專利名稱：放大波分復(fù)用光的光放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用在WDM(波分復(fù)用)傳輸系統(tǒng)中的光放大器。
技術(shù)背景最近以來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的ic^，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)射的信息量一直以很 快的速度增長(zhǎng)。所以，特別是在中繼線路的光傳輸系統(tǒng)中，要求傳輸線 路有更大的容量和靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。作為滿足這些要求的一種最有效方法，WDM (波分復(fù)用)傳輸系統(tǒng)已經(jīng)商業(yè)化。波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)是通過(guò) 一條光纖同時(shí)發(fā)射多個(gè)信號(hào)的一種技術(shù)，它可以通過(guò)復(fù)用多個(gè)不同波長(zhǎng) 的信號(hào)光而實(shí)現(xiàn)。在北美等地，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)的商業(yè)化。目前，在波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)所用的光放大器中，摻稀土光纖光放大器 得到最普遍的使用。通過(guò)添加稀土元素到光纖中，摻稀土光纖M大器 實(shí)現(xiàn)M大。例如，滲鮮光纖ib故大器(EDFA)是大家所熟知的。由于 摻稀土光纖光放大器有寬的增益波段，并可以集體地放大多波長(zhǎng)光，這 種放大器廣泛地用作實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)的重要元件。通常，參碎光纖光放大器主要是放大稱之為"C波段(常規(guī)波段)，， 的1530-1565 nm波段，然而，當(dāng)前放大稱之為"L波段(長(zhǎng)波長(zhǎng)波段)" 的1570-1610 nm波段的M大器也正在得到HL目前，把C波段和L 波段合在一起，利用摻鉺光纖光放大器的波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)能夠復(fù)用約在,光纖光放大器的設(shè)計(jì)中，必須正確地選擇反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率(或 反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度)，因此，波段中復(fù)用的每個(gè)信號(hào)光的增益可以是恒定 的。以下簡(jiǎn)要地描述摻鉺光纖光放大器的設(shè)計(jì)方法。圖1表示#^光纖光放大器的增益系數(shù)與波長(zhǎng)之間的關(guān)系，其中鉺的 反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率作為一個(gè)參數(shù)。反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率是躍遷到激發(fā)態(tài)的鉺元 素?cái)?shù)目與添加到光纖中鉺元素總數(shù)之比。增益系數(shù)是單位長(zhǎng)度摻鉺光纖 得到的增益。所以，在增益系數(shù)為正的區(qū)域中輸入光被放大，而在增益 系數(shù)為負(fù)的區(qū)域中輸入光功率退化。如圖1所示，滲鮮光纖的增益不但與波長(zhǎng)有關(guān)，而且還與反轉(zhuǎn)粒子數(shù) 比率有關(guān)。具體地說(shuō)，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率越大，增益就越高。反轉(zhuǎn)粒子數(shù) 比率越小，增益就越低。根據(jù)圖l所示的特性，我們知道以下的性質(zhì)。(1) 在集體放大C波段的情況下，由于該信號(hào)波段的增益-波長(zhǎng) 特性必須是平坦的，摻鉺光纖的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率最好是約"0.7"。若反轉(zhuǎn) 粒子數(shù)比率是"0.7"，則可以得到相當(dāng)高的增益系數(shù)。所以，使用相當(dāng)短 的光纖，放大C波段的滲洱光纖t改大器可以保證足夠的增益。(2) 在集體放大L波段的情況下，由于該信號(hào)波段的增益-波長(zhǎng) 特性必須是平坦的，摻鮮光纖的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率最好是約"0.4"。若反轉(zhuǎn) 粒子數(shù)比率是"0.4"，則增益系fcl相當(dāng)?shù)氐?。所以，為了使L波段的增 益與C波段的增益相當(dāng)，放大L波段的滲纖光纖M大器的長(zhǎng)度必須相 應(yīng)地長(zhǎng)一些。圖2表示放大L波段的摻鉺光纖M大器的基本配置。這種M大 器通常稱之為增益移位型滲萍光纖ib故大器。該放大器包括作為光放 大媒體的滲纖光纖1,光隔離器2-1和2-2,波分復(fù)用器(例如，WDM 耦合器)3和泵浦光源4。從傳輸線輸入的多波長(zhǎng)光通過(guò)光隔離器2-l和 WDM耦合器3輸入到滲萍光纖1。此處，泵浦光源4產(chǎn)生的泵浦光提供 給,光纖l。所以，多波長(zhǎng)光是被摻鉺光纖l放大的。然后，放大的多 波長(zhǎng)光通過(guò)光隔離器2-2之后輸出。放大C波段的摻鉺光纖先故大器的 配置與放大L波段的這種放大器的配置基^目同。然而，作為M大媒體的兩種光纖長(zhǎng)度是不同的。在這種光放大器中，例如，泵浦光源4的輸出功率是受反饋系統(tǒng)的控 制，反饋系統(tǒng)用于保持多波長(zhǎng)光輸出功率的恒定。具體地說(shuō)，從摻鉺光 纖l輸出的部分多波長(zhǎng)光被分光器ll引導(dǎo)到控制電路12。于是，這個(gè)控 制電路12按照如下的方法控制泵浦光源4，使接收的多波長(zhǎng)光可以保持 在特定的電平上。在波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)中，可以給每個(gè)波長(zhǎng)設(shè)置通信信道。所以，在不 安裝新的光纖或改變光纖之間連接的條件下，可以靈活地改變傳輸系統(tǒng) 的配置。為了建立靈活的傳輸網(wǎng)，在具有多個(gè)不同波長(zhǎng)的多個(gè)復(fù)用光信 號(hào)中，必須實(shí)現(xiàn)分插特定波長(zhǎng)光信號(hào)的光通信系統(tǒng)。然而，當(dāng)切斷L波段多個(gè)信號(hào)光中的一個(gè)信號(hào)光時(shí)，剩余信號(hào)的摻 鉺光纖光放大器的增益發(fā)生變化。具體地說(shuō)，與輸入上述短波長(zhǎng)區(qū)上信 號(hào)光得到的光功率比較，若切斷L波段中短波長(zhǎng)區(qū)上的信號(hào)光時(shí)，則從 摻鉺光纖光放大器輸出的L波段中長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)上信號(hào)光的光功率就減小。 在此情況下，長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)上剩余信號(hào)光的光功率減小10 dB或更多，它與 各種條件有關(guān)。所以，若發(fā)生這種現(xiàn)象，則接收機(jī)不能接收長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)上 的剩余信號(hào)光是可能的，這就是個(gè)問(wèn)題。我們認(rèn)為，這種現(xiàn)象是由于這樣一個(gè)事實(shí)，L波段中短波長(zhǎng)區(qū)上的信 號(hào)光成了長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)上信號(hào)光的泵浦光。在以下的描述中，這種現(xiàn)象稱之 為"輸出功率變化現(xiàn)象"或"偏差"。理論上，利用圖2所示的反饋系統(tǒng)可以解決偏差問(wèn)題。具體地說(shuō)，當(dāng) 滲纖光纖1的輸出光功率減小時(shí)，借助于控制電路12增大泵浦光源4的 功率以補(bǔ)償偏差。然而，為了補(bǔ)償這種偏差，必須準(zhǔn)備響應(yīng)速度為微秒 量級(jí)的反饋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)這種裝置是困難的。即使可以實(shí)現(xiàn)這種反饋系統(tǒng)， 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性也是個(gè)問(wèn)題。由于這種方法的目的是補(bǔ)償光放大媒體 中因泵浦光反饋控制引起的偏差，但從摻鉺光纖光放大器的光靜態(tài)特性 觀點(diǎn)考慮，這不可能是一種基本的解決方法。具體地說(shuō)，這種方法不能 避免偏差本身。為了避免偏差，例如，有縮短滲碎光纖光放大器中光纖長(zhǎng)度的一種配置。然而，若縮短光纖的長(zhǎng)度，則如參照?qǐng)D1所描述的，不能得到足夠 的增益。為了使短光纖有足夠的增益，就要求較高的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率。 然而，在改變反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率的情況下，增益隨波長(zhǎng)而變化，不能以相 同的增益放大多波長(zhǎng)光中復(fù)用的每個(gè)信號(hào)。作為另一種解決方法，有多個(gè)短滲萍光纖互相串聯(lián)連接的一種配置。 然而，在這種配置中，由于必須^爭(zhēng)個(gè),光纖準(zhǔn)備泵浦光源，實(shí)現(xiàn)光 放大器的小型化和低成本是困難的。這種問(wèn)題不僅發(fā)生在摻鉺光纖光放大器中，也可以發(fā)生在其他形式的 光放大器中。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是，即使在用于放大多波長(zhǎng)光的ib改大器中 一部分的多 波長(zhǎng)光4皮切斷，也可以防止剩余光輸出功率的減小。