專利名稱：光放大裝置、拉曼放大器、光波分復用傳輸系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學放大裝置、拉曼放大器、光學波分多路復用傳輸系統(tǒng)以及光學波分多路復用傳輸方法，更具體來說，涉及一種有效地應用于通過將波分多路復用應用于具有大量波長等的信號光來遠距離傳輸數(shù)據(jù)的光學傳輸技術的技術。
背景技術：
近來的光通信技術中，廣泛使用用于通過將波分多路復用應用于各具有不同波長的多段信號光來遠距離傳輸數(shù)據(jù)的波分多路復用技術。
傳統(tǒng)上，已通過以下步驟來實現(xiàn)了遠程傳輸輸入具有與信號光波長向短波長側(cè)偏移約100nm的波長的激發(fā)信號光，并且將用于對傳輸?shù)亩喽涡盘柟膺M行放大的拉曼放大器與摻餌光纖放大器(Erbium-dopedfiber amplifier)(EDFA)通過傳輸線光纖中的非線性效應(拉曼效應)的進行組合，以抑制由于傳輸線光纖導致的信號光功率衰減并實現(xiàn)遠程傳輸。
在所述拉曼放大器中，盡管傳輸線光纖中所產(chǎn)生的放大自發(fā)拉曼散射(ASS)光的量必須基于由光功率監(jiān)測單元所監(jiān)測的激發(fā)光的輸出量來進行估算以進行控制，如總功率控制、對由EDFA所產(chǎn)生的放大自發(fā)發(fā)射(ASE)噪聲(由于將部分自發(fā)發(fā)射光與光纖的基本模式進行組合，并通過誘導發(fā)射(induced emission)來對其進一步放大而產(chǎn)生的噪聲光)的校正、對信號中斷等的檢測，然而所述量是基于對特定光纖的測量數(shù)據(jù)來確定的。
ASS是由拉曼放大產(chǎn)生的噪聲光，并且其是通過在未輸入信號光的狀態(tài)下僅將拉曼激發(fā)光輸入放大介質(zhì)(傳輸線光纖)而產(chǎn)生的。這通常稱為由泵浦光(pump light)等導致的“拉曼散射光”。
在這種情況下，即使傳輸線光纖的類型相同，傳輸線的初始測量數(shù)據(jù)的狀態(tài)(損耗系數(shù)、局部損耗等)通常與實際傳輸線的也不同。因此，對于在只利用了波長數(shù)比可被多路復用的額定波長數(shù)更少的一部分信號光時的小波長數(shù)的情況，有時激發(fā)LD的輸出控制是在ASS光的產(chǎn)生量與信號光電平相比不足夠小的情況下進行的。因此，主信號中斷的檢測準確度和總功率控制的準確度已被顯著地劣化了。
具體來說，如圖1的左側(cè)所示，在大波長數(shù)的情況下，噪聲光(ASE+ASS)電平與信號光總電平之比很小，相應地，可以將由信號光的電平檢測導致的各種控制誤差抑制在低水平。但是，在僅利用了一部分信號光時的小波長數(shù)的情況下，如圖1的右側(cè)所示，噪聲光電平與信號光總電平之比變大了，從而變得難以控制由根據(jù)信號光閾值的電平確定所產(chǎn)生的誤差。
因此，如ASS等的噪聲光的量變得比用于信號中斷檢測的閾值更大，并且信號中斷檢測閾值的靈敏度對操作狀態(tài)的依賴性很低。因此，即使信號光的輸入被傳輸線光纖等的斷開所中斷，噪聲光的量也不會降得低于所述閾值，從而，有時不能檢測到信號中斷，所以不能完成激發(fā)光輸出的自動功率關斷。
專利文獻1公開了這樣一種技術，即，其用于通過將由吸收等于或低于規(guī)定光強電平的輸入光而透射高于所述規(guī)定光強電平的輸入光的物質(zhì)組成的過飽和吸收器用作濾光器，來消除自發(fā)發(fā)射光的噪聲。但是，在此情況下，由于除了安裝放大器，還必須安裝濾光器，所以結(jié)構(gòu)變得復雜。
專利文獻2公開了這樣一種技術，即，其用于通過對球體進行積分、由光檢測器來檢測積分值、并將該值用于摻稀土光纖放大器中的增益控制，來捕獲從摻稀土光纖泄漏出去的自發(fā)發(fā)射光。但是，在專利文獻2中，未認識到在自發(fā)發(fā)射光與多段信號光相互混合的情況下的上述問題。
專利文獻1日本專利特開平No.11-168431專利文獻2日本專利No.2648643

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種在用于波分多路復用通信的光學傳輸線中，能夠在不受待用波長數(shù)的增加/減少的情況下準確地檢測到信號光的中斷的放大技術。
本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠基于信號光的電平確定來精確地執(zhí)行各種控制的放大技術。
本發(fā)明的第一方面是一種置于光學傳輸線中的光學放大裝置，所述光學傳輸線用于傳輸各具有不同波長的多段信號光。該光學放大裝置包括置于所述光學傳輸線中的第一光學放大器；光功率監(jiān)測單元，置于第一光學放大器的下游，以便控制第一光學放大器；以及第二光學放大器，布置在第一光學放大器與光功率監(jiān)測單元之間，能夠可變地控制光的放大帶和吸收帶。
