专利名称：具有光增益控制的光放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种创新的具有增益控制的光放大器，并且涉及一种在城域(metro field)中使用所述放大器的全光环形的WDM网络。环形网络的 一 个问题是它们对由于放大器增益的饱和而累积瞬态 的敏感性。在对成本非常敏感的城域网市场中，网络设计者需要灵活而 鲁棒的并且降低网络复杂性和成本的控制技术。在城域中已知的主要商 用放大器使用电子增益控制，其在成本和性能方面具有缺点。在可重配 置的城域网中电子增益控制解决方案的 一 个例子可以在N. Madamopoulos等人的J. Lightwave Technol., 20(2002), P. 937中找到。作为替代，光增益钳制(OGC)可能是一种更简单的技术，其相对 经济和高效，这在M. Zirngibl的Gain control in erbium-doped fiber amplifiers by an all-optical feedback loop, Electron. Lett, 27(1991), P. 560 以及 G. Luo 等人的 Experimental and Theoretical Analysis of Relaxation-Oscillations and Spectral Hole Burning Effects in All-Optical Gain-Clamped EDFA，s for WDM Networks, J. Lightwave Technol., 16(1998), P. 527中已被提出。然而，除非提高项目成本，否则所提出的 用于获得OGC的系统仍然要遭受对于瞬态而言并不令人满意的鲁棒性。近来提出了 一种掺辨波导放大器(EDWA )配置(K. Ennser的Control of optical amplifier transient dynamics in metro system network, ICTON (2004), Tu.Cl.2)。除了与掺铒光纤放大器(EDFA)相比对瞬态损害的 超强免疫性之外，波导技术还具有与其他功能集成的良好潜力。所述集 成的块在大规模生产时提供小型化(small footprint)和低成本。为了获 得具有OGC的放大器的目的，即使对于EDWA也仍然存在寻找满足上 述要求的配置的问题。本发明总的目的是能够获得一种创新的全光放大器配置，其具有光 学钳制的增益，从而允许实现全光环形网络，同时消除现有技术的缺点。鉴于该目的，根据本发明，设法提供一种具有光增益控制的光放大 器，其特征在于，所述光放大器包括串联的第一光纤布拉格光栅(FBG)、可变光衰减器(VOA)、光放大单元以及第二光纤布拉格光栅(BG), 其中所述两个光栅具有中心波长，以便在它们之间限定激光谐振腔(laser cavity)，其中所述放大单元位于中间，并且要放大的信号的输 入端位于第 一 光栅与所述放大单元的输入端之间。此外，根据本发明，设法实现一种具有在节点中使用所述光放大器 的环的WDM光网络。为了清楚地解释本发明的创新性原理及其与现有技术(美国专利 No 6,421,168 )相比的优点，在下文中借助于附图、通过应用所述原理 的非限制性实例对本发明的可能实施例进行描述。在附图中
图1示出根据本发明实现的光增益钳制放大器配置的配置， 图2示出具有根据本发明的放大器的环形网络的实验性测试布置， 图3-7示出显示使用本发明的原理的网络的特性的曲线图。参考附图，图1用图解法示出总体上用参考数字IO表示的放大器 的布置，其具有根据本发明的钳制光增益，并且具有一个输入端11和 一个输出端12。该放大器包含由已知放大器(并且特别是具有泵浦)组 成的增益块13。所述泵浦放大器可以方便地用已知的掺铒波导放大器 (EDWA)来实现。这在瞬态中允许更好的性能。然而，根据本发明的 原理，发现已知的掺铒光纤放大器(EDFA)也是可用的。激光谐振腔由两个已知的光纤布拉格光栅(FBG) 14、 15组成，在 它们之间布置了放大器单元13。因此，所述谐振腔的长度是这两个光栅 之间的总路径。然而，根据本发明的原理，上述FBG也可以被画在集成 波导结构中。选择这两个光栅的中心波长，例如以便通过把该放大器单 元用作激活介质来形成激光谐振腔。例如，将中心波长置于1549.58nm (WDMC波段)。即使在放大器输入端处没有传输信号，在获得足够 的功率以实现处于该波长的激光作用之前，在这些通带滤波器的中心长 度上，泵浦放大器所产生的噪声也会在这两个光栅之间反射。有利地，FBG 14是具有0.2nm至lnm的半幅值全宽(FWHM )、 高反射系数(有利的是大于95%，特别是99.9%左右)的"平顶"光栅， 并且与信号通道成一直线放置。FBG 15具有在该例中0.2nm的FWHM 波段(也具有等于FBG 14的中心波长)，并且具有可能低于第一FBG的反射系数(例如有利的是高于80%,特别是在95%左右或更高)。 有利地，光栅15具有0.2nm的半幅值全宽类型的"窄顶"。