CN1364238A - 利用双端口波长选择耦合器的光纤放大器 - Google Patents

Abstract

一种利用相同长度并含有增益介质的光纤以及相同强度的泵浦光的条件下,跟传统的光纤放大器相比,具有更高的增益和低噪声特性利用双端口波长选择耦合器的光纤放大器,具有下述的特征。即:它设有一定长度并含有增益介质的光纤维;设有一种循环手段,它被连结在光纤的一端,并把信号光入射到光纤,同时把在光纤中被放大的光信号,输出到自己的输出端;设有光泵浦手段,它向光纤提供泵浦光,以便用于放大入射的信号光;设有双端口波长选择耦合手段,它容许通过从光泵浦手段放射出来的泵浦光,而再行反射从光纤输出的已被放大的信号光。他可以用低成本来制作出高性能的光纤放大器;如果将本发明的光纤放大器用于光传输装置,那么就能改善光信号的信噪比,又能提高***的经济效益。

Description

利用双端口波长选择耦合器的光纤放大器

技术领域

本发明涉及光纤放大器技术领域；特别是有关在利用相同长度并含有增益介质的光纤以及相同强度的泵浦光的条件下，跟传统的光纤放大器相比，将具有更高的增益和低噪声特性的一种光纤放大器的。

背景技术

通常，在远距离光通信的光传输***中，传统的光通信方式是利用激光二极管，先将电信号变换成光信号；被变换成的光信号，通过光纤进行传输；通过光纤进行传输的过程中，由于存在光纤损失，光信号将变弱，为此再变换成电信号进行放大；将被放大的电信号又重新变换成光信号来进行通信。这种光通信方式，存在着许多的问题。如光发送机的输出低，中继放大器庞大，随着传输速度的变化要交替中继器，由于光发送机的输出小，使中继距离受限制等等。为了解决上述的问题以及更有效地进行光放大，需要一种能去放大光信号自身的光放大器。

目前掺铒光纤放大器(EDFA)，作为一种上述的光放大器，受到很大的关注，并已成为光通信的核心模型。当大量的数据，通过一根光纤进行远距离传输时，因远距离传输而产生光信号的衰减。为了补偿这种衰减，掺铒光纤放大器被用来进行周期性的放大；而且被应用于把各种波长的光信号同时进行放大的波分复用(WDM)方式的光传输中。

在介绍本发明的传统技术时，下面将以掺铒光纤放大器为中心来进行说明。

图1是传统的单向掺铒光纤放大器的结构概图。由图1可知，它由下述的部分组成。即：作为光信号增益介质的掺铒光纤(EDF)(120)；泵浦激光二极管(100)，提供用于激励掺铒光纤中的基态铒离子的泵浦光；波长选择耦合器(WSC)(110)，它将把不同波长的信号光和泵浦激光二极管(100)发射的泵浦光，耦合到一个光纤上，并使其入射到掺铒光纤(120)。掺铒光纤放大器用的波长选择耦合器有一种微型光器件；它是把多个光纤熔着之后，制成熔融型，并把对光波有选择性的物质，蒸敷到玻璃基片上，再用光的集光技术来加以制成的。设在波长选择耦合器(110)前端的输入端隔离器(130)，是为了阻断在掺铒光纤(120)中发生而被放大的自发辐射，进入光的输入部。而设在掺铒光纤(120)后段的输出端的隔离器(132)，则使信号输出，从连结器(未图示)那样的光学器件被反射之后，再次入射到掺铒光纤(120)，所以可防止因自发辐射和被放大的信号光造成的掺铒光纤放大器增益效率的下降。

另外，决定光放大器性能的，最重要的特性是增益和噪声指数。这些特性，将跟输入到光放大器的信号光的强度，泵浦光的强度，掺铒光纤的长度以及去耦合信号光与泵浦光用的波长选择耦合器之耦合效率有着密切的关联。尤其是波分复用传输，为了放大多路光信号，要求更高的增益和更低的噪声指数；而且为使多路光信号具有同一的增益特性，要求一种增益特性平坦的掺铒光纤放大器。为了获得高的增益和低的噪声指数，将需要高输出的泵浦激光二极管，更多的掺铒光纤以及耦合效率高的波长选择耦合器。但是，具有上述特性的器件，价格都相当高。为此，需要一种利用适当的器件来满足特性要求的掺铒光纤放大器。

