专利名称：一种混合型宽带光纤放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光纤放大器领域，特别是一种结合拉曼光纤放大器(FRA)和掺铒光纤放大器(EDFA)的技术，实现C+L波段的宽带放大的混合型光纤放大器。
技术背景对于现代光波系统，其重点是利用波分复用(WDM)技术同时传输多个信道来增加传输容量。对于多信道的光波系统，需要采用光放大器对所有的信道同时放大而不需要采用光电中继器。随着光通信系统工作带宽的不断增加，要求光纤放大器的带宽也不断增加。
现今，掺铒光纤放大器的技术已经非常成熟，它已普遍应用于光传导系统中。尽管EDFA有着高增益、低噪声、性能稳定的优点，但是它的增益谱宽度较窄，只有20nm~30nm的3dB增益带宽，而且增益峰值固定，峰值波长大约在1530nm和1535nm之间变化。图2给出了普通的EDFA的特性增益谱。尽管有各种平滑技术可以拓宽并平滑增益带宽，但显然无法满足同时放大C+L波段的要求。
拉曼光纤放大器可以实现任意波段内的信号放大，对消偏的泵浦源，其偏振相关增益不敏感，不同波长信号之间串扰噪声较低，并具有良好的饱和输出功率和很好的噪声系数，特别是分布式拉曼光纤放大器，由于其增益介质本身就是传输光纤从而可以减小入射光纤的信号光功率，同时在线放大可以避免在光纤传输中信号光功率降得太低。
采用多泵浦激励来均衡拉曼光纤放大器增益，可以实现C+L波段的宽带放大。例如文献1“Y.Emori，et al.，‘1-THz-spaced multi-wavelength pumping for broadband Ramanamplifiers’，ECOC’2000，Vol.2.pp.73-75.”中，采用N＝12个泵浦激光器进行合波后作为激励源，然后通过设定适当的各激光器的输出中心波长和功率来实现增益波谱的平坦化。但是这种平滑宽带信号增益的方法需要数量较多的激励光源，控制这么多的激励光源的功率来平坦增益波谱就会变得很不容易。而且FRA激励源的功率利用效率较EDFA低很多，达到相同的增益，FRA激励光源需要更高的功率，而较多的激励光源又使合波结构变得更复杂，这样就会大大提高光纤放大器的成本。
本实用新型综合EDFA和FRA的优点，采用混合放大的方式，利用EDFA的低成本、高增益和FRA的灵活性、多泵浦增益平坦技术，在C+L波段实现信号的宽带放大。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种成本低、增益高、灵活性好的混合型宽带光纤放大器，为密集波分复用系统提供大容量的通信。
本实用新型设计的混合型宽带光纤放大器，由拉曼光纤放大器(FRA)1、掺铒光纤放大器(EDFA)2、固定光滤波器3和控制部分经电路连接构成，其结构如图1所示。其中，FRA由隔离器9、信号源浦复用器8、拉曼增益光纤7、信号/泵浦解复用器6、隔离器10依次电路连接，泵浦激光器阵列4经多泵浦合波器5与信号/泵浦解复用器6连接组成；信号/泵浦复用器8的输出依次与衰减器16、多泵浦解复用器17、p-i-n管接阵列18连接后与控制器19连接；EDFA由信号/泵浦复用器15、掺铒光纤14、信号/泵浦解复用器13、隔离器12依次电路连接，且泵浦激光器11与信号/泵浦复用器连接组成；信号/泵浦复用器15的输出依次与衰减器21、p-i-n管接阵列20连接后与控制器19连接；而控制器19分别与FRA中的泵浦激光器阵列4和EDFA中的泵浦激光器1连接；光滤波器3连接于FRA的隔离器10与EDFA的信号/泵浦复用器15之间。
本实用新型中，FRA主要用于放大L波段(1570nm-1610nm)，EDFA主要用于放大C波段(1530nm-1560nm)，两者的有机结合，可实现C+L波段(1530nm-1610nm)的宽带放大。
本实用新型中，控制器19为通常的控制器，它包括有转换器(A/D)和微处理器(MCU)等。
本实用新型的工作原理如下信号光依次经过FRA1、光滤波器3、EDFA2实现放大。在经过FRA1的过程中，光信号从隔离器9输入，依次经过信号/泵浦复用器8、拉曼增益光纤7、信号/泵浦解复用器6，然后从隔离器10输出。在经过EDFA2的过程中，光信号从信号/泵浦复用器15输入，经过掺铒光纤14、信号/泵浦解复用器13，然后从隔离器12输出。
控制动作过程的步骤如下一、分别测量激励FRA1的泵浦源和激励EFDA2的泵浦源的残余功率(1)激励FRA1的泵浦源的残余功率经过衰减器16和多泵浦解复用器17到达p-i-n管接收阵列18；激励EDFA2的泵浦源残余功率经过衰减器21到达p-i-n管接收20；把激励FRA1的泵浦源的各个波长的残余功率和激励EDFA2的泵浦源的残余功率转化为相应的电信号。
