CN104468018A - 基于半导体全光波长转换器的光传输***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于半导体全光波长转换器的光传输***及方法，该***包括依次相连的同步数字系列下行信号发送端、第一增益钳制波长转换器、合波器、传输光纤、分波器、第二增益钳制波长转换器、同步数字系列下行信号接收端。本发明基于半导体全光波长转换器，在传统SDH设备上实现密集波分复用技术，***结构简单合理，能节约纤芯资源，降低***建设、维护成本，利于大规模工程应用和后期***维护。
Description
技术领域
本发明新型涉及波分复用技术，具体来说是一种基于半导体全光波长转换器的密集波分复用光传输***。
背景技术
随着光纤通信***在电力通信中的飞速发展，电力通信光缆纤芯资源日益紧张，已有部分主干光缆段纤芯资源已全部用尽，出现纤芯卡口的状况，由于部分卡口线路段不具备新增光缆的条件或在短时间内无法新增光缆，使电力光纤通信的发展受到了严重制约。
纤芯资源的不足，源于传统同步数字系列(SDH)光纤传输***的不断新增，这些不同级别(电力通信一、二、三、四级光纤传输***)、不同用途、不同厂家的传统SDH设备，占用了大量纤芯资源，此外，部分主干光缆段还要提供部分纤芯给线路保护***使用，再加上光缆投入运行年限过长，部分纤芯遭受损坏，使得纤芯资源更趋紧张。
解决光缆卡口问题的途径，其一是新增光缆路由，但此种方法投资大，建设时间长，尤其是针对长距离传输线路而言，且部分卡口线路不具备新增光缆的条件。其二是积极采用新的传输技术，如波分复用技术，利用波分复用的原理实现共纤芯传输，但是，传统的SDH设备板卡并不具备直接采用波分复用技术的条件，在此环境下，利用半导体材料构建即插即用型全光波长转换器，和原有SDH设备传输板卡相配合构建一个基于全光波长转换器的光传输***，在传统SDH设备上实现波分复用技术，成为了解决目前光缆纤芯资源紧张，部分光缆段出现纤芯卡口问题的重要选择。
发明内容
针对目前存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于半导体全光波长转换器的光传输***及方法。本发明基于半导体全光波长转换器，在传统SDH设备上实现密集波分复用技术，***结构简单合理，能节约纤芯资源，降低***建设、维护成本，利于大规模工程应用和后期***维护。
本发明所采用的技术方案是：基于半导体全光波长转换器的光传输***，其包括依次相连的同步数字系列下行信号发送端、第一增益钳制波长转换器、合波器、传输光纤、分波器、第二增益钳制波长转换器、同步数字系列下行信号接收端。
所述的***，基于半导体全光波长转换器的光传输***内还包括上行光信号***，且同步数字系列上行信号发送端与同步数字系列下行信号接收端在同一套同步数字系列设备中，同步数字系列上行信号接收端与同步数字系列下行信号发送端在同一套同步数字系列设备中；与同步数字系列上行信号发送端依次相连的包括与下行相同的上行第一增益钳制波长转换器、合波器、传输光纤、分波器、第二增益钳制波长转换器，上行第二增益钳制波长转换器再与同步数字系列上行信号接收端相连。
所述的***，各增益钳制波长转换器均包括并联的分布式反馈激光器和掺铒光纤放大器，它们再与合波器、第一隔离器、半导体光放大器、第二隔离器、滤波器依次相连，掺铒光纤放大器外接需进行波长转换的源信号，即与同步数字系列下行或上行信号发送端，或者分波器输出端相连，波长转换后的光信号由滤波器输出。
所述的***，同步数字系列下行或上行信号接收端还接有可调衰减器。
