專(zhuān)利名稱(chēng)：光放大單元和光傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的目的是提供用于光學(xué)電信系統(tǒng)的光放大單元。本發(fā)明還涉及光傳輸系統(tǒng)，具體涉及利用上述光放大單元的波分復(fù)用(WDM)光傳輸系統(tǒng)。本發(fā)明的光放大單元還適用于模擬CATV系統(tǒng)。
在WDM光傳輸系統(tǒng)中，借助于波分復(fù)用技術(shù)，包括幾個(gè)光信道的傳輸信號(hào)可以通過(guò)相同的線路傳送，該線路上包含一個(gè)或多個(gè)光放大器。發(fā)射信道可以是數(shù)字的或模擬的，且由于每個(gè)信道與具體的波長(zhǎng)相聯(lián)系，這些發(fā)射信道是可區(qū)分的。
當(dāng)前長(zhǎng)距離高容量的光傳輸系統(tǒng)利用光纖放大器，它不同于以前使用的電子再生器，不需要OE/EO轉(zhuǎn)換。光纖放大器包含預(yù)置長(zhǎng)度的光纖，其纖芯摻以一種或多種稀土元素，所以，在受到泵浦輻射激勵(lì)時(shí)，利用受激發(fā)射放大光信號(hào)。這種泵浦輻射注入到有源光纖中時(shí)，它激勵(lì)稀土元素的離子，給纖芯中沿光纖傳播的載信息信號(hào)提供增益。
用于摻雜的稀土元素通常包括鉺(Er)，釹(Nd)，鐿(Yb)，釤(Sm)，銩(Tm)和鐠(Pr)。根據(jù)輸入信號(hào)光的波長(zhǎng)和泵浦光的波長(zhǎng)，確定所使用的一種或幾種具體稀土元素。例如，Er離子用于波長(zhǎng)為1.55μm的輸入信號(hào)光和波長(zhǎng)為1.48μm或0.98μm的泵浦功率；共摻Er離子和Yb離子還可以用在不同和更寬的泵浦波段。
摻鉺(Er)光纖已開(kāi)發(fā)成用于光放大器和激光器。這些器件是非常重要的，因?yàn)樗鼈兊墓ぷ鞑ㄩL(zhǎng)與光纖通信的第三窗口一致，在1550nm附近。本申請(qǐng)人名義下的EP專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朜o.98110594.3提出32個(gè)信道的WDM光傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用波段在1529-1535nm和1541-1561nm的摻鉺光纖放大器(EDFA)。
例如，從放大增益和放大帶寬觀點(diǎn)考慮，已經(jīng)提出過(guò)幾個(gè)改進(jìn)系統(tǒng)性能的方法。
一種改進(jìn)系統(tǒng)性能的方法是摻鐿(Yb)到摻鉺放大光纖中。用鉺和鐿共摻雜有源光纖不但擴(kuò)展了泵浦吸收波段從800nm到1100nm，而且還極大地增加基態(tài)吸收率，這是由于鐿的較高吸收截面和摻雜劑可溶性。鐿離子吸收大部分的泵浦光，以及隨后相鄰鉺離子與鐿離子之間的交叉張弛可以使吸收的能量轉(zhuǎn)移到鉺系統(tǒng)。如在Grubb et al:“+24.6dBm output power Er/Yb co-doped optical amplifier pumpedbv diode-pumped Nd:YLF laser”,Electronics Letters,1992,28,(13),pp.1275-1276和Maker,Ferguson:“1.56μm Yb-sensitzed Erfiber laser pumped by diode-pumped Nd:YAG and Nd:YLF lasers”,Electronics Letters,1998,24,(18),pp.1160-1161中所描述的，共摻雜技術(shù)可以有效地激勵(lì)光纖放大器和激光器，這是由于鐿吸收頻譜中長(zhǎng)波長(zhǎng)尾部的直接泵浦。這種泵浦最好是借助于二極管泵浦固態(tài)激光器完成的，例如，1047nm的Nd:YLF激光器或1064nm的Nd:YAG激光器。
利用共摻鉺和鐿的放大光纖放大通信信號(hào)在EP0803944A2和US5,225,925中給以進(jìn)一步的描述。EP0803944A2涉及工作在波段1544-1562nm的多級(jí)摻Er光纖放大器(EDFA)，且包括含Er和Al的第一級(jí)以及含Er和另一種稀土元素(例如，Yb)的第二級(jí)。這種多級(jí)EDFA在所述的波段有優(yōu)于全鉺放大系統(tǒng)的特性，例如，有相對(duì)寬平的增益區(qū)和相對(duì)高的輸出功率，噪聲系數(shù)沒(méi)有很大的下降。然而，本申請(qǐng)人注意到，EP0803944A2中建議的放大器從發(fā)射信道數(shù)目上考慮沒(méi)有什么優(yōu)點(diǎn)，放大帶寬仍然局限于在相對(duì)窄的(且大部分已利用)的1544-1562nm波段。此外，Er/Yb第二級(jí)是借助于二極管泵浦的摻Nd光纖激光器泵浦的，該激光器發(fā)射1064nm。這種泵浦源大多數(shù)用于單模放大光纖的激勵(lì)，相對(duì)來(lái)說(shuō)是昂貴的和體積龐大的。
