具有高功率轉換效率的並行光纖放大器的製作方法

2023-07-28 19:52:16 1

專利名稱：具有高功率轉換效率的並行光纖放大器的製作方法
技術領域：
本發明是有關應用於光通訊的光學裝置，特別是有關並行光纖放大器，該並行光纖放大器具有能夠再利用放大的自發(ASE)光作為輔助泵浦源的結構。
近來，提出了用具有寬增益波段的攙雜Er3+的光纖放大器(EDFAs)解決在波分多路復用(WDM)系統中由於容量不斷增長導致的有關問題。對於設計成使用這種EDFAs的實用系統，雖然使用新材料，比如說以亞碲酸鹽基EDFAs製成的光纖放大器已經開發出來，但就成本和應用而言，認為必需使用並行連接的工作波段為通常的C-波段(從1,530納米至1,560納米的波段)或者長波的L-波段的二氧化矽基EDFAs。關於L-波段的EDFAs，由於L-波段的EDFAs發展時間短，關於L-波段的EDFAs還有許多懸而未決的問題，比如說，L-波段EDFAs的功率轉換效率低，導致需要高功率泵源。由於L-波段EDFAs的泵浦效率如此低，具有L-波段EDFA並行連接結構的二氧化矽基光纖放大器在寬波段的應用具有局限性。為了提供一種提高L-波段EDFA功率轉換效率的裝置，發明者開發了一項技術，即再利用無用的放大自發(ASE)光作為未被泵浦的EDF部分的輔助泵浦源。根據這一技術，性能有顯著的提高。這一技術在韓國專利申請No.98-34370中公開了。關於再利用無用的反向ASE光，發明者也認識到如下事實即把在C-波段EDFA中產生的反向ASE光再利用於L-波段EDFA級放大的技術適用於具有並行連接結構的寬波段二氧化矽基光纖放大器。
因此本發明的目的是提供一種在寬波段具有高功率轉換效率的光纖放大器。
依據本發明，通過提供一種並行光纖放大器就可以實現此目標。該並行光纖放大器包括第一EDFA級，與第一EDFA級並行連接的第二EDFA級，第二EDFA級的增益波段與第一EDFA級的增益波段不同，所述並行光纖放大器還包括用於再利用來自第一EDFA級的自發光作為第二EDFA級的輔助泵浦源的裝置。
第一EDFA級可以由C-波段EDFA構成，而第二級EDFA級可由L-波段EDFA構成。在這種情況下，可以實現在相對寬的波段內具有高功率轉換效率的並行光纖放大器。
再利用裝置可以包括用於一個接收來自第一EDFA級的自發光的迴轉器，一個用於把接收到的自發光傳輸到第二EDFA級的連接光纖，以及一個以如下方式連接在連接光纖與第二EDFA級之間的光學耦合器，即把來自連接光纖的自發光傳輸到第二EDFA級。
第二EDFA級可以包括光泵浦裝置，適於被光泵浦裝置光學泵浦的第一光纖部分，以及不適於被光泵浦裝置光學泵浦的第二光纖部分。第二EDFA級的光泵浦裝置可以設置在第一和第二光纖部分之間，而且對第一光纖部分起向前泵浦作用。在這種情況下，第二EDFA級可實現更高效的光放大，因為除了來自第一EDFA級的無用反向ASE光外，還把來自它的第一光纖部分的無用反向ASE光提供給第二EDFA級。
對以上所提到的每種情況，第一和第二EDFA級最好都由二氧化矽基光纖構成。
通過下面結合附圖的詳細描述，本發明的上述和其他目的、特徵及優點將變得更加清楚，其中

