长波长光纤放大器

摘要

一种长波长光纤放大器,包括掺铒光纤(EDF),用于利用抽运光的对波长在1580nm范围的输入信号光进行放大;抽运单元,置于EDF前后方,用于向EDF提供抽运光;以及放大自发辐射(ASE)反射单元,置于抽运单元的前面,用于将EDF中产生的反向ASE耦合到长波长输入信号光,并将它再输入到EDF。通过提供用于反射ASE的反射器,在具有长波长的信号光的放大中,只需要很少几个激光二极管和光学器件。另外,在输入信号功率较小时,能增加增益。

说明书

本发明涉及一种长波长光纤放大器，特别是涉及用于放大在1580nm范围的长波长光信号的光纤放大器。

在光传输系统中，掺铒光纤放大器(EDFA)能直接放大在传输过程中变弱的光信号，而不必将它变换为电信号，传输距离能显著地增加。在颇受注意的波分多路复用(WDM)传输方法中，对增益整平的EDFA的需求量增加。另外，为了发送更大容量的数据，更多信道的联播是必要的。因此，要求平坦而宽广的波段。有必要放大1580nm波长范围的光信号，这在常规技术中尚未被使用过。

图1是常规的光纤放大器的示意图。图1所示的光纤放大器包括：第一隔离器100、第一激光二极管(LD)102、第一波长选择耦合器(WSC)104、掺铒光纤(EDF)106、第二LD108、第二WSC110和第二隔离器112，其操作说明如下。

第一WSC104将输入光与第一LD产生的抽运光耦合起来，并将耦合光入射到EDF106。由位于EDF106后端的第二LD108产生的抽运光，经过第二WSC110入射到EDF106。前向和后向入射抽运光在EDF106中激发处于基态的铒离子。被激发的铒离子的受激辐射，使光信号得以放大。在EDF106中产生的被放大的自发辐射(ASE)被光学元件例如信号输入/输出连接器反射。第一和第二隔离器100和112防止ASE反馈到EDF106，从而防止信号光的放大效率降低。

在1550nm波长范围放大时，这种放大器要求大约100mW的抽运光功率。但是，当放大的波长范围在1580nm时，要求大约600mW的大功率。因此，如果使用最大输出功率约为150mW的常规LD，就需要许多LD和专用光学器件，另外，对这些元件的操纵也比较困难。

为解决上面的问题，本发明的一个目的是提供一种长波长光纤放大器，用来增加长波长放大的增益。并抑制短波长放大，利用这种放大器，就掺铒光纤中的铒离子来说，可以实现长波长放大所必需的铒离子的粒子数反转，其方法是提供一种反射器，能反射在光信号放大时产生的放大自发辐射(ASE)。

因此，为达到上述目的，在此提供一种长波长光纤放大器，包括掺铒光纤(EDF)，用于利用抽运光对波长在1580nm范围的输入信号光进行放大；布置在EDF的前面和后面的抽运单元，用于向EDF提供抽运光；以及布置在EDF和抽运单元的前面的放大自发辐射(ASE)反射单元，用于将EDF中产生的ASE耦合至长波长输入信号光，并将它输出到EDF。

根据本发明的另一方面，在此提供一种长波长光纤放大器，包括掺铒光纤(EDF)，用于利用抽运光对波长在1580nm范围的输入信号光进行放大；抽运单元，用来产生激发EDF中的铒离子的抽运光；和布置在抽运单元的后面的放大自发辐射(ASE)反射单元，用于将EDF中产生的ASE反射到EDF。

根据本发明的又一方面，在此提供一种长波长光纤放大器，包括掺铒光纤(EDF)，用于利用抽运光对波长在1580nm范围的输入信号光进行放大；抽运单元，用来产生激发EDF中的铒离子的抽运光；置于抽运单元的前面的第一放大自发辐射(ASE)反射单元，用于将EDF中产生的ASE耦合至长波长输入信号光，并再次将它输入到EDF；以及置于抽运单元的后面的第二ASE反射单元，用于将EDF中产生的ASE反射到EDF，并再次将它输入到EDF。

