專利名稱：用于wdm光傳輸的光直接放大器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光直接放大器，更具體地，涉及一種優選用于波分復 用(WDM)光傳輸的光直接放大器。
背景技術：
近年來，對于WDM光傳輸系統，由于光學元件或裝置(例如光互連) 的性能增強、旨在實現40Gbit/s光信號傳輸的光發射機/接收機的運行加速 等原因，電功耗不斷增加。鑒于此原因，擔心WDM光傳輸系統中使用的 各種光學裝置的功耗過大。此外，已經有降低功耗的需求，這當中也包括 對環境政策的考慮。這樣，在WDM光傳輸系統中，功耗降低的重要性日
益上升o
當在利用光中繼器的WDM光傳輸系統中通過光直接放大器發送光信 號時，由于使用的光直接放大器的放大頻帶中的增益偏差，傳輸特性可能 會惡化(即，發生數字誤差)。這是由于摻雜稀土元素的光纖(用作光直 接放大器的光放大介質)的增益的波長特性具有溫度依賴性，并且所述增 益的溫度依賴性隨著環境溫度的改變而增加，導致傳輸特性惡化。因此， 存在這樣的需要光放大介質要保持在比其允許溫度范圍更高的溫度上，
以避免由增益的波長特性改變所引起的信道之間的增益偏差。為了滿足該 需要，常規上使用圖1中所示的光直接放大器。
圖1是具有常規典型結構的現有技術光直接放大器110的透視圖，示 意性地示出了放大器110的結構。在該放大器110中，光放大介質lll由 安裝在放大器110 —側的加熱介質112加熱。
光放大介質111由巻盤llla和繞巻盤llla設置的放大用光纖lllb形 成。溫度傳感器113安裝在光纖lllb的附近。加熱介質112是電加熱器， 其響應供電而產生熱量。溫度控制電路114經由電纜116禾卩117分別電連 接到加熱介質112和光放大介質111。溫度控制電路114總是監控光放大
介質111的溫度，控制加熱介質112，使得光放大介質111的溫度保持在 比環境溫度高的預定溫度。
由于現有技術的光直接放大器IIO具有上述結構，增益具有溫度依賴
性的光放大介質lll (即，光纖lllb)的溫度能夠保持恒定。因此，光纖
lllb增益的溫度偏差的影響被抑制，從而可獲得不受環境溫度影響的穩定 WDM光傳輸特性。換句話說，光放大介質111的增益-波長特性的溫度依 賴性可被抑制，從而產生與環境溫度無關的增益-波長特性。
另外，在圖l的結構中，僅僅在光放大介質lll (即，巻盤llla)的 一側設置加熱介質112。然而，加熱介質112可設置在圖1的結構中的光 放大介質lll (即，巻盤llla)的每一側。
下面是本發明除了上述現有技術光直接放大器110外的其它相關技術。
2001年公開的專利文獻1 (日本未審專利公開No. 2001-7428)公開了 一種光放大器，其能夠容易地保持增益平坦。該光放大器用于WDM光傳 輸系統。
專利文獻1的光放大器包括光波導，用于光學放大信號光，其摻雜 有能夠通過激發光激發的熒光材料(例如，摻雜有熒光材料的放大用光 纖)；和激發裝置，用于向光波導提供激發光。該光放大器還包括輸出 控制裝置，用于控制輸出，使得從光波導輸出的信號光功率保持在目標值； 和溫度控制裝置，用于基于輸入到光波導中的信號光功率控制至少一部分 光波導的溫度。
