[发明专利]用于光纤传输系统的可切换光纤器件及其部件

说明书

本发明概括地说涉及光纤传输系统及其中所用的信号放大部件，具体地说涉及用于光纤传输系统可在其中有选择地实现不同数量的信号增益、色散或滤波(吸收)的光纤器件及其部件。

应用光纤技术的通信传输系统由于其良好性能，在作为工业标准方面已超过以金属线为基础的系统。例如，光纤系统可比以金属线为基础的系统提供高得多的带宽，它相对地不受电磁干扰的影响，而且比金属线为基础的系统更安全可靠。而且，光纤放大器等部件由于其显示的优点正在使老式的中继器和再生器相形见绌。

当最初引入光纤传输系统时，它们的带宽能力可以容易地满足当时的要求。但是现在对带宽的要求已大大增加，因此在色散控制方面也对低带宽系统提出了新的挑战。

众所周知，光纤会呈现色散；即光纤所传播的信号中的不同波长以不同速度在光纤中传输。虽然低带宽信号的色散效应并不太显著，当信号带宽增大时，信号色散就可能变成限制性的因素。例如近代光纤传输系统的数据传输率可达每秒2.5千兆比特。在数据率超过每秒2.5千兆比特时，常需进行色散补偿，以得到可靠的、无误码的传输。在长距离光纤传输系统中补偿色散的一种方法，是在系统中提供一段预定长度的色散补偿光纤。如果已知传输系统某一区段的色散特性，就可提供一段适当长度的色散补偿光纤，以减小或消除系统的总色散。这样的方法已在1994年11月1日授于Antos的美国专利5,361,234号中指出，这里引用该专利作参考。

众所周知，标准传输光纤是设计成使其对1550nm波段传输窗口的信号产生最低的衰减，而在1300nm波段窗口产生最小的色散。由于大部分传输发生在1550nm窗口，因此色散效应就成为问题。新的长距离光纤传输系统可装入色散偏移光纤以控制在较长的传输波长下的色散。但是目前已安装了数百万公里的光纤传输线路，其中的光纤是在1300nm窗口具有最小色散。因此对在1550nm波段的传输信号，它所呈示的色散量就大到需要补偿的程度。此外，当传输信号的数据率例如由2.5Gbit/s提高至40Gbit/s这样非常高的速率时，系统中可容许的色散量减低，因而希望色散补偿是可调的。迄今为止，还未有方便的方法对光纤传输系统的色散作特定的现场补偿或可调地作现场调节。

光纤传输系统的另一固有特征是由光纤内各种损耗机制引起的信号衰减。事实上，尽量减少色散和衰减是新的和现存的光纤传输系统都要遇到的两个主要设计难题。由于光纤损耗，信号再生器(概括而言)和光纤放大器(具体而言)是光纤传输系统中必不可少的部件。实际上，光纤放大器一般或者单独地或者相结合地设置于系统的起始部分和末端，分别作为功率放大器和前置放大器，而在光纤系统的中间部分作为在线放大器。现代的光纤放大器包含一根掺有稀土元素(如铒)的光纤(增益光纤)。增益光纤用一激发光源进行抽运，该光源的波长小于光纤中传输的通信信号的主要波长。抽运波长和信号波长沿着同一光纤路径传播。在信号传输路径中可加入附加的增益光纤长度，为通信信号提供进一步的放大。例如，根据在光纤放大器上游和下游的部件以及它们与放大器的距离，可在功率放大器增益光纤上增加一段附加长度的增益光纤，而将功率放大器用作在线放大器。同样，可在系统中加入附加长度的掺杂光纤，以对信号波段中的一种或多种波长产生滤波效应，从而对增益谱整形或使增益均衡化(取决于在这些光纤中是否存在或去除了抽运信号)，这对波分复用(WDM)是很重要的。这样的方法已在美国专利5,131,069(Hall)中指出。但正如色散调节的情况一样，迄今为止还没有方便的方法在光纤传输系统中对通信信号增益作特定的现场调节，或是对信号和/或抽运波长进行滤波。