專利名稱：摻鉺光纖放大器中有中間級衰減器的增益傾斜控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光通信領(lǐng)域，具體涉及摻鉺光纖放大器，該放大器中有中間級衰減器的增益傾斜控制。
隨著話音和數(shù)據(jù)網(wǎng)的發(fā)展，要求有更高容量的傳輸系統(tǒng)，導(dǎo)致開發(fā)有大量單獨(dú)信道的多個波長波分多路復(fù)用(WDM)光通信系統(tǒng)。(例如，見Y.Sun,J.B.Judkins,A.K.Srivastava,L.Garret,J.L.Zyskind,J.W.Sulhoff,C.Wolf,R.M.Derosier,A.H.Gnauck,R.W.Tkach,J.Zhou,R.P.Espindola,A.M.Vengsarkar,and A.R.Chraplyvy，“利用寬帶平坦增益摻鉺二氧化硅光纖放大器通過640 km的32-WDM 10-Gb/s信道的傳輸”，IEEE Photon.Tech.Lett.,Vol.9,No.12,pp.1652-1654,December 1997；A.K.Srivastava,Y.Sun,J.L.Zyskind,J.W.Sulhoff,C.Wolf,J.B.Judkins,J.Zhou,M.Zirngibl,R.P.Espindola,A.M.Vengsarkar,Y.P.Li,and A.R.Chraplyvy，“通過520km TRUEWAVE光纖的64個WDM 10-Gb/s信道的無差錯傳輸”，NEED PUBLICATION DATE，和A.K.Srivastava,Y.Sun,J.W.Sulhoff,C.Wolf,M.Zirngibl,R.Monnard,A.R.Chraplyvy,A.A.Abramov,R.P.Espindola,T.A.Strasser,J.R.Pedrazzini,A.M.Vengarkar,J.L.Zyskind,J.Zhou,D.A.Ferrand,P.F.Wysocki,J.B.Judkins,and Y.P.Li,“通過400 km TRUEWAVE光纖的100個WDM 10-Gb/s信道的1 Tb/s傳輸”，OFC Technical Digest,Postdeadline Paper,PD 10-1-10-4,San Josa,CA.February 22-27,1998)。
在增大這些WDM光通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)容量中，已經(jīng)證明，在給定的WDM系統(tǒng)內(nèi)通常希望有盡可能多的波分多路復(fù)用(WDM)光信道?？梢岳斫?，需要有寬帶光放大器來實(shí)現(xiàn)這些“密集的”WDM(DWDM)光系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。
恰當(dāng)?shù)乩脫较⊥凉饫w放大器放大通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中的光信號。我們發(fā)現(xiàn)，這些摻稀土光纖放大器成本效益高，展現(xiàn)低噪聲，提供相對大的帶寬，該帶寬與偏振無關(guān)，顯示極大地減小的串音，和在相關(guān)工作波長中的低插入損耗。由于這些優(yōu)越的特性，摻稀土光纖放大器，諸如，摻鉺光纖放大器(EDFA)，逐漸替代大量光波通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)前使用的光電子再生器，尤其是在波分多路復(fù)用(WDM)光通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中。
為了支持WDM傳輸系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中信道數(shù)目的增長，就需要寬帶光放大器。因此，放大器的增益在整個WDM帶寬中應(yīng)當(dāng)是均勻的，因此信道可以在沒有損害的狀態(tài)下發(fā)射。
