CN1237281A

CN1237281A - 具有动态成形的增益的光放大器

Info

Publication number: CN1237281A
Application number: CN98801191A
Authority: CN
Inventors: 萨利姆·N·贾布尔
Original assignee: Ditech Networks Inc
Current assignee: SDL Inc
Priority date: 1997-08-20
Filing date: 1998-08-18
Publication date: 1999-12-01
Anticipated expiration: 2018-08-18
Also published as: DE69825026T2; ATE271272T1; WO1999009622A3; DE69825026D1; WO1999009622A2; CN1136637C; BR9806098A; EP0932921B1; EP0932921A4; AU8913698A; EP0932921A2; US5861981A

Abstract

揭示了一种***和方法,通过有选择地控制光放大器的有源增益元素的电子能级的至少一个斯塔克次能级的电子粒子数,调节包括抽运激光器和有源增益元素的光放大器的增益曲线。通过动态地控制选出的斯塔克次能级的电子粒子数,可以使有源增益元素的增益曲线平直。在控制电子粒子数的第一种方法中,在有源增益元素的同一能量簇的一对斯塔克次能级之间引起双光子跃迁。通过两个附加的抽运激光器激发双光子跃迁,该抽运激光器工作于这样的波长,其差接近于被移动的电子之间的成对斯塔克次能级中的能量差。在控制电子粒子数的第二种方法中,在有源增益元素的不同能量簇的一对斯塔克次能级之间引起单光子跃迁。通过附加的抽运激光器激发单光子跃迁,该抽运激光器工作于接近能级对之差的频率差。另外,通过以选出的波长操作放大器的抽运激光器激发单光子跃迁,以同时产生从有源增益元素的基能级到较高能级的电子跃迁,和从选出的上激光能级的斯塔克次能级到更高的能级的电子跃迁。

Description

具有动态成形的增益的光放大器

发明背景

近年来，工作波长范围宽达1520至1580nm光谱区域的光放大器被引入光纤通信***。此举使密集型波分复用技术(DWDM)成为可行。在DWDM***内，与16个甚至多达64个波长的一组波长同时在光纤内传输，每个波长由快到10Gb/s的数据流调制。此大容量通信***包括光发射器、光缆、光放大器、波长多路复用器和光接收器，它需要得到严密监视以检测可能破坏信息传输的任何故障。误码率(BER)是这样一个量度，它定义为给定时间间隔内出错的比特数除以接收到的比特总数的一个量。BER对传输***的若干参数敏感，诸如接收机处的光功率、发射机的质量等，但尤其对接收机处的信号功率与噪声功率之比(称为信噪比(SNR))敏感。而SNR又取决于接收机热噪声散粒噪声的相加以及因***中光放大器而增添的噪声。

光放大器最重要的参数之一在于其各个波长的增益。为了正常工作，人们期望工作于各个波长的接收机有共同的且实际相等的光信号噪声比以及实际相等的光功率。由于发射机通常在各个波长输出基本等值的功率，故人们期望***中的放大器能够在各个信道波长提供相等的增益。

使光放大器增益均等或平整的几种方法已披露于某些文献。由EmmanuelDesurvire撰写的《搀铒光放大器》一书第480页讨论了此种增益平整技术。由Bertrand Clesca在“光放大器及其应用”会议上发表的“平坦增益放大器以及在WDM网络内的传输”一文(论文编号FA1-1)也比较了增益平整技术。在搀铒光纤中，任何给定波长处的增益具有来自若干加宽的原子共振的贡献。这些共振的每一个以稍微不同的波长居中于1520至1580nm波长范围内，并且由铒离子电子能级的不同的Stark次能级对产生。含铒的玻璃基质的材料以及该基质内的搀杂物对铒中原子共振的位置和加宽产生影响。用以平整增益曲线的一种已知技术是采用搀铒光纤的同时搀铝。另一种技术是利用氟化物玻璃替代二氧化硅玻璃作为光纤材料。例如，当搀铒时使用氟化锆玻璃在波长范围内得到更为平坦的增益是众所周知的。以氟化锆为基质的搀杂光纤可以从马萨诸塞州的Sturbridge的伽利略公司得到。氟化物光纤的缺点在于其熔点低，使其制造以及与***中的其他光纤连接非常困难，而且其吸湿性质使之容易因潮湿而受到损坏。

