放大波分復用光的光放大器的製作方法

2023-10-07 03:57:54 2

專利名稱：放大波分復用光的光放大器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用在WDM(波分復用)傳輸系統中的光放大器。
技術背景最近以來，隨著網際網路技術的ic^，通過網絡發射的信息量一直以很 快的速度增長。所以，特別是在中繼線路的光傳輸系統中，要求傳輸線 路有更大的容量和靈活的網絡結構。作為滿足這些要求的一種最有效方法，WDM (波分復用)傳輸系統已經商業化。波分復用傳輸系統是通過 一條光纖同時發射多個信號的一種技術，它可以通過復用多個不同波長 的信號光而實現。在北美等地，已經實現了波分復用傳輸系統的商業化。目前，在波分復用傳輸系統所用的光放大器中，摻稀土光纖光放大器 得到最普遍的使用。通過添加稀土元素到光纖中，摻稀土光纖M大器 實現M大。例如，滲鮮光纖ib故大器(EDFA)是大家所熟知的。由於 摻稀土光纖光放大器有寬的增益波段，並可以集體地放大多波長光，這 种放大器廣泛地用作實現波分復用傳輸系統的重要元件。通常，參碎光纖光放大器主要是放大稱之為"C波段(常規波段)，， 的1530-1565 nm波段，然而，當前放大稱之為"L波段(長波長波段)" 的1570-1610 nm波段的M大器也正在得到HL目前，把C波段和L 波段合在一起，利用摻鉺光纖光放大器的波分復用傳輸系統能夠復用約在,光纖光放大器的設計中，必須正確地選擇反轉粒子數比率(或 反轉粒子數密度)，因此，波段中復用的每個信號光的增益可以是恆定 的。以下簡要地描述摻鉺光纖光放大器的設計方法。圖1表示#^光纖光放大器的增益係數與波長之間的關係，其中鉺的 反轉粒子數比率作為一個參數。反轉粒子數比率是躍遷到激發態的鉺元 素數目與添加到光纖中鉺元素總數之比。增益係數是單位長度摻鉺光纖 得到的增益。所以，在增益係數為正的區域中輸入光被放大，而在增益 係數為負的區域中輸入光功率退化。如圖1所示，滲鮮光纖的增益不但與波長有關，而且還與反轉粒子數 比率有關。具體地說，反轉粒子數比率越大，增益就越高。反轉粒子數 比率越小，增益就越低。根據圖l所示的特性，我們知道以下的性質。(1) 在集體放大C波段的情況下，由於該信號波段的增益-波長 特性必須是平坦的，摻鉺光纖的反轉粒子數比率最好是約"0.7"。若反轉 粒子數比率是"0.7"，則可以得到相當高的增益係數。所以，使用相當短 的光纖，放大C波段的滲洱光纖t改大器可以保證足夠的增益。(2) 在集體放大L波段的情況下，由於該信號波段的增益-波長 特性必須是平坦的，摻鮮光纖的反轉粒子數比率最好是約"0.4"。若反轉 粒子數比率是"0.4"，則增益系fcl相當地低。所以，為了使L波段的增 益與C波段的增益相當，放大L波段的滲纖光纖M大器的長度必須相 應地長一些。圖2表示放大L波段的摻鉺光纖M大器的基本配置。這種M大 器通常稱之為增益移位型滲萍光纖ib故大器。該放大器包括作為光放 大媒體的滲纖光纖1,光隔離器2-1和2-2,波分復用器(例如，WDM 耦合器)3和泵浦光源4。從傳輸線輸入的多波長光通過光隔離器2-l和 WDM耦合器3輸入到滲萍光纖1。此處，泵浦光源4產生的泵浦光提供 給,光纖l。所以，多波長光是被摻鉺光纖l放大的。然後，放大的多 波長光通過光隔離器2-2之後輸出。放大C波段的摻鉺光纖先故大器的 配置與放大L波段的這种放大器的配置基^目同。然而，作為M大媒體的兩種光纖長度是不同的。在這種光放大器中，例如，泵浦光源4的輸出功率是受反饋系統的控 制，反饋系統用於保持多波長光輸出功率的恆定。具體地說，從摻鉺光 纖l輸出的部分多波長光被分光器ll引導到控制電路12。於是，這個控 制電路12按照如下的方法控制泵浦光源4，使接收的多波長光可以保持 在特定的電平上。在波分復用傳輸系統中，可以給每個波長設置通信信道。所以，在不 安裝新的光纖或改變光纖之間連接的條件下，可以靈活地改變傳輸系統 的配置。為了建立靈活的傳輸網，在具有多個不同波長的多個復用光信 號中，必須實現分插特定波長光信號的光通信系統。然而，當切斷L波段多個信號光中的一個信號光時，剩餘信號的摻 鉺光纖光放大器的增益發生變化。具體地說，與輸入上述短波長區上信 號光得到的光功率比較，若切斷L波段中短波長區上的信號光時，則從 摻鉺光纖光放大器輸出的L波段中長波長區上信號光的光功率就減小。 在此情況下，長波長區上剩餘信號光的光功率減小10 dB或更多，它與 各種條件有關。所以，若發生這種現象，則接收機不能接收長波長區上 的剩餘信號光是可能的，這就是個問題。我們認為，這種現象是由於這樣一個事實，L波段中短波長區上的信 號光成了長波長區上信號光的泵浦光。在以下的描述中，這種現象稱之 為"輸出功率變化現象"或"偏差"。理論上，利用圖2所示的反饋系統可以解決偏差問題。具體地說，當 滲纖光纖1的輸出光功率減小時，藉助於控制電路12增大泵浦光源4的 功率以補償偏差。然而，為了補償這種偏差，必須準備響應速度為微秒 量級的反饋系統，實現這種裝置是困難的。即使可以實現這種反饋系統， 控制系統的穩定性也是個問題。由於這種方法的目的是補償光放大媒體 中因泵浦光反饋控制引起的偏差，但從摻鉺光纖光放大器的光靜態特性 觀點考慮，這不可能是一種基本的解決方法。具體地說，這種方法不能 避免偏差本身。為了避免偏差，例如，有縮短滲碎光纖光放大器中光纖長度的一種配置。然而，若縮短光纖的長度，則如參照圖1所描述的，不能得到足夠 的增益。為了使短光纖有足夠的增益，就要求較高的反轉粒子數比率。 然而，在改變反轉粒子數比率的情況下，增益隨波長而變化，不能以相 同的增益放大多波長光中復用的每個信號。作為另一種解決方法，有多個短滲萍光纖互相串聯連接的一種配置。 然而，在這種配置中，由於必須^爭個,光纖準備泵浦光源，實現光 放大器的小型化和低成本是困難的。這種問題不僅發生在摻鉺光纖光放大器中，也可以發生在其他形式的 光放大器中。發明內容本發明的目的是，即使在用於放大多波長光的ib改大器中 一部分的多 波長光4皮切斷，也可以防止剩餘光輸出功率的減小。本發明提供一種用於放大L波段的多波長光的M大器，包括摻 鉺光纖，用作放大多波長光的光放大媒體；和泵浦光源，給所述光纖提 供泵浦光，該泵浦光源的波長在1400nm到1430nm之間，其中所述光 纖的長度使得所述泵浦光可以傳播到所述光纖的末端，並且使得，對於 所述多波長光中波長最短的第一光和波長長於所述第一光的第二光，當 在AGC控制下發生從所述第一光輸入到所述光纖的狀態到所述第一光 不輸入到所述光纖的狀態的轉變時，從所述光纖輸出的所述第二光的功 率偏差小於預定的閾值。