CN100521592C - 光传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学传输系统，它可以高质量的传输其中多路复用了多个信号信道的信号光，并且具有特别适合于CWDM光学传输的结构。在该光学传输系统中，通过光纤传输线传播的多个信号信道被多路分解为在第一波长带Λ1内的信号信道组和在第二波长带Λ2内的信号信道组。然后在其色散绝对值大的第二波长带Λ2内的每个信号信道被色散补偿。当在第二波长带Λ2内光纤传输线和色散补偿器中总体色散变得最大的特定波长处的比特率是B(Gb/s)时，该特定波长的色散值大于0(ps/nm)但是为7500/B2(ps/nm)或更小，并且设定为使得在第二波长带Λ2内的损耗小于在第一波长带Λ1内的最大损耗。

Description

光传输系统
技术领域
本发明涉及一种用于通过光纤传输线传输信号光(多路复用的信号光)的光传输系统，其中将包括在一个信号波长带内的多个信号信道多路复用。
背景技术
波分多路复用(WDM)光学传输系统通过光纤传输线来传输包括多个信号信道的多路复用的信号光，从而可以高速传输/接收大量的信息。该光学传输系统通过降低整个信号光传播路径的累积色散绝对值，可以抑制信号光的波形变劣。由此，该光学传输系统可以提高比特率并允许更大容量。
例如日本专利公开11-204866中披露了一种光学传输系统，用于将多路复用信号光中包括的多个信号信道多路分解为多个带，并对每个带进行色散补偿，由此，降低了每个带的累积色散绝对值。
在文献1：D.A.Atlas的“Chromatic Dispersion Limitationsdue to semiconductor laser chirping in conventional and dispersion-shifted single-mode fiber systerm”(Optics letters，Vol.13，No.11第1035-1037页，1988年)中，显示了在采用直接调制的半导体激光器光源作为信号光源的系统中累积色散和传输特征之间的关系。在文献1中，指出了色散阻尼(dispersion resistance)的值，以获得良好的信号光传输质量，当比特率为2.5Gb/s时，该色散阻尼是1200ps/nm，当比特率为10Gb/s时，该色散阻尼是80ps/nm。
在文献2：M.Kakui等人的“2.4Gbit/s repeaterlesstransmission over 306km non-dispersion-shifted fiber using directlymodulated DFB-LD and dispersion-compensating fiber”(Electronics letters，Vol.31，No.1第51-52页，1995年)披露的一种光学传输系统中，试图使累积色散绝对值几乎为0，其中采用直接调制的半导体激光器光源作为信号光源，采用色散补偿光纤作为色散补偿器。
在文献3：M.Tanaka等人的“Water-peak-suppressed non-zero dispersion shifted fiber for full spectrum coarse WDMtransimission in metro networks”(OFC 2002 WA2)披露的一种光学传输系统中，采用因为接近1.38μm波长的OH自由基(OH-radical)减少而具有损耗峰值的光纤，文献3中显示，采用直接调制的半导体激光器光源作为信号光源，当比特率为2.5Gb/s时，累积色散约为1000ps/nm，传输损失(transmission penalty)是1dB。
发明内容
在研究了上述传统光学传输系统之后，本发明人发现了以下问题。进行CWDM(粗略WDM)光学传输的其中信号光信道间距(信号波长间距)较宽的光学传输系统(例如参见日本专利公开2000-156702)通常用于通讯需求较小的路线，并且作为信号光源的半导体激光器光源通常是直接调制的，并且由于降低系统成本的需要，不进行色散补偿。
另外，作为光纤传输线的光纤通常在信号波长内具有正色散，从而当补偿色散时，在该光纤传输线内插入在波长信号内具有负色散的色散补偿光纤。但是，该色散补偿光纤所代表的色散补偿器通常具有插入损耗随着色散补偿量的增加而增加的倾向。因此，当对色散的补偿超出了需要的时候，整个系统的传输损耗明显增加。
有鉴于此，本发明的一个目的是提供一种光学传输系统，它可以对信号波长带内的多个信号信道被多路复用的信号光进行高质量的传输，其结构特别适合于CWDM光学传输。
本发明的光学传输系统包括：包括直接调制光源的光发送器；光接收器；设置在光发送器和光接收器之间的至少一个光纤传输线；以及至少一个色散补偿器。在信号波长带内的多个信号信道被多路复用为信号光。光接收器接收从光发送器中输出的信号光。光纤传输线是传输介质，其中多个信号信道被多路复用的信号光(多路复用的信号光)通过该介质传播。色散补偿器对第二波长带而不是包括在光纤传输线内的零色散波长的第一波长带内的信号信道组进行色散补偿。当然，光发送器可以输出信号波长带内的某些信道。
