CN109644048B - 具有色散补偿的o波段光通信*** - Google Patents

具有色散补偿的o波段光通信*** Download PDF

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Abstract

O波段光通信***包括发送器、接收器以及耦合在发送器和接收器之间的光纤***。光纤***至少包括串联耦合到第二光纤段的第一光纤段,第一光纤段具有正色散‑波长梯度和第一零色散波长,第二光纤段具有负色散‑波长梯度和第二零色散波长。当沿着第一光纤段传播的光信号具有短于第一零色散波长的波长并经历负色散时,通过沿着第二光纤段的传播提供至少部分正色散补偿。当沿着第一光纤段传播的光信号的光具有长于第一零色散波长的波长并经历正色散时,通过沿着第二光纤段的传播提供至少部分负色散补偿。

Description

具有色散补偿的O波段光通信***
相关申请的交叉引用
本申请作为PCT国际专利申请于2017年8月22日提交,并要求于2016年8月22日提交的美国专利申请序列No.62/378,006的权益,该申请的公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明一般而言针对光通信,并且更具体而言针对在O波段中操作并提供色散补偿的光通信***和方法。
背景技术
如可以在电话信号、互联网等中使用的,长距离光通信***通常在1530至1565nm之间的C波段中操作,特别是在1550nm附近,部分原因是在该波长范围内光信号在典型的基于二氧化硅的光纤中的低衰减。虽然在1550nm附近的波长处的衰减小,但是典型的基于二氧化硅的光纤中在C波段的色散造成脉动光信号扩散:因为光纤的折射率随着波长不是恒定的,不同波长处的光以不同的速度传播通过光纤。所谓的“正常色散”通常与负值对应,并且表示光信号的较长波长与较短波长相比行进相对更快。相反地,“反常色散”通常与正值对应,并且表示光信号的较长波长与较短波长相比行进相对较慢。如本文所使用的,术语“色散”是波导色散和材料色散的总和。这种信号扩散或色散可以造成信号保真度的损失和带宽的减少。因此,许多在C波段中操作的长途光通信***采用某种色散补偿来减少光信号的扩散,从而维持信号保真度和带宽。
虽然长距离光通信***通常在C波段中操作,但是在大约一百米到几十千米的距离上操作的许多较短距离的光通信***在1260-1360nm之间的O波段中操作。典型的基于二氧化硅的光纤中的光衰减对于O波段中的波长比C波段中的波长更高。另一方面,典型的基于二氧化硅的光纤在O波段内的色散比在C波段中的色散更小,并且在某个波长(通常在1310nm附近)处表现出零色散。因此,在1310nm附近操作的光通信***没有采用色散补偿技术。
随着对发送信息的能力的要求越来越高,因此需要增加在O波段***内发送的光信号的带宽。在O波段中操作的光通信***由于波段内的相对低色散而没有采用色散补偿技术。但是,随着数据速率和带宽要求的增加,越来越期望补偿O波段中的色散,例如在25、50或100Gb/s的数据速率处。还期望增加O波段通信***能够操作的距离,以增加它们在各种通信情况下的适用性。
发明内容
本发明的实施例针对在O波段中操作的光通信***,该光通信***具有发送器和用于接收由发送器生成的在1260和1360nm之间光信号的接收器。光通信***还具有耦合在发送器和接收器之间的用于发送光信号的光纤***。光纤***至少具有与第二光纤段串联耦合的第一光纤段,因此光信号沿着第一光纤段和第二光纤段从发送器传播到接收器。第一光纤段具有正色散-波长梯度和第一零色散波长,第二光纤段具有负色散-波长梯度和第二零色散波长。当沿着第一光纤段传播的光信号的光具有短于第一零色散波长的波长并经历第一量的负色散时,第一量的负色散至少部分地由沿着第二光纤段传播所产生的第一量的正色散补偿。当沿着第一光纤段传播的光信号的光具有长于第一零色散波长的波长并经历第二量的正色散时,第二量的正色散至少部分地由沿着第二光纤段传播所产生的第二量的负色散补偿。
本发明的另一个实施例针对在O波段中操作的光通信***,该光通信***具有发送器和用于接收由发送器在1260至1360nm的第一波长域中生成的光信号的接收器。光通信***还具有耦合在发送器和接收器之间的用于发送光信号的光纤***。光纤***至少具有与第二光纤段串联耦合的第一光纤段,因此光信号沿着第一光纤段和第二光纤段从发送器传播到接收器。第一光纤段具有正色散-波长梯度和第一零色散波长,第二光纤段具有负色散-波长梯度和第二零色散波长。当沿着第一光纤段传播的光信号的光具有在第一波长域的短波长子域中短于第一零色散波长的波长并经历第一量的负色散时,第一量的负色散至少部分地由沿着第二光纤段传播所产生的第一量的正色散补偿。当沿着第一光纤段传播的光信号的光具有在第一波长域的长波长子域中长于第一零色散波长的波长并且经历第二量的正色散时,第二量的正色散至少部分地由沿着第二光纤段传播所产生的第二量的负色散补偿。
本发明的另一个实施针对在O波段中操作的光通信***,该光通信***具有发送器和用于接收由发送器在1260和1360nm之间生成的光信号的接收器。光通信***还具有耦合在发送器和接收器之间的用于发送光信号的光纤***。光纤***至少具有与第二光纤段串联耦合的第一光纤段,因此光信号沿着第一光纤段和第二光纤段从发送器传播到接收器。第一光纤段具有正色散-波长梯度和第一零色散波长,第二光纤段具有负色散-波长梯度和第二零色散波长。当沿着第一光纤段传播的光信号的光具有短于第一零色散波长和第二零色散波长的波长并经历第一量的负色散时,第一量的负色散至少部分地由沿着第二光纤段传播所产生的第一量的正色散补偿。当沿着第一光纤段传播的光信号的光具有长于第一零色散波长和第二零色散波长的波长并经历第二量的正色散时,第二量的正色散至少部分地由沿着第二光纤段传播所产生的第二量的负色散补偿。
