光放大器、其增益對溫度依從性的補償方法及光傳輸通路的製作方法
2023-12-04 18:08:46 4
專利名稱：光放大器、其增益對溫度依從性的補償方法及光傳輸通路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於例如波分復用(WDM)光傳輸系統中的光放大器，特別地，涉及一種其增益平坦度儘管溫度變化仍能保持基本恆定的光放大器。本發明也涉及一種用於補償光放大器的增益平坦度對溫度的依從性的方法，此外，也涉及一種包括光放大器的光傳輸通路。
背景技術：
最近，採用摻鉺光纖光放大器(以下將這種光纖稱為EDF，並將這種光放大器簡稱為EDF放大器)已被廣泛應用在波分復用(WDM)光傳輸系統中。EDF放大器的工作原理是輸入到EDF放大器的EDF內的輸入光，其中由於對EDF施加激發光，例如雷射輻射，泵浦鉺離子以形成粒子數反轉，由於受激發射效應而被光學放大，從而獲得增益。由於採用EDF放大器可將信號光以高增益和低噪聲的形式放大，所以EDF放大器將更廣泛地應用在高速、大容量、以及遠程傳輸系統中，該系統中採用高密度波分復用傳輸方法。
普遍知道EDF的增益依從于波長，即，隨信號光的波長變化可以獲得不同的增益。由於這種現象，當在波分復用光傳輸系統中採用EDF放大器時，必須採取相應措施以實現EDF放大器在工作波段能夠獲得均勻的增益，從而使信號光的光學放大強度保持恆定，而不隨其波長變化。作為這種措施的一個實例，可以在EDF放大器的輸出端設置一增益平坦濾波器(GFF)，以便對輸出光施加透射損耗從而使被放大光的增益相對波長的變化曲線平坦化。號光通過光隔離器42，並且通過WDM耦合器43輸入到EDF45中。另一方面，從激發光源44所發射的激發光通過WDM耦合器43而輸出到EDF45。在EDF45中光學放大的信號光通過另一光隔離器42而輸入到增益平坦濾波器46中。在放大的信號光通過增益平坦濾波器46時會發生透射損耗，並且對增益隨波長的變化進行了補償，以致使EDF45獲得的增益在預定波長段被平坦化。最後，將輸出信號光發送到光傳輸通路41。
如上所述，採用增益平坦濾波器46可以平坦EDF45的增益曲線，並且得到具有相對波長基本均勻的光強的輸出信號光；然而，普遍知道DEF45的增益分布隨環境溫度而變化。由於這種現象，當環境溫度變化時僅採用如圖8所示的光學放大器中的增益平坦濾波器46不可能完全平坦曲線(即增益平坦度下降)。
為了解決上述問題，在「Mototaka Kakui et al.，Technical Digest ofOptical Fiber Communication Conference，USA，2000，pp.6-7，WA3」中提出一種對策將EDF容置在配有溫度控制裝置或者絕材料的恆溫槽中，該溫度控制裝置可以是例如加熱器、致冷器，珀耳帖(Peltier)元件等裝置。這種方法的一個缺點在於由於必須將EDF容置在恆溫槽中而使該光放大器不可避免地變大。另外一個缺點在於由於必須對諸如加熱器、致冷器，珀耳帖元件等溫度裝置配備外部電源而使該光放大器消耗大量的電能。
