具有遠程光學泵浦式放大器的多區段光通信鏈路的制作方法

本申請要求于2014年3月19日提交的美國臨時申請序列號為61/955486的優先權，該臨時專利申請以引證方式全部結合于此。

背景技術：

光纖通信網絡通過在網絡節點之間提供高速數據而作為信息時代的關鍵需求。光纖通信網絡包括互連光纖鏈路的聚集。簡而言之，光纖鏈路涉及以光形式將信息將信息發射到光纖中的光信號源。由于內部反射的原理，光信號通過光纖傳播直到其最終被接收到光信號接收器中。如果光纖是雙向的，則信息可以通常使用獨立光纖以反向方式光通信。

光纖鏈路在各種應用中使用，每個要求不同的光纖鏈路長度。例如，相對短的光纖鏈路可以用于通信在計算機及其附近周邊設備的信息，或在本地視頻源(諸如DVD或DVR)和電視機之間的信息。然而，在相反的極端，當信息在兩個網絡節點之間進行通信時光纖鏈路可以延伸數百千米或甚至數千千米。

長途和超長途光學傳輸是指在長達數百或數千千米的長光纖鏈路上的光信號傳輸。通常，長途光學傳輸涉及使用波分復用(WDM)或密集波分復用(DWDM)在單個光纖上在獨立信道上傳輸光信號，其中每個信道對應于光的不同波長。

使用WDM或DWDM在如此長距離上傳輸光信號存在巨大技術挑戰，尤其是在以千兆比特/信道范圍計的高比特率的情況下。對于在高速長途和超長途光學通信中的任何改進會要求顯著時間和資源。每次改進可以表示顯著進步，因為此類改進常引起在全球范圍內通信的更廣泛可用性。因此，此類進步可以潛在加速人類合作、學習、商貿等的能力，使地理位置變得越來越相關。

技術實現要素：

在本文所述的至少一個實施方式涉及在多區段光通信鏈路中遠程光學泵浦式放大器的使用。后向拉曼泵浦模塊在包含遠程光學泵浦式放大器的光通信區段中執行向后拉曼放大。然后，后向拉曼泵浦功率的殘余量用于驅動遠程光學泵浦式放大器。遠程光學泵浦式放大器可以在距后向拉曼泵浦模塊40千米至120千米的光學距離上定位，使得遠程光學泵浦式放大器接收至少三毫瓦殘余拉曼泵浦功率。拉曼泵浦模塊可為多泵浦式拉曼泵浦模塊。光通信鏈路可為地面光通信鏈路，其中遠程光學泵浦式放大器定位在接合保護器盒或其他外殼中。

可以在光通信鏈路中存在多個光通信區段，該光通信鏈路相似地包含由后向拉曼泵浦模塊驅動的遠程光學泵浦式放大器。控制器可以控制由后向拉曼泵浦模塊的泵浦中的至少一個提供的泵浦功率量，以便至少部分地補償與由遠程光學泵浦式放大器和后向拉曼泵浦模塊引入的相對于波長變化的光信號強度。該控制可以基于與在后向拉曼泵浦模塊或后向拉曼泵浦模塊下游處或者在接近后向拉曼泵浦模塊或后向拉曼泵浦模塊下游的波長變化相對的光信號功率的測量結果。

提供本發明內容來以簡化形式引入概念的選擇，這些概念在以下具體實施方式中進一步描述。本發明內容不旨在識別要求保護的主題的關鍵或重要特征，也不旨在用于幫助確定請求保護的主題的范圍。

附圖說明

為了描述可以獲得以上引述和其他優點及特征的方式，將參考附圖呈現各實施方式的更具體描述。應當理解，這些附圖僅描繪樣本實施方式且因此不應認為限制本方發明的范圍，通過使用附圖將借助附加特異性和細節來描述和解釋這些實施方式，在附圖中：

圖1示意性地示出可以采用本文描述的原理的示例光通信系統；

圖2示意性地示出多區段式光通信鏈路，其中遠程光學泵浦式放大器在多于一個光學通信區段中利用；以及

圖3示出用于控制與在多區段式光通信鏈路中的波長相對的光信號功率的方法的流程圖。

具體實施方式

雖然本文所描述原理不限于具有現將描述的優點的實施方式，但一些本文所描述實施方式涉及多區段式光通信鏈路中的遠程光學泵浦式放大器。后向拉曼泵浦模塊在包含遠程光學泵浦式放大器的光通信區段中執行向后拉曼放大。然后，后向拉曼泵浦功率的殘余量用于驅動遠程光學泵浦式放大器。遠程光學泵浦式放大器可以在距后向拉曼泵浦模塊40千米至120千米的光學距離上定位，使得遠程光學泵浦式放大器接收至少三毫瓦殘余拉曼泵浦功率。拉曼泵浦模塊可為多泵浦式拉曼泵浦模塊。光通信鏈路可為地面光通信鏈路，其中遠程光學泵浦式放大器定位在接合保護器盒或其他外殼中。

