專利名稱：增益固定型光纖放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖放大器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種使輸出信號光的增益維持恒定的增益固定型光纖放大器。
最近，隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，波分復用方式(WDM)愈來愈得到廣泛的普及。將把多個波長的信號光同時通過一束光纖進行傳輸。另外，光通信方式從點對點的通信方式逐漸發(fā)展成網(wǎng)絡(luò)化。但是在這種波分復用方式的光網(wǎng)絡(luò)中，信號光由于其光信道的增減使信號光的水平發(fā)生變化。即在多個信道的信號光進行傳輸?shù)臓顟B(tài)下削減光信道時由于自相位調(diào)制(SPM)和交叉相位調(diào)制(XPM)和四波混頻(FWM)將使整個信道光的信號強度受到影響。在一般的光纖放大器中隨輸入信號的強度大小，增益特性也要發(fā)生變化，這時有可能給系統(tǒng)造成致命的誤動作。
為了解決上述問題，需要一種增益固定型光纖放大器，以便使輸出的信號光強度維持一定值，而且使其與輸入信號強度無關(guān)。組成增益固定型光纖放大器的方法曾提出過如下三種1、檢測輸入信號的光的強度，然后根據(jù)其值去調(diào)整泵浦光源的功率，借以維持一定的信號光輸出強度；2、在維持一定的泵浦光源驅(qū)動功率的條件下利用附加的光源來維持一定的信號光輸出強度；3、讓殘存在光纖放大器自身中的自發(fā)輻射光(ASEAmplifiedSpontaneous Emission)利用環(huán)狀諧振腔或線狀諧振腔使其諧振，借此調(diào)整泵浦光的增益，來維持一定的信號光輸出強度。
在上述的方法中，調(diào)整泵浦光源功率的方法是一種直接去調(diào)節(jié)生成泵浦光的激光二極管電流的方法。這種方法會給激光二極管造成影響，尤其是對放大器自身的可靠性造成不良的影響。另外如果采用附加光源的方法，那么要向光纖放大器追加一個光源及其驅(qū)動回路，有提高造價的短處。按現(xiàn)在的技術(shù)觀點來說，利用環(huán)形諧振的方法，尤其是使用環(huán)狀激光系統(tǒng)的方法被認為是最有效的一個途徑。


圖1是設(shè)有一般環(huán)形激光結(jié)構(gòu)的增益固定型光纖放大器結(jié)構(gòu)圖。在圖1中，把第1及第2光纖放大器進行串聯(lián)耦合，并把第2光纖放大器輸出的信號光的一部分通過反饋回路輸入到第1光纖放大器中，借以形成一個環(huán)形激光結(jié)構(gòu)。即輸入信號光經(jīng)合波器(1)和單向器(2)耦合到第1光纖放大器(3)。光纖放大器(3)由激光二極管(31)，波分復用器(WDM)(32)以及光放大用光纖(EDF)(33)組成。其中，激光二極管用來生成泵浦光；波分復用器則把從激光二極管(31)生成的泵浦光耦合到由單向器(2)輸入的光波之上。這里，輸入的信號光將使用1530——1560nm波段的光信號；泵浦光將使用980nm波長的光波。
第1光纖放大器(3)的輸出光將經(jīng)單向器(4)耦合到第2光纖放大器(5)的輸入端。第2光纖放大器(5)也同第1光纖放大器(3)一樣，由激光二級管(51)，波分復用器WDM(52)以及光纖放大用光纖EDF(53)組成。第2光纖放大器(5)的輸出光要經(jīng)單向器(6)耦合到耦合器(7)。耦合器(7)是50∶50耦合器，它將把輸入光波的50％作為信號進行光輸出的同時，還要把余下的50％光波耦合到反饋回路(8)上。
