專利名稱：提高功率轉(zhuǎn)換效率的長頻帶光纖放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖放大器，更詳細(xì)地說，涉及一種可以利用放大的自發(fā)發(fā)射作為二次泵源來提高功率轉(zhuǎn)換效率的長頻帶(1570nm-1610nm)光纖放大器。
在波分多路(WDM)光學(xué)通信系統(tǒng)中，技術(shù)上關(guān)心的重要問題之一是提供一種在寬頻帶中具有平坦增益的鉺摻雜光纖放大器(EDFA)。另外，已經(jīng)考慮到獲得傳統(tǒng)EDFA無法提供的適合于長頻帶的光纖放大器。實現(xiàn)長頻帶光纖放大器的方法之一是采用諸如亞碲酸鹽基光纖的新型光纖材料。亞碲酸鹽基光纖放大器具有滿足長頻帶光纖放大器要求的性能，但是具有不規(guī)則的增益譜，而且相關(guān)技術(shù)尚未充分開發(fā)到足以實踐它的地步。
除了采用這樣的新材料之外，已經(jīng)致力于利用各種結(jié)構(gòu)的二氧化硅基EDFA實現(xiàn)傳統(tǒng)放大頻帶(1530nm-1560nm，下稱“C-頻帶”)以外的頻帶中的增益。另外，已經(jīng)提出適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)以便在DEFA中引發(fā)大約30-40％的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，以便實現(xiàn)1570nm-1610nm的長頻帶(下稱“L-頻帶”)中的光放大。盡管有某種復(fù)雜性，但是，這種結(jié)構(gòu)這樣安排并聯(lián)的C-頻帶和L-頻帶放大器，以便使用于大容量WDM(波分多路)傳輸系統(tǒng)的二氧化硅基EDFA具有80nm以上的寬增益頻帶。然而，這種L-頻帶光纖放大器有這樣的缺點(diǎn)，即它必須具有長EDF(鉺摻雜光纖)和高功率泵，而且功率轉(zhuǎn)換效率低。
本發(fā)明的目的是提供一種在相對長的頻帶中提高了功率轉(zhuǎn)換效率的光纖放大器。
按照本發(fā)明，提高了功率轉(zhuǎn)換效率的光纖放大器包括設(shè)有泵光源的第一光纖部分；與第一光纖部分連接的不設(shè)置泵光源的第二光纖部分；以及重用電路，用于利用經(jīng)過放大的自發(fā)發(fā)射(ASE)作為用于第二光纖部分的二次泵光源。重用電路最好包括連接在第一和第二光纖部分之間的WDM耦合器以及與WDM耦合器連接的用以提供泵光源的光泵裝置。第一和第二光纖部分包括鉺摻雜光纖。這樣調(diào)整鉺摻雜光纖，以便L-頻帶中產(chǎn)生增益。
現(xiàn)將參考僅作實例的附圖比較具體地描述本發(fā)明。


圖1是舉例說明傳統(tǒng)的L-頻帶二氧化硅基EDFA結(jié)構(gòu)的方框圖；圖2是舉例說明另一種傳統(tǒng)的L-頻帶二氧化硅基EDFA結(jié)構(gòu)的方框圖；圖3是舉例說明按照本發(fā)明的最佳實施例的L-頻帶二氧化硅基EDFA結(jié)構(gòu)的方框圖；圖4是類似于圖3的但按照本發(fā)明另一個最佳實施例的視圖；圖5舉例說明把第一至第四類EDFA的小信號增益與EDFII的變化比較的曲線圖。
圖6舉例說明把第一至第四類EDFA的功率轉(zhuǎn)換效率與EDFII的變化比較的曲線圖；圖7是舉例說明足以提高功率轉(zhuǎn)換效率的后向放大的自發(fā)發(fā)射(ASE)頻譜的測量結(jié)果的曲線圖；圖8是舉例說明相對于EDFII的長度測量的第一至第四類EDFA噪聲系數(shù)的曲線圖。
傳統(tǒng)的L-頻帶二氧化硅基EDFA可以具有圖1所示的前向泵結(jié)構(gòu)(下稱“第一類EDFA”)或圖2所示的后向泵結(jié)構(gòu)(下稱“第二類EDFA”)。
在第一類EDFA中，輸入信號光10通過由前向泵裝置30泵激的第一EDF區(qū)域EDFI和第二EDF區(qū)域EDFII放大，最后作為輸出信號光40產(chǎn)生。前向泵裝置30通過WDM耦合器20連接。一對光隔離器50，50’分別設(shè)置在輸入端和輸出端，以便單向引導(dǎo)信號光。
