專利名稱：光纖放大器的制作方法
技術領域：
本發明涉及光纖放大器，更具體地，本發明涉及通過級連摻有不同材料的光纖而獲得平坦增益特性的光纖放大器。
在九十年代后期已經出現波分多路傳輸(WDM)的裝置，用于通過多路復用和傳輸不同波長的光信號。因此，需要適用于WDM傳輸的光纖放大器。然而，目的廣泛使用的摻鉺光纖(EDF)放大器顯示出對不同波長的不同的放大率及噪聲系數。
圖1為傳統EDF放大器的方框圖，其包含第一隔離器100、一激光源102、一波長選擇耦合器(WSC)104、一EDF106及第二隔離器108。
下面對其操作進行描述。首先，激光源102產生中心波長為980nm的激光。WSC104將激光與通過其輸入接口進入的1500nm波帶的信號光耦合。EDF106根據從WSC104入射的激光放大信號光。也即，激光EDF激勵基態的鉺離子，而信號光被受激發射的鉺離子放大。而被放大的光信號，通過第二隔離器108輸出。第二和第三隔離器100及106防止信號光被諸如輸入及輸出連接器110及112等器件反射而重新進入EDF。
然而，此類傳統光纖放大器的問題在于，對不同波長的信號光無法提供平穩的增益。也即，當相同功率的光射進輸入信號信道1、2、3和4時，傳統光纖放大器在不同波長處輸出具有不同功率的信號信道。
為了解決上述問題，現有技術使用濾波器或改變EDF結構。然而，濾波器的使用增加了成本并增大了傳統光纖放大器的尺寸。上述方法的結果會導致增益的降低，這是因為它們對不同波長在輸出功率為最小功率時能使輸出功率平坦。使用摻有不同基本成分(如氟化物)的EDF增大了增益平坦帶寬，卻降低了增益并顯示出受環境影響的特性。
為解決上述問題，本發明的目的是提供一種光纖放大器，其通過級連摻有不同材料的EDF而使其具有平坦化的增益。
相應地，為實現上述目的，所提供的光纖放大器包含摻鉺或摻亞磷的第一光纖，其用于放大由鉺激勵的信號光；與第一光纖一端相連的第二光纖，其摻鉺或摻鋁，并根據鉺的粒子數反轉而與第一光纖具有相反的增益譜斜率，用于放大由第一光纖輸出的信號光；一與第一光纖的另一端相連的激光源，用于激發第一及第二光纖的鉺離子；及光耦合器，用于將來自激光源的激光與信號光耦合并向第一光纖輸出合成光。
通過下面結合相應附圖的描述會對本發明的上述目的及優點有更清楚的了解。
圖1為傳統光纖放大器的方框圖；圖2為根據本發明的光纖放大器的方框圖；圖3A及3B示出圖2的第一及第二EDF的根據粒子數反轉分布的增益譜；圖4為當四個信道信號光被多路復用并被輸入到圖2的光纖放大器時作為波長函數的增益及噪聲系數；圖5為在激光功率被保持恒定的情況下，在用于不同信道的信號光功率改變時而測出的增益及噪聲系數；圖6為在用于四個信道的信號光功率保持恒定的情況下在激光功率改變時所測出的增益及噪聲系數；圖7為根據本發明的具有雙向激光源的光纖放大器的方框圖；圖8為當四個信道信號光入射到圖7的光纖放大器時，作為波長函數的增益及噪聲系數的示意圖；圖9為在保持激光功率恒定的同時，當用于不同信道的信號光功率改變時而測出的增益及噪聲系數的示意圖；圖10為在用于四個信道的信號光功率保持恒定的情況下在激光功率改變時所測出的增益及噪聲系數的示意圖。
參考圖2，光纖放大器包括第一隔離器200、激光源202、與第一隔離器200及激光源202相連的波長選擇耦合器(WSC)204、緩沖EDF206、第一及第二EDF208及210和第二隔離器212。
第一EDF208為摻鉺(Er)及磷(P)的光纖，或摻鉺(Er)、鋁(Al)及P的光纖。
緩沖EDF206及第二EDF210為摻Er及Al的光纖。緩沖EDF206不一定必須是摻Er及Al的光纖。緩沖EDF206最好是一種能降低由WSC204及第一EDF208間的模場直徑差所造成的連接損耗。緩沖EDF206較短從而不會影響整個放大器的增益。緩沖EDF206的Er及Al的濃度可以等于或不同于第二EDF210中的濃度。由于緩沖EDF206雖然降低連接損耗但對光纖放大器增益平坦不起作用因此可以不用。
下面對它們的操作進行描述。首先，幾個信道光通過第一隔離器200入射到WSC204，其中隔離器200可防止來自每個EDF的放大的自發發射光向后反射。入射信號光與來自激光源202(如激光二極管)的激光通過WSC204耦合用于提供具有中心波長為980nm的功率并用于放大。信號光由第一及第二EDF208及210進行放大。
第一EDF208放大比1540nm到1560nm間波長短的大部分信號光。第二EDF210放大比1540nm到1560nm間波長相對長的大部分光。這樣的結果來自于依賴于第一及第二EDF208及210的波長的增益光譜特性。