具體來說，放大用光纖繞由具有極佳導熱性的材料(例如，鋁)制成 的繞線管設置。用于調節光纖溫度的珀耳帖(Peltier)元件和用于檢測光 纖溫度的熱敏電阻被粘附到該繞線管上。因此，如果輸出信號光功率試圖 隨輸入信號光功率的波動而改變，則控制光纖的溫度，使得輸出信號光的 功率保持在目標值。因此，光放大性能的退化被抑制，即便輸入信號光功 率波動。結果，可容易地保持增益平坦。(參見專利文獻l的權利要求1、 圖1以及段落0018-0022。)
1996年公開的專利文獻2 (日本未審專利公開No. 8-173560)公開了 一種激光治療儀以及所用的探頭，其能夠同時實施激光治療和溫熱療法，
用于慢性疼痛治療，而不會導致半導體激光器的任何熱損壞。
專利文獻2公開的激光治療儀所用的探頭包括半導體激光器；熱模 塊(例如，珀耳帖元件)，用于冷卻半導體激光器；熱敏電阻，用于檢測 熱模塊的溫度；接觸傳感器電極，用于檢測與人體的接觸；陶瓷，發出遠 紅外線；以及探頭外殼，用于封閉這些元件。熱模塊在其中心位置具有開 口，半導體激光器的照射口插入該開口中。半導體激光器的散熱板固定在 熱模塊的冷卻側上。用于發射遠紅外線的陶瓷固定在熱模塊的相對加熱側 上。在使用時，陶瓷與人體接觸以實施溫熱療法。由于上述的結構，半導 體激光器能夠被強制冷卻，并因此增強了可靠性和耐久性。(參見專利文 獻2的圖1和段落0005、 0009以及0014-0015。)
然而，如圖1所示的現有技術光直接放大器110中，電力不僅對于驅 動用于激發光放大介質lll (即，放大用光纖lllb)的激發光源、對于所 述激發光源的溫度調節、以及對于驅動控制它們的控制電路是必須的，而 且對于驅動加熱介質112也是必須的。因此，希望通過低成本的簡單結構 來降低現有技術光直接放大器110的功耗。
發明內容
做出本發明以滿足上述要求，本發明的目的是提供一種光直接放大 器，能夠以低成本的簡單結構降低功耗。
根據下面的說明，本領域技術人員將會清楚上述的以及其它未具體提 及的目的。
根據本發明的一種光直接放大器，包括 激發光源，用于光激發；
光放大介質，響應激發光源的光激發實現光放大功能； 溫度控制器，用于控制光放大介質的溫度； 散熱元件，用于散發由激發光源產生的熱量；以及 熱傳遞調節器，設置在光放大介質和散熱元件之間，用于允許熱量從
激發光源流入光放大介質，并防止熱量從光放大介質流入激發光源；
其中，光放大介質通過經由散熱元件和熱傳遞調節器施加由激發光源
產生的熱量而被加熱。
根據本發明的光直接放大器中，用于光激發光放大介質的激發光源產 生的熱量被傳遞到散熱元件，然后，其被散發或輻射到所述光直接放大器 的外部。此外，用于允許熱量從激發光源流入光放大介質并防止熱量從光 放大介質流入激發光源的熱傳遞調節器設置在光放大介質和散熱元件之 間。從而，光放大介質通過經由散熱元件和熱傳遞調節器施加激發光源產 生的熱量而被加熱。
因此，光放大介質的溫度可利用激發光源產生的熱量而上升，從而保 持光放大介質處于比環境溫度高的預定溫度。結果，用于加熱光放大介質 所需的電功率不是必須的，從而所述光直接放大器的功耗可因此降低。
此外，除了現有技術光直接放大器中包括的光放大介質、激發光源以 及溫度控制器外，提供散熱元件和熱傳遞調節器就足夠了。此外，散熱元 件可容易地以具有良好熱傳導性的剛性元件實現，熱傳遞調節器可容易地 通過例如熱電效應元件實現。這表明，所述光直接放大器的結構是簡單的， 且以低成本實現。
由于上述結構被結合到根據本發明的光直接放大器中，顯然該放大器
不同于專利文獻1公開的現有技術光直接放大器與專利文獻2公開的激光
治療儀的組合。
在根據本發明的光直接放大器中，例如，熱電效應元件可優選用作熱 傳遞調節器。然而，任何元件或裝置可用于該目的，只要其具有防止熱量 從光放大介質流入激發光源的功能。