通过参考附图详细地描述本发明的优选实施例，上述目的和优点将变得更加明显，其中：

图1是常规长波长光纤放大器的原理图；

图2是根据本发明的一个实施例的长波长光纤放大器的原理图；

图3表示依赖于粒子数反转分布的增益特性；

图4是根据本发明另一个实施例的长波长光纤放大器的原理图；

图5是根据本发明又一个实施例的长波长光纤放大器的原理图；以及

图6表示图2、4和5所示光纤放大器的实验结果。

参考图2，根据本发明的长波长光纤放大器，包括：反射单元200，用于将输入信号光和预定的反射光输出；第一LD210，用于产生1480nm波长范围的抽运光；第一WSC220，用于将1480nm波长范围的抽运光耦合到来自反射单元200的光输出；第二LD230，用于产生980nm波长范围的抽运光；第二WSC240，用于把980nm波长范围的抽运光耦合到来自第一WSC220的光输入；EDF单元250；第三LD260，用于产生1480nm波长范围的抽运光；第三WSC270，用于将1480nm波长范围的抽运光耦合到EDF单元250，并允许来自EDF单元250的放大光输出通过WSC270；以及隔离器280。在这里，由于每个无源器件的插入损耗在1580nm波长范围仅比1550nm波长范围高约0.2dB，所以用于1550nm波长范围的无源器件也可以用于1580nm波长范围。

反射单元200包括3dB耦合器210，循环器202，可调滤光器203和衰减器204。

EDF单元250包括EDF251和253，以及插在EDF251和253之间的第二隔离器252。EDF251和253的长度比使用在具有1550nm波长范围的光纤放大器EDF的长度长约10至20倍。

现在，对具有上述结构的光纤放大器的操作进行说明。

第一LD210产生1480nm波长范围的抽运光，第二LD230产生980nm波长范围的抽运光。从第一LD210和第二LD230来的抽运光，分别通过第一和第二WSC220和240耦合到1580nm波长范围的信号光，然后向前方进入EDF单元250。第三LD260产生1480nm波长范围的抽运光，并且第三WSC270将所产生的抽运光向后方加到EDF单元250。在980nm波长范围的抽运光具有低的噪声，而在1480nm波长范围的抽运光具有最大的功率。如果980nm和1480nm波长范围的抽运光是入射的，则在EDF单元250的末端产生1530nm至1560nm波长范围的大量ASE，以至于1580nm波长范围信号光的放大系数变坏。这里，通过利用1550nm波长范围的抽运光，能够减小由于ASE的损耗，增加长波长放大的增益。但是，这个波长范围的抽运光源还没有得到发展。

EDF单元250利用有关的抽运光放大1580nm波长范围的信号光。第二隔离器252被插在EDF251和253之间，因此改善了噪声特性。

反射单元200反射入射到它输入端的，由EDF单元250产生的后向ASE，并允放ASE反馈到EDF单元250。循环器202输出后向ASE，通过第一端口202-1，反馈到第二端口202-2。可调滤波器203和衰减器204调节后向ASE的波长和功率。3dB耦合器201将衰减器204的输出送到循环器202的第三端口202-3。循环器202将后向ASE输出到第一端口202-1，然后将其再输入到EDF250。循环器202也起隔离器的作用。

