專利名稱：采用混合抽運(yùn)光束的反饋型光纖放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用混合抽運(yùn)光束的光纖放大器，它向稀土摻雜纖維提供了混合抽運(yùn)光束因而對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大，本發(fā)明尤其涉及到一種采用混合抽取光束的反饋型光纖放大器，它能夠減少構(gòu)成光纖放大器的活性纖維的數(shù)量，通過用反饋環(huán)將混合抽運(yùn)光束反饋到光纖放大器以提高放大效率。
用光纖傳送信息的光纖通信技術(shù)已經(jīng)得到了發(fā)展和廣泛應(yīng)用。由于能夠高速傳送大量信息的光纖通信技術(shù)不存在因電磁干擾而造成信號(hào)干擾或串話等問題，因此通過海底電纜這種技術(shù)被應(yīng)用于國(guó)與國(guó)之間的信息通信。由于至今已經(jīng)開發(fā)出了用于光纖通信的多路復(fù)用或網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因此光纖通信技術(shù)的應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大到了用于高速度寬頻帶多種方式通信(包括交換機(jī)，有線電視或即時(shí)圖像(VOD)之間的聲音和數(shù)據(jù)通信在內(nèi))的主通信網(wǎng)絡(luò)。
隨著對(duì)用于高速光信號(hào)傳輸和超長(zhǎng)距離傳輸?shù)墓庑盘?hào)放大器的開發(fā)，光纖通信技術(shù)已經(jīng)得到改進(jìn)。最近正積極進(jìn)行對(duì)具有平坦增益用于波段復(fù)用的放大器和用于圖像分布技術(shù)的高增益放大器的研究。早期的光信號(hào)放大器是通過雪崩或充電二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后進(jìn)行放大的，然后用激光二極管將被放大的電信號(hào)重新轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。目前的光信號(hào)放大器采用了摻稀土纖維以便能夠省去為放大光信號(hào)而進(jìn)行的信號(hào)轉(zhuǎn)換信息。上面提到的摻稀土纖維是通過在活性光學(xué)纖維中摻入諸如Er、Pr和Nd之類的離子而構(gòu)成的。當(dāng)將具有預(yù)定波長(zhǎng)的抽運(yùn)光束加到摻稀土纖維上時(shí)，具有預(yù)定波長(zhǎng)的受激光子就會(huì)因稀土離子的激勵(lì)而發(fā)射，這樣就放大了在相應(yīng)的光纖中傳播的光信號(hào)。


圖1示出了采用摻稀土纖維的普通光纖放大器的結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D1，光信號(hào)S與第一光路1耦合，抽運(yùn)光束P與第二光路2耦合，第一和第二光路1和2耦合到合波器3的輸入端。對(duì)應(yīng)于合波器3的輸出端的第三光路4經(jīng)過摻稀土纖維5和隔離器6被耦合到光路7上，光路7是輸出線路。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，分別被輸入到第一光路1和第二光路2中的光信號(hào)S和抽運(yùn)光束P通過合波器3相互耦合因此它們一起被包含在與合波器3的輸出端相對(duì)應(yīng)的第三光路4中。
光信號(hào)S和抽運(yùn)光束P被輸入到摻稀土纖維5，抽運(yùn)光束P對(duì)其中摻雜的稀土離子進(jìn)行激勵(lì)從而產(chǎn)生具有預(yù)定波長(zhǎng)的受激光子。這種光被混入到光信號(hào)S中產(chǎn)生光學(xué)放大。隔離器6阻止反向光信號(hào)被混入到摻稀土纖維5中，反向光信號(hào)是在與光信號(hào)S相反的方向上進(jìn)行的，它包括來自于下一級(jí)摻稀土纖維中的抽運(yùn)光束或光信號(hào)S的反射信號(hào)。在上述光纖放大器中，光信號(hào)S是波長(zhǎng)為1520到1570nm的光束，抽運(yùn)光束P是波長(zhǎng)為1480nm或980nm的光束。這里，波長(zhǎng)為1480nm的抽運(yùn)光束用于產(chǎn)生最大增益，波長(zhǎng)為980nm的抽運(yùn)光束用于提供低噪聲性能。因此，波長(zhǎng)為1480nm和980nm的抽運(yùn)光束被廣泛應(yīng)用于各種光傳輸系統(tǒng)。