本發(fā)明提供一種用于放大L波段的多波長(zhǎng)光的M大器，包括摻 鉺光纖，用作放大多波長(zhǎng)光的光放大媒體；和泵浦光源，給所述光纖提 供泵浦光，該泵浦光源的波長(zhǎng)在1400nm到1430nm之間，其中所述光 纖的長(zhǎng)度使得所述泵浦光可以傳播到所述光纖的末端，并且使得，對(duì)于 所述多波長(zhǎng)光中波長(zhǎng)最短的第一光和波長(zhǎng)長(zhǎng)于所述第一光的第二光，當(dāng) 在AGC控制下發(fā)生從所述第一光輸入到所述光纖的狀態(tài)到所述第一光 不輸入到所述光纖的狀態(tài)的轉(zhuǎn)變時(shí)，從所述光纖輸出的所述第二光的功 率偏差小于預(yù)定的閾值。本發(fā)明還提供一種用于放大L波段的多波長(zhǎng)光的M大器，包括 滲洱光纖，用作放大多波長(zhǎng)光的M大媒體；和泵浦光源，給所述光纖 提供泵浦光，該泵浦光源的波長(zhǎng)在1400nm到1430nm之間，其中所述光 纖的長(zhǎng)度使得所述泵浦光可以傳播到所述光纖的末端，并且使得，對(duì)于 所述多波長(zhǎng)光中波長(zhǎng)最短的第一光和波長(zhǎng)長(zhǎng)于所述第一光的第二光，當(dāng) 在AGC控制下，所述第一光的功率減小時(shí)，從所述光纖輸出的所述第二 光的功率偏差小于預(yù)定的閾值。在光放大器中，泵浦光可以傳播的距離(有效長(zhǎng)度)超過(guò)閾值時(shí)，光纖能夠充分地吸收泵浦光的能量。所以，多波長(zhǎng)光可以從泵浦光接收足 夠的能量。具體地說(shuō)，在多波長(zhǎng)光的第一光與第二光之間不需要轉(zhuǎn)移能 量。所以，即使切斷第一光，第二光的輸出功率略微發(fā)生變化(通常是 減小)?？梢栽O(shè)計(jì)泵浦光源輸出這樣一種波長(zhǎng)的泵浦光，該泵浦光在光纖中可 以傳播的距離超過(guò)最小距離。本發(fā)明提供一種用于放大L波段的多波長(zhǎng)光的it故大器，包括摻 鉺光纖，用作放大多波長(zhǎng)光的光放大媒體；和泵浦光源，給所述光纖提 供泵浦光，該泵浦光源的波長(zhǎng)在1400nm到1430nm之間，其中泵浦光的 功率和波長(zhǎng)使得在所述光纖輸出端處獲得最小反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率，該最小 反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率使得對(duì)于所述多波長(zhǎng)光中波長(zhǎng)最短的第一光和波長(zhǎng)長(zhǎng)于 所述第一光的第二光，當(dāng)在AGC控制下發(fā)生從所述第一光輸入到所述光 纖的狀態(tài)到所述第一光不輸入到所述光纖的狀態(tài)的轉(zhuǎn)變時(shí)，從所述光纖 輸出的所述第二光的功率偏差小于預(yù)定的閾值。在這種配置中也是如此，即使切斷第一光，第二光的輸出功率以相同 的函數(shù) Mt發(fā)生變化(通常是減小)。本發(fā)明還提供一種用于放大L波段的多波長(zhǎng)光的ib故大器，包括 滲弭光纖，用作放大多波長(zhǎng)光的光放大媒體；和泵浦光源，給所述光纖 提供泵浦光，該泵浦光源的波長(zhǎng)在1400nm到1430nm之間，其中所述泵 浦光的功率和波長(zhǎng)使得在所述光纖輸出端處獲得最小反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率， 該最小反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率4吏得對(duì)于所述多波長(zhǎng)光中波長(zhǎng)最短的第一光和波 長(zhǎng)長(zhǎng)于所述第一光的第二光，當(dāng)在AGC控制下所述第一光的功率減小 時(shí)，從所述光纖輸出的所述第二光的功率偏差小于預(yù)定的閾值。本發(fā)明另外提供一種配備多個(gè)M大器的光傳輸系統(tǒng)，光故大器用于 放W射機(jī)與接Jl^L之間的L波段多波長(zhǎng)光，多個(gè)光故大器中至少一個(gè) 的每個(gè)光放大器包括滲碎光纖，用作放大多波長(zhǎng)光的光放大媒體；和 泵浦光源，給所述光纖提供泵浦光，該泵浦光源的波長(zhǎng)在1400nm到 1430nm之間，其中所述光纖的長(zhǎng)度使得所述泵浦光可以傳播到所述光纖 的末端，所述泵浦光的功率和波長(zhǎng)使得在所述光纖輸出端處獲得最小反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率，所述距離或最小反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率使得，對(duì)于所述多波長(zhǎng)光中波長(zhǎng)最短的第一波和波長(zhǎng)長(zhǎng)于所述第一波的第二波，當(dāng)在AGC的控 制下發(fā)生從所述第 一光輸入到所述光纖的狀態(tài)到所迷第 一光不輸入到所 述光纖的狀態(tài)的轉(zhuǎn)變時(shí)，從所述光纖輸出的所述第二光的功率偏差小于 預(yù)定的閾值。本發(fā)明另外提供一種用于放大L波段的多波長(zhǎng)光的it故大器，包括 ,光纖，用作放大多波長(zhǎng)光的光放大媒體；和泵浦光源，給所述光纖 提供泵浦光，該泵浦光源的波長(zhǎng)為1430nmm，其中所述光纖的長(zhǎng)度使得所 述泵浦光可以傳播到所述光纖的末端，并且4吏得，對(duì)于所述多波長(zhǎng)光中 波長(zhǎng)最短的第一光和波長(zhǎng)長(zhǎng)于所述第一光的第二光，當(dāng)在AGC控制下發(fā) 生從所述第 一光輸入到所述光纖的狀態(tài)到所述第 一光不輸入到所述光纖 的狀態(tài)的轉(zhuǎn)變時(shí)，從所述光纖輸出的所述第二光的功率偏差小于預(yù)定的 閾值。本發(fā)明提供一種放大波分復(fù)用光的光放大器，包括用作放大波 分復(fù)用光的光放大媒體的光纖；產(chǎn)生泵浦光的泵浦光源；從泵浦光中 產(chǎn)生第一分支泵浦光和第二分支泵浦光的分光器；和光器件，它將第 一分支泵浦光引導(dǎo)到所述光纖，將第二分支泵浦光引導(dǎo)到與所述光放 大器的輸入側(cè)相連的傳輸線。本發(fā)明還提供一種放大波分復(fù)用光的光放大器，所述波分復(fù)用光 包括位于笫一波段的第一信號(hào)光和位于第二波段的第二信號(hào)光，包括 用作放大第一信號(hào)光的光放大媒體的第一光纖；用作放大第二信號(hào)光 的光放大媒體的第二光纖；產(chǎn)生將被提供給所迷第一光纖的泵浦光的 泵浦光源；和將從所述第一光纖輸出的剩余泵浦光引導(dǎo)到與所述第一 光纖的輸入側(cè)相連的傳輸線的光器件。


圖l表示滲鮮光纖的增益系數(shù)與波長(zhǎng)之間的關(guān)系; 圖2表示放大L波段的EDFA基本配置； 圖3表示,光纖的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率；圖4表示位于L波段中多波長(zhǎng)光的光功率分布； 圖5表示偏差與EDF長(zhǎng)度之間的關(guān)系； 圖6表示鉺離子的能級(jí)和躍遷；圖7表示短波長(zhǎng)區(qū)上信號(hào)光的泵浦效應(yīng)；圖8A表示泵浦光波長(zhǎng)變化時(shí)得到的偏差；圖8B表示泵浦光波長(zhǎng)與它的有效長(zhǎng)度之間的關(guān)系；圖9表示##光纖中泵浦光的衰減特性；圖IO表示泵浦光波長(zhǎng)與噪聲系數(shù)之間的關(guān)系；圖11表示獲得預(yù)定增益所需的泵浦光功率與泵浦光波長(zhǎng)之間的關(guān)系；圖12表示偏差與反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率之間的關(guān)系； 圖13A和13B表示泵浦光波長(zhǎng)和信號(hào)光輸入功率變化時(shí)得到的模擬 結(jié)果；圖14A和14B表示改變光放大器增益時(shí)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率與偏差之間關(guān)系的模擬結(jié)果；圖15表示反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率的閾值與增益之間的關(guān)系；圖16表示反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率的閾值與泵浦光波長(zhǎng)之間的關(guān)系；圖17A表示EDF長(zhǎng)度與泵浦光波長(zhǎng)之間的關(guān)系；圖17B表示剩余泵浦光功率與泵浦光波長(zhǎng)之間的關(guān)系；圖18A和18B表示配備用于切斷剩佘泵浦光的光濾波器的M大器；圖19A表示利用剩余泵浦光作喇曼放大的M大器；圖19B和19C表示去復(fù)用器的損耗特性；圖20表示EDFA和喇曼放大共享泵浦光源的ib故大器；圖21表示利用該實(shí)施例光放大器的長(zhǎng)途光傳輸系統(tǒng)的配置；和圖22表示應(yīng)用該實(shí)施例ib改大器的光放大設(shè)備配置。
具體實(shí)施方式
