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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410504706.1(22)申请日 2014.09.26H04B 10/2525(2013.01)H04B 10/25(2013.01)(71)申请人 国网四川省电力公司信息通信公司地址 610000 四川省成都市武侯区人民南路四段 63 号三、四层申请人 国家电网公司(72)发明人 戴睿 徐泽晖 张颖 杨鸿昌徐亮 张瑞强 杜书 陈昶(74)专利代理机构 北京恒都律师事务所 11395代理人 李向东(54) 发明名称一种光弧子光传输系统(57) 摘要本发明涉及一种光弧子光传输系统，随着电网业务的不断拓展，电力通信传输系统的传输速率。
2、越来越高、距离越来越长，而随着光纤制作工艺的提高，光纤的损耗已接近理论极限 , 因此光纤色散便成为实现超大容量光纤通信函待解决的问题。由于光弧子通信能采用光时分、光偏分及光波分等多种复用技术，其传输码率有极大的提高潜力，光弧子是光波能量的特定传输方式。理想光纤中的一阶光弧子传输可保持光纤脉冲形状不变，是高速长距离光通信的理想方式。本发明利用光孤子进行通信可以很好地解决光传输中色散的问题。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图1页(10)申请公布号 CN 104506237 A(43)申请公布日 2015.04.08CN 1。
3、04506237 A1/1 页21.一种光弧子光传输系统，其特征在于 ：由电源 (AC、DC)、光弧子源、光谱窗 (FP)、控制器、耦合器、光放大器 (EDFA1和 EDFA2)、色散位移光纤、功率计和自相关仪组成，光弧子源是增益开关半导体激光器(DFB)，以2.5GHz正弦电流调制，并通过FP光谱窗消啁啾，得到波长1.553m、脉宽为 18ps、时间带宽积为 0.324 的近变换极限光脉冲 ；光脉冲经两个光纤放器 EDFA1和 EDFA2放大以后注入 21km 色散位移光纤 (DSF)，EDFA1和EDFA2分别由1480nm和980nmLD泵浦，泵浦光经波分复用藕合器注入掺饵光纤，在泵浦光。
4、的作用下，Er+3离子的4I15/2和4I13/2能级间形成粒子数反转，对 1550nm 信号光有放大作用，DSF 由三段反常色散 (D0) 光纤熔接组成，平均色散 D 2.4ps/kmnm，总损耗为 7dB ；入射光脉冲及经光纤传输后输出光脉冲的宽度均由二次谐波强度自相关仪 (SHG) 测量，判断是否是实现光弧子传输的基本方法是比较光纤输入与输出光脉冲的宽度，若输出光脉冲宽度 out簇输入光脉冲的宽度 in，则实现了光弧子传输。2.根据权利要求 1 所述的一种光弧子光传输系统，其特征在于 ：所述色散位移光纤中存在损耗，在传输中光脉冲振幅指数衰减、脉冲宽度指数增加，脉冲面积不变，对光脉冲补充能。
5、量就可以恢复形状，从而实现长距离传输，可采用集总式掺饵光纤光放大器 (EDFA) 周期性地补充能量，在光纤链路中每隔距离 La 设置一个光纤放大器，其增益恰好补充光纤损耗。3.根据权利要求 1 所述的一种光弧子光传输系统，其特征在于 ：所述光放大器由一段掺铒光纤 ( 长约 10 30m) 和泵浦光源组成。权 利 要 求 书CN 104506237 A1/4 页3一种光弧子光传输系统技术领域0001 本发明涉及通信领域，特别涉及一种光弧子光传输系统。背景技术0002 随着电网业务的不断拓展，电力通信传输系统的传输速率越来越高、距离越来越长。0003 如何在高速率长距离的情况下，保证传输信号的质量。
6、已经成为当务之急。在光传输系统中，限制光纤通信高速率、长距离传输的主要因素是光纤的衰耗和色散，对于常规的线性光纤通信系统而言 , 限制其传输容量和距离的主要因素是光纤的损耗和色散。0004 随着光纤制作工艺的提高，光纤的损耗已接近理论极限 , 因此光纤色散便成为实现超大容量光纤通信函待解决的问题。光纤的色散 , 使得光脉冲中不同波长的光传播速度不一致 , 结果导致光脉冲展宽 , 限制了传输容量和传输距离，由光纤的非线性所产生的光孤子可抵消光纤色散的作用。0005 对于色度色散，目前主要是通过色散补偿光纤 (DCF) 或光纤布喇格光栅 (FBG) 实现的。利用 DCF 进行色散补偿是目前应用最多。
