專利名稱：利用泵浦光提高s－帶寬的轉換效率的摻雜銩的光纖放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有放大帶寬在1489-1520nm之間的寬帶光纖放大器，1489-1520nm的帶寬是光纖的低損耗區(qū)。
背景技術：
隨同互聯(lián)網等的傳播，傳輸能力在迅速的增加，以致在WDM(波分多路復用)系統(tǒng)中通過利用通信系統(tǒng)作為大容量的光通信系統(tǒng)變得很流行。在WDM系統(tǒng)中，必須使用EDFA(摻雜銩的光纖放大器)作為轉發(fā)器，并且存在放大帶寬在1.53-1.60μm的具有EDFA的WDM系統(tǒng)。
然而，為了實現(xiàn)大容量的通信設備，必須擴大光纖放大器的放大帶寬，并且很需要開發(fā)能夠覆蓋硅質光纖的低損耗區(qū)(1.45-1.65μm)的光纖放大器。
為此目的，采用S-帶寬(1480-1520nm)的光纖放大器已經開發(fā)出來，在該帶寬中硅質光纖具有與已可利用的C-帶寬(1530-1560nm)相等的低損耗和低波散。目前在S-帶寬中有三種類型的這樣的光纖放大器。
第一種是利用了感應拉曼散射的拉曼光纖放大器，該感應拉曼散射在硅質光纖處于強烈的泵浦光入射的狀態(tài)下，光信號進入到硅質光纖時發(fā)生(例如，參見J.Kanl，et al.，Electronics Letters，第34卷，第18期，第1745-1747頁，1998年9月)。
第二種是雙重激勵波長TDFA(摻雜銩的光纖放大器)，在該放大器中布局反轉是低的并且通過在放大帶寬在S+-帶寬(1450-1480nm)的具有1000nm頻帶的未轉換激勵帶寬的TDFA內增加高效率波長從基態(tài)能級激勵到放大的終態(tài)能級而使放大帶寬被轉換到長波長側(例如，參見T.Kasamatsu，et al.，Optical Amplifiers and their Applications’99，Optical Society of America Trends in Optics and Photonicsseries，第30卷，第46-50頁，1999年6月)。
圖1A給出了Tm的能級圖和雙重激勵波長TDFA的放大狀態(tài)。作為S-帶寬的放大，受激發(fā)射從3H4到3F4。在雙重波長激勵的情況下，光信號通過1560nm的泵浦光從基態(tài)能級3H6激勵到放大的終態(tài)能級3F4，并且光信號接著通過1000nm的泵浦光從放大的終態(tài)能級3F4激勵到放大的起動能級3F2。通過控制兩個波長上的泵浦光的能量，以便控制每一個能級上的Tm離子的數(shù)目，形成低的布局反轉狀態(tài)，并且在S+-帶寬上的TDFA的放大帶寬被轉換到S-帶寬。
此外，如圖1B所示，當從放大的終態(tài)能級3F4激勵到放大的起動能級3F2的波長從1000nm變?yōu)?400nm時，此處具有較高的激勵效率，可實現(xiàn)高效的S-帶寬光纖放大器。(例如，參見T.KaSAMATSU，etal.，Electronics Letters，第36卷，第19期，第1607-1609頁，2000年9月)。
第三個是具有高濃度Tm3+的TDFA，在該TDFA中通過在激勵狀態(tài)所產生的Tm3+中的交叉弛豫而形成低的布局反轉，并且在1000nm帶寬上未轉換激勵TDFA內，通過給光纖芯體內加入Tm而使放大帶寬被轉換到長波長范圍的S-帶寬，其中Tm是摻入的離子，光纖芯體是高濃度的放大介質(例如，參見S.Aozasa，et al.Electronics Letters，第36卷，第5期，第418-419頁，2000年3月)。
圖2給出了Tm的能級圖和有高濃度Tm3+的TDFA的放大狀態(tài)。光信號先通過1000nm泵浦光從基態(tài)能級3H6激勵到放大的終態(tài)能級3F4，并接著進一步通過同樣波長的泵浦光從放大的終態(tài)能級3F4激勵到放大的起動能級3F2。
現(xiàn)在，在低濃度Tm3+的TDFA內，因為相對于泵浦光在從放大的終態(tài)能級3F4激勵到放大的起動能級3F2時的Tm3+的吸收高于相對于泵浦光在從基態(tài)能級3H6激勵到放大的終態(tài)能級3F4時Tm3+的吸收，所以形成了高布局反轉。
這樣的低濃度Tm3+的TDFA具有上述S+-帶寬上的大部分放大帶寬，其結果是具有高布局反轉的狀態(tài)，并且盡管它偏離了增益光譜的峰值波長，在S-帶寬上仍可實現(xiàn)放大操作，。這種低濃度Tm3+的TDFA的S-帶寬上的放大效率小于或者相等高濃度Tm3+的TDFA的放大效率。
相反，在高濃度Tm3+的TDFA中，發(fā)生了Tm3+中的干涉，如圖2所示，以致于激勵到放大的起始能級3F2的Tm3+由于引起能量傳送到臨近的基態(tài)能級3H6上的Tm3+中而弛豫到放大的終態(tài)能級3F4，同時接收到能量的Tm3+激勵到放大的終態(tài)能級3F4。其結果是，激勵到放大的終態(tài)能級3F4的Tm3+的數(shù)目增加了，以致形成了低布局反轉并且發(fā)生了增益轉移。