圖2示出了采用上述混合抽運(yùn)光束的普通光纖放大器的結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D2，光信號(hào)S與第一光路21耦合，預(yù)定波長(zhǎng)例如為1480nm的第一抽運(yùn)光束P1與第二光路22耦合。第一光路21和第二光路22被耦合到第一波長(zhǎng)合波器23的輸入端，第一波長(zhǎng)合波器23將光信號(hào)S和第一抽運(yùn)光束P1耦合到與第二波長(zhǎng)合波器26的輸入端相連接的第三光路24中。預(yù)定波長(zhǎng)為例如980nm的第二抽運(yùn)光束P2與連接到第二波長(zhǎng)合波器26的另一個(gè)輸入端上的第四光路25相耦合。第二波長(zhǎng)合波器26將由第三光路24提供的光信號(hào)S和第一抽運(yùn)光束P1與由第四光路25傳來的第二抽運(yùn)光束P2耦合后輸出到與摻稀土纖維28的輸入端相連接的第五光路27中。摻稀土纖維28的輸出光束通過隔離器29耦合到相當(dāng)于輸出線路的第六光路30中。
在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，光信號(hào)S和第一抽運(yùn)光束P1通過第一合波器23進(jìn)行耦合，第一合波器23的輸出信號(hào)和第二抽運(yùn)光束P2在第二合波器26中進(jìn)行耦合。然后，被耦合的光信號(hào)S、第一抽運(yùn)光束P1和第二抽運(yùn)光束P2從合波器26傳送到摻稀土纖維28中。第一抽運(yùn)光束P1和第二抽運(yùn)光束P2對(duì)摻稀土纖維28中的稀土離子進(jìn)行激勵(lì)從而產(chǎn)生受激光子，受激光子被引入到將被放大的光信號(hào)S中。
然而，該光纖放大器存在以下問題。摻稀土纖維8的最佳長(zhǎng)度通常是根據(jù)抽運(yùn)光的波長(zhǎng)而定的。例如，當(dāng)抽運(yùn)光的波長(zhǎng)為1480nm時(shí)，最佳長(zhǎng)度被設(shè)置為大約15m，而當(dāng)抽運(yùn)光的波長(zhǎng)為980nm時(shí)，最佳長(zhǎng)度則被設(shè)置為大約9m。當(dāng)摻稀土纖維的實(shí)際長(zhǎng)度比最佳長(zhǎng)度短時(shí)，其放大效率就會(huì)降低。另一方面，如果實(shí)際長(zhǎng)度比最佳長(zhǎng)度長(zhǎng)時(shí)，就會(huì)發(fā)生光信號(hào)衰減。對(duì)上述普通光纖放大器結(jié)構(gòu)來說，由于輸入到摻稀土纖維中的是經(jīng)合波器耦合后的第一和第二抽運(yùn)光束，因此要想恰當(dāng)設(shè)置摻稀土纖維的長(zhǎng)度是不可能的。
同時(shí)，美國(guó)專利NO.5,185,826提出了一種采用混合抽運(yùn)光束能有效放大光信號(hào)的光纖維放大器，如圖3所示。參照?qǐng)D3，光信號(hào)S和具有第一波長(zhǎng)的第一抽運(yùn)光束P1通過第一合波器31進(jìn)行耦合，合波器31的輸出光束P1和S被輸入到第一摻稀土纖維32中。光信號(hào)S的波長(zhǎng)為1520到1570nm，第一抽運(yùn)光束P1的波長(zhǎng)例如為1480nm，第一摻稀土纖維32例如由摻有Er的活性光纖所構(gòu)成。
第一摻稀土纖維32的輸出端被耦合到第二合波器33的輸入端上，波長(zhǎng)為980nm的第二抽運(yùn)光束P2被耦合到合波器33的另一個(gè)輸入端上。第二合波器33將來自于摻稀土纖維32的光束P1和S與第二抽運(yùn)光束P2相耦合并將它們傳送到第二摻稀土纖維34中，第二摻稀土纖維34的輸出信號(hào)通過隔離器35耦合到輸出光路9中。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，當(dāng)?shù)谝粨较⊥晾w維的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1和第二摻稀土纖維的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2時(shí)，長(zhǎng)度L1+L2就被設(shè)置為第一抽運(yùn)光束P1的最佳長(zhǎng)度，長(zhǎng)度L2就被設(shè)置為第二抽運(yùn)光束P2的最佳長(zhǎng)度。
通過第一分波器31耦合的第一抽運(yùn)光束P1被輸入到第一摻稀土纖維32中去激勵(lì)其中摻有的稀土離子，因而產(chǎn)生光學(xué)放大。這里，由于第一摻稀土纖維32的長(zhǎng)度被設(shè)置得比第一抽運(yùn)光束P1的最佳長(zhǎng)度短，因此輸入到摻稀土纖維32中的第一抽運(yùn)光束P1并沒有被全部消耗掉，而是被留下了一部分。從第一摻稀土纖維32輸出的剩余第一抽運(yùn)光束P1通過第二合波器33與第二抽運(yùn)光束P2相耦合，然后被輸入到第二摻稀土纖維34中執(zhí)行放大工作。也就是說，由于第一抽運(yùn)光束P1在第一摻稀土纖維31和第二摻稀土纖維34二者中執(zhí)行放大，因此對(duì)第一抽運(yùn)光束P1來說摻稀土纖維的長(zhǎng)度是L1+L2。而第二抽運(yùn)光束P2僅僅在第二摻稀土纖維34中進(jìn)行放大工作所以對(duì)第二抽運(yùn)光束P2來說摻稀土摻雜纖維的長(zhǎng)度是L2。因此用混合抽運(yùn)光束能夠?qū)崿F(xiàn)有效的光纖放大器。