本發明還提供一種用於放大L波段的多波長光的M大器，包括 滲洱光纖，用作放大多波長光的M大媒體；和泵浦光源，給所述光纖 提供泵浦光，該泵浦光源的波長在1400nm到1430nm之間，其中所述光 纖的長度使得所述泵浦光可以傳播到所述光纖的末端，並且使得，對於 所述多波長光中波長最短的第一光和波長長於所述第一光的第二光，當 在AGC控制下，所述第一光的功率減小時，從所述光纖輸出的所述第二 光的功率偏差小於預定的閾值。在光放大器中，泵浦光可以傳播的距離(有效長度)超過閾值時，光纖能夠充分地吸收泵浦光的能量。所以，多波長光可以從泵浦光接收足 夠的能量。具體地說，在多波長光的第一光與第二光之間不需要轉移能 量。所以，即使切斷第一光，第二光的輸出功率略微發生變化(通常是 減小)。可以設計泵浦光源輸出這樣一種波長的泵浦光，該泵浦光在光纖中可 以傳播的距離超過最小距離。本發明提供一種用於放大L波段的多波長光的it故大器，包括摻 鉺光纖，用作放大多波長光的光放大媒體；和泵浦光源，給所述光纖提 供泵浦光，該泵浦光源的波長在1400nm到1430nm之間，其中泵浦光的 功率和波長使得在所述光纖輸出端處獲得最小反轉粒子數比率，該最小 反轉粒子數比率使得對於所述多波長光中波長最短的第一光和波長長於 所述第一光的第二光，當在AGC控制下發生從所述第一光輸入到所述光 纖的狀態到所述第一光不輸入到所述光纖的狀態的轉變時，從所述光纖 輸出的所述第二光的功率偏差小於預定的閾值。在這種配置中也是如此，即使切斷第一光，第二光的輸出功率以相同 的函數 Mt發生變化(通常是減小)。本發明還提供一種用於放大L波段的多波長光的ib故大器，包括 滲弭光纖，用作放大多波長光的光放大媒體；和泵浦光源，給所述光纖 提供泵浦光，該泵浦光源的波長在1400nm到1430nm之間，其中所述泵 浦光的功率和波長使得在所述光纖輸出端處獲得最小反轉粒子數比率， 該最小反轉粒子數比率4吏得對於所述多波長光中波長最短的第一光和波 長長於所述第一光的第二光，當在AGC控制下所述第一光的功率減小 時，從所述光纖輸出的所述第二光的功率偏差小於預定的閾值。本發明另外提供一種配備多個M大器的光傳輸系統，光故大器用於 放W射機與接Jl^L之間的L波段多波長光，多個光故大器中至少一個 的每個光放大器包括滲碎光纖，用作放大多波長光的光放大媒體；和 泵浦光源，給所述光纖提供泵浦光，該泵浦光源的波長在1400nm到 1430nm之間，其中所述光纖的長度使得所述泵浦光可以傳播到所述光纖 的末端，所述泵浦光的功率和波長使得在所述光纖輸出端處獲得最小反轉粒子數比率，所述距離或最小反轉粒子數比率使得，對於所述多波長光中波長最短的第一波和波長長於所述第一波的第二波，當在AGC的控 制下發生從所述第 一光輸入到所述光纖的狀態到所迷第 一光不輸入到所 述光纖的狀態的轉變時，從所述光纖輸出的所述第二光的功率偏差小於 預定的閾值。本發明另外提供一種用於放大L波段的多波長光的it故大器，包括 ,光纖，用作放大多波長光的光放大媒體；和泵浦光源，給所述光纖 提供泵浦光，該泵浦光源的波長為1430nmm，其中所述光纖的長度使得所 述泵浦光可以傳播到所述光纖的末端，並且4吏得，對於所述多波長光中 波長最短的第一光和波長長於所述第一光的第二光，當在AGC控制下發 生從所述第 一光輸入到所述光纖的狀態到所述第 一光不輸入到所述光纖 的狀態的轉變時，從所述光纖輸出的所述第二光的功率偏差小於預定的 閾值。本發明提供一种放大波分復用光的光放大器，包括用作放大波 分復用光的光放大媒體的光纖；產生泵浦光的泵浦光源；從泵浦光中 產生第一分支泵浦光和第二分支泵浦光的分光器；和光器件，它將第 一分支泵浦光引導到所述光纖，將第二分支泵浦光引導到與所述光放 大器的輸入側相連的傳輸線。本發明還提供一种放大波分復用光的光放大器，所述波分復用光 包括位於笫一波段的第一信號光和位於第二波段的第二信號光，包括 用作放大第一信號光的光放大媒體的第一光纖；用作放大第二信號光 的光放大媒體的第二光纖；產生將被提供給所迷第一光纖的泵浦光的 泵浦光源；和將從所述第一光纖輸出的剩餘泵浦光引導到與所述第一 光纖的輸入側相連的傳輸線的光器件。


圖l表示滲鮮光纖的增益係數與波長之間的關係; 圖2表示放大L波段的EDFA基本配置； 圖3表示,光纖的反轉粒子數比率；圖4表示位於L波段中多波長光的光功率分布； 圖5表示偏差與EDF長度之間的關係； 圖6表示鉺離子的能級和躍遷；圖7表示短波長區上信號光的泵浦效應；圖8A表示泵浦光波長變化時得到的偏差；圖8B表示泵浦光波長與它的有效長度之間的關係；圖9表示##光纖中泵浦光的衰減特性；圖IO表示泵浦光波長與噪聲係數之間的關係；圖11表示獲得預定增益所需的泵浦光功率與泵浦光波長之間的關係；圖12表示偏差與反轉粒子數比率之間的關係； 圖13A和13B表示泵浦光波長和信號光輸入功率變化時得到的模擬 結果；圖14A和14B表示改變光放大器增益時反轉粒子數比率與偏差之間關係的模擬結果；圖15表示反轉粒子數比率的閾值與增益之間的關係；圖16表示反轉粒子數比率的閾值與泵浦光波長之間的關係；圖17A表示EDF長度與泵浦光波長之間的關係；圖17B表示剩餘泵浦光功率與泵浦光波長之間的關係；圖18A和18B表示配備用於切斷剩佘泵浦光的光濾波器的M大器；圖19A表示利用剩餘泵浦光作喇曼放大的M大器；圖19B和19C表示去復用器的損耗特性；圖20表示EDFA和喇曼放大共享泵浦光源的ib故大器；圖21表示利用該實施例光放大器的長途光傳輸系統的配置；和圖22表示應用該實施例ib改大器的光放大設備配置。
具體實施方式
參照附圖描述本發明的幾個實施例。在以下的描述中，我們主要描述,光纖光放大器，用作放大L波段中多波長光的ib故大器。添加了鉺 的光纖是,光纖，它可以稱之為"EDF"。摻鉺光纖光放大器可以稱之 為"EDFA (EDF放大器)"。首先，我們研究摻鉺光纖光放大器的特性和現有技術中引起偏差的原因。放大多波長光的ib故大器一般設計成滿足以下兩個條件。 (1) 可以獲得所需的增益。(2 ) 增益在多波長光所在的整個波段內是平坦的。所以，在設計放大L波段的,光纖光放大器中，設定摻鉺光纖的 平均反轉粒子數比率約為"0.4"以滿足條件(2)。例如，通過控制泵浦光 的光功率，可以控制反轉粒子數比率。設定摻鉺光纖的長度為這樣的長 度，在平均反轉粒子數比率約為"0.4，，的狀態下，條件(l)得到滿足。圖3表示摻鉺光纖的反轉粒子數比率。通過模擬得到這個反轉粒子數 比率，其中通過正向泵浦把預定光功率的泵浦光提供旨纖光纖。反轉粒子數比率在靠近泵浦光的輸入端是高的。具體地說，在從輸入 端直到約10m的區域，反轉粒子數比率大約為"0.5"至"0.9"。然而，離 泵浦光輸入端的距離越大，泵浦光的衰減就越大，相應地反轉粒子數比 率就越小。在圖3所示的例子中，在離輸入端40m的位置處，反轉粒子 數比率大約為"0.2"。