发明内容

本发明的技术课题是提供一种光纤放大器，即使在利用跟传统技术相同的掺铒光纤长度，也要在增益和噪声指数等特性方面，跟传统技术相比，使其能具有一定的优越性。

本发明是这样实现的，它设有一定长度并含有增益介质的光纤维；设有一种循环手段，它被连结在光纤的一端，并把信号光入射到光纤，同时把在光纤中被放大的光信号输出到自己的输出端；设有光泵浦手段，它向光纤提供泵浦光，用来放大入射的信号光，；设有双端口波长选择耦合手段，它将允许从光泵浦手段放射出来的泵浦光通过，并再反射从光纤输出的已经被放大的信号光。

在本发明中，选择金属铒作为增益介质，所以光纤可选用掺铒光纤。

另外，光泵当然采用激光二极管；而该激光二极管输出的泵浦光波段最好是980nm波段或者是1480nm波段。

另外，双端口波长选择耦合器要设置一个反射滤波器，使信号光波段的光波进行反射，与此同时让泵浦光波段的光波通过；在反射滤波器的两端配有输入输出的平行光管。

本发明的用于光纤放大器地双端口波长选择耦合器，具有如下的优点。第一，由于跟用于传统光纤放大器的三端波长选择耦合器相比，对泵浦光波段的***损失小，可向放大光纤提供更强的泵浦光，去提高光信号的放大增益；还可去减少放大光纤前端的光学器件，所以能去提高光纤放大器的噪声特性。第二，把本发明的光纤放大器用于光传输装置中时，因偏光形成的损失小，会使光信号的信噪比特性得到改善，可提高***的经济效益。

另外，本发明的光纤放大器所具有的新结构，将会产生如下的效果。第一，由于信号光在放大光纤中做往复行进过程中得到放大，信号光的增益变得高，噪声变得小，光纤放大器的特性得到了提高。第二，在相同泵浦光的光强下，由于能获得高增益和低噪声，可制做出价格低的光纤放大器。第三，把相同的放大增益作为目的时，跟传统的相比，，可使用较短的光纤，因而可制做出价格低的光纤放大器。第四，由于能去减少构成光纤放大器地器件数量，因而可制做出价格低的光纤放大器，还有可能制作出小型化的光纤放大器。

本发明不仅仅限定在上述的实例上。很清楚，在本发明的技术思想范围内，在各个领域具有通常知识的人，可以制作出许多变形的技术。

下面，参照附图对本发明的一个实例进行说明。

附图说明

图1是传统的单向掺铒光纤放大器结构概图。

图2是本发明一个实例的光纤放大器结构概图。

图3是示出用于图2光纤放大器上的，双端口波长选择耦合器的结构图。

                ^*图面主要部分的参考符号说明^*

100，200：泵浦激光二极管 110：三端口波长选择耦合器

120，220：掺铒光纤       130，132：隔离器

210：双端口波长选择耦合器240：循环器

242：循环器输入端口      244：循环器输出端口

具体实施方式

图2是本发明一个实例的光纤放大器结构概图。光纤放大器由泵浦激光二极管(200)，掺铒光纤(220)，循环器(240)，双端口波长选择耦合器(210)构成。泵浦激光二极管(200)，向掺铒光纤(220)提供泵浦光，以便用来放大入射的信号光；其波段为980nm或1480nm。掺铒光纤(220)是一个增益介质。它将利用泵浦激光二极管(200)的泵浦光，去放大从循环器(240)传过来的信号光。循环器(240)把从自己的输入端口(242)入射的信号光，传送给掺铒光纤(220)；而从掺铒光纤(220)传送到循环器(240)的，已被放大了的光信号，只容许传送到输出端口(244)，而不许输出到输入端口(242)。另外，循环器(240)将防止从光连结器(未图示)反射的光逆流到掺铒光纤(220)。光连结器通常位于的终端。双端口波长选择耦合器(210)，将把泵浦激光二极管(200)的泵浦光，送进掺铒光纤(220)，并将去反射从循环器(240)传送过来的，而且穿过掺铒光纤(220)而被放大了的信号光。