然而，在上述的高濃度Tm3+TDFA中，用于發(fā)射1000nm波長的用作泵浦光的激光二極管(LD)還沒有開發(fā)出來，以致事實上很難實現(xiàn)，因為很難實現(xiàn)低成本和緊湊的尺寸，并且轉換效率也不十分的高(大約為5％)。
同時，在低TDFA的情況下，用于發(fā)射1000nm波長的用作泵浦光的激光二極管(LD)也沒有開發(fā)出來，以致事實上很難實現(xiàn)，因為很難實現(xiàn)低成本和壓縮的尺寸，并且S一帶寬中的轉換效率小于或者與高濃度Tm3+的TDFA的轉換效率相等。

發(fā)明內容
因此本發(fā)明的一個目的就是提出了一種具有高轉換率的光纖放大器，該光纖放大器可利用在由激光二極管所發(fā)射的波長帶寬上的泵浦光。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面提出了一個光纖放大器，包括至少在芯體內包含有銩的放大光纖，光信號進入到該放大光纖內；以及一個泵浦光輸入單元，用于將至少一個波長在1320-1520nm范圍內的泵浦光輸入到放大光纖放大器內。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面提出了一個光纖放大器，包括多個放大光纖，每一個放大光纖至少在其芯體內包含有銩，光信號輸入到該放大光纖，多個放大光纖串行或者并行連接；以及多個泵浦光輸入單元，每一個用于將至少一個波長在1320-1520nm范圍內的泵浦光輸入到放大光纖中一個相應的放大光纖內。
從結合附圖的下述描述中可很清楚的看到本發(fā)明其他的特征和優(yōu)點。


圖1A和圖1B是用于說明傳統(tǒng)的雙重激勵波長TDFA(摻雜銩的光纖放大器)的工作原理的能級圖；
圖2是用于說明傳統(tǒng)的高濃度Tm3+的TDFA的工作原理的能級圖；圖3A，3B以及3C分別給出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的光纖放大器的正向激勵型，反向激勵型，以及雙向激勵型的結構示意圖；圖4給出了利用第一實施例的示例性光纖放大器和傳統(tǒng)的光纖放大器所獲得的轉換效率的數(shù)據(jù)表；圖5給出了泵浦光的波長與第一實施例的光纖放大器的轉換效率之間的特性曲線；圖6A，6B，以及6C分別給出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的光纖放大器的正向激勵型，反向激勵型，以及雙向激勵型的結構示意圖；圖7給出了用在第二實施例的光纖放大器中的銩的吸收光譜的曲線圖；圖8給出了利用第一實施例的示例性光纖放大器和第二實施例的示例性光纖放大器所獲得的轉換效率的數(shù)據(jù)表；圖9A，9B，以及9C分別給出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的光纖放大器的正向激勵型，反向激勵型，以及雙向激勵型的結構示意圖；圖10給出了在如圖3C和9C所示的光纖放大器使用了包含有2000ppmwt的銩的放大光纖的情況下的增益光譜曲線圖；圖11給出了在如圖3C和9C所示的光纖放大器使用了包含有6000ppmwt的銩的放大光纖的情況下的增益光譜曲線圖；圖12給出了放大光纖的長度與第三實施例的光纖放大器的轉換效率之間的特性曲線；圖13A，13B，13C，13D，13E以及13F給出了用在第三實施例的光纖放大器中的反射鏡的示例性形式的示意圖；圖14A，14B以及14C分別給出了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的光纖放大器的正向激勵型，反向激勵型，以及雙向激勵型的結構示意圖；圖15給出了第四實施例的光纖放大器和第三實施例的光纖放大器中的光信號光譜；圖16A，16B以及16C分別給出了根據(jù)本發(fā)明第五實施例的光纖放大器的正向激勵型，反向激勵型，以及雙向激勵型的結構示意圖；
圖17給出了根據(jù)本發(fā)明第六實施例的光纖放大器的示例性結構的示意圖；圖18給出了根據(jù)本發(fā)明第七實施例的光纖放大器的示例性結構的示意圖；圖19給出了根據(jù)本發(fā)明第八實施例的光纖放大器的示例性結構的示意圖；圖20給出了根據(jù)本發(fā)明第九實施例的光纖放大器的一個示例性結構的示意圖；圖21給出了根據(jù)本發(fā)明第九實施例的光纖放大器的另一個示例性結構的示意圖；圖22給出了根據(jù)本發(fā)明第九實施例的光纖放大器的又一個示例性結構的示意圖；圖23給出了根據(jù)本發(fā)明第九實施例的光纖放大器的再一個示例性結構的示意圖；圖24給出了根據(jù)本發(fā)明第九實施例的光纖放大器的再一個示例性結構的示意圖；圖25給出了根據(jù)本發(fā)明第九實施例的光纖放大器的再一個示例性結構的示意圖；圖26給出了根據(jù)本發(fā)明第九實施例的光纖放大器的再一個示例性結構的示意圖；圖27給出了根據(jù)本發(fā)明第九實施例的光纖放大器的再一個示例性結構的示意圖。