以下是根據圖3和圖1得到的結論。(1) 在放大C波段的情況下，平均反轉粒子數比率一定是在 "0.7，，附近。所以，在圖3所示的例子中，滲鮮光纖的長度約為10m。此 處，在放大C波段的滲萍光纖M大器中，反轉粒子數比率在整個#^ 光纖中是高的。具體地說，在摻鉺光纖的輸出端，泵浦光功率也是足夠 地高。(2 ) 在放大L波段的情況下，平均反轉粒子數比率一定是在"0.4" 附近。所以，在圖3所示的例子中，摻鉺光纖的長度約為40至50m。此 處，在放大L波段的摻鉺光纖光放大器中，反轉粒子數比率在摻鉺光纖 輸出端附近是低的。就是說，在M光纖輸出端附近也不能提供足夠的泵浦光。圖4表示位於L波段中多波長光的光功率分布。在圖4中，在間隔 約為4 nm的1570 nm至1605 nm的波段中復用80個波。然而，在圖4 中，為了容易明白附圖中的曲線，在該圖中只畫出80個波中大致等間隔 的7個波。每個波長的多個輸入光功率是相等的。位於1570 nm至1605 nm波 段內80個波中每個波用作信號光，利用這些信號光的通信信道稱之為 "chl"至"ch80"。如圖4所示，每個信號光的光功率分布與波長有很大的關係。具體地 說，在滲纖光纖輸入端附近，短波長區(約1570 nm)上的光被快速地 放大，且光功率達到峰值，然後，在直到輸出端之前光功率逐漸地下降。 然而，長波長區(約1605 nm)上光的光功率從滲洱光纖輸入端開始直 到輸出端是單調地增大。參照圖3和4所示的特性，我們發現，摻鉺光纖中增益的波長特性與 反轉粒子數比率有關。具體地說，在高反轉粒子數比率區域(例如，從 泵浦光的輸入端開始直到10 m的區域)，位於L波段中所有的波(chl 至ch80)都被放大。然而，在低反轉粒子數比率區域，雖然L波段中長 波長區上的光枕故大，而短波長區上光的光功率是減小。根據這個事實 可以判斷，在低反轉粒子數比率區域，L波段中短波長區上的光作為長 波長區上光的泵浦光。具體地說，在低反轉粒子數比率區域，我們推測 泵浦光的能量是不夠的，L波段中短波長區上的部分光能量被長波長區 上的光吸收。所以，若泵浦光的光功率是恆定的，則短波長區上有信號光情況下的 長波長區上信號光的光功率高於短波長區上沒有信號光情況下的信號光 光功率。具體地說，例如，若L波段中短波長區上的信號光(例如，chl) 被切斷，而利用摻鉺光纖ib故大器放大位於L波段中多波長光，則長波 長區上剩餘信號光的光功率就減小。這種現象稱之為"偏差"。圖5表示偏差與EDF長度之間的關係。在圖5中，在chl信號光和 ch80信號光都輸入的狀態轉變成僅有ch80信號光輸入的狀態時，畫出光功率的偏差。若摻鉺光纖是短的，則不發生偏差。在圖5所示的例子中，若光纖長 度是在20m以下，則基本上沒有偏差。然而，若光纖長度超過預定值， 則發生偏差。可以利用泵浦光的光功率或反轉粒子數比率解釋這個事實。就是說， 若滲碎光纖是長的，則在輸出端附近不能提供足夠的泵浦光，相應地， 反轉粒子數比率是低的。所以，在摻鉺光纖輸出端附近，長波長區上的 信號光不能從泵浦光吸收足夠的能量，而從短波長區上的信號光接收能 量。因此，若摻鉺光纖是長的，則當切斷短波長區上的信號光時，長波 長區上信號光的光功率就減小。圖6表示鉺離子的能級和它的躍遷。在這個例子中，我們假設0.98nm 泵浦光，1.48nm泵浦光和L波段中的多波長光輸入到滲洱光纖中。鉺離子藉助於0.98nm泵浦光從狀態I (15/2 )躍遷到狀態II (11/2 )， 以及藉助於1.48nm泵浦光從狀態I (15/2 )躍遷到狀態I (13/2 )。若鉺 離子從狀態I (13/2 )躍遷到狀態I (15/2 )，則在1.55-1.57jim的波段中 產生自發輻射光(ASE )。此外，狀態I (15/2 )通迚基態吸收(GSA) 躍遷到狀態1(13/2)。這種基態吸收包括這樣的一種現象，鉺離子吸收 L波段中短波長區上部分的信號光能量。具體地說，若泵浦光的光功率 不夠，則鉺離子有時吸收L波段中短波長區上部分的信號光能量。於是， 若鉺離子從狀態I (13/2 )躍遷到狀態I (15/2 )，則在1.55nm至1.61nm 波段中的感應光(位於L波段中的信號光)引起感應發射，從而放大L 波段。如圖1所示，若反轉粒子數比率小於0.3，則L波段中的增益係數變 成負的。這種現象意味著，圖6中的GSA大於感應輻射。此處，如圖3 所示，在摻鉺光纖輸出端附近(離輸入端20m或更長的區域)，反轉粒 子數比率小於0.3。所以，根據這個事實可以判斷，在滲洱光纖輸出端附 近，L波段中短波長區上信號光的GSA放大長波長區上的信號光，圖7表示短波長區上信號光的泵浦效應。在這個例子中，我們假設利 用圖4中所示的chl和ch80。特性"a"指出chl和ch80都輸入到滲鮮光纖時得到的chl光功率。特性"b"指出chl和ch80都輸入到滲萍光纖時 得到的ch80光功率。特性"c"指出僅有ch80輸入到,光纖時得到的 ch80光功率。在此情況中，泵浦光的光功率是恆定的。在比較特性"b，，與特性"c"時，我們發現，ch80的信號光被chl的信 號光泵浦。具體地說，當切斷chl的信號光時，ch80信號光的光功率在 M光纖輸出端附近大大地衰減了，而當輸入chl的信號光時，不能檢 測到這種衰減。這意味著，ch80的信號光被chl信號光的GSA放大。如上所述，在利用摻鉺光纖t故大器放大多波長光的系統中，若由於 某種原因切斷短波長區上的信號光，則長波長區上信號光的輸出功率就 減小。即使該M大器配備ALC (自動電平控制)電路或AGC (自動增 益控制)電路，避免暫時的偏差是困難的。所以，按照常規的系統，有 這樣一種可能性，從這種光放大器接收多波長光的接收機不能接收長波 長區上的信號光，因此可能發生接收差錯。若放大器是按照如下方法配置的，通過設定低的平均反轉粒子數比 率，使作為M大媒體的光纖長度變長，則這種現象不但出現在滲弭光 纖光放大器中，而且還出現在完成三級躍遷的其他摻稀土光纖光放大器 中。例如，相同的偏差還發生在完成膺三級躍遷的摻銩(Tm)氟化物光 纖ib故大器中。考慮到摻稀土光纖的特性，按照如下的方法設計本發明M大器，可 以不發生上述的偏差。具體地說，在M大器設計中使用某些^故閾值， 其中包括摻稀土光纖中泵浦光的有效長度，給摻稀土光纖提供的泵浦光 波長，摻稀土光纖輸出端處的反轉粒子數比率，等等，可以不發生這種 偏差。以下，描述本發明的幾個實施例(模擬結果)。模擬條件是如下所述。(1) 使用信道在圖4所示的chl至ch80中，使用chl( 1570.41 nm )和ch33( 1583.69 nm )。(2) 偏差定義 偏差是在從僅輸入ch33信號光情況下的ch33光功率電平減去輸入chl信號光和ch33信號光情況下的ch33光功率電平得到的值。所以，若 這個值是正的，則它指出ch33的輸出功率沒有減小(沒有偏差)。