專利名稱：使用同步基準濾光器的光纖放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于遠距離光傳輸系統(tǒng)和光網(wǎng)絡(luò)的光放大器，特別是涉及一種光纖放大器。
摻有鉺的光纖放大器(EDFA)可放大1.5μm頻帶的光信號，這屬于光纖的低損失范圍，由于具有這一特征，該放大器廣泛用于光通信系統(tǒng)。具體說，EDFA既有高增益又有低雜波數(shù)值(NF)，在遠距離光傳輸系統(tǒng)中可增長放大器之間的距離，在光網(wǎng)絡(luò)中可補償交換損失和分配損失。因此，EDFA是實現(xiàn)經(jīng)濟有效的光通信系統(tǒng)的基本元件。
然而，通用的EDFA為單級結(jié)構(gòu)，由于摻有鉺的光纖的特性，很難將其制成既有高增益又有低雜波數(shù)值的元件。因此，進行了多級EDFA的研究，使之既有高增益又有低雜波數(shù)值。
在一種光通信系統(tǒng)中，將多級放大器制成使其第一級具有低雜波數(shù)值，其后的級具有高增益和高輸出功率。另外，為了增加泵激激光器的效率，該多級放大器要包括光隔離器、帶通濾光器、光循環(huán)器、泵激反射器和級間衰減器，以降A(chǔ)SE(放大的自發(fā)射)雜波。
但是，在包括帶通濾光器以提高放大器效率的常規(guī)光纖放大器中，放大器的增益帶寬受到帶通濾光器帶寬的限制。
本發(fā)明的目的在于提供一種光纖放大器，該放大器具有高增益、高輸出功率和低雜波數(shù)值，但其增益帶寬不受上述限制。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種多級光纖放大器，該放大器包括至少兩級的級聯(lián)光纖放大器。在光纖放大器之間插入同步基準濾光器。該基準濾光器具有與使用光纖放大器的WDM(波長分多路)系統(tǒng)的標準頻率相匹配的諧振頻率。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行更詳細的描述，由此可更清楚了解本發(fā)明的上述和其他目的、特點及優(yōu)點。
圖1是本發(fā)明一實施例的具有同步基準濾光器的兩級光纖放大器的示意方框圖；圖2是圖1中基準濾光器(3)的傳輸特性曲線圖；圖3是光纖放大器中輸出功率和雜波數(shù)值隨輸入功率變化的曲線圖；圖4是光纖放大器中相對于一個WDM輸入信號的輸出頻譜；圖5是輸出功率隨WDM輸入功率變化的曲線圖；圖6是在新的光纖放大器中測出的位錯率相對于所接收功率的關(guān)系圖；圖7是本發(fā)明一實施例的具有同步基準濾光器的雙向光纖放大器的示意方框圖。
圖1示出本發(fā)明一實施例的具有同步基準濾光器的兩級光纖放大器的方框圖。圖1中，輸入光信號經(jīng)光隔離器6加到WDM(波長分多路)耦合器1上。WDM耦合器1將來自光隔離器6的光信號WDM耦合到一個泵激激光器上，并將WDM耦合后的光信號提供給EDFA2。其中，用到波長為980nm的泵激激光器。不過，有時也用波長為1480nm的泵激激光器。EDFA2將WDM耦合器1的輸出信號放大到適當大小以便傳送。一個基準濾光器3經(jīng)光隔離器7連到EDFA2的輸出端，用于對EDFA2的輸出信號濾光。對于基準濾光器3，用到一個同步基準濾光器，它具有與WDM信號的工作頻率相匹配的諧振頻率。
一種固態(tài)基準濾光器在一特定的FSR(Tree-Spectral-Range，自由頻譜范圍)的各間隔處具有周期性的諧振頻率。此固態(tài)基準濾光器具有與標準頻率相匹配的諧振頻率，稱之為“同步基準濾光器”。因此，用于本發(fā)明的同步基準濾光器3具有與標準頻率相匹配的通頻帶。于是，可用具有與標準頻率匹配的通頻帶的同步基準濾光器3對EDFA2的輸出信號濾光。