然而，上述光纖放大器中所用的摻稀土纖維的制造過程復(fù)雜、價(jià)格昂貴。這要求減小摻稀土纖維的長(zhǎng)度。此外，在上述光纖放大器中，作為摻稀土纖維的激勵(lì)光的抽運(yùn)光對(duì)在相應(yīng)光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)來說相當(dāng)于噪聲信號(hào)。因此，為防止摻稀土纖維中的剩余抽運(yùn)光在光纖中傳輸，普通光纖放大器在其輸出端用一個(gè)反射鏡來反射抽運(yùn)光束。然而，反射鏡不僅反射從摻稀土纖維輸出的抽運(yùn)光束而且還反射一部分在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)。因而會(huì)降低光信號(hào)的輸出強(qiáng)度。
因此，本發(fā)明方向是采用混合抽運(yùn)光束的反饋型光纖放大器，它基本上避免了由相關(guān)技術(shù)的局限性和缺點(diǎn)所造成的一個(gè)或多個(gè)問題。
本發(fā)明的目的是提供一個(gè)可以顯著減小其所用的摻稀土纖維的長(zhǎng)度的光纖放大器。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一個(gè)不用反射鏡就能避免從相應(yīng)的摻稀土纖維中輸出剩余抽運(yùn)光束的光纖放大器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一個(gè)可以優(yōu)化放大效率因而有效使用電能的光纖放大器。
本發(fā)明的其它性能和優(yōu)點(diǎn)將在后面的說明中闡述，一部分可以從說明中明顯看出或從本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用中學(xué)到。通過在書面說明和其中的權(quán)利要求以及附圖中特地指出的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的以及獲得本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種采用混合抽運(yùn)光束的反饋型光纖放大器，該放大器包括用于傳播光信號(hào)的光路；多個(gè)摻有預(yù)定稀土離子的摻稀土纖維，它們與光路串聯(lián)耦合；用于輸出具有互不相同的波長(zhǎng)的抽運(yùn)光束的多個(gè)抽運(yùn)光源；多個(gè)用于將抽運(yùn)光束耦合到光路中的光耦合單元；反饋單元，它用于對(duì)經(jīng)過至少一個(gè)摻稀土纖維輸出的抽運(yùn)光束進(jìn)行分割并將被分割的抽運(yùn)光束反饋到相應(yīng)的摻稀土纖維中作為其輸入信號(hào)。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，還提供了一種采用混合抽運(yùn)光束的反饋型光纖放大器，該放大器包括用于傳播光信號(hào)的光路；摻預(yù)定稀土離子的第一和第二摻稀土纖維，它們與光路串聯(lián)耦合；用于輸出具有預(yù)定第一波長(zhǎng)的第一抽運(yùn)光束的第一抽運(yùn)光源；用于輸出具有預(yù)定第二波長(zhǎng)(不同于第一波長(zhǎng))的第二抽運(yùn)光束的第二抽運(yùn)光源；用于分別將第一和第二抽運(yùn)光束耦合到光路中的第一和第二合波器；和反饋單元，它用于對(duì)至少經(jīng)過第一和第二摻稀土纖維中的一個(gè)摻稀土纖維輸出的抽運(yùn)光束進(jìn)行分割并將被分割的抽運(yùn)光束反饋到相應(yīng)的摻稀土纖維中作為其輸入信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明，第一和第二摻稀土纖維的總長(zhǎng)度是由第一和第二抽運(yùn)光束中波長(zhǎng)比較短的那一個(gè)抽運(yùn)光束決定的，反饋單元對(duì)第一和第二抽運(yùn)光束中波長(zhǎng)比較長(zhǎng)的那一個(gè)抽運(yùn)光束進(jìn)行反饋。第一和第二摻稀土纖維的總長(zhǎng)度是以作為激勵(lì)光束的具有較短波長(zhǎng)的那一個(gè)抽運(yùn)光束為基礎(chǔ)來設(shè)置的。因而可以顯著減少光纖放大器中所用的摻稀土纖維的數(shù)量。