在反饋回路(8)中設(shè)有帶通濾波器(BPS)(9)和可變衰減器(VAT)(10)。帶通濾波器(9)從反饋回路(8)的反饋光波中選擇光信號波段1530——1560nm以外的光波進行反饋。帶通濾波器(9)通常這樣設(shè)定，即要使接近光信號波段的光波，例如波長為1528nm或1561nm波段的光波暢通。從帶通濾波器(9)輸出的光波經(jīng)可變衰減器(10)衰減到一定水平之后，通過合波器(1)再次輸入到光纖放大器(3)。
在上述結(jié)構(gòu)中，通過光纖放大器(3)，(5)放大的輸出光波，其中50％經(jīng)耦合器(7)和帶通濾波器(9)進行反饋，生成一個反饋光，波長為1528nm或1561nm。這一生成的反饋光，經(jīng)合波器(1)跟輸入的信號光一起輸入到光纖放大器(3)，(5)。這就是說輸入的信號光和反饋光將決定輸入到光纖放大器(3)，(5)中的光信號強度。上述的反饋光將跟信號光一起在光纖放大器(3)，(5)中被放大。由于在光纖放大器(3)，(5)中的增益決定于輸入光波的功率大小，因而借助上述的反饋光，使輸入的信號光增益經(jīng)常維持在一定的值。即，當輸入信號光的功率低時反饋光的功率將增大，由此可防止輸入信號光的增益變大；當輸入信號光的功率高時反饋光的功率將變小，因而可防止輸入信號光的增益變小。
然而，在上述的增益固定型光纖放大器中存在著如下的一些問題1、在上述增益固定型光纖放大器中用于生成反饋光的帶通濾波器(9)因其極化損耗(PDLpolarization-dependent losses)存在著增益隨時間發(fā)生變動(遷移)的問題。而這種增益遷移現(xiàn)象在級聯(lián)網(wǎng)(Cascade network)中是一種嚴重的缺點。另外，為使放大器進行穩(wěn)定的放大，反饋光的頻譜寬度愈小愈好。但是上述的帶通濾波器(9)因其頻譜寬度變的愈窄就會使其極化損耗PDL變得愈大，會使放大器的穩(wěn)定性降低。
2、圖2是圖1系統(tǒng)的反饋光也就是它的諧振光的頻譜特性曲線，設(shè)定的中心波長約為1561nm。由圖可知，一般的帶通濾波器都以中心頻率為基準，具有頻帶很窄的濾波特性。同時，在1558-1563nm的整個波段范圍內(nèi)存在著一定水平以上的光，在本例中大約存在-76dBm以上的光。這種不需要的光波一旦反饋到光纖放大器(3)，(5)，那么將會影響光纖放大器(3)，(5)的增益，進而影響諧振光的穩(wěn)定度。另外這種諧振光的功率變化將會影響信號通道，并招致輸出光不穩(wěn)定。
3、在上述結(jié)構(gòu)中，為生成反饋光，從光纖放大器(3)，(5)輸出的信號光中分出經(jīng)耦合器(7)進行反饋，因此將產(chǎn)生相當于反饋光的輸出損失。
4、在上述的結(jié)構(gòu)中，經(jīng)反饋回路(8)生成的反饋光通過光纖放大器(3)，(5)放大，并同正常的信號光一起進行傳輸，所以存在著影響整個系統(tǒng)的可靠性的危險。
本發(fā)明的目的是提供一種具有良好的增益固定特性而且還能保障整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性的增益固定型光纖放大器。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，增益固定型光纖放大器由光纖放大器、光纖光柵濾波器和反饋回路組成，其中，光纖放大器設(shè)有一種光放大用光纖，它連接在光回路中，以便對光回路中傳輸?shù)男盘柟膺M行放大；光纖光柵濾波器將對從光回路中傳輸?shù)哪骋惶囟úㄩL的光波加以阻斷并讓其反射；反饋回路則把從光纖光柵濾波器反射的光波反饋到上述光纖放大器的輸入端。
另外，上述的光纖光柵濾波器具有一個特點，那就是它將信號波段之外的其它波段的光波進行反射。
另外，反饋回路設(shè)有用來調(diào)節(jié)輸出信號水平的水平調(diào)節(jié)器。