到达输入端11的信号通道通过分光器16进入到EDWA 13中，该 分光器16在另一个端口上通过已知的可变光衰减器(VOA) 17将第二 FBG 15连接到EDWA。有利地，该分光器是90 %/10 %的分光器(损耗 0.5dB)。换句话说，该放大器由串联的第一光栅、VOA、泵浦放大单元和另 一个光栅组成。将要放大的信号被插入在VOA和放大单元的输入端之 间，同时在通过另 一个光栅的放大单元输出端处取得输出信号。对VOA 17的插入允许对增益钳制进行灵活的控制。该特征例如在 网络拓朴及其损耗被重新配置的情况下将是有用的。将该配置应用于再循环全光WDM环形网络被发现是极其有利的。在该网络中，必须避免激光功率可能会通过再循环而返回到所述谐 振腔中。为此，以这样的方式来放置放大器的输入端和输出端以及光栅， 即只允许激光功率在向后的方向上出去。在向前的方向上，代之以用同 轴的隔离器来阻止激光功率，同时通过反射镜传播的激光的功率损耗的 99.9%将是可忽略的，并且可以估计100nW以下的耦合功率。在该例中，将该谐振腔设置为13dB的增益，并且泵浦功率为 180mW。考虑到通过近似160mW的泵浦功率来获得未钳制的放大条件， 可以看出，只有15%的额外泵浦功率对于获得稳定的钳制和对瞬态的免 疫性来说是必需的。还发现，泵浦功率的另 一种高达饱和水平的增长更加降低了功率超 调量。还发现，具有lm长的谐振腔的OGC-EDWA比更长的OGC-EDFA 谐振腔(10m或更长)将具有更好的性能，这是因为激光谐振腔较短的 弛豫时间允许从瞬态的更快恢复。因此，通过优化谐振腔长度(特别是 在OGC-EDWA的情况下)能够容易地提高根据本发明的具有OGC的放 大器的性能。图2示出在具有三个节点的闭合城域中环形网络20的实验性布局。 每个节点均包括根据本发明的图1的放大器10。特别地，在饱和状态下， 按照EDWA的增益接近12dB至13dB来选择EDWA的版本。这三个节点中的泵浦功率分别为200mW、 180mW和180mW。中心 波长分别是1549.58nm、 1551.18nm和1547.98nm。为了扩展这些结果即使对于基于OGC-EDFA网络的有效性，有意地使用9m的OGC-EDWA的谐振腔长度。为了验证系统的性能，在第一个节点之前引入测试信道，并且在最 后一个节点之后除去测试信道。为了获得要插入到21 (借助于用参考数字22表示的适当的50/50 耦合器)的16个WDM信道，-7dBm的3个信道均—皮引入以便仿真每 一个功率是信道16的功率的五倍(5xch16)的五个传输信道，以及在 23处产生的-14dB的一个探测信号(ch 16) 26,以用于在第一个节点之 前-2dBm的总输入功率。从1554.95nm开始，未示出的四个DFB激光器 彼此间隔开100GHz。在通过50/50耦合器27与探测信道26合并之前，所述15个仿真信 道通过已知的MUX 24进行多路复用，并且通过具有lKHz重复频率的 声光调制器(AOM) 25来接通和切断。VOA可以被用来衰减这些信道。 假定没有信道会循环多于一次，这与ASE噪声以及用来钳制各个放大器 的激光波长相反。每一段具有接近12dB的跨段损耗。自然地，这些图 在这里作为例子被给出，并且可以在实际应用中发生变化。所有这些信道都用已知的解复用器28来提取，并且被发送给仪器 块29以验证该解决方案的鲁棒性。图3示出具有一个信道或全部信道的负载的开环和闭环网络的光 语。放大图示出开环与闭环之间的差别的细节。可以看出，所述开环和 闭环光谙彼此非常类似。因此可以推断，再循环的ASE光在闭环中具有 小的影响，并且钳制的放大器独立地起作用。在这两种情形之间可以看 见小的偏移，这是因为SHB效应主要支配1533nm的区域；必须注意 1.3dB的变化。左侧的紋波是由于DBF探测激光而引起的。然而，如果 光栅的中心波长对于网络中的各个放大器是相同的，那么对于WDM传 输而言几乎全部C波段都是可用的。图4说明为了仿真最坏的情形而对于最长的光路在从16个信道当 中插入和分出15个之后残存信道的功率剧增。为了量化在闭环中累积 的ASE噪声的影响，也要对开环配置进行测量。然而，没有观测到瞬态 中的显著变化。为了清楚起见，图5和图6示出在图4的插入和分出操作时的瞬态 放大图。在分出15个信道之后观测到的小的SHB偏移是由于波段激光作用而引起的。应当注意，近似0.25dB的最大超调量和0.4dB的SHB偏移仅仅是 由三个OGC-EDWA级联的效应的线性和而引起的。所测量的最大超调 量和单个OGC-EDWA的SHB偏移分别近似为0.08dB和0.14dB。这证 实了本发明的具有OGC的每个放大器均独立起作用，并且这些结果可 以在N个级中进行处理，其中N是任一数。根据本发明所实现的放大 器增益的独立控制使网络具有对抗恢复或故障瞬态的累积的鲁棒性。网 络故障可能是由于部件的退化或光纤的切断而引起的。例如，图7示出具有随后恢复的所有信道的突然中断的效应。从该 图中可以看出，在网络恢复的开始，可以观测到0.4dB的瞬态峰值，然 后系统快速稳定。