若這 個值是負的，則它指出ch33的輸出功率減小，且這個值的絕對值越大， ch33光功率的減小就越大(偏差是大的)。 (3),光纖M大器(a) M大媒體,石英光纖(b) 泵浦方法一^UL向泵浦(c )泵浦光波長在0.98nm至1.46nm之間的範圍內變化 (d ) 每個信道輸入電平在誦14.3 dBm/ch至-21.3 dBm/ch之間的 範圍內變4匕(e) M大器增益在16.1 dB至29.1 dB之間的範圍內變化(f) 控制方法AGC (自動增益控制)注意在AGC系統中，若信號光的輸入光電平發生變化，則輸出功 率也相應地發生變化。雖然圖2中畫出ALC的反饋系統，基於M大器 的輸入光功率和輸出光功率，通過控制泵浦光源可以建立AGC系統。(g) EDF長度這是用作M大媒體的摻鉺光纖長度。按照如 下的方法優化EDF長度，當chl信號光和ch33信號光輸入時，使chl 信號光的增益與ch33信號光的增益相等或幾乎相等。若泵浦光波長或信 號光輸入電平發生變化，則EDF長度可以相應地發生變化。在上述的條件下，我們模擬泵浦光有效長度與偏差之間的關係。"泵 浦光有效長度"是泵浦光在,光纖中可以傳播的距離。在這個例子中，1/e (約0.368 )的位置之間的距離。以下是為什麼檢查泵浦光有效長度與偏差之間關係的原因。如上所 述，偏差是由於在直到摻鉺光纖輸出端附近之前不能提供足夠的泵浦光。 我們估計，是否發生偏差與在摻鉺光纖中可以提供足夠泵浦光的距離 (即，泵浦光有效長度)有密切的關係。所以，我們判斷，泵浦光有效 長>1^用作設計沒有偏差的先改大器|*。可以利用以下的三種方法調整泵浦光有效長度。(1) 改變泵浦光波長。(2 ) 改變激勵密度。 (3 ) 改變M大媒體。首先，給出通過改變泵浦光波長調整泵浦光有效長度的模擬結果。圖8A表示改變泵浦光波長時得到的偏差。圖8B表示泵浦光波長與 其有效長度之間的關係。此外，圖9表示,光纖中泵浦光的衰減特性。 在圖8A和8B所示的模擬結果中，展示改變ib故大器增益時(16dB， 23.5dB和29.1dB )得到的三組數據。如圖8A所示，當泵浦光波長約為1430nm時，偏差變成零。當泵浦 光波長是在1400 nm至1430 nm的範圍內時，這個偏差是正值。換句話 說，輸出功率沒有減小。在這個波長範圍內，泵浦光波長越短，正向的 偏差就越大。然而，偏差值在ldB附近飽和。所以，即使切斷chl的信 號光，ch33信號光的光功率變化很小，這不是個問題。若泵浦光波長大於1430nm,則偏差變為負值。換句話說，輸出功率 減小。在此情況下和在這個波長範圍內，泵浦光波長越長，偏差的絕對 值越快地增大。特別是，若光放大器的增益很小，則偏差的絕對值變得 相當地大。所以，若泵浦光波長大於1460 nm，則在切斷chl的信號光 時，ch33信號光的光功率大大地減小。EDF輸入端縱向方向上泵浦光的功率分布與泵浦光波長之間有很強 的依賴關係。利用0.98nm和1.46nm作為泵浦光波長，以下描述信號光 的輸入條件與輸出條件相同的情況。由於0.98nm泵浦光的增益效率(增 益/EDF長度/泵浦光功率)高於1.46jmi泵浦光的增益效率，當使用 0.98nm泵浦光時，信號光的光功率劇烈地增大，在EDF的輸入端附近 達到峰值，並沿EDF的縱向方向快速地衰減。在此情況下，由於0.98nm 泵浦光被快速地吸收，它在EDF的輸入端附近劇烈地衰減。所以，在必須使用EDF長度很長的L波段EDF中，泵浦光不能傳 播到EDF的輸出端，它取決於泵浦光波長。參照圖9描述這種情況(沿 EDF輸入端縱向方向上的泵浦光功率分布)。此處，泵浦光波長小於 1.48jim，這是EDF的通用泵浦光波長。如圖9所示，泵浦光在EDF中按照1.43[im， 1.46nm和0.98nm的順序傳播得更遠些。具體地說，泵浦 光的有效EDF長度按照以上的順序延長。圖8B表示與常規的通用泵浦光波長(1，48nm )比較的較短波長泵浦 光(1.40nm至1.46fim )的EDF泵浦光有效長度。此處，"泵浦光有效長 度，，定義為EDF輸入端與泵浦光光功率衰減到其輸入端初始泵浦光功率 1/e (約0.368 )的位置之間的距離。泵浦光有效長^&本上a於一般光 放大器的寬增益範圍和寬輸入範圍的相應泵浦光波長確定的。例如，在 泵浦光波長為1.46jim， 1.43nm和1.40nm時得到的泵浦光有效長度分別 是約7m， 20m和50m。然而，具體地說，由於反轉粒子數比率隨增益而 變化，泵浦光有效長度與增益有關(圖8B)。所以，在仔細的設計中， 必須注意泵浦光有效長度與增益之間的關係。例如，在16 dB至29 dB 的增益範圍內，若泵浦光波長為1.43nm，則泵浦光有效長度幾乎是恆定 的；然而，若泵浦光波長為1.40nm和1.46nm，則泵浦光有效長度分別 有約10m和5m的誤差。泵浦光有效長度與輸入之間也有某種程度的關係。由於反轉粒子數比 率在EDF的信號輸入端附近隨輸入功率而變化，泵浦光波長的增益係數 越高，泵浦光有效長度就越短。所以，泵浦光有效長度是受輸入功率的 影響。就是說，輸入功率越高，EDF輸入端附近的反轉粒子數比率就越 小，泵浦光有效長度往往就延長。例如，在-36.34(18111至+6.138111的範 圍內，若泵浦光波長為1.40nm，則泵浦光有效長度幾乎是恆定的；然而， 若泵浦光波長為1.43nm和1.46jim，則其誤差分別有約1 m和6 m。與 此類似，輸入功率變得與增益效率非常有關。所以，若^(吏用有高增益效 率的泵浦光波長，且輸入功率過高，則必須注意輸入功率以確定泵浦光 有效長度。把這些因素考慮進去，我們發現，若泵浦光有效長度設計成大於放大 L波段的滲陣光纖ib故大器的預定值，則可以實現沒有偏差的M大器。 在上述的例子中，若泵浦光有效長度設計成大於20m，則可以避免偏差。 為了得到20 m或更長的泵浦光有效長度，泵浦光波長應當等於或小於 1430 nm。然而，考慮到以下描述的噪聲特性，泵浦光波長最好應當等於或大於1400 nm。這種設計方法可應用於#^寬的工作範圍(ib故大器的 增益和泵浦光的輸入功率)。對於放大L波段的,光纖光放大器的泵浦光波長，我們主務使用 0.98pm和1.48fim的波段。由於這些波段沒有激發態吸收(激勵電子4皮 泵浦光激勵到更高能級的一種現象)，並可以獲得高的增益，已經實現 了商業化。對於1.48nm波段的泵浦光源，我們已開發了波長範圍在1460 nm至1490 nm的半導體雷射器。換句話說，通常，我們不使用1400 nm 至1460 nm範圍內的泵浦光波長。使用1460 nm至14卯nm範圍內泵浦光波長的理由主要是很小的噪 聲。因為本發明試圖解決的偏差沒有被確認，在使用1460 nm至1490 nm 範圍內泵浦光波長時通常不存在問題。