本发明的另一个实施例针对在O波段中操作的光通信***,该光通信***具有发送器和用于接收由发送器在1260和1360nm之间生成的光信号的接收器。光通信***还具有耦合在发送器和接收器之间的用于发送光信号的光纤***。光纤***至少具有与第二光纤段串联耦合的第一光纤段,因此光信号沿着第一光纤段和第二光纤段从发送器传播到接收器。第一光纤段具有正色散-波长梯度和第一零色散波长,第二光纤段具有负色散-波长梯度和第二零色散波长。第一零色散波长在第二零色散波长的20nm内。
本发明的以上发明内容并非旨在描述本发明的每个所示实施例或每种实现。所附的附图和具体实施方式更具体地举例说明了这些实施例。
附图说明
考虑到下面结合附图对本发明各种实施例的详细描述,可以更全面地理解本发明,其中:
图1示意性地例示了根据本发明实施例的、采用多个平行光纤的O波段光通信***的实施例;
图2示意性地例示了根据本发明实施例的、采用波分复用的O波段光通信***的实施例;
图3示意性地例示了根据本发明实施例的、可以用于O波段光通信***的光纤***;
图3A例示了本发明的光纤***的常规光纤段的示例性色散-波长曲线。
图3B例示了本发明的光纤***的补偿光纤段的示例性色散-波长曲线;
图4例示了根据本发明实施例的、在使用多个平行光纤的O波段光通信***中使用的光纤***的光纤段的示例性色散-波长曲线;以及
图5例示了根据本发明实施例的、在使用波分复用的O波段光通信***中使用的光纤***的光纤段的示例性色散-波长曲线。
虽然本发明能够修改为各种修改和替换形式,但是其细节已经在附图中通过示例的方式示出并将被详细描述。但是,应当理解的是,意图是不将本发明限制于所描述的特定实施例。相反,意图是涵盖落入由所附权利要求定义的本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代方案。
具体实施方式
在O波段中操作的光通信***并不总是采用正好在光纤的零色散波长处的光信号,从而即使在O波段中也会产生一些色散,因为波长在零色散波长任一侧的光信号仍然经历色散。此外,与1550nm附近的C波段不同,对于波长分别比零色散波长更长和更短的光信号,O波段中的色散可以是正的和负的。发明人已经认识到,即使在O波段中,色散也会降低信号保真度、减小带宽并减小短距离光纤***的距离。这种色散的影响对于高数据速率***尤其明显。下面描述的本发明解决这些问题,并且允许O波段光通信***在更长的距离上操作和/或以增加的带宽操作。
在图1中示意性地例示了在O波段中操作的光通信***100的示例性实施例。光通信***100一般具有发送器部分101、接收器部分102和光纤部分103。光纤部分103耦合在发送器部分101和接收器部分102之间,用于将光信号从发送器部分101发送到接收器部分102。
在这个实施例中,光通信***100在发送器部分101和接收器部分102之间采用多个并行光纤,例如符合通过引用并入本文的2014年9月15日由PSM4 MSA小组公布的100GPSM4(并行单模4道)规范2.0版。发送器部分101具有产生相应的光信号120、121、122、123的多个发送器106、107、108、109。由于光通信***100在O波段中操作,因此光信号120、121、122、123全部落在O波段中,波长在1260nm和1360nm之间,并且在许多实施例中,波长在1310nm附近。每个发送器106、107、108、109耦合到相应的光纤***114、115、116、117。光纤***114、115、116、117各自包含至少两个光纤段,如参考下面的图3-图5进一步讨论的。光纤***114、115、116、117还耦合到接收器部分102的相应接收器110、111、112、113。
因此,由特定发送器生成的光信号沿着特定光纤***传播并由特定接收器接收。例如,发送器106生成波长在1260nm和1360nm之间的光信号120。发送器106耦合到光纤***114,并且光信号120沿着光纤***114传播。光纤***114耦合到接收器110,并且光信号120由接收器110接收。
O波段光通信***100是多个并行光纤设计,如与PSM4标准兼容的设计。因此,发送器部分101的多个发送器106、107、108、109分别耦合到多个光纤***114、115、116、117,光纤***114、115、116、117进而分别耦合到接收器部分102的多个接收器110、111、112、113。这些路径中的每一条,从106到114到110、从107到115到111、从108到116到112、从109到117到113,能够具有带宽,使得O波段光通信***100的总带宽是这些带宽中的每一个的总和。
本发明不限于如图1所描绘的多个并行光纤设计。不同数量的光纤可以用于在发送器部分101和接收器部分102之间发送信号。例如,发送器部分101可以仅包括单个发送器106,生成光信号120,光信号120沿着单个光纤***114传播,以由接收器部分102中的单个接收器110接收。在另一个示例中,发送器部分101中的八个发送器或某个其它数量的发送器可以经由光纤部分103中的八个相应光纤***或某个其它数量的光纤***连接到接收器部分102中的八个相应接收器或某个其它数量的接收器。