基于半导体全光波长转换器的光传输方法，包括：多个同步数字系列下行或上行信号发送端(信号中心波长1500nm)发出的不符合密集波分复用技术波长标准的光信号进入相应的第一增益钳制波长转换器进行波长转换，产生波长随同步数字系列下行或上行信号发送端不同而不同、符合密集波分复用技术波长标准(频率间隔50GHz或100GHz可选，频率范围为186.00THz-200.95THz，对应波长范围为1611.79nm-1491.88nm)、与同步数字系列下行或上行信号发送端信号反相的转换光信号；多路不同波长的转换光信号进入合波器，进行合波后送入同一传输光纤，实现密集波分复用共纤芯传输；合波信号经共芯传输到达对端站后，经分波器将合波信号分解，恢复为不同波长的转换光信号，再分别送入相应的第二增益钳制波长转换器，将其转变成波长与相应同步数字系列下行或上行信号发送端波长近似(±1nm)、能够被相应同步数字系列下行或上行信号接收端(接收信号波长范围为1580-1500nm)接收的光信号，同时纠正因第一增益钳制波长转换器波长转换所造成的反相，然后分别送入相应的同步数字系列下行或上行信号接收端，实现光信号的接收。
所述的方法，各增益钳制波长转换器进行波长转换的方法包括：需进行波长转换的源信号经掺铒光纤放大器放大后，和分布式反馈激光器输出的光信号经合波器耦合后通过第一隔离器进入半导体光放大器，完成信号的全光波长转换，分布式反馈激光器的输出信号将受到同步数字系列信号的调制，再经第二隔离器输出，隔离器的作用是防止光信号逆行；经第二隔离器输出的混合光信号通过光滤波器，将残余的源信号和部分噪音信号滤除后，输出受调制后的分布式反馈激光器信号，即为经过全光波长转换的光信号。
所述的方法，增益钳制全光波长转换器基于半导体光放大器进行全光波长转换的方法包括：
(1)第一增益钳制波长转换器的输出信号波长为λi，i为与相应同步数字系列下行或上行信号发送端对应的序号，i＝1,2,3...，λi由其内部的分布式反馈激光器输出波长决定，采用不同输出波长的、波长符合密集波分复用技术波长标准的分布式反馈激光器，使得不同的第一增益钳制波长转换器输出光信号的波长不同，且符合密集波分复用技术波长标准；
第二增益钳制波长转换器采用与相应同步数字系列下行或上行信号发送端波长近似的分布式反馈激光器，使得第二增益钳制波长转换器输出的光信号波长与近似，以便被相应的同步数字系列下行或上行信号接收端接收；
(2)第一增益钳制波长转换器的输出信号功率幅度特征由下式决定：
gi＝α(N-N0)-γ1(λi-λN)2+γ2(λi-λN)3
式中，gi为增益系数，α为材料增益常数，N为载流子密度，N0是透明时的载流子密度，λN是载流子密度为N时的增益峰值波长，γ1和γ2分别为第一系数和第二系数；
在第一增益钳制波长转换器中，当经掺铒光纤放大器放大后的发送端光信号的强度增加，即光信号表现为“1”时，将大量消耗半导体光放大器有源区内的载流子，使载流子密度N值减小，依上式gi将减小，导致分布式反馈激光器输出的光信号λi获得的增益减少，经滤波器输出后将表现为信号“0”；当被放大过的发送端光信号的强度减小，即光信号表现为“0”时，半导体光放大器消耗的载流子将减少，因此gi将增大，从而分布式反馈激光器输出的光信号λi获得的增益将增加，经滤波器输出后将表现为信号“1”，如此在第一增益钳制波长转换器的输出端就得到与发送端信号反相、波长与分布式反馈激光器光信号波长λi一致的光信号，完成光信号的波长转换；
同样的原理，在第二增益钳制波长转换器中，当经掺铒光纤放大器放大后的分波器输出信号的强度增加，即λi表现为“1”时，将大量消耗半导体光放大器有源区内的载流子，使载流子密度N值减小，依上式gi将减小，导致分布式反馈激光器输出的与近似的光信号获得的增益减少，经滤波器输出后将表现为信号“0”；当经掺铒光纤放大器放大后的分波器输出信号λi的强度减小，即λi表现为“0”时，其消耗的载流子将减少，因此gi将增大，从而分布式反馈激光器输出的光信号获得的增益将增加，经滤波器输出后将表现为信号“1”，如此在第二增益钳制波长转换器的输出端就得到与源信号λi反相、波长与分布式反馈激光器光信号波长一致的光信号，完成光信号的波长转换。
本发明的有益效果在于：使不同厂家、不同型号、不同传输速率的SDH设备信号实现共纤芯传输，缓解纤芯资源不足的情况。同时节省了材料与附件设备的投资，降低了光缆纤芯管理难度，提高了传输***的安全性和稳定性。
附图说明
图1是增益钳制波长转换器(GCWC)结构图。
图2是基于半导体全光波长转换器的光传输***结构图。
具体实施方式
(1)增益钳制波长转换器(GCWC)实施方式