在「Yuu Ishii et al.，Proceedings of Topical Meeting on OpticalAmplifiers and their Applications，Italy，2001，PP.114-116」中公開了另外一種方法將光纖光柵作為衰減濾波器而配置在放大器的輸出端。由於將光纖光柵的透射損耗特性設為與EDF的增益隨溫度而變化的曲線相反，所以該光纖光柵對輸出信號光施加的損耗可以補償增益因溫度改變的變化。然而，由於光纖光柵的透射損耗中隨溫度的變化通常小於溫度變化引起EDF的增益變化，所以溫度變化而引起的增益改變不能被充分補償。採用衰減濾波器的另一缺點在於由於當對增益隨溫度的變化進行補償時輸出信號光的衰減使光放大器的放大率降低。
此外，已報導了各種用於探索將EDF放大器應用於高密度波分復用(WDM)傳輸系統的研究結果。例如，在「Hiroji Masuda，Technical Digestof Optical Fiber Communication Conference，USA，2000，p.p.2-4，TuA1」中介紹一種配備有用於抑制噪聲的喇曼放大器的EDF放大器。但是，人們沒有提出相應對策能夠解決上述放大器的增益平坦度因EDF增益分布隨溫度變化而降低的問題。
發明內容
基於上述問題，本發明的目的在於提供一種光放大器以及一種光傳輸通路，其中增益平坦度不發生降低，並且能夠得到基本平坦化的增益分布。本發明的另一目的在於提供一種EDF光放大器的增益平坦度對溫度的依從性的補償方法。為達到上述目的，本發明的第一方面提供一種光放大器，包括一EDF放大單元以及一喇曼放大單元，其中該喇曼放大單元具有一依從溫度的增益分布，該增益分布能夠對EDF放大單元的增益分布曲線隨溫度的變化進行補償。
在上述光放大器中，該喇曼放大單元可以包括一波長鎖定光柵，該波長鎖定光柵的透射波長隨溫度升高向短波長端位移，並且優選地可以設置該波長鎖定光柵使其與包括在DEF放大單元中的EDF具有相同的溫度。
在上述光放大器中，可以將該喇曼放大單元設置在所述EDF放大單元的上遊或者下遊。
在上述光放大器中，可以將所述EDF放大單元和波長鎖定光柵容置在設備的單個機體內。
為達到上述目標，本發明的第二方面提供一種對光放大器的增益平坦度對溫度的依從性進行補償的方法，包括在光放大器裡設置一EDF放大單元以及一喇曼放大單元；並且設定EDF放大單元依從溫度的增益分布曲線以及喇曼放大單元依從溫度的增益分布曲線以便在溫度發生改變時彼此進行補償。
在上述方法中，所述喇曼放大單元包括一波長鎖定光柵，該波長鎖定光柵的透射波長在溫度升高時向短波長端移動，並且該方法還包括使波長鎖定光柵的溫度與包括在EDF放大單元中的EDF的溫度相同。
為實現上述目標，本發明的第三方面提供一種光傳輸通路，包括一基本傳輸路徑，包括一信號傳輸光纖以及一用於對通過信號傳輸光纖的放大信號光進行放大的EDF放大單元；以及一喇曼放大單元，包括一激發光源，用於使用信號傳輸光纖作為放大介質而進行喇曼型放大，以及一波長鎖定光柵，其傳輸具有預定波長的激發光，以將該激發光輸入到信號傳輸光纖，其中波長鎖定光柵的透射波長隨溫度的升高向短波長端移動。
在本說明書中，「EDF」是指其中摻雜有例如鉺等稀土元素的光纖，並且該光纖可以作為放大介質。「EDF」放大單元是指其中採用EDF作為放大介質的光放大單元。
此外，「增益分布」是指在進行放大時增益相對波長的分布圖形，更具體地，是指以x軸表示波長，y軸表示增益時繪出的增益相對波長的分布圖形。
圖1所示為根據本發明的一個實施例的光放大器的實例的示意圖。
圖2所示為包括在喇曼放大單元中的波長鎖定光纖光柵實例的示意圖。
圖3所示為喇曼放大單元在不同溫度下的增益分布曲線。
圖4所示為EDF在不同溫度下的增益分布曲線。