7、的补偿方案，由于色散补偿光纤具有负色散系数，可以抵消由常规光纤造成的色散。DCF结构简单、技术成熟，但缺点是降低了光纤的有效截面积，增加了传输损耗，并影响了非线性效应，需要利用光放大器的多余增益来补偿。利用 FBG 进行色散补偿是使不同波长的光经历不同的传输路径，传输速度快的波长在光栅中通过较长的距离,而速度慢的波长则经历较短的距离。FBG具有插入损耗低、无非线性效应等特点，可以作为 DCF 的替代方案。0006 当信号速率较低时 , 采用固定色散补偿即可，而随着信号速率的提高、系统信道数目的增多，系统对一些时变参数的微小变化都会比较敏感，如器件的老化、路由的变化等，因此需要对系统进行可调的色。
8、散补偿 . 此外 , 由于光纤的色散随波长的不同而不同 ,色散补偿时还需注意残留色散问题，需要采用色散斜率补偿，这就增加了补偿的难度。发明内容0007 高速、长距离光纤通信的发展遇到的根本困难是光纤色散引起的光脉冲信号展宽导致邻码串扰。理论及实验证明，对超长距离传输的强度调制直接探测光纤通讯系统，传输速度难以超过10Gbit/s。实际上，由于光弧子通信能采用光时分、光偏分及光波分等多种复用技术，其传输码率有极大的提高潜力，光弧子是光波能量的特定传输方式。理想光纤中的一阶光弧子传输可保持光纤脉冲形状不变，是高速长距离光通信的理想方式。由于高阶光弧子的波形在传输过程中周期性变化，选取适当的光纤长度。
9、，可实现光脉冲压缩，这是得到皮秒及飞秒光脉冲的有效手段。因此，利用光孤子进行通信可以很好地解决这个问题。0008 光脉冲在光纤中传播，当光强密度足够大时会引起光脉冲变窄，脉冲宽度不到 1个 Ps，这是非线性光学中的一种现象 , 称为光孤子现象。若使用光孤子进行通信可使光纤的带宽增加 10 一 100 倍，使通信距离与速度大幅度地提高。说 明 书CN 104506237 A2/4 页40009 对于常规的线性光纤通信系统而言，限制其传输容量和距离的主要因素是光纤的损耗和色散。随着光纤制作工艺的提高，光纤的损耗已接近理论极限 , 因此光纤色散便成为实现超大容量光纤通信函待解决的问题。光纤的色散 ,。
10、 使得光脉冲中不同波长的光传播速度不一致，结果导致光脉冲展宽，限制了传输容量和传输距离。由光纤的非线性所产生的光孤子可抵消光纤色散的作用。0010 光弧子传输的原理，光弧子的形成归因于光纤的非线性自相位调制与色散效应对光脉冲的平衡作用。具有一定光谱宽度的光脉冲在色散光纤中传输时，其不同频率成份具有不同传输速度，因此光脉冲宽度不断展宽。若光脉冲功率较强，在光纤中传输时有明显的非线性效应 (Kerr 效应 ) 时，传输特性有显著的变化。由于克尔效应 , 光纤的折射率可表示为 :0011 nn0+n2I (1)0012 式中 n0为常数，第二项表明光纤的折射率与传输的光强 I 有关，n: 为非线性折。
11、射率系数，对于石英光纤，n2 310-20m2/W。当光脉冲在光纤中传输距离 z 后，产生与光强有关的相位移动0013 0014 光脉冲在不同频率瞬间有不同的光强，因而有不同的相位移动。因光场本身的变化引起的相移，称为自相位调制。自相位调制引起的频率移动为0015 0016 光脉冲前沿 o。在光强较强的主要区域内 ,前沿频率偏低 , 后沿频率偏高。在光纤的反常色散区，色散参数 (Vg为群速度 )，光脉冲频率低的成份群速度小，频率高的成份群速度大 , 因此脉冲前沿变慢、后沿变快 , 光脉冲被压缩。当非线性压缩效应和色散效应平衡时 , 光脉冲在传输时保持波形不变 , 称之为一阶光弧子。由于非线性折。
12、射率与光强有关 , 因此只有光脉冲峰值功率超过一定值时 , 才能形成光弧子。0017 弧子传输的理论依据是非线性薛定愕方程，解此方程可以得出各种电场包络形式的光脉冲在光纤中的传输特性，这个方程的稳定解为归一化振幅A1的双曲正割光脉冲，它对应一阶光弧子，而其他高阶弧子的波形在传输过程中是周期性变化的，归一化参数 A与光脉冲峰值功率 P 及光纤参数、光脉冲宽度决定的常数 P1间满足 ：0018 0019 P1 0.7763AeD/Cn22(4)0020 式中 、 分别为光脉冲波长及脉宽，Ae、D 为光纤的有效纤芯面积和反常色散量。在无损光纤中，若入射光脉冲峰值功率 P P1时 , 可形成一阶弧子无。