另一种技术是在具有放大器的线路中***特定成形的光谱滤波器，以补偿不同波长处的增益的差异。授权给Di Giovanni和Giles的第5,050,949号美国专利披露了采用两级光纤放大器实现平坦增益。该两级方式的缺点是仍然对1520至1535nm光谱区域内的增益缺乏足够的抑制而难以实现所需的平坦度。

最近，授权给Huber的第5,557,442号美国专利披露了一种技术，它包括采用环行器、刻入光纤内的一连串光纤布喇格(Bragg)反射器以及一组衰减器以实现增益平坦。环行器是具有3或多个光纤端口的光学器件，它将光从端口I引导到端口I+1。布喇格光栅是通过紫外光刻入光纤纤芯的周期折射率光栅，它反射与光栅周期匹配的特定波长的光纤传播光。在第5,557,442号美国专利中，光进入放大器，然后进入环行器并引导到布喇格反射器和衰减器链。具有第一波长w₁的光在放大器中增益较低，它由第一布喇格光栅反射，在返回环行器和被引出之前未受到衰减。具有第二波长w₂的光增益比波长w₁的光稍高一些，它由后面的布喇格光栅反射，在其返回环行器和被引出之前必须通过一或多个衰减器。具有波长w₃的光在放大器中增益最高，它由光纤中的最后的布喇格光栅反射回来，在其到达环行器和被引出之前使其两次通过整个衰减器链。

Huber专利的主要缺点在于它需要复杂的可变衰减器以动态地调节损耗量，以修正因输入功率变化而引起的放大器增益的变化。控制增益(响应于输入至放大器的功率变化)的其它动态方法已见诸于文献。例如，授权给Zirngibl的第5,088,095号美国专利利用反向传播光束来钳制增益。然而，因功率转移至反向传播的光束，这种方法减少了放大器中的有用功率而对增益的平整得很少。

因此，从对现有技术的评价来看显然需要这样一种方法，它能在响应于输入功率变化在整个波长范围内平整放大器的增益。

因此，本发明的首要目的在于提供一种方法，它能在整个波长范围内均衡或平整搀杂光纤放大器的增益，而不会影响放大器的光学特性，诸如平均增益和噪声指数。

本发明的次要目的在于与输入放大器的功率电平无关地平整放大器的增益。

发明概述

稀土掺杂光纤在特定波长处的光增益是两个主要的多重能级或簇中斯塔克次能级之间的若干电子跃迁贡献的组合总和。例如，如果增益原子仅有两个斯塔克次能级，能量为e₂和e₁，则增益基本上等于特定次能级之间的电子跃迁概率σ₁₂乘以两个次能级的电子数之差(P₂-P₁)，乘以共振函数(当光的频率进一步与能量之差e₂-e₁谐振时它更小)的乘积。这一共振函数通常为高斯形，数学上写作exp{-hω-(e₂-e₁)}，其中，ω=2πc/λ，h为Plank常数。一对斯塔克次能级之间的每一跃迁与不同的波长谐振，谐振条件为hω=2π(e₂-e₁)。

由于诸如稀土原子(铒、钕、镨等等)具有许多斯塔克次能级，任何波长处的增益是许多能级对贡献的组合总和。使增益具有一定形状的现有技术的以往的努力集中于通过利用含有稀土离子的玻璃基质的影响改变跃迁概率σ_ij。

在本发明中，我们认识到，使具有高的跃迁概率σ_ij的斯塔克次能级具有成比例的较低的粒子数，将在整个有限的波长范围内产生基本恒定的增益系数。通过在合适的波长利用一或多个泵浦激光器有选择地抽运斯塔克次能级j(动态地使稀土离子的基态能级或受激态能级的斯塔克簇内的电子重新分布)实现次能级中粒子数P(j)的成形。在一个实施例中，采用两个激光器经由两步骤过程在同一电子能级簇的斯塔克次能级之间转移电子，该两步骤过程称为双光子跃迁，首先使电子跃迁到上簇，然后使它们返回到起始簇中的不同的斯塔克次能级。在物理上，这种通过光抽运的重新分布过程相当于将簇中的电子的温度提升到一个极高的温度，使它们在斯塔克次能级中间更均等地分布。在第二个实施例中，来自上放大器簇中次能级的电子通过单个抽运激光器的作用转移到上能量簇，由此衰变为基态。