圖5所示為喇曼放大單元以及EDF從25℃至65℃時增益分布的變化曲線。
圖6所示為根據本發明的光放大器在不同溫度的增益分布曲線。
圖7所示為喇曼放大單元的激發光源的替換實例的示意圖。
圖8所示為傳統EDF放大器的實例示意圖。
具體實施例方式
本發明的實施例將結合附圖給予說明。
圖1所示為根據本發明實施例的光放大器的實例的示意圖。該光放大器包括一喇曼放大單元1以及一EDF放大單元2，其中將該喇曼放大單元1設置在相對該EDF放大單元2的上遊。在圖1中，參考數字4表示光傳輸通路，例如設置在各種元件之間以形成傳輸通路的光纖。
通過喇曼放大單元1上的隔離器5a將光放大器的輸入單元3連接到放大光纖6的一端。放大光纖6是採用例如一單模光纖製作的放大介質。放大光纖6的另一端連接到WDM耦合器7a的輸入端。
具有波長鎖定光纖光柵的波長鎖定單元8的一端通過光隔離器5b與WDM耦合器7a的另一輸入埠相連。波長鎖定單元8的另一端連接一激發光源9，例如發射波長在1400nm至1500nm之間的半導體雷射器。WDM耦合器7a的一輸出埠與EDF放大單元2的一輸入埠相連。
在EDF放大單元2中，WDM耦合器7b的一輸入埠連接到喇曼放大單元1的輸出端。WDM耦合器7b的另一輸入埠連接一激發光源10，例如發射波長在1480nm波段或者980nm波段的半導體雷射器。WDM耦合器7b的一輸出埠與作為一放大介質的EDF11的一端相連。
WDM耦合器7b的另一端通過一光隔離器5c與增益平坦器12的輸入端相連。增益平坦器12的輸出端與光放大器的輸出單元13相連。
在具有上述結構的光放大器中，至少喇曼放大單元1的波長鎖定單元8和EDF放大單元2的EDF11容納在設備14的機體中，以便彼此具有相同的溫度。
圖2所示為包括在喇曼放大單元2中的波長鎖定單元8的實例的示意圖。參考符號24表示波長鎖定光纖光柵。波長鎖定光纖光柵24是一個具有其纖芯折射率以預定周期變化的光柵的光纖。波長鎖定光柵24僅傳輸激發光源9發射的具有確定波長的激發光，並且將傳輸的激發光通過光隔離器5b和WDM耦合器7a發送到放大光纖6。
波長鎖定光纖光柵24的輸入端和輸出端分別在固定點23和23固定到一對矩形支撐元件21a和21b上。該對矩形支撐元件21a和21b的主表面彼此相對並通過一對矩形連接元件22a和22b相互連接。
矩形支撐元件21a和連接元件對22a和22b採用例如矽石、低熱膨脹係數的陶磁、殷鋼(invarTM)合金等材料製成。另一方面，另一支撐元件21b採用熱膨脹係數高于波長鎖定光纖光柵24和矩形連接元件22a和22b的熱膨脹係數的鋁、黃銅等材料製作。
總之，波長鎖定光纖光柵24在其溫度升高時會發生熱膨脹，並且光柵周期變長，從而使波長鎖定光纖光柵24能夠傳輸激發光源9發射的具有較長波長的激發光。因此，傳統上，保持波長鎖定光纖24的溫度恆定以便只傳輸具有預定波長的激發光，並且使輸入到作為放大介質的放大光纖光柵6的激發光的波長保持恆定。
然而，當採用波長鎖定單元8時，隨溫度升高，支撐元件21b發生熱膨脹，並且波長鎖定光纖光柵24沿其縱向被壓縮。因此，波長鎖定光纖光柵24隨環境溫度升高會被壓縮，因此光柵周期縮短，並且波長鎖定光纖光柵24傳輸包括在輸入到作為放大介質的放大光纖6中的激發光中的具有較短波長的激發光。