根據本發明的光直接放大器優選用于WDM光傳輸。然而，該放大器 可用于WDM光傳輸外的任何其他類型的光傳輸，只要其需要響應于激發 光源的光激發來實現光放大功能的光放大介質以及用于控制光放大介質 溫度的溫度控制器，其中光放大介質需要加熱。
在根據本發明的放大器的優選實施例中，激發光源固定到散熱元件的 一個表面上，光放大介質經由熱傳遞調節器固定到散熱元件的另一表面 上。在該實施例中，存在另外一個優點，即所述放大器的結構更加簡單。
在根據本發明的放大器的另一優選實施例中，熱電效應元件用作熱傳 遞調節器。在該實施例中，存在另外一個優點，即熱傳遞調節器能夠以簡 單且低成本的結構實現。 在根據本發明的放大器的又一優選實施例中，熱電效應元件形成為板 狀，并且該熱電效應元件的一個表面緊密接觸散熱元件，而該熱電效應元 件的另一表面緊密接觸光放大介質。在該實施例中，存在另外一個優點， 即熱量被有效地從散熱元件經由熱傳遞調節器傳遞到光放大介質。
在根據本發明的放大器的另一優選實施例中，額外設置用于加熱光放 大介質的加熱器。在該實施例中，存在另外一個優點，S卩，即使由于例如 環境溫度極低這樣的原因而難以利用激發光源產生的熱量保持光放大介 質處于比環境溫度高的預定溫度，也可使用所述光直接放大器。
在根據本發明的放大器的又一優選實施例中，光放大介質由光纖形 成。在該實施例中，存在另外一個優點，即凸顯本發明的優點。
在根據本發明的放大器的另一優選實施例中，溫度控制器被配置為保 持光放大介質的溫度處于比環境溫度高的預定溫度。在該實施例中，存在 另外一個優點，即凸顯本發明的優點。
在根據本發明的放大器的又一優選實施例中，所述放大器配置用于
WDM光傳輸。在該實施例中，存在另外一個優點，即凸顯本發明的優點。
為了本發明能夠容易實現，現在將參考附圖進行說明。
圖1為示意性示出現有技術^直接放大器結構的透視圖。
圖2為示意性示出根據本發明第一實施例的光直接放大器結構的透視圖。
圖3為示意性示出根據本發明第一實施例的光直接放大器整體結構的 說明圖，其中所述放大器用于利用光中繼器的WDM光傳輸系統。
圖4為示意性示出根據本發明第二實施例的光直接放大器結構的透視圖。
具體實施例方式
接下來，將參考附圖對本發明的優選實施例進行詳細說明。
第一實施例
如圖2所示，根據第一實施例的光直接放大器10包括光放大介質 11，響應于用于激發的半導體激光器19 (即，激發光源)的光激發，實現
光放大功能；以及溫度控制電路14，用于控制放大介質11的溫度。這點 與先前參考圖1說明的現有技術光直接放大器110相同。
然而，與現有技術光直接放大器110不同，該直接放大器10還包括 散熱基底(即，散熱元件)15,用于散發半導體激光器19產生的熱量， 以及珀爾帖模塊12 (其是一種熱電效應元件)，用于防止熱量從放大介質 11流入激光器19，其中珀爾帖模塊12設置在放大介質11和散熱基底15 之間。珀爾帖模塊12用作熱傳遞調節器，用于允許熱量從半導體激光器 19流入放大介質11并防止熱量從介質11流入激光器19。放大介質11被 配置為經由散熱基底15和珀爾帖模塊12利用由半導體激光器19產生的 熱量加熱。換句話說，從半導體激光器19以熱量形式發出的電力和從溫 度調節元件(未示出)以熱量形式發出的電力經由珀爾帖模塊12和散熱 基底15被傳送給放大介質11，其中溫度調節元件對激光器19進行溫度調 節。