ASE从循环器202第一端口202-1再入射到EDF251和253，利用抽运光强烈抑制EDF251和253的反转粒子数，帮助长波长信号光的放大。

图3表示依赖于粒子数反转分布的增益特性。参考图3，在高粒子数反转情况下，1530nm至1560nm波长范围大部分被放大，而在低粒子数反转情况下，1580nm波长范围的放大是可能的。因此，ASE被用于调节由抽运光引起的粒子数反转的目的，以适合于长波长信号光的放大。换句话说，从循环器202再入射的ASE削弱了EDF251和253被激励的铒离子的粒子数反转分布，因此减小或消除1530nm至1560nm波长范围短波长的增益，并且由于ASE的损耗。另外，由于ASE在通过长的，受具有高粒子数反转的EDF两端来的抽运光影响已变弱的EDF时，ASE再次被吸收，所以ASE提高了信号在长波长的增益，而抽运光没有损耗。增益和输出功率的不同，依赖于波长和反馈ASE的功率。

隔离器280能防止由EDF单元250产生的ASE被输出连接器或类似器件反射，并使ASE反馈到EDF单元250。

图4是根据本发明另一个实施例的长波长光纤放大器的原理图。如图4所示的光纤放大器包括：第一LD400，用于产生1480nm波长范围的抽运光；第一WSC410，用于将1480nm波长范围的抽运光耦合到输入信号光；第二LD420，用于产生980nm波长范围的抽运光；第二WSC430，用于将980nm波长范围的抽运光耦合到从第一WSC410输出的光；EDF单元440；第三LD450，用于产生1480nm波长范围的抽运光；第三WSC460，用于将1480nm波长范围的抽运光耦合到EDF单元440，并允许从EDF单元440输出的光通过WSC460；反射器470；以及隔离器480。

EDF单元440包括EDF441和443，以及插在EDF441和443之间的第二隔离器442。EDF441和443的长度比用在具有1550nm波长范围的光纤放大器的EDF的长度，长10至20倍。

反射器470最好是短周期的光栅。

图4所示的光纤放大器的操作与图2所示的相同，不同的是反射器470的操作与图2所示的反射单元200有差别。反射器470在EDF所产生的前向ASE中有选择地反射ASE的波长，并允许反射的波长反馈到EDF单元440。反馈ASE对长波长信号光起放大作用。

图5是根据本发明又一实施例的光纤放大器的原理图。

图5所示的光纤放大器包括：第一反射器500，用于将输入信号光和预定的反射光输出；第一LD510，用于产生1480nm波长范围的抽运光；第一WSC520，用于将1480nm波长范围的抽运光耦合到从第一反射器500输出的光；第二LD530，用于产生980nm波长范围的抽运光；第二WSC540，用于将980nm波长范围的抽运光耦合到从第一WSC520输出的光；EDF单元550；第三LD560，用于产生1480nm波长范围的抽运光；第三WSC570，用于将1480nm波长范围的抽运光输出到EDF单元550，并允许从EDF单元550输出的光通过WSC570；第二反射器580，以及隔离器590。

第一反射器包括3dB耦合器501，循环器502，可调滤光器503和衰减器504。

EDF单元550包括EDF551和553以及插在EDF551和553之间的第二隔离器552。EDF551和553的长度比用在具有1550nm波长范围的光纤放大器的EDF长度长10至20倍。

第二反射器580最好是短周期的光栅，并且它的反射条件由第一反射器500的反射特性决定。

图6表示当1588.6nm波长范围的信号光入射到图2、4和5所示的光纤放大器时，放大的信号的功率和噪声整平增益关系图。EDF是Germanosilicate EDF。被反馈到光纤放大器的前向ASE波长是1553nm，而后向ASE的波长是1548.6nm。

当增益设置约为19dB，并且总的输入信号功率约为1dBm时，ASE的反馈不影响增益。但是，当增益设置约为31dB，并且总的输入信号功率约为-15dBm时，ASE的反馈约把提益高增5dB。当总的输入信号功率约为-20dB时，增益提高效率变大。所以，在输入信号小的时候，ASE的反馈是比较有利的。

根据本发明，利用提供的反射ASE的反射器，在放大具有长波长的信号光中，只需要很少几个激光二极管和光学器件。另外，在输入信号小的情况下，增益被提高。