CN1485670A - 长波长光纤放大器 - Google Patents

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Abstract

提出了用于放大长波长带的输入光信号的光纤放大器。该放大器包括：第一和第二泵浦光源、用于检测输入光信号的强度的光电检测器、掺铒光纤、以及控制器。由从第一泵浦光源输出的第一泵浦光将光纤带到第一泵浦态。这产生短波长带的放大的自发发射。由放大的自发发射将光纤带到第二泵浦态，并且输出长波长带的感应发射光。第二泵浦光源输出与放大的自发发射相同的波长带的第二泵浦光，同时由输出控制信号控制第二泵浦光的强度，从而控制光纤的第二泵浦态的强度。控制器，基于检测到的光强度，计算输入光信号的光强度的损失量和信道的数量，并且向第二泵浦光源传输用于补偿输入光信号的损失的输出控制信号。

Description

长波长光纤放大器
技术领域
本发明涉及一种光纤放大器，更具体地说，涉及一种包括长波长带掺铒光纤的长波长光纤放大器。
背景技术
在掺铒光纤放大器中出现了与噪声***和增益变平相关的问题。这已经引起了对于增益控制设备需求的增加，当输入信道的数量或者输入的光强度中存在变化时，该设备可以自动保持每个信道的增益一致。已经知道使用光元件的传统的增益控制方法，但是这些方法的问题在于：掺铒光纤放大器的配置较复杂，并且还难以依据掺铒光纤放大器的位置情况来调整它的运行参数。为了解决这些问题，已经知道了另一种传统的方法，该方法通过控制输入泵浦光源的偏流，来调整泵浦光的强度。然而，在使用多个光信号信道的波分复用(WDM)***的情况下，需要依据通过每一个信道输入的光信号来控制泵浦光源。此外，这样的增益控制设备还具有这样的问题：需要防止由于信道数量的增加或者减少导致的输出光信号的暂时过流现象。
使用波长在1528到1562nm范围内的C带可以实现WDM光通信网络。因为C带与在掺铒光纤中使用的波长带一致，所以C带的使用便于网络的实现。使用C带的这样的WDM光通信网络具有100GHz(0.8nm)的信道间隔，并且可以包括多达大约40个的信道。然而，这样的WDM光通信网络的问题在于：由于低密度的转换，在长波长带的输入/输出光功率具有较低的转换效率，并且噪声系数较高。另一方面，在将C带用50GHz来除(0.4nm)，以使之容纳多达80个的信道，会出现如上所述的非线性的现象，从而降低了它的适用性。在这种情况下，必需使用在1570到1600范围内的L带，以便构成具有多于64个信道的通信线路。
通常，将在1528到1562范围内的波长带称为C带或者短波长带，而将在1570到1600的范围内的波长带称为L带或者长波长带。
参考图1，长波长光纤放大器的配置包括：光电检测器112，用于检测输入光信号的强度；泵浦光源111；控制器110、以及掺铒光纤120。控制器110依据检测到的输入光信号的强度，计算信道的数量和光强度损失量。由泵浦光源111将掺铒光纤120激发到第一泵浦态，以使之输出L带的长波长的光。
光电检测器113监控输入的光信号，以便检测由于信道间的瞬时变化导致的强度的变化。光电检测器112使用具有等于输入的光信号的波长带的波长带的光电二极管，检测输入的光信号的强度。
控制器110依据从光电检测器112提供的输入光信号的强度，计算信道的数量和光强度损失量。控制器还提供用于控制泵浦光源111的输出的输出控制信号。
泵浦光源111可以为98nm的半导体激光器。它输出第一泵浦光，同时依据从控制器110输出的控制信号，控制强度。此外，泵浦光源111充当掺铒光纤120的第一泵浦光源。在这点上，它用于引起光纤120的第一泵浦。
掺铒光纤120放大并且输出L带(长波长带)的光信号。特别地，由从泵浦光源111输出的第一泵浦光将光纤120，带到第一泵浦态。这产生了被称为放大的自发发射(ASE)的自发发射的C带的短波长的光。反过来，放大的自发发射引起光纤的第二泵浦，以输出L带的感应发射光。在这点上，由980nm的第一泵浦光将铒离子激发到第一泵浦态，然后在光纤120的上游(upstream)部分，第一泵浦的铒离子产生在1528到1562nm范围内的C带的自发发射。在掺铒光纤120的下游(downstream)部分，吸收该自发发射以引起第二泵浦。这导致在1570到1600nm范围内L带的放大的长波长光信号的输出。