換句話說，通常不需務使用1460 nm至1490 nm範圍之外的泵浦光波長。然而，該實施例中M大器使用小於1460 nm範圍的泵浦光波長以 抑制放大L波段時產生的偏差。特別是，使用1400 nm至1430 nm範圍 內泵浦光波長可以i^免偏差。作為調整泵浦光有效長度的其他方法， 一種方法是改變M大i^體的 激勵密度，另一種方法是改變光放大^C體的材料，如上所述，任何方法 中的基本設計原理是相同的。以下簡要地描述這些方法，激勵密^A與增益效率密切相關的M。即，激勵密度越小，增益效 率就越低。此處，增益效率越低，泵浦光有效長度就越長。所以，通過 抑制滲鮮光纖的激勵密度到預定值以下，可以使泵浦光有效長度超過預 定值.通常我們知道,使M大媒體中信號光與泵浦光之間的重疊變窄可以 減小激勵密度。作為使M大媒體中信號光與泵浦光之間的重疊變窄的 一種方法，例如，引入低NA纖心或大直徑纖心到M大媒體的結構， 光放大媒體的大範圍摻雜，等等是適宜的。因為按照這些結構，可以避 免稀土離子集中到高激勵光強度的區域中，從而可以減小激勵密度。通過改變模場直徑與摻稀土直徑之間的比率，這些直徑是摻稀土光放 大媒體的通用參數，也可以延長泵浦光有效長度，相應地也可以防止偏差。我們知道光放大媒體的基質玻璃不僅僅是石英類型，還可以是氟化物 類型，碲化物類型，鉍類型，磷酸類型和矽酸鹽類型，等等。所以，通 過適當地選擇基質玻璃的材料，可以調整泵浦光有效長度。雖然我們介紹三種方法作為獨立調整泵浦光有效長度的手段，也可以 把這些方法進行組合。例如，也可以調整泵浦光波長和激勵密度以獲得 預定的泵浦光有效長度。若使泵浦光有效長度大於預定值以避免偏差，則可能使噪聲特性和增 益效率成為問題。所以，必須考慮到這些值。以下，描述泵浦光波長與噪聲之間的關係。當,光纖M大器用在光通信系統中時，該ib改大器最好有高飽和輸出和低噪聲(低的噪聲係數NF)。與0.98nm波段泵浦比較，1.48nm 波段泵浦有較高的飽和輸出和較大的噪聲。具體地說，在0.98nm波段泵 浦情況下，噪聲係數約為3dB;然而，在1.48nm波段泵浦情況下，噪 聲係數約為5dB。通常我們知道，激勵電平與高電平之差越接近，噪聲 係數就越大。在該實施例中，為了抑制偏差，使用小於1460 nm的較短波長泵浦 光。然而，若使用這個波長範圍內波長的泵浦光，與使用1460 nm至14卯 nm範圍內波長的泵浦光比較，則其噪聲係數就減小了 。圖IO表示泵浦光波長與噪聲係數之間的關係。此處，在chl信號光 和ch33信號光都輸入時得到的chl噪聲係數的模擬結果。還畫出光放大 器增益變化時得到的結果。在這個例子中，該圖展示每個信號光輸入功 率是16.34 dBm的情況。然而，即使信號光的輸入功率發生變化，泵浦 光波長與噪聲係數之間的關係幾乎是相同的。如圖10所示，在1400 nm至1460 nm波長的範圍內，泵浦光波長越 短，噪聲係數就越大。在這個例子中，與泵浦光波長為1460 nm的情況 比較，在泵浦光波長為1400nm的情況下，噪聲係數約下降2dB。 M 大器中噪聲係數的退化嚴重影響光通信系統的傳輸特性。若噪聲係數下 降2dB或更大，則在通信系統中使用光放大器是困難的。所以，最好是，泵浦光波長超過1400 nm。如上所述，泵浦光波長的變化嚴重影響偏差和噪聲係數。所以，在摻 鉺光纖光放大器的設計中，必須考慮偏差抑制與噪聲係數退化之間的權 衡。以下描述設計滲碎光纖ib故大器的指導原則。如圖8B所示，使泵浦光有效長度為20 m至40 m，可以防止發生偏 差。如圖8A所示，讓泵浦光的波長為1400 nm至1430 nm，可以滿足這 個條件。然而，若在這個範圍內使用泵浦光，則與使用1.48jun波段(1460 nm至14卯nm )的一般泵浦光波長時得到的結果比較，噪聲係數退化的 最大值約2dB。所以，必須小心謹慎。如圖8B所示，若泵浦光有效長度為5 m至20 m，則在抑制偏差的 同時可以使噪聲係數最小。如圖8A所示，讓泵浦光波長為1430 nm至 1460 nm，可以滿足這個條件。若在這個條件下設計ib故大器，則可以得 到比使用1400 nm至1430 nm泵浦光波長時更佳的噪聲係數，且可以比 使用1.48jim波段中一般泵浦光波長時抑制更多的偏差。圖11表示得到預定增益所需的泵浦光功率與泵浦光波長之間的關 系。此處，展示ib故大器中得到增益為16 dB所需的泵浦光功率。考慮 到與單位長度增益效率的關係，在1400 nm至1460 nm波段中，基本上 是泵浦光波長越短，所需的泵浦光功率就越大。然而，例如，在應當使 用較長M大媒體的L波段EDFA的情況中，考慮到這樣一個事實，泵 浦光有效長度越長，泵浦效率(=信號光功率/泵浦光功率)就越高。在 1400 nm至1460 nm波段內的這些模擬^ft下(EDF長度，等等)，在 1430 nm附近得到最低值。具體地說，使用1430 nm的泵浦光波長，利 用最小光功率可以得到所需的增益。以下，描述偏差與反轉粒子數比率之間的關係。圖12表示偏差與反轉粒子數比率之間的關係。在這個例子中，泵浦 光波長是在0.98nm的波段內。M大器的增益是16dB。當僅有輸入功 率為21.34 dBm的信號光(ch33)時，得到圖12中所示的反轉粒子數比率。如以上參照圖3時所描述的，基本上是EDF長度越長，反轉粒子數比率就越小。然而，若EDF長度是短的，則ch33信號光的偏差是正值； 若EDF長度超過預定的長度，則偏差變成負值。就是說，若EDF長度 超過預定值，則發生偏差(輸出功率減小)。在這個例子中，當EDF長 度大約超過35m時，發生偏差(輸出功率減小)。如上所述，EDF長度超過預定值時發生偏差。對應於閾值的反轉粒 子數比率既與信號光輸入功率無關，也與泵浦光波長無關，反轉粒子數 比率變成恆值。在這個例子中，當EDF長度大約為35m時，偏差是零， 而輸出端處的反轉粒子數比率是0.17。圖13A和13B表示改變泵浦光波長和信號光輸入功率時得到的模擬 結果。在圖13A和13B中，兩個信號光的輸入功率分別是-21.34 dBm/ch 和-14，34 dBm/ch。對於每種輸入功率設定三種泵浦光波長。在這些模擬結果中，我們確認，當反轉粒子數比率為0.17時，偏差 變成零；而當反轉粒子數比率小於0.17時，發生負偏差(減小輸出功率)。 若圖13B中的泵浦光波長是1.43jim，則反轉粒子數比率總是大於0.17, 且沒有偏差。如上所述，在M大媒體輸出端處的反轉粒子數比率下降到特定閾值 以下時發生偏差。在圖12所示的例子中，在,光纖輸出端處的反轉粒 子數比率小於0.17時發生偏差。所以，若,光纖輸出端處的反轉粒子 數比率設計成超過閾值，則沒有偏差。具體地說，在圖12所示的例子中， 若摻鉺光纖輸出端處的反轉粒子數比率設計成大於0.17，就沒有偏差。