在该光学传输系统中，多个信号信道首先由多路复用器进行多路复用，然后该多路复用的信号光通过光纤传输线传播。然后在多路复用的信号光内包括的信号信道通过多路分解器进行多路分解，分别由光接收器接收每个信号信道。因此在将色散补偿器设置在光发送器的信号发送端和光纤的信号进入端之间的光学路径上的结构中，用于将多个信号信道之中的第二波长带内的信号信道组多路复用的多路复用器设置在色散补偿器的前级。在将色散补偿器设置在光纤传输线的信号输出端和光接收器的信号接收端之间的一个光学路径上的结构中，用于将多个信号信道多路分解为第一波长带内的信号信道组和第二波长带内的信号信道组的多路分解器设置在色散补偿器的前级。
尤其是，利用本发明的光学传输系统，当在第二波长带内在光纤传输线和色散补偿器中的总体色散变得最大的特定波长处的比特率是B(Gb/s)时，在该特定波长处的色散值大于0(ps/nm)，为7500/B2(ps/nm)或更小。而且，在该整个系统中，在第二波长带内每个信道的损耗小于在第一波长带内信号信道损耗之中的最大损耗。或者，第二波长带内的信号信道所接收的功率之中的最低接收功率高于在第一波长带内的信号信道的光纤传输线的光功率之中的最低光功率。
根据具有上述结构的光学传输系统，在来自光发送器的多个信号信道之中，第二波长带而不是第一波长带内的信号信道组内的色散由设置在光纤传输线的前级、中级或者后级中的色散补偿器进行色散补偿。这是因为第一波长带是包含光纤传输线的零色散波长的波长带，而第二波长带是其它波长带。换句话说，第二波长带是其中色散的绝对值大于靠近零色散波长的第一波长带的波长带，因此在第二波长带的信号信道组中的色散被选择地色散补偿。而且通过如上所述设定包括光纤传输线和该系统的色散补偿器的整个系统的损耗特性和色散特性，根据本发明的光传输系统能够高质量传输其中在信号波长带包括的多个信号信道被多路复用的信号光，尤其是CWDM光传输。还有，该色散补偿器可以只设置用于在第二波长带中的信道，因此降低了系统成本。另外，信道间距在CWDM光传输中较宽，因此可以使用廉价的滤光器作为多路分解器。
在根据本发明的光传输系统中，优选的是，在第二波长带中的所有信号信道中在光纤传输线和色散补偿器中的总体色散大于0(ps/nm)但是为7500/B2(ps/nm)或更小。在该情况中，可以减小在第二波长带中的色散补偿量，并且可以有效抑制在第二波长带中的损耗增加。因此，可以进行更高质量的信号光传输。
还有，在根据本发明的光传输系统中，优选的是，在第二波长带中包含的信号信道之中的至少一个信号信道的比特率高于在第一波长带中的所有信号信道的任何比特率。在该情况中，可以从色散补偿侧有意地提高传输速度，因此，可以预期能够以低成本用简单地结构实现系统改进。
在根据本发明的光传输系统中，优选的是，色散补偿器包括色散补偿光纤。在该情况中，当色散补偿量较低时可以预期损耗降低，并且可以更加显著地抑制在第二波长带中的损耗增加。
还有，在根据本发明的光传输系统中，该光纤传输线可以包括具有接近波长1.3μm的零色散波长的单模光纤。在该情况中，可以使用已经铺设的包括单模光纤的光纤传输线，因此降低了系统成本。
在根据本发明的光传输中，优选的是，在1.38μm下的光纤传输线其传输损耗小于在波长1.31μm下的传输损耗。在该情况中，可以使用接近波长1.38μm的信道，从而可以有更大的容量。
在根据本发明的光传输系统中，优选的是，该光纤传输线具有在1.35μm至1.5μm的波长范围内的零色散波长。在该情况中，在信号波长带的较短波长侧处的光纤传输线的色散为负值(或者稍微的正值)，因此可以提高在该信号波长带中包含的所有信号信道的传输特性。
还优选的是，根据本发明的光传输系统还包括用于将拉曼(Raman)放大泵浦光(pumping light)提供进该光纤传输线的泵浦光提供装置，以便对通过该光纤传输线传播的信号光进行拉曼放大。在该情况中，信号光在被提供有拉曼放大泵浦光的光纤传输线中被拉曼放大，因此可以降低有效传输损耗，并且可以补偿由于该色散补偿器的插入而导致的损耗增加。
在根据本发明的光传输系统中，泵浦光提供装置可以向光纤传输线提供拉曼放大泵浦光，其中包含在1.2μm至1.3μm的波长范围内的多条泵浦信道被多路复用。在该情况中，其中传输损耗尤其高的接近1.31μm波长的信号信道被拉曼放大，并且可以减小接近该波长的有效传输损耗。
根据本发明的光传输系统还可以包括用于向色散补偿光纤提供拉曼放大泵浦光的泵浦光提供装置，它对通过作为色散补偿器的色散补偿光纤传播的该信号光拉曼放大。在该情况中，可以降低色散补偿光纤的有效传输损耗，因此可以提高损耗预算并且可以改善该系统的可靠性。
从下面给出的详细说明和附图中可以更全面地理解本发明，这些附图只是以举例说明的方式给出，不应该被认为是对本发明进行限制。
从下面给出的详细说明中将了解本发明的其它应用范围。但是，应该理解的是，该详细说明和具体实施例虽然表明了本发明的优选实施方案，但是只是以举例说明的方式给出，因为本领域普通技术人员从该详细说明中可以作出在本发明的精神和范围内的各种变化和改进。
附图说明
图1描绘了本发明光传输系统的第一实施方案的结构；
图2描绘了根据在图1中所示的第一实施方案的光传输系统的第一应用实施例的结构；
图3描绘了根据在图1中所示的第一实施方案的光传输系统的第二应用实施例的结构；
图4A和4B为用来说明根据在图1中所示的第一实施方案的光传输系统的损耗特性和色散特性的曲线图；
图5为用来说明根据在图1中所示的第一实施方案的光传输系统的损耗特性的曲线图；
图6描绘了在根据在图1中所示的第一实施方案中每条信道所接收的功率(给接收器的输入功率)；
图7描绘出本发明光传输系统的第二实施方案的结构；
图8描绘出本发明光传输系统的第三实施方案的结构；
图9A和9B的曲线图描绘出根据在图8中所示的第三实施方案的光传输系统的色散特性和损耗特性；