根据上述的结构，就光纤放大器的工作过程说明如下。

首先，入射的信号光进循环器(240)的输入端口(242)传送到掺铒光纤(220)，然后在双端口波长选择耦合器(210)被反射，再次入射到掺铒光纤(220)。从泵浦激光二极管(200)起，经双端口波长选择耦合器(210)，泵浦光和信号光将一起进入掺铒光纤(220)。外加泵浦光的掺铒光纤(220)，变成了增益介质，因此将去放大从循环器(240)入射到掺铒光纤(220)的信号光。上述的信号光放大过程是泵浦光和信号光，在相反的行进过程中进行的。反方向放大的信号光，在双端口波长选择耦合器(210)折反之后，再次入射到掺铒光纤(220)，并沿顺方向再次得到放大。双端口波长选择耦合器(210)，把在掺铒光纤(220)中被放大的信号光给与反射的同时，还让通过泵浦激光二极管(200)的泵浦光，使泵浦光和信号光在一根光纤上耦合。在上述的实例中，用双端口波长选择耦合器替代了传统的三端口波长选择耦合器。双端口波长选择耦合器(210)的结构示于图3。由图3可知，双端口波长选择耦合器(210)是由反射过滤器(310)及其位于两端的输入端平行光管(320)和输出端平行光管(330)构成。反射过滤器(310)是由双端口构成的微型薄膜光学器件。它具有反射信号光波段的1500nm光波和让泵浦光通过的特性。双端口波长选择耦合器(210)对泵浦光的***损失跟图1所示的传统的双端口波长选择耦合器(110)相比小，所以可向掺铒光纤(220)提供更强的泵浦光。

现在回到对图2所示的光纤放大器的说明。在双端口波长选择耦合器(210)的反射过滤器(310)被反射的光信号重新进入增益介质掺铒光纤(220)而被放大。这一放大过程是把泵浦光和信号光在同方向行进时被放大的信号光，再次进行放大的过程。顺方向放大的信号光，经循环器(240)，向其输出端口(244)行进。如上所述，入射到掺铒光纤(220)的最初的光信号，不但在掺铒光纤(220)中做往复行进时得到放大，由于双端口波长选择耦合器(210)的反射过滤器(310)，对泵浦光波段的***损失小，可向掺铒光纤(220)提供更强的泵浦光，跟传统的光纤放大器相比可获得更高的增益。换句话说，这意味着使用更短的掺铒光纤，更低的泵浦光，也能充分地可去获得同传统技术的掺铒光纤放大器相同的增益。而且可用低的费用去制作出高增益的掺铒光纤放大器。

Claims (5)

1、一种利用双端口波长选择耦合器的光纤放大器，其特征是它设有一定长度并含有增益介质的光纤；设有一种循环手段，它被连结在光纤的一端，并把信号光入射到光纤，同时把在光纤中被放大的光信号输出到自己的输出端；设有光泵浦手段，它向光纤提供泵浦光，用来放大入射的信号光；设有双端口波长选择耦合手段，它允许从光泵浦手段放射出来的泵浦光通过，并再反射从光纤输出的已经被放大的信号光。

2、根椐权利要求1所述的利用双端口波长选择耦合器的光纤放大器，其特征是增益介质为金属铒，其光纤为掺铒光纤。

3、根椐权利要求1所述的利用双端口波长选择耦合器的光纤放大器，其特征是光泵浦手段是激光二极管。

4、根椐权利要求3所述的利用双端口波长选择耦合器的光纤放大器，其特征是激光二极管输出的泵浦光波段是980nm或1480nm。

5、根椐权利要求1所述的利用双端口波长选择耦合器的光纤放大器，其特征是双端口波长选择耦合手段，反射信号光波段的光波，同时让泵浦光波段的光波通过；在反射滤波器的两端配有输入输出的平行光管。

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