(2)控制器包括了模数转换器(A/D)，把各波长泵浦源残余功率相应的电信号由模拟量转化成数字信号，以便于微处理器(MCU)的测量处理。
(3)MCU保存测得的各波长的残余功率。
二、根据测得的各波长的残余泵浦源功率，调整激励FRA1的各波长泵浦激光器和激励EDFA2的泵浦激光器的功率(1)控制器包括对每一个泵浦激光器的控制电路，它由MCU控制并改变每个泵浦激光器输出的功率。
(2)比较测得的各波长残余功率和增益平坦所要求的各波长残余功率。
(3)调整激励FRA1的各波长泵浦激光器和激励EDFA2的泵浦激光器的功率直到测得的各波长残余功率与增益平坦所要求的各波长残余功率一致。
增益平坦所要求的各波长残余功率由手动输入到控制器中。
图1为本实用新型提供的一种混合型的宽带光纤放大器的结构图。
图2给出了一个普通的EDFA的特性增益谱线。
图3给出了和EDFA相应的，主要放大L波段的FRA的特性增益曲线。
图4给出了结合具有图2和图3两级的输出特性，所得到的放大输出谱线。
图5给出了与图4相应的具有增益平滑效果的固定光滤波器衰减曲线。
图6为结合图4与图5输出特性，所得到的C+L波段的信号增益曲线。
具体实施方式
下面通过附图和实施例进一步具体描述本实用新型。
输入信号光依次经过拉曼光纤放大器(FRA)1、固定光滤波器3和掺铒光纤放大器(EDFA)2实现C+L波段的宽带放大。FRA部分包括一组泵浦激光器阵列4、泵浦合波器5、信号/泵浦解复用器6、拉曼增益光纤7、信号/泵浦复用器8、隔离器9和10，其EDFA部分包括一个泵浦激光器11、隔离器12、信号/泵浦解复用器13、掺铒光纤14、信号/泵浦复用器15。FRA的电路和EDFA的电路与原来的相同。FRA典型的噪声系数为0dB左右，而EDFA典型的噪声系数为5dB左右，因此信号光现经过FRA再经过EDFA，可以使该光纤放大器具有更加良好的噪声特性。两个光纤放大器中间级联一个固定光滤波器，使信号波段内的增益更加平滑。其结构见图1所示。
在FRA部分，由N个(12≥V＞1)泵浦激光器(Laser Diode)构成泵浦激光器阵列，经泵浦合波后把所有的激光器能量耦合在一起作为FRA的激励光源，该激励光源经过信号/泵浦解复用器6送到拉曼增益光纤7。所有的光纤都有受激拉曼效应，都可以作为拉曼增益光纤。本实用新型作为分立式光纤放大器可采用色散补偿光纤(DCF)，这样既能进行色散补偿，又有较大的拉曼增益。激励光源经过拉曼增益光纤的传输后在增益光纤7的另一端通过信号/泵浦复用器8耦合出去，成为FRA用的残余激励光。该残余光通过相应的衰减器16后，由多泵浦解复用器17分离出与泵浦激光器阵列各个泵浦波长相应的N路残余激励光，然后由p-i-n管接收阵列18检测各个泵浦波长的残余光功率，并输出相应的电信号。控制器19包括对残余光功率相应电信号的接收，并根据各波长的残余光功率对泵浦激光器阵列中各路泵浦激光的功率进行控制，以平滑相应信号带宽内的增益曲线。
相应的在EDFA部分，泵浦激光器11输出的EDFA用激励光经过信号/泵浦解复用器13送到掺铒光纤14中，经传输后在掺铒光纤的另一端，通过信号/泵浦复用器15耦合出去，成为EDFA用的残余泵浦光。该残余光通过相应的衰减器21后，由p-i-n管20接收检测该泵浦残余光的功率，并输出相应的电信号。控制器19接收该电信号，并根据测得的泵浦残余光功率对EDFA用的泵浦激光器的功率进行控制，以平滑相应信号带宽内的增益曲线。
图2给出了一个普通的EDFA的特性增益谱线。由图中可见EDFA可以产生很高的信号增益，但是它的增益峰值固定，峰值波长大约在1530nm和1535nm之间变化，而且它的平坦的增益谱宽较窄，只有20nm~30nm的3dB增益带宽，因此必须采用增益平滑技术来扩大其工作带宽。由于到EDFA在1560nm以后的信号增益斜率为负，只要采用1560nm以后信号增益斜率为正的放大器进行补偿，则正好可以实现宽带放大。考虑到FRA可以放大任意波段的信号，因此，采用增益与EDFA相适应的FRA与EDFA相级联。
图3给出了本实施例中和EDFA相应、主要放大L波段的FRA的特性增益曲线。与图2相适应，FRA从短波长到1600nm，其增益斜率为正。本实施例中，FRA中采用了N＝2的泵浦激光器阵列，即FRA用的激励光源为一双波长激励源。和文献1相比较，本实用新型大大降低了FRA中所需泵浦激光器的数量，使增益平坦的控制更加容易，也大大降低了成本。