另外，為實現(xiàn)上述目的提出的本發(fā)明——固定增益光纖放大器有如下的結(jié)構(gòu)特點。即，設(shè)有一個耦合器，以便把光回路中傳輸?shù)男盘柟夂头瓷涔怦詈系揭粋€單一的光回路中；設(shè)有一個光纖放大器，它設(shè)有耦合到光回路上的光纖放大用光纖，以便在放大光回路中傳輸?shù)男盘柟?；設(shè)有一個循環(huán)器，它將從光纖放大器放大而輸出的信號光耦合到光纖光柵濾波器中，并將該光纖光柵濾波器的反射光耦合到反饋環(huán)路中；設(shè)有一個光纖光柵濾波器，以便從輸入的光波中阻斷并反射某一設(shè)定波長的光波；還有一個反饋環(huán)路，以便將上述循環(huán)器的反射光通過光耦合器進行輸入。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明可以去實現(xiàn)一種增益固定型光纖放大器，以保障良好的增益穩(wěn)定性和整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明；圖1是利用傳統(tǒng)技術(shù)的增益固定型光纖放大器的框圖。
圖2是在圖1所示的系統(tǒng)中光波進行諧振時的頻譜特性曲線。
圖3是在本發(fā)明的增益固定型光纖放大器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖4是在圖3系統(tǒng)中光波進行諧振時的頻譜特性曲線。
圖5、表示輸入信號水平和增益之間的相關(guān)特性曲線，該裝置具有如圖3所示的結(jié)構(gòu)。
圖6表示增益隨時間變化的一個特性曲線，該裝置具有如圖1和如圖3所示的結(jié)構(gòu)。
圖7是當信號光被追加或削減時殘存的信道信號功率發(fā)生變化的一個特性曲線。其中圖(A)表明具有圖1結(jié)構(gòu)的變化特性，而圖(B)表明具有圖(3)結(jié)構(gòu)的變化特性。
圖3是本發(fā)明的第一個實例，示出一個增益固定形光纖放大器的結(jié)構(gòu)框圖。在圖3中，輸入的信號光耦合到合波器(100)的一個輸入端口，而合波器(100)的另一端口將耦合一個經(jīng)反饋回路傳輸過來的反饋光波。該合波器(100)，舉例為是一個99∶1的合波器，那么它把輸入的信號光和反饋的光波將以99∶1的比例進行耦合。合波器(100)的輸出光波將經(jīng)由單向器(200)耦合到第一光纖放大器(300)的輸入端。
光纖放大器(300)，如在圖1所示的那樣，它由激光二級管(301)，波分復用器(302)以及光放大用光纖(303)組成。其中，激光二極管生成泵浦光；波分復用器(302)將把從單向器(200)傳輸過來的輸入光波和激光二極管的泵浦光波耦合到一條光回路中；光放大用光纖將接收來自波分復用器(302)輸出的光波并加以放大。如所周知，輸入的信號光，通常使用1530-1560nm波長的光波，而泵浦光使用98nm波長的光波。
接著，從第1光纖放大器(300)輸出的光波經(jīng)單向器(400)耦合到第2光纖放大器(500)的輸入端，該第2光纖放大器(500)，如同上述的第1光纖放大器(300)一樣，它由激光二極管(501)，波分復用器(502)和光放大用光纖(503)組成。第2光纖放大器(500)的輸出光波將耦合到循環(huán)器(600)上。該循環(huán)器(600)將把第2光纖放大器(500)的輸出光波耦合到一個以后將作說明的光纖光柵濾波器(700)的輸入端，還把通過光纖光柵濾波器(700)反射過來的反射光波耦合到反饋回路(900)上。