在一個通信鏈路中可以存在多個光通信區段，光通信區段相似地包含由后向拉曼泵浦模塊驅動的遠程光學泵浦式放大器。控制器可以控制由后向拉曼泵浦模塊的泵浦中的至少一個提供的泵浦功率量，以便至少部分地補償由遠程光學泵浦式放大器和后向拉曼泵浦模塊引入的相對于波長變化的光信號強度。該控制可以基于在后向拉曼泵浦模塊或后向拉曼泵浦模塊下游處或者在接近后向拉曼泵浦模塊或后向拉曼泵浦模塊下游的相對于波長變化的光信號功率的測量結果。

圖1示意性地示出可以采用本文描述的原理的示例光通信系統100。在光通信系統100中，通過使用光信號在終端101和102通信信息。對于在本應用內使用的慣例目的，從終端101至終端102行進的光信號將被稱為“東部”，而從終端102至終端101行進的光信號將被稱為“西部”。因此，光通信系統100包括從終端101引向終端102的東部光通信鏈路和從終端102引向101的西部光通信鏈路。

術語“東部”和“西部”僅僅是用于允許容易區分在相反方向上行進的兩種光信號的技術術語。使用術語“東部”和“西部”不意指在圖1中的組件的任何實際地理關系，也不意指光信號的任何實際物理方向。例如，即使本文使用的慣例具有從終端101行進到終端102的“東部”光信號，終端101也可以地理上定位在終端102的東部。

在一個實施方式中，光信號為波分復用(WDM)和潛在地密集波分復用(DWDM)。在WDM或DWDM中，信息通過在下文稱為“光波長信道”的多個不同光信道中的每個進行通信。將用于光通信的特定頻率分配給每個光波長信道。落入特定頻率內的信號將被稱為相應光波長信號。因此，為了使用WDM或DWDM光信號通過東部光通信鏈路進行通信，終端101可以具有“n”個光發射器111(包括光發射器111(1)到111(n)，其中n是正整數)，其中每個光發射器用于通過對應東部光波長信道傳輸。同樣，為了通過西部光鏈路進行通信，終端102可以具有“n”個光發射器121，包括光發射器121(1)到121(n)，其中每個光發射器也用于通過對應西部光波長信道傳輸。

然而，本文描述的原理不限于東部光波長信道的數量與西部光波長信道的數量相同的通信。此外，本文描述的原理不限于光發射器中的每個的精確結構。然而，激光器是用于在特定頻率傳輸的合適的光發射器。就是說，光發射器可各自為多個激光發射器，并在頻率范圍內可調諧。

對于用于在東方向上進行光傳輸的東部信道，終端101使用光復用器112將來自光發射器111的每個東部光波長信號復用成單個東部光信號，其然后可在被發射到第一光纖通信區段114(1)上之前由東部光放大器113可選地放大。

在東部和西部光通信鏈路中的每一個中在終端101和102之間存在總共“m”個中繼器115和“m+1”個光纖通信區段114。然而，不要求東部和西部光通信鏈路中的每個中的中繼器的數量相等。在無中繼的光通信系統中，“m”為零，使得在終端101和102之間只有單個光纖通信區段114(1)并且無中繼器。在中繼光通信系統中，“m”將是一或更大。如果存在中繼器，則每個中繼器可以消耗電力從而放大光信號。

來自最終光纖通信區段114(m+1)的東部光信號然后由可選的光放大器116在終端102處被可選地放大。然后使用光解復用器117將東部光信號解復用成各種波長的光波長信道。然后可以通過包括接收器118(1)至118(n)的對應光接收器118接收和處理各種光波長信道。

對于用于通過西部光通信鏈路在西方向上光傳輸的西部信道，終端102使用光復用器122將來自光發射器121(包括光發射器121(1)到121(n))的西部光波長信號中的每個復用成單個西部光信號。然后，在被傳輸到第一光纖通信區段124(m+1)上之前，可以通過可選的西部光放大器123對復用的光信號進行光放大。如果西部光信道與東部光信道對稱，則再次存在“m”個中繼器125(標記為125(1)到125(m))和“m+1”個光纖通信區段(標記為124(1)至124(m+1))。回想在無中繼環境中，“m”可為零，使得在西部信道中只有一個光纖通信區段124(1)并且沒有中繼器125。

然后來自最終光纖通信區段124(1)的西部光信號由可選的光放大器126在終端101處被可選地放大。然后使用光解復用器127對西部光信號進行解復用，由此由接收器128(包括接收器128(1)至128(n))接收并處理各個波分光信道。終端101和/或102不要求在光通信系統100中示出的所有元件。例如，在一些配置中可以不使用光放大器113、116、123和/或126。此外，如果存在，則根據需要對應的光放大器113、116、123和/或126中的每個可為多個光放大器的組合。

