專利名稱：一種減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射(SBS，StimulatedBrillouin Scattering)效應(yīng)影響的方法，特別涉及一種在長距離無中繼光傳輸系統(tǒng)中減小光傳輸系統(tǒng)SBS效應(yīng)影響的實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
在長距離無中繼光傳輸系統(tǒng)中，需要盡可能的提高入纖功率來補償光纖損耗，從而保證接收端的光信噪比。但是，在較高的入纖功率下，光纖中的受激布里淵散射效應(yīng)會將前向傳輸光信號的光功率轉(zhuǎn)移給后向散射光和聲子場，從而造成了信號光的一種損耗機(jī)制，導(dǎo)致接收端信噪比下降，嚴(yán)重地影響了光傳輸系統(tǒng)的性能。SBS效應(yīng)與光纖中的其它幾種非線性效應(yīng)如自相位調(diào)制(Self-Phase Modulation-SPM)、交叉相位調(diào)制(Cross Phase Modulation-XPM)等非線性效應(yīng)比較，SBS效應(yīng)具有最低的閾值功率，一般僅有幾個毫瓦(mw)。為了避免SBS效應(yīng)產(chǎn)生，系統(tǒng)入纖功率只能限制在SBS閾值以下，因此，光纖中的SBS效應(yīng)大大地限制了信號入纖功率的提高。
在現(xiàn)有技術(shù)中，可以采用自身信道的SPM效應(yīng)、監(jiān)控信道的XPM效應(yīng)來加寬譜寬，抑制SBS效應(yīng)，但這方式抑制能力有限，而且有可能引起信號波形畸變，效果欠佳。也有的通過附加相位調(diào)制器來減小SBS效應(yīng)影響，效果不錯，但其成本很高。還有的采用載波抑制的調(diào)制格式來加寬譜寬，但這種方式需要很大程度地更改原有發(fā)射模塊配置，實現(xiàn)復(fù)雜困難，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種傳輸系統(tǒng)中減小光傳輸系統(tǒng)SBS效應(yīng)影響的方法，有效提高光纖中的SBS效應(yīng)的閾值，減小其對傳輸系統(tǒng)的影響，而成本較低。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，我們提供一種減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的方法，其包括以下步驟將低頻擾動信號施加到光載波激光器的直流偏置點上，引起光載波激光線寬加寬，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制。
所述的減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的方法，其中所述低頻擾動信號的擾動頻率νd應(yīng)滿足C/2nfLeff≤νd≤νL，其中C為光速，nf為光纖有效折射率，Leff為光纖有效長度，νL為放大器低頻切斷頻率。
所述的減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的方法，其中所述低頻擾動信號是正弦波信號。
所述的減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的方法，其中所述低頻擾動信號通過耦合電容施加到光載波激光器的直流偏置點上。
所述的減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的方法，其中將低頻擾動信號頻率設(shè)置在放大器響應(yīng)及在光接收機(jī)的接收帶寬外，用于降低低頻調(diào)制附加的眼圖閉合度及消除低頻調(diào)制引起的色散代價，從而有效改善傳輸系統(tǒng)性能，而所述擾動頻率為5KHz至100KHz。
所述的減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的方法，其中所述低頻擾動信號的調(diào)制深度應(yīng)滿足md≤5％。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，我們提供一種減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的裝置，所述光傳輸系統(tǒng)包括一發(fā)射機(jī)，所述發(fā)射機(jī)包括連續(xù)波激光器及其直流偏置點，光調(diào)制器，所述光調(diào)制器上加有數(shù)據(jù)信號，其特征在于還包括一耦合電容及低頻擾動信號，通過所述耦合電容將所述低頻擾動信號施加到光載波激光器的直流偏置點上。
所述的減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的裝置，其中所述光調(diào)制器為電吸外調(diào)制器或馬赫曾德爾外調(diào)制器。