圖1a是描述的普通並行光纖放大器的示意圖；圖1b是描述依據本發明實施例的並行光纖放大器的示意圖；圖2是描述圖1a所示的普通並行光纖放大器的輸出光譜曲線圖，對於沒有不適於被泵浦的EDF部分的普通並行光纖放大器，飽和輸入信號為0dBm；圖3是描述當輸入0dBm飽和信號時，分別觀察C-波段和L-波段EDFAs的反向ASE光譜曲線圖；圖4a是描述對於圖1a的普通並行光纖放大器和依據本發明實施例的並行光纖放大器，當改變不適於被泵浦的EDF部分的長度時，獲得的1,595納米飽和信號輸出強度(伴隨1,540納米飽和信號輸出強度)和整個系統的功率轉換效率的測量結果曲線圖；以及圖4b是描述分別對於圖1a和圖1b的並行光纖放大器測得的噪聲係數曲線圖。
現在將詳細描述本發明的最佳實施例。
下面的描述對依據本發明實施例的並行光纖放大器和普通光纖放大器在結構和性能方面比較進行的，以便易於識別本發明的實施例所取得的效果。
參考圖1a，通過C-波段/L-波段WDM耦合器130和132，把C-波段二氧化矽基EDFA級110和L-波段二氧化矽基EDFA級120並行相互連接在一起。C-波段EDFA級110包括具有期望長度的C-波段EDF 112，用於輸出980納米泵浦光的第一雷射二極體114，980納米泵浦光適於泵浦C-波段EDF 112。第一雷射二極體114通過第一WDM耦合器116耦合到C-波段EDF 112上。另一方面，L-波段EDFA級120包括兩個串聯在一起的EDFs 122和124，和連接在EDFs122和124之間的第二雷射二極體126，適於輸出980納米的泵浦光。第二雷射二極體126通過第二WDM耦合器128耦合到EDF 124上，以便於它向前泵浦EDF 124，通過這樣放置第二雷射二極體126，EDF122不被第二雷射二極體126泵浦。為了在光纖放大器中引導光信號在一個方向上傳播，光隔離器140、142和144分別安放在光纖放大器的輸入端、C-波段EDFA級110的輸出端、以及L-波段EDFA級120的輸出端。將光纖放大器設計成如上所示結構的原因是不僅通過利用C-波段EDFA級110和L-波段EDFA級120獲得寬波段增益，而且允許把EDF 124發射的泵浦反向ASE光在L-波段EDFA級120中作為EDF 122的輔助泵浦源，從而實現提高功率轉換效率。
圖1b是描述依據本發明實施例的並行光纖放大器的示意圖。在圖1b中，分別與圖1a中的元件相對應的元件用相同的參考標號表示，而且為了描述簡明，並沒有省略任何描述。
參考圖1b，從C-波段EDFA級110出射的反向ASE光通過光迴轉器150、連接光纖160以及C-波段/L-波段WDM耦合器170而供給到EDF 122，EDF 122沒有被第二雷射二極體126泵浦。因此按照這一依據本發明實施例的結構，未被第二雷射二極體126泵浦的EDF 122同時利用EDF 124發射的無用反向ASE光和C-波段EDFA級110發射的無用反向ASE光，EDF 124由第二雷射二極體126泵浦，從而可提高功率轉換效率。雖然在本發明所描述的實施例中，不被泵浦的EDF 122在本發明的實施例中被描述為包括在L-波段EDFA級120中，但本發明的光纖放大器局限於這種結構。從下面結合圖4a和圖4b的描述可看出這是很明顯的，描述了這樣一個事實即使當EDF 122的長度為零時，也可獲得本發明的預期結果。
