一沿给定方向通过。在一种优选的形式中，该交织器是四端口滤波器，能让沿给定方向传播的两组频谱交织信号的第一组信道信号通过，从输入端口到达输出端口，并适当地使该光沿需要的方向继续前进，但使进入同一输入端口的反方向传播的光，分路至不同的衰减输出端口或吸收输出端口。通常该种可用作交织器的装置，是单色无色散基于Fourier变换的波长分路器，在标题为“Chromatic dispersion free Fouriertransform-based wavelength splitters for D-WDM”的论文中有描述，该文刊登在 Fifth Optoelectronics and Communications Conference IDECC 2001 Technical Digest，July 2000，pp.374-375中。下面将说明，沿所述波路径有选择地抑制因反射引起的反传播光，需要特殊设计的各种安排。

具体说，本发明的特征在于WDM传输系统中使用的增益块，在该增益块中，两组交织波长光信道的第一组，选择沿波导低损耗的一个方向传播，同时第二组光信道选择沿同一波导与第一方向相反的低损耗方向传播。按照本发明的增益块的特征，是内含基本上为四端口单元的交织器单元，其中，信号出射的端口是信号进入端口与信号波长两者的函数。通过该内含单元，基本上减少了系统中的反射效应，该种反射效应引起被称为反方向传播信号的杂散信号，而该种信号属于需要用交织器控制的波长。

从下面结合附图更详细的说明中，可以对本发明有更好的理解。

附图说明

图1是两组交织的等间隔信道波长的栅图，该两组信道在共同的波导如光纤中沿相反方向传播。

图2以方框图的形式，按照现有技术，画出沿单根光纤路径的相反方向发送的一对WDM系统。

图3画出四端口拓扑形式的适当的交织器，本发明使用该交织器把光信道分离和/或组合成两条不同物理路径。

图4画出图3交织器对从东向西和从西向东的八个交织信道需要的频谱响应。

图5-12的每一个，按照本发明，画出适用于双向光WDM传输系统的不同增益块的例子。

具体实施方式

图1是双向传输系统中典型的交织信道波长的栅图。奇数信道λ₁、λ₃、λ₅、和λ₇选择从左向右发送。偶数信道λ₂、λ₄、λ₆、和λ₈选择从右向左发送。每一组信道中沿与指定方向相反的方向传播的能量，被称为每一组的反方向能量或反传播能量。各信道最好基本上等间隔地分开，指定的波长随信道号码升高而单调增加。

图2以方框图形式，画出通常的光双向交织光传输系统10的基本单元，其中，工作在奇数信道的许多发射机11A向复用器12馈送信号，复用器12把各信道信号组合为多信道信号，沿光纤波导14从左到右传播，经分用器15A到达接收机13A。在该波导的另一端，有相同数目工作在偶数信道的发射机，向该波导馈送信号，从右到左传播至接收机13B。为简化本公开的内容，该种信号将称为两组交织波长的信号。图中所示光纤分为三个传输段14A、14B、14C，但对传输段数目没有实际的限制。各传输段间放置双向增益块17A和17B。每一增益块在每一方向上包括一独立的单向光放大器(OA)。除双向增益块17A、17B外，在复用器和分用器前面的波路径中，还有独立的单向光放大器19。沿光纤适当包括光路由单元，如环行器20，以引导奇数输入信道从左向右传播和偶数输入信道从右向左传播。当只有三端口路由器可供使用时，也可以用三端口的路由器，但在示例性的实施例中，则包括四端口路由器。前面已经指出，为了方便，把光沿需要方向的传输称为同方向的，而把沿指定方向的相反方向的传输，称为反方向的，诸如光波路径中因波导交界的反射而改变方向的光。例如，增益块本身可以起不连续点的作用，产生该种反射。反射能够在波路径各种其他点上发生，并产生反方向的光。此外，光纤固有本性引起的Raleigh后向反射是无处不在的。