光纖光柵濾波器(700)具有對特定的頻率光波不許透過而使其反射的一種特性。光纖光柵濾波器(700)阻斷并使其反射的頻帶，在制造光纖光柵濾波器(700)時很容易加以解決。在本發(fā)明中光纖光柵濾波器(700)的不透阻斷頻帶設(shè)定為1528nm或1561nm的光波段，而不是信號光波的1530-1560nm波段。當然，光纖光柵濾波器(700)的阻斷頻帶將根據(jù)系統(tǒng)的要求可任意設(shè)定。
圖4示出使用上述光纖光柵濾波器(700)時諧振光波的頻譜特性曲線。這是被光纖光柵濾波器(700)阻斷的光波波段設(shè)定為1561nm時測出的。從該圖面可知，利用光纖光柵濾波器(700)時的帶寬非常狹窄，不到1nm，諧振光以外的波段，幾乎沒有殘留的光波。而且阻斷頻帶之外的波段，顯示出良好的通導特性。即，不被光纖光柵濾波器(700)阻斷的信號光波，在沒有什么其它損耗的情況下將通過單向器(800)而輸出，并得到傳輸。
另外，光纖光柵濾波器(700)阻斷并使其反射的光波經(jīng)循環(huán)器(600)耦合到反饋回路(900)，再經(jīng)由可變衰減器(VAT)(1000)耦合到合波器(100)的輸入端，然后反饋到第1光纖放大器(300)。在這里，可變衰減器(1000)是用來設(shè)定反饋光波到一個適當?shù)乃降?，其衰減度將同系統(tǒng)操作者來分以設(shè)定。
接著，對由上述結(jié)構(gòu)組成的固定增益光纖放大器的工作過程進行說明如下經(jīng)光回路傳輸?shù)?，例?530nm-1560nm波段的信號光，通過合波器(100)和單向器(200)輸入到第1光纖放大器(300)得到一次放大之后，再通過第2光纖放大器(500)得到第二次放大。在這里讓輸入信號光經(jīng)由1次和2次光纖放大器(300，500)分段進行放大是考慮噪聲特性而安排的，與本發(fā)明無關(guān)。通過光纖放大器(300，500)放大的信號光將經(jīng)由循環(huán)器(600)光纖光柵濾波器(700)以及單向器(800)再次傳輸?shù)焦饣芈飞稀?br> 另外，被光纖光柵濾波器(700)阻斷的反射光(反饋光)，即波長為1528nm或1561nm的光波經(jīng)循環(huán)器(600)輸入到光纖放大器(300)，(500)，并將同正常的信號光一起被放大。被放大的反饋光經(jīng)循環(huán)器(600)輸入到光纖光柵濾波器(700)，再經(jīng)光纖光柵濾波器(700)反射，并經(jīng)由循環(huán)器(600)、反饋環(huán)路(900)及合波器(100)再次輸入到光纖放大器(300，500)，依次不斷地進行這一循環(huán)過程。
在上述的結(jié)構(gòu)中，由于存在一個不斷地循環(huán)通過光纖放大器(300)，(500)的反饋光，使得信號光的增益固定在一定的水平上。如所周知，在光纖放大器(300)， (500)中信號光的增益決定于輸入信號光的總體功率大小。在上述結(jié)構(gòu)中，經(jīng)光纖光柵濾波器(700)反射的光波，將同輸入的信號光一起經(jīng)合波器(100)輸入，因此在光纖放大器(300)，(500)中的增益將取決于輸入的信號光和反射光功率的總和。當減少光波傳輸信道使通過合波器(100)的輸入信號光的總體功率變低時，輸入的信號光在光纖放大器(300)，(500)中的增益將變大，同時信號光的水平要變大。這時同信號光一起放大的反射光的增益也變大，因而反射光的水平也要變大。但是，這一變大的反射光被反饋并經(jīng)由合波器(100)再次輸入到光纖放大器(300)，(500)，使得總體輸入光的功率變大，因而傳輸信號光的增益將要相對變小.由于持續(xù)反復這一過程，傳輸?shù)男盘柟鈱⒈３忠欢ǖ脑鲆妫盘柟獾男诺罃?shù)量無關(guān)。信道數(shù)量增加時這種過程也會相同。