图10描绘出在根据在图8中所示的第三实施方案的光传输系统中每条信道所接收到的功率；并且
图11描绘了本发明光传输系统的第四实施方案的结构。
具体实施方式
现在将参照图1至3、4A、4B、5至8、9A、9B、10和11对本发明光传输系统的实施方案进行详细说明。在这些附图的说明中，用相同的参考标号来标识相同的组成元件，省略其多余的说明。
(第一实施方案)
首先，将对本发明光传输系统的第一实施方案进行说明。图1描绘了本发明光传输系统第一实施方案的结构。在图1中所示的光传输系统包括N个(N为大于等于2的整数)直接调制光源111至11N(包含在光发送器中)、多路复用器12、N个接收器211至21N(包含在光接收器中)、多路分解器22、色散补偿器23、多路分解器241、多路分解器242以及光纤传输线30。
每个直接调制光源11n(n为1或更大、N或更小的任意整数)包括输出波长为λn的光(信号信道)的半导体激光器光源。多路复用器12多路复用从每个直接调制光源11n输出的波长为λn的信号信道，并且将经多路复用的信号光(包括波长为λ1至λN的信号信道)发送至光纤传输线30。λ1至λN的信号信道波长包含在从大约1.3μm至大约1.61μm的信号波长带中，并且信道间距相对较宽。换句话说，该光传输系统1是一种进行CWDM光传输的系统。
该光纤传输线30将从多路复用器12输出的经多路复用的信号光传送到多路分解器22中。该光纤传输线30优选是一种具有接近1.3μm波长的零色散波长的标准单模光纤，或者是具有在1.35μm至1.5μm的波长范围中的零色散波长的非零色散位移光纤(NZDSF)。优选的是，该光纤传输线30在1.38μm的波长下其传输损耗小于在1.31μm波长下的传输损耗。
多路分解器22设置在光纤传输线的后级中，并且将在经光纤传输线30传播的多路复用信号光中包括的波长为λ1至λN的信号信道多路分解为在第一波长带Λ1中的信号信道组以及在第二波长带Λ2中的信号信道组。第一波长带Λ1是包括光纤传输线30的零色散波长的波长带，而第二波长带Λ2是其它波长带。当光纤传输线30是标准单模光纤时，第二波长带Λ2位于离第一波长带Λ1波长更长的一侧。
色散补偿器23对通过多路分解器22多路分解的在第二波长带Λ2中包含的波长为λM+1至λN(M为大于等于2小于等于(N-1)的整数)的信号信道组的色散进行色散补偿。色散补偿器23具有与在第二波长带Λ2中的光纤传输线30的色散相反符号的色散。对于色散补偿器23而言，例如色散补偿光纤是合适的，并且在该情况中，损耗较小，与其它光纤连接容易，并且可以用在宽带中。色散补偿器23可以是大型光学装置，并且在该情况中色散补偿器具有周期性，可以用在宽带中，其中色散特性可变，并且甚至可以用在高输入功率下。并且色散补偿器23可以是扁平光导(optical guide)型光学装置，并且在该情况下可以减小尺寸，该色散补偿器23可以用在宽带中，并且可以用在高输入功率下。
多路分解器241将通过多路分解器22多路分解的在第一波长带Λ1中包含的波长为λ1至λM的信号信道多路分解成每个信道波长。多路分解器242输入其色散由色散补偿器23补偿的包含在第二波长带Λ2中的波长λM+1至λN的信号信道，并且将这些信号信道多路分解成每个信道波长。每个接收器21n接收从多路分解器241或多路分解器242输出的波长为λn的信道。
该光传输系统1如下进行操作。从直接调制光源11n中输出的波长为λn的信道通过多路复用器12被多路复用，并且将包括波长为λ1至λN的信号信道在内的多路复用信号光发送至光纤传输线30。通过光纤传输线30传送的包含在多路复用信号光中的波长为λ1至λN的信号信道通过多路分解器22被多路分解成在第一波长带Λ1中的信号信道组和在第二波长带Λ2中的信号信道组。通过多路分解器22多路分解的、包括在其色散绝对值小的第一波长带Λ1中的波长为λ1至λM的信号信道组，通过多路分解器241被进一步多路分解成每个信道波长，并且分别通过接收器211至21M接收。通过多路分解器22多路分解的、包括在其色散绝对值大的第二波长带Λ2中的波长为λM+1至λN的信号信道组由色散补偿器23进行色散补偿，然后通过多路分解器242被多路分解成每个信道波长，并且分别通过接收器21M+1至21N接收。
这时，当在第二波长带Λ2中在光纤传输线30和色散补偿器23中总色散变得最高的特定波长下比特率为B(Gb/s)时，该特定波长的色散数值被设定为大于0(ps/nm)，但是为7500/B2(ps/nm)或更小。
而且在整个系统中，在第二波长带Λ2中的每个信号信道处的损耗被设定为低于在第一波长带Λ1中的信道损耗中的最高损耗。或者将对于在第二波长带Λ2中信号光的接收器的接收功率中的最低接收功率设定为高于在该光纤传输线30的第一波长带Λ1中的信号信道的光功率中的最低光功率。在光纤传输线30和色散补偿器23中的总色散在第二波长带Λ2中的信号信道中分别优选大于0(ps/nm)但是小于等于7500/B2(ps/nm)。“7500/B2”表示该系统的色散阻尼。
通过如上设定色散特性和损耗特性，该光传输系统1能够高质量传输其中包含在信号波长带中的多个信号信道被多路复用的信号光，并且成为一种尤其适用于CWDM光传输的结构。还有色散补偿器23只是选择地设置用于在第二波长带Λ2中的信号信道，因此系统成本降低。还有在该信号光中的信道间距在CWDM光传输中较宽，因此可以将廉价的滤光器(optical filter)用于该多路分解器22。