图2所示基本系统的麻烦在于，沿波路径同方向传播的光趋向于被反射而向反方向传播。该种光将与同方向光混合并相互作用，产生随机串扰，降低同方向光的质量。本发明要改进的正是该类问题。

图3以符号形式画出用于改进该问题的一种四端口交织器30。进入端口A的奇信道光选择在端口D出射，但在该端口进入的偶信道光则选择在端口C出射。端口A和D将被称为奇数信道信号的指定端口，而端口A和C将被称为偶数信道的指定端口。运行是可逆的，进入端口D的奇信道光选择在端口A出射，在端口C进入的偶信道光，选择在端口A出射。端口B有类似的功能。进入端口B的奇信道光将选择在端口C出射，而在端口B进入的偶信道信号，将选择端口D出射。

图4画出本发明使用的交织器需要的频谱响应，图中，光波长画在X轴，其透射比画在Y轴。实线41代表奇波长组在两个指定端口(A-D)或(B-C)之一的同方向透射率。从图可见，透射率对奇波长高而对偶波长波长低。类似地，虚线42代表偶信道组在它的指定端口对(A-C)(B-D)之间的透射率。从图可见，透射率对偶波长高而对奇波长低。从图可知，两组信道有交织透射率的特征，这是该单元的命名理由。

图5画出本发明使用的相对简单的一对增益块50，当内含的交织器即使对其上通过的同方向传播光也有显著变换损耗时使用，因为使用该交织器可校正放大器噪声值和信号功率。

增益块50包括四个光放大器，沿两个方向的每一个方向，都有两个沿该方向取向(poled)的放大器。放大器51A和51B的取向是放大从左至右传播的同方向奇信道光。放大器52A和52B的取向是放大从右至左传播的同方向偶信道光。交织器53A插入放大器51A与51B之间。交织器53B插入放大器52A与52B之间。不用的端口有助于以无反射方式终接。放大器51A馈送至交织器53A的端口A，交织器53A的端口D馈送至放大器51B。放大器52A馈送至交织器53B的端口A，而其端口C馈送至放大器52B。在增益块插入的传输段之间的波导端点，连接环行器54A和54B。环行器54A把输入光馈送至放大器51A，而环行器54B把输入光馈送至放大器52A。同方向传播的光有选择地通过每一交织器并被放大；绝大多数反方向的光不能到达以后的放大器的输入，因从被抑制。

图6所示增益块60更适于交织器对同方向光引入的损耗不显著时使用。在此情形下，图5方框图中用于放大成功地通过交织器的同方向光的放大器(51B、52B)，可以取消。因此，同方向奇信道光的路径包括光放大器61A和交织器63A，而同方向奇信道光的路径包括光放大器62A和交织器63B。环行器64A和64B包含在增益块的适当的端点上。

图7画出的增益块70的特征是，反方向光在到达增益块的光放大器之前被阻塞。在该增益块70中，在光放大器72A和72B的路径上，分别在增益块的相对端插入交织器71A和71B，以阻塞进来的反方向光进入放大器。

由于系统涉及许多传输段，系统中级联许多光交织器，所以对系统的一个重要的考虑，是这些交织器的频谱均匀性及隔离度。图8是一个实施例，其中的增益块80采用单个交织器、两个环行器、一个反射镜、和两个光放大器。

从光纤81输入的奇信道光，进入环行器82的第一端口，经该环行器的第二端口出射，进入交织器83的端口D，又在端口A出射，被反射镜84反射回交织器83的端口A，在端口D出射，进入环行器82，出射后进入光放大器85，再进入环行器86的第一端口，最后从该环行器的下一端口出射而进入光纤87。

偶信道信号从光纤87进入环行器86的输入端口，在下一端口出射，传输至交织器83的端口C，在端口A出射，经反射镜84反射回端口A，并在交织器83的端口C出射。然后，该光在进入光放大器88之前，再次通过环行器86。该光从放大器88出射，进入环行器82，并从该环行器出射，进入光纤81向西传播。