所述的減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的方法，其中所述數(shù)據(jù)信號為非歸零碼(NRZ)或歸零碼(RZ)。
所述的減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的裝置，其中所述低頻擾動信號是正弦波信號。
綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)的方法相比，本發(fā)明的采用低頻擾動信號的方法具有結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)，穩(wěn)定性好且基本不會增加系統(tǒng)成本等特點，因此可以廣泛應(yīng)用在光傳輸系統(tǒng)中。


圖1加有低頻擾動信號的發(fā)射機(jī)模塊原理框2擾動信號加寬載波光譜寬度示意圖具體實施方式
受激布里淵散射是一個窄帶過程，石英光纖中典型的增益譜寬在10MHz～100MHz之間，相應(yīng)的Stokes頻移量10GHz。
在數(shù)字通信中，信號光波一般采用具有1/2“1”的偽隨機(jī)碼流(PRBS)對其進(jìn)行幅度調(diào)制(Amplitude Modulation-AM)，調(diào)制光信號的SBS效應(yīng)在光纖中的閾值PthASK可近似表示為
PthASK=PthCW1-B2ΔνB(1-e-ΔνB/B)---(1)]]>其中PthCW是調(diào)制前的連續(xù)光(Continuous Wave-CW，即光載波)的SBS效應(yīng)在光纖中的閾值，可近似表示為PthCW=21KAeffgoLeff(ΔνB2+Δνc2ΔνB)---(2)]]>式中B比特率；Aeff為光纖有效芯徑面積；go為SBS效應(yīng)在光纖中的增益系數(shù)；ΔνB為光纖中的自發(fā)布里淵增益譜寬度；Δνc為CW光譜寬度；K為偏振相關(guān)因子；Leff為光纖有效長度，當(dāng)光纖足夠長時，可以近似表示為Leff≈1/α。式中L光纖長度；α為光纖損耗系數(shù)。從上述兩式可以獲得如下結(jié)論(1)調(diào)制后的信號其SBS效應(yīng)閾值提高，對于高比特率傳輸系統(tǒng)有ΔνBB→0,]]>則調(diào)制信號的SBS閾值將近似為CW光SBS效應(yīng)閾值的2倍；(2)光纖中的SBS效應(yīng)主要由調(diào)制信號中的窄的載波分量(CW光分量)引起，因此可以通過適當(dāng)增加載波光譜寬度，使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自發(fā)布里淵效應(yīng)在光纖中的增益譜寬度ΔνB時，光纖中的SBS效應(yīng)閾值將大大提高，從而減小該效應(yīng)對系統(tǒng)性能的影響。
本發(fā)明就是根據(jù)上述分析，在CW光直流偏置點上加入小信號低頻擾動，一般為正弦波，采用方波、三角波也可以，但效果不如正弦波好，使得CW光光譜寬度適當(dāng)加寬，有效提高了光纖中的SBS效應(yīng)閾值，從而允許大功率入纖傳輸。假設(shè)加入的低頻正弦波信號可表示為I(t)＝Idsin(2πνd*t+0) (3)將該信號通過CW激光器偏置點施加到激光器上時，相當(dāng)于對載波進(jìn)行了直接低頻強(qiáng)度調(diào)制，則低頻正弦波擾動信號的擾動頻率νd與調(diào)制深度md會影響對SBS效應(yīng)的抑制效果及系統(tǒng)傳輸性能。
調(diào)制深度確定對于調(diào)制深度md可用下式表示
md=IdIb-Ith---(4)]]>其中Ib和Ith分別表示CW激光器的直流偏置電流及其閾值電流。根據(jù)直調(diào)激光器特性，當(dāng)用上述低頻正弦波信號直接調(diào)制CW激光器時，低頻正弦波信號引起激光器直流偏置點的周期性變化，導(dǎo)致直流激光器中的載流子濃度(相當(dāng)于增益介質(zhì)折射率n)發(fā)生周期性變化，則根據(jù)激光器發(fā)射中心頻率νc與增益介質(zhì)折射率n的關(guān)系νc∝c2nL---(5)]]>其中L、c分別為激光器腔長及光速。由(5)式可得出，未加擾動信號時，激光器中心頻率νc對應(yīng)于固定的偏置電流Ib，且有固定的激光線寬Δν。當(dāng)加入擾動信號時，激光器中心頻率將隨低頻正弦波調(diào)制信號在原始中心頻率νc附近周期性抖動，引起激光器頻率啁啾，使得CW激光器光譜線寬展寬。在小信號調(diào)制情況下，CW激光器光譜峰值處線寬主要由激光器中心頻率相對于νc的偏移量決定，而這種偏移量最終決定于施加的低頻正弦波峰峰值(相當(dāng)于調(diào)制深度md)。它們有如下關(guān)系νc±Δν∝IbμId(6)圖2給出了CW激光器線寬隨低頻正弦波調(diào)制信號展寬的示意圖。