图4给出了结合具有图(2)和图(3)两级的输出特性，所得到的信号输出谱线。EDFA和FRA两者的增益曲线在1560nm到1600nm之间，其增益斜率正好相互补偿。但是由于EDFA增益谱线的不平坦性以及EDFA和FRA两者的增益斜率并不完全匹配，因此，其宽带的增益曲线仍然不平滑。
图5给出了本实施例中与图4相应的具有增益平滑效果的固定光滤波器衰减曲线。由于单有EDFA和FRA的两级输出特性的信号增益曲线在宽带内仍然不够平滑，因此采用固定光滤波器使信号波段内的增益更加平滑。固定光滤波器设置在FRA之后而不是之前，避免信号光功率在到达光纤放大器之前降得过低，从而降低信躁比，影响传输性能；并且使输入信号光的功率满足EDFA对输入光功率的要求，其要求包含了两点一是使输入信号光功率满足增益平滑的要求；另一点是避免输入EDFA的信号光功率过大，满足尽量减少EDFA中功率饱和的要求。在本实施例中，固定光滤波器采用了3个高斯型光滤波器级联的形式。
图6给出了本实施例中结合图4与图5输出特性，最后得到的C+L波段平滑的信号输出增益曲线。
本实用新型综合了FRA和EDFA的优点，并利用两者增益曲线的互补性实现了C+L波段的宽带放大，同时大大减少了增益平滑所需的泵浦激光器数，从而使的增益平滑控制更加容易，也降低了整个光放大器结构的复杂性和成本。
权利要求1.一种混合型宽带光纤放大器，其特征在于由拉曼光纤放大器(FRA)(1)、掺铒光纤放大器(EDFA)(2)、固定光滤波器(3)和控制部分经电路连接构成，其中，FRA由隔离器(9)、信号源浦复用器(8)、拉曼增益光纤(7)、信号/泵浦解复用器(6)、隔离器(10)依次电路连接，泵浦激光器阵列(4)经多泵浦合波器(5)与信号/泵浦解复用器(6)连接组成；信号/泵浦复用器(8)的输出依次与衰减器(16)、多泵浦解复用器(17)、p-i-n管接阵列(18)连接后与控制器(19)连接；EDFA由信号/泵浦复用器(15)、掺铒光纤(14)、信号/泵浦解复用器(13)、隔离器(12)依次电路连接，且泵浦激光器(11)与信号/泵浦复用器连接组成；信号/泵浦复用器(15)的输出依次与衰减器(21)、p-i-n管接阵列(20)连接后与控制器(19)连接；而控制器(19)分别与FRA中的泵浦激光器阵列(4)和EDFA中的泵浦激光器(1)连接；光滤波器(3)连接于FRA的隔离器(10)与EDFA的信号/泵浦复用器(15)之间。
2.根据权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于信号光依次经过拉曼光纤放大器、固定光滤波器和掺铒光纤放大器(2)实现C+L波段宽带放大，其中拉曼光纤放大器主要放大L波段，掺铒光纤放大器主要放大C波段。
3.根据权利要求2所述的光纤放大器，其特征在于泵浦激光器阵列(4)中包含有N个泵浦激光器，经多泵浦合波器合波后采取反向激励的方式，通过信号/泵浦解复用器(6)送入拉曼增益光纤(7)，1＜N≤12。
4.根据权利要求2所述的光纤放大器，其特征在于作为分立式放大器其拉曼增益光纤采用色散补偿光纤。
5.根据权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于FRA用的残余泵浦光功率经过衰减器(6)、多泵浦解复用器(7)后由p-i-n管接收阵列(18)接收测量；EDFA用的残余泵浦光功率经过衰减器(21)后由p-i-n管(20)接收测量。
6.根据权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于控制部分分别根据p-i-n管接受阵列和p-i-n管接受测得的残余FRA激励光功率和EDFA激励光功率，分别控制FRA激励用的泵浦激光器阵列和EDFA激励用的泵浦激光器。
专利摘要本实用新型涉及一种混合型的宽带光纤放大器。信号光依次经过拉曼光纤放大器(FRA)、固定光滤波器和掺铒光纤放大器(EDFA)实现C+L波段(1530 nm~1610 nm)宽带放大。其中FRA主要放大L波段(1570 nm~1610 nm)，而EDFA主要放大C波段(1530 nm~1560nm)。两个光纤放大器中间级联一个固定光滤波器，使信号波段内的增益更加平滑。控制部分分别根据p－i－n管接收阵列和p－i－n管接收测得的残余FRA激励光功率和残余EDFA激励光功率，分别控制FRA激励用的泵浦激光器阵列和EDFA激励用的泵浦激光器，使信号光波段内增益谱的平坦化更加容易。
文档编号G02F1/35GK2631132SQ0325527
公开日2004年8月4日 申请日期2003年7月3日 优先权日2003年7月3日
发明者蒋凤仙, 李苏明, 沈骏 申请人:复旦大学, 上海亨通光电科技有限公司