通過在兩個DEFA2之間，也就是DEFA2與EDFA5之間，插入同步基準濾光器3，就可降低ASE雜波，從而提供一種改進了的光纖放大器。再有，用了同步基準濾光器3的EDFA也可用于WDM系統(tǒng)。該WDM系統(tǒng)通過光纜傳送具有不同波長的激光，從而最大限度地提高了光通信系統(tǒng)的能力。
為了保障WDM系統(tǒng)的可靠性和便于維修WDM系統(tǒng)，作為各信道光源的激光器應(yīng)精確地以ITU(國際電信聯(lián)盟)所規(guī)定的標準頻率工作。所述同步基準濾光器3的諧振頻率則可通過相當簡單的方法與ITU規(guī)定的標準頻率相匹配。
因此，在有穩(wěn)定波長的WDM系統(tǒng)中，按照濾光器的傳輸特性，通過使各激光器的頻率與EDFA中基準濾光器3的諧振頻率匹配，可以無損失地讓信號通過，并可降低ASE雜波。用了同步基準濾光器3的EDFA與用帶通濾光器的現(xiàn)有EDFA相比，可改進性能而又不限制增益帶寬。
基準濾光器3的輸出信號加到WDM耦合器4上，并且WDM耦合到波長為980nm的泵激激光器。EDFA5將WDM耦合器4的輸出信號放大到適當大小以便傳送。EDFA5的輸出信號經(jīng)過光隔離器8發(fā)送出去。
如上所述，所提出的新的光纖放大器具有兩級結(jié)構(gòu)。在該實施例中，第一級的EDF(摻有鉺的光纖)長度為14m，第二極的EDF長度為22m。每一級的輸入信號由波長為980nm的泵激激光器向前泵激到30mW。
通過在第一和第二級之間插入同步基準濾光器3和光隔離器7，降低了ASE雜波，從而改進了放大器。將光隔離器插入光纖放大器以消除往回傳送的ASE雜波的方法是廣泛采用的。配置在基準濾光器3前面的光隔離器7不僅消除了往回傳送的ASE雜波，也防止了濾光器的反射?；鶞蕿V光器3配置在光隔離器7的后面，可降低按照濾光器的傳輸特性而在第一級中產(chǎn)生的ASE雜波。
如果用這種方式降低第一級光纖放大器中產(chǎn)生的ASE雜波，則在放大信號方面可更有效地使用第二級的泵激激光器，因而能改進光纖放大器的性能。
圖2示出同步基準濾光器3的傳輸特性曲線。如上所述，圖2表示出諧振頻率具有規(guī)則的FSR的間隔。通過使諧振頻率與激光器的標準頻率匹配，這些諧振頻率可容易地用于穩(wěn)定的WDM系統(tǒng)。也就是，按照傳輸特性，同步基準濾光器3讓具有與通頻帶匹配的頻率的WDM信號通過，而除去ASE雜波。用于本發(fā)明的基準濾光器3具有100GHz的RSF(諧振頻率)、約為5的精度和2.4dB的插入損失。
圖3示出光纖放大器中輸出功率和雜波數(shù)值隨輸入功率變化的情況，其中由“●”代表的曲線示出級間既用光隔離器7又用基準濾光器3的新的光纖放大器的性能；由“▲”代表的曲線示出級間僅用光隔離器7的常規(guī)光纖放大器的性能；而“■”代表的曲線示出級間僅用基準濾光器3的常規(guī)光纖放大器的性能。也就是，圖3示出對于上述三種情況通過改變光纖放大器的輸入光信號的功率所測得的輸出功率和雜波數(shù)值。其中，輸入光信號的波長為1549.1nm。對于-40 dBm的輸入信號，對于所提出的新的光纖放大器，測得有小信號增益和雜波數(shù)值，分別為42.1dB和3.8dB。此外，在圖3中，上面三條曲線示出輸出功率與輸入功率的關(guān)系，下面三條曲線示出輸出雜波數(shù)值。
從以上所述可以了解，新的光纖放大器具有比只用光隔離器的光放大器分別高3.2dB和0.6dB的小信號增益和雜波數(shù)值。動態(tài)范圍，即表示光纖放大器的性能參數(shù)之一，示出光纖放大器的輸出功率按照輸入功率的變化，并受到輸入功率的限定，其中飽和輸出功率減小了3dB。具有寬動態(tài)范圍的光纖放大器即使輸入功率變化也可提供恒定的輸出功率，因而改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