正如本領(lǐng)域所知，通過利用增益均衡濾波器，諸如，長周期光柵(例如，見A.M.Vengsarkar,P.J.Jemaire,J.B.Judkins,V.Bhatia,T.Erdogan,and J.E.Snipe，“長周期光纖光柵作為帶阻濾波器”，J.Lightwave Tech.,Vol.14,No.1,pp.58-65,January,1996)，可以達(dá)到所要求的增益特性。遺憾的是，當(dāng)這種寬帶光放大器用在實(shí)際的系統(tǒng)中時，該系統(tǒng)的功率“平坦度”可能受到若干個因素的影響，諸如，傳輸或色散補(bǔ)償光纖中的頻譜損耗，無源器件中的頻譜損耗，輸入信號功率譜的變化和光纖中的Raman效應(yīng)(例如，見A.R.Chraplyvyand P.S.Henry，“多信道波分多路復(fù)用系統(tǒng)中因受激Raman散射造成的光功率限制”，Electron.Lett.,Vol.20,No.2,pp 58-59,January1984)。
作為一級近似，寬帶光放大器中與“理想平坦度”的偏差可以近似為信號功率譜中的線性傾斜。因此，需要有控制線性傾斜的方法和設(shè)備，制成有所需工作特性的寬帶放大器。
利用在放大器內(nèi)放置中間級衰減器，我們發(fā)明一種控制光放大器增益傾斜的方法。通過改變衰減器的損耗，可以調(diào)節(jié)摻鉺光纖的平均反轉(zhuǎn)電平，進(jìn)一步改變EDFA增益譜中的增益傾斜。
參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的更多特征和優(yōu)點(diǎn)以及本發(fā)明各個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行。


圖1(a)是一個兩級光放大器的示意圖，其中有按照本發(fā)明的中間級可變光衰減器；圖1(b)是圖1中光放大器的增益與波長之間關(guān)系曲線圖；圖2是按照本發(fā)明用于增益傾斜控制的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖；圖3(a)是18個WDM信道的輸入功率譜曲線圖，其中分別為+4dB和-2 dB的傾斜；圖3(b)表示按照本發(fā)明的放大器放大之后，傾斜校正的輸出譜曲線圖；圖4表示從-4 dB至4 dB的不同信號傾斜范圍內(nèi)，得到平坦輸出譜所必需的衰減器損耗曲線；和圖5表示從-4 dB至4 dB的不同信號傾斜范圍內(nèi)，以恒定增益運(yùn)行所必需的衰減器損耗曲線。
圖1(a)說明我們的放大器和創(chuàng)新方法的基本原理。圖中所示放大器100主要分成兩級，包括光隔離器(OI)101，摻鉺光纖(EDF)部分103，波長選擇耦合器(WSC)105，增益均衡濾波器(GEF)107，可變衰減器(VA)109，以及分別為980 nm和1480 nm的光泵浦111和113。該放大器展示波分多路傳輸光信號所要求的寬帶，大動態(tài)范圍和高功率特性。
再參照圖1(a)，光信號(未畫出)通過輸入端口110進(jìn)入光放大器100，從輸出端口120射出，輸出端口120是輸入端口110的“下游”。一般地說，專業(yè)人員對于光隔離器101，衰減器109,GEF 107，和WSC 105是熟知的，其中一些已經(jīng)商品化。此外，專業(yè)人員知道，常規(guī)的做法是把光隔離器分別放置在EDFA的上行和下行方向，但這不是強(qiáng)制性的。
圖1(b)表示圖1(a)所示光放大器的增益與波長之間關(guān)系曲線圖。如圖所示，該光放大器展示35 nm帶寬(1526 nm-1561 nm)范圍內(nèi)均勻的增益特性。通過調(diào)節(jié)可變衰減器109，增益譜可以在輸入功率電平范圍內(nèi)保持平坦。在輸入功率為-4 dBm和設(shè)定衰減器到最小值，該增益為24 dB，有12 dB的增益壓縮和約5 dB的噪聲系數(shù)。
圖2是按照本發(fā)明用于增益傾斜控制的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。如圖所示，其中用到兩個光放大器。具體地說，第一摻鉺光纖放大器210制備一個模擬功率傾斜的輸入信號譜，用于第二摻鉺光纖放大器220。波導(dǎo)光柵路由器230用于多路復(fù)用18個WDM信號(λ1-λ18)，這些信號來源于外部激光器(未畫出)。作為我們演示的目的，信號信道的范圍是從1531.4 nm至1558.6 nm，其中信道間隔為200 GHz，導(dǎo)致總的帶寬約為27 nm。
然后，這些信道的信號功率通過衰減器/功率計240送出，衰減器/功率計240控制進(jìn)入到第一(制備)放大器210的輸入功率，該放大器的結(jié)構(gòu)類似于圖1中所示的放大器100。再參照圖1，可以調(diào)諧在放大器100中間級內(nèi)的衰減器109，得到在最短與最長波長信道之間-4 dB至4 dB總的功率傾斜。為了我們評估的目的，輸入到第二(試驗(yàn))放大器220的信號功率譜傾斜是由光譜分析儀260監(jiān)測，第二衰減器/功率計250用于調(diào)節(jié)進(jìn)入試驗(yàn)放大器220的總輸入功率。