參照附圖描述本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例。在以下的描述中，我們主要描述,光纖光放大器，用作放大L波段中多波長(zhǎng)光的ib故大器。添加了鉺 的光纖是,光纖，它可以稱之為"EDF"。摻鉺光纖光放大器可以稱之 為"EDFA (EDF放大器)"。首先，我們研究摻鉺光纖光放大器的特性和現(xiàn)有技術(shù)中引起偏差的原因。放大多波長(zhǎng)光的ib故大器一般設(shè)計(jì)成滿足以下兩個(gè)條件。 (1) 可以獲得所需的增益。(2 ) 增益在多波長(zhǎng)光所在的整個(gè)波段內(nèi)是平坦的。所以，在設(shè)計(jì)放大L波段的,光纖光放大器中，設(shè)定摻鉺光纖的 平均反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率約為"0.4"以滿足條件(2)。例如，通過(guò)控制泵浦光 的光功率，可以控制反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率。設(shè)定摻鉺光纖的長(zhǎng)度為這樣的長(zhǎng) 度，在平均反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率約為"0.4，，的狀態(tài)下，條件(l)得到滿足。圖3表示摻鉺光纖的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率。通過(guò)模擬得到這個(gè)反轉(zhuǎn)粒子數(shù) 比率，其中通過(guò)正向泵浦把預(yù)定光功率的泵浦光提供旨纖光纖。反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率在靠近泵浦光的輸入端是高的。具體地說(shuō)，在從輸入 端直到約10m的區(qū)域，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率大約為"0.5"至"0.9"。然而，離 泵浦光輸入端的距離越大，泵浦光的衰減就越大，相應(yīng)地反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比 率就越小。在圖3所示的例子中，在離輸入端40m的位置處，反轉(zhuǎn)粒子 數(shù)比率大約為"0.2"。以下是根據(jù)圖3和圖1得到的結(jié)論。(1) 在放大C波段的情況下，平均反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率一定是在 "0.7，，附近。所以，在圖3所示的例子中，滲鮮光纖的長(zhǎng)度約為10m。此 處，在放大C波段的滲萍光纖M大器中，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率在整個(gè)#^ 光纖中是高的。具體地說(shuō)，在摻鉺光纖的輸出端，泵浦光功率也是足夠 地高。(2 ) 在放大L波段的情況下，平均反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率一定是在"0.4" 附近。所以，在圖3所示的例子中，摻鉺光纖的長(zhǎng)度約為40至50m。此 處，在放大L波段的摻鉺光纖光放大器中，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率在摻鉺光纖 輸出端附近是低的。就是說(shuō)，在M光纖輸出端附近也不能提供足夠的泵浦光。圖4表示位于L波段中多波長(zhǎng)光的光功率分布。在圖4中，在間隔 約為4 nm的1570 nm至1605 nm的波段中復(fù)用80個(gè)波。然而，在圖4 中，為了容易明白附圖中的曲線，在該圖中只畫(huà)出80個(gè)波中大致等間隔 的7個(gè)波。每個(gè)波長(zhǎng)的多個(gè)輸入光功率是相等的。位于1570 nm至1605 nm波 段內(nèi)80個(gè)波中每個(gè)波用作信號(hào)光，利用這些信號(hào)光的通信信道稱之為 "chl"至"ch80"。如圖4所示，每個(gè)信號(hào)光的光功率分布與波長(zhǎng)有很大的關(guān)系。具體地 說(shuō)，在滲纖光纖輸入端附近，短波長(zhǎng)區(qū)(約1570 nm)上的光被快速地 放大，且光功率達(dá)到峰值，然后，在直到輸出端之前光功率逐漸地下降。 然而，長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)(約1605 nm)上光的光功率從滲洱光纖輸入端開(kāi)始直 到輸出端是單調(diào)地增大。參照?qǐng)D3和4所示的特性，我們發(fā)現(xiàn)，摻鉺光纖中增益的波長(zhǎng)特性與 反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率有關(guān)。具體地說(shuō)，在高反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率區(qū)域(例如，從 泵浦光的輸入端開(kāi)始直到10 m的區(qū)域)，位于L波段中所有的波(chl 至ch80)都被放大。然而，在低反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率區(qū)域，雖然L波段中長(zhǎng) 波長(zhǎng)區(qū)上的光枕故大，而短波長(zhǎng)區(qū)上光的光功率是減小。根據(jù)這個(gè)事實(shí) 可以判斷，在低反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率區(qū)域，L波段中短波長(zhǎng)區(qū)上的光作為長(zhǎng) 波長(zhǎng)區(qū)上光的泵浦光。具體地說(shuō)，在低反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率區(qū)域，我們推測(cè) 泵浦光的能量是不夠的，L波段中短波長(zhǎng)區(qū)上的部分光能量被長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū) 上的光吸收。所以，若泵浦光的光功率是恒定的，則短波長(zhǎng)區(qū)上有信號(hào)光情況下的 長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)上信號(hào)光的光功率高于短波長(zhǎng)區(qū)上沒(méi)有信號(hào)光情況下的信號(hào)光 光功率。具體地說(shuō)，例如，若L波段中短波長(zhǎng)區(qū)上的信號(hào)光(例如，chl) 被切斷，而利用摻鉺光纖ib故大器放大位于L波段中多波長(zhǎng)光，則長(zhǎng)波 長(zhǎng)區(qū)上剩余信號(hào)光的光功率就減小。這種現(xiàn)象稱之為"偏差"。圖5表示偏差與EDF長(zhǎng)度之間的關(guān)系。在圖5中，在chl信號(hào)光和 ch80信號(hào)光都輸入的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成僅有ch80信號(hào)光輸入的狀態(tài)時(shí)，畫(huà)出光功率的偏差。若摻鉺光纖是短的，則不發(fā)生偏差。在圖5所示的例子中，若光纖長(zhǎng) 度是在20m以下，則基本上沒(méi)有偏差。然而，若光纖長(zhǎng)度超過(guò)預(yù)定值， 則發(fā)生偏差?？梢岳帽闷止獾墓夤β驶蚍崔D(zhuǎn)粒子數(shù)比率解釋這個(gè)事實(shí)。就是說(shuō)， 若滲碎光纖是長(zhǎng)的，則在輸出端附近不能提供足夠的泵浦光，相應(yīng)地， 反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率是低的。所以，在摻鉺光纖輸出端附近，長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)上的 信號(hào)光不能從泵浦光吸收足夠的能量，而從短波長(zhǎng)區(qū)上的信號(hào)光接收能 量。因此，若摻鉺光纖是長(zhǎng)的，則當(dāng)切斷短波長(zhǎng)區(qū)上的信號(hào)光時(shí)，長(zhǎng)波 長(zhǎng)區(qū)上信號(hào)光的光功率就減小。圖6表示鉺離子的能級(jí)和它的躍遷。在這個(gè)例子中，我們假設(shè)0.98nm 泵浦光，1.48nm泵浦光和L波段中的多波長(zhǎng)光輸入到滲洱光纖中。鉺離子借助于0.98nm泵浦光從狀態(tài)I (15/2 )躍遷到狀態(tài)II (11/2 )， 以及借助于1.48nm泵浦光從狀態(tài)I (15/2 )躍遷到狀態(tài)I (13/2 )。若鉺 離子從狀態(tài)I (13/2 )躍遷到狀態(tài)I (15/2 )，則在1.55-1.57jim的波段中 產(chǎn)生自發(fā)輻射光(ASE )。此外，狀態(tài)I (15/2 )通迚基態(tài)吸收(GSA) 躍遷到狀態(tài)1(13/2)。這種基態(tài)吸收包括這樣的一種現(xiàn)象，鉺離子吸收 L波段中短波長(zhǎng)區(qū)上部分的信號(hào)光能量。具體地說(shuō)，若泵浦光的光功率 不夠，則鉺離子有時(shí)吸收L波段中短波長(zhǎng)區(qū)上部分的信號(hào)光能量。于是， 若鉺離子從狀態(tài)I (13/2 )躍遷到狀態(tài)I (15/2 )，則在1.55nm至1.61nm 波段中的感應(yīng)光(位于L波段中的信號(hào)光)引起感應(yīng)發(fā)射，從而放大L 波段。如圖1所示，若反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率小于0.3，則L波段中的增益系數(shù)變 成負(fù)的。這種現(xiàn)象意味著，圖6中的GSA大于感應(yīng)輻射。此處，如圖3 所示，在摻鉺光纖輸出端附近(離輸入端20m或更長(zhǎng)的區(qū)域)，反轉(zhuǎn)粒 子數(shù)比率小于0.3。所以，根據(jù)這個(gè)事實(shí)可以判斷，在滲洱光纖輸出端附 近，L波段中短波長(zhǎng)區(qū)上信號(hào)光的GSA放大長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)上的信號(hào)光，圖7表示短波長(zhǎng)區(qū)上信號(hào)光的泵浦效應(yīng)。在這個(gè)例子中，我們假設(shè)利 用圖4中所示的chl和ch80。特性"a"指出chl和ch80都輸入到滲鮮光纖時(shí)得到的chl光功率。特性"b"指出chl和ch80都輸入到滲萍光纖時(shí) 得到的ch80光功率。特性"c"指出僅有ch80輸入到,光纖時(shí)得到的 ch80光功率。在此情況中，泵浦光的光功率是恒定的。在比較特性"b，，與特性"c"時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，ch80的信號(hào)光被chl的信 號(hào)光泵浦。具體地說(shuō)，當(dāng)切斷chl的信號(hào)光時(shí)，ch80信號(hào)光的光功率在 M光纖輸出端附近大大地衰減了，而當(dāng)輸入chl的信號(hào)光時(shí)，不能檢 測(cè)到這種衰減。這意味著，ch80的信號(hào)光被chl信號(hào)光的GSA放大。如上所述，在利用摻鉺光纖t故大器放大多波長(zhǎng)光的系統(tǒng)中，若由于 某種原因切斷短波長(zhǎng)區(qū)上的信號(hào)光，則長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)上信號(hào)光的輸出功率就 減小。