這里，放大介質11由例如由鋁制成的近似圓柱的巻盤lla以及繞該 巻盤lla若干次設置的放大用摻鉺光纖(EDF) llb形成。然而，也可以 使用摻雜任何其它稀土元素的放大用光纖。可使用任何其它類型的光纖， 只要其響應于激發光源的光激發實現光放大功能。除了光纖，具有任何其 它結構和/或形式的任何光放大^質都可用于該目的。
散熱基底15為矩形板，由具有良好導熱性的剛性材料制成，例如， 不銹鋼。
珀爾帖模塊12具有矩形板或片狀的形狀，比散熱基底15小。模塊12 的一個表面固定到散熱基底15與模塊12相對的一平坦表面上。這是為了 確保散熱基底15和放大介質11之間的良好導熱性，并且減少光直接放大 器10的體積以節省空間。為了確保散熱基底15和珀爾帖模塊12之間的 良好導熱性，珀爾帖模塊12位于散熱基底15 —側的整個表面緊密接觸基 底15的相對表面。珀爾帖模塊12位于散熱基底15相對側的整個表面固 定到放大介質11的巻盤lla的邊緣形(brim-shaped)部分的一個表面上 并與之緊密接觸。這是為了確保放大介質11和珀爾帖模塊12之間的良好
導熱性。
半導體激光器19是芯片形的，用于激發放大介質11 (g卩，光纖llb)。 激光器19的一個表面固定到散熱基底15與珀爾帖模塊12相對的表面上
并與之緊密接觸。這是為了確保半導體激光器19和散熱基底15之間的良 好導熱性，從而使得在其工作中，從激光器19發出的熱量被有效傳遞到 散熱基底15。
珀爾帖模塊12將從半導體激光器19發出的熱量傳遞到放大介質11;
然而，模塊12不執行反方向的熱傳遞。這意味著，珀爾帖模塊12是一種 能夠僅允許單向熱傳導的裝置。模塊12允許熱量從半導體激光器19流入 放大介質ll，同時，防止熱量從放大介質11流入激光器19。因此，有效 避免了從放大介質11發出的熱量被施加到激光器19、而使激光器19不能 正常工作的情況。這里描述的這種單向熱傳導可容易地實現，例如通過將 珀爾帖模塊12的發熱側設置在激光器19 一側，并且將模塊12的吸熱側 設置在放大介質11 一側。
用作溫度傳感器的熱敏電阻13安裝在放大介質11 (即，繞巻盤lla 設置的放大用光纖lib)的外表面上。熱敏電阻13經由電纜17電連接到 溫度控制電路14。珀爾帖模塊12也經由電纜16電連接到所述電路14。
溫度控制電路14始終通過熱敏電阻13監控放大介質11 (即，光纖 lib)的溫度。此外，該電路14以使熱敏電阻13的電阻保持常數的方式 控制或調節提供給珀爾帖模塊12的電流，從而控制放大介質11的溫度。 這樣，放大介質11的溫度保持在預定溫度(即，選擇溫度)。該預定的選 擇溫度比放大介質11可安裝的環境溫度允許范圍的最高溫度要高。
為了保持放大介質11處于該選擇溫度，需要施加熱量。因而，利用 從用于在工作中激發所述介質11的半導體激光器19發出的熱量。由于這 一原因，不需要包括先前參照圖1說明的現有技術光直接放大器110中所 設置的加熱介質(加熱器)112。
由于上述這種結構，在工作中，來自半導體激光器19的熱量(過去 被散發到空氣中)能夠用于加熱放大介質U。因此，光直接放大器io的 功耗可降低。
光纖18的一端連接到半導體激光器19的輸出部分。向激光器19供
給以預定的驅動電流以產生激光振蕩，從而從激光器19的輸出部分發出 激發用的預定激光。這樣輸出的激發用激光通過光纖18發送到放大介質11。
當具有上述結構的光直接放大器10應用于利用光中繼器的WDM光 傳輸系統時，放大器10具有圖3所示的整體結構。