然而，如图1所示，在使用980nm的第一泵浦光来引起掺铒光纤的第二放大的传统长波长光纤放大器中，第二泵浦操作导致了响应速度延迟，从而导致了控制时延Δt1。该控制时延导致长波长光纤放大器的瞬时增益变化ΔP1的增加。在长距离的光传输中会累积这些瞬时增益变化ΔP1，从而导致光信号的错误。
因此，需要用于改进长波长光纤放大器的技术。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种长波长的光纤放大器，该光纤放大器具有较短的控制时间和灵敏的响应速度，从而减小了瞬时增益输出的变化。
依据本发明的一个方面，可以由用于放大长波长带的输入光信号的光纤放大器实现上述和其他的目的，该光纤放大器包括：第一泵浦光源，用于产生并且输出预定波长的第一泵浦光；光电检测器，用于检测输入光信号的强度；以及掺铒光纤。由从第一泵浦光源输出的第一泵浦光将掺铒光纤带到第一泵浦态，从而产生短波长带的放大的自发发射，并且由放大的自发发射将该光纤带到第二泵浦态，从而输出长波长带的感应发射光，该放大器还包括：第二泵浦光源，用于输出与放大的自发发射相同的波长带的第二泵浦光，同时由输出控制信号来控制第二泵浦光的强度，以便控制掺铒光纤的第二泵浦态的强度；控制器，用于依据由光电检测器检测到的输入光信号的光强度，计算光强度损失量和输入光信号的信道数量，并且将输出的控制信号传输到第二泵浦光源，以便补偿输入光信号的光强度损失量。
附图说明
从结合附图采用的以下详细描述中，将会更清晰地理解本发明的上述和其他目的、特征以及其他优点，
图1是显示在现有技术中，用于控制掺铒光纤的光纤放大器的配置的图；
图2是显示依据本发明的第一实施例的光纤放大器的配置的图，在该光纤放大器中，配置产生前向传播的第二泵浦光的C带的第二泵浦光源，来控制掺铒光纤；
图3是显示依据本发明的第二实施例的光纤放大器的配置的图，在该光纤放大器中，配置产生前向传播的第二泵浦光的C带的第二泵浦光源，来控制掺铒光纤；
图4是显示依据本发明的第二实施例的光纤放大器的配置的图，在该光纤放大器中，配置产生后向传播的第二泵浦光的C带的第二泵浦光源，来控制掺铒光纤；
图5是显示依据本发明的第二实施例的光纤放大器的配置的图，在该光纤放大器中，配置产生后向传播的第二泵浦光的C带的第二泵浦光源，来控制掺铒光纤。
具体实施方式
参考附图将详细描述本发明的优选实施例。在以下的描述中，当可能使本发明的主题更不清楚时，将忽略在这里包括的已知功能和配置的详细描述。
参考图2，依据第一实施例，用于放大长波长的输入光信号201的长波长光纤放大器200包括：第一泵浦光源230、光电检测器210、第一和第二波长选择耦合器250和253、光束分路器(beam splitter)251、以及第一和第二隔离器252和254。第一泵浦光源230产生并且输出980nm的第一泵浦光。光电检测器211检测输入的光信号201的光强度。控制器210计算输入的光信号201的光强度损失量和信道的数量，并且依据计算结果提供输出控制信号。
在图2中，输入的光信号201从左边传播到右边。按照与输入光信号201的传播方向相同的方向传播的光被称为前向泵浦光，按照与之相反的方向传播的光被称为后向泵浦光。相对于输入光信号201的传播(右)方向，给定元件的右边被称为给定元件的下行侧，而其左边被称为上行侧。
在长波长光纤放大器的输入端，第一波长选择耦合器250与第二泵浦光源212连接。该耦合器250通过一个端口，同时输出长波长带的输入光信号和从第二泵浦光源212输出的短波长带的第二泵浦光。
光束分路器251是位于第一波长选择耦合器250的下行侧的一种抽头(tap)。光束分路器分路从第一波长选择耦合器250输入的长波长带的输入光信号201的部分，并且将分路后的光信号传输到与光束分路器251的一侧连接的光电检测器211。