图2中示意性地例示了O波段光通信***200的另一个示例性实施例。光通信***200包括发送器部分201、接收器部分202和耦合在发送器部分201和接收器部分202之间的光纤***203,以将光信号228从发送器部分201发送到接收器部分202。
在这个实施例中,光通信***200具有波分复用设计,并且可以与例如CWDM4标准(如在通过引用并入的于2015年11月23日由CWDM4 MSA发布的100G CWDM4 MSA技术规范1.1版中所阐述的)以及LR4标准(如在通过引用并入的用于以太网的IEEE标准802.3,第88条中所阐述的)兼容。
发送器部分201包括多个发送器206、207、208、209和复用器204。每个发送器206、207、208、209生成相应的预复用光信号220、221、222、223。将认识到的是,由于光通信***200在O波段中操作,因此预复用光信号220、221、222、223都落在O波段内,波长在1260nm和1360nm之间,并且在许多实施例中,波长在1310nm附近。每个发送器206、207、208、209耦合到复用器204,并且由每个发送器206、207、208、209生成的预复用光信号220、221、222、223由复用器204组合成复用光信号228。在一些实施例中,光信号220、221、222、223是波长复用的,在这种情况下,预复用光信号220、221、222、223中的每一个位于相应的波段内。下面参考图5进一步描述波长复用信号的一个实施例。
光纤***203耦合到发送器部分201,使得复用的光信号228沿着光纤***203传播。光纤***203包含至少两个光纤段,如下面进一步讨论的。
光纤***203耦合到接收器部分202。接收器部分202具有多个接收器210、211、212、213和解复用器205。复用的光信号228由解复用器205解复用成对应于光信号220、221、222、223的解复用光信号224、225、226、227。解复用光信号224、225、226、227分别由接收器210、211、212、213接收。
将认识到的是,本发明不限于仅使用四个波段的复用***,而是可以与不同数量的复用波长一起使用。此外,虽然上面对O波段通信***的实施例的讨论涉及发送器和接收器,但是将认识到的是,这种通信***可以设置有能够既接收光信号又发送光信号的收发器。因此,当考虑由第一收发器产生并由第二收发器接收的光信号时,出于本公开的目的,第一收发器可以被认为是发送器而第二收发器被认为是接收器。
在图3中示意性地例示了更详细地例示光纤***305的光通信***300的示例性实施例。在所示实施例中,光通信***300包括经由光纤部分303耦合的发送器部分301和接收器部分302。光纤部分303可以经由第一光纤耦合器304a耦合到发送器部分301,并经由第二光纤耦合器304b耦合到接收器部分。光纤部分303包括至少一个光纤***305。光纤***305耦合到发送器部分301和接收器部分302,用于将光信号从发送器部分301发送到接收器部分302。根据上面参考图1和图2讨论的实施例,光纤***305可以携带单个波段内的光信号,或者可以携带包括不同波段中的分量的复用的光信号。
光纤***305具有至少两个光纤段306和307。第一光纤段306和第二光纤段307可以利用耦合器308耦合在一起。光纤段306和307串联耦合,使得由发送器部分301生成的光信号309沿着光纤段306和307传播,并由接收器部分302接收。将认识到的是,当串联耦合时,光纤段306和307的次序可以互换,因此或者第一光纤段306或者第二光纤段307可以更靠近发送器部分301。
图3中所示的具有光纤***305、常规光纤段306和补偿光纤段307的实施例是示例性的。其它实施例(未示出)可以包括具有多于一个常规光纤段和/或多于一个补偿光纤段的光纤***。这种替代实施例的示例可以具有这样的光纤***:具有第一补偿光纤段,然后串联有第一常规光纤段,然后串联有第二补偿光纤段。其它替代实施例可以具有这样的光纤***:具有以不同的次序串联耦合的其它数量的常规光纤段和补偿光纤段。这种光纤***的净色散能够以与下表所示相似的方式计算。
对于所示的其中第一光纤段306更靠近发送器部分301的实施例,图3A示出了对于第一光纤段306的示例性色散-波长曲线图380,并且图3B示出了对于光纤段307的示例性色散-波长曲线图390。在图3A中,色散-波长曲线图380的x轴381表示沿着第一光纤段306发送的光信号的波长。虽然x轴381以纳米为单位示出,但可以使用其它单位。y轴382表示沿着第一光纤段306传播的光信号所经历的色散量。由于这是示例性例示,因此没有在y轴382上为色散值提供单位。但是,对于给定长度的光纤中的色散的常用测量单位是皮秒每纳米。
由于例如不同的组成或物理设计,不同的光纤可以具有不同的色散-波长曲线。如通过图3A的检查可以看出的,光信号在特定光纤中所经历的色散的量取决于光信号中光的波长。因此,色散-波长曲线图380示出了O波段中的色散-波长曲线383,其描述了对于示例性光纤依据波长变化的色散量。与光纤段306相关联的色散-波长曲线383具有正斜率或梯度,显示随着沿光纤段306传播的光信号中光的波长增加,色散量增加。色散-波长曲线图380还示出了色散-波长曲线383的零色散波长384。色散曲线382的零色散波长384是沿着光纤段306传播的光信号不经历色散的波长。在短于零色散波长384的波长处,沿着光纤段306行进的光信号经历负色散,而在长于零色散波长384的波长处,沿着光纤段306行进的光信号经历正色散。