具體實施例方式
第一實施例現(xiàn)在參考圖3A至圖5，詳細說明根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光纖放大器。
圖3A至3C給出了第一實施例的光纖放大器的結構示意圖；圖3A給出了正向激勵型光纖放大器110，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相同的方向進入。如圖3A所示，這種光纖放大器110具有這樣的結構，在該結構中光隔離器112與放大光纖111的兩端相連，放大光纖111在其芯體內包含有銩(Tm)(最好不小于2000ppmwt，更好的是不小于3000ppmwt)，波分多路復用型耦合器113用于分離光信號1并且泵浦光2連接在光信號1(1480-1520nm)輸入側的光隔離器112與放大光纖111之間，用于產生泵浦光(1320-1480nm)的泵浦光源114與耦合器113相連。
圖3B給出了反向激勵型光纖放大器120，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相反的方向進入。如圖3B所示，這種光纖放大器120具有這樣的結構，在該結構中耦合器113和泵浦光源114連接在光信號1輸出側的光隔離器112與放大光纖111之間，而不是連接在光信號1輸入側的光隔離器112與放大光纖111之間。
圖3C給出了雙向激勵型光纖放大器130，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相同和相反的方向進入。如圖3C所示，這種光纖放大器130具有這樣的結構，在該結構中兩個耦合器113分別連接在光信號1輸入側的光隔離器112與放大光纖111之間以及光信號1輸出側的光隔離器112與放大光纖111之間，并且兩個泵浦光源114分別與這兩個耦合器相連。
在放大光纖111中，給Tm中加入的基質玻璃是氟化物型玻璃(例如，具有ZrF4，BaF2，LaF3或者類似化合物作為主要成分的ZBLAN玻璃，或者是具有InF2，BaF2，PbF2或類似化合物作為主要成分的In-Pb玻璃)或者是具有TeO2或類似化合物作為主要成分的亞碲酸鹽玻璃，在氟化物型玻璃中很難發(fā)生非輻射躍遷。
在這種放大光纖111中，至少在其芯體內包含有Tm以致可能由于Tm離子的受激發(fā)射而引起躍遷，并且因此可以在S-帶寬實現(xiàn)放大。
這里，放大光纖最好是至少在其芯體內包含有濃度不小于2000ppmwt的Tm，因為通過壓縮放大光纖111的長度而使它可實現(xiàn)緊湊的尺寸。特別是，的是放大光纖至少在其芯體內包含有濃度不小于3000ppmwt的Tm則更佳，因為當明顯出現(xiàn)交叉弛豫的影響時，它可使放大起始能級的熒光壽命減小到不大于90％。值的注意的是，從現(xiàn)行的玻璃和光纖生產技術的觀點來看，上述所描述的濃度最好不大于10wt％(或者更好是不大于6wt％)。
耦合器113是熔焊錐式耦合器，多層電介質薄膜型耦合器，與光纖光柵相結合的循環(huán)器，等等。
泵浦光源114是光纖拉曼激光器、激光二極管等等。
在這個實施例中，耦合器113和泵浦光源114組成了泵浦光輸入單元。
在通過泵浦光2(1320-1480nm)利用任一種作為基質玻璃的ZBLAN玻璃(Zr型)，In-Pb玻璃以及亞碲酸鹽玻璃，并利用給上述光纖放大器110，120或130中的放大光纖111加入濃度為2000ppmwt和3000ppmwt的Tm(共6種情況)而激勵光信號1(1320-1480nm)所獲得的轉換效率如圖4所示。這里，為了比較，給出了利用傳統(tǒng)泵浦光(1047nm)的情況下的轉換效率。
從圖4可以看出，對于放大光纖111所有類型的基質玻璃而言可以提高轉換效率。特別是，與Tm的濃度為2000ppmwt的情況相比，可進一步提高濃度為3000ppmwt的轉換效率。
現(xiàn)在，圖5給出了泵浦光2的波長與轉換效率之間的特性曲線。當泵浦光2的波長變?yōu)榇笥?320nm時，至少在其芯體內包含有Tm的放大光纖111的轉換效率在1400nm附近變?yōu)樽畲笾?，并且當泵浦?超過1520nm時幾乎不存在轉換效率的問題。由于這個原因，泵浦光2的波長最好在1320-1520nm之間，但是為了將放大帶寬設置在S-帶寬(1480-1520nm)，泵浦光2的波長最好在1320-1480nm之間，或者更好的是在1370-1460nm范圍之間，因為在這種情況下轉換效率十分的高(相對于2000ppmwt超過了20％，相對于3000PPmwt超過了25％)這樣，根據(jù)第一實施例，使用了其波長在1400nm帶寬的泵浦光2以致可以提高了光信號1的轉換效率，其中泵浦光2的波長與光信號1的波長相同。第二實施例現(xiàn)在參考圖6A至圖8，對根據(jù)本發(fā)明第二實施例的光纖放大器進行詳細的說明。這里，與上述第一實施例中的單元相對應的大體相同的單元使用相同的附圖標號，并且省略對他們的說明。