雖然與發生偏差有關的反轉粒子數比率的閾值既與信號光輸入功率 無關，也與泵浦光波長無關，但該閾值與M大器的增益有關。圖14A 和14B表示在改變M大器增益時進行圖12， 13A和13B所示模擬得到 的結果。圖14A和14B分別表示M大器增益為16 dB和29.1 dB情況 下的模擬結果。在這些模擬結果中，若ib故大器增益是低的，則與發生偏差有關的反 轉粒子數比率的閾值也是低的；若ib故大器增益是高的，則反轉粒子數 比率的閾值也是高的。具體地說，如圖15所示，反轉粒子數比率的閾值 幾乎與光放大器的增益成正比。若反轉粒子數比率的閾值和光放大器的增益分別是"Y"和"X"，則滿足以下的公式。 Y=0.007X+0.062所以，在摻鉺光纖光放大器的設計中，首先，按照以上公式計算反轉 粒子數比率的閾值。然後，按照以下的方法設定泵浦光波長和激勵密度, 摻鉺光纖輸出端處的反轉粒子數比率可以大於閾值。若按照這個過程設 計光放大器，則在無須降低其他特性(噪聲係數，等等)的條件下可以 有效地抑制偏差。反轉粒子數比率是利用感應輻射根據光放大媒體放大特性導出的一 個簡單參數。所以，可以判斷，即佳羞質玻璃從石英改變成氟化物，反 轉粒子數比率的閾值幾乎不發生變化。圖16表示反轉粒子數比率閾值與泵浦光波長之間的關係。此處，當 一個信道的信號光輸入到光纖時，在用作光放大媒體的滲鮮光纖輸出端 處得到反轉粒子數比率。如以上參照圖15時所描述的，；5b故大器的增益越高，反轉粒子數比 率的閾值就越大。在這個實施例中，當M大器的增益為29.1dB時，該 閾值是0.26。所以，若放大器設計成摻鉺光纖輸出端處的反轉粒子數比 率為0.26或更大，則在增益小於29 dB的範圍內沒有偏差。然而，如圖 16所示，為了在摻鉺光纖輸出端處得到的反轉粒子數比率大於或等於 0.26，泵浦光波長應當小於1415 nm。如以上參照圖10時所描述的，為 了抑制噪聲係數的退化小於現有技術配置2 dB,泵浦光波長應當大於 1400 nm。所以，為了在很寬的增益範圍內避免偏差和在允許的範圍內抑 制噪聲係數的退化，泵浦光波長最好應當在1400 nm至1415 nm的範圍 內。這個實施例中的光放大器(特別是，參照以上圖8A和8B時所描述 的光放大器)是這樣配置的，通過得到大於現有光放大器的泵浦光有效 長度，可以抑制偏差。然而，在泵浦光有效長度很長的情況下，即使在 滲碎光纖輸出端的泵浦光能量仍保持不變。所以，在這個實施例的光放 大器中，從摻鉺光纖輸出端輸出剩餘的泵浦光。圖17A表示EDF長度與泵浦光功率之間的關係。在1400 nm至1460nm的波長範圍內，泵浦光波長越長，在摻鉺光纖中吸收的泵浦光能量就 越多。換句話說，在這個波長範圍內，泵浦光波長越短，泵浦光就傳播 得越遠。在圖17A所示的例子中，若EDF長度是40m，則波長為1460 nm 的泵浦光輸出功率幾乎為零；然而，波長為1400 nm的泵浦光輸出功率 大約為50 mW。圖17B表示剩餘泵浦光功率與泵浦光波長之間的關係。圖17B表示 調整EDF長度和泵浦光輸入功率而可以得到預定增益(16 dB, 23.5 dB 和29.1 dB )時從摻鮮光纖輸出端處得到的剩餘泵浦光功率。在1400 nm 至1460 nm的波長範圍內，泵浦光波長越短，剩餘泵浦光功率就越高。 特別是，在1400 nm至1430 nm的波長範圍內，從EDF輸出的泵浦光功 率是相當地高。當剩餘泵浦光功率很高時，M大器的控制誤差變得很大，就有這樣 的可能性，完成喇曼放大且非線性效應使傳輸線上的傳輸特性退化。所 以，在這個實施例的M大器中，最好是，消除從EDF輸出的剩餘泵浦 光的影響。在圖18A所示的例子中，在M大器的輸出側配備截去泵浦光波長 的光濾波器21。在這種配置中，M射信號光的傳輸線上去掉泵浦光因 素。在圖18B所示的例子中，配備截去來自分支光的泵浦光因素的光濾 波器22，該分支光用於控制M大器的輸出功率或增益。具體地^C，從 光傳,體(滲陣光纖)1輸出的光(包括信號光和剩餘泵浦光)被分光 器11分割。光濾波器22截去來自分光器11分割的分支光部分的泵浦光 因素。然後，光電二極體(PD) 23檢測泵浦光因素被截去的光功率。所 以，基於沒有剩餘泵浦光的多波長光功率，控制電路12可以控制泵浦光 源(LD)4。在完成增益控制時，控制電路12必須檢測輸入光功率，因 為輸入光不包含泵浦光，所以，在光放大器的輸入側不需要提供光濾波 器。在圖19A所示的例子中，剩餘泵浦光用於喇曼放大。具體地說，去 復用器31把輸入的多波長光分解成C波段和L波段信號。如圖19B所示，去復用器31的L波段埠有截去C波段的損耗特性。如圖19C所 示，C波段埠有僅僅傳送C波段的損耗特性。C波段EDFA 32放大去 復用器31分解的C波段信號，而L波段EDFA33放大L波段信號。然 後，復用器34復用相應放大器放大的C波段信號和L波段信號並輸出 復用光。在這個設備中，由於L波段EDFA 33是這樣設計的，泵浦光的 有效長度可以大於預定值，從而輸出相當強的剩餘泵浦光。在L波段EDFA 33的輸出側，WDM耦合器35用於從信號光中分 解泵浦光。這個WDM耦合器35引導信號光到復用器34和引導泵浦光 到L波段EDFA 33輸入側上的WDM耦合器36。 WDM耦合器36引導 來自去復用器31的信號光到L波段EDFA 33和引導來自WDM耦合器 35的泵浦光到去復用器31。此處，去復用器31的L波段埠有圖19B 所示的損耗特性。所以，從L波段EDFA 33輸出的剩餘泵浦光通過WDM 耦合器35， WDM耦合器36和去復用器31被引導到ib故大器輸入側上 的傳輸線。喇曼放大有增益的頻帶比提供給傳,體的泵浦光頻率小13.2THz。 此處，在1.55nm波段，13.2THz相當於約100 nm。所以，若喇曼放大 的泵浦光波長是1430 nm，則可以得到的增益是在1530 nm附近的波段。 所以，在此情況下，完成C波段的喇曼放大。另一方面，對於L波段EDFA 33，使用1400 nm至1460 nm範圍內 的泵浦光波長。在此情況下，若L波段EDFA33中使用的泵浦光波長是 1430 nm,則剩餘泵浦光可用作C波段喇曼放大的泵浦光。所以，如圖 19A所示，若從L波段EDFA 33輸出的剩餘泵浦光被引導到M大器輸 入側上的傳輸線，則完成C波段的喇曼放大。按照這種方法，在圖19A所示的M大器中，避免剩餘泵浦光與信 號光一起發射到輸出側的傳輸線上。與此同時，剩餘泵浦光用作信號光 的喇曼放大。所以，這種配置不僅但抑制傳輸特性的退化，而且有利於 提高傳輸特性。在通過^巨離發射多波長光的系統中，短波長區上信號光的光功率被 傳輸線上信號之間的喇曼效應移向長波長區，從而使短波長區上的信號退化。例如，在集體發射C波段和L波段的系統中，位於C波段的信號 可能退化。