专利名称：使用同步基准滤光器的光纤放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于远距离光传输系统和光网络的光放大器，特别是涉及一种光纤放大器。
掺有铒的光纤放大器(EDFA)可放大1.5μm频带的光信号，这属于光纤的低损失范围，由于具有这一特征，该放大器广泛用于光通信系统。具体说，EDFA既有高增益又有低杂波数值(NF)，在远距离光传输系统中可增长放大器之间的距离，在光网络中可补偿交换损失和分配损失。因此，EDFA是实现经济有效的光通信系统的基本元件。
然而，通用的EDFA为单级结构，由于掺有铒的光纤的特性，很难将其制成既有高增益又有低杂波数值的元件。因此，进行了多级EDFA的研究，使之既有高增益又有低杂波数值。
在一种光通信系统中，将多级放大器制成使其第一级具有低杂波数值，其后的级具有高增益和高输出功率。另外，为了增加泵激激光器的效率，该多级放大器要包括光隔离器、带通滤光器、光循环器、泵激反射器和级间衰减器，以降ASE(放大的自发射)杂波。
但是，在包括带通滤光器以提高放大器效率的常规光纤放大器中，放大器的增益带宽受到带通滤光器带宽的限制。
本发明的目的在于提供一种光纤放大器，该放大器具有高增益、高输出功率和低杂波数值，但其增益带宽不受上述限制。
为实现上述目的，本发明提供了一种多级光纤放大器，该放大器包括至少两级的级联光纤放大器。在光纤放大器之间插入同步基准滤光器。该基准滤光器具有与使用光纤放大器的WDM(波长分多路)系统的标准频率相匹配的谐振频率。
以下结合附图对本发明进行更详细的描述，由此可更清楚了解本发明的上述和其他目的、特点及优点。
图1是本发明一实施例的具有同步基准滤光器的两级光纤放大器的示意方框图；图2是图1中基准滤光器(3)的传输特性曲线图；图3是光纤放大器中输出功率和杂波数值随输入功率变化的曲线图；图4是光纤放大器中相对于一个WDM输入信号的输出频谱；图5是输出功率随WDM输入功率变化的曲线图；图6是在新的光纤放大器中测出的位错率相对于所接收功率的关系图；图7是本发明一实施例的具有同步基准滤光器的双向光纤放大器的示意方框图。
图1示出本发明一实施例的具有同步基准滤光器的两级光纤放大器的方框图。图1中，输入光信号经光隔离器6加到WDM(波长分多路)耦合器1上。WDM耦合器1将来自光隔离器6的光信号WDM耦合到一个泵激激光器上，并将WDM耦合后的光信号提供给EDFA2。其中，用到波长为980nm的泵激激光器。不过，有时也用波长为1480nm的泵激激光器。EDFA2将WDM耦合器1的输出信号放大到适当大小以便传送。一个基准滤光器3经光隔离器7连到EDFA2的输出端，用于对EDFA2的输出信号滤光。对于基准滤光器3，用到一个同步基准滤光器，它具有与WDM信号的工作频率相匹配的谐振频率。
一种固态基准滤光器在一特定的FSR(Tree-Spectral-Range，自由频谱范围)的各间隔处具有周期性的谐振频率。此固态基准滤光器具有与标准频率相匹配的谐振频率，称之为“同步基准滤光器”。因此，用于本发明的同步基准滤光器3具有与标准频率相匹配的通频带。于是，可用具有与标准频率匹配的通频带的同步基准滤光器3对EDFA2的输出信号滤光。
通过在两个DEFA2之间，也就是DEFA2与EDFA5之间，插入同步基准滤光器3，就可降低ASE杂波，从而提供一种改进了的光纤放大器。再有，用了同步基准滤光器3的EDFA也可用于WDM系统。该WDM系统通过光缆传送具有不同波长的激光，从而最大限度地提高了光通信系统的能力。
为了保障WDM系统的可靠性和便于维修WDM系统，作为各信道光源的激光器应精确地以ITU(国际电信联盟)所规定的标准频率工作。所述同步基准滤光器3的谐振频率则可通过相当简单的方法与ITU规定的标准频率相匹配。
因此，在有稳定波长的WDM系统中，按照滤光器的传输特性，通过使各激光器的频率与EDFA中基准滤光器3的谐振频率匹配，可以无损失地让信号通过，并可降低ASE杂波。用了同步基准滤光器3的EDFA与用带通滤光器的现有EDFA相比，可改进性能而又不限制增益带宽。
基准滤光器3的输出信号加到WDM耦合器4上，并且WDM耦合到波长为980nm的泵激激光器。EDFA5将WDM耦合器4的输出信号放大到适当大小以便传送。EDFA5的输出信号经过光隔离器8发送出去。
如上所述，所提出的新的光纤放大器具有两级结构。在该实施例中，第一级的EDF(掺有铒的光纤)长度为14m，第二极的EDF长度为22m。每一级的输入信号由波长为980nm的泵激激光器向前泵激到30mW。