上述一般說明和后面的詳細(xì)說明只是示范性的和解釋性的，只是用來對(duì)權(quán)利要求中闡明的發(fā)明作進(jìn)一步解釋。
用于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明的以及被編入本技術(shù)說明書構(gòu)成技術(shù)說明書的一部分的附圖舉例說明了本發(fā)明的實(shí)施例，它與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理，在附圖中圖1示出了一個(gè)普通光纖放大器的結(jié)構(gòu)；圖2示出了一個(gè)采用混合抽運(yùn)光束的普通光纖放大器的結(jié)構(gòu)；圖3示出了另一個(gè)采用混合抽運(yùn)光束的普通光纖放大器的結(jié)構(gòu)；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的采用混合抽運(yùn)光束的反饋型光纖放大器的結(jié)構(gòu)；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例中采用混合抽運(yùn)光束的反饋型光纖放大器的結(jié)構(gòu)；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的采用混合抽運(yùn)光束的反饋型光纖放大器的結(jié)構(gòu)；和圖7示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的采用混合抽運(yùn)光束的反饋型光纖放大器的結(jié)構(gòu)。
下面將詳細(xì)介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，附圖舉例說明了這些例子。
圖4示出了本發(fā)明第一實(shí)例的采用混合抽運(yùn)光束的反饋型光纖放大器的結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D4，輸入光信號(hào)S被耦合到第一光路41中，第一激光二極管42提供的具有第一波長(zhǎng)的第一抽運(yùn)光束P1被耦合到第二光路43中。第一光路41和第二光路43作為第一波長(zhǎng)分割合波器44的輸入提供。光信號(hào)S的波長(zhǎng)為1520到1570nm，第一抽運(yùn)光束P1的波長(zhǎng)例如為1480nm。第一激光二極管42的輸出功率是根據(jù)控制電路68提供的工作電流確定的。第一合波器44的輸出光束被耦合到第三光路45中，由第二激光二極管46提供的具有第二波長(zhǎng)(與第一波長(zhǎng)不同)的第二抽運(yùn)光束P2與第四光路47相耦合。第三光路45和第四光路47作為第二波長(zhǎng)分割合波器48的輸入提供。此處，第二抽運(yùn)光束P2的波長(zhǎng)例如為980nm。第二激光二極管46的輸出功率是根據(jù)控制電路68提供的工作電流確定的。
第二合波器48的輸出光束與第五光路49耦合，第五光路被連接到第一摻稀土纖維50的輸入端。第一摻稀土纖維50由摻稀土離子的活性光纖構(gòu)成，其長(zhǎng)度為L(zhǎng)1。第一摻稀土纖維50的輸出光束幾乎無損耗地被耦合到第六光路51中，第六光路51通過第三波長(zhǎng)分割合波器52連接到第七光路53上。第七光路53被連接到第二摻稀土纖維54的輸入端，第二摻稀土纖維54由摻有稀土離子的活性光纖(例如與第一摻稀土纖維相同)構(gòu)成，其長(zhǎng)度為L(zhǎng)2。
第二摻稀土纖維54的輸出光束被耦合到與第四波長(zhǎng)分割合波器56的輸入端相連接的第八光路55中。第四合波器56幾乎無衰減地將輸入光信號(hào)S耦合到第九光路57中以及為第一抽運(yùn)光束P1進(jìn)行波長(zhǎng)分割并將它耦合到第十光路58中。第十光路58通過第一分接耦合器59連接到第十一光路60上，第十一光路60被連接到第三合波器52的輸入端上。第三合波器52將來自第十一光路60的第一抽運(yùn)光束P1耦合到第七光路53中提供給第二摻稀土纖維54。此處，第十光路58和第十一光路60構(gòu)成了對(duì)第一抽運(yùn)光束P1的反饋環(huán)。
第一分接耦合器59以預(yù)定的比例(例如99∶1)對(duì)經(jīng)第十光路58輸入到的抽運(yùn)光束P1進(jìn)行分割并將第一抽運(yùn)光束P1中被分出的部分耦合到與第一光電二極管62的輸入端相連接的第十二光路61中。第一光電二極管62對(duì)輸入其中的第一抽運(yùn)光束P1進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)提供給控制電路68作為監(jiān)視信號(hào)。用于耦合來自第四合波器56的光信號(hào)S的第九光路57通過隔離器63(用于阻塞反射光束)連接到第二分接耦合器64上。第二分接耦合器64以預(yù)定的比例(例如99∶1)將輸入光信號(hào)S耦合到第十二光路65和第十三光路66中。與第十二光路65相耦合的一部分光信號(hào)S被作為輸出信號(hào)傳輸出去，與第十三光路66相耦合的一部分光信號(hào)S經(jīng)第二光電二極管67光電轉(zhuǎn)換后輸入到控制電路68中作為監(jiān)視信號(hào)。