圖3所示為在不同溫度下的喇曼放大單元1的增益分布曲線。普遍知道由喇曼放大單元1中的喇曼散射效應而得到的增益分布是由激發光的波長確定的，更具體地，當激發光的波長變短時增益分布向短波長端移動。當採用喇曼放大單元1時，波長鎖定光纖光柵24與傳統的光纖光柵相比具有相反的隨溫度變化的特性，即，波長鎖定光纖光柵24在溫度升高時傳輸較短波長的激發光。因此，增益分布向短波長端移動。
當信號光通過光放大器的輸入單元3時，該信號光首先在喇曼放大單元1中得到放大，以形成如圖3所示的增益分布，該增益分布依賴于波長鎖定光纖光柵24周圍的環境溫度。
其次，信號光輸入到EDF放大單元2，並且由EDF11而進一步放大。圖4所示為EDF的增益分布在不同溫度下的曲線。普遍知道EDF的增益分布隨溫度而變化。例如，在增益分布中，當溫度升高時，1530nm至1540nm之間的增益增加，而在另一波段1540nm至1560nm之間的增益降低。
在本實施例中，EDF11的增益分布隨溫度的變化由喇曼放大單元1的增益分布隨溫度的變化而補償，因此在整個光放大器中即使溫度變化也能夠得到恆定的增益分布。
為了進行這種補償，在每一工作波長，將喇曼放大單元1增益隨溫度的變化設置為與一絕對值基本相同，並且具有相對EDF11的增益隨溫度的變化相反的符號，即，將喇曼放大單元1與EDF放大單元依從溫度的增益分布設置為彼此反向。
喇曼放大單元的波長鎖定單元8的結構使波長鎖定光纖光柵24在溫度升高時傳輸較短波長的光，該光被輸入到放大光纖6中。由於喇曼單元1的增益分布是由激發光源的波長決定的，喇曼放大單元1的增益隨溫度升高向短波長端移動。
如圖3所示，在溫度為25℃時，喇曼放大單元1的增益分布呈現為一段向下凸的曲線，在接近1540nm處具有最小值，以及一段向上凸的曲線，在接近1560nm處具有最大值。
當溫度升高時，喇曼放大單元1的增益分布向短波長端移動，即，在從1530nm到1540nm的範圍內增益降低，而在1540nm到1560nm的範圍內增益增加，並且喇曼放大單元1的增益隨溫度的變化與EDF11的增益隨溫度的變化的符號相反。
適當選擇波長鎖定光纖光柵24的支持元件21b的材料以便支撐元件21b具有預定的熱膨脹係數，從而適當調節波長鎖定光纖光柵24可傳輸光的波長變化，使喇曼放大單元1的增益隨溫度的變化顯示出與EDF11的增益隨溫度的變化基本相同的絕對值。
圖5所示為喇曼放大單元1和EDF11的當溫度從25℃增加到65℃時的增益分布的變化曲線。在圖5中，喇曼放大單元1的增益分布變化是通過從圖3中分別所示的65℃時的增益分布中減去25℃時的增益分布而得到的。此外，EDF11的增益分布的變化是通過從圖4中分別所示的65℃時的增益分布中減去25℃時的增益分布而得到的。
喇曼放大單元1的波長鎖定單元8的結構如上所述，且將喇曼放大單元1的波長鎖定單元8和EDF放大單元2的EDF11容納在設備14的機身內，以便使彼此具有相同的溫度，從而可能將喇曼放大單元1的增益隨溫度的變化設置為與一絕對值基本相同，且將其符號設置為與EDF11的增益隨溫度的變化的符號相反。
因此，喇曼放大單元1增益分布隨溫度的變化對EDF11增益分布隨溫度的變化進行了補償。這樣，即使當溫度改變時喇曼放大單元和EDF11也能在保持恆定增益分布的情況下將信號光放大。
然後信號光輸入到EDF放大單元2的增益平坦濾波器12。增益平坦濾波器12採用例如多層介質製作，並且在溫度變化時具有基本恆定的透射損耗。
圖6所示為不同溫度下信號光的增益分布，該信號光是通過增益平坦濾波器12傳輸的，並且從光放大器的輸出單元13輸出。如圖6所示，增益分布因溫度變化的變化範圍小到0.15dB的範圍，可以基本上認為是恆定的。