图3A示出了对于在第一光纤段306中使用的常规光纤的仅一个示例的色散-波长曲线。将认识到的是,其它曲线可以与第一光纤段相关联,这取决于光纤材料和设计,从而展示不同的零色散波长和不同的斜率。但是,使用常规的基于二氧化硅的光纤的第一光纤段306的色散-波长曲线的斜率通常是正的。
在图3B中,色散-波长曲线图390的x轴391表示沿着第二光纤段307传播的光信号的波长。y轴392表示沿着第二光纤段307传播的光信号所经历的色散量。由于这是示例性例示,因此没有在y轴392上为色散值提供单位。但是,对于给定长度的光纤中的色散的常用测量单位是皮秒每纳米。
色散-波长曲线图390示出了O波段中的色散-波长曲线393,其描述了对于示例性光纤的依据波长变化的色散量。与光纤段307相关联的色散-波长曲线393具有负斜率或梯度,显示随着沿光纤段307传播的光信号中光的波长增加,色散量减小。色散-波长曲线图390还示出了色散-波长曲线393的零色散波长394。色散曲线392的零色散波长394是沿着光纤段307传播的光信号不经历色散的波长。在短于零色散波长394的波长处,沿着光纤段307行进的光信号经历正色散,而在长于零色散波长394的波长处,沿着光纤段307行进的光信号经历负色散。
图3B示出了对于第二光纤段307的色散-波长曲线的一个示例,但是将认识到的是,其它曲线是可能的。对于许多实施例,第二光纤段307的零色散波长将在1300-1320nm附近,但不排除在O波段中其它地方具有零色散波长的其它实施例。此外,对于许多实施例,对于第二光纤段307的色散-波长曲线的斜率是负的,并且将至少部分地补偿第一光纤段306中的色散,在许多实施例中,第一光纤段306具有正色散-波长曲线。对于第二光纤段307的波长色散曲线的斜率和零色散波长的值可以鉴于第一光纤段306的对应特点来选择,使得第二光纤段能够至少部分地补偿第一光纤段306中的色散。
参考图4和图5更详细地讨论提供至少部分色散补偿的能力。在许多情况下,第二光纤段能够取决于光信号中光的波长而提供为第一光纤段中产生的负色散和正色散提供补偿的正色散和负色散。
图4示出了作为O波段光通信***的一部分的光纤***中使用的第一光纤段和第二光纤段的色散-波长曲线。特别地,图4例示了对于如可能在多个并行光纤设计(如与PSM4标准兼容的设计)的光通信***中所使用的光纤***的色散-波长曲线。曲线图400具有表示光信号的波长的x轴401和示出在不同波长处的光信号的光的色散的y轴402。PSM4标准的可接受波长和色散参数总体上由方框450示出,可接受的光信号波长域451为1295nm-1325nm,并且可接受的色散范围452为-1.4ps/nm至+1.2ps/nm。
三个不同的正梯度色散-波长曲线410、420、430与三个不同的常规第一光纤段对应,各个第一光纤段分别具有在1310nm、1302nm和1322nm处的不同的零色散波长411、421、431。具有负斜率的第四色散-波长曲线440与具有1310nm的零色散波长441的第二光纤段对应。虽然零色散波长411、421、431、441可以在O波段内具有不同的值,但是常常会发现零色散波长411、421、431、441在1295nm和1330nm之间。在许多实施例中,具有负斜率波长-色散曲线的光纤段的零色散波长将在具有正斜率波长-色散曲线的光纤段的零色散波长的30nm内,更优选地在20nm内。对于图4所示的色散-波长曲线,假设常规光纤段的长度为500米,并且假设补偿光纤段的长度是常规光纤段的长度的十分之一,即,长度为50米。但是,将认识到的是,图4中所示的曲线仅仅是示例性的,不同的实施例可以具有与常规光纤段和补偿光纤段的不同长度、常规光纤段与补偿光纤段之间的不同长度比、不同的光纤材料和/或不同的波导设计对应的不同的色散-波长曲线。
在具有展示出色散-波长曲线410的常规光纤段的示例性O波段光通信***中,具有色散-波长曲线440的第二补偿光纤段在光信号具有短于零色散波长411的波长并经历负色散时提供正色散补偿,而补偿光纤段在沿着第一光纤段行进的光信号具有长于零色散波长411的波长并经历正色散时提供负色散补偿。以这种方式,具有色散-波长曲线440的第二补偿光纤段能够取决于沿着具有色散-波长曲线410的常规光纤段传播的光信号中光的波长来提供正色散补偿和负色散补偿。
在采用与色散-波长曲线420相关联的常规光纤段的另一个示例性实施例中,具有色散-波长曲线440的补偿光纤段在光信号具有短于零色散波长421的波长(即,当波长在短波长子域460中)并在沿着常规光纤段传播时经历负色散时提供正色散补偿。短波长子域460覆盖光在与色散-波长曲线420相关联的常规光纤中经历负色散并且在具有色散-波长曲线440的补偿光纤段中经历正色散的那些波长。
在相同实施例中,具有色散-波长曲线440的补偿光纤段在光信号具有长于零色散波长421的波长(在长波长子域462中)并在沿着与色散-波长曲线420相关联的常规光纤段传播时经历正色散时提供负色散。长波长子域462覆盖光在沿着与色散-波长曲线420相关联的常规光纤段行进时经历正色散并在沿着具有色散-波长曲线440的补偿光纤段行进时经历负色散的那些波长。因此,取决于沿着与色散-波长曲线420相关联的常规光纤段传播的光信号中光的波长,与色散-波长曲线440相关联的补偿光纤段分别在短波长子域460和长波长子域462中提供正色散补偿和负色散补偿。
在以类似方式工作的另一个示例性实施例中,取决于沿着与色散-波长曲线430以及零色散波长431相关联的常规光纤段传播的光信号中光的波长,具有色散-波长曲线440的补偿光纤段分别在短波长子域463和长波长子域461中提供正色散补偿和负色散补偿。