圖6A至6C給出了第二實施例的光纖放大器的結構示意圖。
圖6A給出了正向激勵型光纖放大器210，在該放大器中泵浦光2和輔助泵浦光沿著與光信號1傳播方向相同的方向進入。如圖6A所示，這種光纖放大器210具有這樣的結構，在該結構中對上述第一實施例的放大光纖110做了修改使輔助光耦合器213連接在光信號1輸入側的光隔離器112與耦合器113之間并且與輔助泵浦光源214相連以向輔助耦合器213產生波長至少在630-720nm，740-830nm，1100-1300nm以及1500nm范圍內的泵浦光3。這里范圍630-720nm，740-830nm，1100-1300nm以及1500nm都是Tm的高吸收范圍，如圖7所示。
值的注意的是，在正向激勵型光纖放大器210中，輔助耦合器213和輔助泵浦光源214位于光信號1輸入側的光隔離器112與耦合器113之間的位置A1，以致輔助泵浦光3沿著與光信號1傳播方向相同的方向進入，如圖6A所示，但是同時輔助耦合器213和輔助泵浦光源214也位于耦合器113與放大光纖111之間的位置A2，以致輔助泵浦光3沿著與光信號1傳播方向相同的方向進入，或者輔助耦合器213和輔助泵浦光源214位于放大光纖111與光信號1輸出側的光隔離器112之間的位置B，以致輔助泵浦光3沿著與光信號1傳播方向相反的方向進入，或者通過結合這些結構中任一種而使輔助泵浦光3進入。
圖6B給出了反向激勵型光纖放大器220，在該放大器中泵浦光2和輔助泵浦光3沿著與光信號1傳播方向相反的方向進入。如圖6B所示，這種光纖放大器220具有這樣的結構，在該結構中對上述第一實施例的放大光纖120做了修改使輔助光耦合器213連接在光信號1輸出側的光隔離器112與耦合器113之間的位置B2，并且輔助泵浦光源214與輔助耦合器213相連。
值的注意的是，在反向激勵型光纖放大器220中，輔助耦合器213和輔助泵浦光源214位于光信號1輸出側的光隔離器112與耦合器113之間的位置B2，以致輔助泵浦光3沿著與光信號1傳播方向相反的方向進入，如圖6B所示，但是同時輔助耦合器213和輔助泵浦光源214也位于放大光纖111與耦合器113之間的位置B1，以致輔助泵浦光3沿著與光信號1傳播方向相反的方向進入，或者輔助耦合器213和輔助泵浦光源214位于光信號1輸入側的光隔離器112與放大光纖111之間的位置A，以致輔助泵浦光3沿著與光信號1傳播方向相同的方向進入，或者通過結合這些結構中任一種而使輔助泵浦光3進入。
圖6C給出了雙向激勵型光纖放大器230，在該放大器中泵浦光2和輔助泵浦光3沿著與光信號1傳播方向相同方向和相反方向進入。如圖6C所示，這種光纖放大器230具有這樣的結構，在該結構中對上述第一實施例的放大光纖130做了修改使輔助光耦合器213分別連接在光信號1輸入側的光隔離器112與放大光纖111之間的位置A2以及連接在放大光纖111與光信號1輸出側的光隔離器112之間的位置B1，并且輔助泵浦光源214分別與輔助耦合器213相連。
值的注意的是，在雙向激勵型光纖放大器210中，輔助耦合器213和輔助泵浦光源214位于光信號1輸入側的光隔離器112與放大光纖111之間的位置A2以及放大光纖111與光信號1輸出側的光隔離器112之間的位置B1，以致輔助泵浦光3沿著與光信號1傳播方向相同和相反的方向進入，如圖6C所示，但是通過輔助耦合器213和輔助泵浦光源214位于上述A1，A2，B1，B2至少一個位置上也可使輔助泵浦光3進入。
在這個實施例中，耦合器213和泵浦光214組成了輔助泵浦光輸入單元。
在通過兩種波長的泵浦光2和輔助泵浦光3利用任一種作為基質玻璃的ZBLAN玻璃(Zr型)，In-Pb玻璃以及亞碲酸鹽玻璃，并利用給上述結構的光纖放大器210，220或230中的放大光纖111加入濃度為2000ppmwt或3000ppmwt的Tm而泵浦光信號1的情況下所獲得的轉換效率如圖8所示。這里，輔助泵浦光的波長被設置為650nm，800nm，1200nm，1560nm中的任一種。同時為了比較給出了在上述第一實施例(在只利用泵浦光2一種波長的情況下)的情況下的轉換效率。
從圖8可以看出，與只利用一種波長的泵浦光2情況相比，對于利用兩種波長的泵浦光2和輔助泵浦光源3情況，對于放大光纖111所有類型的基質玻璃而言都可提高在S-帶寬的轉換效率。特別是，與濃度為2000ppmwt的Tm相比，可進一步提高濃度為3000ppmwt的在S-帶寬的轉換效率。
這樣，根據(jù)第二實施例，除了波長在1400nm帶寬的泵浦光2之外，具有基態(tài)能級吸收較大的波長的輔助泵浦光3也進入，以致光信號1的轉換效率比上述第一實施例的情況更加提高。第三實施例現(xiàn)在參考圖9A至圖13F，對根據(jù)本發(fā)明第三實施例的光纖放大器進行詳細的說明。這里，與上述第一和第二實施例中的單元相對應的大體相同的單元使用相同的附圖標號，并且省略對他們的說明。
圖9A至9C給出了第三實施例的光纖放大器的結構示意圖。