即使該M大器配備ALC (自動(dòng)電平控制)電路或AGC (自動(dòng)增 益控制)電路，避免暫時(shí)的偏差是困難的。所以，按照常規(guī)的系統(tǒng)，有 這樣一種可能性，從這種光放大器接收多波長(zhǎng)光的接收機(jī)不能接收長(zhǎng)波 長(zhǎng)區(qū)上的信號(hào)光，因此可能發(fā)生接收差錯(cuò)。若放大器是按照如下方法配置的，通過(guò)設(shè)定低的平均反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比 率，使作為M大媒體的光纖長(zhǎng)度變長(zhǎng)，則這種現(xiàn)象不但出現(xiàn)在滲弭光 纖光放大器中，而且還出現(xiàn)在完成三級(jí)躍遷的其他摻稀土光纖光放大器 中。例如，相同的偏差還發(fā)生在完成膺三級(jí)躍遷的摻銩(Tm)氟化物光 纖ib故大器中?？紤]到摻稀土光纖的特性，按照如下的方法設(shè)計(jì)本發(fā)明M大器，可 以不發(fā)生上述的偏差。具體地說(shuō)，在M大器設(shè)計(jì)中使用某些^故閾值， 其中包括摻稀土光纖中泵浦光的有效長(zhǎng)度，給摻稀土光纖提供的泵浦光 波長(zhǎng)，摻稀土光纖輸出端處的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率，等等，可以不發(fā)生這種 偏差。以下，描述本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例(模擬結(jié)果)。模擬條件是如下所述。(1) 使用信道在圖4所示的chl至ch80中，使用chl( 1570.41 nm )和ch33( 1583.69 nm )。(2) 偏差定義 偏差是在從僅輸入ch33信號(hào)光情況下的ch33光功率電平減去輸入chl信號(hào)光和ch33信號(hào)光情況下的ch33光功率電平得到的值。所以，若 這個(gè)值是正的，則它指出ch33的輸出功率沒(méi)有減小(沒(méi)有偏差)。若這 個(gè)值是負(fù)的，則它指出ch33的輸出功率減小，且這個(gè)值的絕對(duì)值越大， ch33光功率的減小就越大(偏差是大的)。 (3),光纖M大器(a) M大媒體,石英光纖(b) 泵浦方法一^UL向泵浦(c )泵浦光波長(zhǎng)在0.98nm至1.46nm之間的范圍內(nèi)變化 (d ) 每個(gè)信道輸入電平在誦14.3 dBm/ch至-21.3 dBm/ch之間的 范圍內(nèi)變4匕(e) M大器增益在16.1 dB至29.1 dB之間的范圍內(nèi)變化(f) 控制方法AGC (自動(dòng)增益控制)注意在AGC系統(tǒng)中，若信號(hào)光的輸入光電平發(fā)生變化，則輸出功 率也相應(yīng)地發(fā)生變化。雖然圖2中畫(huà)出ALC的反饋系統(tǒng)，基于M大器 的輸入光功率和輸出光功率，通過(guò)控制泵浦光源可以建立AGC系統(tǒng)。(g) EDF長(zhǎng)度這是用作M大媒體的摻鉺光纖長(zhǎng)度。按照如 下的方法優(yōu)化EDF長(zhǎng)度，當(dāng)chl信號(hào)光和ch33信號(hào)光輸入時(shí)，使chl 信號(hào)光的增益與ch33信號(hào)光的增益相等或幾乎相等。若泵浦光波長(zhǎng)或信 號(hào)光輸入電平發(fā)生變化，則EDF長(zhǎng)度可以相應(yīng)地發(fā)生變化。在上述的條件下，我們模擬泵浦光有效長(zhǎng)度與偏差之間的關(guān)系。"泵 浦光有效長(zhǎng)度"是泵浦光在,光纖中可以傳播的距離。在這個(gè)例子中，1/e (約0.368 )的位置之間的距離。以下是為什么檢查泵浦光有效長(zhǎng)度與偏差之間關(guān)系的原因。如上所 述，偏差是由于在直到摻鉺光纖輸出端附近之前不能提供足夠的泵浦光。 我們估計(jì)，是否發(fā)生偏差與在摻鉺光纖中可以提供足夠泵浦光的距離 (即，泵浦光有效長(zhǎng)度)有密切的關(guān)系。所以，我們判斷，泵浦光有效 長(zhǎng)>1^用作設(shè)計(jì)沒(méi)有偏差的先改大器|*?？梢岳靡韵碌娜N方法調(diào)整泵浦光有效長(zhǎng)度。(1) 改變泵浦光波長(zhǎng)。(2 ) 改變激勵(lì)密度。 (3 ) 改變M大媒體。首先，給出通過(guò)改變泵浦光波長(zhǎng)調(diào)整泵浦光有效長(zhǎng)度的模擬結(jié)果。圖8A表示改變泵浦光波長(zhǎng)時(shí)得到的偏差。圖8B表示泵浦光波長(zhǎng)與 其有效長(zhǎng)度之間的關(guān)系。此外，圖9表示,光纖中泵浦光的衰減特性。 在圖8A和8B所示的模擬結(jié)果中，展示改變ib故大器增益時(shí)(16dB， 23.5dB和29.1dB )得到的三組數(shù)據(jù)。如圖8A所示，當(dāng)泵浦光波長(zhǎng)約為1430nm時(shí)，偏差變成零。當(dāng)泵浦 光波長(zhǎng)是在1400 nm至1430 nm的范圍內(nèi)時(shí)，這個(gè)偏差是正值。換句話 說(shuō)，輸出功率沒(méi)有減小。在這個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，泵浦光波長(zhǎng)越短，正向的 偏差就越大。然而，偏差值在ldB附近飽和。所以，即使切斷chl的信 號(hào)光，ch33信號(hào)光的光功率變化很小，這不是個(gè)問(wèn)題。若泵浦光波長(zhǎng)大于1430nm,則偏差變?yōu)樨?fù)值。換句話說(shuō)，輸出功率 減小。在此情況下和在這個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，泵浦光波長(zhǎng)越長(zhǎng)，偏差的絕對(duì) 值越快地增大。特別是，若光放大器的增益很小，則偏差的絕對(duì)值變得 相當(dāng)?shù)卮?。所以，若泵浦光波長(zhǎng)大于1460 nm，則在切斷chl的信號(hào)光 時(shí)，ch33信號(hào)光的光功率大大地減小。EDF輸入端縱向方向上泵浦光的功率分布與泵浦光波長(zhǎng)之間有很強(qiáng) 的依賴關(guān)系。利用0.98nm和1.46nm作為泵浦光波長(zhǎng)，以下描述信號(hào)光 的輸入條件與輸出條件相同的情況。由于0.98nm泵浦光的增益效率(增 益/EDF長(zhǎng)度/泵浦光功率)高于1.46jmi泵浦光的增益效率，當(dāng)使用 0.98nm泵浦光時(shí)，信號(hào)光的光功率劇烈地增大，在EDF的輸入端附近 達(dá)到峰值，并沿EDF的縱向方向快速地衰減。在此情況下，由于0.98nm 泵浦光被快速地吸收，它在EDF的輸入端附近劇烈地衰減。所以，在必須使用EDF長(zhǎng)度很長(zhǎng)的L波段EDF中，泵浦光不能傳 播到EDF的輸出端，它取決于泵浦光波長(zhǎng)。參照?qǐng)D9描述這種情況(沿 EDF輸入端縱向方向上的泵浦光功率分布)。此處，泵浦光波長(zhǎng)小于 1.48jim，這是EDF的通用泵浦光波長(zhǎng)。如圖9所示，泵浦光在EDF中按照1.43[im， 1.46nm和0.98nm的順序傳播得更遠(yuǎn)些。具體地說(shuō)，泵浦 光的有效EDF長(zhǎng)度按照以上的順序延長(zhǎng)。圖8B表示與常規(guī)的通用泵浦光波長(zhǎng)(1，48nm )比較的較短波長(zhǎng)泵浦 光(1.40nm至1.46fim )的EDF泵浦光有效長(zhǎng)度。此處，"泵浦光有效長(zhǎng) 度，，定義為EDF輸入端與泵浦光光功率衰減到其輸入端初始泵浦光功率 1/e (約0.368 )的位置之間的距離。泵浦光有效長(zhǎng)^&本上a于一般光 放大器的寬增益范圍和寬輸入范圍的相應(yīng)泵浦光波長(zhǎng)確定的。例如，在 泵浦光波長(zhǎng)為1.46jim， 1.43nm和1.40nm時(shí)得到的泵浦光有效長(zhǎng)度分別 是約7m， 20m和50m。然而，具體地說(shuō)，由于反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率隨增益而 變化，泵浦光有效長(zhǎng)度與增益有關(guān)(圖8B)。所以，在仔細(xì)的設(shè)計(jì)中， 必須注意泵浦光有效長(zhǎng)度與增益之間的關(guān)系。例如，在16 dB至29 dB 的增益范圍內(nèi)，若泵浦光波長(zhǎng)為1.43nm，則泵浦光有效長(zhǎng)度幾乎是恒定 的；然而，若泵浦光波長(zhǎng)為1.40nm和1.46nm，則泵浦光有效長(zhǎng)度分別 有約10m和5m的誤差。泵浦光有效長(zhǎng)度與輸入之間也有某種程度的關(guān)系。由于反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比 率在EDF的信號(hào)輸入端附近隨輸入功率而變化，泵浦光波長(zhǎng)的增益系數(shù) 越高，泵浦光有效長(zhǎng)度就越短。所以，泵浦光有效長(zhǎng)度是受輸入功率的 影響。就是說(shuō)，輸入功率越高，EDF輸入端附近的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率就越 小，泵浦光有效長(zhǎng)度往往就延長(zhǎng)。例如，在-36.34(18111至+6.138111的范 圍內(nèi)，若泵浦光波長(zhǎng)為1.40nm，則泵浦光有效長(zhǎng)度幾乎是恒定的；然而， 若泵浦光波長(zhǎng)為1.43nm和1.46jim，則其誤差分別有約1 m和6 m。與 此類似，輸入功率變得與增益效率非常有關(guān)。所以，若^(吏用有高增益效 率的泵浦光波長(zhǎng)，且輸入功率過(guò)高，則必須注意輸入功率以確定泵浦光 有效長(zhǎng)度。把這些因素考慮進(jìn)去，我們發(fā)現(xiàn)，若泵浦光有效長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成大于放大 L波段的滲陣光纖ib故大器的預(yù)定值，則可以實(shí)現(xiàn)沒(méi)有偏差的M大器。 在上述的例子中，若泵浦光有效長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成大于20m，則可以避免偏差。 