通常，在中繼器之間的光路長度大約相同。中繼器之間的距離將取決于終端到終端總光路距離、數據速率、光纖的質量、光纖的損耗特性、中繼器的數量(如果有的話)、可傳送到每個中繼器的電力(如果有中繼器的話)等。然而，對于高質量單模纖維，中繼器(或在無中繼系統中的從終端到終端)之間的典型光路長度可為大約50千米，并且在實踐中可為在30千米或更小至100千米或更大的范圍內。就是說，本文所描述的原理不限于中繼器之間的任何特定光路距離，也不限于其中光路距離與從一個中繼段到下一個段相同的中繼器系統。

光通信系統100以簡化形式表示，僅用于說明和示例的目的。本文描述的原理可以擴展到更復雜的光通信系統。本文描述的原理可以應用于其中存在多個光纖對的光通信系統，每個光纖對用于通信復用的WDM光信號。此外，本文描述的原理還應用于這樣的光通信，其中存在一個或多個分支節點，其在一個方向上分裂一個或多個光纖對和/或光波長信道，并在另一個方向上分裂一個或多個光纖對和/光波長信道。

圖2示出光通信鏈路200，光通信鏈路200表示圖1的光通信鏈路之一的示例。光通信鏈路200可為圖1的東部光通信鏈路或西部光通信鏈路。在圖2中示出了六個光通信區段201至206(即，在該示例光通信區段200中“m”等于5)。這僅僅是為了說明的目的，因為本文描述的原理可以應用于任何多區段式光通信鏈路。存在與每個光通信區段鄰接的功率放大器。因此，在該示例中存在六個光通信區段，存在七個功率放大器211至217。

功率放大器211和217結合在終端中。例如，如果光通信鏈路200是圖1的東部光通信鏈路，則放大器211結合在圖1的終端101(諸如圖1的放大器113)內，而放大器217結合在圖1的終端102(諸如圖1的放大器116)內。相反，如果光通信鏈路200是圖1的西部光通信鏈路，則放大器211結合在圖1的終端102(諸如圖1的放大器123)內，而放大器217結合在圖1的終端101內(諸如圖1的放大器126)。

另一方面，驅動放大器212到216結合在中繼器內。例如，如果光通信鏈路200是圖1的東部光通信鏈路，則放大器212到216將分別結合在中繼器115(1)到115(5)內，其中在圖1中“m”等于5。另一方面，如果光通信鏈路200是圖1的西部光通信鏈路，則放大器212至216將分別結合在中繼器125(5)至125(1)內。

根據本文所述的原理，光通信區段中的一個或多個已經結合后向拉曼泵浦模塊。例如，在圖2的示例中，光通信區段中的四個具有后向拉曼泵浦模塊。具體地，光通信區段201、202、205和206各自具有相應的拉曼泵浦模塊221、222、225和226，逆光信號進行傳播的相應后向拉曼泵浦功率231、232、235和236，因而提供在相應光通信區段內的光信號的分布式向后拉曼放大。

根據本文所述的原理，具有對應后向拉曼泵浦模塊的至少一個光通信區段中的每一個還已經于其中結合接收后向拉曼泵浦功率殘余量的遠程光學泵浦式放大器(ROPA)，從而執行光信號的離散光放大。例如，在圖2中，光通信區段201包括遠程光學泵浦式放大器241，其接收后向拉曼泵浦功率231的殘余量從而執行光信號的離散光放大。此外，光通信區段206包括遠程光學泵浦式放大器246，其接收后向拉曼泵浦功率236的殘余量從而執行光信號的離散光放大。

在一個實施方式中，遠程光學泵浦式放大器中的一個或多個在距后向拉曼泵浦模塊40千米至120千米的光學距離處定位并且從對應后向拉曼泵浦模塊接收至少三毫瓦的后向拉曼泵浦功率。這些參數提供了相當好的可能性，即存在足夠的殘余拉曼泵浦功率，使得遠程光學泵浦式放大器可以仍然有效地將該功率轉換為光信號的放大，同時仍然許可遠程光學泵浦式放大器在光通信區段中提供顯著的附加距離。

然而傳統遠程光學泵浦式放大器通常由單個泵浦后向拉曼泵浦模塊(其中泵浦光學器件的波長約為1480納米)提供，但是光通信鏈路的一個或多個后向拉曼泵浦模塊可以是多泵浦式模塊。例如，拉曼泵浦模塊221和226中的一個或多個可以是多泵浦式模塊。其余拉曼泵浦模塊222和225同樣可以是多泵浦式模塊。