附图简述

从以下结合附图对说明书的详细描述和所附的权利要求书将能更清楚地看到本发明的其它目的和特征，其中：

图1是一个示意图，它表示稀土离子的光放大所包含的4个电子能级；

图2表示玻璃基质中铒离子的若干电子跃迁的贡献的组合导致的非平坦增益的曲线图；

图3是一个示意图，它表示应用于本发明、在斯塔克次能级之间重新分布电子的双重电子跃迁类型；

图4表示根据本发明的搀铒光纤中经过平整的组合增益的曲线图；

图5表示本发明的第一物理实施例的示意图；

图6表示本发明一个不同的实施例的示意图。

较佳实施例描述

参见图1，它表示一个示意图，示出提供激光放大的原子中的4个能级。每个能级的垂直位置表示该能级的能量。每个能级包括称之为斯塔克簇的多重次能级。基能级标为G，激光能级标为L，抽运能级标为P，更高能级标为U。连接起始能级和终止能级的弯曲箭头，表示光产生的电子跃迁。虚线箭头表示声子引起或振动引起的跃迁。每个能级中的次能级用诸如i或j的整数标出。次能级j的能量为e_j。电子由抽运激光常规地从基态G抽运到抽运能级P，它们由那里衰变到上激光能级L并布居于所有次能级L_i。L_i次能级中电子的正常热分布P(i,J)由下式给出：

p(i,j)=exp{-(e_j-e_i)/kT}/∑_ijexp[-(e_j-e_i)/kT]

其中，e_i为第i能级相对于基能级的能量，k为玻耳兹曼常数，T为绝对温度。

将λ定义为波长，ω=2π/λ定义为光频率，作为光频率的函数每单位长度增益G(ω)由下式给出：

G(ω)=σ_eN₂-σ_aN₁ (1)

其中，N₁和N₂分别为基能级和上激光能级中的平均电子数，且

σ_a=hv∑_ijσ_ijg(i,j)p(1,j)； (2)

σ_c=hv∑_ijσ_ijg(i,j)p(i,2)；

g(i,j)=exp{-(e_j-e_i-hω/2π)}

∑符号表示对能级指标求和，并且求和对所有次能级对(i,j)进行，其第i个能级来自基能级簇，而第j个能级来自受激能级簇。ν=ω/2π和σ_ij为归一化电子跃迁截面。

参见图2，它表示波长范围为1520至1560nm内增益对波长的曲线，由抽运激光抽运玻璃基质内的铒离子形成。这里，铒用作可以用于放大***的更普遍一类的搀杂离子的例子。图2示出用1至4标出的4条虚线曲线。曲线1至4的每条曲线都表示来自铒离子中的特定一对能级的增益贡献。实线曲线5为总的组合增益的曲线，它是所有4对次能级的贡献的总和。曲线5表示上述等式(1)中的增益G(ω)。可见，该增益在1530nm波长区域为较高。

使等式2中的总和∑_ijσ_ijg(ij)p(1,j)与ω无关可在诸如1530至1560nm的波长范围内产生基本为常数的增益。这是通过对函数p(ij)整形使之对所有次能级j基本上相同而实现的。对粒子数p(ij)的整形是通过利用一或多个抽运激光器对斯塔克次能级作有选择的抽运而实现的。该激光器对稀土离子的基能级或受激能级的斯塔克簇内的电子动态地进行再分布。

参见图3，它表示借助于波长λ₁的光子使电子从次能级L_i移到上能级U，并借助于波长λ₂的光子使电子返回到次能级L_j的过程。利用两个光子而不是直接从L_i跃迁到L_j的主要原因是通常难于找到进行L_i至L_j跃迁的所需的合适波长的抽运激光器。对波长λ₁和λ₂有大量的选择，使相应能量差匹配能量差e_i-e_j，因此，可以容易地找到一对抽运激光器实现所需的跃迁。

注意到中间电子能量无需对应于实际能级U，使λ₁和λ₂的选择范围变得更宽。本领域众所周知，尽管量子概率较低，具有虚拟中间态的双光子过程物理上是允许的。当中间电子能量接近实际能级U时，此双光子跃迁的物理概率引人注目地增加了。这种非共振双光子跃迁用以产生光和放大光，这在文献中称之为喇曼型放大器。