在上述结构中，色散补偿器23设置在光纤传输线30的信号发射端侧处，但是如在图2中所示一样，该色散补偿器23可以设置在该光纤传输线30的信号输入端侧处。图2描绘了根据在图1中所示的第一实施方案的光传输系统的第一应用实施例的结构。
在根据第一应用实施例的光传输系统1b中，包含在从直接调制光源111至11M输出的第一波长带Λ1中的波长为λ1至λM的信号信道由多路复用器121多路复用。包含在从直接调制光源11M+1至11N输出的第二波长带Λ2中的波长为λM+1至λN的信号信道由多路复用器122多路复用。
包含在第二波长带Λ2中的信号信道组由色散补偿器23进行色散补偿，然后与包含在第一波长带Λ1中的信号信道组一起由多路复用器13多路复用。由该多路复用器13多路复用的包含波长为λ1至λN的信号信道的多路复用信号光传播穿过例如由长度为100km的单模光纤构成的光纤传输线30，并且到达多路分解器24。
到达多路分解器24的多路复用信号光通过该多路分解器24被多路分解成每个信号信道，并且每个信号信道分别由与每条信号信道对应设置的接收器211至21N接收。
根据该第一实施方案的光传输系统可以对具有不同的传输速度的多条信道进行混合传输。图3描绘了根据在图1中所示的第一实施方案的光传输系统的第二应用实施例的结构，并且基本上具有与根据在图2中所示的第一应用实施例的光传输系统1b类似的结构。
在根据第二应用实施例的光传输系统1c中，从直接调制光源111至11M中输出的波长为λ1至λM的信号信道的传输速度为2.5Gb/s，而从直接调制光源11M+1至11N中输出的波长为λM+1至λN的信号信道的传输速度为10Gb/s。在该光传输系统1c中，具有高比特率(10Gb/s)的信道通过色散补偿器23进行色散补偿，该补偿器是一种色散补偿光纤(DCF)。
例如，在该光传输系统1c中，来自直接调制光源111至11M的在1490nm至1550nm范围内的信号信道通过多路复用器121被多路复用为在其中传输速度为2.5Gb/s的第一波长带Λ1中的信号信道组。另一方面，来自直接调制光源11M+1至11N的波长为1570nm和1590nm的信号信道通过多路复用器122被多路复用为在其中传输速度为10Gb/s的第二波长带Λ2中的信号信道组。在第二波长带Λ2中的信号信道组通过DCF23被进一步色散补偿，并且色散被降低直至残余色散小于10ps/nm。然后，在第二波长带Λ2中的信号信道组与在第一波长带Λ1中的信号信道组一起被多路复用器13多路复用。从多路复用器13输出的包含在1490nm至1590nm的波长范围内的信号信道的多路复用信号光传播穿过光纤传输线(例如，长度为50km的单模光纤)，并且到达多路分解器24。在该多路分解器24中，该经多路复用的信号光被多路分解成多个信号信道，这些信号信道分别由与这些信号信道对应的接收器211至21N接收。
当预先确定好可升级的信号信道并且如在该光传输系统1C中所示一样通过色散补偿器例如DCF来对这些信号信道进行色散补偿时，则可以仅通过切换光发送器和光接收器来很容易将传输速度从2.5Gb/s升高至10Gb/s。
图4A和4B为用来描绘出第一实施方案的光传输系统1的色散特性和损耗特性的曲线图。图4A显示出累积色散对从发送器到接收器的波长的依赖性，图4B显示损耗对从发送器到接收器的依赖性。假设该光纤传输线30为长度为80km的标准单模光纤。该色散补偿器23是这样一种色散补偿光纤，其在1.55μm波长下的特性为，色散为-100ps/nm/km、色散斜率为0ps/nm2/km并且其传输损耗为0.5dB/km。多路复用器12、多路分解器241和多路分解器242的插入损耗分别为3dB。多路分解器22的插入损耗是1dB。以2.5Gb/s的比特率传送在1.31μm至1.61μm波长范围内的16信道信号光(信道间距20nm)。在该情况中，该系统的色散阻尼为1200ps/nm。
当没有设置色散补偿器23时，累积色散取决于波长而超过色散阻尼(在图4A中的虚线)。但是在根据第一实施方案的光传输系统1中，包含在其中在光纤传输线30中的色散绝对值较大的第二波长带Λ2(波长范围为1.48μm至1.61μm)中的每条信号信道通过色散补偿器23被色散补偿，因此该系统的累积色散为色散阻尼或更小(在图4A中的实线)。如此调节作为色散补偿器23的色散补偿光纤的长度，从而累积色散在最大波长1.61μm下变为色散阻尼或更小。
色散补偿器23的损耗为3dB。在第一波长带Λ1中的最高损耗在1.31μm波长下为32dB，并且在整个第二波长带Λ2中的损耗为29dB至30dB(图4B)。当在整个第二波长带Λ2中的累积色散将为负值时，在整个第二波长带Λ2中的损耗变得高于在波长1.31μm下的损耗。
图5为显示出根据第一实施方案的光传输系统1的其它损耗特性。图5显示出损耗对从发送器到接收器的波长的依赖性。这里，光纤传输线30假设为长度为70km的非零色散位移光纤(NZDSF)。该非零色散位移光纤其零色散波长为1.48μm并且在1.55μm下其传输损耗为0.2dB/km。该色散补偿器23是这样一种色散补偿光纤，其在1.55μm波长下的特性为，色散为-80ps/nm/km、色散斜率为0.1ps/nm2/km并且其传输损耗为0.5dB/km。多路复用器12、多路分解器241和多路分解器242的插入损耗分别为3dB。多路分解器22的插入损耗是1dB。以10Gb/s的比特率传送在1.31μm至1.61μm波长范围内的16信道信号光(信道间距20nm)。在该情况中，该系统的色散阻尼为75ps/nm。