從整個時間上看，展寬后的CW激光器的光譜就是圖2中的譜線展寬后的整個包絡(luò)，CW激光器的有效線寬就是包絡(luò)譜寬。對于低頻正弦擾動信號峰峰值，即調(diào)制深度md大小，主要由半導(dǎo)體激光器的頻率/電流響應(yīng)及SBS效應(yīng)增益譜寬決定。對于目前采用的半導(dǎo)體激光器，頻率/電流(Δν/ΔI)響應(yīng)為0.008nm/mA，即1GHz/mA。前面已講過，SBS效應(yīng)在光纖中的增益譜寬10MHz～100MHz，因此只要將CW激光器線寬向中頻率兩邊展寬±1GHz，就足以將光纖中的SBS效應(yīng)閾值提高到18dBm以上，足以滿足現(xiàn)有通信系統(tǒng)入纖功率要求，相應(yīng)的調(diào)制深度md～3％左右。當(dāng)然，調(diào)制深度md稍大些，CW光譜寬度將越寬，則一定程度上對SBS效應(yīng)抑制能力越強(qiáng)。但是，調(diào)制深度md不能太大，因為附加了小信號低頻擾動，擾動信號將疊加在后面由數(shù)據(jù)信號驅(qū)動光調(diào)制器產(chǎn)生的光眼圖上，一方面會使眼圖的“1”電平變厚，導(dǎo)致眼圖張開度減小；另一方面，CW光譜嚴(yán)重展寬，會給傳輸系統(tǒng)帶來色散代價而給系統(tǒng)帶來不必要的負(fù)面影響，因此對于現(xiàn)有傳輸系統(tǒng)，調(diào)制深度md一般應(yīng)在md≤5％的范圍內(nèi)為宜。
擾動頻率確定對于低頻正弦波擾動頻率νd，為了使SBS效應(yīng)在整個光纖有效長度范圍內(nèi)都能夠經(jīng)歷較大的CW光譜線寬，從而有效抑制光纖中的SBS效應(yīng)，則至少應(yīng)保證低頻正弦波擾動信號周期小于光信號在光纖中傳輸?shù)膫鬏敃r間，因此低頻擾動頻率νd存在一個下限，應(yīng)滿足如下關(guān)系νd≥c2nfLeff---(7)]]>其中nf為光纖有效折射率。對于現(xiàn)有普通單模光纖，其損耗系數(shù)典型值α～0.2dB，因此擾動頻率νd至少應(yīng)大于等于5KHz。對于現(xiàn)有摻鉺光纖放大器EDFA或拉曼(Raman)放大器，EDFA典型的響應(yīng)時間0.1ms～幾個ms量級，當(dāng)放大器處于深度飽和狀態(tài)時，其響應(yīng)時間將縮短，典型值為10us。則對于大于10KHz～100KHz范圍內(nèi)的強(qiáng)度調(diào)制信號，工作于飽和區(qū)的放大器將無法響應(yīng)，對信號不失真放大。前面講過，低頻正弦擾動信號對CW將激光器調(diào)制后，將引起光信號眼圖的“1”電平變厚，如果擾動頻率νd大于10KHz～100KHz時，傳輸鏈路中的放大器將放大低頻強(qiáng)度調(diào)制信號，使得光信號眼圖張開度進(jìn)一步降低，從而影響傳輸系統(tǒng)性能。因此低頻擾動頻率也存在一個上限，即應(yīng)處于放大器低頻切斷頻率νL以下，則低頻擾動信號頻率應(yīng)滿足如下條件c2nfLeff≤νd≤νL---(8)]]>根據(jù)上述分析，低頻正弦波擾動信號一般選擇5KHz～100KHz量級為宜。在這個頻率范圍，已不在光接收機(jī)的接收帶寬外，因此有利于消除低頻調(diào)制引起的色散代價。
圖1給出了加有低頻擾動信號的發(fā)射機(jī)模塊原理框圖，它由CW激光器101及其直流偏置點102、光調(diào)制器103(可以是電吸收(EA)外調(diào)制器，也可以是馬赫曾德爾(MZ)外調(diào)制器)及其數(shù)據(jù)信號104(可以是NRZ碼，也可以是RZ碼格式的數(shù)據(jù)信號)和用來加寬CW光光譜的低頻擾動信號105及耦合電容106組成。低頻擾動信號105通過耦合電容106耦合到CW激光器101的直流偏值電流102中，對CW激光器101進(jìn)行小信號直接強(qiáng)度調(diào)制，使得CW激光器101輸出光譜線寬加寬到大于光纖中的SBS效應(yīng)增益帶寬，然后將展寬后的CW輸出光送入后面的光調(diào)制器103，再經(jīng)數(shù)據(jù)信號104驅(qū)動產(chǎn)生帶有低頻擾動信號的光信號，送入光纖鏈路中傳輸。
這種技術(shù)在我們的實驗中已得到證實，在CW激光器直流偏置上加入10KHz的正弦波信號，就可以將光纖中的SBS效應(yīng)閾值提高的18dBm以上，足以滿足目前光纖通信系統(tǒng)入前功率要求。
本發(fā)明適用有線電視CATV、同步數(shù)字體系SDH及密集波分復(fù)用DWDM光傳輸系統(tǒng)，數(shù)據(jù)信號調(diào)制格式可為非歸零碼(NRZ)或歸零碼(RZ)，光傳輸系統(tǒng)可包括含有摻鉺光纖放大器EDFA或拉曼放大器，傳輸鏈路由G.652\655\653傳輸光纖組成。