在第二類EDFA中，輸入信號光10通過不泵激的第二EDF區(qū)域EDFII和由后向泵裝置30’泵激的第一EDF區(qū)域EDFI放大，最后作為輸出信號光40產(chǎn)生。同樣，后向泵裝置30’通過WDM耦合器20連接。一對光隔離器50，50’分別設(shè)置在輸入端和輸出端，以便單向引導(dǎo)信號光。
本發(fā)明的L-頻帶二氧化硅基EDFA可以實現(xiàn)為兩種類型，其中一種如圖3(下稱“第三類EDFA”)所示，首先使信號光12經(jīng)過不泵激的第二EDFII傳送，然后把它輸送到由前向泵裝置32泵激的第一EDFI，而另一種如圖4(下稱“第四類EDFA”)所示，首先把輸入光12輸送到由后向泵裝置32’泵激的第一EDFI，然后輸送到不泵激的第二EDFII。當(dāng)然，前向和后向泵裝置32和32’通過WDM耦合器22連接，并且，一對光隔離器52和52’分別設(shè)置在輸入端和輸出端，以便單向引導(dǎo)信號光。
為了把本發(fā)明的EDFA與傳統(tǒng)的EDFA進(jìn)行比較，同樣的EDF用于第一至第四EDFA。就是說，這是一種具有4.5分貝/米最大吸收系數(shù)的商售Al共摻雜(codoped)光纖。另外，第一EDFI的長度取為135米，而第二EDFII的長度依次改變?yōu)?米，5米，15米，20米，25米和35米，以便分析小信號增益與第二EDFII的長度的關(guān)系。為了進(jìn)行比較，一律利用90毫瓦輸出泵激980nm波長。利用頻譜儀和中心波長設(shè)置在1590nm(毫微米)的可變波長激光器來估量EDFA的增益。使用分別具有-20dBm(毫瓦分貝)和0dBm強(qiáng)度的兩種類型輸入信號光，以便正確測量小信號增益、噪聲系數(shù)、飽和功率強(qiáng)度和功率轉(zhuǎn)換效率。也正確地測量出EDF輸入端的輸入損耗，所有情況均為小于2dB。
參見圖5，與傳統(tǒng)的第一和第二類EDFA相比，本發(fā)明的EDF不泵激的第三和第四類EDFA的小信號增益強(qiáng)烈地依賴于EDFII的長度。圖6舉例說明按照變化的EDFII長度測量的第一至第四類EDFA的功率轉(zhuǎn)換效率的曲線圖。按照這些曲線圖，具有35米EDFII的第三類EDFA呈現(xiàn)出最高的小信號增益和功率轉(zhuǎn)換效率，其值分別為21.83dB和21.11％。這些數(shù)值比第一類EDFA的數(shù)值分別高4dB和11.5％，第一類EDFA在相同的工作條件下表現(xiàn)出最壞的結(jié)果。這表明，通過按照作前向還是作后向泵激而把EDF區(qū)域EDFII設(shè)置在泵激激光二極管之前或之后，就可以使泵激功率得到有效的利用。效率的這一改進(jìn)看來是由ASE引起的，ASE以與泵激光相反的方向傳播，作為不泵激的EDF區(qū)域用的1550nm泵源而重新利用，以便產(chǎn)生1600nm頻帶中的光子。
為了證實足以改善功率轉(zhuǎn)換效率的反向ASE的存在，使用環(huán)行器來測量沒有EDFII的第一類EDFA中的后向ASE頻譜。圖7表示以0.2nm分辨頻帶，0dB輸入信號測得的后向ASE頻譜的曲線。在該曲線圖中，1590nm附近的峰看來是由輸入信號的Rayleigh后向散射部分引起的。呈現(xiàn)不小于-25dBm/0.2dB光功率的、亦即在1520nm至1565nm范圍內(nèi)的波長區(qū)域表現(xiàn)出約20.59mW的強(qiáng)反向ASE。當(dāng)EDFA被加上較弱的-20dBm/0.2nm輸入信號時，觀察到約28.9mW的更強(qiáng)的后向ASE，這接近總泵激功率的30％。鑒于以前對具有較弱的功率和1550nm頻帶信號的L-頻帶放大的研究，這種ASE電平足以放大L-頻帶。
如圖8所示，以變化的EDFII長度對第一至第四EDFA測量了1550nm頻帶中第二電平泵激的噪聲系數(shù)。正如預(yù)期的，前向泵激結(jié)構(gòu)的第一和第三類EDFA表現(xiàn)出的性能優(yōu)于第二和第四類EDFA。尤其是，第二類EDFA具有比其它類型高得多的噪聲系數(shù)，而且它還隨著EDFAII的長度迅速變化，因此不適宜于L-頻帶EDFA。而同時，第三類EDFA之所以在噪聲系數(shù)方面表現(xiàn)出較第一類差的特性，原因是在不泵激的EDF部分中用于1600nm泵激的后向ASE波長中發(fā)射截面大引起的。盡管第四類EDFA具有不泵激部分，但是，所有EDFA的后向部分都有不泵激的因而對噪聲系數(shù)不敏感的EDF，使得觀察不到噪聲系數(shù)方面的影響。