在采用与色散-波长曲线430相关联的常规光纤段的另一个示例性实施例中,具有色散-波长曲线440的补偿光纤段在光信号沿着常规光纤段行进时经历负色散并具有短于曲线430的零色散波长431和曲线440的零色散波长441的波长时提供正色散补偿。类似地,具有色散-波长曲线440的补偿光纤段在光信号沿着常规光纤段行进时经历正色散并具有长于曲线430的零色散波长431和曲线440的零色散波长441的波长时提供负色散补偿。因此,与色散-波长曲线440相关联的补偿光纤段至少对于由沿着与色散-波长曲线430相关联的常规光纤段传播的光信号所经历的负色散和正色散的最极端情况提供正色散补偿和负色散补偿。
在以类似方式工作的另一个示例性实施例中,与色散-波长曲线440相关联的补偿光纤段至少对于由沿着与色散-波长曲线420和零色散波长421相关联的常规光纤段传播的光信号所经历的负色散和正色散的最极端情况提供正色散补偿和负色散补偿。
示例性色散-波长曲线410、420、430都与特定长度的常规光纤段对应。类似地,示例性色散-波长曲线440与特定长度的补偿光纤段对应,补偿光纤段通常短于常规光纤段的长度。将认识到的是,如果对应光纤段的长度增加或减小,那么示例性色散-波长曲线410、420、430、440可能具有不同的形式,诸如不同的斜率。
对于与色散-波长曲线410、420、430相关联的每个常规光纤段以及与色散-波长曲线440相关联的补偿光纤段,下表示出了光信号在沿着光纤***传播之后在波长域451的极端处的净色散。
Figure GDA0003286321110000131
对于与色散-波长曲线410相关联的常规光纤段,1295nm的光信号的色散为-0.7ps/nm,而1325nm的光信号的色散为+0.7ps/nm。与色散-波长曲线440对应的补偿光纤段对于1295nm处的光信号提供+0.8ps/nm的色散,并且对于1325nm处的光信号提供-0.8ps/nm的色散。因此,在沿着与色散-波长曲线410对应的常规光纤段和与色散-波长曲线440对应的补偿光纤段传播之后,1295nm处的光信号将经历+0.1ps/nm的净色散,1325nm处的光信号将经历-0.1ps/nm的净色散。
对于与色散-波长曲线420和430对应的常规光纤段,可以看到类似的结果。即,在沿着与色散-波长曲线420对应的常规光纤段和与色散-波长曲线440对应的补偿光纤段传播之后,1295nm处的光信号将经历+0.5ps/nm的净色散,1325nm处的光信号将经历-0.2ps/nm的净色散。并且,在沿着与色散-波长曲线430对应的常规光纤段和与色散-波长曲线440对应的补偿光纤段传播之后,1295nm处的光信号将经历-0.4ps/nm的净色散,而1325nm处的光信号将经历-0.6ps/nm的净色散。
因此,沿着与色散-波长曲线410对应的常规光纤段传播的未经补偿的光信号在给定长度上将经历+/-0.7ps/nm的最大色散,而当也沿着与色散-波长曲线440对应的补偿光纤段传播时,光信号经历的最大净色散是+/-0.1ps/nm。类似地,沿着与色散-波长曲线420对应的常规光纤段传播的未经补偿的光信号在给定长度上将经历+1.0ps/nm的最大色散,而当也沿着与色散-波长曲线440对应的补偿光纤段传播时,光信号经历的最大净色散是+0.5ps/nm。并且沿着与色散-波长曲线430对应的常规光纤段传播的未经补偿的光信号在给定长度上将经历-1.2ps/nm的最大色散,而当也沿着与色散-波长曲线440对应的补偿光纤段传播时,光信号经历的最大净色散是-0.6ps/nm。以这种方式减小光信号在光纤***上经历的最大净色散允许人们设计具有增加的带宽和/或物理范围的光通信***,同时确保最大色散值保持低于较短的未经补偿的***。因此,本发明导致O波段光通信***的带宽和/或物理范围增加。
图5例示了对于作为O波段光通信***一部分的光纤***中使用的第一光纤段和第二光纤段的色散-波长曲线。更特别地,图5例示了如可能在波分复用设计(诸如与CDWM4标准兼容的设计)的光通信***中使用的光纤***的色散-波长曲线。曲线图500具有表示光信号的波长的x轴501和示出不同波长处的光信号的光的色散的y轴502。对于CWDM4标准的可接受的波长和色散参数一般性地由方框550示出,其中可接受的光信号波长域551为1264.5nm至1337.5nm,并且可接受的色散范围552为-11.9ps/nm至+6.7ps/nm。虽然示出了对于CWDM4标准的参数,但是本发明不限于该特定的波分复用设计。许多其它波分复用实施例(例如与LR4标准兼容的实施例)也是本发明所考虑的。
三个不同的色散-波长曲线510、520、530与作为第一光纤段306的图3中所示类型的三个不同的常规光纤段对应,每个光纤段分别具有在1312nm、1303nm和1321nm处的不同的零色散波长511、521、531。三个色散-波长曲线510、520、530均具有正斜率。第四色散-波长曲线540与作为第二光纤段的图3中所示类型的补偿光纤段对应,在1312nm处具有零色散波长541。色散-波长曲线540具有负斜率。虽然零色散波长511、521、531、541可以在O波段内的任何地方,但是在许多实施例中,零色散波长511、521、531、541将在1285nm和1330nm之间。在许多实施例中,零色散波长541将在与常规光纤段对应的零色散波长的30nm内,优选地在20nm内,尽管这些零色散波长之间的间隔可以更大,但仍然在O波段的域内。对于图5中所示的色散-波长曲线,假设常规光纤段的长度为2000米,并且假设补偿光纤段是常规光纤段的长度的十分之一,即,长度为200米。但是,将认识到的是,图5中所示的曲线仅仅是示例性的,不同的实施例可以具有与常规光纤段和补偿光纤段的不同长度、常规光纤段与和补偿光纤段之间的不同长度比、不同的光纤材料和/或不同的波导设计对应的不同色散-波长曲线。
