CN1284658A - 使用种子光束的长带光纤放大器 - Google Patents
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Abstract
提供了L带光纤放大器。L带光纤放大器包括掺杂了稀土元素的光纤,至少一个用于发射泵浦光到光纤的泵浦光源,一个用于发射在预定波长带的种子光束的种子光束源,和一个放置在输入端和光纤之间的种子光束耦合器,用于耦合输入光信号和种子光束并前馈耦合光到光纤。通过使用种子光束,L带光纤放大器改善了在光信号波长上的增益平坦特性,当改变光纤的长度和光信号的密度和泵浦光时,增大了放大效率。
Description
本发明通常涉及一种光纤放大器，特别涉及一种使用由稀土元素掺杂的光纤放大的L带(长带)光纤放大器。
WDM(波分复用)传送是一种使用光纤的信息传送方案，其中把光纤的波长范围分成多个通道，通道是复用的，因而不同波长的信号在同一时间能通过光纤传送，因此增加了信息传送容量。
在WDM传送***中在传送器和接受器之间使用多个光纤放大器补偿由于长距离传送造成的信号衰减。一种光纤放大器是一个包括由稀土元素例如铒(Er)掺杂的光纤和类似泵浦激光二极管的泵浦源组成。除了Er，镱(Yb)和钕(Nd)也是稀土元素。
把EDFA(掺铒光纤放大器)划分为使用从1528到1562nm的范围作为放大带的C带(常规带)光纤和使用从1575到1605nm的范围作为放大带的L带(长带)光纤。特别地，相对于使用放大带在1.52μm和1.56μm之间的C带光纤放大器，把L带光纤称为1.58μm光纤放大器。
图1是常规L带光纤放大器的原理图。在图1中常规L带光纤100包括一个输入端102，一个第一光隔离器104，一个第一光耦合器106，一个第一泵浦光源108，一个稀土元素掺杂的光纤110，一个第二光耦合器112，一个第二泵浦光源114，一个第二光隔离器116，和一个输出端118。
L带光纤放大器100通过输入端102从传送器的信号光源接收信号。第一光耦合器106把信号光与从第一泵浦光源108接收的前向泵浦光耦合并把耦合光反馈到光纤110的前端。把从第二泵浦光源114产生的反向泵浦光通过第二光耦合器112反馈到光纤110的后端。
在光纤110中由于前后向泵浦光激发的稀土元素离子(例如，er离子)的受激发射放大了信号光。在放大期间产生了放大自发辐射(ASE)光。通过光纤110的后端把放大信号光和ASE光施加到输出端118。
第一光隔离器104用于阻塞从光纤110的前端反射的并反馈回输入端102的反向ASE光，使之不能重复作用在光纤110上，因而减小了放大效率。第二光隔离器116用于阻塞从光纤110的后端输出的和从输出端118反射回的ASE光，使之不能重复作用在光纤110上，因而减小了光纤110的放大效率。
L带光纤放大器100使用一种比C带光纤放大器长5到20倍的掺杂稀土元素的光纤作为放大媒介。使用较长的掺杂稀土元素的光纤，C带增益下降但是L带增益相对增加，这允许L带用作新的传送波长带。结果，可以使用光纤作为L带光纤放大器。就是说，由泵浦光激发稀土元素离子的受激发射产生的C带ASE放大了在L带光纤100中的L带信号光。
其间，光纤放大器的泵浦效率与泵浦光的峰值功率而不是总功率成比例。因而具有高的总功率但是低峰值功率的泵浦光减小了泵浦效率和光纤放大器的放大效率。
如上所述，常规L带光纤放大器100使用依靠泵浦光源的泵浦光激发稀土元素离子的受激发射而产生的C带ASE光来放大L带信号光。
C带ASE光因为它的宽波带而具有高的总功率和低的峰值功率的特征。就是说，作为泵浦光的ASE光在每一个波长的总功率越高，在光纤110中受激的稀土元素离子则越多，这暗示着L带光能得到有效的放大。然而，ASE光的本质减小了L带信号光的放大效率。
