CN1129029C - 长波长光纤放大器 - Google Patents

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Abstract

一种长波长光纤放大器，包括掺铒光纤(EDF)，用于利用抽运光的对波长在1580nm范围的输入信号光进行放大；抽运单元，置于EDF前后方，用于向EDF提供抽运光；以及放大自发辐射(ASE)反射单元，置于抽运单元的前面，用于将EDF中产生的反向ASE耦合到长波长输入信号光，并将它再输入到EDF。通过提供用于反射ASE的反射器，在具有长波长的信号光的放大中，只需要很少几个激光二极管和光学器件。另外，在输入信号功率较小时，能增加增益。

Description

长波长光纤放大器
技术领域
本发明涉及一种长波长光纤放大器，特别是涉及用于放大在1580nm-1589nm范围的长波长光信号的光纤放大器。
背景技术
在光传输***中，掺铒光纤放大器(EDFA)能直接放大在传输过程中变弱的光信号，而不必将它变换为电信号，传输距离能显著地增加。在颇受注意的波分多路复用(WDM)传输方法中，对增益整平的EDFA的需求量增加。另外，为了发送更大容量的数据，更多信道的联播是必要的。因此，要求平坦而宽广的波段。有必要放大1580nm-1589nm波长范围的光信号，这在常规技术中尚未被使用过。
图1是常规的光纤放大器的示意图。图1所示的光纤放大器包括：第一隔离器100、第一激光二极管(LD)102、第一波长选择耦合器(WSC)104、掺铒光纤(EDF)106、第二LD 108、第二WSC 110和第二隔离器112，其操作说明如下。
第一WSC 104将输入光与第一LD产生的抽运光耦合起来，并将耦合光入射到EDF 106。由位于EDF 106后端的第二LD 108产生的抽运光，经过第二WSC 110入射到EDF 106。前向和后向入射抽运光在EDF 106中激发处于基态的铒离子。被激发的铒离子的受激辐射，使光信号得以放大。在EDF 106中产生的被放大的自发辐射(ASE)被光学元件例如信号输入/输出连接器反射。第一和第二隔离器100和112防止ASE反馈到EDF106，从而防止信号光的放大效率降低。
在1550nm波长范围放大时，这种放大器要求大约100mW的抽运光功率。但是，当放大的波长范围在1580nm-1589nm时，要求大约600mW的大功率。因此，如果使用最大输出功率约为150mW的常规LD，就需要许多LD和专用光学器件，另外，对这些元件的操纵也比较困难。
发明内容
为解决上面的问题，本发明的一个目的是提供一种长波长光纤放大器，用来增加长波长放大的增益。并抑制短波长放大，利用这种放大器，就掺铒光纤中的铒离子来说，可以实现长波长放大所必需的铒离子的粒子数反转，其方法是提供一种反射器，能反射在光信号放大时产生的放大自发辐射(ASE)。
因此，为达到上述目的，在此提供一种长波长光纤放大器，包括掺铒光纤(EDF)，用于利用抽运光对波长在1580nm-1589nm范围的输入信号光进行放大；布置在EDF的前面和后面的抽运单元，用于向EDF提供抽运光；以及布置在EDF和抽运单元的前面的放大自发辐射(ASE)反射单元，用于将EDF中产生的ASE耦合至长波长输入信号光，并将它输出到EDF。
根据本发明的另一方面，在此提供一种长波长光纤放大器，包括掺铒光纤(EDF)，用于利用抽运光对波长在1580nm-1589nm范围的输入信号光进行放大；抽运单元，用来产生激发EDF中的铒离子的抽运光；和布置在抽运单元的后面的放大自发辐射(ASE)反射单元，用于将EDF中产生的ASE反射到EDF。
根据本发明的又一方面，在此提供一种长波长光纤放大器，包括掺铒光纤(EDF)，用于利用抽运光对波长在1580nm-1589nm范围的输入信号光进行放大；抽运单元，用来产生激发EDF中的铒离子的抽运光；置于抽运单元的前面的第一放大自发辐射(ASE)反射单元，用于将EDF中产生的ASE耦合至长波长输入信号光，并再次将它输入到EDF；以及置于抽运单元的后面的第二ASE反射单元，用于将EDF中产生的ASE反射到EDF，并再次将它输入到EDF。