綜上所述，本發(fā)明結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，然而本發(fā)明的描述，詳細(xì)說明和以上提到的附圖并不是用來限制本發(fā)明的。對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在本發(fā)明的教導(dǎo)下可以進(jìn)行各種相應(yīng)的修改而不會超出本發(fā)明的精神和范圍，因此這種變化應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求及其等效范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的方法，其特征在于包括以下步驟將低頻擾動信號施加到光載波激光器的直流偏置點上，引起光載波激光線寬加寬，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制。
2.如權(quán)利要求1所述的減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的方法，其特征在于所述低頻擾動信號的擾動頻率νd應(yīng)滿足C/2nfLeff≤νd≤νL，其中C為光速，nf為光纖有效折射率，Leff為光纖有效長度，νL為放大器低頻切斷頻率。
3.如權(quán)利要求1所述的減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的方法，其特征在于所述低頻擾動信號是正弦波信號。
4.如權(quán)利要求1所述的減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的方法，其特征在于所述低頻擾動信號通過耦合電容施加到光載波激光器的直流偏置點上。
5.如權(quán)利要求1所述的減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的方法，其特征在于將低頻擾動信號頻率設(shè)置在放大器響應(yīng)及在光接收機(jī)的接收帶寬外，用于降低低頻調(diào)制附加的眼圖閉合度及消除低頻調(diào)制引起的色散代價，從而有效改善傳輸系統(tǒng)性能，而所述擾動頻率為5KHz至100KHz。
6.如權(quán)利要求1所述的減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的方法，其特征在于所述低頻擾動信號的調(diào)制深度應(yīng)滿足md≤5％。
7.一種減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的裝置，所述光傳輸系統(tǒng)包括一發(fā)射機(jī)，所述發(fā)射機(jī)包括連續(xù)波激光器及其直流偏置點，光調(diào)制器，所述光調(diào)制器上加有數(shù)據(jù)信號，其特征在于還包括一耦合電容及低頻擾動信號，通過所述耦合電容將所述低頻擾動信號施加到光載波激光器的直流偏置點上。
8.如權(quán)利要求7所述的減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的裝置，其特征在于所述光調(diào)制器為電吸外調(diào)制器或馬赫曾德爾外調(diào)制器。
9.如權(quán)利要求7所述的減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)信號為非歸零碼(NRZ)或歸零碼(RZ)。
10.如權(quán)利要求7所述的減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的裝置，其特征在于所述低頻擾動信號是正弦波信號。
全文摘要
本發(fā)明公開一種減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的方法及裝置，所述光傳輸系統(tǒng)包括一發(fā)射機(jī)，所述發(fā)射機(jī)包括連續(xù)波激光器、直流偏置、光調(diào)制器及其數(shù)據(jù)信號，其中該發(fā)射機(jī)還包括一低頻擾動信號及耦合電容，通過耦合電容將低頻擾動信號施加到光載波激光器直流偏置點上，引起光載波激光線寬加寬，從而有效提高光纖中的受激布里淵散射效應(yīng)閾值，減小其對傳輸系統(tǒng)影響。本發(fā)明的采用低頻擾動信號減小光傳輸系統(tǒng)受激布里淵散射效應(yīng)影響的方法具有結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)，穩(wěn)定性好且基本不會增加系統(tǒng)成本等特點，因此可以廣泛應(yīng)用在光傳輸系統(tǒng)中。
文檔編號G02F1/35GK1516363SQ0310133
公開日2004年7月28日 申請日期2003年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月3日
發(fā)明者常志文, 李長春 申請人:華為技術(shù)有限公司