常规L带光纤放大器100在不同波长的信号光之间有窄的放大增益差别，与C带光纤放大器相比具有良好的平坦增益特性。这里，把平坦增益定义为在最大增益和最小增益之间的差。然而，如果光纤110的长度和输入信号光的密度和泵浦光改变了，L带光纤放大器110在波长之间有增加的放大增益差，结果表明了差的平坦增益特性，类似于C带光纤放大器。因而当通过多个光纤放大器或中间节点在输入端接收信号光时，将显著改变输入光信号的密度。因此，在通道之间在BER(位错率)上的差将增大，结果信号畸变发生。
因此，本发明的目的是提供一种具有增加的L带放大效率的L带光纤放大器。
本发明的另一个目的是当光纤的长度和输入信号光的密度和泵浦光改变时，提供一种具有相对于信号光的波长有改进的增益平坦性的L带光纤放大器。
以上目标通过提供一种L带光纤放大器获得。所述L带光纤放大器包括掺杂稀土元素的光纤，至少一个用于发射泵浦光到光纤的泵浦光源，一个用于在预定波长带发射种子光束的种子光束源，和一个在输入端和光纤之间放置的种子光束耦合器，用于把输入信号光与种子光束耦合并前馈耦合光到光纤。
本发明的上面和其它的目的、特性和优点当与附图联系时，将在随后的详细描述中更清楚，其中：
图1是常规L带光纤放大器的原理图。
图2是依照本发明的L带光纤优选方案的原理图。
图3是依照本发明的L带光纤放大器的另一个优选方案的原理图。
图4是依照本发明方案的L带光纤放大器的表示增益特性的图形。
图5是在本发明的L带光纤放大器中相对于种子光束波长表示增益特性的图形。
本发明的优选方案将参考附图在下面描述。在随后的描述中，众所周知的功能或结构不在细节上描述，以免它们在不必要的细节上模糊了本发明。
本发明目的是提供一种L带光纤放大器，其使用从种子光束源发射出的种子光束相对于波长能增加放大效率和控制增益平坦特性。
图2是依照本发明的优选方案的L带光纤放大器的原理图，其中种子光束从种子光束源发射到光纤。
在图2中，L带光纤放大器200包括一个输入端202，一个种子光束耦合器204，一个种子光束源206，一个第一光隔离器208，一个第一光耦合器210，一个第一泵浦光源212，一个掺杂稀土元素214的光纤，一个第二光耦合器216，一个第二泵浦光源218，一个第二光隔离器220，和一个输出端222。
输入端202从发射器的信号光源接收信号光，包括范围在1575到1605nm的L带光。
种子光束源206在预定波长带产生种子光束。种子光束源206可以是LED(发光二极管)或LD(激光二极管)，发射在C带中尤其是在1525和1570nm之间的种子光束。
种子光束耦合器204耦合从种子光束源206发射的种子光束和从输入端202接收的信号光并反馈耦合光到第一光耦合器210。一种通常的光耦合器可被作为种子光束耦合器204。
在1555和1563nm之间的种子光束施加到光纤214，L带光纤放大器有26到27dB的平坦的增益，如图5所示。
种子光束在通过由泵浦光激发的光纤的前端时被放大。放大的种子光束激发光纤214的后端，因而放大了L带信号光。本发明的L带光纤放大器200放大了具有增加的主放大种子光束的总能量的L带信号光。结果L带信号光的放大效率增加。
第一光隔离器208通过阻塞从光纤214的前端反射到输入端202的反向ASE光来阻止输入信号光的畸变。
第一泵浦光源212以预定波长发射泵浦光。把用于发射在980或1480nm的泵浦光的泵浦LD作为第一泵浦光源212使用。
第一光耦合器210耦合与种子光束耦合的信号光和泵浦光并反馈到光纤214的前端。
光纤214被掺杂稀土元素并作为在L带光纤放大器200中放大信号光的媒介。一种在1550nm具有最小损耗特性的EDF，用作光纤214。在光纤214中的放大通过种子光束、信号光和通过光纤214的前端和后端接收的前向和反向泵浦光相互作用产生。