本發(fā)明的第二方面是一種置于光學傳輸線中的拉曼放大器，所述光學傳輸線用于傳輸各具有不同波長的多段信號光。該拉曼放大器包括置于多路復用單元與光功率監(jiān)測單元之間的半導體光學放大器，所述多路復用單元用于將激發(fā)光輸入到所述光學傳輸線中，所述光功率監(jiān)測單元置于所述多路復用單元的下游，以便控制所述拉曼放大器。
本發(fā)明的第三方面是一種光學波分多路復用傳輸系統(tǒng)。該光學波分多路復用傳輸系統(tǒng)包括光學傳輸線，用于傳輸信號光；多路復用單元，用于對各具有不同波長的多段信號光進行合成，并將所述信號光輸入到所述光學傳輸線；多路分解單元，用于對來自所述光學傳輸線的各具有不同波長的多段信號光進行多路分解和提??；以及光學放大裝置，設置在所述光學傳輸線中，用于對所述信號光進行放大。所述光學放大裝置包括布置在所述光學傳輸線中的第一光學放大器；光功率監(jiān)測單元，布置在第一光學放大器的下游以控制第一光學放大器；以及第二光學放大器，布置在第一光學放大器與光功率監(jiān)測單元之間，能夠可變地控制光的放大帶和吸收帶的。
本發(fā)明的第四方面是一種光學波分多路復用傳輸方法，其用于將一拉曼放大器布置在用于傳輸各具有不同波長的多段信號光的光學傳輸線中。該光學波分多路復用傳輸方法包括以下步驟將一半導體光學放大器布置在用于將拉曼激發(fā)光輸入到所述光學傳輸線的多路復用單元與光功率監(jiān)測單元之間，并根據(jù)待用信號光的數(shù)目的增加/減少，由所述半導體光學放大器吸收在待用信號光的波帶之外的光。
本發(fā)明的第五方面是一種拉曼放大器。在該拉曼放大器中，一半導體光學放大器布置在用于將拉曼激發(fā)光輸入到用于傳輸多段信號光的光學傳輸線的多路復用單元，與光功率監(jiān)測單元以及摻稀土光纖放大器之間。
根據(jù)上述本發(fā)明，可根據(jù)待用波長數(shù)的增加/減少，消除掉在與相關波長數(shù)對應的信號光的波帶外的波長范圍內(nèi)的噪聲光。由此，若利用很小的信號光波長數(shù)來操作波分多路復用通信，則確保了避免以下事實由于信號光被淹沒在噪聲光如ASS、ASE等中，所以信號光的電平不能由一閾值來確定。
結(jié)果，可在不受待用波長數(shù)的增加/減少的情況下，準確地檢測到信號光的中斷。


圖1說明了傳統(tǒng)光學波分多路復用傳輸系統(tǒng)的問題；圖2示出了本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中的光學放大裝置的一個基本構(gòu)成；圖3示出了包括本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中的光學放大裝置在內(nèi)的光學波分多路復用傳輸系統(tǒng)的一個基本構(gòu)成；圖4是示出構(gòu)成本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中的光學放大裝置的半導體光學放大器的基本截面圖；圖5是示出構(gòu)成本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中的光學放大裝置的半導體光學放大器的特性的圖；圖6說明了由構(gòu)成本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中的光學放大裝置的半導體光學放大器來吸收光噪聲一個示例；圖7A說明了構(gòu)成本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中的光學放大裝置的半導體光學放大器在小波長數(shù)的情況下的一個功能；圖7B說明了構(gòu)成本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中的光學放大裝置的半導體光學放大器在大波長數(shù)情況下的一個功能示例；圖8是示出本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中的光學放大裝置的一個功能示例的流程圖；圖9說明了本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中的光學放大裝置的中斷檢測一個功能示例；圖10示出了本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中的另一光學放大裝置的構(gòu)成；圖11說明了構(gòu)成本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中的光學放大裝置的另一結(jié)構(gòu)的半導體放大器的一個功能示例；圖12是示出構(gòu)成本