在具有拥有色散-波长曲线510的常规光纤段的实施例中,与色散-波长曲线540相关联的补偿光纤段在光信号具有短于零色散波长511的波长并在常规光纤段中经历负色散时提供正色散补偿。补偿光纤段在沿着常规光纤段行进的光信号具有长于其零色散波长511的波长并经历正色散时提供负色散补偿。因此,取决于沿着与色散-波长曲线510相关联的常规光纤段传播的光信号中的光的波长,与色散-波长曲线540相关联的补偿光纤段可以提供正色散补偿和负色散补偿。
波长域551内的四个波段553、554、555、556与可以组合在一起以产生复用的光信号的不同波长对应,例如根据CWDM4标准。根据本发明的O波段光通信***的不同实施例不限于仅使用四个不同的波段,还可以使用不同数量的波段。
在一些实施例中,一个或多个波段中的光可以在沿着常规光纤段传播时仅经历负色散,例如波段553、554,而一些波段中的光可以在沿着常规光纤段传播时仅经历正色散,例如波段556。其它波段中的光可以在沿着常规光纤段传播时经历或者正色散或者负色散,例如波段555,这取决于波段内光的特定波长。
在采用与色散-波长曲线520相关联的常规光纤段的另一个实施例中,当波长域551内的光信号具有短于零色散波长521的波长(在短波长子域560中)并且在沿着常规光纤段传播时经历负色散时,具有色散-波长曲线540的补偿光纤段提供正色散补偿。短波长子域560与光在沿着具有色散-波长曲线520的常规光纤段行进时经历负色散且在沿着具有色散-波长曲线540的光纤段行进时经历正色散的波长范围对应。
在相同实施例中,当波长域551内的光信号具有长于零色散波长521的波长(在长波长子域562中)且在沿着常规光纤段传播时经历正色散时,具有色散-波长曲线540的光纤段提供负色散。长波长子域562覆盖光在沿着具有色散-波长曲线520的常规光纤段行进时经历正色散且在沿着具有色散-波长曲线540的补偿光纤段行进时经历负色散的波长范围。因此,取决于光信号中光的波长,具有色散-波长曲线540的补偿光纤段能够分别在短波长子域560和长波长子域562中提供正色散补偿和负色散补偿。
在以类似方式工作的另一个示例性实施例中,取决于沿着与色散-波长曲线530以及零色散波长531相关联的常规光纤段传播的光信号中光的波长,具有色散-波长曲线540的补偿光纤段分别在短波长子域563和长波长子域561中提供正色散补偿和负色散补偿。
在采用与色散-波长曲线530相关联的常规光纤段的另一个示例性实施例中,具有色散-波长曲线540的补偿光纤段在光信号沿着常规光纤段行进时经历负色散且具有短于曲线530的零色散波长531和曲线540的零色散波长541的波长时提供正色散补偿。类似地,具有色散-波长曲线540的补偿光纤段在光信号沿着常规光纤段行进时经历正色散并且具有长于曲线530的零色散波长531和曲线540的零色散波长541的波长时提供负色散补偿。因此,与色散-波长曲线540相关联的补偿光纤段至少对于由沿着与色散-波长曲线530相关联的常规光纤段传播的光信号所经历的负色散和正色散的最极端情况提供正色散补偿和负色散补偿。
在以类似方式工作的另一个示例性实施例中,与色散-波长曲线540相关联的补偿光纤段至少对于沿着与色散-波长曲线520和零色散波长521相关联的常规光纤段传播的光信号所经历的负色散和正色散的最极端情况提供正色散补偿和负色散补偿。
示例性色散-波长曲线510、520、530都与特定长度的常规光纤段对应。类似地,示例性色散-波长曲线540与长度通常短于常规光纤段的长度的补偿光纤段对应。将认识到的是,如果对应光纤段的长度增加或减小,那么示例性色散-波长曲线510、520、530、540可能将具有不同的形式,诸如不同的斜率。
对于与色散-波长曲线510、520、530相关联的每个常规光纤段以及与色散-波长曲线540相关联的补偿光纤段,下表示出了光信号在沿着光纤***传播之后在波长域551的极端处的净色散。
Figure GDA0003286321110000181
对于与色散-波长曲线510相关联的常规光纤段,1264.5nm的光信号的色散为-9.0ps/nm,而1337.5nm的光信号的色散为+4.5ps/nm。与色散-波长曲线540对应的补偿光纤段对于1264.5nm处的光信号提供+8.5ps/nm的色散,对于1337.5nm处的光信号提供-4.5ps/nm的色散。因此,在沿着与色散-波长曲线510对应的常规光纤段和与色散-波长曲线540对应的补偿光纤段传播之后,1264.5nm处的光信号将经历-0.5ps/nm的净色散,1337.5nm处的光信号将经历0.0ps/nm的净色散。
对于与色散-波长曲线520和530对应的常规光纤段,可以看到类似的结果。即,在沿着与色散-波长曲线520对应的常规光纤段和与色散-波长曲线540对应的补偿光纤段传播之后,1264.5nm处的光信号将经历+1.5ps/nm的净色散,1337.5nm处的光信号将经历+1.5ps/nm的净色散。并且,在沿着与色散-波长曲线530对应的常规光纤段和与色散-波长曲线540对应的补偿光纤段传播之后,1264.5nm处的光信号将经历-2.5ps/nm的净色散,1337.5nm处的光信号将经历-1.5ps/nm的净色散。