第二波长选择耦合器253通过一个端口，同时输出由光束分路器251传送的输入光信号和从第一泵浦光源230输出的第一泵浦光。
第一隔离器252被连接在光束分路器251和第二波长选择耦合器253之间，并且用于阻塞，从第二波长选择耦合器253反射的向后传播的光，即向光束分路器251传播的光。
第一泵浦光源230可以是980nm的半导体激光器，以便将掺铒光纤240带到第一泵浦态。从第一泵浦光源230产生的第一泵浦光进入掺铒光纤240，以便引起在1528到1562nm的范围内的C带的短波长ASE(放大的自发发射)。光源230与第二波长选择耦合器253的一侧连接。
向光纤240提供的第一泵浦光在光纤240的上行部分，产生短波长带(1528到1562nm)的ASE，并且，反过来，该ASE在光纤240中引起第二泵浦，从而输出长波长带(1570到1600nm)的L带的感应发射光。
光电检测器211检测来自251的输入光信号的分路后的部分的光强度。光电检测器211使用具有与输入光信号201的波长带相同的波长带的光电二极管(未显示)，检测输入光信号201的强度。为了检测输入光信号201的信道数量和强度，可选择的是，光电检测器211可以包括：寄存器、A/D转换器、以及与平面波导阵列元件耦合的光电二极管。
第二泵浦光源212被连接在第一波长选择耦合器250和控制器210之间，并且输出具有与ASE相同的波长带的第二泵浦光。由来自控制器210的输出控制信号来控制输出的第二泵浦光的强度。从光源212输出的第二泵浦光控制光纤240的第二泵浦态的强度。
控制器210使用由光电检测器211检测到的输入光信号201的光强度，来计算信道的数量和光强度损失量，并且向第二泵浦光源212提供用于补偿输入光信号损失量的输出控制信号。
参考图3，显示了依据本发明的第二实施例的长波长光纤放大器400。放大器400包括：第一和第二波长选择耦合器420和421、第一和第二隔离器440和441、第一泵浦光源450、掺铒光纤放大器430、第二泵浦光源412、光电检测器411、以及控制器410。
光束分路器422位于第二隔离器440的上行侧。光电检测器411用于检测从长波长光纤放大器400输出的放大光信号的强度。
控制器410依据由光电检测器411检测到的光信号的强度，计算光信号的信道数量和损失量，并且向第二泵浦光源412提供用于补偿输出光信号损失量的输出控制信号。
参考图4，显示了依据本发明的第三实施例的长波长光纤放大器500。该放大器500包括：光束分路器520、第一波长选择耦合器521、第一和第二隔离器540和541、第一泵浦光源550、掺铒光纤530、第二泵浦光源512、第二波长选择耦合器522、以及控制器510。第一和第二隔离器540和541阻塞，与输入光信号501的传播方向相反的方向传播的向后传播的光。掺铒光纤530产生长波长带的感应发射光。控制器510控制第二泵浦光源512的输出。光束分路器520位于第一分路器540的上行侧，分路输入光信号的部分，并且向光电检测器511提供分路后的信号。
第一波长选择耦合器521位于光束分路器520的下行，并且通过一个端口，同时输出长波长带的输入光信号501和第一泵浦光。
第一隔离器540被连接在光束分路器520和第一波长选择耦合器521之间，并且阻塞向光束分路器520传输的向后传输的光。
第一泵浦光源550与第一波长选择耦合器521的一侧连接，并且输出第一泵浦光，以便将掺铒光纤530带到第一泵浦态。
掺铒光纤530位于第一波长选择耦合器521的下行侧，并且被带到第一泵浦态，从而输出ASE。该ASE引起光纤530的第二泵浦，从而输出与输入光信号的波长带相同的长波长带的感应发射光。
光电检测器511与光束分路器520的一侧连接，并且使用从光束分路器520分路的信号，来检测输入光信号501的强度。
第二泵浦光源512与第二波长选择耦合器522的一侧连接，并且输出短波长带的第二泵浦光。从第二泵浦光源512输出的第二泵浦光调整光纤530的第二泵浦态的强度。
第二波长选择耦合器522位于光纤530的下行，耦合器522允许通过耦合器522来传输从光纤530输出的长波长带的感应发射光，并且向光纤530提供第二泵浦光。