控制電路68根據(jù)由第一光電二極管62和第二光電二極管67提供的監(jiān)視信號(hào)控制提供給第一激光二極管42和第二激光二極管64的工作電流。當(dāng)來自第一光電二極管62的監(jiān)視信號(hào)的電平為高時(shí)，控制電路68就減小提供給第一激光二極管42的工作電流，當(dāng)來自第二光電二極管67的監(jiān)視信號(hào)的電平為低時(shí)，它就增大提供給第一或第二激光二極管42或46的工作電流，因而控制光纖放大器處于最佳狀態(tài)。借助于具有以上結(jié)構(gòu)的光纖放大器，通過第一光路41輸入其中的光信號(hào)S和由第一激光二極管42產(chǎn)生的第一抽運(yùn)光束P1經(jīng)第一合波器44耦合后經(jīng)第三光路45輸出。因此，第三光路45的輸出光束包括光信號(hào)S和第一抽運(yùn)光束P1。
接著，通過第三光路45傳播的光信號(hào)S和第一抽運(yùn)光束P1與來自第二激光二極管46的第二抽運(yùn)光束P2通過第二合波器48進(jìn)行耦合。于是，對(duì)應(yīng)于第二合波器48的輸出端的第五光路中包含光信號(hào)S、第一抽運(yùn)光束P1和第二抽運(yùn)光束P2。這些光束S、P1和P2經(jīng)第一摻稀土纖維50、第三合波器52和第二摻稀土纖維54傳輸。在第一和第二摻稀土纖維50和54中，被摻入其中的稀土離子被第一抽運(yùn)光束P1和第二抽運(yùn)光束P2激勵(lì)，因此受激光子發(fā)射并引入正在傳輸?shù)墓庑盘?hào)S中從而對(duì)其進(jìn)行放大。在第二摻稀土纖維54中被放大的光信號(hào)S幾乎無損耗地被第四合波器56耦合到第九光路57中以及經(jīng)隔離器63傳輸。
同時(shí)，第一摻稀土纖維50和第二摻稀土纖維54的總長(zhǎng)度(即L1+L2)被設(shè)置為波長(zhǎng)為980nm的第二抽運(yùn)光束P2的最佳長(zhǎng)度。因此，第二抽運(yùn)光束P2在通過第一摻稀土纖維50和第二摻稀土纖維54的傳輸過程中幾乎被耗盡。然而，對(duì)波長(zhǎng)為1480nm的第一抽運(yùn)光束P1(與它對(duì)應(yīng)的摻稀土纖維最佳長(zhǎng)度要比與抽運(yùn)光束P2對(duì)應(yīng)的摻稀土纖維的最佳長(zhǎng)度更長(zhǎng))來說，在第一摻稀土纖維50和第二摻稀土纖維54中第一抽運(yùn)光束P1并沒有被全部消耗掉，預(yù)定量的光束將剩留其中。
從第二摻稀土纖維54輸出的剩余第一抽運(yùn)光束P1通過第四合波器56被耦合到由第十光路58和第十一光路60所組成的反饋環(huán)中，然后通過第三合波器52與第七光路53相耦合，又被反饋到第二摻稀土纖維54中。因此，在這種情況下對(duì)第一抽運(yùn)光束P1來說摻稀土纖維的長(zhǎng)度被調(diào)整到L1+2L2，根據(jù)輸出第一抽運(yùn)光束P1的第一激光二極管42的輸出功率該長(zhǎng)度還可以被調(diào)整到如L1+3L2，L1+4L2，…。
換句話說，因?yàn)閷?duì)第一抽運(yùn)光束P1的第二摻稀土光纖的長(zhǎng)度因第十和第十一光路58和60所組成的反饋環(huán)的作用而實(shí)際變長(zhǎng)，可以象為第二抽運(yùn)光束P2那樣為第一抽運(yùn)光束P1設(shè)置摻稀土纖維的最佳長(zhǎng)度。還有，在上述結(jié)構(gòu)中，第二抽運(yùn)光束P2被第一和第二摻稀土纖維50和54耗盡，而從摻稀土纖維54輸出的第一抽運(yùn)光束P1通過第四合波器56與反饋環(huán)58和60相耦合，因此不設(shè)置反射鏡也能夠避免激光束在光纖中傳輸。此外，控制電路68根據(jù)第一光電二極管62和第二光電二極管67提供的監(jiān)視信號(hào)控制第一激光二極管42或第二激光二極管46的輸出。因此，整個(gè)光纖放大器的放大效率能被控制在最佳狀態(tài)。
圖5示出了本發(fā)明第二實(shí)施例的采用混合抽運(yùn)光束的反饋型光纖放大器的結(jié)構(gòu)。在這個(gè)實(shí)施例中，光纖放大器是以反向激勵(lì)方式構(gòu)成的，其中抽運(yùn)光束的方向與光信號(hào)的方向相反，它與上述以正向激勵(lì)方式構(gòu)成的第一實(shí)施例正相反，在第一實(shí)施例中抽運(yùn)光束和光信號(hào)是同向傳播的。