增益钳制波长转换器(GCWC)如图1所示。前端包括分布式反馈激光器(DFB)和掺铒光纤放大器(EDFA)，DFB用于提供转换波长光信号，EDFA用于将需进行波长转换的源信号[在第一GCWC为同步数字序列(SDH)输出端信号，在第二GCWC为分波器输出信号]进行放大，以提高转换效率。DFB光信号和源信号经合波器耦合后通过隔离器进入半导体光放大器(SOA)，由于交叉增益调制效应，DFB光信号的功率幅度将受到源信号的调制，从而产生波长与DFB光信号相同、与源信号相反的波长转换信号，完成全光波长转换过程，再经隔离器输出。隔离器的作用是防止光信号逆行，从而损坏SOA或其他光器件。经隔离器输出的混合光信号通过光滤波器，将剩余的SDH或分波器输出的源信号及部分噪音信号滤除后，输出即为经过全光波长转换的光信号。
GCWC的输出信号波长λi(i＝1,2,3...)由DFB输出波长决定，采用不同输出波长的、波长符合密集波分复用技术波长标准的DFB，使得不同的第一GCWC输出光信号的波长不同，且符合密集波分复用技术波长标准；采用不同的、与相应SDH波长近似的分布式反馈激光器，使得第二GCWC输出的光信号波长与近似，以便被相应的SDH接收端接收。
GCWC的输出信号功率幅度特征由下式决定：
gi＝α(N-N0)-γ1(λi-λN)2+γ2(λi-λN)3
式中，gi(i＝1,2,3...)为增益系数，α为材料增益常数，N为载流子密度，N0是透明时的载流子密度，λi表示波长转换器输出信号波长，λN是载流子密度为N时的增益峰值波长，γ1和γ2分别为第一系数和第二系数。
当半导体光放大器驱动电流恒定时，其有源区的载流子密度N为一常数。
在第一GCWC中，当经EDFA放大后的SDH光信号的强度增加(即表现为“1”)时，将大量消耗SOA有源区内的载流子，使载流子密度N值减小，依上式gi将减小，导致DFB输出的光信号λi获得的增益减少，经滤波器输出后将表现为信号“0”；当经过EDFA后的SDH的强度减小(即表现为“0”)时，其消耗的载流子将减少，因此gi将增大，从而DFB的光信号λi获得的增益将增加，经滤波器输出后将表现为信号“1”。如此在第一GCWC的输出端就可以得到与源信号反相、波长与DFB光信号波长λi一致的光信号，完成光信号的波长转换。
在第二GCWC中，当经EDFA放大后的分波器输出信号的强度增加(即λi表现为“1”)时，将大量消耗SOA有源区内的载流子，使载流子密度N值减小，依上式gi将减小，导致DFB输出的光信号(与近似)获得的增益减少，经滤波器输出后将表现为信号“0”；当经过EDFA后的分波器输出信号λi的强度减小(即λi表现为“0”)时，其消耗的载流子将减少，因此gi将增大，从而DFB的光信号(与近似)获得的增益将增加，经滤波器输出后将表现为信号“1”。如此在第二GCWC的输出端就可以得到与源信号λi反相、波长与DFB光信号波长(与近似)一致的光信号，完成光信号的波长转换。
(2)基于半导体全光波长转换器的光传输***实施方法
整个光传输***如图2所示。下行时，SDH设备1a为同步数字系列下行信号发送端，其发出波长为λ1a的光信号进入增益钳制波长转换器(GCWC)进行波长转换。GCWC模块以SOA作为增益介质，利用SDH信号光λ1a对DFB激光器产生的转换光λ1的直接调制效应实现波长转换。波长为λ1a的光信号经GCWC后将转换为波长为λ1、与原信号λ1a反相的光信号。同理，SDH设备2a、3a发出的波长为λ2a、λ3a的光信号经由GCWC转换为波长分别为λ2、λ3，与原信号相反的光信号。λ1、λ2、λ3三路光信号进入合波器，由于三路信号光波长不同且符合密集波分复用波长标准的要求，故在合波器进行合波后可进入同一根纤芯内实现密集波分复用共显芯传输。合波信号经共芯传输到达对端站后，经分波器将波长为λ1、λ2、λ3的光信号分别送入第二GCWC，利用发送端的相同原理将其分别恢复成波长与λ1a、λ2a、λ3a近似的光信号，同时纠正因第一GCWC波长转换所造成的反相，由于SDH设备1b、2b、3b为同步数字系列下行信号接收端，其接收端为宽谱光接收模块，因此可实现上述波长与λ1a、λ2a、λ3a近似的光信号的接收。