附图说明
通过参考附图详细地描述本发明的优选实施例，上述目的和优点将变得更加明显，其中：
图1是常规长波长光纤放大器的原理图；
图2是根据本发明的一个实施例的长波长光纤放大器的原理图；
图3表示依赖于粒子数反转分布的增益特性；
图4是根据本发明另一个实施例的长波长光纤放大器的原理图；
图5是根据本发明又一个实施例的长波长光纤放大器的原理图；以及
图6表示图2、4和5所示光纤放大器的实验结果。
具体实施方式
参考图2，根据本发明的长波长光纤放大器，包括：反射单元200，用于将输入信号光和预定的反射光输出；第一LD 210，用于产生1480nm波长的抽运光；第一WSC 220，用于将1480nm波长的抽运光耦合到来自反射单元200的光输出；第二LD 230，用于产生980nm波长的抽运光；第二WSC 240，用于把980nm波长的抽运光耦合到来自第一WSC 220的光输入；EDF单元250；第三LD 260，用于产生1480nm波长的抽运光；第三WSC 270，用于将1480nm波长的抽运光耦合到EDF单元250，并允许来自EDF单元250的放大光输出通过WSC 270；以及隔离器280。在这里，由于每个无源器件的***损耗在1580nm-1589nm波长范围仅比1550nm波长范围高约0.2dB，所以用于1550nm波长范围的无源器件也可以用于1580nm-1589nm波长范围。
反射单元200包括3dB耦合器210，循环器202，可调滤光器203和衰减器204。
EDF单元250包括EDF 251和253，以及插在EDF 251和253之间的第二隔离器252。EDF 251和253的长度比使用在具有1550nm波长范围的光纤放大器EDF的长度长约10至20倍。
现在，对具有上述结构的光纤放大器的操作进行说明。
第一LD 210产生1480nm波长的抽运光，第二LD 230产生980nm波长[范围]的抽运光。从第一LD 210和第二LD 230来的抽运光，分别通过第一和第二WSC 220和240耦合到1580nm-1589nm波长范围的信号光，然后向前方进入EDF单元250。第三LD 260产生1480nm波长的抽运光，并且第三WSC 270将所产生的抽运光向后方加到EDF单元250。在980nm波长的抽运光具有低的噪声，而在1480nm波长的抽运光具有最大的功率。如果980nm和1480nm波长范围的抽运光是入射的，则在EDF单元250的末端产生1530nm至1560nm波长范围的大量ASE，以至于1580nm-1589nm波长范围信号光的放大系数变坏。这里，通过利用1550nm波长范围的抽运光，能够减小由于ASE的损耗，增加长波长放大的增益。但是，这个波长范围的抽运光源还没有得到发展。
EDF单元250利用有关的抽运光放大1580nm-1589nm波长范围的信号光。第二隔离器252***在EDF 251和253之间，因此改善了噪声特性。
反射单元200反射入射到它输入端的，由EDF单元250产生的后向ASE，并允放ASE反馈到EDF单元250。循环器202输出后向ASE，通过第一端口202-1，反馈到第二端口202-2。可调滤波器203和衰减器204调节后向ASE的波长和功率。3dB耦合器201将衰减器204的输出送到循环器202的第三端口202-3。循环器202将后向ASE输出到第一端口202-1，然后将其再输入到EDF 250。循环器202也起隔离器的作用。
ASE从循环器202第一端口202-1再入射到EDF 251和253，利用抽运光强烈抑制EDF 251和253的反转粒子数，帮助长波长信号光的放大。