光直接放大器10包括用于信號光傳輸的光纖33。 WDM光波導耦合 器34安裝在光纖33的輸入端子31和輸出端子32之間。光纖18的一端 被光連接到WDM光波導耦合器34，半導體激光器19的輸出光(即，激 發光)通過這一端發送到所述光纖18的外部。放大介質11的光纖lib被 光連接到光纖33。
WDM光波導耦合器34將通過輸入端子31發送到光纖33中的信號光 和從半導體激光器19發出的激發光耦合，同時，波分復用如此耦合的信 號光和激發光。如此產生的波分復用信號和激發光通過光纖33向輸出端 子33傳輸。在該傳輸過程中，波分復用激發光進入放大介質11的光纖lib 并激發該光纖llb，從而導致所述光纖lib中的預定光放大操作。由于所 述光放大操作，在光纖33中傳播的波分復用信號光的波形被放大，此后， 如此放大的波分復用信號光從輸出端子32發出。
根據本發明第一實施例的光直接放大器10中，如上所述，由用于光 激發光放大介質11 (即，放大用光纖Ub)的半導體激光器19產生的熱 量，被傳遞到散熱基底15，然后，散發或輻射到光直接放大器IO的外部。 此外，允許熱量從激光器19流入放大介質11并防止熱量從放大介質11 流入激光器19的珀爾帖模塊12設置在放大介質11和散熱基底15之間。 因此，放大介質11通過經由散熱基底15和珀爾帖模塊12施加由激光器 19產生的熱量(所述熱量過去被散發到大氣中)而被加熱。
因此，利用激光器19產生的熱量，放大介質11的溫度可上升，從而 保持放大介質11處于比環境溫度高的預定溫度。結果，不必需要加熱放 大介質11所需的電功率，因而能夠降低第一實施例的光直接放大器10的 功耗。
此外，除了現有技術光直接放大器IIO包括的放大介質111、半導體 激光器(圖1未示出)以及溫度控制電路114，只需再為放大器IO提供散
熱基底15和珀爾帖模塊12就足夠了。另外，散熱基底15可容易地用具 有良好導熱性的剛性構件實現，珀爾帖模塊12可容易地利用公知的熱電 效應元件實現。這表明，根據第一實施例的光直接放大器10的結構是簡 單的，并在低成本下實現。
第二實施例
根據本發明的第二實施例的光直接放大器10A具有圖4所示的結構。 根據第二實施例的放大器10A的結構與根據第一實施例的上述光直 接放大器10相同，除了在放大介質11的巻盤lla與珀爾帖模塊12相對 的表面上額外安裝加熱器20。換句話說，放大器10A的結構相當于放大 器10的結構和加熱器20的組合。因此，這里采取與圖2的第一實施例中
使用的相同的附圖標記，省略了相同結構的說明。
加熱器20是一種響應于供電產生熱量的電加熱器。這里，加熱器20 的形狀為矩形板或片狀。該形狀是考慮到光放大介質11的巻盤lla的熱 傳導性以及節省空間而確定的。加熱器20經由電纜21電連接到溫度控制 電路14。由于溫度控制電路14的工作，加熱器20可根據需要工作或激活 以產生熱量。這樣從加熱器20產生的熱量與半導體激光器19產生的熱量
一起按需施加到放大介質11。
根據第二實施例的光直接放大器IOA中，由于上述結構，除了第一實 施例的放大器10的優點，還存在另外的優點，即，即使由于如環境溫度 極低這樣的原因而導致利用半導體激光器19產生的熱量難以保持放大介 質11處于比環境溫度高的預定選擇溫度，放大器10A也能夠使用。
由于第二實施例的放大器10A包括加熱器20，如果加熱器20工作， 功耗將比第一實施例的放大器10大。然而，主要利用由激光器19產生的 熱量來加熱放大介質11。因此，放大器10A的功耗比先前描述的現有技 術放大器110低。