通过在第一和第二级之间插入同步基准滤光器3和光隔离器7，降低了ASE杂波，从而改进了放大器。将光隔离器插入光纤放大器以消除往回传送的ASE杂波的方法是广泛采用的。配置在基准滤光器3前面的光隔离器7不仅消除了往回传送的ASE杂波，也防止了滤光器的反射。基准滤光器3配置在光隔离器7的后面，可降低按照滤光器的传输特性而在第一级中产生的ASE杂波。
如果用这种方式降低第一级光纤放大器中产生的ASE杂波，则在放大信号方面可更有效地使用第二级的泵激激光器，因而能改进光纤放大器的性能。
图2示出同步基准滤光器3的传输特性曲线。如上所述，图2表示出谐振频率具有规则的FSR的间隔。通过使谐振频率与激光器的标准频率匹配，这些谐振频率可容易地用于稳定的WDM系统。也就是，按照传输特性，同步基准滤光器3让具有与通频带匹配的频率的WDM信号通过，而除去ASE杂波。用于本发明的基准滤光器3具有100GHz的RSF(谐振频率)、约为5的精度和2.4dB的插入损失。
图3示出光纤放大器中输出功率和杂波数值随输入功率变化的情况，其中由“●”代表的曲线示出级间既用光隔离器7又用基准滤光器3的新的光纤放大器的性能；由“▲”代表的曲线示出级间仅用光隔离器7的常规光纤放大器的性能；而“■”代表的曲线示出级间仅用基准滤光器3的常规光纤放大器的性能。也就是，图3示出对于上述三种情况通过改变光纤放大器的输入光信号的功率所测得的输出功率和杂波数值。其中，输入光信号的波长为1549.1nm。对于-40 dBm的输入信号，对于所提出的新的光纤放大器，测得有小信号增益和杂波数值，分别为42.1dB和3.8dB。此外，在图3中，上面三条曲线示出输出功率与输入功率的关系，下面三条曲线示出输出杂波数值。
从以上所述可以了解，新的光纤放大器具有比只用光隔离器的光放大器分别高3.2dB和0.6dB的小信号增益和杂波数值。动态范围，即表示光纤放大器的性能参数之一，示出光纤放大器的输出功率按照输入功率的变化，并受到输入功率的限定，其中饱和输出功率减小了3dB。具有宽动态范围的光纤放大器即使输入功率变化也可提供恒定的输出功率，因而改善了系统的稳定性。
可以了解，本发明的光纤放大器的动态范围比其他的常规光纤放大器改善了约5dB。另外，本发明的光纤放大器的饱和输出功率为13.5dBm，这比只用光隔离器的光纤放大器小很多。也就是，即使在光纤放大器之间插入同步基准滤光器3，其输出功率也不降低。只用同步基准滤光器3的光纤放大器具有比只用光隔离器的光纤放大器分别低3.2dB和1.4dB的小信号增益和杂波数值，这是因为剩余的往回传送的ASE杂波降低(或消除)了第一级光纤放大器中铒密度的变化所致。
但是，当输入光信号例如高于-20dBm时，ASE杂波被信号本身消除，从而可降低往回传送的ASE杂波对性能的影响。因此，按照使用情况，可以用同步基准滤光器3代替一个光隔离器来制成两级光纤放大器。
图4示出新的光纤放大器中相对于WDM信号的输出频谱。图4中，“5dB/D”表示每刻度标记的强度是5dB，而“Res 0.2nm”表示测量仪器的分辨度设定为0.2nm。另外，图4示出WDM信号的波长为1549.1nm、1550.7nm、1552.3nm和1553.9nm，而各信道之间的间隙为200GHz。WDM信号的这些波长很好地与同步基准滤光器3的谐振频率相匹配。当WDM输入光信号对于各信道为-22dBm时，各信道的输出功率都为6.90.2dBm。此外，可以看出，ASE杂波是靠同步基准滤光器的传输特性消除的。
图5示出对于本发明的光纤放大器和仅用光隔离器的常规光纤放大器的输出功率随WDM输入信号功率变化的情况。图5中，WDM信号的波长为1549.1nm、1550.7nm、1552.3nm和1553.9nm，由点划线画出的曲线表示本发明的光纤放大器的输出功率，而由实线画出的曲线表示只用光隔离器的常规光纤放大器的输出功率。从图5中可以了解，当每信道输入功率从-42dBm变为-17dBm时，本发明光纤放大器的动态范围(-20dB)比只用光隔离器的常规光纤放大器的动态范围(～15dB)改善约5dB。此外，对于输入功率在-42dBm和-17dBm之间的变化，本发明的光纤放大器的最大功率变化为0.8dB，小于只用光隔离器的常规光纤放大器的1.4dB的最大功率变化。由上述结果可知，本发明的光纤放大器适用于WDM系统。