此類多泵式模塊可以在光通信區段內在所有頻率的光波長信號上更均勻地執行向后拉曼放大。然而，在遠程光學泵浦式放大器接收的殘余反向拉曼泵浦功率仍然主要是相同的波長。這是因為較高頻率泵浦也可以由于拉曼轉換的原理而被轉換成低頻率泵浦。與僅在較低頻率的單個泵浦情況相比，多泵浦式拉曼轉換引起在ROPA的低頻率泵浦中的較高泵浦功率。因此，被設計用于在該波長下最合適放大的遠程光學泵浦放大器仍然可以有效地操作。在一個實施方式中，后向拉曼泵浦模塊包括至少四個不同的泵浦波長，其中最長泵浦波長在1470納米和1510納米之間。

可以提供濾波器以至少部分地補償相對于組合的遠程光學泵浦式放大器和后向拉曼泵浦模塊的波長的信號增益變化。例如，濾波器251可以至少部分地補償由遠程光學泵浦式放大器241引起的信號增益變化和在光通信區段201內由后向拉曼泵浦221引起的向后拉曼放大。此外，濾波器256可以在至少部分地補償由遠程光學泵浦式放大器246引起的信號增益變化和在光通信區段206內由后向拉曼泵浦226引起的向后拉曼放大。或者，可以省略光學濾波器251和256中的一個，從而依賴于另一濾波器來至少部分地補償由兩組遠程光學泵浦式放大器和后向拉曼泵浦模塊引起的信號增益變化。或者，光學濾波器251或256可至少部分地補償由通信鏈路200中的其他元件引起的信號增益變化。光學濾波器251和256可具有固定的頻譜形狀或可為動態的，其允許以電子方式調節頻譜形狀。

濾波器可以位于遠程光學泵浦式放大器內，或者可以位于光通信區段的任一側上的供能節點內。例如，濾波器251可以位于與遠程光學泵浦式放大器241相同的組件內，或者可以位于與放大器211或放大器212相同的組件內。同樣，濾波器256可以位于與遠程光學泵浦式放大器246相同的組件內，或者可以位于與放大器216或放大器217相同的組件內。

光通信鏈路200可為地面光通信鏈路，其中所有光通信區段201至206是地面光通信區段。另選地，光通信鏈路200可以是海底光通信鏈路，其中所有光通信區段201至206都是海底光通信區段。光通信鏈路200還可以是混合型的，其中光通信區段201至206中的一個或多個是地面光通信區段，并且光通信區段201至206中的一個或多個是海底光通信區段。

然而，在一些實施方式中，光通信區段201和206是地面光通信區段。在這種情況下，遠程光學泵浦式放大器241和246位于地面上而非海底環境中。遠程光學泵浦式放大器241至246可能甚至位于相應接合盒261和266內，該接合盒261和266通常用于保護光纖的接合。例如，光纖通常具有幾千米的長度。因此，為了連接幾十或幾百千米的光纖，在光纖中具有周期性的接合。通常提供接合盒來保護一個光纖被接合以交匯另一光纖的區域。這種接合盒也可以用于安裝遠程光學泵浦式放大器。在一些實施方式中，外殼261和266僅容納遠程光學泵浦式放大器，而不容納區段纖維接合。

光通信系統200還包括控制器252。圖3示出用于在多區段光通信鏈路中控制與波長相對的光信號功率的方法300的流程圖。控制器252可以通過首先在光通信區段中的節點處檢測相對于波長的光信號功率波長變化來執行圖3的方法300(動作301)。然后，控制器252調節提供后向拉曼泵浦功率的多泵浦式后向拉曼泵浦模塊中的至少一個泵浦的泵浦功率(動作302)。例如，控制器252可以調節在后向拉曼泵浦模塊221、222、225和226中的泵浦中的一個的泵浦功率。該反饋模式可以繼續在光通信鏈路內的所有光波長信號上提供更均勻的增益，但是存在遠程光學泵浦式放大器和向后拉曼放大。

作為示例，控制器252可以在包含放大器212(或光通信鏈路200中的下游的任何其他節點或放大器，諸如放大器213至217)的組件處監測相對于波長的光信號功率，并且相應地調節后向拉曼泵浦模塊221的一個或多個泵浦的泵浦功率。控制器252可以在包含放大器217的組件處監測相對于波長的光信號功率，并且相應地調節后向拉曼泵浦模塊226的一個或多個泵浦的泵浦功率。

因而，已經描述了將遠程光學泵浦式放大器結合到多區段光通信鏈路中的有效機制。在不脫離本發明的精神或本質特征的情況下，本發明可以以其他具體形式體現。所描述的實施方式在所有方面都被認為僅是說明性的且非限制性的。因此，本發明的范圍由所附權利要求書而不是前面的描述來指示。在權利要求的等同物的含義和范圍內的所有改變將被包括在其范圍內。