另外，由於增益分布基本恆定而不依賴於溫度變化，因此增益平坦濾波器12可以精確將增益平坦化，即使當溫度變化時也可得到極好的增益平坦度。
在此實施例中，喇曼放大單元1的激發光源9可以包括多個不同的光源。圖7所示為激發光源9的變換實例。參考符號31x，31y，32x以及32y分別表示四種激發光源。激發光源31x和31y發射相同波長的激發光，更具體地，激發光源31x發射其偏振面由x軸定義的激發光，而激發光源31y發射其偏振面由y軸定義的激發光。
激發光源32x和32y發射具有相同波長的激發光，不同於激發光源31x和31y發射的激發光，更具體地，激發光源32x發射其偏振面由x軸定義的激發光，而激發光源32y發射其偏振面由y軸定義的激發光。
分別將激發光源31x和31y以及激發光源32x和32y連接到偏振束合成器33a和33b的端側，該偏振束合成器是例如偏振保持吸收衰減(PANDA)光纖，並且將偏振束合成器33a和33b的另一端都連接到WDM耦合器7c。激發光通過WDM耦合器、光隔離器5b，以及WDM耦合器7a輸入到放大光纖6。
通過採用如上所述具有不同偏振面的激發光，也可以在光放大器中採用隨偏振變化的元件。
此外，當採用多個發射不同波長的激發光源時，由喇曼放大單元1所得到的增益分布是通過將各個波長所得到的增益分布合成而形成的。通過採用多個如上所述發射不同波長的激發光源，可以對由喇曼放大單元1所得到的增益分布進行調節，從而使喇曼放大單元1的增益分布隨溫度的變化被精確調整到與EDF11的增益對溫度的變化反向。
此外，在喇曼放大單元中，可以將激發光源9配設在作為放大介質的放大光纖6的輸入端，信號光輸入其中，並且可以在輸入和輸出端都配設激發光源。類似地，在EDF放大單元2中，可以將激發光源10設置在作為放大介質的EDF11的輸出端，信號光從該端輸出，並且可以在輸出和輸出端都設置激發光源。此外，可以將喇曼放大單元1設置在EDF放大單元2的下遊。
並且，在喇曼放大單元1中，作為放大介質的放大光纖6也可以作信號傳輸光纖之用。此時，光傳輸通路形成下述本發明的光傳輸通路。
本發明的光傳輸通路是通過在具有信號傳輸光纖和EDF放大單元2的基本光傳輸通路中設置喇曼放大單元1的波長鎖定單元8、激發光源9等裝置而形成的，其中EDF放大單元2的EDF11以及波長鎖定單元8被設置為具有相同溫度。由於可以採用現有光傳輸通路作為該基本光傳輸通路，因此可以降低成本。
本發明的有益效果如上所述，根據本發明，即使在溫度改變時也可以在光放大器中得到基本恆定的增益平坦度。此外，由於增益分布不隨溫度改變而基本保持不變，因此可以由增益平坦濾波器而精確地平坦增益分布，從而能夠得到良好的增益平坦度。
此外，由於不需要設置外部電源以使增益基本恆定，因此可以限制光放大器的電耗。另外，由於喇曼放大單元的增益對EDF增益分布隨溫度的變化進行了補償，因此能夠得到不依溫度變化而基本保持恆定並且增益相對較大的增益分布；從而能夠有效對信號光進行放大。
並且，根據本發明，可以簡化光放大器的結構，從而減小該裝置的尺寸。此外，由於當構建本發明的光傳輸時可以採用現有光傳輸通路作為基本的光傳輸通路，因此實現了成本的降低。
雖然結合上述實施例對本發明給予了說明，然而應該明確該實例是對本發明的解釋而不應將其視為限制。此外，在不違背本發明的精神和範圍下可以進行刪除、替換等改變。因此，不應認為本發明由上述說明而限制，而僅受到後附權利要求的限制。