為了得到20 m或更長(zhǎng)的泵浦光有效長(zhǎng)度，泵浦光波長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨蛐∮?1430 nm。然而，考慮到以下描述的噪聲特性，泵浦光波長(zhǎng)最好應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨虼笥?400 nm。這種設(shè)計(jì)方法可應(yīng)用于#^寬的工作范圍(ib故大器的 增益和泵浦光的輸入功率)。對(duì)于放大L波段的,光纖光放大器的泵浦光波長(zhǎng)，我們主務(wù)使用 0.98pm和1.48fim的波段。由于這些波段沒(méi)有激發(fā)態(tài)吸收(激勵(lì)電子4皮 泵浦光激勵(lì)到更高能級(jí)的一種現(xiàn)象)，并可以獲得高的增益，已經(jīng)實(shí)現(xiàn) 了商業(yè)化。對(duì)于1.48nm波段的泵浦光源，我們已開(kāi)發(fā)了波長(zhǎng)范圍在1460 nm至1490 nm的半導(dǎo)體激光器。換句話說(shuō)，通常，我們不使用1400 nm 至1460 nm范圍內(nèi)的泵浦光波長(zhǎng)。使用1460 nm至14卯nm范圍內(nèi)泵浦光波長(zhǎng)的理由主要是很小的噪 聲。因?yàn)楸景l(fā)明試圖解決的偏差沒(méi)有被確認(rèn)，在使用1460 nm至1490 nm 范圍內(nèi)泵浦光波長(zhǎng)時(shí)通常不存在問(wèn)題。換句話說(shuō)，通常不需務(wù)使用1460 nm至1490 nm范圍之外的泵浦光波長(zhǎng)。然而，該實(shí)施例中M大器使用小于1460 nm范圍的泵浦光波長(zhǎng)以 抑制放大L波段時(shí)產(chǎn)生的偏差。特別是，使用1400 nm至1430 nm范圍 內(nèi)泵浦光波長(zhǎng)可以i^免偏差。作為調(diào)整泵浦光有效長(zhǎng)度的其他方法， 一種方法是改變M大i^體的 激勵(lì)密度，另一種方法是改變光放大^C體的材料，如上所述，任何方法 中的基本設(shè)計(jì)原理是相同的。以下簡(jiǎn)要地描述這些方法，激勵(lì)密^A與增益效率密切相關(guān)的M。即，激勵(lì)密度越小，增益效 率就越低。此處，增益效率越低，泵浦光有效長(zhǎng)度就越長(zhǎng)。所以，通過(guò) 抑制滲鮮光纖的激勵(lì)密度到預(yù)定值以下，可以使泵浦光有效長(zhǎng)度超過(guò)預(yù) 定值.通常我們知道,使M大媒體中信號(hào)光與泵浦光之間的重疊變窄可以 減小激勵(lì)密度。作為使M大媒體中信號(hào)光與泵浦光之間的重疊變窄的 一種方法，例如，引入低NA纖心或大直徑纖心到M大媒體的結(jié)構(gòu)， 光放大媒體的大范圍摻雜，等等是適宜的。因?yàn)榘凑者@些結(jié)構(gòu)，可以避 免稀土離子集中到高激勵(lì)光強(qiáng)度的區(qū)域中，從而可以減小激勵(lì)密度。通過(guò)改變模場(chǎng)直徑與摻稀土直徑之間的比率，這些直徑是摻稀土光放 大媒體的通用參數(shù)，也可以延長(zhǎng)泵浦光有效長(zhǎng)度，相應(yīng)地也可以防止偏差。我們知道光放大媒體的基質(zhì)玻璃不僅僅是石英類型，還可以是氟化物 類型，碲化物類型，鉍類型，磷酸類型和硅酸鹽類型，等等。所以，通 過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇基質(zhì)玻璃的材料，可以調(diào)整泵浦光有效長(zhǎng)度。雖然我們介紹三種方法作為獨(dú)立調(diào)整泵浦光有效長(zhǎng)度的手段，也可以 把這些方法進(jìn)行組合。例如，也可以調(diào)整泵浦光波長(zhǎng)和激勵(lì)密度以獲得 預(yù)定的泵浦光有效長(zhǎng)度。若使泵浦光有效長(zhǎng)度大于預(yù)定值以避免偏差，則可能使噪聲特性和增 益效率成為問(wèn)題。所以，必須考慮到這些值。以下，描述泵浦光波長(zhǎng)與噪聲之間的關(guān)系。當(dāng),光纖M大器用在光通信系統(tǒng)中時(shí)，該ib改大器最好有高飽和輸出和低噪聲(低的噪聲系數(shù)NF)。與0.98nm波段泵浦比較，1.48nm 波段泵浦有較高的飽和輸出和較大的噪聲。具體地說(shuō)，在0.98nm波段泵 浦情況下，噪聲系數(shù)約為3dB;然而，在1.48nm波段泵浦情況下，噪 聲系數(shù)約為5dB。通常我們知道，激勵(lì)電平與高電平之差越接近，噪聲 系數(shù)就越大。在該實(shí)施例中，為了抑制偏差，使用小于1460 nm的較短波長(zhǎng)泵浦 光。然而，若使用這個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)波長(zhǎng)的泵浦光，與使用1460 nm至14卯 nm范圍內(nèi)波長(zhǎng)的泵浦光比較，則其噪聲系數(shù)就減小了 。圖IO表示泵浦光波長(zhǎng)與噪聲系數(shù)之間的關(guān)系。此處，在chl信號(hào)光 和ch33信號(hào)光都輸入時(shí)得到的chl噪聲系數(shù)的模擬結(jié)果。還畫(huà)出光放大 器增益變化時(shí)得到的結(jié)果。在這個(gè)例子中，該圖展示每個(gè)信號(hào)光輸入功 率是16.34 dBm的情況。然而，即使信號(hào)光的輸入功率發(fā)生變化，泵浦 光波長(zhǎng)與噪聲系數(shù)之間的關(guān)系幾乎是相同的。如圖10所示，在1400 nm至1460 nm波長(zhǎng)的范圍內(nèi)，泵浦光波長(zhǎng)越 短，噪聲系數(shù)就越大。在這個(gè)例子中，與泵浦光波長(zhǎng)為1460 nm的情況 比較，在泵浦光波長(zhǎng)為1400nm的情況下，噪聲系數(shù)約下降2dB。 M 大器中噪聲系數(shù)的退化嚴(yán)重影響光通信系統(tǒng)的傳輸特性。若噪聲系數(shù)下 降2dB或更大，則在通信系統(tǒng)中使用光放大器是困難的。所以，最好是，泵浦光波長(zhǎng)超過(guò)1400 nm。如上所述，泵浦光波長(zhǎng)的變化嚴(yán)重影響偏差和噪聲系數(shù)。所以，在摻 鉺光纖光放大器的設(shè)計(jì)中，必須考慮偏差抑制與噪聲系數(shù)退化之間的權(quán) 衡。以下描述設(shè)計(jì)滲碎光纖ib故大器的指導(dǎo)原則。如圖8B所示，使泵浦光有效長(zhǎng)度為20 m至40 m，可以防止發(fā)生偏 差。如圖8A所示，讓泵浦光的波長(zhǎng)為1400 nm至1430 nm，可以滿足這 個(gè)條件。然而，若在這個(gè)范圍內(nèi)使用泵浦光，則與使用1.48jun波段(1460 nm至14卯nm )的一般泵浦光波長(zhǎng)時(shí)得到的結(jié)果比較，噪聲系數(shù)退化的 最大值約2dB。所以，必須小心謹(jǐn)慎。如圖8B所示，若泵浦光有效長(zhǎng)度為5 m至20 m，則在抑制偏差的 同時(shí)可以使噪聲系數(shù)最小。如圖8A所示，讓泵浦光波長(zhǎng)為1430 nm至 1460 nm，可以滿足這個(gè)條件。若在這個(gè)條件下設(shè)計(jì)ib故大器，則可以得 到比使用1400 nm至1430 nm泵浦光波長(zhǎng)時(shí)更佳的噪聲系數(shù)，且可以比 使用1.48jim波段中一般泵浦光波長(zhǎng)時(shí)抑制更多的偏差。圖11表示得到預(yù)定增益所需的泵浦光功率與泵浦光波長(zhǎng)之間的關(guān) 系。此處，展示ib故大器中得到增益為16 dB所需的泵浦光功率?？紤] 到與單位長(zhǎng)度增益效率的關(guān)系，在1400 nm至1460 nm波段中，基本上 是泵浦光波長(zhǎng)越短，所需的泵浦光功率就越大。然而，例如，在應(yīng)當(dāng)使 用較長(zhǎng)M大媒體的L波段EDFA的情況中，考慮到這樣一個(gè)事實(shí)，泵 浦光有效長(zhǎng)度越長(zhǎng)，泵浦效率(=信號(hào)光功率/泵浦光功率)就越高。在 1400 nm至1460 nm波段內(nèi)的這些模擬^ft下(EDF長(zhǎng)度，等等)，在 1430 nm附近得到最低值。具體地說(shuō)，使用1430 nm的泵浦光波長(zhǎng)，利 用最小光功率可以得到所需的增益。以下，描述偏差與反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率之間的關(guān)系。圖12表示偏差與反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率之間的關(guān)系。在這個(gè)例子中，泵浦 光波長(zhǎng)是在0.98nm的波段內(nèi)。M大器的增益是16dB。當(dāng)僅有輸入功 率為21.34 dBm的信號(hào)光(ch33)時(shí)，得到圖12中所示的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率。如以上參照?qǐng)D3時(shí)所描述的，基本上是EDF長(zhǎng)度越長(zhǎng)，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率就越小。然而，若EDF長(zhǎng)度是短的，則ch33信號(hào)光的偏差是正值； 若EDF長(zhǎng)度超過(guò)預(yù)定的長(zhǎng)度，則偏差變成負(fù)值。就是說(shuō)，若EDF長(zhǎng)度 超過(guò)預(yù)定值，則發(fā)生偏差(輸出功率減小)。在這個(gè)例子中，當(dāng)EDF長(zhǎng) 度大約超過(guò)35m時(shí)，發(fā)生偏差(輸出功率減小)。如上所述，EDF長(zhǎng)度超過(guò)預(yù)定值時(shí)發(fā)生偏差。對(duì)應(yīng)于閾值的反轉(zhuǎn)粒 子數(shù)比率既與信號(hào)光輸入功率無(wú)關(guān)，也與泵浦光波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，反轉(zhuǎn)粒子數(shù) 比率變成恒值。在這個(gè)例子中，當(dāng)EDF長(zhǎng)度大約為35m時(shí)，偏差是零， 而輸出端處的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率是0.17。圖13A和13B表示改變泵浦光波長(zhǎng)和信號(hào)光輸入功率時(shí)得到的模擬 結(jié)果。