同时，用于本发明光纤放大器的同步基准滤光器3有3dB 20GHz的带宽，对于传送2.5Gb/s的信号来说是足够宽的。因此，如果WDM信号的波长与滤光器的谐振频率匹配得很好，则由于滤光器造成的接收灵敏度的损失可以忽略。为证实这一点，曾测量过本发明光纤放大器的性能。测量中，用一个LiNbO3调制器同时调制四个WDM光源，然后通过一条13Km长的单模光纤发送。用本发明的光纤放大器放大信号，然后在衰减后用带通滤光器进行解调。通过一个APD(雪崩发光二极管)接收解调后的信号，并对接收的解调信号测量其位错率(BER)。
图6示出新的光纤放大器的测出的位错率相对于接收功率的关系，其中WDM信号的波长为1549.1nm、1550.7nm、1552.3nm和1553.9nm。在位错率为10-9处测得的四个信道的接收灵敏度为-340.1dBm。从图6可看出，在本发明的光纤放大器中，由滤光器造成的接收灵敏度的损失可以忽略。
在远距离传输系统或光网络中使用几个本发明的光纤放大器时，滤光器的当量带宽明显减小。因此，滤光器应制成有3dB的带宽使其宽度足够。例如，如果假设，为了无损失地传送2.5Gb/s的光信号而要求有10GHz的约四倍的当量带宽，则用于本发明光纤放大器中的滤光器的带宽应宽于37GHz，以便使用十个本发明的光纤放大器。但是，由于滤光器的带宽与小信号增益成反比，因此对系统使用者来说最重要的是要按照使用目的来确定最佳的3dB带宽。
图7示出本发明一个实施例的使用同步基准滤光器的双向光纤放大器的示意方框图。由于光信号在双向光纤放大器中双向传送，因而不可使用光隔离器。因此，放大器的增益受到由回传的雷利散射和反射产生的往回传送的信号的限制，并且相位杂波转变为强度杂波，从而使接收灵敏度受到损失。为防止这一点，常规的方法是，利用光循环器12和15将光路分开，使光信号在相反方向传送，并且在各分路中使用一个光隔离器或光栅。
但是，如图7所示，也可以用同步基准滤光器13和14来消除回传信号。也就是，对不同光路中使用的基准滤光器13和14的谐振频率进行不同的调整，使某一方向传送的信号可以通过，而另一方向传送的信号被消除。例如，可以用基准滤光器13和14消除回传信号，滤光器13只允许通过某一方向上的频率f1和f3，而滤光器14只允许通过另一方向上的频率f2和f4。
如上所述，本发明的使用同步基准滤光器的新的光纤放大器具有高增益、高输出功率和低杂波数值，但没有限制增益带宽。因此，该新的光纤放大器可广泛用于WDM系统中。
本领域普通技术人员在看过以上参照特定最佳实施例对本发明所作的说明之后将会了解，其中可以做各种形式上和细节上的变化而不违背本发明的精神和范围，本发明的范围由所附权利要求书决定。
权利要求
1．一种多级光纤放大器，包括至少两级的级联光纤放大器；和插在光纤放大器之间的同步基准滤光器。
2．如权利要求1所述的多级光纤放大器，其特征在于，所述基准滤光器具有与使用光纤放大器的WDM系统的标准频率相匹配的谐振频率。
3．一种两级光纤放大器，包括第一光隔离器，与一输入光信号耦合；第一WDM耦合器，用于将第一光隔离器输出的光信号WDM耦合到一个泵激激光器上；第一掺有铒的光纤放大器(EDFA)，用于放大第一WDM耦合器的输出信号；第二光隔离器，与第一EDFA的输出耦合；同步基准滤光器，用于使来自第二光隔离器的波长分多路转换信号通过，并消除ASE杂波；第二WDM耦合器，用于将同步基准滤光器输出的光信号WDM耦合到一个泵激激光器上；第二EDFA，用于放大第二WDM耦合器的输出信号；和第三光隔离器，与第二EDFA的输出耦合。
4．一种双向光纤放大器，包括第一和第二光纤放大器，用于分别放大在相反方向传送的第一和第二光信号，所述第一和第二光信号具有不同的频率；第一和第二光循环器，耦合在第一和第二光纤放大器之间，用于分出供第一光信号用的第一光路和供第二光信号用的第二光路，以及第一和第二基准滤光器，分别设在第一和第二光路中，用于选择性地让某一方向传送的光信号通过而消除另一方向传送的光信号。
全文摘要
一种多级光纤放大器,具有高增益、高输出功率和低杂波数值,但不限制增益带宽。该多级光纤放大器包括至少两级的级联光纤放大器。在光纤放大器之间插入一个同步基准滤光器,该基准滤光器具有与使用光纤放大器的WDM(波长分多路)系统的标准频率相匹配的谐振频率。
文档编号H01S3/16GK1219790SQ9812602
公开日1999年6月16日 申请日期1998年12月10日 优先权日1997年12月10日
发明者郑允喆, 金哲汉 申请人:三星电子株式会社