專利名稱：具有平坦增益曲線的多級(jí)光纖放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖放大器，尤其涉及多級(jí)摻鉺光纖放大器，當(dāng)在WDM應(yīng)用中與增益平坦型濾光器結(jié)合時(shí)，其具有平坦增益曲線和降低的噪聲指數(shù)。
很久以來已經(jīng)認(rèn)識(shí)到光纖放大器在用于放大光信號(hào)時(shí)是誘人的選擇。例如，已經(jīng)提出將光纖放大器用作為增加遠(yuǎn)程通信光發(fā)射機(jī)輸出功率的輔助放大器，或者作為放大光信號(hào)的遠(yuǎn)程通信轉(zhuǎn)發(fā)器，而不用將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
尤其是，摻鉺光纖放大器的出現(xiàn)對(duì)光通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和性能帶來了深刻影響。通過有效地去掉傳輸和分裂損耗阻擋層，其低噪聲、高光功率、高增益、線性、寬帶寬、波長(zhǎng)透射性、偏振獨(dú)立性和光纖兼容性已經(jīng)引起光通信的革命。結(jié)果在今天，長(zhǎng)距離陸上和越洋光纖通信以及局域和寬域網(wǎng)正變成現(xiàn)實(shí)。
然而，EDFA通頻帶的平坦性在具有級(jí)聯(lián)放大器的波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中變成主要問題。放大器增益在每個(gè)波長(zhǎng)上并不是嚴(yán)格相同的。
例如，在0.8nm信道寬度的情況下，一個(gè)EDFA能夠同時(shí)放大來自大約50個(gè)WDM信道的光信號(hào)。然而，如果幾個(gè)EDFA串聯(lián)連接用于長(zhǎng)距離傳輸，則整個(gè)放大的增益曲線平坦度變壞，并且在放大峰值的邊緣表現(xiàn)出未充分放大的問題。因此，即使在一級(jí)上信道之間增益的小變化也能夠引起在鏈路輸出上信道之間功率差值的大變化，降低整個(gè)系統(tǒng)的性能。
通常，光放大器的性能是由諸如增益、輸出功率和噪聲指數(shù)的設(shè)計(jì)參數(shù)決定的。噪聲指數(shù)定義成放大器輸出信噪比，其通過在光放大器輸入端口的信噪比換算。當(dāng)光放大器用作遠(yuǎn)程通信的轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)，高功率和低噪聲在增加相鄰轉(zhuǎn)發(fā)器之間距離中變成主要參數(shù)。
由于直接與密集WDM系統(tǒng)的傳輸能力有關(guān)，EDFA中與波長(zhǎng)無關(guān)的(平坦)增益的重要性在本領(lǐng)域由當(dāng)前研究努力結(jié)果所明顯揭示?；诜锏腅DFA和基于亞碲酸鹽的EDFA已證明可獲得較寬的平坦帶寬。這種研究結(jié)果可在M.Yamada等人的“Low-noise and gain-flattened fluoride-based Er3+-doped fiber amplifier pumped by0.97μm laser diode，”Electron.Lett.，Vol.33，no.9，p.809，1997和A.Mori等人的“1.5μm broadband amplification bytellurite-based EDFAs，”O(jiān)FC197，PD1-1，1997中找到。還可發(fā)現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)周期光纖光柵濾光器以得到超過40nm的平坦帶寬。盡管如此，由于在EDFA中間級(jí)濾光器的插入可產(chǎn)生噪聲指數(shù)損失，要求小心和認(rèn)真地設(shè)計(jì)EDFA，這正如在P.F.Wysocki等人的“Erbium-doped fiber amplifier flatted beyond 40nm usinglong-period grating，”O(jiān)FC197，PD2-1，1997中所說明的。
因此本發(fā)明人通過數(shù)值模擬分析得到噪聲指數(shù)對(duì)濾光器傳輸率的依賴性。


圖1示意地表示用于模擬的由單級(jí)均衡濾光器構(gòu)成的EDFA結(jié)構(gòu)。
參考圖1，單級(jí)濾光器10位于總光纖放大器長(zhǎng)度L的1/3位置處。長(zhǎng)周期光纖光柵(LPFG)用作為單級(jí)濾光器10。按C.R.Giles等人的“Propagation of signal and noise in concatenatedEDFAs，”J.Lightwave Technol.，Vol.9，no.2，P.147，1991中所描述的均勻加寬三級(jí)系統(tǒng)來建模該放大器。使用在1480nm和1600nm之間的120nm的光譜范圍具有0.1nm的光譜柵格，以覆蓋1480nm的泵浦波長(zhǎng)。假設(shè)光纖放大器是基于石英同時(shí)摻鋁光纖(Silica basedaluminum co-doped fiber)然后從N.kagi等人的“Temperaturedependence of the gain in erbium-doped fibers”，IEEEJ.Lightwave Technol.，Vol.9，no.2，P.261，1991中公開之值做吸收剖面。發(fā)射剖面從McCumber理論計(jì)算。