上行时，SDH设备1b、2b、3b为同步数字系列下行信号接收端，SDH设备1a、2a、3a为同步数字系列上行信号接收端，上行的第一GCWC、合并器、分波器、第二GCWC与下行时的型号相同。SDH设备1b、2b、3b发送端信号光经由另一路完全相同原理的设备线路后被SDH设备1a、2a、3a接收端接收，故该***可以实现上下行双向信号光传送。
本发明在具体应用时，包括与SDH设备相连接的十二支GCWC，两支合波器，两支分波器。必要时，可在收端加入可调衰减器，以避免收光信号的过载。
本发明提供了一种利用半导体光放大器作波长转换介质从而在传统同步数字系列设备上实现密集波分复用技术的方法：采用半导体材料作为增益介质，利用输入信号光对DFB产生的转换光的直接调制效应实现反相的波长转换，构成增益钳制波长转换器(GCWC)；***中单向采用两级GCWC，第一GCWC将输入的SDH信号波长转换为符合密集波分复用标准的波长，实现不同厂家、不同型号、不同传输速率的SDH信号的密集波分复用共纤芯传输；第二GCWC将分波器输出信号恢复成可被接收端SDH接收的波长信号，同时纠正第一GCWC造成的信号反相。
Claims (7)
1.基于半导体全光波长转换器的光传输***，其特征在于：包括依次相连的同步数字系列下行信号发送端、第一增益钳制波长转换器、合波器、传输光纤、分波器、第二增益钳制波长转换器、同步数字系列下行信号接收端。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于：基于半导体全光波长转换器的光传输***内还包括上行光信号***，且同步数字系列上行信号发送端与同步数字系列下行信号接收端在同一套同步数字系列设备中，同步数字系列上行信号接收端与同步数字系列下行信号发送端在同一套同步数字系列设备中；与同步数字系列上行信号发送端依次相连的包括与下行相同的上行第一增益钳制波长转换器、合波器、传输光纤、分波器、第二增益钳制波长转换器，上行第二增益钳制波长转换器再与同步数字系列上行信号接收端相连。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于：各增益钳制波长转换器均包括并联的分布式反馈激光器和掺铒光纤放大器，它们再与合波器、第一隔离器、半导体光放大器、第二隔离器、滤波器依次相连，掺铒光纤放大器外接需进行波长转换的源信号，即与同步数字系列下行或上行信号发送端，或者分波器输出端相连，波长转换后的光信号由滤波器输出。
4.根据权利要求2所述的***，其特征在于：同步数字系列下行或上行信号接收端还接有可调衰减器。
5.基于半导体全光波长转换器的光传输方法，其特征在于包括：多个同步数字系列下行或上行信号发送端发出的不符合密集波分复用技术波长标准的光信号进入相应的第一增益钳制波长转换器进行波长转换，产生波长随同步数字系列下行或上行信号发送端不同而不同、符合密集波分复用技术波长标准、与同步数字系列下行或上行信号发送端信号反相的转换光信号；多路不同波长的转换光信号进入合波器，进行合波后送入同一传输光纤，实现密集波分复用共纤芯传输；合波信号经共芯传输到达对端站后，经分波器将合波信号分解，恢复为不同波长的转换光信号，再分别送入相应的第二增益钳制波长转换器，将其转变成波长与相应同步数字系列下行或上行信号发送端波长近似、能够被相应同步数字系列下行或上行信号接收端接收的光信号，同时纠正因第一增益钳制波长转换器波长转换所造成的反相，然后分别送入相应的同步数字系列下行或上行信号接收端，实现光信号的接收。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，各增益钳制波长转换器进行波长转换的方法包括：需进行波长转换的源信号经掺铒光纤放大器放大后，和分布式反馈激光器输出的光信号经合波器耦合后通过第一隔离器进入半导体光放大器，完成信号的全光波长转换，分布式反馈激光器的输出信号将受到同步数字系列信号的调制，再经第二隔离器输出，隔离器的作用是防止光信号逆行；经第二隔离器输出的混合光信号通过光滤波器，将残余的源信号和部分噪音信号滤除后，输出受调制后的分布式反馈激光器信号，即为经过全光波长转换的光信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，增益钳制全光波长转换器基于半导体光放大器进行全光波长转换的方法包括：