同样在该情况中，当没有设置色散补偿器23时，累积色散取决于波长而超过色散阻尼。但是在根据第一实施方案的光传输系统1中，包含在在其中在光纤传输线30中的色散绝对值较大的第二波长带Λ2(波长范围为1.5μm至1.61μm)中的每条信号信道通过色散补偿器23被色散补偿，因此整个系统的累积色散小于色散阻尼。如此调节作为色散补偿器23的色散补偿光纤的长度，从而累积色散在最大波长1.61μm下变为色散阻尼或更小。在第一波长带Λ1中的最高损耗在1.31μm波长下为27dB，并且在整个第二波长带Λ2中的损耗为26dB或更小。传输损耗在所有波长下为1dB或更小。
图6描绘出根据在图1中所示的第一实施方案的光传输系统1中每条信号信道的接收功率。假设光纤传输线30为长度为80km的标准单模光纤。色散补偿器23是这样一种色散补偿光纤，其在1.55μm波长下的特性为，色散为-100ps/nm/km、色散斜率为0ps/nm2/km并且其传输损耗为0.5dB/km。多路复用器12、多路分解器241和多路分解器242的插入损耗分别为3dB。多路分解器22的插入损耗为1dB。以2.5Gb/s的比特率传送在1.31μm至1.61μm波长范围内的16信道信号光(信道间距20nm)。
在该系统结构中，确认在接收器211至21N中的最低接收功率为-31dB或更多，并且BER在所有信道中<10-11。
(第二实施方案)
现在将对本发明光传输系统的第二实施方案进行描述。图7描绘了本发明光传输系统的结构。除了第一实施方案的光学传输系统1(见图1)的结构之外，图7所示光学传输系统2还包括光耦合器41和泵浦光源42。在以下的描述中，色散补偿器23如图7所示设置在光纤传输线30的信号发出端侧，但是在第二实施方案中，色散补偿器23可以设置在光纤传输线30的信号进入端侧，如作为应用示例的图2所示。或者色散补偿器23可以设置在光纤传输线30的中间。在第二实施方案中，可以采用图3所示的允许信号信道之间传输速度不同的混合传输的结构作为另一个应用示例。
泵浦光源42输出拉曼放大泵浦光，它将光纤传输线30中的多路复用信号光拉曼放大。光耦合器41设置在光纤传输线30的后级和多路分解器22的前级，并将从泵浦光源42输出的泵浦光提供至光纤传输线30，而且将经光纤传输线30传播的多路复用信号光输出至多路复用器22。优选的是，拉曼放大泵浦光包括在1.2μm-1.3μm范围内的多个泵浦信道，在这种情况下，在1.3μm-1.4μm范围内的多路复用的信号光可以被拉曼放大。此时，优选的是，光纤传输线30在波长1.38μm处的传输损耗小于在波长1.31μm处的传输损耗。
该光学传输系统2的操作如下。从泵浦光源42输出的拉曼放大泵浦光经光耦合器41提供给光纤传输线30。从直接调制光源11n输出的波长为λn的信号信道由多路复用器12多路复用，将包括波长为λ1-λn的信号光的多路复用的信号光送至光纤传输线30。在经过光纤传输线30传输的同时，该多路复用的信号光被拉曼放大。在多路复用的信号光中包括的波长为λ1-λN的信号信道经光耦合器到达多路分解器22，并由多路分解器22多路分解为第一波长带Λ1内的信号信道组和第二波长带Λ2内的信号信道组。在其色散绝对值小的第一波长带Λ1内包括的由多路分解器22多路分解的并且波长为λ1-λM的信号信道组被多路分解器241多路分解为每个信道，并分别由与每个信号信道对应的接收器211-21M接收。在其色散绝对值大的第二波长带Λ2内包括的由多路分解器22多路分解的并且波长为λM+1-λN的信号信道组在经过色散补偿器23进行色散补偿之后多路分解为每个信号信道，并分别由对应的接收器21M+1-21N接收每个信号信道。
此时，当在第二波长带Λ2内光纤传输线30和色散补偿器23中总体色散变得最大的特定波长处的比特率是B(Gb/s)时，该特定波长的色散值设定为大于0(ps/nm)但是为7500/B2(ps/nm)或更小。
在整个系统中，在第二波长带Λ2内每个信号信道处的损耗设定为低于在第一波长带Λ1内信号信道损耗之中的最高损耗。或者将用于第二波长带Λ2内每个信号信道的接收器所接收的功率之中的最低接收功率设定为比光纤传输线30的第一波长带Λ1内信号信道的光功率之中的最低光功率高。优选的是，光纤传输线30和色散补偿光纤23中的总体色散在第二波长带Λ2内每个信号信道内分别设定为大于0(ps/nm)但小于等于7500/B2(ps/nm)。
通过如上设定色散特征和损耗特征，该光学传输系统4可以高质量的传输包括在信号波长带内的多个信号信道的多路复用信号光，并成为特别适合于CWDM光学传输的结构。而且仅对于第二波长带Λ2内的信号信道组选择性设置色散补偿光纤23，因此降低系统的成本。而且在CWDM光学传输中信道间距宽，从而可以使用廉价的滤光器作为多路分解器22。在该第二实施方案中，通过对在其中光纤传输线30损耗较高的波长带中的信号信道组进行拉曼放大，从而可以实现高质量信号光传输。
具体地说，假设该光纤传输线30为非零色散位移光纤，它由于接近1.38μm的波长的OH自由基减少而具有损耗峰值。以2.5Gb/s的比特率发送在1.31μm至1.61μm波长范围内的16信道信号光(信道间距20nm)。在该情况中，该系统的色散阻尼为1200ps/nm。包含在该拉曼放大泵浦光中的每个泵浦信道的波长为1.2μm至1.3μm，并且接近1.3μm波长的多路复用信号光被拉曼放大。由此，由损耗所限制的传输距离被扩大，或者所接收的功率增加，并且该系统余量(margin)可以扩大。
例如，当拉曼放大泵浦光的波长为L23μm并且功率为24dBm时，在波长1.33μm下的传输距离可以为20km或更长。