圖9A給出了正向激勵型光纖放大器310的示意性結構，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相同的方向進入。如圖9A所示，這種光纖放大器310具有這樣的結構，在該結構中對上述第一實施例的放大光纖110做了修改使光信號1輸出側的光隔離器112由反射鏡315代替以在光信號1和泵浦光2中至少反射光信號1，并且光信號1輸入側的光隔離器112由光環(huán)行器316代替以分離輸入光信號1與輸出光信號1。
圖9B給出了反向激勵型光纖放大器320的示意性結構，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相反的方向進入。如圖9B所示，這種光纖放大器320具有這樣的結構，在該結構中對上述第一實施例的放大光纖220做了修改使光信號1輸出側的光隔離器112由反射鏡315代替，并且光信號1輸入側的光隔離器112由光環(huán)行器316代替。
圖9C給出了雙向激勵型光纖放大器330的示意性結構，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相同和相反方向進入。如圖9C所示，這種光纖放大器330具有這樣的結構，在該結構中對上述第一實施例的放大光纖130做了修改使光信號1輸出側的光隔離器112由反射鏡315代替，并且光信號1輸入側的光隔離器112由光環(huán)行器316代替。
在這個實施例中，反射鏡315構成了光信號的換向傳播單元。
在通過泵浦光2利用上述結構的雙向傳輸型光纖放大器330而對光信號1激勵的情況下所獲得的增益光譜如圖10(在2000ppmwt的情況下)和圖11(在6000ppmwt的情況下)所示，其中光纖放大器330結構中的放大光纖111將ZBLAN玻璃(Zr型)作為基質玻璃和Tm濃度為2000ppmwt和6000ppmwt兩種情況。這里，光信號1的輸入能量為-13db/ch(*4ch)，來自一泵浦光源114的泵浦光2的波長為1400nm，來自另一泵浦光源114的泵浦光2的波長為1415nm，泵浦光源總的輸出能量為500mW，并且優(yōu)化了放大光纖的長度以致可以獲得S-帶寬內的高增益。為了比較，同時給出了在上述第一實施例的圖3C情況(利用放大光纖111的長度為16m的單一傳輸型)下的增益光譜。
可以從圖10和圖11中看出，與上述第一實施例(單一傳輸型)相比較，通過第三實施例(雙向傳輸型)提高了S-帶寬的增益。特別是，與Tm的濃度為2000ppmwt的情況相比較，在Tm的濃度超過了3000ppmwt的情況下(在這個例子中為6000ppmwt)可進一步提高了S-帶寬的增益并且可以改善增益的平坦性。
同時，圖12給出了放大光纖111(Tm的濃度6000ppmwt)的長度和上述第一實施例(單一傳輸型)和第三實施例(雙向傳輸型)的情況下在S-帶寬的轉換效率之間關系的曲線圖。值得注意的是，在這兩種情況下光信號1的條件相同。
如圖12所示，獲得了單一傳輸型和雙向傳輸型的特性曲線，在單一傳輸型的特性曲線中，當光纖長度為15.5-17m時與在1480nm和1510nm的增益大約相等，而在雙向傳輸型的特性曲線中，當光纖長度為6-8m時與在1480nm和1510nm的增益大約相等。增益大約相等的光纖長度轉換效率對單一傳輸型大約為25％，對雙向傳輸型大約是35％。
在第三實施例的圖9A至圖9C的結構中，反射鏡315被提供為諸如圖13A至13F所示的各種形式。更具體的說，圖13A給出了通過給垂直切開的光纖的端面真空鍍金膜而形成的反射鏡。圖13B給出了通過在垂直切開的光纖的端面附著多層電介質薄膜而形成的反射鏡。圖13C給出了通過金屬反射鏡將從光纖端面發(fā)出的光反射回光纖而形成的反射鏡。圖13D給出了通過在光纖端面與圖13C的反射鏡中的金屬反射鏡之間插入一個法拉弟旋轉器而形成的反射鏡。圖13E給出了通過沿著光纖的長度方向折射率周期性的變化以致所進入的光通過布拉格反射而被反射所形成的光纖光柵型反射鏡。圖13F給出了環(huán)形反射鏡型的反射鏡，在該反射鏡中光通過環(huán)形極化存儲的光纖傳播并且通過3db的耦合器再耦合。
這樣，根據(jù)第三實施例，光信號1的轉換效率比上述第一實施例的情況進一步提高。第四實施例現(xiàn)在參考圖14A至圖15，對根據(jù)本發(fā)明第四實施例的光纖放大器進行詳細的說明。這里，與上述第一和第三實施例中的單元相對應的大體相同的單元使用相同的附圖標號，并且省略對他們的說明。
圖14A至14C給出了第四實施例的光纖放大器的結構示意圖。
圖14A給出了正向激勵型光纖放大器410，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相同的方向進入。如圖14A所示，這種光纖放大器410具有這樣的結構，在該結構中對上述第三實施例的放大光纖310做了修改使反射鏡315由可以傳送ASE光(放大的自發(fā)發(fā)射)的反射鏡415代替。
圖14B給出了反向激勵型光纖放大器420，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相反的方向進入。如圖14B所示，這種光纖放大器420具有這樣的結構，在該結構中對上述第三實施例的放大光纖320做了修改使反射鏡315由反射鏡415代替，通過反射鏡415可以傳送ASE光(放大的自發(fā)發(fā)射)。