圖5示出了由上述結(jié)構(gòu)組成的系統(tǒng)中輸入信號水平與增益之間的相關(guān)特性曲線。在圖5中，曲線(A)是反饋光被切斷而不再輸入到光纖放大器(300)，(500)時，輸入信號光的信號水平與光纖放大器(300)，(500)的增益之間相關(guān)特性曲線。曲線(B)和(C)是當反射光反饋到光纖放大器(300)，(500)時隨輸入信號光的信號水平而變化的的光纖放大器(300，500)增益特性曲線。由圖5可知，同不反饋反射光的曲線(A)相比，向光纖放大器(300)，(500)反饋反射光時的曲線(B)，(C)，從總體而言表示出均勻的增益特性。
另外，圖5的曲線(B)和曲線(C)分別示出對設(shè)置在反饋回路(900)上的可變衰減器(1000)加以調(diào)整，并使反射光的信號水平分別設(shè)定在不同水平時的情形。同曲線(C)相比曲線(B)是表示把反饋光的信號水平設(shè)定得小時的情形。從圖5可知，反饋的反射光信號水平設(shè)得愈大，那么信號光的增益就愈小，信號光的增益維持得更為穩(wěn)定。
通過上述實例可知，在固定增益光纖放大器中不必使用PDL大的帶通濾波器。跟現(xiàn)有結(jié)構(gòu)不同，由于增益變化量變得很小，因此能實現(xiàn)良好的固定增益特性。
圖6示出在圖1中示出的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和本發(fā)明的結(jié)構(gòu)在增益變化方面的不同特性。在圖6中，上方示出的是現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的增益變化特性；下方示出的是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的增益變化特性。在圖6中，在設(shè)有帶通濾波器的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中通過帶通濾波器的PDL獲得的增益大約占0.1dBm的增益波動幅度，變化幅度很大。相反，可以確認在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，增益波動的幅度只限于0.04dBm的一個良好的變化范圍內(nèi)。
另外，在上述實例中，由圖2及圖4可知，由于通過一種阻斷頻帶特性優(yōu)良的光纖光柵濾波器來生成反饋光，因而可以大幅度提高光纖放大器的增益穩(wěn)定性。同時，在追加或削減信道光波時產(chǎn)生的信道殘余信號光的上沖和下沖幅度也能得到大幅度減小。
圖7示出一例光波系統(tǒng)在16個信道的信號光進行傳輸?shù)臓顟B(tài)下削減15個信道的信號光或者在一個信道的信號光進行傳輸?shù)臓顟B(tài)下追加15個信道的光波時信號水平發(fā)生變化的波形圖。其中，圖7(A)是示出設(shè)有帶通濾波器傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)時的特性，而圖7(B)是示出本結(jié)構(gòu)時的特性。另外，圖7(A)的縱坐標是按200mV來分的格；圖7(B)則是按100mV來分的格。
在圖7中，設(shè)有帶通濾波器的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，當追加或削減信道時殘存信道光的峰值(Peak-to-peak)大約為725mV，而本發(fā)明的結(jié)構(gòu)為前者1/4水準的164mV。這表明，本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在大幅的信道追加或削減的情況下還能發(fā)揮較好的上沖和下沖特性，因而在最壞的狀況下也能維持較穩(wěn)定的固定增益特性，而且還能大大減小不均勻效應。