(第三实施方案)
以下描述本发明光学传输系统的第三实施方案。图8是表示本发明光学传输系统第三实施方案的结构图。图8所示的光学传输系统3包括N个(N是2或2以上的整数)直接调制光源111-11N(包括在光发送器中)、多路复用器12，N个接收器211-21N、多路分解器221、多路分解器222，色散补偿器232、色散补偿器233、多路分解器241、多路分解器242、多路分解器243、以及光纤传输线30。以下的描述是基于如图8所示将色散补偿器23设置在光纤传输线30的信号发出端侧这种结构来进行的，但是在第三实施方案中，色散补偿器23可以设置在光纤传输线30的信号进入端侧，如作为应用示例的图2所示，或者色散补偿器23可以设置在光纤传输线30的中间。在第三实施方案中，可以采用图3所示的允许信道之间传输速度不同的混合传输的结构作为另一个应用示例。
直接调制光源11n(n是1或1以上、N或者N以下的任意整数)包括输出波长为λn的信号信道的半导体激光器光源。多路复用器12将从直接调制光源11n输出的波长为λn的信号信道多路复用，并将该多路复用信号光(包括波长为λ1-λn的信道)送至光纤传输线30。这些波长为λ1-λn的信号信道包括在波长约1.3μm-波长约1.61μm的信号波长带中，其中信道的间距较宽。换句话说，光纤传输系统3是进行CWDM光学传输的系统。
光纤传输线30传输该信号光，包括波长为λ1-λn的信道，它们从多路复用器12输出至多路分解器221。优选的是，该光纤传输线30是具有接近于波长1.3μm的零色散波长的标准单模光纤，或者具有1.35μm-1.5μm范围内的零色散波长的非零色散位移光纤。也优选的是，光纤传输线30在波长1.38μm处的传输损耗小于在波长1.31μm处的传输损耗。
多路分解器221设置在光纤传输线30的后级，将在经光纤传输线30传播的多路复用的信号光中包括的波长为λ1-λN的信号信道多路分解为第一波长带Λ1内的信号信道组和在第二波长带Λ2内的信号信道组。该第一波长带Λ1是包括光纤传输线30的零色散波长的波长带，该第二波长带Λ2是其它的波长带。当光纤传输线30是标准单模光纤时，第二波长带Λ2在离第一波长带Λ1的更长波长侧。多路分解器222还将多路分解器221所多路分解的第二波长带Λ2内包括的波长为λM+1-λN(M是2或2以上、(N-1)或以下的整数)信号信道组进一步多路分解为两个波长带。
色散补偿器232对多路分解器222所多路分解的第二波长带Λ2内信号信道组之中的波长为λM+1-λL(L是(M+2)或以上、(N-1)或以下的整数)的信号信道组进行色散补偿。色散补偿器233对多路分解器223所多路分解的第二波长带Λ2内信号信道组之中的波长为λL+1-λN的信号信道组进行色散补偿。这些色散补偿器232和233具有与每个波长带内光纤传输线30的色散相反符号的色散，并且例如色散补偿光纤是适合的。
多路分解器241将在多路分解器221所多路分解的第一波长带Λ1内包括的波长为λ1-λM的信号信道组多路分解为每个信号信道。多路分解器242将第二波长带Λ2内的信号信道之中由色散补偿器232进行色散补偿的波长为λM+1-λL的信号信道多路分解为每个信道。多路分解器243将由色散补偿器233进行色散补偿的波长为λL+1-λN的信号信道组多路分解为每个信号信道。接收器21n接收分别由多路分解器241-243中的一个多路分解的波长为λn的信道。
该光学传输系统3的操作如下。从直接调制光源11n输出的波长为λn的信号信道由多路复用器12多路复用，将包括波长为λ1-λn的信号信道的多路复用的信号光送至光纤传输线30。在多路复用的信号光中包括的波长为λ1-λN的信号信道通过光纤传输线30到达多路分解器221，它们由多路分解器221多路分解为第一波长带Λ1内的信号信道组和第二波长带Λ2内的信号信道组。在其色散绝对值小的第一波长带Λ1内包括的由多路分解器221多路分解的并且波长为λ1-λM的信号信道组由多路分解器241多路分解为每个信号信道，并分别由与每个信号信道对应的接收器211-21M接收。另一方面，在其色散绝对值大的第二波长带Λ2内包括的由多路分解器221多路分解的并且波长为λM+1-λN的信号信道组由多路分解器222进一步多路分解为两个波长带，由色散补偿器232和233补偿色散，然后由多路分解器242和243多路分解为每个信号信道，并分别由对应的接收器21M+1-21N接收每个信号信道。
此时，当在第二波长带Λ2内光纤传输线30和色散补偿器23中总体色散变得最大的特定波长处的比特率是B(Gb/s)时，该特定波长的色散值大于0(ps/nm)但是为7500/B2(ps/nm)或更小。
在整个系统中，在第二波长带Λ2内每个信道处的损耗设定为低于在第一波长带Λ1内信号信道损耗之中的最高损耗。或者将用于第二波长带Λ2内信号信道的接收器所接收的功率之中的最低接收功率设定为比光纤传输线30的第一波长带Λ1内信号信道的光功率之中的最低光功率高。优选的是，光纤传输线30和色散补偿器23中的总体色散在第二波长带Λ2内每个信号信道内分别设定为大于0(ps/nm)但是为7500/B2(ps/nm)或更小。
通过如上设定色散特征和损耗特征，该光学传输系统3可以高质量的传输包括在信号波长带内的多个信号信道的多路复用信号光，并成为特别适合于CWDM光学传输的结构。而且仅对于第二波长带Λ2内的信号信道组选择性设置色散补偿器232和233，因此降低系统的成本。而且在CWDM光学传输中信道间距宽，从而可以对多路分解器221和222使用廉价的滤光器。尤其是根据第三实施方案，可以更高质量的进行信号光传输，因为第二波长带Λ2内的信号信道组还进一步多路分解为两个波长带，并且为每个波长带设置色散补偿器。而且色散补偿器232和233的损耗需求特征是松的，因此系统设计是简单的。