注意，该超调量的峰值等于图4的SHB偏置，从而显 示出在故障的情况下除了信道的简单分出之外没有其他额外效应。现在很明显，通过将具有OGC的全光放大器设计为具有鲁棒特性 (尽管是相对简单并且不昂贵的)，实现了预定的目的。放大器增益的 动态调节通过设置简单的VOA可容易地获得。还显示了如何基于具有光学钳制增益的所述放大器来实现鲁棒的、 可伸缩的、灵活的低成本全光WDM环形网络。在开环配置和闭环配置 中，都示出了在插入和分出信道的情况下以及在网络故障的情况下环形 网络的鲁棒性。由于根据本发明的放大器是独立钳制的，因此获得了显 著快速的响应时间和高的瞬态鲁棒性。实验结果显示，几乎全部C波段 对于传输WDM信道都是可用的。另外，当节点数目增加时，所获得的 结果是可伸缩的。因此证明了根据本发明直到N段的网络的可伸缩性。所提出的网络工程仅仅基于标准元件这 一 事实允许网络的容易的 更新。例如，可以想得到，根据本发明的解决方案的卓越性能适用于安 装在环形网络中的下 一代WDM 。自然地，上面对应用本发明的创新性原理的实施例的描述，是通过 在这里要求的专有权的范围内所述原理的非限制性例子来给出的。有利 地，即使在点对点系统、在网状网络中、以及在环形配置中，也可以使 用根据本发明的放大器。尽管本发明的原理在城域网中是特别有用的，但是所述原理也可以应用于长距离或其他网络；只要它满足放大器在饱和操作的需要。
权利要求
1.一种具有光增益控制的光放大器(10)，其特征在于，所述光放大器包括串联的第一光纤布拉格光栅(FBG)(15)、可变光衰减器(VOA)(17)、光放大单元(13)以及第二光纤布拉格光栅(14)，其中所述两个光栅具有中心波长，以便在它们之间限定激光谐振腔，其中所述放大单元(13)处于中间，并且要放大的信号的输入端(11)被置于所述第一光栅(15)和所述放大单元(13)的输入端之间。
2. 根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述放大单元(13) 是E(Y)DWA或E(Y)DFA放大器。
3. 根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，通过置于所述放 大单元(13)的输出端处的光栅(14)来取得放大后的信号。
4. 根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，使得要放大的传 输信号通过在所述光衰减器(17)与所述放大单元(13)之间的耦合分 光器(16)进入所述放大单元中。
5. 根据权利要求4所述的放大器，其特征在于，所述分光器是90 %/10%分光器。
6. 根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述光栅(14) 是"平顶"0.2nm至lnm的半幅值全宽(FWHM)类型。
7. 根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述光栅(15) 是"窄顶"0.2nm的半幅值全宽(FWHM)类型。
8. 根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，在所述放大单元 (13)的输入端处的所述光栅(15)具有大于80%的反射率。
9. 根据权利要求8所述的放大器，其特征在于，在所述放大单元 的输入端处的所述光栅(15)具有95%左右或更好的反射率。
10. 根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，在所述输出端的 所述光栅(14)具有大于95%的反射率。
11. 根据权利要求10所述的放大器，其特征在于，在所述输出端 的所述光栅(14)具有99.9%左右的反射率。
12. —种具有节点的光电信网络，所述节点具有根据上述权利要求 中任何一项所述的放大器。
13. 根据权利要求12所述的网络，其特征在于，所述网络是具有 ASE再循环的全光WDM环形网络。
14. 根据权利要求12所述的网络，其特征在于，所述网络是点对 点的、网状的或全光WDM环形的网络。
15. 根据权利要求13所述的网络，其特征在于，所述网络是城域网。
全文摘要
一种具有光增益控制(OGC)的光放大器具有用于要放大的信号的输入端(11)和用于放大后的信号的输出端(12)。它包括串联的第一布拉格光栅(BG)(15)、可变光衰减器(VOA)(17)、具有泵浦的光放大单元(13)和第二布拉格光栅(BG)(14)。这两个光栅在它们之间限定了激光谐振腔，其中该放大单元位于中间，并且将要放大的信号利用在该放大单元的输入端处的分光器(16)被置于放大单元(13)的输入端。还描述了具有包括所述放大器的节点的网络。
文档编号H04B10/296GK101253713SQ200680031973
公开日2008年8月27日 申请日期2006年8月24日 优先权日2005年9月1日
发明者K·恩塞尔, T·罗戈夫斯基 申请人:爱立信股份有限公司