如在此處所說明的，正傾斜是這樣的功率傾斜，在短波長一側(cè)有低的功率和在長波長一側(cè)有高的功率。所以，負(fù)傾斜是相反的情況。
圖3(a)中畫出+4 dB和-2 dB傾斜的18個WDM信道的輸入譜。通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)試驗(yàn)放大器220的中間級可變光衰減器，可以補(bǔ)償功率譜傾斜。圖3(b)中畫出輸入譜中4 dB和-2 dB傾斜在試驗(yàn)放大器220之后傾斜校正的輸出譜。如圖所示，通過改變兩種情況下的中間級衰減器損耗，可以完全地緩和輸入譜中的傾斜。
當(dāng)總的輸入功率固定在0.4 dBm時，在不同的輸入信號傾斜為-4 dB至+4 dB范圍內(nèi)，圖4表示得到平坦輸出譜所需的衰減器損耗。在這個輸入功率電平下，設(shè)定衰減器到4.5dB以產(chǎn)生平坦輸入譜的平坦輸出譜。
當(dāng)功率譜傾斜在-2 dB與4 dB之間時，通過在0 dB與17 dB之間調(diào)節(jié)衰減器可以完成補(bǔ)償。然而，其代價是，當(dāng)衰減器損耗增大時，輸出功率下降。在-4 dB傾斜的情況下，衰減器中的最小損耗不足以使輸出功率譜平坦。
對于恒定的增益運(yùn)行作類似的評估，如圖5所示。在這個評估中，調(diào)節(jié)輸入功率以保持在每個功率傾斜狀態(tài)下恒定的21.4 dB增益。為了產(chǎn)生平坦的輸出譜，在平坦的輸入譜下設(shè)定衰減器為2 dB。當(dāng)衰減器設(shè)定到其最小值時，在正傾斜下實(shí)現(xiàn)完全的補(bǔ)償，而在輸入傾斜為-2 dB下實(shí)現(xiàn)部分的補(bǔ)償。類似于恒定的總輸入功率情況，總輸出功率隨衰減增大而減小。
專業(yè)人員可以對本發(fā)明作各種其他的改動。然而，所有不同于這個技術(shù)說明的具體做法，這些做法依賴于該技術(shù)發(fā)展的原理及其相關(guān)的內(nèi)容，都應(yīng)該認(rèn)為是在上述本發(fā)明和權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種在有輸入信號和輸出信號的光放大器中，控制增益傾斜的方法，包括如下步驟確定輸入信號的功率傾斜特性；和調(diào)節(jié)衰減器的損耗，使增益傾斜受到合適的控制。
2．按照權(quán)利要求1的方法，其中若確定輸入信號的特性為正功率傾斜時，則增大衰減器的損耗。
3．按照權(quán)利要求1的方法，其中若確定輸入信號的特性為負(fù)功率傾斜時，則減小衰減器的損耗。
4．按照權(quán)利要求1的方法，其中光放大器是多級摻鉺光纖放大器并且衰減器是放置在多級放大器中間級內(nèi)的可變衰減器。
5．一種控制摻鉺光纖放大器中增益傾斜特性的方法，該放大器包括輸入端口，用于接收待放大的光信號；與輸入端口進(jìn)行光通信的第一放大級，第一放大級包含摻鉺光放大光纖；第二放大級，第二放大級包含摻鉺光放大光纖；與第二放大級進(jìn)行光通信的輸出端口，用于輸出第二放大級的信號；和放置在兩級之間的可變衰減器，用于與第一放大級和第二放大級進(jìn)行光通信；該方法包括步驟引入光信號到輸入端口；確定輸入光信號的功率傾斜特性；和調(diào)節(jié)可變衰減器的損耗，以得到所要求的增益傾斜。
6．按照權(quán)利要求5的方法，其中若確定輸入信號的特性為正功率傾斜時，則增大衰減器的損耗。
7．按照權(quán)利要求5的方法，其中若確定輸入信號的特性為負(fù)功率傾斜時，則減小衰減器的損耗。
全文摘要
通過調(diào)節(jié)中間級可變衰減器的衰減量,實(shí)現(xiàn)摻鉺光纖放大器中的增益傾斜控制,該可變衰減器放置在多級摻鉺光纖放大器之間。通過增大衰減器的損耗,補(bǔ)償輸入信號中的正功率傾斜;而通過減小衰減器的損耗,補(bǔ)償負(fù)功率傾斜。
文檔編號H04B10/291GK1310872SQ99800964
公開日2001年8月29日 申請日期1999年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月19日
發(fā)明者阿圖爾·庫馬爾·斯里瓦斯塔瓦, 詹姆斯·威廉·蘇爾霍夫, 孫巖(音譯), 查爾斯·L·沃爾夫, 周建輝(音譯), 約漢·萊倫·奇斯金德 申請人:朗迅科技公司