专利名称：喇曼放大的光学放大器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及光通信领域，尤其涉及一种改进的喇曼放大的掺铒的光纤放大器。
由语音数据网络发展而产生的对较高容量传输系统的需求导致了多波长的波分复用(WDM)光学通信系统和网络的发展，这些系统和网络具有大量的独立信道。(参看，例如，Y.Sun,J.B.Judkins,A.K.Srivastava,L.Garrett,J.L.Zyskind,J.W.Sulhoff,C.Wolf,R.M.Derosier,A.H.Gnauck,R.W.Tkach,J.Zhou,R.P.Espindola,A.M.Vengsarkar，以及A.R.Chraplyvy的“利用宽带增益拉平的掺饵的硅光纤放大器在640Km上进行32-WDM 10-Gb/s信道的传输”，IEEE光子技术通报，卷9,No.12,PP.1652-1654,1997；12；和A.K.Srivastava,Y.Sun,J.W.Sulhoff,C.Wolf,M.Zirngibl,R.Monnard,A.R.Chraplyvy,A.A.Abramov,R.P.Espindola,T.A.Strasser,J.R.Pedrazzini,A.M.Vengarkar,J.L.Zyskind,J.Zhou,D.A.Ferrand,P.F.Wysocki,J.B.Judkins以及Y.P.Li的“理想波光纤在400Km上的100 WDM 10Gb/s信道的1Tb/s传输”，光纤会议技术文摘，邮政宽限论文，PD 10-1-10-4,San Jose,CA，二月22-27,1998；P.B.Hansen和L.Eskildsen的光纤技术，卷3,pp.221-237,1997；以及A.K.Srivastava,L.Zhang,Y.Sun和J.W.Sulhoff,99光纤年会会刊，论文FC2,pp.53-55,San Diego,CA 1999)将掺有稀土的光纤放大器用来放大在这样的通信系统和网络中使用的光信号是很适当的。人们发现这些掺有稀土的光纤放大器经济合算，它们显示出很低的噪音，能提供较大的与偏振无关的带宽，显著地显示出减小的串扰(crosstalk)，以及在相关的工作波长上具有很小的插入损耗。由于它们的这些有利特性，掺稀土的光纤放大器，例如掺铒的光纤放大器(EDFA)正在取代现行的在很多光学光波通信系统和网络中使用的光电再生中继器(regenerator)。
因此，由于它们的广泛应用及其重要性，因而对于改进的掺稀土的光纤放大器，尤其是改进的掺铒的光纤放大器就存在着一连续不断的需求。
我们已经研制出一种喇曼放大的光学放大器，由于在该放大器内自身提供有一喇曼泵浦，因而有利地改善了该放大器的噪音指数。有利的是，这样的放大器可广泛地应用于密集的波分复用传输系统中。
本发明的另外的特点和优点以及本发明的各实施例的结构和操作，都将在下面参考附图作详细介绍。
图1是可以用作本发明基础的多级光学放大器的示意图；图2是按照本发明的喇曼放大的光学放大器的示意图；以及图3是一包括本发明的喇曼放大的光学放大器的示范性WDM传输系统的示意图。
图1图示出一用作本发明基础的多级光学放大器的基本原理。具体来说，现在就来参考该图，光学放大器100包括两个分立的不同的放大级，而这两级被一光学元件，如光学隔离器所分隔。该第一放大级120通过一光学隔离器、光学滤波器之类的无源元件160与第二放大级140耦合。该第一级120可以包含一掺杂的放大的光纤180，该放大的光纤通过耦合器181与输入口182和泵浦口183两者耦合，与泵浦口耦合是为了从泵浦185，如激光二极管泵浦接收能量。耦合器181可以是一，例如由加拿大渥太华的JDS Optics制造的多路复用/多路分解型滤波器或光学干涉滤波器。
该多级放大器的第二级140可以包含一第二掺杂的放大的光纤141，该放大的光纤通过耦合器128与输出口130和泵浦口132两者耦合，以便给前者提供一已被放大的信号和通过后者从激光二极管泵浦134接收能量。与第一级类似，耦合器128可能是一，例如由JDS Optics制造的多路复用(多路分解)型滤波器或光学干涉滤波器。
该光纤180的输出口136通过无源光学元件160与光纤141的输入口138耦合。该光学元件160可以是一由光学滤波器构成的光学隔离器，或是光学滤波器和光学隔离器两者的组合。该光学隔离器可取光二极管的形式，它允许光能从第一级120传向第二级140，但却限制光能反向传送。该光学滤波器可采用多路复用器的形式，它可由衍射光栅、薄膜，或一滤波器制作，这种滤波器可以是能限制被放大的自发辐射(ASE)并/或具有改进该多级放大器的增益性能的滤波特性的滤波器，或是能减小起源于两级之间的流动和使两级饱和的自发辐射形式的能量的其它类型的滤波器。该光学隔离器和/或光学滤波器可通过融合、拼接或其它方法与第一级120和第二级140的光纤都能光耦合。
从激光二极管泵浦185发出的光可经过安置在泵浦口183上的一透镜射进第一放大级120中。一全息光栅之类的滤波器139可做在该端部183和该耦合器181之间的光纤中，以通过提供反向散射来从该激光二极管泵浦中排除不想要的模式。
如上所述，构造该耦合器181是为了将输入口182所接收的输入信号和泵浦口183所接收的泵浦信号两者与放大光纤180耦合起来。按照类似方式，构造该耦合器128是为了将来自多级放大器的放大信号传送到输出口130和将泵浦口132所接收的泵浦信号与放大光纤141耦合起来。