退化量隨信號光功率，各個信號之間的波長間隔等而發生變 化，退化量有時可達到約5dB。所以，在上述的系統中，提供放大EDFA 輸入側上C波段的喇曼放大器(集中型或分布型)是有效的，可以補償 短波長區(C波段)上信號光的增益退化。圖20表示EDFA和喇曼放大共享泵浦光源的光放大器。這種l故大 器包括C波段EDFA32和L波段EDFA33。 L波段EDFA33使用的 泵浦光波長為1430 nm。喇曼放大是在輸入側的傳輸線上完成的，喇曼 放大^f吏用的泵浦光波長也是1430 nm。泵浦光源41產生並輸出波長為1430 nm的泵浦光。可以用光耦合器 實現的分光器42分割產生的泵浦光。例如，分割比是"10:1"。此處，一 個分割後的泵浦光通過可變光衰減器43被引導到復用器44。然後，復用 器44給傳輸線提供泵浦光。因此，在傳輸線上可以完成C波段中信號光 的喇曼放大。另一個分割後的泵浦光通過可變光衰減器45淨史引導到L波 段EDFA33。因此，L波段中的信號光被L波段EDFA33放大。另一 個泵浦光源給C波段EDFA 32提供泵浦光，圖20中沒有畫出這個泵浦 光源。例如，基於從這個光放大器輸出的多波長光功率，可以調整可變光衰 減器43和45的衰減量。在此情況下，按照如下的方法可以獨立地控制 可變光衰減器43和45，例如，正確地調整C波段和L波段中的每個光 功率。如上所述，在圖20所示的M大器中，由於EDFA的泵浦光和喇曼 放大的泵浦光是由一個泵浦光源產生的，可以實現光放大器的小型化， 並可以預期降低元件成本。圖21表示利用這個實施例中M大器的長途光傳輸系統的配置。 在長途光傳輸系統中，傳輸線上往往配備多個光放大器。此處，若這 些多個光放大器的任何一個光放大器中發生偏差，則在這個系統中發生 傳輸誤差。所以，在這個系統中最好使用以上實施例中的光放大器，作 為傳輸線上的全部M大器。然而，如以上參照圖10時所描述的，在該實施例的光放大器中噪聲特性可能退化。所以，在傳輸系統的設計中，必須綜合地考慮偏差抑制 效應，噪聲特性，成本，等等。具體地說，該實施例的光放大器配備在不要求嚴格噪聲特性的位置上。例如，如圖21所示，這些實施例中ib故大器用作發射側上的關放大 器或位於傳輸線上的在線光放大器。然而，在要求嚴格噪聲特性的接收 側，應當利用以下描述的多級EDFA單元。雖然多級EDFA單元是在保 持良好噪聲特性的同時避免偏差的光放大器，但是它不僅體積龐大，而 且生產成本也高。所以，為了降低整個系統的成本，必須儘可能減少多 級EDFA單元的數目。如上所述，在有多個光放大器的光傳輸系統中，通過在合適的位置上 配備該實施例中光放大器，在降低整個系統的成本的同時，又可以避免 偏差。圖22表示包含該實施例ib故大器的M大設備的配置。這個M大 設備包括串聯連接的四個M大器。多級EDFA單元是在第一級和末 級中實現的。該實施例的;5^故大器是在第二級和第三級中實現的。多級EDFA單元還包括串聯連接的兩個EDF。此處，由於在第一 級放大中要求良好的噪聲特性和相當高的增益，在第一亂改大器中使用 波長為0.98nm波段的泵浦光和波長為1.48nm波段的泵浦光。另一方面， 由於在末級放大中要求高的增益和良好的噪聲特性，在末級放大器中配 備多個泵浦光源，每個泵浦光源產生波長為1.48jmi波段的泵浦光。在第二級和第三l故大中，不要求嚴格的噪聲特性。所以，該實施例 的M大器用在第二級和第三級。例如，在該實施例的ib故大器中，使 用波長為1.43jim的泵浦光。在第一亂故大器與第二亂故大器之間配置增益均衡器GEQ1和可變 光衰減器ATT1，以及在第三亂改大器與末^Ut大器之間配置增益均衡器 GEQ2和可變光衰減器ATT2，增益均衡器用於均衡包含在多波長光中多 個信號光的光功率，而可變光衰減器用於調整多波長光的光功率並完成 恆定輸出控制。在第二亂改大器與第三亂故大器之間配置圖22中沒有展示的色散補償光纖。從第一級到末級中的每個放大器是按照如下方法實現的。第一級M大器在第一級光放大器中，EDF是利用第一EDF (EDFl (a))和第二 EDF (EDFl (b))實現的，該EDF是在得到L58nm波段(1570 nm 至1605 nm)中平坦波長特性所需的反轉粒子數比率下得到預定的增益。第一 WDM耦合器(WDM1)引導第 一泵浦光源(Pumpl)的0.98nm 泵浦光和傳播通過第一光分支耦合器(BS1)和光隔離器(ISOl)的多 波長光的復用光到第一EDF (EDFl (a))。第一 EDF (EDFl (a))利用該泵浦光故大多波長光，並通過光隔 離器(IS02 )輸出放大的多波長光到第二 WDM耦合器(WDM2 )。第二 WDM耦合器(WDM2 )復用多波長光和第二泵浦光源(Pump2 ) 的1.48nm泵浦光，並輸出復用光到第二EDF (EDFl (b))。第二 EDF (EDFl (b))利用第二泵浦光源(Pump2)的泵浦M 大多波長光。第一光監測器(PD1)和第二光監測器(PD2)分別監測第一光分支 耦合器(BS1)和第二光分支耦合器(BS2)分出的相應分支光。然後， 基於監測結果控制第一泵浦光源(Pumpl)和第二泵浦光源(Pump2) 的輸出功率，並調整第一EDF (EDFl (a))和第二 EDF (EDFl (b )) 構成的多級EDFA單元的增益。第一級光放大器(多級EDFA單元)放大的多波長光通過增益均衡 器(GEQ1)和可變光衰減器(ATT1)被引導到第二級t故大器。第二級ib改大器在第二級光放大器中，EDF是利用第三EDF (EDF2)實現的，該 EDF是在得到1.58nm波段(1570 nm至1605 nm )中平坦波長特性所需 的反轉粒子數比率下得到預定的增益。來自第一級M大器的多波長光通過第三光分支耦合器(BS3)，光 隔離器(IS04 )和第三WDM耦合器(WDM3 )輸入到第三EDF( EDF2 )。 第三EDF (EDF2 )通過第三WDM耦合器(WDM3 )接收第三泵浦光源(Pump3)產生的約1.43nm泵浦光，並利用該泵浦光放大多波長光。 第三EDF (EDF2 )放大的多波長光通過光隔離器(IS05 )和光分支耦合器(BS4)被引導到第三級M大器。光連接器連接第二級光放大器和第三級光放大器。第三光監測器 (PD3)和第四光監測器(PD4)分別監測第三光分支耦合器(BS3)和第四光分支耦合器(BS4)分出的相應分支光，並基於監測結果，通過控制來自泵浦光源(Pump3)泵浦光的光功率和波長，調整第二級光放大器的增益。第三級M大器在第三級光放大器中，EDF是利用第四EDF (EDF3)實現的，該 EDF是在得到1.58jun波段(1570 nm至1610 nm )中平坦波長特性所需 的反轉粒子數比率下得到預定的增益。