控制器510依据由光电耦合器511检测到的输入光信号501的强度，计算光信号的信道数量和损失量，并且向第二泵浦光源512提供，用于补偿输入光信号的损失量的输出控制信号。
在长波长光纤放大器500的输出端的第二分路器541位于第二波长选择耦合器522的下行侧，并且阻塞与输入光信号501的传播方向相反传播的向后传播的光。
参考图5，显示了依据本发明的第四实施例的长波长光纤放大器600。放大器600包括：光束分路器662、第一波长选择耦合器660、第一和第二隔离器640和641、第一泵浦光源650、掺铒光纤630、第二泵浦光源612、第二波长选择耦合器661、以及控制器610。第一和第二隔离器640和641阻塞与输入光信号601的传播方向相反传播的向后传播的光。掺铒光纤630输出长波长带的感应发射光。第二泵浦光源612输出第二泵浦光。控制器610控制第二泵浦光源612的输出。
光束分路器662位于长波长光纤放大器600的输出侧。光束分路器662分路光纤放大器的输出光信号的部分，并且向光电检测器611提供分路后的信号部分。
第一波长选择耦合器660位于光纤630的上行侧，并且通过一个端口，输出长波长带的输入光信号601和第一泵浦光。
第一泵浦光源650与第一波长选择耦合器660的一侧连接，并且输出第一泵浦光。
掺铒光纤630被连接在第一波长选择耦合器660和第二波长选择耦合器661之间，并且由第一泵浦光带到第一泵浦态，从而输出ASE。该ASE引起光纤630的第二泵浦，以便输出与输入光信号的波长带相同的长波长带的感应发射光。
光电检测器611与光束分路器662的一侧连接，并且检测从光束分路器662分路的输出光信号的部分的强度。
第二泵浦光源612与第二波长选择耦合器661的一侧连接，并且依据来自控制器610的输出控制信号，输出短波长带的第二泵浦光。从第二泵浦光源612输出的第二泵浦光调整光纤630的第二泵浦态的强度。第二泵浦光与输入光信号的传播方向相反地传播，进入光纤630。
第二波长选择耦合器661位于光纤630的下行。该耦合器661允许通过光纤630来传输从光纤30输出的长波长带的感应发射光，并且向光纤630提供短波长带的第二泵浦光。
控制器610依据将输入光信号的强度与由光检测器611检测到的输出光信号的强度比较的结果，计算光信号的信道数量和损失量。此外，控制器610向第二泵浦光源612提供，用于补偿输入光信号601的损失量的输出控制信号。
图2和3所示的第一和第二实施例具有前向泵浦结构，以使第二泵浦光源(212和412)位于掺铒光纤(240和430)的上行侧。在这种情况下，输入光信号(例如201)的传播方向与第二泵浦光的传播方向相同。另一方面，图4和5所示的第三和第四实施例具有后向泵浦结构，以使泵浦光源(512和612)位于掺铒光纤(530和630)的下行侧。在这种情况下，输入光信号(501和601)的传播方向与第二泵浦光的传播方向相反。
如从上述描述显而易见，依据本发明的各种实施例，由于使用具有与掺铒光纤放大的自发发射(ASE)的波长相同的波长的半导体激光器，来控制掺铒光纤中的光信号的强度，因此减少了响应时间和控制时间Δt2。控制时间Δt2的减少抑制了在发生瞬时信道分出/***的WDM通信配置中的，输出光信号的瞬时增益变化ΔP2。结果，这使由瞬时增益变化ΔP1导致的在长距离传输期间会累积的数据接收/发射错误最小化。
如在上述实施例所提到，因为使用第二泵浦光源来控制掺铒光纤的第二泵浦，所以配备有第二泵浦光源的长波长光纤放大器是有优势的。因而减少控制时间以改进瞬时增益变化的特征，并且减少了光信号传输中的错误原因。因此，这实现了更安全的光信号接收/发射。在以上所讨论的传统***中，控制时间Δt1通常为200μs。与其对比，在以上所讨论的本发明的实施例中，控制时间Δt2被减少到大约60μs。
虽然出于说明的目的已经描述了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到在不偏离在所附权利要求所述的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。