L带信号光通过在ASE光和种子光束之间的反作用得到放大。ASE光对L带信号光表现出低的放大效率，因为它的整个波长的总功率高但是它的峰值功率在每一个波长上是低的。然而，从种子光束源206前向接收的种子光束得到放大。它的用作激发光的峰值功率的增加增大了L带信号的放大效率。
就是说，信号光的放大效率随着在一定波长的泵浦光的峰值功率的增加而增大。在光纤214中放大的L带信号光通过光纤214的后端施加到输出端222。
第二泵浦光源218在预定波长发射泵浦光。把一个用于发射在980或1480nm的泵浦光的泵浦LD用作第二泵浦光源218。
第二光耦合器216输出从第二泵浦光源218接收的反向泵浦光到光纤214的后端。
第二光隔离器220通过阻塞放大信号光和从光纤214的后端输出的并然后从输出端222反射的ASE光使之不重复作用在光纤214的后端，阻止了光纤214放大效率的减少。
本发明的第一方案在图二中在L带光纤放大器用作双向泵浦机理的上下文中得到描述，同时本发明可应用到使用前向和后向泵浦机理之一的L带光纤放大器，这对本领域的技术人员是清楚的。
图3是依照本发明的另一个优选方案的L带光纤放大器的原理图，其中从种子光束源发射的种子光束反向施加到光纤。
在图3中，L带光纤放大器300包括一个输入端302，一个第一光隔离器304，一个光耦合器306，一个第一泵浦光源308，一个掺杂稀土元素的光纤310，一个第二光耦合器312，一个第二光隔离器318，一个种子光束源320，一个第三光隔离器322，和一个输出端324。
输入端302从发射器的信号光源接收信号光，包括1575到1605nm的L带光。
第一光隔离器304通过阻塞从光纤310的前端反射的反向ASE光到输出端302来阻止输出信号光的畸变。
第一泵浦光源308以预定波长发射泵浦光。发射在980或1480nm的泵浦光的泵浦LD被用作第一泵浦光源308。
第一光耦合器306耦合输入信号光和从第一泵浦光源308接收的泵浦光并前馈耦合光到光纤310的前端。
光纤310掺杂了稀土元素并在L带光纤放大器300中作为放大信号光的媒介。一个EDF被用作光纤310。在光纤310中通过种子光束、信号光和通过光纤310的前后端接收的前后向泵浦光之间的相互作用产生放大。
L带信号光通过ASE光和种子光束之间的相互作用得到放大。ASE光表现出对L带信号光的低的放大效率，因为它的整个波长的总功率是高的但是它的峰值功率在每个波长都是低的。
然而，从种子光束源320反向接收的种子光束得到放大。它的用作激发光的峰值功率的增加增大了L带信号光的放大效率。参考图4中描述的，种子光束反向输入的本发明的第二方案与种子光束前向输入的本发明的第一方案相比具有较低的L带信号光的放大效率。在光纤310中放大的L带信号光通过光纤310的后端施加到输出端324上。
第二泵浦光源314以预定波长发射泵浦光。发射在980或1480nm泵浦光的泵浦LD被用作第二泵浦光源314。
第二光耦合器312输出从第二泵浦光源314接收的反向泵浦光到光纤310的后端。
种子光束耦合器316施加从种子光束源320发射的种子光束到光纤310的后端。一种普通的光耦合器可被用作种子光束耦合器316，与在本发明的第一方案中的相同。
种子光束源320以预定波长带产生种子光束。种子光束源320可以是在C带中发射在1525和1570nm之间的种子光束的LED或LD。在1555和1563nm之间的种子光束施加到光纤310上时，L带光纤放大器具有26到27dB的平坦的增益，如图5所示。
种子光束是反向输入并在光纤310中得到放大，同时它通过由泵浦光激发的光纤310的前端。放大的种子光束激发光纤310的后端，因而放大了L带信号光。本发明的L带光纤放大器300放大了具有增加的主放大种子光束的总功率的L带信号光。结果，L带信号光的放大效率得到增加。
第二光隔离器318阻塞了从光纤310的后端输出光反馈到种子光束源320。
第三隔离器322通过阻塞放大信号光和从输出端324反射的ASE光重复作用在光纤310的后端阻止了光纤310放大效率的下降。