圖14C給出了雙向激勵型光纖放大器430，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相同和相反方向進入。如圖14C所示，這種光纖放大器430具有這樣的結構，在該結構中對上述第三實施例的放大光纖330做了修改使反射鏡315由反射鏡415代替，通過反射鏡415可以傳送ASE光(放大的自發(fā)發(fā)射)。
反射鏡415以各種形式提供，包括硅質玻璃金屬真空鍍膜的反射鏡，多層電介質薄膜型反射鏡，光纖光柵型反射鏡等等。
在這個實施例中，反射鏡415構成了光信號的換向傳播單元。
在通過泵浦光2利用上述結構的光纖放大器410，420，430的情況下所獲得的光信號光譜如圖15的(a)部分所示。同時，給出了在利用上述第一實施例中的光纖放大器310，320，330的情況下所獲得的光信號光譜，其目的是為了與圖15中的(b)部分比較。
從圖15中可以看出，與第三實施例中的光纖放大器310，320或330的情況(圖15中的(b)部分)相比較，當利用第四實施例的光纖放大器410，420或430時(圖15中的(a)部分)，信噪比變大了以致改善了噪聲特性并因為通過ASE而減小了泵浦光2的浪費性消耗而增加了光信號的輸出強度。
這樣，根據(jù)第四實施例，光信號1的轉換效率比上述第一實施例的情況進一步提高。第五實施例現(xiàn)在參考圖16A至圖16C，對根據(jù)本發(fā)明第五實施例的光纖放大器進行詳細的說明。這里，與上述第一和第四實施例中的單元相對應的大體相同的單元使用相同的附圖標號，并且省略對他們的說明。
圖16A至16C給出了第五實施例的光纖放大器的結構示意圖。
圖16A給出了正向激勵型光纖放大器510，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相同的方向進入。如圖16A所示，這種光纖放大器510具有這樣的結構，在該結構中對上述第二實施例的放大光纖210做了修改使光信號1輸出側的光隔離器112由用在上述第三實施例的光纖放大器310中的反射鏡315代替，并且光信號1輸入側的光隔離器112由用在上述第三實施例的光纖放大器310中的光環(huán)行器316代替。
圖16B給出了反向激勵型光纖放大器520，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相反的方向進入。如圖16B所示，這種光纖放大器520具有這樣的結構，在該結構中對上述第二實施例的光線放大器220做了修改使光信號1輸出側的光隔離器112由反射鏡315代替，并且光信號1輸入側的光隔離器112由光環(huán)行器316代替。
圖16C給出了雙向激勵型光纖放大器530，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相同和相反方向進入。如圖16C所示，這種光纖放大器530具有這樣的結構，在該結構中對上述第二實施例的放大光纖230做了修改使光信號1輸出側的光隔離器112由反射鏡315代替，并且光信號1輸入側的光隔離器112由光環(huán)行器316代替。
換句話說，第五實施例的光纖放大器510，520，或者530具有將上述第二實施例中的光纖放大器210，220，或者230的構造與上述第三實施例中的光纖放大器310，320，或者330的構造相結合的結構。
這樣，根據(jù)第五實施例，同時可以獲得上述第二實施例的效果與上述第三實施例的效果，以致進一步提高了光信號1的轉換效率。第六實施例現(xiàn)在參考圖17，對根據(jù)本發(fā)明第六實施例的光纖放大器進行詳細的說明。這里，與上述第一和第五實施例中的單元相對應的大體相同的單元使用相同的附圖標號，并且省略對他們的說明。
圖17給出了第六實施例的光纖放大器的結構示意圖。
圖17給出了雙向激勵型光纖放大器630，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相同和相反方向進入。如圖17所示，這種光纖放大器630具有兩級結構，在該結構中上述第一實施例的兩個光纖放大器130串連連接，也就是說，多個放大光纖111串連連接并且泵浦光源114通過耦合器113與這些放大光纖111相連。注意的是輸入光信號的第一級的光纖放大器130輸出側的光隔離器112以及輸出光信號的第二級的光纖放大器130輸入側的光隔離器112由單一的光隔離器112提供。
在上述結構的光纖放大器630中，由第一級光纖放大器130放大的光信號1進一步被第二級光纖放大器130放大并輸出。
因此，根據(jù)第六實施例，可以實現(xiàn)比上述第三實施例更高增益和更高輸出能量的光信號放大。