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中的光學放大裝置的另一結(jié)構(gòu)的半導體放大器的一個功能示例的圖；圖13是示出構(gòu)成本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中的光學放大裝置的另一結(jié)構(gòu)的半導體放大器的一個功能示例的流程圖；圖14是示出構(gòu)成本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中的光學放大裝置的另一結(jié)構(gòu)的半導體光學放大器的一個示例的截面圖；圖15是示出構(gòu)成本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中的光學放大裝置的另一結(jié)構(gòu)的半導體光學放大器的一個功能示例的圖；以及圖16是示出構(gòu)成本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中的光學放大裝置的另一結(jié)構(gòu)的半導體光學放大器的一個功能示例的圖。
具體實施例方式
以下參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細描述。
圖2示出了本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中的光學放大裝置的一個基本結(jié)構(gòu)。圖3示出了包括本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中的光學放大裝置在內(nèi)的光學波分多路復用傳輸系統(tǒng)的一個基本結(jié)構(gòu)。
如圖3中所示，該優(yōu)選實施例中的光學波分多路復用傳輸系統(tǒng)100包括電/光轉(zhuǎn)換器101，用于將包含傳輸信息的電信號轉(zhuǎn)換為各具有不同波長的多個光信號107a；光學多路復用器102，用于將各具有不同波長的多個光信號107a多路復用為波分多路復用信號光107；光學傳輸線104，其由用于傳輸該波分多路復用信號光107的多條光纖組成；發(fā)送源放大器103，用于對波分多路復用信號光107進行放大并向光學傳輸線104發(fā)送該信號光；光學多路分解器105，其布置在波分多路復用信號光107的接收側(cè)，用于將波分多路復用信號光107多路分解并提取為多個原始光信號107a；以及光/電轉(zhuǎn)換器106，用于將各個經(jīng)多路分解的光信號107a轉(zhuǎn)換為電信號。
在用于對波分多路復用信號光107進行傳輸?shù)墓鈱W傳輸線104的中間，設有一個或更多個光學放大裝置108，以對在傳輸過程中衰減的波分多路復用信號光107進行放大。
假定要由光學多路復用器102多路復用的波長的最大數(shù)目(光信號107a的數(shù)目)是K。在此情況下，例如，如果帶寬需求小，(在小波長數(shù)的情況下)有時只利用了光信號107a的短波長側(cè)的部分波長(S個波長)，而沒有利用全部K個光信號107a。
在此情況下，由于發(fā)送源放大器103和布置在光學傳輸線104中的光學放大裝置108各自的放大特性被設置得對覆蓋全部K個光信號107a的波段中的信號進行放大，所以在該寬波段中產(chǎn)生了噪聲光，如ASE、ASS等。因此，如果只利用K個波長中的部分S個波長，則噪聲光量與波分多路復用信號光107量相比就變得相對較大，因此，有時難以基于通過波分多路復用信號光107量的閾值的電平確定來檢測中斷。
具體來說，若假設在不受噪聲光影響的情況下可檢測到中斷的臨界波長數(shù)為可檢測中斷波長數(shù)m，則在S＜m的情況下，就難以在不經(jīng)任何處理的情況下檢測出中斷。因此，本優(yōu)選實施例中，可如下地解決此問題。
如圖3中所示，每個光學放大裝置108包括拉曼放大器10(第一光學放大器)；以及設備控制單元40，用于對布置在拉曼放大器10之后的EDFA單元20和整個系統(tǒng)進行控制。設備控制單元40中設有這些信息，如要由光學多路復用器102來多路復用的最大波長數(shù)K(光信號107a的數(shù)目)；實際利用的波長數(shù)S(光信號107a的數(shù)目)；可檢測中斷波長數(shù)m等，其為在不受噪聲光影響的情況下可檢測到中斷的臨界波長數(shù)。
拉曼放大器10包括多路復用器11，設在光學傳輸線104中；激發(fā)光源(激發(fā)LD塊)12，其由用于在與波分多路復用信號光107在光學傳輸線104中經(jīng)由該多路復用器11的傳輸方向相反的方向上來發(fā)送激發(fā)光11a的激光二極管等組成；拉曼放大控制單元13，用于控制該激發(fā)光源12；多路分解器14，用于對來自光學傳輸線104的波分多路復用信號光107的一部分進行多路分解和提取；以及光功率監(jiān)測單元15，用于對由該多路分解器14所多路分解的波分多路復用信號光107的量進行檢測，并將中斷檢測信號15a輸出到拉曼放大控制單元13和后面描述的EDFA控制單元22。
