CN1253755C - 光纤放大器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种特性稳定的光纤放大器。该光纤放大器具备一短波传输耦合器，多路传输从前侧输入的泵浦光和输入的信号光；一EDF，放大从短波传输耦合器输入的信号光；一窄带耦合器，在窄带耦合器的传输波段中多路传输信号光和泵浦光；一分束耦合器，以设定的比例对输入的泵浦光分束；和一泵浦光LD，输出泵浦光以用于放大信号光。利用这种结构，在光纤放大器中放大多个在WDM传输中一起采用的波长，甚至当改变输入信号数时也是如此，避免了噪声系数的恶化。

Description

光纤放大器
技术领域
本发明涉及一种用于例如互联网等网络中的光纤放大器。
背景技术
近来，互联网被广泛地使用，并且在互联网中采用了光纤放大器以满足日益增长的通信要求。另外，WDM(波分复用)技术也得到了发展并被广泛地使用。
在WDM技术中，一个波长区域中多路传输多波长的信号光并使用多路传输的信号光，通过这样可以增大一条光纤传输线路的传输容量。因此，在WDM技术中，可以通过增大多路传输的信号光的数量来增大传输容量，由此波带加宽。另外还要求采用WDM技术的光纤放大器在一个很大的输入动态范围内有很低的噪声。
图1是常规的光纤放大器的结构简图。首先解释常规光纤放大器的结构。如图1所示，常规的光纤放大器设置有两个短波传输耦合器2，一EDF(掺铒光纤)3，一分束耦合器5和一LD(激光二极管)6。在图1中，标号1表示输入和输出光的移动方向。
LD6输出1480nm波段的泵浦光。分束耦合器5的分束比为3dB。短波传输耦合器2的泵浦光传输波段为不大于1485nm。
接下来解释常规光纤放大器的工作情况。首先解释输入信号数为50个信道的情况。在此情况下，输入信号功率为-16dBm/信道，增益为20dB，输出信号功率为+4dBm/信道，因此总输出功率为+20dBm。此时，从1480nm泵浦光波段的LD6的输出为220mW，从前侧向EDF3输入100mW的泵浦光，从后侧向EDF3也输入100mW的泵浦光。因此可以确认高输出功率时的工作情况。
接下来，解释输入信号数为1个信道的情况。在此情况下，输入信号功率为-16dBm/信道，增益为20dB，输出信号功率为+4dBm/信道。因此总输出功率降低到+4dBm。此时，1480nm泵浦光波段的LD6的输出降低到66mW，并且从前侧向EDF3输入30mW的泵浦光，从后侧向EDF3也输入30mW的泵浦光。因此可以确认低输出功率时的工作情况。
作为第一常规技术，日本专利申请JP2002-76481公开了一种光学直接放大器及其控制方法。在此专利申请中，从激光光源输出的泵浦光在一个波长处被分成长波光和短波光。长波光和短波光中的一个被输入到EDF作为前向泵浦光，另一个光被输入到EDF作为向后泵浦光。前向泵浦光和向后泵浦光之间的强度比通过控制激光光源的温度来改变。
作为第二常规技术，日本专利申请平JP5-224254公开了一种光纤放大器。在此专利申请中，光纤放大器设置有一可变分束器(light splitter)，它以任意的比例对泵浦激光器输出的泵浦光分束。利用这种结构，可以通过改变可变分束器的分束比获得与其目的相对应的具有低噪声的光纤放大器或具有高输出功率的光纤放大器。
但是，在常规技术中存在下列问题。图2是常规光纤放大器中长波段的噪声系数特征曲线。如图2所示，在常规的光纤放大器中，当输入信号数减少时，出现光纤放大器噪声系数的恶化。
在第一常规技术中，如上所述，通过控制激光光源的温度来改变前向泵浦光和向后泵浦光的强度比。另外，必须在一个波长处对泵浦光分束。
在第二常规技术中，如上所述，重点是当以任意的比例对泵浦光分束时使用可变分束器。