圖3A示出依賴于第一EDF208的粒子數反轉分布的增益光譜圖。圖3B示出依賴于第二EDF210的粒子數反轉分布的增益光譜圖。其中每一個光譜示出粒子反轉在0到1之間以0.1為單位的比率上升。在圖3A及3B中，處于不同波長處的EDF的增益特性隨粒子數反轉比率而變化的增益特性，也即，在圖3A中，當粒子數反轉比率為0.6或更大時，第一EDF208的增益隨1540nm至1560nm間波長的增大而變低。當粒子數反轉比率為0.5或更小時，增益隨波長增加而變大。然而，在當增益隨波長變長而增加時，不需要作為放大器的第一EDF208，這是因為其每單位長度的增益為0.5dB/m或更小，即其放大水平較低。而當粒子數反轉比率為0.6或更大時，第一EDF208是適宜的。在此情況下，第一EDF208放大增益在短波長時比長波長變得更高。
在圖3B中，隨波長變長第二EDF210的增益變小，此時的波長范圍與圖3A中相同，且粒子數反轉比率為0.8或更大。當粒子數反轉比率為0.7或更小時，隨波長變長增益變大。因此，為了增大在長波長處被第一EDF208相對降低了的增益，第二EDF210粒子數反轉比率最好為0.7或更小。
如果第一EDF208和第二EDF210都用在粒子數反轉比率為0.6及0.7之間，在第一EDF208中激光功率高而信號光功率變低，使得粒子數反轉的比率更大。另一方面，在第二EDF210中，激光功率變低而信號光功率變大，這樣使得粒子數反轉比率降低。由此可獲得具有平坦增益的光纖放大器。
在放大后，信號光通過第二隔離器212輸出用于防止前面自發發射的光反向回流。
圖4為分別具有波長1542nm、1548nm、1554nm及1560nm的四個信道信號光被輸入到圖2的光纖放大器時的作為波長函數的增益及噪聲系數。在1542nm于1560nm間波長的增益及噪聲系數變化被平整到±0.5dB上下誤差間。標號401及402分別表示噪聲系數及增益。
圖5為在激光功率恒定時，上述四個信道信號的功率從-20dBm變到-11dBm時測得的增益及噪聲系數。如圖5中所示，增益及噪聲系數的變化被平整到±0.5dB誤差之間。標號501及502表示噪聲系數及增益。
圖6為保持四個信道信號功率恒定時而激光功率從70mW變到130mW時測得的增益及噪聲系數。如圖6中所示，增益及噪聲系數被平整到±0.5dB誤差之間。標號601及602分別表示噪聲系數及增益。
圖7為向圖2的光纖放大器加入第二激光源701及第二WSC702以獲得雙向泵激的光纖放大器結構的方框圖。其余元件與圖2中的相同。
圖8為分別具有波長1542nm、1548nm、1554nm及1560nm的四個信道信號光入射到圖7的光纖放大器時的增益及噪聲系數與波長的示意圖。如圖8中所示，在1542nm到1560nm間增益及噪聲系數變化被平整到±0.5dB上下誤差間。標號801及802分別表示噪聲系數及增益。
圖9為在激光功率恒定時，上述四個信道信號的功率從-20dBm變到-11dBm時測得的增益及噪聲系數。如圖9中所示，增益及噪聲系數的變化被平整到±0.5dB誤差之間。標號901及902表示噪聲系數及增益。
圖10為保持四個信道信號功率恒定時而激光功率從140mW變到260mW時測得的增益及噪聲系數。如圖10中所示，增益及噪聲系數被平整到±0.5dB誤差之間。標號1001及1002表示噪聲系數及增益。
當用諸如濾波器等無源件時，增益平整度隨信號光功率或激光功率而變化。然而，本發明使用兩類具有不同增益譜線的EDF，這樣，每個EDF的增益譜線會隨輸入信號光功率或激光功率而變化。因此，可獲得整體的平穩增益。
權利要求
1.一種光纖放大器，其特征在于包括摻有鉺及磷的第一光纖，用于放大由鉺激發的信號光；與第一光纖的一端相連的第二光纖，摻有鉺及鋁，并根據鉺的粒子數反轉而具有與第一光纖相反的增益光譜斜率，用于放大由第一光纖輸出的信號光；與第一光纖的另一端相連的一激光源，用于激發第一及第二光纖的鉺；及用于將來自激光源的激光與信號光耦合并向第一光纖輸出所得光的光耦合器。
2.根據權利要求1所述的光纖放大器，其特征在于第一或第二光纖具有0.6至0.7間的鉺的粒子數反轉比率。
3.根據權利要求1所述的光纖放大器，其特征在于包括一緩沖光纖，用于將光耦合器與第一光纖相連以減少第一光纖與光耦合器間的連接損耗。
4.根據權利要求3所述的光纖放大器，其特征在于緩沖光纖為摻鉺及鋁光纖。
5.根據權利要求1所述的光纖放大器，其特征在于包括一第二激光源，其與第二光纖相連以增加激光的功率。
6.根據權利要求1所述的光纖放大器，其特征在于第一光纖為摻鋁的光纖。
全文摘要
一種光纖放大器,包括摻有鉺及磷的第一光纖,用于放大鉺激發的信號光;摻有鉺及鋁與第一光纖相連的第二光纖,其具有與第一光纖相反的增益光譜斜率,用于放大由第一光纖輸出的信號光;與第一光纖的另一端相連的激光源,用于激發第一及第二光纖的鉺;及用于將來自激光源的激光與信號光耦合并向第一光纖輸出所得光的光耦合器。使用了兩類不同增益光譜的EDF,每個EDF的增益光譜隨輸入信號光功率或泵浦功率而變化以保持整個增益平坦。
文檔編號H04B10/17GK1218317SQ98124939
公開日1999年6月2日 申請日期1998年11月19日 優先權日1997年11月20日
發明者黃星澤, 尹秀永, 金貞美, 金性準, 丁來聲, 拉爾斯·約翰·阿爾賓森·尼爾森 申請人:三星電子株式會社