因此,沿着与色散-波长曲线510对应的常规光纤段传播的未经补偿的光信号在给定长度上将经历-9.0ps/nm的最大色散,而当也沿着与色散-波长曲线540对应的补偿光纤段传播时,光信号经历的最大净色散是-0.5ps/nm。类似地,沿着与色散-波长曲线520对应的常规光纤段传播的未经补偿的光信号在给定长度上将经历-7.0ps/nm的最大色散,而当也沿着与色散-波长曲线540对应的补偿光纤段传播时,光信号经历的最大净色散是+1.5ps/nm。沿着与色散-波长曲线530对应的常规光纤段传播的未经补偿的光信号在给定长度上将经历-11ps/nm的最大色散,而当也沿着与色散-波长曲线540对应的补偿光纤段传播时,光信号经历的最大净色散是-2.5ps/nm。以这种方式减小光信号在光纤***上经历的最大净色散允许设计具有增加的带宽和/或物理范围的光通信***,同时确保最大色散值保持低于较短的未经补偿的***。因此,本发明导致O波段光通信***的带宽和/或物理范围增加。
在回顾本说明书后,本发明可以应用的各种修改、等同处理以及众多结构对于本发明所针对的领域的技术人员来说是清楚的。权利要求旨在涵盖这些修改和设备。
如上所述,本发明适用于光纤通信和数据传输***。因而,不应当认为本发明局限于上述特定示例,而应当理解为涵盖所附权利要求中公正阐述的本发明的所有方面。
Figure GDA0003286321110000191
Figure GDA0003286321110000201
Figure GDA0003286321110000211
Figure GDA0003286321110000221

Claims (38)

1.一种O波段光通信***,包括:
第一发送器部分,生成波长在1260nm和1360nm之间的第一光信号;
第一接收器部分,用于接收第一光信号;
第一光纤***,耦合在第一发送器部分和第一接收器部分之间,以将第一光信号从第一发送器部分发送到第一接收器部分;
其中第一光纤***至少包括与第二光纤段串联耦合的第一光纤段,第一光纤段具有正色散-波长梯度和第一零色散波长,第二光纤段具有负色散-波长梯度和第二零色散波长,第二零色散波长不同于第一零色散波长,光信号沿着第一光纤段和第二光纤段二者从第一发送器部分向第一接收器部分传播,
其中,当沿着第一光纤段传播的第一光信号的光具有短于第一零色散波长的波长并经历第一量的负色散时,第一量的负色散至少部分地由沿着第二光纤段传播所产生的第一量的正色散补偿,以及
其中,当沿着第一光纤段传播的第一光信号的光具有长于第一零色散波长的波长并经历第二量的正色散时,第二量的正色散至少部分地由沿着第二光纤段传播所产生的第二量的负色散补偿。
2.如权利要求1所述的O波段光通信***,其中第一零色散波长在1295-1330nm的域中。
3.如权利要求1所述的O波段光通信***,其中第二零色散波长在1295-1330nm的域中。
4.如权利要求1所述的O波段光通信***,其中光通信***是多个并行光纤设计。
5.如权利要求1所述的O波段光通信***,其中光通信***是波分复用设计。
6.如权利要求5所述的O波段光通信***,其中第一光信号处于第一波段中并且当沿着第一光纤段传播时经历第一量的负色散,以及由发送器部分生成的第二光信号处于第二波段中并且当沿着第一光纤段传播时经历第二量的正色散。
7.如权利要求1所述的O波段光通信***,其中沿着第一光纤***从第一发送器部分向第一接收器部分传播的第一光信号沿着第一光纤段传播,然后沿着第二光纤段传播。
8.如权利要求1所述的O波段光通信***,其中沿着第一光纤***从第一发送器部分向第一接收器部分传播的第一光信号沿着第二光纤段传播,然后沿着第一光纤段传播。
9.如权利要求1所述的O波段光通信***,其中第一发送器部分生成在短于第一零色散波长的波长处的第一光信号和在长于第一零色散波长的波长处的第二光信号。
10.如权利要求9所述的O波段光通信***,其中第一光信号经历沿着第一光纤段传播的第一量的负色散并经历沿着第二光纤段传播的第一量的正色散,并且第二光信号经历沿着第一光纤段传播的第二量的正色散并经历沿着第二光纤段传播的第二量的负色散。
11.一种O波段光通信***,包括:
第一发送器部分,生成在1260nm和1360nm之间的第一波长域内的第一光信号;
第一接收器部分,用于接收第一光信号;
第一光纤***,耦合在第一发送器部分和第一接收器部分之间,以将第一光信号从第一发送器部分发送到第一接收器部分;
其中第一光纤***至少包括与第二光纤段串联耦合的第一光纤段,第一光纤段具有正色散-波长梯度和第一零色散波长,第二光纤段具有负色散-波长梯度和第二零色散波长,第二零色散波长不同于第一零色散波长,光信号沿着第一光纤段和第二光纤段二者从第一发送器部分向第一接收器部分传播,
其中,当沿着第一光纤段传播的第一光信号的光具有在第一波长域的短波长子域中的短于第一零色散波长的波长并经历第一量的负色散时,第一量的负色散至少部分地由沿着第二光纤段传播所产生的第一量的正色散补偿,以及
其中,当沿着第一光纤段传播的第一光信号的光具有在第一波长域的长波长子域中的长于第一零色散波长的波长并经历第二量的正色散时,第二量的正色散至少部分地由沿着第二光纤段传播所产生的第二量的负色散补偿。
12.如权利要求11所述的O波段光通信***,其中第一零色散波长在1295-1330nm的域中。
13.如权利要求11所述的O波段光通信***,其中第二零色散波长在1295-1330nm的域中。
14.如权利要求11所述的O波段光通信***,其中光通信***是多个并行光纤设计。