一般地，在光学放大操作中，例如在输入信号数很小时，噪声系数根据输入和输出信号的状态恶化。为了解决这个问题，通过对泵浦激光器的振荡谱施加温度控制来改变从前侧和后侧向EDF输入的泵浦光功率之比。或者，通过利用可变分束器来改变从前侧和后侧向EDF输入的泵浦光功率之比。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种特性稳定的光纤放大器。更具体地说，在WDM传输中采用的一起放大多个波长的光纤放大器中，设置一稳定的光纤放大器，甚至在输入信号数改变时也能防止噪声系数(noisefigure)的恶化(deterioration)。
根据本发明的第一方面，为了实现上述目的，提供了一种光纤放大器。该光纤放大器包括一短波传输耦合器，多路传输从前侧输入的泵浦光和输入的信号光；一EDF，放大从短波传输耦合器输入的信号光；一窄带耦合器，在窄带耦合器的传输带中多路传输信号光和泵浦光；一分束耦合器，以设定的比例对输入的泵浦光分束；和一泵浦光LD，输出泵浦光以用于放大信号光。
根据本发明的第二方面，在第一方面中，泵浦光LD输出1480nm波段或980nm波段的泵浦光。
根据本发明的第三方面，在第一方面中，通过提供给泵浦光LD的电流值改变从泵浦光LD输出的泵浦光的中心波长。
根据本发明的第四方面，在第二方面中，通过提供给泵浦光LD的电流值改变从泵浦光LD输出的泵浦光的中心波长。
根据本发明的第五方面，在第一方面中，通过施加于泵浦光LD的温度来改变从泵浦光LD输出的泵浦光的中心波长。
根据本发明的第六方面，在第二方面中，通过施加于泵浦光LD的温度来改变从泵浦光LD输出的泵浦光的中心波长。
根据本发明的第七方面，在第一方面中，EDF是一种光纤，其中被掺入了作为放大物质的铒元素。
根据本发明的第八方面，在第七方面中，在光纤放大器的高输出功率和低输出功率情况下，改变从EDF的前侧和后侧输入到EDF的泵浦光功率之比，并且避免了由降低泵浦光功率导致的低输出功率时的噪声系数的恶化，也不用降低高输出功率时的输出功率。
根据本发明的第九方面，在第八方面中，短波传输耦合器位于EDF的前侧，窄带耦合器位于EDF的后侧，并且其泵浦光波长改变，泵浦光的功率比改变。
附图简述
通过下面结合附图的详细描述，本发明的各项目的和特征将变得更加清晰，其中：
图1是常规光纤放大器的结构简图；
图2是常规光纤放大器中长波波段的噪声系数特征曲线；
图3是本发明第一实施例中光纤放大器的结构简图；
图4是本发明第一实施例的光纤放大器中短波传输耦合器和窄带耦合器的特征简图；
图5是本发明第一实施例的光纤放大器中长波波段的噪声系数特征曲线。
优选实施例的描述
下面参见附图对本发明的实施例进行详细的解释。
在本发明实施例的光纤放大器中，为了避免在降低泵浦光功耗导致的低功率输出时噪声系数的恶化但又不衰减高功率输出时、高输出功率时以及低输出功率时的输出，改变输入到EDF的前向泵浦光和向后泵浦光的比例，由此通过电流控制或温度控制改变泵浦光波长。
图3是本发明第一实施例中光纤放大器的结构简图。首先解释本发明第一实施例中光纤放大器的结构。在本发明的第一实施例中，在组件功能几乎与常规光放大器的相同的情况下，结构中的每个组件具有与图1所示常规光纤放大器相同的标号。
如图3所示，本发明第一实施例的光纤放大器设置有一短波传输耦合器2，一EDF3，一窄带耦合器4，一分束耦合器5和一LD6。在图3中，标号1表示输入和输出光的移动方向。LD6输出1480nm波段的泵浦光。
在本发明第一实施例的光纤放大器中，如图3所示，通过利用EDF3前向输入端处的短波传输耦合器2和EDF3向后输入端处的窄带耦合器4改变泵浦光波长来改变泵浦光功率比。