可以了解，本發(fā)明的光纖放大器的動態(tài)范圍比其他的常規(guī)光纖放大器改善了約5dB。另外，本發(fā)明的光纖放大器的飽和輸出功率為13.5dBm，這比只用光隔離器的光纖放大器小很多。也就是，即使在光纖放大器之間插入同步基準濾光器3，其輸出功率也不降低。只用同步基準濾光器3的光纖放大器具有比只用光隔離器的光纖放大器分別低3.2dB和1.4dB的小信號增益和雜波數(shù)值，這是因為剩余的往回傳送的ASE雜波降低(或消除)了第一級光纖放大器中鉺密度的變化所致。
但是，當輸入光信號例如高于-20dBm時，ASE雜波被信號本身消除，從而可降低往回傳送的ASE雜波對性能的影響。因此，按照使用情況，可以用同步基準濾光器3代替一個光隔離器來制成兩級光纖放大器。
圖4示出新的光纖放大器中相對于WDM信號的輸出頻譜。圖4中，“5dB/D”表示每刻度標記的強度是5dB，而“Res 0.2nm”表示測量儀器的分辨度設(shè)定為0.2nm。另外，圖4示出WDM信號的波長為1549.1nm、1550.7nm、1552.3nm和1553.9nm，而各信道之間的間隙為200GHz。WDM信號的這些波長很好地與同步基準濾光器3的諧振頻率相匹配。當WDM輸入光信號對于各信道為-22dBm時，各信道的輸出功率都為6.90.2dBm。此外，可以看出，ASE雜波是靠同步基準濾光器的傳輸特性消除的。
圖5示出對于本發(fā)明的光纖放大器和僅用光隔離器的常規(guī)光纖放大器的輸出功率隨WDM輸入信號功率變化的情況。圖5中，WDM信號的波長為1549.1nm、1550.7nm、1552.3nm和1553.9nm，由點劃線畫出的曲線表示本發(fā)明的光纖放大器的輸出功率，而由實線畫出的曲線表示只用光隔離器的常規(guī)光纖放大器的輸出功率。從圖5中可以了解，當每信道輸入功率從-42dBm變?yōu)?17dBm時，本發(fā)明光纖放大器的動態(tài)范圍(-20dB)比只用光隔離器的常規(guī)光纖放大器的動態(tài)范圍(～15dB)改善約5dB。此外，對于輸入功率在-42dBm和-17dBm之間的變化，本發(fā)明的光纖放大器的最大功率變化為0.8dB，小于只用光隔離器的常規(guī)光纖放大器的1.4dB的最大功率變化。由上述結(jié)果可知，本發(fā)明的光纖放大器適用于WDM系統(tǒng)。
同時，用于本發(fā)明光纖放大器的同步基準濾光器3有3dB 20GHz的帶寬，對于傳送2.5Gb/s的信號來說是足夠?qū)挼?。因此，如果WDM信號的波長與濾光器的諧振頻率匹配得很好，則由于濾光器造成的接收靈敏度的損失可以忽略。為證實這一點，曾測量過本發(fā)明光纖放大器的性能。測量中，用一個LiNbO3調(diào)制器同時調(diào)制四個WDM光源，然后通過一條13Km長的單模光纖發(fā)送。用本發(fā)明的光纖放大器放大信號，然后在衰減后用帶通濾光器進行解調(diào)。通過一個APD(雪崩發(fā)光二極管)接收解調(diào)后的信號，并對接收的解調(diào)信號測量其位錯率(BER)。
圖6示出新的光纖放大器的測出的位錯率相對于接收功率的關(guān)系，其中WDM信號的波長為1549.1nm、1550.7nm、1552.3nm和1553.9nm。在位錯率為10-9處測得的四個信道的接收靈敏度為-340.1dBm。從圖6可看出，在本發(fā)明的光纖放大器中，由濾光器造成的接收靈敏度的損失可以忽略。
在遠距離傳輸系統(tǒng)或光網(wǎng)絡(luò)中使用幾個本發(fā)明的光纖放大器時，濾光器的當量帶寬明顯減小。因此，濾光器應(yīng)制成有3dB的帶寬使其寬度足夠。例如，如果假設(shè)，為了無損失地傳送2.5Gb/s的光信號而要求有10GHz的約四倍的當量帶寬，則用于本發(fā)明光纖放大器中的濾光器的帶寬應(yīng)寬于37GHz，以便使用十個本發(fā)明的光纖放大器。但是，由于濾光器的帶寬與小信號增益成反比，因此對系統(tǒng)使用者來說最重要的是要按照使用目的來確定最佳的3dB帶寬。