在圖13A和13B中，兩個(gè)信號(hào)光的輸入功率分別是-21.34 dBm/ch 和-14，34 dBm/ch。對(duì)于每種輸入功率設(shè)定三種泵浦光波長(zhǎng)。在這些模擬結(jié)果中，我們確認(rèn)，當(dāng)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率為0.17時(shí)，偏差 變成零；而當(dāng)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率小于0.17時(shí)，發(fā)生負(fù)偏差(減小輸出功率)。 若圖13B中的泵浦光波長(zhǎng)是1.43jim，則反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率總是大于0.17, 且沒(méi)有偏差。如上所述，在M大媒體輸出端處的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率下降到特定閾值 以下時(shí)發(fā)生偏差。在圖12所示的例子中，在,光纖輸出端處的反轉(zhuǎn)粒 子數(shù)比率小于0.17時(shí)發(fā)生偏差。所以，若,光纖輸出端處的反轉(zhuǎn)粒子 數(shù)比率設(shè)計(jì)成超過(guò)閾值，則沒(méi)有偏差。具體地說(shuō)，在圖12所示的例子中， 若摻鉺光纖輸出端處的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率設(shè)計(jì)成大于0.17，就沒(méi)有偏差。雖然與發(fā)生偏差有關(guān)的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率的閾值既與信號(hào)光輸入功率 無(wú)關(guān)，也與泵浦光波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，但該閾值與M大器的增益有關(guān)。圖14A 和14B表示在改變M大器增益時(shí)進(jìn)行圖12， 13A和13B所示模擬得到 的結(jié)果。圖14A和14B分別表示M大器增益為16 dB和29.1 dB情況 下的模擬結(jié)果。在這些模擬結(jié)果中，若ib故大器增益是低的，則與發(fā)生偏差有關(guān)的反 轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率的閾值也是低的；若ib故大器增益是高的，則反轉(zhuǎn)粒子數(shù) 比率的閾值也是高的。具體地說(shuō)，如圖15所示，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率的閾值 幾乎與光放大器的增益成正比。若反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率的閾值和光放大器的增益分別是"Y"和"X"，則滿足以下的公式。 Y=0.007X+0.062所以，在摻鉺光纖光放大器的設(shè)計(jì)中，首先，按照以上公式計(jì)算反轉(zhuǎn) 粒子數(shù)比率的閾值。然后，按照以下的方法設(shè)定泵浦光波長(zhǎng)和激勵(lì)密度, 摻鉺光纖輸出端處的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率可以大于閾值。若按照這個(gè)過(guò)程設(shè) 計(jì)光放大器，則在無(wú)須降低其他特性(噪聲系數(shù)，等等)的條件下可以 有效地抑制偏差。反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率是利用感應(yīng)輻射根據(jù)光放大媒體放大特性導(dǎo)出的一 個(gè)簡(jiǎn)單參數(shù)。所以，可以判斷，即佳羞質(zhì)玻璃從石英改變成氟化物，反 轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率的閾值幾乎不發(fā)生變化。圖16表示反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率閾值與泵浦光波長(zhǎng)之間的關(guān)系。此處，當(dāng) 一個(gè)信道的信號(hào)光輸入到光纖時(shí)，在用作光放大媒體的滲鮮光纖輸出端 處得到反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率。如以上參照?qǐng)D15時(shí)所描述的，；5b故大器的增益越高，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比 率的閾值就越大。在這個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)M大器的增益為29.1dB時(shí)，該 閾值是0.26。所以，若放大器設(shè)計(jì)成摻鉺光纖輸出端處的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比 率為0.26或更大，則在增益小于29 dB的范圍內(nèi)沒(méi)有偏差。然而，如圖 16所示，為了在摻鉺光纖輸出端處得到的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率大于或等于 0.26，泵浦光波長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)小于1415 nm。如以上參照?qǐng)D10時(shí)所描述的，為 了抑制噪聲系數(shù)的退化小于現(xiàn)有技術(shù)配置2 dB,泵浦光波長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)大于 1400 nm。所以，為了在很寬的增益范圍內(nèi)避免偏差和在允許的范圍內(nèi)抑 制噪聲系數(shù)的退化，泵浦光波長(zhǎng)最好應(yīng)當(dāng)在1400 nm至1415 nm的范圍 內(nèi)。這個(gè)實(shí)施例中的光放大器(特別是，參照以上圖8A和8B時(shí)所描述 的光放大器)是這樣配置的，通過(guò)得到大于現(xiàn)有光放大器的泵浦光有效 長(zhǎng)度，可以抑制偏差。然而，在泵浦光有效長(zhǎng)度很長(zhǎng)的情況下，即使在 滲碎光纖輸出端的泵浦光能量仍保持不變。所以，在這個(gè)實(shí)施例的光放 大器中，從摻鉺光纖輸出端輸出剩余的泵浦光。圖17A表示EDF長(zhǎng)度與泵浦光功率之間的關(guān)系。在1400 nm至1460nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，泵浦光波長(zhǎng)越長(zhǎng)，在摻鉺光纖中吸收的泵浦光能量就 越多。換句話說(shuō)，在這個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，泵浦光波長(zhǎng)越短，泵浦光就傳播 得越遠(yuǎn)。在圖17A所示的例子中，若EDF長(zhǎng)度是40m，則波長(zhǎng)為1460 nm 的泵浦光輸出功率幾乎為零；然而，波長(zhǎng)為1400 nm的泵浦光輸出功率 大約為50 mW。圖17B表示剩余泵浦光功率與泵浦光波長(zhǎng)之間的關(guān)系。圖17B表示 調(diào)整EDF長(zhǎng)度和泵浦光輸入功率而可以得到預(yù)定增益(16 dB, 23.5 dB 和29.1 dB )時(shí)從摻鮮光纖輸出端處得到的剩余泵浦光功率。在1400 nm 至1460 nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，泵浦光波長(zhǎng)越短，剩余泵浦光功率就越高。 特別是，在1400 nm至1430 nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，從EDF輸出的泵浦光功 率是相當(dāng)?shù)馗?。?dāng)剩余泵浦光功率很高時(shí)，M大器的控制誤差變得很大，就有這樣 的可能性，完成喇曼放大且非線性效應(yīng)使傳輸線上的傳輸特性退化。所 以，在這個(gè)實(shí)施例的M大器中，最好是，消除從EDF輸出的剩余泵浦 光的影響。在圖18A所示的例子中，在M大器的輸出側(cè)配備截去泵浦光波長(zhǎng) 的光濾波器21。在這種配置中，M射信號(hào)光的傳輸線上去掉泵浦光因 素。在圖18B所示的例子中，配備截去來(lái)自分支光的泵浦光因素的光濾 波器22，該分支光用于控制M大器的輸出功率或增益。具體地^C，從 光傳,體(滲陣光纖)1輸出的光(包括信號(hào)光和剩余泵浦光)被分光 器11分割。光濾波器22截去來(lái)自分光器11分割的分支光部分的泵浦光 因素。然后，光電二極管(PD) 23檢測(cè)泵浦光因素被截去的光功率。所 以，基于沒(méi)有剩余泵浦光的多波長(zhǎng)光功率，控制電路12可以控制泵浦光 源(LD)4。在完成增益控制時(shí)，控制電路12必須檢測(cè)輸入光功率，因 為輸入光不包含泵浦光，所以，在光放大器的輸入側(cè)不需要提供光濾波 器。在圖19A所示的例子中，剩余泵浦光用于喇曼放大。具體地說(shuō)，去 復(fù)用器31把輸入的多波長(zhǎng)光分解成C波段和L波段信號(hào)。如圖19B所示，去復(fù)用器31的L波段端口有截去C波段的損耗特性。如圖19C所 示，C波段端口有僅僅傳送C波段的損耗特性。C波段EDFA 32放大去 復(fù)用器31分解的C波段信號(hào)，而L波段EDFA33放大L波段信號(hào)。然 后，復(fù)用器34復(fù)用相應(yīng)放大器放大的C波段信號(hào)和L波段信號(hào)并輸出 復(fù)用光。在這個(gè)設(shè)備中，由于L波段EDFA 33是這樣設(shè)計(jì)的，泵浦光的 有效長(zhǎng)度可以大于預(yù)定值，從而輸出相當(dāng)強(qiáng)的剩余泵浦光。在L波段EDFA 33的輸出側(cè)，WDM耦合器35用于從信號(hào)光中分 解泵浦光。這個(gè)WDM耦合器35引導(dǎo)信號(hào)光到復(fù)用器34和引導(dǎo)泵浦光 到L波段EDFA 33輸入側(cè)上的WDM耦合器36。 WDM耦合器36引導(dǎo) 來(lái)自去復(fù)用器31的信號(hào)光到L波段EDFA 33和引導(dǎo)來(lái)自WDM耦合器 35的泵浦光到去復(fù)用器31。