EDF3是一种被掺入铒放大物质并放大信号光的光纤。下面解释EDF和EDFA(掺铒光纤放大器)的一个例子。
使用半导体激光器的泵浦光的EDFA直接放大光信号，正如光信号被照亮一样。并且采用一种特殊的光纤，该光纤的芯部掺入了极少量的铒元素(元素符号为Er)。通过半导体激光器(泵浦光源)提供给光纤的能量感生的受激发射现象，放大的信号光可以是原始信号光的几百倍至几万倍。
LD6输出1480nm波段的泵浦光以用于放大信号光，并且其中心波长通过提供电流值而改变。分束耦合器5以一个比例对输入的泵浦光分束。短波传输耦合器2多路传输输入的信号光和来自分束耦合器5的泵浦光，并且给EDF3输入多路传输的光。窄带耦合器4在其传输波段内多路传输信号光和泵浦光。EDF3放大信号光。
接下来，参见附图解释本发明第一实施例的光纤放大器的工作。分束耦合器5的分束比为3dB。短波传输耦合器2的泵浦光传输波段为不大于1485nm。窄带耦合器4的泵浦光传输波段为1473.5nm～1485nm。
首先解释输入信号数为40个信道的情形。在此情况下，输入信号功率为-16dBm/信道，增益为20dB，输出信号功率为+4dBm/信道，因此，总输出功率为+20dBm。此时，从1480nm泵浦光波段的LD6的输出功率为220mW，驱动电流为700mA，中心波长为1480nm。
图4是本发明第一实施例的光纤放大器中短波传输耦合器2和窄带耦合器4的特征简图。如图4所示，因为LD6的中心波长为1480nm，所以不会在短波传输耦合器2和窄带耦合器4的泵浦光传输波段发生泵浦光的损耗。因此，从前侧向EDF3输入100mW的泵浦光，并且还从后侧向EDF3输入100mW的泵浦光。由此可以确认高输出功率时的操作。
接下来解释输入信号数为1个信道的情形。在此情况下，输入信号功率为-16dBm/信道，增益为20dB，输出信号功率为+4dBm/信道，因此，总输出功率降低到+4dBm。此时，从1480nm泵浦光波段的LD6的输出功率降低到110mW，并且驱动电流降低为350mA。驱动电流每改变100mA，LD6的中心波长移动2nm。因此，LD6在一个信道时的中心波长为变为1473nm。如图4所示，泵浦光的损耗不会在短波传输耦合器2中发生，但在窄带耦合器4的泵浦光传输波段发生泵浦光损耗。据此，50mW的泵浦光从前侧输入给EDF3，并且15mW的泵浦光从后侧输入给EDF3。因此，可以确认低输出功率时的操作。
图5是本发明第一实施例的光纤放大器中长波波段的噪声系数特征曲线。如图5所示，在本发明的第一实施例中，甚至改变输入信号数，也可以通过改变前向泵浦和向后泵浦的泵浦光功率之比来避免噪声系数的恶化。
在本发明的第一实施例中，作为泵浦光波段，采用1480nm的光，但也可以采用980nm的泵浦光波段。
本发明第一实施例的效果在于甚至当改变输出功率时光纤放大器的噪声系数也不恶化。原因在于通过改变前向泵浦和向后泵浦的泵浦光功率之比避免了噪声系数的恶化。
接下来，解释本发明的第二实施例。本发明第二实施例的光纤放大器的结构与本发明第一实施例的相同。在本发明的第一实施例中，通过电流控制来改变LD6的中心波长。但是，在本发明的第二实施例中，通过改变1480nm泵浦光波段的LD6的温度来调节LD6的中心波长。即，当输入信号数减少时，需要降低LD6的温度。在本发明的第二实施例中，作为泵浦光波段，使用1480nm波段，但也可以采用980nm的波段作为泵浦光波段。
如上所述，在第一个常规技术中，通过控制激光光源的温度改变前向泵浦光和后向泵浦光的强度比。另外，必须在一个波长处对泵浦光分束。并且在第二常规技术中，重点是当以任意比例对泵浦光分束时使用可变分束器。