本发明的第二方案已经在图3中示出的使用双向泵浦机理的L带光纤放大器的上下文中得到描述。同时对于本领域的技术人员是清楚的，本发明可应用到使用前向和后向泵浦方案之一的L带光纤放大器。
图4是表示出依照本发明第一和第二方案的L带光纤放大器的输出增益特性之间的比较。在本发明的第一方案中种子光束前馈到光纤，然而在本发明的第二方案中它后向反馈到光纤。
测试在如下条件下进行，在L带中信号光的波长是1595nm，在C带中种子光束源的输出波长是1560nm。在图4中图的水平轴表示种子光束源的输出密度，垂直轴表示L带光纤放大器的增益G。
依照常规技术和本发明方案的L带光纤放大器通过种子光束的输出密度的变化-17、-12、-7、-2和3dBm进行测试。
测试结果，常规没有种子光束源的L带光纤放大器的增益是1dBm，依照本发明的L带光纤放大器的增益示出在图4中。例如，对应前向输出具有输出功率-7dBm的种子光束的增益是27dB。对应具有同样功率的反向输入种子光束，增益为22dB。就是说，本发明获得高于常规L带光纤放大器28dB和23dB的增益。
从测试中知道，本发明的L带光纤放大器通过增加L带信号光的增益增加了L带信号光的放大效率。然而依照种子光束的输入方向(前向或后向)，增益略有不同。前向种子光束输入有高于后向种子光束输入的放大效率。
图5是表示依照本发明关于种子光束波长的L带光纤放大器的增益特性图。水平轴表示从种子光束源发射的种子光束的波长，垂直轴表示L带光纤放大器的增益。
测试在这样的条件下执行，输入三个在不同波长(1575，1585和1595nm)的L带信号光并前向施加种子光束-15dBm。
这表明常规L带光纤放大器具有增益范围-3.96到10.8dB和增益平台约14.76dB，然而本发明的L带光纤放大器当种子光束在1555到1563nm时，具有25到27dB的增益范围和1dB或更低的增益平坦度。例如，如果种子光束是1559nm时，在本发明中，增益和增益平台各自对应于26dB和1dB或更低。
如上所述，依照本发明使用种子光束的L带光纤放大器是先进的，因为L带信号的放大效率通过放大C带种子光束和依次用放大的种子光束来放大L带信号光得到增加，对应于波长的增益平坦性依照变化的输入信号光密度或泵浦光通过控制种子光束的输出波长得到增加。
在示出本发明和参照某些优选方案来描述的同时，在本领域的技术人员能理解，在不偏离附加的权利要求所定义的本发明的宗旨和范围内，形式和细节上可以有不同的改变。
Claims (9)
1．一种L带光纤放大器，包括：
一个掺杂稀土元素的光纤；
至少一个用于发射泵浦光到光纤的泵浦光源；
一个用于在预定波长带发射种子光束的种子光束源；和
一个放置在输入端和光纤之间的种子光束耦合器，用于耦合输入光信号和种子光束并把耦合光前馈到光纤。
2．权利要求1的L带光纤放大器，其中种子光束源是激光二极管。
3．权利要求1的L带光纤放大器，其中种子光束是在1555和1563nm之间。
4．权利要求1的L带光纤放大器，其中光纤掺杂了铒(Er)。
5．一种L带光纤放大器，包括：
一个掺杂稀土元素的光纤；
至少一个用于发射泵浦光到光纤的泵浦光源；
一个用于在预定波长带发射种子光束的种子光束源；和
一个放置在输出端和光纤之间的种子光束耦合器，用于耦合输入光信号和种子光束并把耦合光反向馈送到光纤。
6．权利要求5的L带光纤放大器，其中种子光束是在1555和1563nm之间。
7．权利要求5的L带光纤放大器，进一步包括一个在种子光束源和种子光束耦合器之间的光隔离器，用于阻止从光纤后端输出的光进入种子光束源。
8．权利要求5的L带光纤放大器，其中种子光束是在1555和1563nm之间。
9．权利要求5的L带光纤放大器，其中光纤掺杂了Er。
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