然后，通過將構(gòu)成用于對波分多路復用信號光107進行傳輸?shù)墓鈱W傳輸線104的光纖用作放大介質(zhì)，可以放大包括至少一個光信號107a的波分多路復用信號光107。具體來說，本優(yōu)選實施例的拉曼放大器10放大了在傳輸過程中衰減了的波分多路復用信號光107，并將所述光恢復到后面描述的EDFA單元20的動態(tài)范圍內(nèi)的信號電平。
EDFA單元20例如包括EDFA(摻餌光纖放大器)21，其利用了摻有特定稀土元素(例如餌)的光纖；EDFA控制單元22，用于控制該EDFA21等的激發(fā)光；以及光譜分析器23，用于將諸如待放大的波分多路復用信號光107中包含的光譜、光SN比(信號光與ASS+ASE之比)等信息輸出到拉曼放大控制單元13。
然后，若光功率監(jiān)測單元15檢測到波分多路復用信號光107的量降得低于規(guī)定閾值，則確定例如光學傳輸線斷開了并且由于某種原因而斷開了連接，并將中斷檢測信號15a輸出到拉曼放大控制單元13和EDFA控制單元22。在該情況下，拉曼放大控制單元13停止向光學傳輸線104輸出激發(fā)光12a，而EDFA控制單元22停止在EDFA 21中輸出激發(fā)光12a。
在具有本優(yōu)選實施例的上述結(jié)構(gòu)的光學放大裝置108中，在拉曼放大器10的多路復用器11與多路分解器14之間設有半導體光學放大器30(第二光學放大器)，其由具有對經(jīng)由光學傳輸線104傳輸?shù)墓膺M行放大/吸收的功能的半導體光學放大器單元31組成；以及半導體光學放大控制單元32，用于控制該半導體光學放大器單元31。
如圖4中所示，半導體光學放大器單元31例如包括由半導體制成的有源層31 P型半導體 31b和N型半導體層31c，其被布置得夾著有源層31a； 及用于輸入 流的電極31d。
具體來 對于該半 體光學放大器單元31，可使用這樣一種InGaAsP雙 ouble hete )型半導體激光二極管，即，其端面(有源層31a、P型 導體層31b 極N型半導體層31c的相應部分)上覆有無反射膜，從 效地從其 除了反射鏡功能。
如果當 光輸入有源層31a時未輸入電流(斷態(tài))，那么價帶中的電子將吸收光 躍遷到導帶(吸收)。如果具有與禁帶寬等值能量的光在所述價帶中 子鄰近經(jīng)過，那么所述電子躍遷到所述價帶，并也發(fā)射出頻率、相 方向與輸入光相同的光(誘導發(fā)射)。在半導體光學放大器單元31中 可形成 結(jié)，可由電流輸入(通態(tài))產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)(具有高載流子 (的狀態(tài))，并可放大輸入光(波分多路復用信號光107)(誘導發(fā)射圖5是 出該半導體光學放大器單元31的特性的圖。半導體光學放大器單元31 吸收區(qū)和增益區(qū)可由輸入電流(控制電流32a)的通/斷來切換。
具體來 ，如圖5中所示，當未輸入電流時，半導體光學放大器單元31(SOA 吸收輸入光(斷態(tài))。當輸入電流時，半導體光學放大器單元31由于輸入電流而產(chǎn)生增益(對輸入信號光的光增益)(通態(tài))。
在該情況下，如圖6中所示，半導體光學放大器單元31的吸收特性的波長范圍的下限λmin被設置在部分利用的波分多路復用信號光107(光信號107a)的波長范圍的長波長側(cè)附近。因此，部分利用的光信號107a始終不受所述吸收特性的影響。
對于通過在半導體光學放大器中輸入電流來對放大/吸收特性進行的控制，可參閱如“Semiconductor Photonics Engineering”by Ikegami，Tsuchiya and Mikami，pp 442(Corona Corporation)或“Design andPerformance of Monolithic LD Optical Matrix Switches”by S.Oku etal.，Photon，Switching’90，Tech.Dig.，13C-17(1990)等。
由于半導體光學放大控制單元32基于來自設備控制單元40的波長數(shù)信息(有關實際使用的波長數(shù)的信息)來控制控制電流32a，使得半導體光學放大器單元31可在小波長數(shù)的情況下呈現(xiàn)出如圖6中所示的增益/吸收特性，因此具有如圖2中所示結(jié)構(gòu)的光學放大裝置108減少了噪聲光分量，如ASS光、ASE光等，改變了小波長數(shù)情況下的信號光與噪聲光之比，并且當信號被中斷時光功率監(jiān)測單元15確保能監(jiān)測到對中斷的檢測。
