[发明专利]用于孤立子的分布式光纤放大器

说明书

发明背景

本发明涉及设计用以传输孤立子信号的分布式光纤放大器。特别地，对分布式光放大器进行优化，以平衡自相位调制和线性色散，并将长的不再生的距离上位速率极高的孤立子-孤立子干扰影响减至最小。

孤立子是一种光脉冲，当其在理想光纤内传播时，其时域或者光谱波长域均不会改变。所谓理想波导指的是波导是无耗的并具有总色散，(也称为群速色散)，它连同孤立子的自相位调制用以维持孤立子的恒定性。非线性自相位调制取决于孤立子的强度。因此，孤立子仅当其强度处于平衡总波导色散和自相位调制所需的值时才是不变的。如果光波导内的传播距离不太长，则当该强度值不同于为恒定性所需的值时，孤立子仍能传送信息。

光放大器引入电信系统已经使孤立子数据传输成为实际可行。在局部化或集中光放大器，即，例如搀铒光纤的长度短于几十米的那些放大器的情况下，放大器之间的间距必须小于孤立子的周期。孤立子的周期由关系式z₀＝9.53×10^-5×T²/λ²D给出，其中，z₀为孤立子周期，T为孤立子脉宽(单位为ps)，λ为孤立子波长(单位为nm)，D为总色散(单位为ps/nm-km)。从该关系式的形式可见，孤立子周期随着孤立子脉宽的减小而减小。这样，对于要求高数据速率的系统，即意味着小的孤立子宽度，光放大器的间距变短。在40Gbps下，光放大器间距必须小于10km，由此给系统带来高的原始成本和重的维护负担。

对该间距问题的潜在的解决方案是提供分布式光纤放大器，其中，搀杂剂，(例如铒)基本上是沿着光纤的整个长度分布的。通过按合适的长度间隔将预选的泵光能量耦合入波导，光纤可以在局部基础上做到无耗，这样，孤立子的强度就不会随着长度而明显地改变。

为了达到利用分布式光放大器实现传输基本上无变化的孤立子的条件，

-必须考虑波导中的泵信号的衰减；

-沿着光纤的铒的浓度必须选择得较高足以提供无损耗的传输和适当的泵光效率；

-沿着光纤的铒的浓度必须低到足以使局部增益保持为低，以提供小的孤立子强度偏移。

1991年2月出版的<光波技术杂志>第9卷第2期上由Simpson等人发表的   “分布式搀铒色散位移光纤放大器的性能”一文，以及1993年出版的<日本电子学和电信>第一部分，第75-B-I卷第3期上由Wada等人发表的“分布式搀铒光纤的损耗补偿特性和噪声性能”一文讨论了分布式光放大器的概念。这些出版物的每一篇都强调了使孤立子能量偏差保持得较小的必要性。参见Simpson等人一文第228页，第2列，第2段，“将来的超高比特速率系统将要求…仅有较小信号幅值偏移的透明传输线”，以及第231页概要部分，“制造铒浓度更低、损耗更低的光纤的持续的努力将…改善这些分布式光放大器的性能”。参见Wada等人一文第75页，第2列，第1段，“尤其当N＝1的孤立子传播中，为了沿着传播距离保持脉动形状沿着传播距离，必须将脉冲-能量偏差保持在约20％以下，故要求光学信号传输具有较小的变化值”。Wada等人进一步说明采用双向泵激提供最长补偿长度的优点(见概要部分第75页，第1和第2段)。

与这些出版物不同的是，本发明教导了对于中等长度的系统(例如以下考虑的长度为50km至500km范围的那些例子)的孤立子信号偏差的不同限制。此外，对于这些系统，本发明的教导与有关双向泵激与单向泵激比较拥有好处的文献不同。这种相反的教导起源于对整个中等系统长度内的孤立子-孤立子交互作用的细致评价，中等系统长度可以产生孤立子脉冲和孤立子碰撞的定时起伏，即，把两个相邻的孤立子缩成单个脉冲。

发明概述

本发明的第一方面为一种分布式搀铒光放大器，通过规定孤立子脉冲功率偏移在约+3.0dB至+5.2dB的范围，增大了电子信号再生器之间的距离。孤立子功率偏移相对于通称为序号为1(order 1)的基本孤立子功率的参考孤立子功率而测量，此时，自相位调制与上述总色散D平衡。系统工作波长λ位于所谓的异常区域内，其中，λ＞λ₀，(λ₀为零色散波长)。分布式放大器光纤具有净的正总色散D。总色散D(它在与孤立子周期z₀相比较小的长度内可以有提供净的总色散D的负偏移)为正。第08/559,954号美国专利申请披露了具有产生正色散D的纤芯折射率分布的光纤的几个例子。泵光耦合到光纤放大器以激励铒原子至提供对信号功率放大的能态。铒限定在光纤的纤芯区域。