權利要求
1.一種光放大器中，包括一摻鉺光纖(EDF)放大單元(2)；以及一喇曼放大單元(1)，其中，所述喇曼放大單元(1)具有一依從溫度的增益分布，其能夠實現對EDF放大單元(2)的增益分布中隨溫度而發生的變化進行補償。
2.如權利要求1所述的光放大器，其中，所述喇曼放大單元(1)包括一波長鎖定光柵(8)，該波長鎖定光柵的透射波長隨溫度升高向短波長端移動。
3.如權利要求2所述的光放大器，其中，設置該波長鎖定光柵(8)使其與包括在DEF放大單元(2)中的EDF(11)具有相同的溫度。
4.如權利要求2所述的光放大器，其中，該波長鎖定光柵(8)是一種光纖，該光纖具有一其纖芯折射率以預定周期變化的光柵。
5.如權利要求1所述的光放大器，其中將所述喇曼放大單元(1)設置在所述EDF放大單元(2)的上遊。
6.如權利要求1所述的光放大器，其中將所述喇曼放大單元(1)設置在所述EDF放大單元(2)的下遊。
7.如權利要求1所述的光放大器，其中將所述EDF放大單元(2)和波長鎖定光柵(8)容置在設備(14)的單個機體內。
8.一種對光放大器的依從溫度的增益平坦度進行補償的方法，包括在該光放大器內設置一EDF放大單元(2)以及一喇曼放大單元(1)；以及設定EDF放大單元(2)的依從溫度的增益分布曲線以及喇曼放大單元(1)的依從溫度的增益分布曲線以便在溫度發生改變時彼此進行補償。
9.如權利要求8所述的方法，其中所述喇曼放大單元(1)包括一波長鎖定光柵(8)，該波長鎖定光柵的透射波長在溫度增加時向短波長端移動。
10.如權利要求9所述的方法，其中該方法還包括使波長鎖定光柵(8)的溫度與包括在EDF放大單元(2)中的EDF的溫度相同。
11.一種光傳輸通路，包括一基本傳輸通路，包括一信號傳輸光纖(6)以及一用於對通過該信號傳輸光纖(6)的信號光進行放大的EDF放大單元(2)；以及一喇曼放大單元(1)，包括一激發光源(9)，其使用信號傳輸光纖(6)作為放大介質而進行喇曼型放大，以及一波長鎖定光柵(8)，其傳輸具有預定波長的雷射，以將該雷射輸入到信號傳輸光纖(6)，其中波長鎖定光柵(8)的透射波長隨溫度的升高向短波長端移動。
12.如權利要求11所述的光傳輸通路，其中雷射源(9)包括多種不同的光源。
13.如權利要求12所述的光傳輸通路，其中所述多個不同光源(9)具有至少兩個不同的波長。
14.如權利要求12所述的光傳輸通路，其中多個不同光源(9)具有至少兩個不同的偏振面。
全文摘要
一種光放大器，其增益平坦度基本保持恆定而不隨溫度變化。該光放大器包括一EDF放大單元(2)；以及一喇曼放大單元(1)，該喇曼放大單元(1)具有一隨溫度變化的增益分布，該增益分布能夠實現對EDF放大單元(2)增益分布對溫度的依從關係進行補償。該喇曼放大單元(1)包括一波長鎖定光柵(8)，該波長鎖定光柵的透射波長隨溫度升高向短波長端移動。波長鎖定光柵(8)優選地被設置成與EDF放大單元(2)的EDF(11)具有相同的溫度。也公開一種用於對光放大器的增益平坦度對溫度的依從關係進行補償的方法以及一種包括光放大器的光傳輸通路。
文檔編號H04J14/00GK1495500SQ03156150
公開日2004年5月12日 申請日期2003年8月29日 優先權日2002年9月4日
發明者武田保志, 島田典昭, 灑井哲彌, 和田朗, 彌, 昭 申請人:株式會社藤倉