下面參照圖8中所示的流程圖等對該優(yōu)選實施例的一個功能示例進行描述。
首先，在光學波分多路復用傳輸系統(tǒng)100進行操作之前，確定了根據(jù)光學多路復用器102和光學多路分解器105的相應機械特性可以使用的光信號107a的最大數(shù)(K)中的光信號的數(shù)目，并將該值作為波長數(shù)信息設置在設備控制單元40中。
然后，每個光學放大裝置108從設備控制單元40讀取關于波長數(shù)S的信息(步驟201)。若波長數(shù)S小于可檢測中斷波長數(shù)m，則切斷半導體光學放大器30到半導體光學放大器單元31的電流輸入(步驟207)，并且，如圖6中所示，半導體光學放大器單元31被控制得呈現(xiàn)出比要用的光信號107a更長的波長側(cè)的帶中的吸收特性(步驟209)。
通過對半導體光學放大器單元31的控制，在透過半導體光學放大器單元31的波分多路復用信號光107中，從所利用的光信號107a的波長帶減少了ASE和ASS各自的光量，因此，減少了針對光信號107a的噪聲光(ASE、ASS)的量。由此，可基于根據(jù)光功率監(jiān)測單元15中的波分多路復用信號光107的量(光信號107a的總和)的閾值的電平確定來準確地執(zhí)行中斷檢測。
若在步驟206中，波長數(shù)S大于可檢測中斷波長數(shù)m，則導通半導體光學放大器30到半導體光學放大器單元31的電流輸入(步驟208)，半導體光學放大器單元31被控制得呈現(xiàn)出如圖7B中所示的大波長數(shù)情況下的放大特性。這樣，多個所利用的光信號107a(波分多路復用信號光107)全都通過半導體光學放大器單元31，因此，波分多路復用信號光107的傳輸沒有被阻礙。
與上述步驟201、步驟206到步驟209同時，每個光學放大裝置108控制拉曼放大器10的激發(fā)光源12(步驟202)，由光功率監(jiān)測單元15來監(jiān)測光電平(步驟203)，并在超過特定電平之后，由EDFA單元20來對放大進行控制(步驟204)。
每個光學放大裝置108通過以下操作來進行傾斜控制(tiltcontrol)(為使得包含在波分多路復用信號光107中的多個光信號107a的信號電平一致的控制)進行控制以將光譜分析器23等的光SN信息反饋給拉曼放大控制單元13，并控制拉曼放大器10的激發(fā)光源12(步驟205)。
如上所述，根據(jù)該優(yōu)選實施例，即使當光學波分多路復用傳輸系統(tǒng)100在光信號107a的數(shù)目很小的狀態(tài)下進行操作，波分多路復用信號光107的中斷監(jiān)測也可在光學放大裝置108中準確地執(zhí)行。
圖9說明了要由光功率監(jiān)測單元15來監(jiān)測的波分多路復用信號光107的量的變化。如果在小波長數(shù)的情況下未設置該優(yōu)選實施例的半導體光學放大器30，通過將輸出信息(如光譜、光SN等)從光譜分析器23反饋到拉曼放大控制單元13，從而減少了噪聲光(如ASE和ASS)的量，那么，如圖9的左端所示，在實際傳輸線(真實傳輸線)中，相關噪聲光的量超過了用于信號中斷檢測的閾值，因此，變得難以準確地檢測到中斷。
然而，如圖9的中央所示，如果該優(yōu)選實施例的半導體光學放大器30起到了吸收噪聲光的作用，那么在真實傳輸線中，相關噪聲光的量決不會超過用于信號中斷檢測的閾值。在該情況下，如在右端所示，波分多路復用信號光107由于光學傳輸線104的斷開等而消失了，包含有噪聲光的波分多路復用信號光107的電平無疑會降得低于信號中斷檢測閾值，從而可由光功率監(jiān)測單元15來執(zhí)行中斷檢測。
接下來，描述該優(yōu)選實施例的變型。圖10示出了本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中的另一光學放大裝置的基本結(jié)構(gòu)。
在圖10中所示的結(jié)構(gòu)中，半導體光學放大器30包括半導體光學放大器單元31；控制光源33，用于將控制光33a輸入到該半導體光學放大器單元31；以及半導體光學放大控制單元34，用于控制該控制光源33。半導體光學放大器單元31中的光的放大/吸收帶由從控制光源33輸入到半導體光學放大器單元31的控制光33a來控制。
半導體光學放大器單元31的結(jié)構(gòu)與圖4中的相同，并且光的放大/吸收帶是通過將控制光33a輸入到有源層31a來控制的。
具體來說，半導體光學放大器單元31的有源層31a的折射率取決于載流子密度。若將具有足夠強度的光輸入到其電流被置于定態(tài)(stationary state)的半導體光學放大器單元31(SOA)，則載流子密度由于載流子復合而降低。在該情況下，若停止光輸入，則載流子密度增高，以恢復到其原狀態(tài)。因此，通過對到有源層31a的光輸入(控制光33a)的開/關進行切換，可以改變載流子密度，從而，可以改變半導體有源層31a的折射率。