其它實施例
上述的第一和第二實施例是本發明的優選實施例。因此，不用說，本 發明不限于這些實施例，可對它們做出任何改進。
例如，第一和第二實施例中熱敏電阻13用作溫度傳感器；然而，任 何其它類型的溫度傳感器可用于該目的。
雖然在第一和第二實施例中使用其中繞巻盤lla設置放大用光纖lib
的光放大介質11，但本發明不限于此。放大介質II可具有任何其它結構，
例如包括繞巻盤lla設置的放大用寬(即，片狀)光纖的結構，或者僅僅
包括放大用光纖而沒有巻盤llb的結構。代替放大用光纖，可使用任何其 它類型的光放大介質。
上述實施例中半導體激光器19用作光放大介質11的激發光源。然而， 本發明不限于半導體激光器。可使用任何其它類型的激發光源。
作為溫度控制電路14,可使用具有任何結構的溫度控制電路，只要可 與根據本發明類型的光直接放大器一起使用。
在上述實施例中，半導體激光器19固定在散熱基底15的一個表面上。 然而，本發明不限于此。如果由激光器19產生的熱量可傳遞到基底15， 例如通過使用介于激光器19和基底15之間的合適的熱傳遞元件，激光器 19可安裝成離開基底15。
在上述第二實施例中，使用片狀電加熱器20。然而，可使用任何其它 類型的加熱器，只要其能加熱光放大介質11。
雖然已經說明了本發明的優選形式，但本領域技術人員不脫離本發明 的精神可進行修改。因此，本發明的范圍僅由所附權利要求確定。
權利要求
1.一種光直接放大器，包括激發光源，用于光激發；光放大介質，響應激發光源的光激發實現光放大功能；溫度控制器，用于控制光放大介質的溫度；散熱元件，用于散發由激發光源產生的熱量；以及熱傳遞調節器，設置在光放大介質和散熱元件之間，用于允許熱量從激發光源流入光放大介質，并防止熱量從光放大介質流入激發光源；其中，光放大介質通過經由散熱元件和熱傳遞調節器施加由激發光源產生的熱量而被加熱。
2. 根據權利要求1的放大器，其中，激發光源固定到散熱元件的一 個表面上，并且光放大介質經由熱傳遞調節器固定到散熱元件的另一表面 上。
3. 根據權利要求1的放大器，其中，熱電效應元件被用作熱傳遞調 節器。
4. 根據權利要求1的放大器，其中，熱電效應元件形成為板狀，并 且該熱電效應元件的一個表面緊密接觸散熱元件，而該熱電效應元件的另 一表面緊密接觸光放大介質。
5. 根據權利要求l的放大器，還包括加熱器，用于加熱光放大介質。
6. 根據權利要求l的放大器，其中，光放大介質由光纖形成。
7. 根據權利要求1的放大器，其中，溫度控制器被配置為保持光放 大介質的溫度處于比環境溫度高的預定溫度。
8. 根據權利要求l的放大器，其中，所述放大器被配置成用于WDM光傳輸。
全文摘要
一種用于WDM光傳輸的光直接放大器，以低成本的簡單結構降低了功耗。該放大器包括光放大介質(例如，光纖)，其響應于激發光源(例如，半導體激光器)的光激發實現光放大功能；溫度控制器，用于控制放大介質的溫度；散熱元件，用于散發由該光源產生的熱量；以及熱傳遞調節器(例如，珀爾帖模塊)，用于允許熱量從該光源流入放大介質并防止熱量從放大介質流入該光源。放大介質通過經由散熱元件和熱傳遞調節器施加由該光源產生的熱量而被加熱。
文檔編號H04B10/17GK101350677SQ200810127749
公開日2009年1月21日 申請日期2008年3月28日 優先權日2007年3月28日
發明者濱田聰 申請人:日本電氣株式會社