图9作为另一个不一样的实施例，画出一种装置90，其中的交织器放在信号被放大之后。由光纤91馈送的奇信道输入信号，加于环行器92的端口，以便进入交织器93的端口D并在端口A出射。经反射镜94反射，该信号再进入交织器93的端口A，并在端口D出射，再进入环行器92，传送至光放大器94被放大。放大之后，该信号进入环行器95，然后出射，进入输出光纤96。

偶数信道的信号，从输入光纤96馈送至环行器95，出射后进入交织器97的端口B，并在端口C出射，在反射镜98上被反射。反射后的信号再进入交织器97的端口C，并在端口B出射，进入环行器95。该信号从环行器95出射，进入光放大器99。放大后的信号进入环行器92，出射后进入输出光纤91。

图10画出的增益块100提供四个通过独立交织器的通道，对反方向光引起的串扰具有甚至更强的抑制。

向右传播的奇数信道，从光纤101经环行器102馈送至交织器103的端口D，在该交织器的端口A出射。然后，这些奇数信道进入交织器104的端口A并在其端口D出射，然后通过光放大器105A。放大后，这些奇数信道经端口A进入交织器106，并在端口D出射，继续前进至交织器107。这些奇数信道经端口C进入又从端口B出射，然后通过环行器108到达输出光纤109。

偶数信道从输入光纤109进入，通过环行器108，经端口A进入交织器107，又在端口C出射。然后，这些偶数信道经端口D进入交织器106，并从端口并从端口B出射，通过光放大器105B。放大后，这些偶数信道在端口C进入交织器104，并在端口A出射，之后，这些偶数信道经端口A进入交织器103，并经端口C从该交织器出射。这些偶数信道从该处经环行器102传播，到达输出光纤101。

在有双向光放大器可供使用的情形下，这些双向光放大器能用于放大沿两个方向中任一方向通过的偶数和奇数信道，那么，图11和12所示类型的结构是可行的。

在图11的增益块110中，向东传播的奇数信道，从输入光纤111馈送至交织器112的端口A，在端口D出射，通过环行器113，传播至双向放大器114的输入，通过该放大器并进入环行器115的端口，又从该环行器出射，进入交织器116的端口A，在端口D出射，进入输出光纤117，继续向东传播。向西传播的偶数信道，馈送至交织器116的端口D，在端口B出射并进入环行器115的端口，从该环行器出射供放大。从放大器114出射后，这些偶数信道进入环行器113的端口，又从该环行器出射，进入交织器112的端口C，在端口A出射，继续向西沿光纤111传播。

在图12的增益块120的结构中，用一反射镜代替一个交织器和一个环行器。这样做，可以缓解因必须在独立的交织器间调整频谱所引起的问题。在增益块120中，奇数信道从输入光纤121馈送至交织器122的端口A，在端口D出射，进入环行器123，通过该环行器进入双向放大器124被放大。从放大器出射后，信号光被反射镜125反射回去，再进入双向放大器124，被进一步放大。放大后，信号光通过环行器123并进入交织器122的端口C，在端口B出射，继续通至光纤126再向前传播。

偶数信道经光纤126馈送至交织器122的端口B，在端口D出射并进入环行器123。这些光信道从环行器123进入双向放大器124，被放大器放大。放大后，出射的光入射反射镜125，被反射并再进入双向放大器124被进一步放大。放大后，出射的光通过环行器123，进入交织器122的端口C，并经端口A从该交织器出射，进入光纤121，沿该光纤向前传播。

应当指出，说明的各个实施例旨在举例说明涉及的基本原理，本领域人员在不偏离本发明的基本原理下，可以设计各种不同的实施例。

Claims (10)

1.用于双向光波分复用传输系统的设备，其中，第一方向的奇数信道与反方向的偶数信道交织，该设备包括：

第一和第二终端，和

插入该两个终端间的增益块，用于放大奇数信道信号与偶数信道信号两者，奇数信道信号从所述第一终端传播至所述第二终端，而偶数信道信号从所述第二终端传播至所述第一终端，其特征在于该增益块包括一交织器装置，用于有选择地把同方向传播的奇数信道信号，从所述第一终端发送至所述第二终端，又用于有选择地把同方向传播的偶数信道信号，从所述第二终端发送至所述第一终端，放置所述交织器装置是为了阻塞所述信道的反方向信号。