在运作过程中，想要放大的光信号可通过某些方便的方法，例如光学之类的方法与输入口182耦合，而且将泵浦信号耦合到泵浦口139和泵浦口132。所接收的被该光学放大器的第一级120的掺铒的光纤放大器180放大的光学信号，通过无源光学元件耦合到该光学放大器100的第二级140的输入口。
应该明白，第一级120的掺铒的光纤放大器180可从两端之一或两端来泵浦，而且第二级140的掺铒的光纤放大器141也可从两端之一或两端来泵浦。要是这样，用来泵浦该光学放大器100的第一级120和第二级140的激光二极管和多路复用器都可以制作在一单一基片上，而且还可将无源光学元件或光学隔离器和/或光纤之类的元件包括这基片内。
图2是一说明我们发明主题的喇曼放大的光学放大器的基本原理的示意图。这里示出的光学放大器200基本上被分成很多级202[1]…202[N]。简要地说，光学信号进入该光学放大器的输入端204并在传过多级202[1]…202[N]之后离开输出端206。如在这种示范性结构200中所画出的那样，这些级都包括一段掺有稀土，例如掺有铒的光纤210[1]…210[N]。
在图2中还示出，该放大器200的第一级202[1]被一适当波长，如980nm的光学泵浦所抽运。如可理解的那样，在选择该泵浦时有某些设计自由。所示的泵浦212被示范地表示成980nm，它将维持一高的反转能级，导致一很低的噪音指数。可通过波长选择耦合器216将该泵浦耦合到该光学放大器200的一放大级上。
在图2中还示出，本发明的主题是喇曼泵浦214，它通过波长选择耦合器218与该放大器200的一放大级相耦合。该喇曼泵浦可有利地是一多波长的激光装置，但对于我们示范实施例的目的来说，其波长却是在1400到1550nm之间。
尽管在图2中没有明显画出，该喇曼泵浦214却可在任何一级202[1]…202[N]与该光学放大器200耦合，虽然中央的一级也许是最方便的。如象，980nm的泵浦波长选择耦合器216在喇曼波长处应该是透明的，其插入损耗是很小的。按照本发明教导构造的放大器，其输入信号的功率将是较大的(由于喇曼增益)，而且比泵浦212的980nm更长的波长的喇曼泵浦的存在将进一步使图2所示的示范性放大器的第一级的反转能级增大。如进一步可以理解的那样，在这样的第一级中将反转能级保持在很高的水平上为的是改善该放大器的噪音指数。
最后，现在来参见图3，图中示意地表示出一含有本发明的喇曼放大的光学放大器的示范性的波分复用(WDM)传输系统。具体地说，将发送器302与接收器304相互连接起来的传输系统300包括很多被喇曼放大的光学放大器307、309、311相互连接起来的光纤跨段(fiberspan)306、308、310，和多路分解器315，前述的喇曼放大的光学放大器在图上都被表示为掺铒的光纤放大器。在运行过程中，从发送器302发射出的波分复用光学信号(未画出)横向穿过这些多个光纤跨段306、308、和310时，它们就被本发明的喇曼放大的光学放大器307、309、311放大。随后通过多路分解器315的作用将这些信号多路分解，然后由接收器304接收。如可很容易知道的那样，这些光纤跨段和部件材料、发送器302、多路分解器315、以及接收器304，都是众所周知的，而且它们在特定应用中的实际方案对于设计选择是很重要的。
继续参考图3，在每个放大器307、309、和311处，按照本发明的教导和为了与图2的讨论一致，高功率的喇曼泵浦是通过充当喇曼放大的增益介质的传输光纤来传输的。喇曼泵浦和光信号将朝相反方向传播通过该传输系统。现在应该明白，作为本发明教导的结果，喇曼放大在光学放大器中的应用将改善该放大器的噪音指数，从而将提高整个系统的容限。
本领域的技术人员将可对本发明进行各种另外的改进。但是，对于本说明的具体描述的所有偏离都完全被认为是在本发明的描述和权利要求的范围之内，本说明书基本上是以那些使该技术取得了进步的原理和它们的等效法则为依据的。
权利要求
1．一种光学放大器，其特征在于在该光学放大器内有用于提供喇曼放大的装置。
2．如权利要求1所述的光学放大器，其特征在于它还包含有多个放大级。
3．如权利要求2所述的光学放大器，其特征在于所说的喇曼放大装置被安放在该多个级的一中间级内。
4．一种提高光学放大器性能的方法，该方法的特征在于通过一喇曼放大装置将该光学放大器中的光信号进行放大。
5．按照权利要求5所述的方法，其特征在于该喇曼放大装置提供一反向传播的喇曼泵浦。
6．一种多级光学放大器，包括一第一放大级，它包含有掺稀土的放大的光纤；一第二放大级，它包含有掺稀土的放大的光纤；以及一中间的放大级，它安置在第一和第二放大级之间，该中间的放大级包含一用于提供喇曼放大的装置。
7．按照权利要求6所述的光学放大器，其特征在于所说的喇曼放大装置提供一反向传播的喇曼泵浦。
8．一种传输光信号用的装置，所说的装置包括一发送器；一接收器，它与该发送器光学耦合；以及一光学放大器，它放置在上述两者之间并与发送器和接收器光学耦合，其中所说的光学放大器包含一喇曼泵浦。
全文摘要
一种使用喇曼泵浦的光学放大器,它在降低噪音指数的同时还能产生很多理想特性。由于它的这些理想特性,这种喇曼泵浦的光学放大器可以应用在密集的WDM通信系统中。
文档编号H01S3/30GK1306223SQ00137569
公开日2001年8月1日 申请日期2000年12月28日 优先权日1999年12月30日
发明者阿图尔·K.·斯莱瓦斯塔瓦, 詹姆斯·W.·萨尔霍夫, 孙雁 申请人:朗迅科技公司