13、畸变传输。若光说 明 书CN 104506237 A3/4 页5纤中存在损耗，在传输中光脉冲振幅指数衰减、脉冲宽度指数增加，脉冲面积不变，只要对光脉冲补充能量就可以恢复形状，从而实现长距离传输。可采用集总式掺饵光纤光放大器(EDFA)周期性地补充能量，即在光纤链路中，每隔距离La设置一个光纤放大器，其增益恰好补充光纤损耗。0021 光弧子源是增益开关半导体激光器，以2.5GHz正弦电流调制，并通过FP光谱窗消啁啾，得到波长 1.553m、脉宽为 18ps、时间带宽积为 0.324 的近变换极限光脉冲。光脉冲经两个光纤放器放大以后注入 21km 色散位移光纤 (DSF)。EDFA1和 EDFA2。
14、分别由 1480nm和 980nmLD 泵浦，泵浦光经波分复用藕合器注入掺饵光纤，在泵浦光的作用下，Er+3离子的4I15/2和4I13/2能级间形成粒子数反转，对 1550nm 信号光有放大作用。DSF 由三段反常色散(D0) 光纤熔接组成，平均色散 D 2.4ps/kmnm，总损耗 ( 包括焊点和两个光纤接头 ) 为7dB。0022 EDFA 主要是由一段掺铒光纤 ( 长约 10 30m) 和泵浦光源组成，其工作原理是 :光能被泵入后，通过光复用器进入一定长度的铒添加光钎，后者作为一种转化介质把光能加载在输入的光信号上，光信号以某个功率进入单元，出去时功率便增大了，光隔离器把不需要的反射信。
15、号滤除。0023 入射光脉冲及经光纤传输后输出光脉冲的宽度均由二次谐波强度自相关仪 (SHG)测量。判断是否是实现光弧子传输的基本方法是比较光纤输入与输出光脉冲的宽度，若输出光脉冲宽度 out簇输入光脉冲的宽度 in，则实现了光弧子传输。附图说明0024 图 1 是本发明的光弧子光传输系统的结构示意图 ；0025 图 2 是本发明的光弧子光传输系统的传输不同距离时光脉冲波形示意图。具体实施方式0026 本发明的光弧子光传输系统主要由电源 (AC、DC)、光弧子源、光谱窗 (FP)、控制器、耦合器、光放大器(EDFA1、EDFA2)、色散位移光纤、功率计和自相关仪组成，光弧子源是增益开关半导体激。
16、光器 (DFB)，以 2.5GHz 正弦电流调制，并通过 FP 光谱窗消啁啾，得到波长1.553m、脉宽为 18ps、时间带宽积为 0.324 的近变换极限光脉冲。光脉冲经两个光纤放器 EDFA1和 EDFA2放大以后注入 21km 色散位移光纤 (DSF)。EDFA1和 EDFA2分别由 1480nm和 980nmLD 泵浦，泵浦光经波分复用藕合器注入掺饵光纤，在泵浦光的作用下，Er+3离子的4I15/2和4I13/2能级间形成粒子数反转，对 1550nm 信号光有放大作用。DSF 由三段反常色散(D0) 光纤熔接组成，平均色散 D 2.4ps/kmnm，总损耗 ( 包括焊点和两个光纤接头 。
17、) 为7dB。0027 入射光脉冲及经光纤传输后输出光脉冲的宽度均由二次谐波强度自相关仪 (SHG)测量。判断是否是实现光弧子传输的基本方法是比较光纤输入与输出光脉冲的宽度，若输出光脉冲宽度 out簇输入光脉冲的宽度 in，则实现了光弧子传输。0028 经计算，当入射光的平均功率较小时，光纤的非线性自相位调制效应极弱而光纤色散效应占优势 , 光脉冲由入射时的 18Ps 展宽到 27.ZPs。由于自相位调制效应随入射光功率的增加而增强 , 当平均功率为 1.smw 时 , 自相位调制效应与色散调制效应恰好补偿 ,说 明 书CN 104506237 A4/4 页6光纤输出与输入脉冲宽度相当 , 形。
18、成一阶光弧子传输 , 当输入功率大于 1.smw 时 , 高阶弧子效应将使脉冲宽度压窄,平均功率为6.Zmw时,脉冲宽度压缩到4.sps,压缩比为3.75。0029 为了分析增益开关 DFB 激光器作为光弧子源的传输系统特性及这种经消嘀啾后获得的近变换极限光脉冲能否用于长距离的光弧子传输，我们利用非线性薛定愕方程模拟计算了经 FP 光谱窗消叨啾后光脉冲在 5000km 有损光纤中的传输。传输光纤中每隔 25km设置一个放大器 (EDFA) 以补偿损耗，传输不同距离时光脉冲波形如图 2，可以看出，上述光脉冲可以稳定地传输 5000km。由此可以说明增益开关半导体激光器经消调啾处理后，用作光弧子源时不仅能实现短距离光弧子传输，而且可以实现数千公里的长距离稳定传输。说 明 书CN 104506237 A1/1 页7图1图2说 明 书 附 图CN 104506237 A。