但是，在本发明的第一实施例中，不通过改变LD6的温度而改变从前向和后向输入给EDF3的泵浦光比例。另外，在本发明的第一实施例中，不使用以任意比例对泵浦光分束的可变分束器。但是在本发明的第二实施例中，如上所述，采用温度控制，通过温度控制改变LD6的中心波长，并且其它部分的控制方法与第一实施例的相同。
一般地，从电流中获得用在多路传输泵浦光和信号光时的WDM耦合器的波段以输出使用泵浦激光的功率特性。当要求光纤放大器的输出功率较大时，使输入给EDF的泵浦光功率较大，并当要求光纤放大器的输出功率较小时，使输入给EDF的泵浦光功率也较小。另外，主要采用前向泵浦方案，从前侧给EDF输入泵浦光功率，并且避免了噪声系数的恶化。
但是，在本发明的第一和第二实施例中，可以通过决定位于EDF后侧的WDM耦合器(窄带耦合器)的波段来避免噪声系数特性的恶化，无需其它的控制，即使使用通常的泵浦方法也是如此。
如上所述，根据本发明第一和第二实施例，泵浦光LD输出用于放大信号光的泵浦光，分束耦合器以一定的分束比例对泵浦光LD输入的泵浦光分束。短波传输耦合器多路传输输入的信号光和在分束耦合器中被分束的一束泵浦光，EDF放大信号光，窄带耦合器在它的传输波段多路传输放大的信号光和在分束耦合器被分束的其它的泵浦光。通过改变输入给EDF的前向和后向泵浦光功率的比例，可以避免光纤放大器的噪声系数恶化，甚至在改变输出功率时也是如此。
虽然已参考具体的实施例描述了本发明，但本发明并不受这些实施例的限制，而只由所附的权利要求限定。本领域的技术人员可以理解，在不脱离本发明范围和实质的前提下可以对本发明的实施例做改动和改型。

Claims (7)

1.一种光纤放大器，包括：
一短波传输耦合器，多路传输从前侧输入的泵浦光和输入的信号光；
一EDF，放大从所述短波传输耦合器输入的所述信号光；
一窄带耦合器，在所述窄带耦合器的传输波段中多路传输所述信号光和所述泵浦光；
一分束耦合器，以设定的比例对输入的泵浦光分束；和
一泵浦光LD，输出所述泵浦光以用于放大所述信号光。
2.如权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于：
所述泵浦光LD输出1480nm波段或980nm波段的泵浦光。
3.如权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于：
通过提供给所述泵浦光LD的电流值改变从所述泵浦光LD输出的所述泵浦光的中心波长。
4.如权利要求2所述的光纤放大器，其特征在于：
通过提供给所述泵浦光LD的电流值改变从所述泵浦光LD输出的所述泵浦光的中心波长。
5.如权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于：
通过施加于所述泵浦光LD的温度来改变从所述泵浦光LD输出的所述泵浦光的中心波长。
6.如权利要求2所述的光纤放大器，其特征在于：
通过施加于所述泵浦光LD的温度来改变从所述泵浦光LD输出的所述泵浦光的中心波长。
7.如权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于：
在所述光纤放大器的高输出功率和低输出功率情况下，
改变从所述EDF的前侧和后侧输入到所述EDF的泵浦光功率之比，
从而避免了由降低泵浦光功率导致的低输出功率时的噪声系数的恶化，
也不用降低高输出功率时的输出功率；
其中所述短波传输耦合器位于所述EDF的前侧，所述窄带耦合器位于所述EDF的后侧，并且其泵浦光波长改变，以及
所述泵浦光的所述功率之比改变。
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