參照?qǐng)D5，被傳輸?shù)墓庑盘?hào)S通過第一波長(zhǎng)分割合波器71與第一摻稀土纖維72相耦合，然后通過第二波長(zhǎng)分割合波器73與第二摻稀土纖維74相耦合。被第一和第二摻稀土纖維72和74放大的光信號(hào)S幾乎沒有衰減地通過第三和第四波長(zhǎng)分割合波器75和76被耦合到隔離器77上。參考數(shù)字78表示用控制電路85提供的工作電流驅(qū)動(dòng)的用于產(chǎn)生具有預(yù)定波長(zhǎng)的第一抽運(yùn)光束P1的第一激光二極管，參考數(shù)字79表示用控制電路85提供的工作電流驅(qū)動(dòng)的用于產(chǎn)生具有不同于第一抽運(yùn)光束P1的波長(zhǎng)的第二抽運(yùn)光束P2的第二激光二極管。
由第一激光管78提供的第一抽運(yùn)光束P1被耦合到第四合波器76的輸入端以向光信號(hào)S的反方向傳輸，由第二激光二極管79提供的第二抽運(yùn)光束P2被耦合到第三合波器75的輸入端以向光信號(hào)S的反方向傳輸。向光信號(hào)S的反方向傳輸?shù)牡谝怀檫\(yùn)光束P1和第二抽運(yùn)光束P2被耦合到第二摻稀土纖維74的輸入端，第二摻稀土纖維中的剩余第一抽運(yùn)光束和剩余第二抽運(yùn)光束被耦合到第一摻稀土纖維72的輸入端。此處，第一抽運(yùn)光束P1和第二抽運(yùn)光束P2的波長(zhǎng)例如分別為1480nm和980nm。當(dāng)?shù)谝粨较⊥晾w維72和第二摻稀土纖維74的長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1和L2時(shí)，它們的總長(zhǎng)度L1+L2就被設(shè)為第二抽運(yùn)光束P2的最佳長(zhǎng)度。因此，正如以上所述的那樣，第一抽運(yùn)光束P1并沒有在第一和第二摻稀土纖維72和74中全部消耗掉，有一小部分光束從第一摻稀土纖維72中傳輸出來。
從第一摻稀土纖維72中輸出的剩余第一抽運(yùn)光束P1經(jīng)第一合波器71波分后被耦合到反饋環(huán)80中，然后由第二合波器73反饋到第一摻稀土纖維72。反饋環(huán)80包括第一分接耦合器81，該分接耦合器81以預(yù)定比例(例如99∶1)對(duì)經(jīng)過反饋環(huán)80的第一抽運(yùn)光束P1進(jìn)行分割，被第一分接耦合器81分割后的一部分第一抽運(yùn)光束被第一光電二極管82轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后到控制電路85中作為監(jiān)視信號(hào)。
從隔離器77輸出的光信號(hào)S被耦合到第二分接耦合器83中，該分接耦合器83以預(yù)定比例(例如99∶1)對(duì)光信號(hào)S進(jìn)行分割。被耦合到第二分接耦合器83的輸出端上的光電二極管84對(duì)光信號(hào)S進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換然后將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)輸入到控制電路85中作為監(jiān)視信號(hào)?？刂齐娐?5根據(jù)第一光電二極管82和第二光電二極管84提供的監(jiān)視信號(hào)控制第一激光二極管78和第二激光二極管79提供的工作電流，與上述第一實(shí)施例相同。
也就是說，在本發(fā)明第二實(shí)施例中，分別從第一激光二極管78和第二激光二極管79輸出的波長(zhǎng)為1480nm的第一抽運(yùn)光束P1和波長(zhǎng)為980nm的第二抽運(yùn)光束P2向光信號(hào)S的相反方向傳輸以與第一和第二摻稀土纖維72和74相耦合。由第一和第二摻稀土纖維72和74構(gòu)成的摻稀土纖維的總長(zhǎng)度L1+L2被設(shè)置得適合于波長(zhǎng)為980nm的第二抽運(yùn)光束P2，從第一摻稀土纖維72輸出的波長(zhǎng)為1480nm的剩余第一抽運(yùn)光束P1由反饋環(huán)80反饋到第一摻稀土纖維72。于是，因第一和第二摻稀土纖維72和74的長(zhǎng)度是根據(jù)波長(zhǎng)為980nm的的抽運(yùn)束進(jìn)行設(shè)置的，大約為6m長(zhǎng)，所以與普通的相比可以減小摻稀土纖維的長(zhǎng)度。還有，控制電路85根據(jù)第一光電二極管82和第二光電二極管84提供的監(jiān)視信號(hào)控制第一激光二極管78和第二激光二極管79的輸出。此外，由于第一抽運(yùn)光束P1和第二抽運(yùn)光束P2向光信號(hào)S的反方向傳輸以及從第一摻稀土纖維72輸出的第一抽運(yùn)光束P1是反饋環(huán)80連續(xù)提供給第一摻稀土纖維72的，因此能避免剩余抽運(yùn)光束在光路中傳輸。