值得注意的是，上述第六實施例是指利用將兩個雙向激勵型光纖放大器130串連連接的結構的情況，但是也可以用正向激勵型光纖放大器110或者反向激勵型光纖放大器120代替第一級和第二級光纖放大器中的至少一個。第七實施例現(xiàn)在參考圖18，對根據(jù)本發(fā)明第七實施例的光纖放大器進行詳細的說明。這里，與上述第六實施例中的單元相對應的大體相同的單元使用相同的附圖標號，并且省略對他們的說明。
圖18給出了第七實施例的光纖放大器的結構示意圖。
圖18給出了雙向激勵型光纖放大器730，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相同和相反方向進入。如圖18所示，這種光纖放大器730具有兩級結構，在該結構中上述第三實施例的兩個光纖放大器330串連連接，也就是說，多個放大光纖111串連連接并且泵浦光源114通過耦合器113與這些放大光纖111相連。
在上述結構的光纖放大器730中，由第一級光纖放大器330放大的光信號1進一步被第二級光纖放大器330放大并輸出。
因此，根據(jù)第七實施例，可以實現(xiàn)比上述第三實施例更高增益和更高輸出功率的光信號放大。除此之外，通過對從第一級的光纖放大器輸出的光信號壓縮幾個dBm，第二級光纖放大器330中的放大光纖111前端部的布局反轉狀態(tài)變高了，以致抑制了噪聲系數(shù)的下降。
值得注意的是，上述第七實施例是指利用將兩個雙向激勵型光纖放大器330串連連接的結構的情況，但是也可以用正向激勵型光纖放大器310或者反向激勵型光纖放大器320代替第一級和第二級光纖放大器中的至少一個。第八實施例現(xiàn)在參考圖19，對根據(jù)本發(fā)明第八實施例的光纖放大器進行詳細的說明。這里，與上述第七實施例中的單元相對應的大體相同的單元使用相同的附圖標號，并且省略對他們的說明。
圖19給出了第八實施例的光纖放大器的結構示意圖。
圖19給出了雙向激勵型光纖放大器830，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相同和相反方向進入。如圖19所示，這種光纖放大器830具有這樣的結構，在該結構中對上述第七實施例的光纖放大器730進行修改使增益均衡器817連接在第一級光纖放大器330與第二級光纖放大器330之間。
在上述結構的光纖放大器830中，由第一級光纖放大器330放大的光信號1通過增益均衡器817被均衡以具有平坦的增益特性曲線并且由第一級光纖放大器330放大的光信號1進一步被第二級光纖放大器330放大并輸出。
因此，根據(jù)第八實施例，輸出的光信號1通過比上述第七實施例的情況在1480-1520nm帶寬內更均衡的增益特性而放大。
值得注意的是，上述第八實施例是指利用將兩個雙向激勵型光纖放大器330串連連接的結構的情況，但是也可以用正向激勵型光纖放大器310或者反向激勵型光纖放大器320代替第一級和第二級光纖放大器中的至少一個。
還值得注意的是，上述第八實施例是指利用一個增益均衡器817的情況，但是也可使用多個增益均衡器817。第九實施例現(xiàn)在參考圖20至圖27，對根據(jù)本發(fā)明第九實施例的光纖放大器進行詳細的說明。這里，與上述第八實施例中的單元相對應的大體相同的單元使用相同的附圖標號，并且省略對他們的說明。
圖20至圖27給出了第九實施例的光纖放大器的結構示意圖。
在上述第六至第八實施例中，多個放大光纖111串連連接，并且泵浦光源114通過耦合器113與這些放大光纖111相連。相反，在第九實施例中，多個放大光纖111通過分光器/光組合器并聯(lián)連接。按照這種方式，也可以實現(xiàn)光信號的放大和高輸出功率。
更具體的說，圖20給出了雙向激勵型光纖放大器的結構示意圖，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相同和相反的方向進入，并且這種光纖放大器具有這樣的結構，在該結構中上述兩個第一實施例的光纖放大器130并聯(lián)連接。
類似的，圖21給出了雙向激勵型光纖放大器的結構示意圖，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相同和相反的方向進入，并且這種光纖放大器具有這樣的結構，在該結構中由兩個上述第一實施例的光纖放大器130串連連接的兩組并行連接。
類似的，圖22給出了雙向激勵型光纖放大器的結構示意圖，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相同和相反的方向進入，并且這種光纖放大器具有這樣的結構，在該結構中兩個上述第一實施例的光纖放大器130并行連接，并且在兩個光纖放大器130的輸出側分別增加了兩個增益均衡器817。
類似的，圖23給出了雙向激勵型光纖放大器的結構示意圖，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相同和相反的方向進入，并且這種光纖放大器具有這樣的結構，在該結構中由兩個上述第一實施例的光纖放大器130串連連接的兩組并行連接，并且兩組光纖放大器130的每一組中的第一級光纖放大器與第二級光纖放大器之間分別增加了兩個增益均衡器817。