通过减少形成图2中的曲线1的斯塔克次能级的粒子数，而达到图4中的曲线1’，使总的增益曲线5修改为5’如图4所示，图中，整个波长范围内的增益变化大大减小。

现在参见图5，它表示本发明的第一个实施例，其中，载带信号的光经由光纤12进入放大器，并通过波长敏感组合器13与来自第一抽运激光器10的光组合。进一步，组合器13的输出通过第二组合器14再与来自第二抽运激光器11的光组合，全部3种光(信号光、第一抽运光、第二抽运光)的总和进入搀杂增益光纤16。在光纤16的另一端，第三抽运激光器22将波长λ₂的光经由第三组合器18送入搀杂光纤16。经放大的信号经由光纤20从放大器出射。第一抽运激光器10将电子抽运到抽运能级P。波长λ₁的第二抽运激光器11使电子从次能级L_i移到U，波长λ₂的第三激光器22使电子从U转移到L_j。所述的两个步骤过程称为双光子跃迁。光纤耦合器24引出小部分输出光到光纤26，后者将光引导到控制器28。控制器28包含必要的滤波器或光谱分析仪以评估输出端的增益平坦度。这样一种光谱分析仪在本发明人96年1月30日提交的题为“监视光放大器的输入和输出的方法”的第08/593899号美国专利申请中作了描述，其作为参考资料结合于此。控制器28可以为抽运激光器引入电流和温度控制，这在第5594748号美国专利中已经作了描述，该专利引用于此作为参考。控制器28分别经由电线23和21连接到抽运激光器10和11并控制激光器电流和温度。温度控制能精细调节有选择地减少特定斯塔克次能级粒子数所需的抽运波长。输入组合器13的第四条支路(为了清楚起见，图5中未图示)可以用来监视至放大器的输入功率，并使控制器28相应调节抽运激光功率或波长。这里，把组合器及其相关的光纤的任何组合称为光导器件。附加的抽运激光器(例如抽运激光器11和22)及其相关的光导器件称为电子粒子数再分布***。

下文中，每当给出特定的原子实例时，总是采用用于原子能级的经典光谱符号，其中，大写字符诸如S、H、I表示原子能级的轨道角动量，上标表示其自旋角动量，下标表示其总的角动量，如⁴I_13/2。具有角动量J的能级具有2J+1个斯塔克次能级并将称为一个簇。

作为实现本发明的一个特定实例，利用980nm激光将玻璃光纤内的铒离子抽运到⁴I_11/2能级，由那里它们衰变为⁴I_13/2上激光能级。波长为850nm的第二抽运激光器用来将电子从位于基能级上方的能量6540cm^-1处的⁴I_13/2簇内的最低次能级转移到⁴S_3/2簇。波长为855nm的第三激光器用以将电子从⁴S_3/2转移到6644cm^-1处的⁴I_13/2簇内的第二能级。也可选择波长为514nm,630nm,715nm,790nm,850nm,1140nm和1680nm的其它激光器，每个都从⁴I_13/2引导到不同的上能级U。用于放大光纤中的其它稀土离子诸如钕和镨需要选择不同的抽运激光波长。例如钕需要1060nm的主抽运。

在本发明的第二个实施例中，电子通过单个抽运激光器的作用从位于上放大器簇L中的次能级L_i转移到更高能量簇U，它们从那里衰变到基态。此导致减少次能级L_i的粒子数，该次能级L_i被选择为具有高跃迁概率的次能级。在此情况下，仅有两个抽运激光器被采用，第一个抽运激光器使上激光能级L的粒子数增加，第二个抽运激光器有选择地使具有高增益贡献的次能级的粒子数减少。

参见图6，它表示本发明第二个实施例的示意图，其中，信号光经由光纤32进入放大器，并通过组合器36与来自第一抽运激光器34的抽运光组合。经组合的光束进一步通过第二组合器39与来自第二抽运激光器38的光组合，并进入放大光纤40。低损耗耦合器42出放大器的一小部分光输出并将其送到控制器46内的光谱分析仪60。在本发明人于96年1月30日提交的题为“监视光放大器输入和输出的方法”的第08/593899号美国专利申请(在此结合为参考资料)中描述了这样一种光谱分析仪。控制器46可以为第5,594,748号美国专利(在此结合为参考资料)中所述的抽运激光器引入电流和温度控制。控制器46分别通过电线50和48连接到抽运激光器34和38，并控制激光器的电流和温度。温度控制能够精细调节有选择地减少特定斯塔克次能级粒子数所需的抽运的波长。输入耦合器(图6中未图示)也可以用来监视至放大器的输入功率，并使控制器能相应地调节抽运激光器。