另外，在圖1中示出的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，為了反饋光纖放大器(5)的輸出，使用耦合器(7)，因而產(chǎn)生50％以上的輸出損失。與此相反，在本發(fā)明中，從圖3及圖4可知，由光纖放大器(500)輸出的正常的信號光由于經(jīng)由幾乎沒有輸出損失的循環(huán)器(600)和光纖光柵濾波器(700)，因而可以最大限度的縮小光纖放大器的增益損失。
另外，在本發(fā)明中光纖光柵濾波器(700)能徹底防止反饋光傳輸?shù)焦饣芈分?。而且還可以提高總體系統(tǒng)的可靠性。
另一方面，本發(fā)明不僅僅限于上述的實例，在不超出本發(fā)明的技術(shù)要旨的范圍內(nèi)，可以實施多種變化的形態(tài)。本發(fā)明只依據(jù)原本的權(quán)利要求范圍來限定。
權(quán)利要求
1.一種增益固定型光纖放大器，其特征是設(shè)有一個耦合在光回路上以便對傳輸在光回路上的信號光進行放大的光放大用光纖；設(shè)有對通過光回路傳輸?shù)囊欢úㄩL的光波加以阻斷并使其反射的光纖光柵濾波器；設(shè)有一個把被光纖光柵濾波器反射的反射光耦合到光纖放大器的輸入端的反饋回路。
2.根椐權(quán)利要求1所述的增益固定型光纖放大器，其特征是光纖光柵濾波器將反射信號波段之外的其它波段的光波。
3.根椐權(quán)利要求1所述的增益固定型光纖放大器，其特征是在上述的反饋回路中設(shè)有調(diào)整反射光水平用的水平調(diào)整裝置。
4.根椐權(quán)利要求3所述的增益固定型光纖放大器，其特征是上述水平調(diào)整裝置為可變衰減器的增益固定型光纖放大器。
5.一種增益固定型光纖放大器，其特征是設(shè)有一個把通過光路的傳輸信號光和反射光耦合到單一的光回路的光耦合器；設(shè)有把放大光回路上傳輸?shù)男盘柟怦詈显诠饣芈飞系墓夥糯笥霉饫w；設(shè)有一個把用光纖放大器放大的輸出光波輸入到光纖光柵濾波器的輸入端，再把從光纖光柵濾波器反射出來的反射光耦合到反饋回路循環(huán)器；設(shè)有一個把從輸入的光波中對一定波長的光波加以阻斷并使其反射光纖光柵濾波器；設(shè)有一個把從上述循環(huán)器反射出來的反射光用一個光耦合器進行輸入反饋回路。
6.根椐權(quán)利要求5所述的增益固定型光纖放大器，其特征是設(shè)有一個光纖光柵濾波器，它將信號波段之外的其它波段的光波反射。
7.根椐權(quán)利要求5所述的增益固定型光纖放大器，其特征是在上述反饋回路中設(shè)有一個水平調(diào)整裝置，以便用來調(diào)整反射光的信號水平。
8.根椐權(quán)利要求7所述的增益固定型光纖放大器，其特征是水平調(diào)整裝置為可變衰減器的增益固定型光纖放大器。
全文摘要
一種增益固定型光纖放大器,是從一個光纖放大器,例如從一個摻鉺光纖放大器(EDFA)的光波中,把信號波段以外的光波,例如:波長為1528nm或1561nm的光波,利用光纖光柵濾波器加以阻斷并讓其反射。然后讓這一反射光通過循環(huán)器、反饋回路以及合波器反饋到光纖放大器的輸入端。本發(fā)明是使上述的反射光反復循環(huán)地通過光纖放大器,以形成一個環(huán)狀的激光結(jié)構(gòu),并借助上述的反饋光波使信號光的增益維持在一個固定的水平。
文檔編號H01S3/067GK1372162SQ01110050
公開日2002年10月2日 申請日期2001年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月23日
發(fā)明者李奎行, 金承澤, 崔峯澤, 樸相昱, 宋炫錫 申請人:株式會社Mercury