(1)第一增益钳制波长转换器的输出信号波长为λi，i为与相应同步数字系列下行或上行信号发送端对应的序号，i＝1,2,3...，λi由其内部的分布式反馈激光器输出波长决定，采用不同输出波长的、波长符合密集波分复用技术波长标准的分布式反馈激光器，使得不同的第一增益钳制波长转换器输出光信号的波长不同，且符合密集波分复用技术波长标准；
第二增益钳制波长转换器采用与相应同步数字系列下行或上行信号发送端波长λia近似的分布式反馈激光器，使得第二增益钳制波长转换器输出的光信号波长与λia近似，以便被相应的同步数字系列下行或上行信号接收端接收；
(2)第一增益钳制波长转换器的输出信号功率幅度特征由下式决定：
gi＝α(N-N0)-γ1(λi-λN)2+γ2(λi-λN)3
式中，gi为增益系数，α为材料增益常数，N为载流子密度，N0是透明时的载流子密度，λN是载流子密度为N时的增益峰值波长，γ1和γ2分别为第一系数和第二系数；
在第一增益钳制波长转换器中，当经掺铒光纤放大器放大后的发送端光信号λia的强度增加，即光信号λia表现为“1”时，将大量消耗半导体光放大器有源区内的载流子，使载流子密度N值减小，依上式gi将减小，导致分布式反馈激光器输出的光信号λi获得的增益减少，经滤波器输出后将表现为信号“0”；当被放大过的发送端光信号λia的强度减小，即光信号λia表现为“0”时，半导体光放大器消耗的载流子将减少，因此gi将增大，从而分布式反馈激光器输出的光信号λi获得的增益将增加，经滤波器输出后将表现为信号“1”，如此在第一增益钳制波长转换器的输出端就得到与发送端信号λia反相、波长与分布式反馈激光器光信号波长λi一致的光信号，完成光信号的波长转换；
同样的原理，在第二增益钳制波长转换器中，当经掺铒光纤放大器放大后的分波器输出信号的强度增加，即λi表现为“1”时，将大量消耗半导体光放大器有源区内的载流子，使载流子密度N值减小，依上式gi将减小，导致分布式反馈激光器输出的与λia近似的光信号获得的增益减少，经滤波器输出后将表现为信号“0”；当经掺铒光纤放大器放大后的分波器输出信号λi的强度减小，即λi表现为“0”时，其消耗的载流子将减少，因此gi将增大，从而分布式反馈激光器输出的光信号获得的增益将增加，经滤波器输出后将表现为信号“1”，如此在第二增益钳制波长转换器的输出端就得到与源信号λi反相、波长与分布式反馈激光器光信号波长一致的光信号，完成光信号的波长转换。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20160405 Address after: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant after: State Grid Corporation of China Applicant after: State Grid Hubei Electric Power Company Information & Telecommunication Company Applicant after: Huazhong University of Science and Technology Address before: 430070, 341 East Main Street, Hongshan District, Hubei, Wuhan Applicant before: State Grid Hubei Electric Power Company Information & Telecommunication Company |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150325 |