現在將從操作的角度對普通光纖放大器和本發明的光纖放大器作一比較。為了比較，在圖1a和圖1b的情況下使用相同結構的EDFs。所使用的每個EDF都是由市場上可買到的共攙雜Al光纖構成，此種光纖在波長1,530納米處具有最大的吸收係數4.5dB/m。為了觀測功率轉換效率隨EDF 122長度的變化，所述EDF 122不適於被第二雷射二極體126泵浦，在如下條件下測量功率轉換效率，即適合於由它們各自的泵所泵浦的C-波段EDF 112和L-波段EDF 124的長度分別固定在20米和135米，同時改變EDF 122的長度分別為0米、5米、15米、20米、25米和35米。在波長980納米處起泵浦作用的第一雷射二極體114和第二雷射二極體126的輸出功率為85mW。為了評估光學放大器的各個增益，兩個外部諧振雷射器連同光譜分析儀一起使用，兩個外部諧振雷射器分別調至1,540納米和1,595納米。在兩個波長處強度為0dBm的輸入信號分別被輸入到每個光纖放大器，以便測量小信號增益、噪聲係數、飽和功率強度和功率轉換效率。在這兩種情況下，都產生3.5dB的插入損耗。迴轉器產生的損耗和C-波段/L-波段WDM耦合器產生的損耗分別為0.6dB和0.3dB。
圖2是描述圖1a中所示普通並行光纖放大器對0dBm飽和輸入信號的輸出光譜曲線圖，其中普通並行光纖放大器沒有不適於被泵浦的EDF部分。參考圖2可以看出由ASE光譜產生的光增益波段寬，也就是說80納米或更寬。對於1,540納米和1,595納米信號，飽和輸出強度分別是14.75dBm和10.66dBm。
為了識別這樣的事實即具有強度足以提高功率轉換效率的反向ASE光，使用另一個迴轉器測量由C-波段EDFA和L-波段EDFA每個發射的反向ASE光的強度。圖3描述的是當輸入0dBm飽和輸入信號時，對於以上兩個EDFAs分別觀察到的反向ASE光譜曲線圖。光譜測量是使用解析度為0.2納米的光譜分析儀進行的。正如圖3所示，兩個光譜分別在波長1,540納米和1,595納米附近出現峰值。這些峰值可能由每個輸入信號的瑞利反散射產生的。C-波段EDFA發射的反向ASE光強度是1.5mW。與L-波段EDFA發射的反向ASE光強度即17mW相比，這個值當低。然而，大約1.5mW的ASE光強度足以提高L-波段放大效率。通過參考A.Mori的文章可以證實這一點，文章標題為 「Tellurite-Based EDFA for Wide-BandCommunications」，發表在1998年的OFC Technical Summery WA1上，第97頁。這一文章公開了用強度低於1.5mW的1,550納米信號作為L-波段放大泵浦源。
圖4a描述對於圖1a的普通並行光纖放大器(此後稱為「第一類型並行結構」)和依據本發明實施例的並行光纖放大器(此後稱為「第二類型並行結構」)，當分別改變不適於被泵浦的EDF部分的長度時，獲得的1,595納米飽和信號輸出強度(伴隨1,540納米飽和信號輸出強度)和整個系統的功率轉換效率的測量結果。參考圖4a，可以看出第一類型並行結構的輸出強度對不適於被泵浦的EDF部分的長度具有更高的依賴性，其方式是隨著不適於被泵浦的EDF部分長度的增加而增加。在第一類型並行結構中，總泵浦效率可提高24.4％至31.3％。性能的提高是基於這樣的事實即L-波段EDFA級被泵浦的EDF部分發射的無用反向ASE光在不適於被泵浦的EDF部分再利用。另一方面，相對於第一類型的並行結構，第二類型並行結構中1,595納米飽和信號輸出強度更高，功率轉換效率也更高。對第二種類型並行結構的情況，即使當不適於被泵浦的EDF部分不存在時，1,595納米的飽和信號輸出強度也被加強到16.8mW。在同樣的條件下，第一種類型的並行結構為11.6mW。