图3表示依赖于粒子数反转分布的增益特性。参考图3，在高粒子数反转情况下，1530nm至1560nm波长范围大部分被放大，而在低粒子数反转情况下，1580nm-1589nm波长范围的放大是可能的。因此，ASE被用于调节由抽运光引起的粒子数反转的目的，以适合于长波长信号光的放大。换句话说，从循环器202再入射的ASE削弱了EDF 251和253被激励的铒离子的粒子数反转分布，因此减小或消除1530nm至1560nm波长范围短波长的增益，并且由于ASE的损耗。另外，由于ASE在通过长的，受具有高粒子数反转的EDF两端来的抽运光影响已变弱的EDF时，ASE再次被吸收，所以ASE提高了信号在长波长的增益，而抽运光没有损耗。增益和输出功率的不同，依赖于波长和反馈ASE的功率。
隔离器280能防止由EDF单元250产生的ASE被输出连接器或类似器件反射，并使ASE反馈到EDF单元250。
图4是根据本发明另一个实施例的长波长光纤放大器的原理图。如图4所示的光纤放大器包括：第一LD 400，用于产生1480nm波长的抽运光；第一WSC 410，用于将1480nm波长的抽运光耦合到输入信号光；第二LD 420，用于产生980nm波长的抽运光；第二WSC 430，用于将980nm波长的抽运光耦合到从第一WSC 410输出的光；EDF单元440；第三LD 450，用于产生1480nm波长的抽运光；第三WSC 460，用于将1480nm波长的抽运光耦合到EDF单元440，并允许从EDF单元440输出的光通过WSC 460；反射器470；以及隔离器480。
EDF单元440包括EDF 441和443，以及插在EDF 441和443之间的第二隔离器442。EDF 441和443的长度比用在具有1550nm波长范围的光纤放大器的EDF的长度，长10至20倍。
反射器470最好是短周期的光栅。
图4所示的光纤放大器的操作与图2所示的相同，不同的是反射器470的操作与图2所示的反射单元200有差别。反射器470在EDF所产生的前向ASE中有选择地反射ASE的波长，并允许反射的波长反馈到EDF单元440。反馈ASE对长波长信号光起放大作用。
图5是根据本发明又一实施例的光纤放大器的原理图。
图5所示的光纤放大器包括：第一反射器500，用于将输入信号光和预定的反射光输出；第一LD 510，用于产生1480nm波长的抽运光；第一WSC 520，用于将1480nm波长的抽运光耦合到从第一反射器500输出的光；第二LD 530，用于产生980nm波长的抽运光；第二WSC 540，用于将980nm波长的抽运光耦合到从第一WSC 520输出的光；EDF单元550；第三LD 560，用于产生1480nm波长的抽运光；第三WSC 570，用于将1480nm波长的抽运光输出到EDF单元550，并允许从EDF单元550输出的光通过WSC 570；第二反射器580，以及隔离器590。
第一反射器包括3dB耦合器501，循环器502，可调滤光器503和衰减器504。
EDF单元550包括EDF 551和553以及插在EDF 551和553之间的第二隔离器552。EDF 551和553的长度比用在具有1550nm波长范围的光纤放大器的EDF长度长10至20倍。
第二反射器580最好是短周期的光栅，并且它的反射条件由第一反射器500的反射特性决定。
图6表示当1588.6nm波长范围的信号光入射到图2、4和5所示的光纤放大器时，放大的信号的功率和噪声整平增益关系图。EDF是Germanosilicate EDF。被反馈到光纤放大器的前向ASE波长是1553nm，而后向ASE的波长是1548.6nm。
当增益设置约为19dB，并且总的输入信号功率约为1dBm时，ASE的反馈不影响增益。但是，当增益设置约为31dB，并且总的输入信号功率约为-15dBm时，ASE的反馈约把提益高增5dB。当总的输入信号功率约为-20dB时，增益提高效率变大。所以，在输入信号小的时候，ASE的反馈是比较有利的。
根据本发明，利用提供的反射ASE的反射器，在放大具有长波长的信号光中，只需要很少几个激光二极管和光学器件。另外，在输入信号小的情况下，增益被提高。

Claims (13)

1.一种长波长光纤放大器，其特征在于，其中包括：
掺铒光纤(EDF)，用于利用抽运光对波长在1580nm-1589nm范围的输入信号光进行放大；
抽运光源，置于EDF的前面和后面，用于向EDF提供抽运光；