可以采用多个抽运激光器来控制上簇内斯塔克次能级的粒子数，然而对抽运激光器的良好选择将使所需的抽运激光器局限于1或2个。事实上，可以采用单个抽运激光器来增加上激光能级L的粒子数，以及将电子转移到更高能级。目的是发现匹配所需能级跃迁的激光波长。作为一个特例，在搀铒二氧化硅玻璃光纤的情况下，可以采用波长为800至830nm范围的激光器将电子从I_16/2基态抽运到I_9/2抽运能级，电子由那里自然地衰变到I_13/2上激光能级。同一个820nm激光可以再激励电子到更高能级S_3/2。

在设计和开发过程中可以预先设定实现平坦增益所需的功率设置和波长，这些参数可以存储在控制器28或46的存储器内，控制装置实现合适的操作。

尽管以上参照几个特定实施例对本发明作了描述，但这种描述仅仅用以说明本发明而并非用于限制本发明。在不脱离所附权利要求书限定的本发明的实际精神和范围的情况下，本领域的熟练人员还可对此作出各种变更。例如，可能有抽运激光器其它结构，包括将抽运激光器设置在搀杂光纤的输入侧，在搀杂光纤的输出侧或在两个位置处。

Claims

1．一种光放大器，其特征在于包括：

抽运激光器；

搀有有源增益元素的光放大媒质，该有源增益元素具有电子基能级、下激光能级、上激光能级和多重较高电子能级；

光导装置，用于同时把来自抽运激光器的光和输入信号光引导入放大媒质；

电子粒子数重新分布***，它包括至少一个附加的抽运激光器，结构成有选择地通过至少一个双光子喇曼跃迁将电子从有源增益元素的电子能级的一个斯塔克次能级转移到第二斯塔克次能级，所述喇曼跃迁包括从一个斯塔克次能级至第二能级的第一跃迁以及从第二能级至第二斯塔克次能级的第二跃迁，第一能级不同于包括第一和第二斯塔克次能级的第二能级，以及

至少一个附加的光导装置，用以将光从附加的抽运激光器引导至放大媒质。

2．如权利要求1所述的光放大器，其特征在于，构造电子重新分布***以通过有选择地调节有源增益元素的电子能级的至少一个斯塔克次能级的电子粒子数，在整个波长范围内调节光放大器的增益曲线，该至少一个斯塔克次能级是从包含下激光能级和上激光能级的组中选出的。

3．如权利要求2所述的光放大器，其特征在于，构造电子重新分布***以平直光放大器的增益曲线。

4．如权利要求1所述的光放大器，其特征在于，至少一个附加的抽运激光器包括分别工作于第一和第二光波长的两个抽运激光器，这样，第一与第二波长的光子能量之间的差值接近于一对斯塔克次能级之间的能量差。

5．如权利要求4所述的光放大器，其特征在于该对斯塔克次能级从有源增益元素的上激光能级的一组电子能级中选出。

6．如权利要求4所述的光放大器，其特征在于第一光波长从504至525nm,600至650nm,700至750nm,750至820nm,1110至1170nm,1650至1700nm的范围之一中选出，第二光频率对应于从504至525nm,600至650nm,700至750nm,750至820nm,1110至1170nm,1650至1700nm的范围之一中选出的波长。

7．如权利要求1所述的光放大器，其特征在于至少一个附加的抽运激光器包括工作于选出的波长的一个抽运激光器，使电子从上激光能级中选出的斯塔克次能级跃迁到较高的能级。

8．如权利要求1所述的光放大器，其特征在于光放大媒质为光纤，光纤中的有源增益元素为铒氧化物，抽运激光器波长为包括980nm和1480nm的组中的一个，附加的抽运激光器波长从包括504至525nm,600至650nm,700至750nm,750至820nm,820至870nm,1110至1170nm,1650至1700nm范围的组中选出。

9．如权利要求1所述的光放大器，其特征在于光放大媒质为光纤，光纤中的有源增益元素从包括钕、镨、钬、铥和镱氧化物的组中选出，抽运激光器波长从包括490nm,520nm,550nm,910nm,1015nm和1060nm的组中选出。

10．如权利要求1所述的光放大器，其特征在于电子粒子数重新分布***进一步包括控制器，该控制器能够监视放大器输入和输出功率的至少一个，并调节抽运激光器功率和波长，以达到所需的增益曲线。