2.按照权利要求1的设备，其中的增益块包括在第一终端和第二终端之间的一对路径，且在每一路径中包括独立的交织器装置。

3.按照权利要求2的设备，其中增益块的第一路径包括一放大器，其取向是放大沿第一终端到所述第二终端方向传播的信号，而增益块的第二路径包括一放大器，其取向是放大沿第二终端到第一终端方向传播的信号。

4.按照权利要求3的设备，其中的独立交织器装置连接在每一光放大器的前面。

5.按照权利要求3的设备，其中的独立交织器装置还连接在每一光放大器的后面。

6.一种增益块，插入双向光传输线两个分开终端之间的传输段中，用于有选择地只放大两组交织波长的同方向信号，该两组信号在两个终端之间有不同的指定传播方向，该增益块包括：

一对路由单元，

一对光放大器，

两个多端口交织器装置，每一个具有用于选择高透射率的指定的端口对，其特征在于，前述单元的安排，要能使来自第一终端的第一组输入信号，依次通过第一路由单元、第一光放大器、它的第一交织器装置指定的端口、和第二路由单元，还能使来自第二终端的第二组输入信号，依次通过第二路由单元、第二光放大器、它的第二交织器装置指定的端口、和第一路由单元。

7.按照权利要求6的增益块，还包括在第一交织器装置与第二路由单元之间的第三光放大器，以及在第二交织器装置与第一路由单元之间的第四光放大器。

8.一种增益块，插入双向光传输系统两个分开的终端之间，用于有选择地只放大两组交织波长的同方向信号，该两组信号有相反的指定传输方向，该增益块包括：

一对多端口交织器装置，具有用于选择高透射率的指定端口对，以及一对光放大器，其特征在于，前述单元的安排，要能使来自第一终端的第一组输入信号，依次通过它们的第一交织器装置指定的端口、第一光放大器、和它们的第二交织器装置指定的端口，到达第二终端，同时能使来自第二终端的第二组输入信号，依次通过它们的第二交织器装置指定的端口、第二光放大器、和它们的第一交织器装置指定的端口，到达第一终端。

9.一种增益块，插入双向光传输线两个分开终端之间的传输段中，用于有选择地只放大两组交织波长的同方向信号，该两组信号在两个终端之间有相反的指定传输方向，该增益块包括：

一对多端口交织器装置，各具有用于选择高透射率的指定端口对，一对环行器、和一对放大器，其中，前述装置的安排，要能使加于第一终端的第一组信号，依次通过第一交织器指定的端口、第一环行器、双向放大器、第二环行器、第二交织器指定的端口，到达第二终端，同时能使第二终端馈送来的第二组信号，依次通过第二交织器指定的端口、第二环行器、双向放大器、第一环行器、和第一交织器指定的端口，到达第一终端。

10.一种增益块，供双向光传输线插入两个终端之间使用，该增益块包括：

具有第一和第二终端的多端口交织器，该增益块插入该两个终端之间，该多端口交织器包含：

具有多对指定端口的多端口交织器，在一对指定端口之间有选择性高透射率，

环行器，

双向光放大器及反射镜，

其特征是，前面所述单元的安排，能使两组交织波长的第一组，从两个终端的第一个加于指定端口对的第一端口，接着通过交织器并在指定端口对的第二端口出射，接着通过环行器和双向光放大器，到达反射镜，经反射后返回通过该环行器，到达该交织器指定端口对之一，在指定端口对的另一端口出射，到达第二终端，并且，当该两组的第二组加于第二终端，以便传播至第一终端时，则经过该交织器的指定端口、环行器、双向放大器、和反射镜，被反射镜反射后返回，通过双向放大器、环行器、和交织器，到达第一终端。

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