此處，去復(fù)用器31的L波段端口有圖19B 所示的損耗特性。所以，從L波段EDFA 33輸出的剩余泵浦光通過(guò)WDM 耦合器35， WDM耦合器36和去復(fù)用器31被引導(dǎo)到ib故大器輸入側(cè)上 的傳輸線。喇曼放大有增益的頻帶比提供給傳,體的泵浦光頻率小13.2THz。 此處，在1.55nm波段，13.2THz相當(dāng)于約100 nm。所以，若喇曼放大 的泵浦光波長(zhǎng)是1430 nm，則可以得到的增益是在1530 nm附近的波段。 所以，在此情況下，完成C波段的喇曼放大。另一方面，對(duì)于L波段EDFA 33，使用1400 nm至1460 nm范圍內(nèi) 的泵浦光波長(zhǎng)。在此情況下，若L波段EDFA33中使用的泵浦光波長(zhǎng)是 1430 nm,則剩余泵浦光可用作C波段喇曼放大的泵浦光。所以，如圖 19A所示，若從L波段EDFA 33輸出的剩余泵浦光被引導(dǎo)到M大器輸 入側(cè)上的傳輸線，則完成C波段的喇曼放大。按照這種方法，在圖19A所示的M大器中，避免剩余泵浦光與信 號(hào)光一起發(fā)射到輸出側(cè)的傳輸線上。與此同時(shí)，剩余泵浦光用作信號(hào)光 的喇曼放大。所以，這種配置不僅但抑制傳輸特性的退化，而且有利于 提高傳輸特性。在通過(guò)^巨離發(fā)射多波長(zhǎng)光的系統(tǒng)中，短波長(zhǎng)區(qū)上信號(hào)光的光功率被 傳輸線上信號(hào)之間的喇曼效應(yīng)移向長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)，從而使短波長(zhǎng)區(qū)上的信號(hào)退化。例如，在集體發(fā)射C波段和L波段的系統(tǒng)中，位于C波段的信號(hào) 可能退化。退化量隨信號(hào)光功率，各個(gè)信號(hào)之間的波長(zhǎng)間隔等而發(fā)生變 化，退化量有時(shí)可達(dá)到約5dB。所以，在上述的系統(tǒng)中，提供放大EDFA 輸入側(cè)上C波段的喇曼放大器(集中型或分布型)是有效的，可以補(bǔ)償 短波長(zhǎng)區(qū)(C波段)上信號(hào)光的增益退化。圖20表示EDFA和喇曼放大共享泵浦光源的光放大器。這種l故大 器包括C波段EDFA32和L波段EDFA33。 L波段EDFA33使用的 泵浦光波長(zhǎng)為1430 nm。喇曼放大是在輸入側(cè)的傳輸線上完成的，喇曼 放大^f吏用的泵浦光波長(zhǎng)也是1430 nm。泵浦光源41產(chǎn)生并輸出波長(zhǎng)為1430 nm的泵浦光。可以用光耦合器 實(shí)現(xiàn)的分光器42分割產(chǎn)生的泵浦光。例如，分割比是"10:1"。此處，一 個(gè)分割后的泵浦光通過(guò)可變光衰減器43被引導(dǎo)到復(fù)用器44。然后，復(fù)用 器44給傳輸線提供泵浦光。因此，在傳輸線上可以完成C波段中信號(hào)光 的喇曼放大。另一個(gè)分割后的泵浦光通過(guò)可變光衰減器45凈史引導(dǎo)到L波 段EDFA33。因此，L波段中的信號(hào)光被L波段EDFA33放大。另一 個(gè)泵浦光源給C波段EDFA 32提供泵浦光，圖20中沒(méi)有畫(huà)出這個(gè)泵浦 光源。例如，基于從這個(gè)光放大器輸出的多波長(zhǎng)光功率，可以調(diào)整可變光衰 減器43和45的衰減量。在此情況下，按照如下的方法可以獨(dú)立地控制 可變光衰減器43和45，例如，正確地調(diào)整C波段和L波段中的每個(gè)光 功率。如上所述，在圖20所示的M大器中，由于EDFA的泵浦光和喇曼 放大的泵浦光是由一個(gè)泵浦光源產(chǎn)生的，可以實(shí)現(xiàn)光放大器的小型化， 并可以預(yù)期降低元件成本。圖21表示利用這個(gè)實(shí)施例中M大器的長(zhǎng)途光傳輸系統(tǒng)的配置。 在長(zhǎng)途光傳輸系統(tǒng)中，傳輸線上往往配備多個(gè)光放大器。此處，若這 些多個(gè)光放大器的任何一個(gè)光放大器中發(fā)生偏差，則在這個(gè)系統(tǒng)中發(fā)生 傳輸誤差。所以，在這個(gè)系統(tǒng)中最好使用以上實(shí)施例中的光放大器，作 為傳輸線上的全部M大器。然而，如以上參照?qǐng)D10時(shí)所描述的，在該實(shí)施例的光放大器中噪聲特性可能退化。所以，在傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，必須綜合地考慮偏差抑制 效應(yīng)，噪聲特性，成本，等等。具體地說(shuō)，該實(shí)施例的光放大器配備在不要求嚴(yán)格噪聲特性的位置上。例如，如圖21所示，這些實(shí)施例中ib故大器用作發(fā)射側(cè)上的關(guān)放大 器或位于傳輸線上的在線光放大器。然而，在要求嚴(yán)格噪聲特性的接收 側(cè)，應(yīng)當(dāng)利用以下描述的多級(jí)EDFA單元。雖然多級(jí)EDFA單元是在保 持良好噪聲特性的同時(shí)避免偏差的光放大器，但是它不僅體積龐大，而 且生產(chǎn)成本也高。所以，為了降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，必須盡可能減少多 級(jí)EDFA單元的數(shù)目。如上所述，在有多個(gè)光放大器的光傳輸系統(tǒng)中，通過(guò)在合適的位置上 配備該實(shí)施例中光放大器，在降低整個(gè)系統(tǒng)的成本的同時(shí)，又可以避免 偏差。圖22表示包含該實(shí)施例ib故大器的M大設(shè)備的配置。這個(gè)M大 設(shè)備包括串聯(lián)連接的四個(gè)M大器。多級(jí)EDFA單元是在第一級(jí)和末 級(jí)中實(shí)現(xiàn)的。該實(shí)施例的;5^故大器是在第二級(jí)和第三級(jí)中實(shí)現(xiàn)的。多級(jí)EDFA單元還包括串聯(lián)連接的兩個(gè)EDF。此處，由于在第一 級(jí)放大中要求良好的噪聲特性和相當(dāng)高的增益，在第一亂改大器中使用 波長(zhǎng)為0.98nm波段的泵浦光和波長(zhǎng)為1.48nm波段的泵浦光。另一方面， 由于在末級(jí)放大中要求高的增益和良好的噪聲特性，在末級(jí)放大器中配 備多個(gè)泵浦光源，每個(gè)泵浦光源產(chǎn)生波長(zhǎng)為1.48jmi波段的泵浦光。在第二級(jí)和第三l故大中，不要求嚴(yán)格的噪聲特性。所以，該實(shí)施例 的M大器用在第二級(jí)和第三級(jí)。例如，在該實(shí)施例的ib故大器中，使 用波長(zhǎng)為1.43jim的泵浦光。在第一亂故大器與第二亂故大器之間配置增益均衡器GEQ1和可變 光衰減器ATT1，以及在第三亂改大器與末^Ut大器之間配置增益均衡器 GEQ2和可變光衰減器ATT2，增益均衡器用于均衡包含在多波長(zhǎng)光中多 個(gè)信號(hào)光的光功率，而可變光衰減器用于調(diào)整多波長(zhǎng)光的光功率并完成 恒定輸出控制。在第二亂改大器與第三亂故大器之間配置圖22中沒(méi)有展示的色散補(bǔ)償光纖。從第一級(jí)到末級(jí)中的每個(gè)放大器是按照如下方法實(shí)現(xiàn)的。第一級(jí)M大器在第一級(jí)光放大器中，EDF是利用第一EDF (EDFl (a))和第二 EDF (EDFl (b))實(shí)現(xiàn)的，該EDF是在得到L58nm波段(1570 nm 至1605 nm)中平坦波長(zhǎng)特性所需的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率下得到預(yù)定的增益。第一 WDM耦合器(WDM1)引導(dǎo)第 一泵浦光源(Pumpl)的0.98nm 泵浦光和傳播通過(guò)第一光分支耦合器(BS1)和光隔離器(ISOl)的多 波長(zhǎng)光的復(fù)用光到第一EDF (EDFl (a))。第一 EDF (EDFl (a))利用該泵浦光故大多波長(zhǎng)光，并通過(guò)光隔 離器(IS02 )輸出放大的多波長(zhǎng)光到第二 WDM耦合器(WDM2 )。第二 WDM耦合器(WDM2 )復(fù)用多波長(zhǎng)光和第二泵浦光源(Pump2 ) 的1.48nm泵浦光，并輸出復(fù)用光到第二EDF (EDFl (b))。第二 EDF (EDFl (b))利用第二泵浦光源(Pump2)的泵浦M 大多波長(zhǎng)光。第一光監(jiān)測(cè)器(PD1)和第二光監(jiān)測(cè)器(PD2)分別監(jiān)測(cè)第一光分支 耦合器(BS1)和第二光分支耦合器(BS2)分出的相應(yīng)分支光。然后， 基于監(jiān)測(cè)結(jié)果控制第一泵浦光源(Pumpl)和第二泵浦光源(Pump2) 的輸出功率，并調(diào)整第一EDF (EDFl (a))和第二 EDF (EDFl (b )) 構(gòu)成的多級(jí)EDFA單元的增益。第一級(jí)光放大器(多級(jí)EDFA單元)放大的多波長(zhǎng)光通過(guò)增益均衡 器(GEQ1)和可變光衰減器(ATT1)被引導(dǎo)到第二級(jí)t故大器。第二級(jí)ib改大器在第二級(jí)光放大器中，EDF是利用第三EDF (EDF2)實(shí)現(xiàn)的，該 EDF是在得到1.58nm波段(1570 nm至1605 nm )中平坦波長(zhǎng)特性所需 的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率下得到預(yù)定的增益。來(lái)自第一級(jí)M大器的多波長(zhǎng)光通過(guò)第三光分支耦合器(BS3)，光 隔離器(IS04 )和第三WDM耦合器(WDM3 )輸入到第三EDF( EDF2 )。 第三EDF (EDF2 )通過(guò)第三WDM耦合器(WDM3 )接收第三泵浦光源(Pump3)產(chǎn)生的約1.43nm泵浦光，并利用該泵浦光放大多波長(zhǎng)光。 第三EDF (EDF2 )放大的多波長(zhǎng)光通過(guò)光隔離器(IS05 )和光分支耦合器(BS4)被引導(dǎo)到第三級(jí)M大器。光連接器連接第二級(jí)光放大器和第三級(jí)光放大器。