11．如权利要求10所述的光放大器，其特征在于该控制器包括用以监视光放大器输出的光谱分析仪。

12．如权利要求10所述的光放大器，其特征在于该控制器包括用以监视光放大器输出的一组滤光器。

13．一种光放大器，其特征在于包括：

具有经选择的波长的抽运激光器，以同时使电子从有源增益元素的基能级跃迁到较高能级之一，并使电子从上激光能级的选出的斯塔克次能级跃迁到更高能级；以及

光导装置，用于同时把来自抽运激光器的光和输入信号光引导到放大媒质。

14．如权利要求13所述的放大器，其特征在于光放大媒质为光纤，光纤中的有源增益元素为铒氧化物，抽运激光器波长为包括960至990nm,800至850nm,630至670nm。500至530nm一组范围内的一个范围。

15．如权利要求14所述的放大器，其特征在于光放大媒质为光纤，光纤中的有源增益元素从包括从包括钕、镨、钬、铥和镱氧化物的组中选出，抽运激光器波长从包括490nm,520nm,550nm,910nm,1015nm和1060nm的组中选出。

16．在包括抽运激光器、光放大媒质和光导器件的光放大器中，一种控制次能级电子粒子数的方法，所述光放大媒质用具有电子基能级、下激光能级、上激光能级和多重较高电子能级的有源增益元素搀杂，每个电子能级具有多重次能级，所述光导器件用于同时把来自抽运激光器的光和输入信号光引导到放大媒质，其特征在于所述方法包括如下步骤：

通过至少一个双光子喇曼跃迁实现能级之一的次能级之间的跃迁，所述双光子喇曼跃迁包括从一个能级中的第一斯塔克次能级至第二能级的第一跃迁，以及从第二能级至第一能级中的第二斯塔克次能级的第二跃迁，该一个能级不同于第二能级。

17．如权利要求16所述的方法，其特征在于进一步包括通过有选择地控制有源增益元素的电子能级的至少一个斯塔克次能级的电子粒子数，在整个波长范围内调节光放大器增益曲线的步骤，该至少一个斯塔克次能级从包括下激光能级和上激光能级的一组中选出。

18．如权利要求17所述的方法，其特征在于调节光放大器增益曲线的步骤包括使光放大器的增益曲线平直。

19．如权利要求18所述的方法，其特征在于光放大媒质为光纤，光纤中的有源增益元素为铒氧化物，抽运激光器波长为包括980nm和1480nm的组中的一个波长。

20．在包括抽运激光器、光放大媒质和光导器件的光放大器中，一种控制次能级粒子数的方法，所述光放大媒质用具有电子基能级、下激光能级、上激光能级和多重较高电子能级的有源增益元素搀杂，每个电子能级具有多重次能级，所述光导器件同时把来自抽运激光器的光和输入信号光引导到放大媒质，其特征在于所述方法包括如下步骤：

通过单光子跃迁实现能级之一的次能级之间的跃迁，所述单光子跃迁从一个能级中的第一斯塔克次能级跃迁到第二能级，并从第二能级衰变到一个能级中的第二斯塔克次能级，该一个能级不同于第二能级。

21．如权利要求20所述的方法，其特征在于进一步包括通过有选择地控制有源增益元素的电子能级的至少一个斯塔克次能级的电子粒子数，在整个波长范围内调节光放大器增益曲线的步骤，该至少一个斯塔克次能级从包括下激光能级和上激光能级的组中选出。

22．如权利要求21所述的方法，其特征在于调节光放大器增益曲线的步骤包括使光放大器的增益曲线平直。

23．如权利要求22所述的方法，其特征在于光放大媒质为光纤，光纤中的有源增益元素为铒氧化物，抽运激光器波长为包括980nm和1480nm的组中的一个波长。

24．如权利要求20所述的方法，其特征在于在次能级之间使单光子跃迁的步骤包括以选出的波长操作抽运激光器，由此同时造成从有源增益元素的基能级到较高能级之一的电子跃迁，以及从选出的上激光能级的斯塔克次能级到更高的能级的电子跃迁。

25．如权利要求24所述的方法，其特征在于光放大媒质为光纤，光纤中的有源增益元素为铒氧化物，抽运激光器波长为包括960至990nm,800至850nm,630至670nm,500至530nm的一组范围中的一个范围。