圖6示出了本發(fā)明第三實(shí)施例中的具有抽運(yùn)光束反射環(huán)的光纖放大器的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中光纖放大器應(yīng)用于雙向激勵(lì)模式。在圖5和圖6中，用相同的參考數(shù)字表示相同的元件，省略詳細(xì)說明。參照?qǐng)D6，輸入光信號(hào)S和由第二激光二極管79輸出的波長(zhǎng)為980nm的第二抽運(yùn)光束P2被第一波長(zhǎng)分割合波器91耦合后幾乎無衰減地通過第二波長(zhǎng)分割合波器92，然后輸入到第一摻稀土纖維93中。
從第一摻稀土纖維93輸出的光信號(hào)S和第二抽運(yùn)光束P2幾乎無衰減地通過第三波長(zhǎng)分割合波器94后被耦合到第二摻稀土纖維95的輸入端。從第二摻稀土纖維95輸出的光信號(hào)S通過第四波長(zhǎng)分割合波器96被耦合到隔離器77上。由第一激光二極管78產(chǎn)生的波長(zhǎng)為1480nm的第一抽運(yùn)光束P1被耦合到第四合波器96的輸入端以被輸入到第二摻稀土纖維95中。從第二摻稀土纖維95輸出的第一抽運(yùn)光束P1通過第三合波器94輸入到第一摻稀土纖維93中。
第一摻稀土纖維93和第二摻稀土纖維95的總長(zhǎng)度被設(shè)置為波長(zhǎng)為980nm的第二抽運(yùn)光束P2的最佳長(zhǎng)度。于是，當(dāng)?shù)诙檫\(yùn)光束P2的大部分在通過第一和第二摻稀土纖維93和95的傳輸過程中被消耗時(shí)，第一抽運(yùn)光束P1并沒有全部被消耗而是被留下了預(yù)定部分。從第一摻稀土纖維93輸出的剩余第一抽運(yùn)光束P1通過第二合波器92被耦合到反饋環(huán)97中并通過第二合波器94反饋到第一摻稀土纖維93中，然后在其中消耗。因此，第一摻稀土纖維93和第二摻稀土纖維95的總長(zhǎng)度可以根據(jù)波長(zhǎng)為980nm的第二抽取光束P2進(jìn)行設(shè)置。
圖7示出了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中的以圖6所示雙向激勵(lì)模式工作的光纖放大器的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，波長(zhǎng)為1480nm的第一抽運(yùn)光束P1被用作正向激勵(lì)光，波長(zhǎng)為980nm的第二抽運(yùn)光束P2被用作反向激勵(lì)光。在圖6和圖7中，用相同的參考數(shù)字表示相同的元件，省略詳細(xì)說明。參照?qǐng)D7，光信號(hào)S和從第一激光二極管78輸出的波長(zhǎng)為1480nm的第一抽取光束P1被第一波長(zhǎng)分割合波器101耦合，第一波長(zhǎng)分割合波器的輸出光束與第一摻稀土纖維102相耦合。
第一摻稀土纖維102的輸出光束幾乎無衰減地通過第二波長(zhǎng)分割合波器103以被耦合到第二摻稀土纖維104的輸入端。第二摻稀土纖維104的輸出光束幾乎無衰減地通過第三波長(zhǎng)分割合波器105和第四波長(zhǎng)分割合波器106以被耦合到隔離器77中。從第二摻稀土纖維104輸出的剩余第一抽運(yùn)光束P1被第三合波器105波長(zhǎng)分割后被耦合到反饋環(huán)107中，然后被第二合波器103反饋到第二摻稀土纖維104中。從第二激光二極管79輸出的波長(zhǎng)為980nm的第二抽運(yùn)光束P2通過第四合波器106后向光信號(hào)S的反方向傳輸，然后通過第三合波器105被耦合到第二摻稀土纖維104的輸入端。從第二摻稀土纖維104輸出的剩余第二抽運(yùn)光束P2幾乎無衰減地通過第二合波器103以被輸入到第一摻稀土纖維102中。
在這個(gè)實(shí)施例中，第一摻稀土纖維102和第二摻稀土纖維104的總長(zhǎng)度是根據(jù)波長(zhǎng)為980nm的第二抽運(yùn)光束P2進(jìn)行設(shè)置的。從第二摻稀土纖維104輸出的剩余第一抽運(yùn)光束P1被反饋環(huán)107反饋到第二摻稀土纖維104中。于是，因摻稀土纖維的長(zhǎng)度可以按照波長(zhǎng)為980nm的抽運(yùn)光束進(jìn)行設(shè)置，所以與普通光纖放大器相比可以顯著減少所用的摻稀土纖維的數(shù)量。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)采用混合抽運(yùn)光束的反饋型光纖放大器，這種放大器可以避免剩余抽運(yùn)光束在光路中傳輸，可以縮短光纖放大器中所用的摻稀土纖維的長(zhǎng)度，隨著大部分抽運(yùn)光在摻稀土纖維中的消耗還可以改善光纖放大器的放大效率。