來自第二級M大器的多波長光通過第五光分支耦合器(BS5),光 隔離器(IS05 )和第四WDM耦合器(WDM4 )輸入到第四EDF( EDF3 )。 第四EDF (EDF3 )通過第四WDM耦合器(WDM4 )接收來自第四泵 浦光源(Pump4)約1.43nm泵浦光，並利用該泵浦ib故大多波長光。第四EDF (EDF3 )放大的多波長光通過光隔離器(IS06)，增益均 衡器(GEQ2)，光分支耦合器(BS6)和可變光衰減器(ATT2)被引 導到第四級M大器。第五光監測器(PD5)和第六光監測器(PD6)分別監測第五光分支 耦合器(BS5)和第六光分支耦合器(BS6)分出的相應分支光，並基於 監測結果，通過控制來自泵浦光源(Pump4)泵浦光的光功率和波長， 調整第三級ib故大器的增益。末級(笫四級)ib故大器在末級(第四級)M大器中，類似於第一級ib故大器，EDF是利 用第五EDF (EDF4 (a))和第六EDF (EDF4 (b ))實現的，該EDF 是在得到1.58nm波段(1570 nm至1605 nm)中平坦波長特性所需的反 轉粒子數比率下得到預定的增益。來自第三級M大器的多波長光通過第七光分支耦合器(BS7)，光隔離器(IS07 )和第五WDM耦合器(WDM5 )輸入到第五EDF (EDF4 "))。第五WDM耦合器(WDM5 )復用泵浦光源(Pump5和Pump6 )產 生的1.47nm泵浦光和來自第三級光放大器的多波長光。此處，泵浦光是 在偏振光束耦合器(PBS1)組合之後經第九光分支耦合器(BS9)提供 給第五WDM耦合器(WDM5)。第五EDF (EDF4 (a))利用來自第五WDM耦合器(WDM5)的 泵浦ib故大來自第三級ib故大器的多波長光。第五EDF (EDF4 (a)) 的輸出通過光隔離器(IS08)和第六WDM耦合器(WDM6)被引導到 第六EDF (EDF4 (b))。第六WDM耦合器(WDM6)復用光分支耦合器(BS9)分出的泵 浦光和第五EDF( EDF4( a))的輸出，並輸出復用結果到第六EDF( EDF4 (b))。第七WDM耦合器(WDM7)引導泵浦光源(Pump7和Pump8 )產 生並由偏振光束耦合器(PBS2 )組合的1.47nm泵浦光到第六EDF( EDF4 (b))。第六EDF(EDF4(b))利用來自WDM耦合器(WDM6 )和WDM 耦合器(WDM7)的泵浦M大多波長光。然後，通過第七WDM耦合 器(WDM7),光隔離器(IS09)和光分支耦合器(BS8)輸出第六EDF (EDF4 (b))放大的多波長光。第七光監測器(PD7)和第八光監測器(PD8)分別監測第七光分支 耦合器(BS7)和第八光分支耦合器(BS8)分出的相應分支光，並基於 監測結果，通過控制來自泵浦光源(Pump5-8)泵浦光的光功率和波長， 調整末級(第四級)光放大器的增益。如上所述,通過設計該實施例的ib故大器可以避免偏差的發生，因此， 光放大媒體中的泵浦光有效長度大於預定值，或光放大媒體輸出端處的 反轉粒子數比率大於預定值。在以上的實施例中，我們描述當輸入多波長光中短波長區上信號光的 一種狀態轉變到切斷信號光的另一種狀態時發生偏差，然而，當短波長區上信號光的功率減小時也可以發生類似的偏差。在這種情況下，該實 施例的光放大器可以有效地避免偏差的發生。此處，輸入到光放大媒體 的短波長區上信號光功率大大減小的一種狀態可以看成是基本上切斷信 號光的一種狀態。在以上的實施例中，主，設輸出光功率的偏差應當等於零的狀態， 我們確定光放大器設計中所用泵浦光有效長度的參考值或光放大媒體輸 出端處反轉粒子數比率的參考值，然而，本發明不限制於這種方法。例 如，可以按照以下方法確定泵浦光有效長度或反轉粒子數比率，允"^午特 定的偏差以避免噪聲特性的退化。此外，在以上的實施例中，我們集中討論切斷多波長光中短波長區上的信號光時，長波長區上的信號光功率減小的現象；本發明不限制於這 種現象。具體地說，本發明也可應用於避免這樣一種現象，當切斷多波 長光中任何波長的信號光時，其他信號光的功率發生變化。此外，雖然M大媒體的基質玻璃不僅可以使用石英類型，也可以使 用氟化物類型，碲化物類型，鉍類型，磷酸類型和矽酸鹽類型，等等， 但是從高增益，低噪聲，可靠性和實用性的觀點進行綜合比較，當前的 石英類型是最合適的。雖然添加到光纖中的材料不僅是鉺，也可以使用 鐠等材料，但從上述的觀點進行綜合比較，鉺是最合適的。按照本發明，由於在放大多波長光的光放大器中，正確設計M大媒 體中的泵浦光有效長度或光放大媒體輸出端的反轉粒子數比率，即使切 斷多波長光中的部分光，剩餘光的輸出功率並沒有減小或^減小。所 以，在接iJUU^大器輸出的多波長光的接收機中，可以^傳,差。
權利要求
1.一种放大波分復用光的光放大器，包括用作放大波分復用光的光放大媒體的光纖；產生泵浦光的泵浦光源；從泵浦光中產生第一分支泵浦光和第二分支泵浦光的分光器；和光器件，它將第一分支泵浦光引導到所述光纖，將第二分支泵浦光引導到與所述光放大器的輸入側相連的傳輸線。
2. 如權利要求l所述的光放大器，其中， 所述光纖包括放大第一波段中的光的第一光纖和放大第二波段中的光的第二光纖，所述泵浦光的波長滿足該泵浦光在第一光纖中放大第一波段中的 光，在所述傳輸線中放大第二波段中的光。
3. 如權利要求2所述的光放大器，還包括去復用器，它將來自所述傳輸線的信號光解復用成第一波段中的光 和第二波段中的光，並將第一和第二波段中的光分別引導到所述第一 和第二光纖；和復用器，它復用經所述第一光纖放大的光和經所述第二光纖放大的光。
4. 如權利要求l所述的光放大器，其中，所述泵浦光的波長滿足該泵浦光在所述光纖中放大第一波段中的 光，在所述傳輸線中放大第二波段中的光。
5. 如權利要求l所述的光放大器，還包括 監視所述光纖的輸出的監視單元；和基於所述監視單元的結果來控制第一和第二分支泵浦光的功率的 控制器。
6. 如權利要求5所述的光放大器，其中，所述光纖包括放大第一波段中的光的第一光纖和放大第二波段中 的光的第二光纖，所述控制器基於所述監視單元的結果來控制第二光纖的泵浦功率。
全文摘要
本發明提供了一种放大波分復用光的光放大器，包括用作放大波分復用光的光放大媒體的光纖；產生泵浦光的泵浦光源；從泵浦光中產生第一分支泵浦光和第二分支泵浦光的分光器；和光器件，它將第一分支泵浦光引導到所述光纖，將第二分支泵浦光引導到與所述光放大器的輸入側相連的傳輸線。由於EDFA和喇曼放大共享一個泵浦光源，所以可實現光放大器的小型化，並可降低元件成本。
文檔編號H01S3/00GK101242072SQ200810003258
公開日2008年8月13日 申請日期2002年2月28日 優先權日2001年6月14日
發明者宿南宣文, 尾中美紀, 林悅子, 渡邊學, 菅谷靖 申請人:富士通株式會社