15.如权利要求11所述的O波段光通信***,其中光通信***是波分复用设计。
16.如权利要求15所述的O波段光通信***,其中第一光信号处于短波长子域的第一波段中并且当沿着第一光纤段传播时经历第一量的负色散,并且由发送器部分生成的第二光信号处于长波长子域的第二波段中并且当沿着第一光纤段传播时经历第二量的正色散。
17.如权利要求11所述的O波段光通信***,其中沿着第一光纤***从第一发送器部分向第一接收器部分传播的第一光信号沿着第一光纤段传播,然后沿着第二光纤段传播。
18.如权利要求11所述的O波段光通信***,其中沿着第一光纤***从第一发送器部分向第一接收器部分传播的第一光信号沿着第二光纤段传播,然后沿着第一光纤段传播。
19.如权利要求11所述的O波段光通信***,其中第一发送器部分生成在短于第一零色散波长的波长处的第一光信号和在长于第一零色散波长的波长处的第二光信号。
20.如权利要求19所述的O波段光通信***,其中第一光信号经历沿着第一光纤段传播的第一量的负色散并经历沿着第二光纤段传播的第一量的正色散,并且第二光信号经历沿着第一光纤段传播的第二量的正色散并经历沿着第二光纤段传播的第二量的负色散。
21.一种O波段光通信***,包括:
第一发送器部分,生成波长在1260nm和1360nm之间的第一光信号;
第一接收器部分,用于接收第一光信号;
第一光纤***,耦合在第一发送器部分和第一接收器部分之间,以将第一光信号从第一发送器部分发送到第一接收器部分;
其中第一光纤***至少包括与第二光纤段串联耦合的第一光纤段,第一光纤段具有正色散-波长梯度和第一零色散波长,第二光纤段具有负色散-波长梯度和第二零色散波长,第二零色散波长不同于第一零色散波长,光信号沿着第一光纤段和第二光纤段二者从第一发送器部分向第一接收器部分传播,
其中,当沿着第一光纤段传播的第一光信号的光具有短于第一零色散波长和第二零色散波长的波长并经历第一量的负色散时,第一量的负色散至少部分地由沿着第二光纤段传播所产生的第一量的正色散补偿,以及
其中,当沿着第一光纤段传播的第一光信号的光具有长于第一零色散波长和第二零色散波长的波长并经历第二量的正色散时,第二量的正色散至少部分地由沿着第二光纤段传播所产生的第二量的负色散补偿。
22.如权利要求21所述的O波段光通信***,其中第一零色散波长在1295-1330nm的域中。
23.如权利要求21所述的O波段光通信***,其中第二零色散波长在1295-1330nm的域中。
24.如权利要求21所述的O波段光通信***,其中光通信***是多个并行光纤设计。
25.如权利要求21所述的O波段光通信***,其中光通信***是波分复用设计。
26.如权利要求25所述的O波段光通信***,其中第一光信号处于第一波段中并且当沿着第一光纤段传播时经历第一量的负色散,并且由发送器部分生成的第二光信号处于第二波段中并且当沿着第一光纤段传播时经历第二量的正色散。
27.如权利要求21所述的O波段光通信***,其中沿着第一光纤***从第一发送器部分向第一接收器部分传播的第一光信号沿着第一光纤段传播,然后沿着第二光纤段传播。
28.如权利要求21所述的O波段光通信***,其中沿着第一光纤***从第一发送器部分向第一接收器部分传播的第一光信号沿着第二光纤段传播,然后沿着第一光纤段传播。
29.如权利要求21所述的O波段光通信***,其中第一发送器部分生成在短于第一零色散波长的波长处的第一光信号和在长于第一零色散波长的波长处的第二光信号。
30.如权利要求29所述的O波段光通信***,其中第一光信号经历沿着第一光纤段传播的第一量的负色散并经历沿着第二光纤段传播的第一量的正色散,并且第二光信号经历沿着第一光纤段传播的第二量的正色散并经历沿着第二光纤段传播的第二量的负色散。
31.一种O波段光通信***,包括:
第一发送器部分,生成波长在1260nm和1360nm之间的第一光信号;
第一接收器部分,用于接收第一光信号;
第一光纤***,耦合在第一发送器部分和第一接收器部分之间,以将第一光信号从第一发送器部分发送到第一接收器部分;
其中第一光纤***至少包括与第二光纤段串联耦合的第一光纤段,第一光纤段具有正色散-波长梯度和第一零色散波长,第二光纤段具有负色散-波长梯度和第二零色散波长,第二零色散波长不同于第一零色散波长,光信号沿着第一光纤段和第二光纤段二者从第一发送器部分向第一接收器部分传播;以及
其中第一零色散波长在第二零色散波长的20nm之内。
32.如权利要求31所述的O波段光通信***,其中第一零色散波长在1295-1330nm的域中。
33.如权利要求31所述的O波段光通信***,其中第二零色散波长在1295-1330nm的域中。
34.如权利要求31所述的O波段光通信***,其中光通信***是多个并行光纤设计。
35.如权利要求31所述的O波段光通信***,其中光通信***是波分复用设计。
36.如权利要求31所述的O波段光通信***,其中沿着第一光纤***从第一发送器部分向第一接收器部分传播的第一光信号沿着第一光纤段传播,然后沿着第二光纤段传播。
37.如权利要求31所述的O波段光通信***,其中沿着第一光纤***从第一发送器部分向第一接收器部分传播的第一光信号沿着第二光纤段传播,然后沿着第一光纤段传播。
38.如权利要求31所述的O波段光通信***,其中第一发送器部分生成在短于第一零色散波长的波长处的第一光信号和在长于第一零色散波长的波长处的第二光信号。
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