图9A和9B是表示第三实施方案的色散特征和损耗特征的视图。图9A表示累积色散对从发送器至接收器的波长依赖性，图9B表示损耗对从发送器至接收器的波长依赖性。当不设置色散补偿器232和233时，累积色散根据波长会超过色散阻尼(图9A中的虚线)。但是在第三实施方案的光学传输系统3中，在第二波长带Λ2内(波长范围是1.4μm-1.6μm)包括的其在光纤传输线30内的色散绝对值大的信号信道组由色散补偿器232-233补偿色散，从而整个系统的累积色散变为色散阻尼或者更小(图9A中的实线)。对作为色散补偿器232-233的色散补偿光纤的长度进行调整，从而在每个带的最大波长处累积色散变为色散阻尼或者更小。
图10是表示根据图8所示第三实施方案的光学传输系统中每个信道所接收的功率(输入至接收器的功率)的曲线图。假设该光纤传输线30是长度为80km的标准单模光纤。色散补偿器23是在1.55μm处其特征为色散是-100ps/nm/km、色散斜率为0ps/nm2/km、传输损耗为0.5dB/km的色散补偿光纤。多路复用器12、多路分解器241和多路分解器242的插入损耗分别为3dB。多路分解器22的插入损耗是1dB。波长范围在1.31-1.61μm内的16信道信号光(信道间距20nm)以2.5Gb/s比特率传输。已经证实，在这种系统结构中，在接收器211-21N中最低接收功率是-30dB或更大，在所有的信号信道内BER<10-13。
(第四实施方案)
以下描述本发明光学传输系统的第四实施方案。图11是表示本发明光学传输系统的第四实施方案的结构图。除了第一实施方案的光学传输系统1(见图1)的结构之外，图11所示光学传输系统4还包括光耦合器41和泵浦光源42。在以下的描述中，色散补偿器23如图11所示设置在光纤传输线30的信号发出端侧，但是在第四实施方案中，色散补偿器23可以设置在光纤传输线30的信号进入端侧，如作为应用示例的图2所示。或者色散补偿器23可以设置在光纤传输线30的中间。在第四实施方案中，可以采用图3所示的允许信号信道之间传输速度不同的混合传输的结构作为另一个应用示例。
泵浦光源42输出拉曼放大泵浦光，它将作为色散补偿器的色散补偿光纤23中的信号光拉曼放大。光耦合器41设置在色散补偿光纤23的后级和多路分解器242的前级，并将从泵浦光源42输出的泵浦光提供至色散补偿光纤23，而且将包括在第二波长带Λ2内的信号信道组输出至多路分解器242。优选的是，拉曼放大泵浦光包括波长在1.2μm-1.3μm范围内的多个泵浦信道，在这种情况下，在1.3μm-1.4μm波长范围内的多路复用的信号光可以被拉曼放大。此时，优选的是，色散补偿光纤23在波长1.38μm处的传输损耗小于在波长1.31μm处的传输损耗。
该光学传输系统4的操作如下。从直接调制光源11n输出的波长为λn的信号信道由多路复用器12多路复用，将(包括波长为λ1-λn的信号信道的)多路复用的信号光送至光纤传输线30。在多路复用的信号光中包括的波长为λ1-λN的信号信道通过光纤传输线30传播，并由多路分解器22多路分解为第一波长带Λ1内的信号信道组和第二波长带Λ2内的信号信道组。在其色散绝对值小的第一波长带Λ1内包括的由多路分解器22多路分解的并且波长为λ1-λM的信号信道组被多路分解为每个信道，并分别由与每个信道对应的接收器211-21M接收。在其色散绝对值大的第二波长带Λ2内包括的由多路分解器22多路分解的并且波长为λM+1-λN的信号信道组由色散补偿光纤23补偿色散，并在色散补偿光纤23中拉曼放大，然后多路分解为每个信号信道，并分别由对应的接收器21M+1-21N接收每个信号信道。
此时，当在第二波长带Λ2内光纤传输线30和色散补偿光纤23中总体色散变得最大的特定波长处的比特率是B(Gb/s)时，该特定波长的色散值设定为大于0(ps/nm)但是为7500/B2(ps/nm)或更小。
在整个系统中，在第二波长带Λ2内每个信号信道处的损耗设定为低于在第一波长带Λ1内信号信道损耗之中的最高损耗。或者将用于第二波长带Λ2内信号信道的接收器所接收的功率之中的最低接收功率设定为比光纤传输线30的第一波长带Λ1内信号信道的光功率之中的最低光功率高。优选的是，光纤传输线30和色散补偿光纤23中的总体色散在第二波长带Λ2内每个信号信道内分别设定为大于0(ps/nm)但是为7500/B2(ps/nm)或更小。
通过如上设定色散特征和损耗特征，该光学传输系统4可以高质量的传输包括在信号波长带内的多个信号信道的多路复用信号光，并成为特别适合于CWDM光学传输的结构。而且仅对于第二波长带Λ2内的信号信道组选择性设置色散补偿光纤23，因此降低系统的成本。而且在CWDM光学传输中信道间距宽，从而可以使用廉价的滤光器作为多路分解器22。在第四实施方案中，第二波长带Λ2内的信号信道组在经色散补偿光纤23传播的同时被拉曼放大，因此可以降低色散补偿光纤23的有效损耗，或者可以使色散补偿光纤23的有效损耗为零。
实际上，传输在1.31-1.61μm波长范围内(排除1.49μm和1.51μm的波长)的14信道信号光，其中拉曼放大泵浦光的波长是1.51μm，该拉曼放大泵浦光的功率是17dB。此时，在波长1.61μm处获得4.5dB的增益，在1.53-1.61μm波长范围内的所有信号信道的损耗大约是26dB，因此可以确保足够的系统余量。