第三光監(jiān)測(cè)器 (PD3)和第四光監(jiān)測(cè)器(PD4)分別監(jiān)測(cè)第三光分支耦合器(BS3)和第四光分支耦合器(BS4)分出的相應(yīng)分支光，并基于監(jiān)測(cè)結(jié)果，通過(guò)控制來(lái)自泵浦光源(Pump3)泵浦光的光功率和波長(zhǎng)，調(diào)整第二級(jí)光放大器的增益。第三級(jí)M大器在第三級(jí)光放大器中，EDF是利用第四EDF (EDF3)實(shí)現(xiàn)的，該 EDF是在得到1.58jun波段(1570 nm至1610 nm )中平坦波長(zhǎng)特性所需 的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率下得到預(yù)定的增益。來(lái)自第二級(jí)M大器的多波長(zhǎng)光通過(guò)第五光分支耦合器(BS5),光 隔離器(IS05 )和第四WDM耦合器(WDM4 )輸入到第四EDF( EDF3 )。 第四EDF (EDF3 )通過(guò)第四WDM耦合器(WDM4 )接收來(lái)自第四泵 浦光源(Pump4)約1.43nm泵浦光，并利用該泵浦ib故大多波長(zhǎng)光。第四EDF (EDF3 )放大的多波長(zhǎng)光通過(guò)光隔離器(IS06)，增益均 衡器(GEQ2)，光分支耦合器(BS6)和可變光衰減器(ATT2)被引 導(dǎo)到第四級(jí)M大器。第五光監(jiān)測(cè)器(PD5)和第六光監(jiān)測(cè)器(PD6)分別監(jiān)測(cè)第五光分支 耦合器(BS5)和第六光分支耦合器(BS6)分出的相應(yīng)分支光，并基于 監(jiān)測(cè)結(jié)果，通過(guò)控制來(lái)自泵浦光源(Pump4)泵浦光的光功率和波長(zhǎng)， 調(diào)整第三級(jí)ib故大器的增益。末級(jí)(笫四級(jí))ib故大器在末級(jí)(第四級(jí))M大器中，類似于第一級(jí)ib故大器，EDF是利 用第五EDF (EDF4 (a))和第六EDF (EDF4 (b ))實(shí)現(xiàn)的，該EDF 是在得到1.58nm波段(1570 nm至1605 nm)中平坦波長(zhǎng)特性所需的反 轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率下得到預(yù)定的增益。來(lái)自第三級(jí)M大器的多波長(zhǎng)光通過(guò)第七光分支耦合器(BS7)，光隔離器(IS07 )和第五WDM耦合器(WDM5 )輸入到第五EDF (EDF4 "))。第五WDM耦合器(WDM5 )復(fù)用泵浦光源(Pump5和Pump6 )產(chǎn) 生的1.47nm泵浦光和來(lái)自第三級(jí)光放大器的多波長(zhǎng)光。此處，泵浦光是 在偏振光束耦合器(PBS1)組合之后經(jīng)第九光分支耦合器(BS9)提供 給第五WDM耦合器(WDM5)。第五EDF (EDF4 (a))利用來(lái)自第五WDM耦合器(WDM5)的 泵浦ib故大來(lái)自第三級(jí)ib故大器的多波長(zhǎng)光。第五EDF (EDF4 (a)) 的輸出通過(guò)光隔離器(IS08)和第六WDM耦合器(WDM6)被引導(dǎo)到 第六EDF (EDF4 (b))。第六WDM耦合器(WDM6)復(fù)用光分支耦合器(BS9)分出的泵 浦光和第五EDF( EDF4( a))的輸出，并輸出復(fù)用結(jié)果到第六EDF( EDF4 (b))。第七WDM耦合器(WDM7)引導(dǎo)泵浦光源(Pump7和Pump8 )產(chǎn) 生并由偏振光束耦合器(PBS2 )組合的1.47nm泵浦光到第六EDF( EDF4 (b))。第六EDF(EDF4(b))利用來(lái)自WDM耦合器(WDM6 )和WDM 耦合器(WDM7)的泵浦M大多波長(zhǎng)光。然后，通過(guò)第七WDM耦合 器(WDM7),光隔離器(IS09)和光分支耦合器(BS8)輸出第六EDF (EDF4 (b))放大的多波長(zhǎng)光。第七光監(jiān)測(cè)器(PD7)和第八光監(jiān)測(cè)器(PD8)分別監(jiān)測(cè)第七光分支 耦合器(BS7)和第八光分支耦合器(BS8)分出的相應(yīng)分支光，并基于 監(jiān)測(cè)結(jié)果，通過(guò)控制來(lái)自泵浦光源(Pump5-8)泵浦光的光功率和波長(zhǎng)， 調(diào)整末級(jí)(第四級(jí))光放大器的增益。如上所述,通過(guò)設(shè)計(jì)該實(shí)施例的ib故大器可以避免偏差的發(fā)生，因此， 光放大媒體中的泵浦光有效長(zhǎng)度大于預(yù)定值，或光放大媒體輸出端處的 反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率大于預(yù)定值。在以上的實(shí)施例中，我們描述當(dāng)輸入多波長(zhǎng)光中短波長(zhǎng)區(qū)上信號(hào)光的 一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到切斷信號(hào)光的另一種狀態(tài)時(shí)發(fā)生偏差，然而，當(dāng)短波長(zhǎng)區(qū)上信號(hào)光的功率減小時(shí)也可以發(fā)生類似的偏差。在這種情況下，該實(shí) 施例的光放大器可以有效地避免偏差的發(fā)生。此處，輸入到光放大媒體 的短波長(zhǎng)區(qū)上信號(hào)光功率大大減小的一種狀態(tài)可以看成是基本上切斷信 號(hào)光的一種狀態(tài)。在以上的實(shí)施例中，主，設(shè)輸出光功率的偏差應(yīng)當(dāng)?shù)扔诹愕臓顟B(tài)， 我們確定光放大器設(shè)計(jì)中所用泵浦光有效長(zhǎng)度的參考值或光放大媒體輸 出端處反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率的參考值，然而，本發(fā)明不限制于這種方法。例 如，可以按照以下方法確定泵浦光有效長(zhǎng)度或反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率，允"^午特 定的偏差以避免噪聲特性的退化。此外，在以上的實(shí)施例中，我們集中討論切斷多波長(zhǎng)光中短波長(zhǎng)區(qū)上的信號(hào)光時(shí)，長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)上的信號(hào)光功率減小的現(xiàn)象；本發(fā)明不限制于這 種現(xiàn)象。具體地說(shuō)，本發(fā)明也可應(yīng)用于避免這樣一種現(xiàn)象，當(dāng)切斷多波 長(zhǎng)光中任何波長(zhǎng)的信號(hào)光時(shí)，其他信號(hào)光的功率發(fā)生變化。此外，雖然M大媒體的基質(zhì)玻璃不僅可以使用石英類型，也可以使 用氟化物類型，碲化物類型，鉍類型，磷酸類型和硅酸鹽類型，等等， 但是從高增益，低噪聲，可靠性和實(shí)用性的觀點(diǎn)進(jìn)行綜合比較，當(dāng)前的 石英類型是最合適的。雖然添加到光纖中的材料不僅是鉺，也可以使用 鐠等材料，但從上述的觀點(diǎn)進(jìn)行綜合比較，鉺是最合適的。按照本發(fā)明，由于在放大多波長(zhǎng)光的光放大器中，正確設(shè)計(jì)M大媒 體中的泵浦光有效長(zhǎng)度或光放大媒體輸出端的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)比率，即使切 斷多波長(zhǎng)光中的部分光，剩余光的輸出功率并沒(méi)有減小或^減小。所 以，在接iJUU^大器輸出的多波長(zhǎng)光的接收機(jī)中，可以^傳,差。
權(quán)利要求
1.一種放大波分復(fù)用光的光放大器，包括用作放大波分復(fù)用光的光放大媒體的光纖；產(chǎn)生泵浦光的泵浦光源；從泵浦光中產(chǎn)生第一分支泵浦光和第二分支泵浦光的分光器；和光器件，它將第一分支泵浦光引導(dǎo)到所述光纖，將第二分支泵浦光引導(dǎo)到與所述光放大器的輸入側(cè)相連的傳輸線。
2. 如權(quán)利要求l所述的光放大器，其中， 所述光纖包括放大第一波段中的光的第一光纖和放大第二波段中的光的第二光纖，所述泵浦光的波長(zhǎng)滿足該泵浦光在第一光纖中放大第一波段中的 光，在所述傳輸線中放大第二波段中的光。
3. 如權(quán)利要求2所述的光放大器，還包括去復(fù)用器，它將來(lái)自所述傳輸線的信號(hào)光解復(fù)用成第一波段中的光 和第二波段中的光，并將第一和第二波段中的光分別引導(dǎo)到所述第一 和第二光纖；和復(fù)用器，它復(fù)用經(jīng)所述第一光纖放大的光和經(jīng)所述第二光纖放大的光。
4. 如權(quán)利要求l所述的光放大器，其中，所述泵浦光的波長(zhǎng)滿足該泵浦光在所述光纖中放大第一波段中的 光，在所述傳輸線中放大第二波段中的光。
5. 如權(quán)利要求l所述的光放大器，還包括 監(jiān)視所述光纖的輸出的監(jiān)視單元；和基于所述監(jiān)視單元的結(jié)果來(lái)控制第一和第二分支泵浦光的功率的 控制器。
6. 如權(quán)利要求5所述的光放大器，其中，所述光纖包括放大第一波段中的光的第一光纖和放大第二波段中 的光的第二光纖，所述控制器基于所述監(jiān)視單元的結(jié)果來(lái)控制第二光纖的泵浦功率。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種放大波分復(fù)用光的光放大器，包括用作放大波分復(fù)用光的光放大媒體的光纖；產(chǎn)生泵浦光的泵浦光源；從泵浦光中產(chǎn)生第一分支泵浦光和第二分支泵浦光的分光器；和光器件，它將第一分支泵浦光引導(dǎo)到所述光纖，將第二分支泵浦光引導(dǎo)到與所述光放大器的輸入側(cè)相連的傳輸線。由于EDFA和喇曼放大共享一個(gè)泵浦光源，所以可實(shí)現(xiàn)光放大器的小型化，并可降低元件成本。
文檔編號(hào)H01S3/00GK101242072SQ200810003258
公開(kāi)日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2002年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月14日
發(fā)明者宿南宣文, 尾中美紀(jì), 林悅子, 渡邊學(xué), 菅谷靖 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社