以下參照圖11來描述該原理。設波分多路復用信號光107的波長和控制光33a的波長分別為λs和λc。在該情況下，若將具有足夠強度(λs＜λc＝的控制光33a輸入到半導體光學放大器單元31，則導帶底端附近的載流子由于誘導發(fā)射而躍遷到平衡帶(balance band)。然后，導帶底端附近的載流子密度降低并發(fā)生燒孔(hole burning)。由于導帶能級，包括信號光能級處的電子躍遷到控制光能級，以補充所述燒孔，所以信號光的增益相應于控制光的強度而降低。如圖4中所示，對于作為半導體光學放大介質(zhì)的半導體光學放大器單元31，例如，可以使用這樣的InGaAsP雙雜型半導體激光二極管通過在該激光二極管的端面上涂覆無反射涂層來等效地消除其反射功能。
圖12中示出了半導體光學放大器單元31中的增益光譜變化與信號光波長的增益變化之間的關系。控制光33a(λc)和波分多路復用信號光107(λs)的各個波長中的每個波長都由放大介質(zhì)的增益光譜來確定。所述增益光譜由載流子密度N來確定。在低密度(N1)的情況下，信號光被吸收，并且其損耗變?yōu)長1。
對于通過光來控制半導體光學放大器，見日本特開平No.7-111528。
在具有圖10中所示結(jié)構(gòu)的光學放大裝置108中，在小波長數(shù)的情況下(S＜m)，通過利用控制光33a來對光進行控制，使半導體光學放大器單元31可呈現(xiàn)出如圖6中所示的增益/吸收特性，則半導體光學放大控制單元34可減少噪聲分量，如ASS光、ASE光等，改變小波長數(shù)情況下的信號光與噪聲光之比，并且當波分多路復用信號光107被中斷時可確保能監(jiān)測中斷檢測。
圖13中示出對光學放大裝置108的操作進行示出的流程圖。圖13中所示的流程圖幾乎與圖8中的上述流程圖相似。圖13中所示的流程圖與圖8中所示的流程圖的不同之處僅在于半導體光學放大器單元31的放大/吸收特性是通過由半導體光學放大控制單元34對控制光33a進行控制來控制的(步驟209a)，而不是如圖8中所示流程圖的步驟209中由控制電流32a對半導體光學放大控制單元32的放大/吸收特性進行控制。
在該優(yōu)選實施例中，同樣，在小波長數(shù)的情況下(S＜m)，可由光功率監(jiān)測單元15在不受噪聲光(如ASS光、ASE光等)的影響的情況下，準確地檢測到波分多路復用信號光107的中斷。
接下來，進一步描述另一光學放大裝置108。
在該變型中，對于半導體光學放大器單元31，使用了具有圖14中所示結(jié)構(gòu)的半導體光學放大器單元31。在該情況下，半導體光學放大器單元31具有這樣的結(jié)構(gòu)，即，其中帶有多重量子勢阱(multiplex quantumwell)(MQW)結(jié)構(gòu)31e的半導體有源層被P電極31f和N電極31g夾著，并且電場被從外部施加到P電極31f和N電極31g。
在帶有多重量子勢阱(MQW)結(jié)構(gòu)的半導體有源層(多重量子勢阱結(jié)構(gòu)31e)中，觀察到了激子吸收(exciton absorption)。當電場垂直地施加到所述勢阱結(jié)構(gòu)時，其吸收峰值波長與電場強度的平方成比例地向長波長側(cè)移動(見圖15)，如圖16所示(量子禁閉斯托克效應(quantumconfinement Stalk effect)(QCSE))。
具體來說，在量子勢阱(QW)半導體結(jié)構(gòu)中，當電場垂直地施加到該薄層結(jié)構(gòu)時，禁閉于量子勢阱的激子被相當高強的電場保持在未破壞狀態(tài)，結(jié)果，吸收端與所述電場強度的平方成比例地向長波長端移動(QCSE)。若當將由InGaAs/InAlAs制成的MQW用于所述吸收介質(zhì)(半導體光學放大器單元31)時在一個方向上施加電壓，則輸入光被吸收。
對于通過施加電場來使得吸收波長帶移動，例如，見“SemiconductorPhotonics Engineering”by Ikegami，Tsuchiya and Mikami，pp.421(Corona Corporation)。
在圖2中所示的光學放大裝置108中，圖14中所示的多重量子勢阱(MQW)結(jié)構(gòu)31e設置在半導體光學放大器單元31的有源層中，并且施加電壓是由半導體光學放大控制單元32來控制的，而不是由控制電流32a來控制的。
具體來說，在小波長數(shù)的情況下(S＜m)，基于來自設備控制單元40的波長數(shù)信息，將電場控制得使由MQW組成的光學調(diào)制單元而非半導體光學放大器可以呈現(xiàn)出圖6中所示的增益/吸收特性。由此，從必需波帶吸收并減掉了包括在波分多路復用信號光107中的噪聲分量，如ASS光、ASE光等，改變了波分多路復用信號光107與噪聲光之比，并且當波分多路復用信號光107中斷時光功率監(jiān)測單元15可確保能檢測到中斷。