如上所述，根据本发明，可以高质量的传输其中信号波长带内的多个信号信道被多路复用的信号光，并可以获得特别适合于CWDM光学传输的系统。而且，仅为第二波长带内的信号信道设置色散补偿器，并可以对多路分解器使用廉价的光学元件，因此降低系统成本。
从上述的本发明中，可以理解本发明的实施方案可以以多种方式进行变化。这种改变不应当视为脱离本发明的精神和范围，对于本领域技术人员来讲所有的这些显而易见的改进都包括在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种光传输系统，它包括：
一光发送器，它包括一直接调制光源，所述光发送器输出在一信号波长带中的信号光；
一光接收器，它接收所述信号光；
一光纤传输线，作为多个信号信道被多路复用的信号光在其中传播的传输介质，它设置在所述光发送器和所述光接收器之间；以及
色散补偿器，设置在下述之一上：所述光发送器的信号发射端和所述光纤传输线的信号进入端之间的光通路、对应于所述光纤传输线的光通路、所述光纤传输线的信号发出端和所述光接收器的信号接收端间的光通路，所述色散补偿器对多个信号信道之中的在第二波长带内而不是包括所述光纤传输线的零色散波长的第一波长带内的信号信道组的色散进行色散补偿，
其中当在第二波长带内光纤传输线和色散补偿器中总体色散变得最大的特定波长处的比特率是B千兆比特/秒时，该特定波长的色散值大于0皮秒/纳米但是为7500/B2皮秒/纳米或更小，以及
其中在该整个光传输系统中，在第二波长带内每个信号信道的损耗小于在第一波长带内信号信道损耗之中的最大损耗。
2.如权利要求1的光学传输系统，其中在第二波长带内所有信号信道中所述光纤传输线和所述色散补偿器中总体色散值大于0皮秒/纳米但是为7500/B2皮秒/纳米或更小。
3.如权利要求1的光学传输系统，其中在第二波长带内包括的信号信道之中的至少一个信号信道的比特率高于在第一波长带内所有信号信道的任何比特率。
4.如权利要求1的光学传输系统，其中所述色散补偿器包括色散补偿光纤。
5.如权利要求1的光学传输系统，其中所述光纤传输线包括具有在接近于1.3μm波长处存在的零色散波长的单模光纤。
6.如权利要求1的光学传输系统，其中所述光纤传输线在1.38μm波长处的传输损耗小于在1.31μm波长处的传输损耗。
7.如权利要求1的光学传输系统，其中所述光纤传输线具有在1.35μm-1.5μm波长范围内存在的零色散波长。
8.如权利要求1的光学传输系统，还包括泵浦光提供装置，用于向所述光纤传输线内提供拉曼放大泵浦光，从而将信号光拉曼放大。
9.如权利要求8的光学传输系统，其中所述泵浦光提供装置向所述光纤传输线内提供拉曼放大泵浦光，其中将1.2μm-1.3μm波长范围内的多个泵浦信道多路复用。
10.如权利要求4的光学传输系统，还包括泵浦光提供装置，用于向所述色散补偿光纤内提供拉曼放大泵浦光，从而将信号光拉曼放大。
11.一种光学传输系统，包括：
一光发送器，它包括一直接调制光源，所述光发送器输出在一信号波长带中的信号光；
一光接收器，它接收所述信号光；
一光纤传输线，作为多个信号信道被多路复用的信号光在其中传播的传输介质，它设置在所述光发送器和所述光接收器之间；以及
色散补偿器，设置在下述之一上：所述光发送器的信号发射端和所述光纤传输线的信号进入端之间的光通路、对应于所述光纤传输线的光通路、所述光纤传输线的信号发出端和所述光接收器的信号接收端间的光通路，所述色散补偿器对多个信号信道之中的在第二波长带内而不是包括所述光纤传输线的零色散波长的第一波长带内的信号信道组的色散进行色散补偿，
其中当在第二波长带内光纤传输线和色散补偿器中总体色散变得最大的特定波长处的比特率是B千兆比特/秒时，该特定波长的色散值大于0皮秒/纳米但是为7500/B2皮秒/纳米或更小，以及
其中，对于第二波长带内的信号信道所接收的功率之中的最低接收功率高于在第一波长带内的信号信道的所述光纤传输线的光功率之中的最低光功率。
12.如权利要求11的光学传输系统，其中在第二波长带内所有信号信道中所述光纤传输线和色散补偿器中总体色散值大于0皮秒/纳米但是为7500/B2皮秒/纳米或更小。
13.如权利要求11的光学传输系统，其中在第二波长带内包括的信号信道之中的至少一个信号信道的比特率高于在第一波长带内所有信号信道的任何比特率。
14.如权利要求11的光学传输系统，其中所述色散补偿器包括色散补偿光纤。
15.如权利要求11的光学传输系统，其中所述光纤传输线包括具有在接近于1.3μm波长处存在的零色散波长的单模光纤。
16.如权利要求11的光学传输系统，其中所述光纤传输线在1.38μm波长处的传输损耗小于在1.31μm波长处的传输损耗。
17.如权利要求11的光学传输系统，其中所述光纤传输线具有在1.35μm-1.5μm波长范围内存在的零色散波长。
18.如权利要求11的光学传输系统，还包括泵浦光提供装置，用于向所述光纤传输线内提供拉曼放大泵浦光，从而将信号光拉曼放大。
19.如权利要求18的光学传输系统，其中所述泵浦光提供装置向所述光纤传输线内提供拉曼放大泵浦光，其中将1.2μm-1.3μm波长范围内的多个泵浦信道多路复用。
20.如权利要求14的光学传输系统，还包括泵浦光提供装置，用于向所述色散补偿光纤内提供拉曼放大泵浦光，从而将信号光拉曼放大。
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