圖7示出本發(fā)明一個實施例的使用同步基準濾光器的雙向光纖放大器的示意方框圖。由于光信號在雙向光纖放大器中雙向傳送，因而不可使用光隔離器。因此，放大器的增益受到由回傳的雷利散射和反射產(chǎn)生的往回傳送的信號的限制，并且相位雜波轉(zhuǎn)變?yōu)閺姸入s波，從而使接收靈敏度受到損失。為防止這一點，常規(guī)的方法是，利用光循環(huán)器12和15將光路分開，使光信號在相反方向傳送，并且在各分路中使用一個光隔離器或光柵。
但是，如圖7所示，也可以用同步基準濾光器13和14來消除回傳信號。也就是，對不同光路中使用的基準濾光器13和14的諧振頻率進行不同的調(diào)整，使某一方向傳送的信號可以通過，而另一方向傳送的信號被消除。例如，可以用基準濾光器13和14消除回傳信號，濾光器13只允許通過某一方向上的頻率f1和f3，而濾光器14只允許通過另一方向上的頻率f2和f4。
如上所述，本發(fā)明的使用同步基準濾光器的新的光纖放大器具有高增益、高輸出功率和低雜波數(shù)值，但沒有限制增益帶寬。因此，該新的光纖放大器可廣泛用于WDM系統(tǒng)中。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在看過以上參照特定最佳實施例對本發(fā)明所作的說明之后將會了解，其中可以做各種形式上和細節(jié)上的變化而不違背本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書決定。
權(quán)利要求
1．一種多級光纖放大器，包括至少兩級的級聯(lián)光纖放大器；和插在光纖放大器之間的同步基準濾光器。
2．如權(quán)利要求1所述的多級光纖放大器，其特征在于，所述基準濾光器具有與使用光纖放大器的WDM系統(tǒng)的標準頻率相匹配的諧振頻率。
3．一種兩級光纖放大器，包括第一光隔離器，與一輸入光信號耦合；第一WDM耦合器，用于將第一光隔離器輸出的光信號WDM耦合到一個泵激激光器上；第一摻有鉺的光纖放大器(EDFA)，用于放大第一WDM耦合器的輸出信號；第二光隔離器，與第一EDFA的輸出耦合；同步基準濾光器，用于使來自第二光隔離器的波長分多路轉(zhuǎn)換信號通過，并消除ASE雜波；第二WDM耦合器，用于將同步基準濾光器輸出的光信號WDM耦合到一個泵激激光器上；第二EDFA，用于放大第二WDM耦合器的輸出信號；和第三光隔離器，與第二EDFA的輸出耦合。
4．一種雙向光纖放大器，包括第一和第二光纖放大器，用于分別放大在相反方向傳送的第一和第二光信號，所述第一和第二光信號具有不同的頻率；第一和第二光循環(huán)器，耦合在第一和第二光纖放大器之間，用于分出供第一光信號用的第一光路和供第二光信號用的第二光路，以及第一和第二基準濾光器，分別設(shè)在第一和第二光路中，用于選擇性地讓某一方向傳送的光信號通過而消除另一方向傳送的光信號。
全文摘要
一種多級光纖放大器,具有高增益、高輸出功率和低雜波數(shù)值,但不限制增益帶寬。該多級光纖放大器包括至少兩級的級聯(lián)光纖放大器。在光纖放大器之間插入一個同步基準濾光器,該基準濾光器具有與使用光纖放大器的WDM(波長分多路)系統(tǒng)的標準頻率相匹配的諧振頻率。
文檔編號H01S3/16GK1219790SQ9812602
公開日1999年6月16日 申請日期1998年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月10日
發(fā)明者鄭允喆, 金哲漢 申請人:三星電子株式會社