放大自发辐射(ASE)反射单元，置于抽运光源的前面，用于将EDF中产生的ASE耦合至长波长输入信号光，并再次将它输入至EDF；
光耦合器，用于耦合所述输入信号光和抽运光并将耦合后的光传输给EDF。
2.根据权利要求1所述的长波长光纤放大器，其特征在于，其中抽运光源包括：
第一和第二激光二极管，用于在信号光前进方向的相同方向，向前提供1480nm和980nm波长的抽运光；以及
第三激光二极管，用于在信号光前进方向的相反方向，向后提供1480nm波长的抽运光。
3.根据权利要求1所述的长波长光纤放大器，其特征在于，其中EDF进一步包括位于其中间的隔离器，用于减小噪声因数。
4.根据权利要求1所述的长波长光纤放大器，其特征在于，其中ASE反射单元包括：
循环器，用于将经过第一端口入射的反向ASE输出至第二端口，将经过第三端口入射的光输出至第一端口，并再次将它输入至EDF；
可调滤光器，用于从由第二端口入射的ASE中选择预定的波长，并将其输出；
衰减器，用于调节从可调滤光器输出的ASE功率；以及
光耦合器，用于将衰减器的输出与长波长输入信号光耦合，并将它输入至第三端口。
5.一种长波长光纤放大器包括：
掺铒光纤(EDF)，用于利用抽运光对波长在1580nm-1589nm范围的输入信号光进行放大；
抽运光源，被布置在EDF的前面和后面，用于产生抽运光，激发EDF中的铒离子；
放大自发辐射(ASE)反射单元，被布置抽运源的后面，用于将EDF中产生的前向ASE反射至EDF；
光耦合器，用于耦合所述输入信号光和抽运光并将耦合后的光传输给EDF。
6.根据权利要求5所述的长波长光纤放大器，其特征在于，其中抽运光源包括：
第一和第二激光二极管，用于在信号光前进方向的相同方向，向前提供1480nm和980nm波长的抽运光；以及
第三激光二极管，用于在信号光前进方向的相反方向，向后提供1480nm波长的抽运光。
7.根据权利要求5所述的长波长光纤放大器，其特征在于，其中EDF进一步包括位于其中间的隔离器，用于减小噪声因数。
8.根据权利要求5所述的长波长光纤放大器，其特征在于，其中前向ASE反射单元包括选择性地反射ASE波长的短周期纤维光栅。
9.一种长波长光纤放大器包括：
掺铒光纤(EDF)，用于利用抽运光对波长在1580nm-1589nm范围的输入信号光进行放大；
抽运光源，被布置在EDF的前面和后面，用于产生抽运光，激发EDF中的铒离子；
第一放大自发辐射(ASE)反射单元，被布置抽运源的前面，用于将EDF中产生的后向ASE耦合至长波长输入信号光，并将它输出至EDF；
第二放大自发辐射(ASE)反射单元，被布置在抽运光源的后面，用于将EDF中产生的前向ASE反射至EDF；
光耦合器，用于耦合所述输入信号光和抽运光并将耦合后的光传输给EDF。
10.根据权利要求9所述的长波长光纤放大器，其特征在于，其中抽运光源包括：
第一和第二激光二极管，用于在信号光前进方向的相同方向，向前提供1480nm和980nm波长的抽运光；以及
第三激光二极管，用于在信号光前进方向的相反方向，向后提供1480nm波长的抽运光。
11.根据权利要求9所述的长波长光纤放大器，其特征在于，其中EDF进一步包括位于其中间的隔离器，用于减小噪声因数。
12.根据权利要求9所述的长波长光纤放大器，其特征在于，其中ASE反射单元包括：
循环器，用于将经过第一端口入射的反向ASE输出至第二端口，将经过第三端口入射的光输出至第一端口，并再次将它输入至EDF；
可调滤光器，用于从由第二端口入射的ASE中选择预定的波长，并将其输出；
衰减器，用于调节从可调滤光器输出的ASE功率；以及
光耦合器，用于将衰减器的输出与长波长输入信号光耦合，并将它输入至第三端口。
13.根据权利要求9所述的长波长光纤放大器，其特征在于，其中第二ASE反射单元是一个短周期光栅，在考虑第一ASE反射单元的反射特性时用来反射从前向ASE中选择的波长。
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