雖然，對(duì)行家們來說，在本發(fā)明的思想范圍內(nèi)可以對(duì)本發(fā)明的采用兩種抽運(yùn)光束的反饋型光纖放大器作各種修改和調(diào)整。因此聲明本發(fā)明包括在附屬權(quán)利要求及其等同物范圍對(duì)該發(fā)明所做的各種修改和調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種采用混合抽運(yùn)光束的反饋型光纖放大器，包括用于傳播光信號(hào)的光路；多個(gè)摻有預(yù)定稀土離子的摻稀土纖維，它們與光路串聯(lián)耦合；多個(gè)用于輸出具有不同波長(zhǎng)的抽運(yùn)光束的抽運(yùn)光源；多個(gè)用于將抽運(yùn)光束耦合到光路中的光耦合裝置；和反饋裝置，用于對(duì)通過至少一個(gè)摻稀土纖維后輸出的抽運(yùn)光束進(jìn)行分割并將被分割的抽運(yùn)光束反饋到相應(yīng)的摻稀土纖維中作為其輸入信號(hào)。
2.一種采用混合抽運(yùn)光束的反饋型光纖放大器，包括用于傳播光信號(hào)的光路；摻有預(yù)定稀土離子的第一和第二摻稀土纖維，它們與光路串聯(lián)耦合；用于輸出具有預(yù)定第一波長(zhǎng)的第一抽運(yùn)光束的第一抽運(yùn)光源；用于輸出具有不同于第一波長(zhǎng)的預(yù)定第二波長(zhǎng)的第二抽運(yùn)光束的第二抽運(yùn)光源；用于分別將第一和第二抽運(yùn)光束耦合到光路中的第一和第二合波器；和反饋裝置，它用于對(duì)至少經(jīng)過第一和第二摻稀土纖維中的一個(gè)摻稀土纖維后輸出的抽運(yùn)光束進(jìn)行分割并將被分割的抽運(yùn)光束反饋到相應(yīng)的摻稀土纖維中作為其輸入信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖放大器，其中第一和第二摻稀土纖維的總長(zhǎng)度是根據(jù)第一和第二抽運(yùn)光束中波長(zhǎng)較短的那個(gè)抽運(yùn)光束來設(shè)置的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光纖放大器，其中反饋裝置對(duì)第一和第二抽運(yùn)光束中波長(zhǎng)較長(zhǎng)的那個(gè)抽運(yùn)光束進(jìn)行反饋。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖放大器，其中第一和第二抽運(yùn)光束在光信號(hào)的相同方向上傳輸。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖放大器，其中第一和第二抽運(yùn)光束在光信號(hào)的相反方向上傳輸。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖放大器，其中第一和第二抽運(yùn)光束相互間以相反的方向在光路中傳輸。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖放大器，還包括抽運(yùn)光束檢測(cè)裝置，它用于檢測(cè)被反饋裝置反饋的抽運(yùn)光束的量；和控制裝置，它根據(jù)被抽運(yùn)光束檢測(cè)裝置檢測(cè)到的抽運(yùn)光束的量來控制第一或第二抽運(yùn)光源的輸出強(qiáng)度。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖放大器，還包括光信號(hào)檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)被第一和第二摻稀土纖維放大的光信號(hào)的量；和控制裝置，它根據(jù)被光信號(hào)檢測(cè)裝置檢測(cè)到的光信號(hào)的量來控制第一或第二抽運(yùn)光源的輸出強(qiáng)度。
全文摘要
所公開的采用混合抽運(yùn)光束的反饋型光纖放大器包括:用于傳播光信號(hào)的光路;多個(gè)摻有預(yù)定稀土離子的摻稀土纖維,它們與光路串聯(lián)耦合;多個(gè)用于輸出具有不同波長(zhǎng)的抽運(yùn)光束的抽運(yùn)光源;多個(gè)用于將抽運(yùn)光束耦合到光路中的光耦合裝置;和反饋裝置,用于對(duì)通過至少一個(gè)摻稀土纖維后輸出的抽運(yùn)光束進(jìn)行分割并將被分割的抽運(yùn)光束反饋到相應(yīng)的摻稀土纖維中作為其輸入信號(hào)。因此,可以減少構(gòu)成光纖放大器的纖維的長(zhǎng)度和提高放大效率。
文檔編號(hào)H04B10/17GK1189723SQ9712613
公開日1998年8月5日 申請(qǐng)日期1997年12月31日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月31日
發(fā)明者梁太壽 申請(qǐng)人:大宇通信株式會(huì)社