圖2表示圖1的單極均衡濾光器中LPFG的詳細(xì)光譜分布圖。
圖3表示圖1中描述的EFDA輸出光譜。1531nm和1563nm之間分開0.8nm的41個(gè)輸入信號(hào)用來在每個(gè)信道的-20dBm輸入功率處觀察增益平坦度和噪聲指數(shù)。所得到的多信道增益平坦度在超過32nm譜范圍上處于0.4dB之內(nèi)，每個(gè)信道的信號(hào)增益在23dB附近。盡管該結(jié)構(gòu)滿足良好的增益平坦度，但由于在短波長(zhǎng)范圍內(nèi)高噪聲指數(shù)引起不能控制該放大器中放大的自發(fā)發(fā)射(ASE)，使得該放大器應(yīng)用在諸如長(zhǎng)距離鏈路的噪聲敏感應(yīng)用中變得困難。
因此本發(fā)明目的是提供高性能平坦增益光纖放大器。
本發(fā)明另一目的是提供具有較低噪聲指數(shù)的光纖放大器。
為了實(shí)現(xiàn)前述目的，本發(fā)明提供多級(jí)光纖放大器，其使用了多級(jí)均衡濾光器可獲得超平坦增益。本發(fā)明的光纖放大器包括至少三個(gè)光纖放大器級(jí)，每個(gè)包括一段摻雜光纖。為了順序放大在第一放大級(jí)提供的光信號(hào)，該放大器級(jí)串聯(lián)連接。各個(gè)放大器級(jí)提供有泵浦輻射，以便支持其中的激光放大。光纖放大器還包括至少二個(gè)均衡濾光器，每個(gè)都位于每對(duì)所述放大器級(jí)之間。
由于噪聲指數(shù)與第一級(jí)均衡濾光器傳輸成反比，因此通過將均衡濾光器分裂成多級(jí)濾光狀態(tài)能夠降低噪聲指數(shù)。
由于放大器的輸出功率與末級(jí)均衡濾光器傳輸成反比，因此必須仔細(xì)調(diào)節(jié)每個(gè)濾光器的傳輸譜。
參考附圖詳細(xì)說明，其中圖1示意地表示用于模擬的由單級(jí)均衡濾光器構(gòu)成的EDFA結(jié)構(gòu)；圖2表示圖1的單級(jí)均衡濾光器中LPFG的詳細(xì)光譜分布圖；圖3表示圖1中描述的EDFA的輸出光譜；圖4示意地表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的EDFA結(jié)構(gòu)；圖5表示圖4的雙級(jí)均衡濾光器中LPFG的詳細(xì)光譜分布圖；圖6表示圖4中描述的EDFA的輸出光譜；圖7表示具有兩種均衡濾光器的EDFA的計(jì)算噪聲指數(shù)。
參考圖4，兩個(gè)LPFG110分別位于總光纖放大器長(zhǎng)度L的
和
位置處。對(duì)于由二個(gè)LPFG構(gòu)成的雙級(jí)濾光器結(jié)構(gòu)，每個(gè)增益平坦濾光器是總濾光器傳輸率之一的平方根。光纖放大器采用基于石英同時(shí)摻鋁的EDF(摻鉺光纖)。EDF在1480nm由用作光泵的半導(dǎo)體激光器泵浦。
參考圖5，LPFG是陷波濾光器特征。吸收峰位置與圖3的相同。然而深度分布圖彼此不同。
參考圖6和圖3，采用單級(jí)濾光器的EDFA的輸出信號(hào)功率和ASE功率大于采用雙級(jí)濾光器的EDFA的輸出信號(hào)功率和ASE功率，大1dB。然而，與雙級(jí)濾光器的相比，單級(jí)濾光器中的ASE功率光譜不好控制，預(yù)示著較高的噪聲指數(shù)損失。
圖7畫出具有二種均衡濾光器的EDFA的計(jì)算噪聲指數(shù)。參考圖7，在濾光器傳輸率為最小的1535nm濾長(zhǎng)處，發(fā)現(xiàn)有0.7dB的最大噪聲指數(shù)差。在濾光器傳輸率為最大的1543nm處沒有觀察到噪聲指數(shù)的大的差值。
通過這些結(jié)果，可推論出盡管使用多級(jí)平衡濾光器稍微降低了EDFA增益，但是從噪聲指數(shù)來看，具有雙級(jí)均衡濾光器的EDFA要優(yōu)于具有單級(jí)濾光器的EDFA。
權(quán)利要求
1.一種多級(jí)光纖放大器，包括至少三個(gè)光纖放大器級(jí)，每級(jí)包括一段摻雜的光纖，所述多個(gè)放大器級(jí)串聯(lián)連接，用于順序放大提供到第一放大器級(jí)的光信號(hào)；用于將泵浦輻射提供到所述放大器級(jí)以便支持其中的激光放大的裝置；和至少二個(gè)均衡濾光器，每個(gè)都位于每對(duì)所述放大器級(jí)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的多級(jí)光纖放大器，其中任何一個(gè)所述均衡濾光器是長(zhǎng)周期的光纖光柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的多級(jí)光纖放大器，其中所述光纖是用稀土元素?fù)诫s的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的多級(jí)光纖放大器，其中所述稀土元素是鉺。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種噪聲指數(shù)降低和增益平坦度提高的、使用了多級(jí)均衡濾光器的光纖放大器。根據(jù)本發(fā)明,通過將均衡濾光器分裂成多級(jí)濾光狀態(tài)能夠降低噪聲指數(shù)。
文檔編號(hào)H04B10/294GK1246182SQ98802107
公開日2000年3月1日 申請(qǐng)日期1998年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月2日
發(fā)明者樸南奎, 李周翰 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社