類似的，圖24給出了雙向激勵型光纖放大器的結構示意圖，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相同和相反的方向進入，并且這種光纖放大器具有這樣的結構，在該結構中兩個上述第三實施例的光纖放大器330并行連接。
類似的，圖25給出了雙向激勵型光纖放大器的結構示意圖，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相同和相反的方向進入，并且這種光纖放大器具有這樣的結構，在該結構中由兩個上述第三實施例的光纖放大器330串連連接的兩組并行連接。
類似的，圖26給出了雙向激勵型光纖放大器的結構示意圖，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相同和相反的方向進入，并且這種光纖放大器具有這樣的結構，在該結構中由兩個上述第三實施例的光纖放大器330串連連接的兩組并行連接，并且在兩個光纖放大器130的輸出側分別增加了兩個增益均衡器817。
類似的，圖27給出了雙向激勵型光纖放大器的結構示意圖，在該放大器中泵浦光2沿著與光信號1傳播方向相同和相反的方向進入，并且這種光纖放大器具有這樣的結構，在該結構中由兩個上述第三實施例的光纖放大器330串連連接的兩組并行連接，并且兩組光纖放大器330的每一組中的第一級光纖放大器與第二級光纖放大器之間分別增加了兩個增益均衡器817。其他實施例在每一個上述第一至第九實施例中，提出用于分離光信號1和泵浦光2的耦合器。
同樣，在每一個上述第一至第九實施例中，使用了其芯體有Tm的放大光纖111，但是作為替代，也可用其芯體和金屬包層都有Tm的光纖放大器，并且只要至少其芯體內有Tm就可獲得與第一至第九實施例相同情況的效果。
如所述的，根據(jù)本發(fā)明的光纖放大器，通過使用波長在1400nm帶寬上的泵浦光而激勵光信號，泵浦光的波長與激光二極管(LD)所發(fā)射的光信號波長相同，這樣可抑制在3H4中發(fā)生ESA(受激狀態(tài)吸收)，以致可實現(xiàn)高效的S-帶寬，緊湊的尺寸，以及低成本。同樣，通過使用雙向傳輸型結構或者雙重波長激勵型結構也可實現(xiàn)高效率。
同時值得注意的是，除了上述已經提出的，在不脫離本發(fā)明新穎的和有利的特征的情況下，可以對本發(fā)明做出修改和變化。因此，所有的修改和變化都包括在所附的權利要求范圍內。
權利要求
1.一種光纖放大器，包括一放大光纖，在其芯體內至少包含有銩，光信號進入到放大光纖內；以及一泵浦光輸入單元，其中，將至少一個波長在1320-1520nm范圍內的泵浦光輸入到放大光纖放大器內。
2.如權利要求1的光纖放大器，其中泵浦光輸入單元輸入至少一個波長在1320-1480nm范圍內的泵浦光。
3.如權利要求1的光纖放大器，其中泵浦光輸入單元輸入至少一個波長在1370-1460nm范圍內的泵浦光。
4.如權利要求1的光纖放大器，其中放大光纖至少在其芯體內包含有濃度不小于2000ppmwt的銩。
5.如權利要求1的光纖放大器，其中放大光纖至少在其芯體內包含有濃度不小于3000ppmwt的銩。
6.如權權利要求1的光纖放大器，進一步包括一輔助泵浦光輸入單元，用于將波長至少在630-720nm，740-830nm，1100-1300nm以及1500-2000nm范圍內的輔助泵浦光輸入到放大光纖內。
7.如權利要求1的光纖放大器，進一步包括一光信號轉向傳播單元，用于使光信號通過放大光纖正向和反向傳播。
8.如權利要求7的光纖放大器，其中光信號轉向傳播單元只用于使光信號通過放大光纖正向和反向傳播在放大光纖的一端具有一個反射鏡。
9.如權利要求1的光纖放大器，其中光信號轉向傳播單元只用于使光信號或者只用于使光信號和至少一個泵浦光通過放大光纖正向和反向傳播。
10.如權利要求9的光纖放大器，其中放大的自發(fā)發(fā)射光通過光信號轉向傳播單元傳送。
11.如權利要求1的光纖放大器，進一步包括一光隔離器或者光環(huán)形器，與放大光纖相連，用于通過放大光纖使光信號僅僅在一個方向上傳播。
12.一個光纖放大器，包括多個放大光纖，每一個放大光纖至少在其芯體內包含有銩，光信號輸入到放大光纖，多個放大光纖串行或者并行連接；以及多個泵浦光輸入單元，每一個用于將至少一個波長在1320-1520nm范圍內的泵浦光輸入到放大光纖中一個相應的放大光纖放大器內。
13.如權利要求12的光纖放大器，進一步包括至少一個與放大光纖相連的增益均衡器。
全文摘要
具有高轉換率的光纖放大器,可利用由激光二極管所發(fā)射的波長帶寬上的泵浦光,該光纖放大器是由至少在其芯體內包含有銩的供光信號進入的放大光纖和泵浦光輸入單元構成,該泵浦光輸入單元用于將至少一個波長在1320－1520nm范圍內,最好在1320－1480nm范圍內的泵浦光輸入到放大光纖放大器內。
文檔編號H01S3/16GK1372163SQ0210478
公開日2002年10月2日 申請日期2002年2月21日 優(yōu)先權日2001年2月21日
發(fā)明者青笹真一, 增田浩次, 阪本匡, 清水誠, 西田好毅 申請人:日本電信電話株式會社