為獲得相同的效果，除了QCSE，也可以使用利用了Franz-Keldish(FK)效應的InGaAs/InP半導體。
如圖16中所示，使用MQW的半導體光學放大器單元31(光學調(diào)制器)具有對光吸收電流的波長依賴性。利用該特性，在圖14所示的結(jié)構(gòu)中，如圖7A所示，也可將電場控制成，使得所述半導體光學放大器在小波長數(shù)情況下(S＜m)可在λmin處呈現(xiàn)出吸收特性，而在大波長數(shù)情況下(S≥m)可在信號波長區(qū)呈現(xiàn)出放大特性。
具體來說，在如圖7中所示的小波長數(shù)的情況下，所述電場被控制為使得施加電場在(+)側(cè)很大，并使得吸收帶向短波長側(cè)移動，且λmin位于小數(shù)目的光信號107a的波帶外部鄰近處。從而，可從必需波帶吸收并減掉包括在波分多路復用信號光107中的噪聲分量，如ASS光、ASE光等。由此，可改變波分多路復用信號光107與噪聲光之比，并且當波分多路復用信號光107中斷時光功率監(jiān)測單元15可確保能檢測到中斷。
若利用了大數(shù)目的光信號107a(S≥m)，如圖7B中所示，使得施加電場在多重量子勢阱(MQW)結(jié)構(gòu)31e的(-)側(cè)很大，吸收帶向長波長側(cè)移動，并且吸收帶被控制為使得波分多路復用信號光107的整個波帶可以進入多重量子勢阱(MQW)結(jié)構(gòu)31e的增益區(qū)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，即使在小波長數(shù)的情況下，也可檢測到信號中斷，并可確保執(zhí)行自動電力關閉。這樣，使得常規(guī)ASE校正控制不必要了(執(zhí)行這種控制的目的是，在小波長數(shù)的情況下(S＜m)，改善由于波分多路復用信號光107與ASE光的大比值而造成的光SN劣化)，由此，可改善設備(如光學波分多路復用傳輸系統(tǒng)100和光學放大裝置108等)的啟動速度。相反，在大波長數(shù)的情況下(S≥m)，通過將電場限制到半導體光學放大器30的基本放大特性區(qū)，可實現(xiàn)更長距離的傳輸。
本發(fā)明并不局限于上述優(yōu)選實施例，可以提出各種修改和變型，只要其不偏離本發(fā)明的主旨。
根據(jù)本發(fā)明，在用于波分多路復用通信的光學傳輸中，可在不受要用波長數(shù)的增加/減少的情況下，準確地檢測到信號光的中斷。
也可基于信號光的電平確定、利用規(guī)定閾值等來執(zhí)行各種控制。
權(quán)利要求
1.一種置于光學傳輸線中的光學放大裝置，所述光學傳輸線用于傳輸各具有不同波長的多段信號光，該光學放大裝置包括置于所述光學傳輸線中的第一光學放大器；光功率監(jiān)測單元，置于第一光學放大器的下游，以便控制第一光學放大器；以及第二光學放大器，能夠可變地控制光的放大帶和吸收帶。
2.如權(quán)利要求1所述的光學放大裝置，其中所述第一光學放大器是拉曼放大器，其用于通過將激發(fā)光輸入所述光學傳輸線中來對所述信號光進行放大，并且所述第二光學放大器是半導體光學放大器，并且所述半導體光學放大器的吸收特性區(qū)被設置成，使得根據(jù)所用信號光的數(shù)量的增加/減少，對在所述各具有不同波長的多段信號光中的用于所述信號光的波帶之外的光的通過進行限制。
3.如權(quán)利要求1所述的光學放大裝置，其在所述光學傳輸線中的所述光功率監(jiān)測單元的下游還包括用于對所述信號光進行放大的第三光學放大器，其中所述光功率監(jiān)測單元控制所述第三光學放大器。
4.一種置于光學傳輸線中的拉曼放大器，所述光學傳輸線用于傳輸各具有不同波長的多段信號光，該拉曼放大器包括位于多路復用單元與光功率監(jiān)測單元之間的半導體光學放大器，所述多路復用單元用于將激發(fā)光輸入到所述光學傳輸線中，所述光功率監(jiān)測單元置于所述多路復用單元的下游，用于控制所述拉曼放大器。
5.如權(quán)利要求4所述的拉曼放大器，其中所述半導體光學放大器的吸收特性區(qū)被設置在所述各具有不同波長的多段信號光中要用的信號光的波帶之外。
6.如權(quán)利要求4所述的拉曼放大器，其中所述半導體光學放大器的吸收特性區(qū)是通過控制施加給所述半導體光學放大器的電流而被設置在待用信號光的波帶之外的。
7.如權(quán)利要求4所述的拉曼放大器，其中所述半導體光學放大器的吸收特性區(qū)是通過向所述半導體光學放大器施加控制電流而被設置在待用信號光的波帶之外的。
8.如權(quán)利要求4所述的拉曼放大器，其中所述半導體光學放大器包括具有多重量子勢阱結(jié)構(gòu)的有源層，并且所述有源層的光吸收系數(shù)是通過控制要施加給所述有源層的電場來控制的，而所述半導體光學放大器的吸收特性區(qū)是通過控制所述有源層的光吸收系數(shù)而被設置在待用信號光的波帶之外的。