Claims (8)

1.一种用于放大长波长的输入光纤信号的光纤放大器，包括：
第一泵浦光源，用于产生并且输出预定波长的第一泵浦光；
光电检测器，用于检测输入光信号的强度；
掺铒光纤，由从第一泵浦光源输出的第一泵浦光将该掺铒光纤带到第一泵浦态，从而产生短波长带的放大的自发发射，由放大的自发发射将该掺铒光纤带到第二泵浦态，从而导致输出长波长带的感应发射光；
第二泵浦光源，用于输出与放大的自发发射相同波长带的第二泵浦光，同时由输出控制信号来控制第二泵浦光的强度，以便控制掺铒光纤的第二泵浦态的强度；以及
控制器，用于依据由光电检测器检测到的输入光信号的光强度，计算输入光信号的光强度的损失量和信道的数量，并且将输出控制信号传输到第二泵浦光源，以便补偿输入光信号的光强度的损失量。
2.根据权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于还包括：
第一波长选择耦合器，用于通过一个端口，输出长波长带的输入光信号和短波长带的第二泵浦光；
位于第一波长选择耦合器的下行侧的光束分路器，用于分路从第一波长选择耦合器接收到的输入光信号的部分，并且将分路后的信号部分输出到光检测器；
位于掺铒光纤上行侧的第二波长选择耦合器，用于通过一个端口，同时输出从光束分路器接收到的长波长带的输入光信号和第一泵浦光；
位于光束分路器和第二波长选择耦合器之间的第一隔离器，用于阻塞向光束分路器传播的向后传播的光；以及
位于掺铒光纤的下行侧的第二隔离器，用于阻塞向掺铒光纤传播的向后传播的光。
3.根据权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于第二泵浦光源输出按照输入光信号的传播方向的第二泵浦光。
4.根据权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于预定的波长是980nm。
5.根据权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于放大的自发发射处于1528到1562nm范围内的短波长带中。
6.根据权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于光电检测器包括：寄存器、A/D转换器、以及多个光电二极管。
7.一种用于放大长波长带的输入光信号的光纤放大器，包括：
光束分路器，用于分路输入光信号的部分；
第一波长选择耦合器，用于通过一个端口，同时输出长波长带的输入光信号和第一泵浦光；
位于光束分路器和第一波长选择耦合器之间的第一隔离器，用于阻塞向光束分路器传播的向后传播的光；
与第一波长选择耦合器的一侧连接的第一泵浦光源，用于输出预定波长的第一泵浦光；
位于第一波长选择耦合器的下行侧的掺铒光纤，由第一泵浦光将该掺铒光纤带到第一泵浦态，从而导致输出放大的自发发射，并且将掺铒光纤带到第二泵浦态，从而导致输出长波长带的感应发射光；
与光束分路器的一侧连接的光检测器，用于依据从光束分路器分路的输入光信号的部分，检测输入光信号的强度；
位于掺铒光纤下行的第二波长选择耦合器，用于允许通过光纤传输从光纤输出的长波长带的感应发射光，并且向光纤提供短波长带的第二泵浦光；
与第二波长选择耦合器连接的第二泵浦光源，用于输出短波长带的第二泵浦光，同时依据输出控制信号来控制该第二泵浦光强度，以便控制掺铒光纤的第二泵浦态的强度；
位于第二波长选择耦合器的上行的第二隔离器，用于阻塞向第二波长选择耦合器传播的向后传播的光；以及
控制器，用于依据由光电检测器检测到的输入光信号的光强度，计算输入光信号的光强度损失量和信道的数量，并且将输出控制信号传输到第二泵浦光源，以便补偿输入光信号的光强度的损失量。
8.根据权利要求4所述的光纤放大器，其特征在于第二泵浦光源输出，与输入光信号的传播方向相反传播的短波长带的第二泵浦光。
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