這樣，本發(fā)明提供了一種提高了功率轉(zhuǎn)換效率的EDFA，它可以用于放大1570nm-1610nm波長范圍的光信號。盡管在先有技術(shù)中必須抑制后向ASE，以獲得足夠的L-頻帶信號增益，因為它引起EDFA的飽和，但是，本發(fā)明卻利用后向ASE作為不泵激部分的泵源，改善信號增益和泵激效率。除了噪聲系數(shù)方面1dB的損失以外，試驗結(jié)果表明功率轉(zhuǎn)換效率改進(jìn)了9.6％至21.2％，同時小信號增益提高了最多4dB。此外，即使經(jīng)由不泵激的EDF部分來泵激1480nm，性能也得到了改善，這表明本發(fā)明的EDFA結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于任何泵激波長。本發(fā)明重用后向ASE作為泵源的概念，不僅有助于改進(jìn)EDFA的性能，而且鑒于泵激功率的經(jīng)濟(jì)利用，還有助于研制實用的L-頻帶EDFA。
雖然已經(jīng)利用帶有附圖的特定的實施例描述了本發(fā)明，但是，本專業(yè)的技術(shù)人員顯然可以看出，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，對其可以作出各種變化和改變。
權(quán)利要求
1.一種提高了功率轉(zhuǎn)換效率的光纖放大器，它包括設(shè)有泵光源的第一光纖部分；與所述第一光纖部分連接的不設(shè)置所述泵光源的第二光纖部分；和重用電路，用以利用經(jīng)過放大的自發(fā)發(fā)射(ASE)作為用于所述第二光纖部分的二次泵光源。
2.權(quán)利要求1中定義的長頻帶光纖放大器，其特征在于所述重用電路包括連接在所述第一和所述第二光纖部分之間的波分多路(WDM)耦合器以及與所述WDM耦合器連接的光泵裝置，以提供所述泵光源。
3.權(quán)利要求1中定義的長頻帶光纖放大器，其特征在于所述第一和第二光纖部分包括鉺摻雜光纖。
4.權(quán)利要求3中定義的長頻帶光纖放大器，其特征在于調(diào)整所述鉺摻雜光纖，以便在L-頻帶中產(chǎn)生增益。
5.一種提高了功率轉(zhuǎn)換效率的光纖放大器，它包括設(shè)有泵光源的第一光纖部分；與所述第一光纖部分連接的不設(shè)置所述泵光源的第二光纖部分；重用電路，用以利用ASE作為用于所述第二光纖部分的二次泵光源；和一對光隔離器，分別設(shè)置在所述第一和第二光纖部分的前端和后端，用以引導(dǎo)信號光單向傳播。
6.權(quán)利要求5中定義的長頻帶光纖放大器，其特征在于所述重用電路包括連接在所述第一和第二光纖部分之間的WDM耦合器以及與所述WDM耦合器連接的光泵裝置，以提供所述泵光源。
7.權(quán)利要求5中定義的長頻帶光纖放大器，其特征在于所述第一和第二光纖部分包括鉺摻雜光纖。
8.權(quán)利要求7中定義的長頻帶光纖放大器，其特征在于調(diào)整所述鉺摻雜光纖，以便在L-頻帶中產(chǎn)生增益。
全文摘要
一種提高了功率轉(zhuǎn)換效率的光纖放大器包括:設(shè)有泵光源的第一光纖部分;與第一光纖部分連接的不設(shè)置泵光源的第二光纖部分;以及重用電路,用以利用經(jīng)過放大的自發(fā)發(fā)射(ASE)作為用于第二光纖部分的二次泵光源。重用電路最好包括連接在第一和第二光纖部分之間的WDM耦合器和與WDM耦合器連接的光泵裝置,以提供泵光源。第一和第二光纖部分包括鉺摻雜光纖。調(diào)整鉺摻雜光纖,以便在L－頻帶中產(chǎn)生增益。
文檔編號H01S3/06GK1246641SQ9911840
公開日2000年3月8日 申請日期1999年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月25日
發(fā)明者柳祐澯, 樸南奎, 李周翰 申請人:三星電子株式會社