9.一種光學波分多路復用傳輸系統(tǒng)，包括光學傳輸線，用于傳輸信號光；多路復用器，用于對各具有不同波長的多段信號光進行合成，并將所述信號光學傳輸?shù)剿龉鈱W傳輸線；多路分解器，用于對來自所述光學傳輸線的各具有不同波長的多段信號光進行分路和提?。灰约肮鈱W放大裝置，設置在所述光學傳輸線中，用于對所述信號光進行放大，所述光學放大裝置包括布置在所述光學傳輸線中的第一光學放大器；光功率監(jiān)測單元，布置在第一光學放大器的下游以控制第一光學放大器；以及能夠可變地控制光的放大帶和吸收帶的第二光學放大器。
10.如權(quán)利要求9所述的光學波分多路復用傳輸系統(tǒng)，其中所述第一光學放大器是拉曼放大器；所述第二光學放大器是半導體光學放大器，以及所述半導體光學放大器的吸收特性區(qū)被設置得，通過對待施加到所述所述半導體光學放大器的有源層的電流、光或電場進行控制，對所述各具有不同波長的多段信號光中在待用信號光的波帶之外的光的通過進行限制。
11.一種光學波分多路復用傳輸方法，其用于將一拉曼放大器布置在用于傳輸各具有不同波長的多段信號光的光學傳輸線中，其包括以下步驟將一半導體光學放大器布置在用于將拉曼激發(fā)光輸入到所述光學傳輸線的多路復用單元與光功率監(jiān)測單元之間，并根據(jù)待用信號光的數(shù)目的增加/減少，由所述半導體光學放大器吸收在待用信號光的波帶之外的光。
12.如權(quán)利要求11所述的光學波分多路復用傳輸方法，其中待施加到所述半導體光學放大器的電流被控制得，使得根據(jù)待用信號光的增加/減少，可將所述半導體光學放大器的吸收特性區(qū)設置在所述信號光的波帶之外。
13.如權(quán)利要求11所述的光學波分多路復用傳輸方法，其中待施加到所述半導體光學放大器的控制光被控制得，使得根據(jù)待用信號光的增加/減少，可將所述半導體光學放大器的吸收特性區(qū)設置在所述信號光的波帶之外。
14.如權(quán)利要求11所述的光學波分多路復用傳輸方法，其中所述半導體光學放大器包括具有多重量子勢阱結(jié)構(gòu)的有源層，以及所述有源層的光吸收系數(shù)被控制得，使得通過控制待施加到所述有源層的電場，根據(jù)待用信號光的增加/減少，可將所述半導體光學放大器的吸收特性區(qū)設置在所述信號光的波帶之外。
15.一種拉曼放大器，其中，一半導體光學放大器布置在用于將拉曼激發(fā)光輸入到用于傳輸多段信號光的光學傳輸線的多路復用單元，與光功率監(jiān)測單元以及摻稀土光纖放大器之間。
16.如權(quán)利要求15所述的拉曼放大器，其中通過控制待施加到所述半導體光學放大器的電流減少放大自發(fā)發(fā)射和放大自發(fā)拉曼散射的各自的量，使得根據(jù)待用信號光的增加/減少，可將所述半導體光學放大器的吸收特性區(qū)設置在所述信號光的波帶之外，從而確保檢測到對所述信號光的檢測。
17.如權(quán)利要求15所述的拉曼放大器，其中通過控制待施加到所述半導體光學放大器的電流減少放大自發(fā)發(fā)射和放大自發(fā)拉曼散射的各自的量，使得根據(jù)待用信號光的增加/減少，可將所述半導體光學放大器的吸收特性區(qū)設置在所述信號光的波帶之外，從而確保檢測到對所述信號光的檢測。
18.如權(quán)利要求15所述的拉曼放大器，其中所述半導體光學放大器包括具有多重量子勢阱結(jié)構(gòu)的有源層，以及通過控制待施加到所述有源層的電場來減少放大自發(fā)發(fā)射和放大自發(fā)拉曼散射的各自的量，然后對所述有源層的光吸收系數(shù)進行控制，使得根據(jù)待用信號光的增加/減少，可將所述半導體光學放大器的吸收特性區(qū)設置在所述信號光的波帶之外，從而確保檢測到所述信號光的中斷。
19.如權(quán)利要求15所述的拉曼放大器，其中所述半導體光學放大器包括具有多重量子勢阱結(jié)構(gòu)的有源層，以及所述有源層對電場進行控制，以在多段信號光的波長帶的長波長端的外部鄰近區(qū)內(nèi)的λmin處呈現(xiàn)出吸收特性，并吸收和放大任意波長。
全文摘要
光放大裝置、拉曼放大器、光波分復用傳輸系統(tǒng)及方法。布置在用于傳輸各具有不同波長的多段信號光的光學傳輸線中的光學放大裝置包括布置在光學傳輸線中的第一光學放大器；布置在第一光學放大器的下游的光功率監(jiān)測單元，其用于控制第一光學放大器；以及布置在第一光學放大器與光功率監(jiān)測單元之間的第二光學放大器，其能夠可變地控制光的放大帶和吸收帶。
文檔編號H04B10/00GK1741325SQ200510095959
公開日2006年3月1日 申請日期2005年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月26日
發(fā)明者清水良浩 申請人:富士通株式會社