第二種類型並行結構比第一種並行結構具有更好的結果的原因是C-波段EDFA級發射的反向ASE光在第二種類型並行結構被更有效地再利用，即使與第一種類型並行結構相比，它的強度低。在圖4a中應該注意到通過再利用C-波段EDFA級發射的反向ASE光而獲得增加功率轉換效率的效果，隨著不適於被泵浦的EDF部分的長度的增加而逐漸降低。這種現象源自於這樣的事實即C-波段EDFA發射的反向ASE光強度比L-波段EDFA的低。基於上面談到的結果，設計一個能夠最有效地利用泵浦強度的並行光纖放大器結構是可能的；因此，依據本發明，將不適於被泵浦的EDF部分以如下方式安放在泵浦雷射二極體的上遊，即它再利用泵浦雷射二極體的泵浦操作產生的反向ASE光強度。
為了測量C-波段EDFA級發射的強度低而有限的反向ASE光引起的噪聲係數損耗，分別測量第一和第二類型並行結構的噪聲係數。測量結果示於圖4b中。參考圖4b，可以發現第二類型並行結構的內噪聲係數比第一類型並行結構的內噪聲係數低大約0.3dB。第二類型並行結構的這一低內噪聲係數可能是由於如下事實即C-波段EDFA級發射的反向ASE光不僅作為用於放大1,600納米信號的泵浦源，而且作為1,600納米ASE光的誘導光子。對於兩種並行結構而言，還可以觀察到隨著不適於被泵浦的EDF部分的長度的增加，噪聲係數也增加；這可能是因為不適於被泵浦的EDF部分單位長度ASE光強度降低導致粒子數反轉降低的緣故。
從以上的描述明顯看出，本發明採用將無用反向ASE光再利用到具有不同增益波段即C-波段和L-波段的並行光纖放大器的技術，從而允許並行光纖放大器工作於很寬的波段，同時具有高的功率轉換效率。在測試完依據本發明的光纖放大器的性能以後，可以發現當用波長為980納米的光進行泵浦操作時，整個系統的功率轉換效率明顯地提高，噪聲係數損耗也降低。因此，依據本發明可以提供性能明顯提高的光纖放大器。
雖然結合目前被認為最實用和最佳的實施例描述了本發明，但是應該理解本發明並不局限於所公開的實施例，相反本發明意喻涵蓋所附權利要求書範圍內的各種變型。
權利要求
1.一種並行光纖放大器，包括第一攙雜鉺的光纖放大器(EDFA)級、並行連接到第一EDFA級的第二EDFA級，第二EDFA級的增益波段與第一EDFA級的不同，還包括用於再利用第一EDFA級發射的自發光作為第二EDFA級輔助泵浦源的裝置。
2.根據權利要求1所述的並行光纖放大器，其中第一EDFA級包括C-波段EDFA，第二EDFA級包括L-波段EDFA。
3.根據權利要求1所述的並行光纖放大器，其中所述再利用裝置包括一個用於接收來自第一EDFA級的自發光的迴轉器；一個用於將接收到的自發光傳輸到第二EDFA級的連接光纖；以及一個光學耦合器，以如下方式連接在連接光纖與第二EDFA級之間，即將來自連接光纖的自發光傳輸到第二EDFA級。
4.根據權利要求1所述的並行光纖放大器，其中第二EDFA級包括光泵浦裝置、適於被光泵浦裝置光泵浦的第一光纖部分、和不適合被光泵浦裝置泵浦的第二光纖部分；以及第二EDFA級的光泵浦裝置設置在第一和第二光纖部分之間，並對第一光纖部分起到向前泵浦的作用。
5.根據權利要求1至4中任何一個所述的並行光纖放大器，其中第一和第二EDFA級的任何一個都由二氧化矽基光纖構成。
全文摘要
一項提供1,580納米波長的光纖放大器的技術,該光纖放大器的結構是C－波段二氧化矽基攙雜鉺的光纖放大器(EDFA)級和L－波段EDFA級以如下方式並行耦合在一起,即C－波段或L－波段EDFA級發射的反向放大自發(ASE)光在L－波段EDFA級被再利用作為放大的輔助泵浦源。
文檔編號G02B6/02GK1254853SQ9912085
公開日2000年5月31日 申請日期1999年9月30日 優先權日1998年11月24日
發明者樸南奎, 李周翰, 柳祐澯 申請人:三星電子株式會社