US5,225,925涉及放大或產(chǎn)生單橫模中光信號(hào)的光纖。該光纖包括摻鉺(Er)的玻璃基質(zhì)和敏化劑，例如，鐿(Yb)或鐵(Fe)。最好是，玻璃基質(zhì)是摻石英的玻璃(例如，摻磷酸鹽和硼酸鹽)。本申請(qǐng)人注意到，US5,225,925建議的放大光纖由于其增益曲線的形狀特別適合于1535nm單信道的傳輸，但不適合于WDM傳輸。而且，這種放大光纖適合借助于二極管泵浦的摻Nd光纖激光器泵浦以激勵(lì)Yb離子，這種激光器具有上述的缺點(diǎn)。
EP0803944A2或US5,225,925都不涉及共摻Er/Yb光放大器在不同于1550nm傳輸波段附近的波段中的信號(hào)放大。
借助于包層泵浦技術(shù)改進(jìn)了Er/Yb放大光纖，這種技術(shù)是在圍繞纖芯的內(nèi)包層區(qū)而不是直接在纖芯中泵浦有源光纖。包層泵浦是這樣一種技術(shù)，允許利用高功率寬帶二極管和二極管條作為高效，低成本和小尺寸的泵浦源，用于雙包層摻稀土的單模光纖。利用這種技術(shù)，可以達(dá)到的輸出功率范圍是在幾百毫瓦到幾十瓦。980nm二極管陣列泵浦的雙包層Er/Yb光纖的描述是在，例如，Minelly et al:“Diode-array pumping of Er3+/Yb3+co-doped fibre lasers andamplifiers”,IEEE Photonics Technology Letters,1993,5,(3),pp.301-303。共摻鉺鐿方案可以使鉺在980nm附近的波段比單摻鉺光纖有高得多的基態(tài)吸收，得到短得多的最佳長(zhǎng)度。
例如，在PCT專(zhuān)利申請(qǐng)WO95/10868中，還描述了插入泵浦輻射到纖芯之外光纖部分(可以看成是相當(dāng)于包層內(nèi)部或纖芯外部)的技術(shù)。這個(gè)文件公開(kāi)一種光纖放大器，它包含兩個(gè)同心纖芯。多模源提供的泵浦功率通過(guò)多模光纖和多模光耦合器橫向耦合到光纖的纖芯外部。泵浦功率傳播通過(guò)纖芯外部并與纖芯內(nèi)部相互作用，泵浦包含在纖芯內(nèi)部的激活材料。這種泵浦技術(shù)也是在US5,291,501中給以描述，它描述有摻雜纖芯和摻雜包層內(nèi)部的單模光纖。
還提出過(guò)增大發(fā)射信道數(shù)目的幾種方法。一種增大信道數(shù)目的方法是使信道間隔變窄。然而，信道間隔變窄使非線性效應(yīng)更加嚴(yán)重，例如，交叉相位調(diào)制和四波混頻，且必須對(duì)光發(fā)射機(jī)有準(zhǔn)確的波長(zhǎng)控制。申請(qǐng)人還觀察到，由于以上的原因，實(shí)際上得到小于50GHz的信道間隔是很困難的。
另一種增大信道數(shù)目的方法是在光纖的低損耗區(qū)擴(kuò)展可用的波長(zhǎng)帶寬。一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)是普通1550nm傳輸波段以上的波長(zhǎng)區(qū)中光放大。具體地說(shuō)，1590nm附近的高波長(zhǎng)波段，特別是在1565nm與1620nm之間的波段，是長(zhǎng)距離光傳輸中一個(gè)非常有前景的波段，在該波段可以分配大量的信道。若1565nm至1620nm的光放大器必須處理大量的信道，則這種放大器的增益特性對(duì)于優(yōu)化系統(tǒng)的性能和成本是很基本的。利用1590nm附近的傳輸波長(zhǎng)區(qū)以及1530nm和1550nm波長(zhǎng)區(qū)的摻鉺光纖放大器是十分誘人的，且最近一直在給予考慮。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，采用1590nm波長(zhǎng)區(qū)，在WDM傳輸中就可以使用色散移位光纖(DSF)，而沒(méi)有四波混頻引起的任何退化。
專(zhuān)利和非專(zhuān)利文獻(xiàn)中的幾篇文章涉及高波長(zhǎng)傳輸波段(從1565nm到1620nm)中的放大。所有這些文件僅僅考慮摻鉺光纖放大器。
以下的文件提出增大可用帶寬到高波長(zhǎng)傳輸波段的幾種方法。
US5,500,764涉及摻鉺的SiO2-Al2O3-GeO2單模光纖(其長(zhǎng)度在150m與200m之間)，利用1.55μm和1.47μm光源泵浦，并適合于放大1.57μm與1.61μm之間的光信號(hào)。
One et al:“Gain-Flattened Er3+-Doped Fiber Amplifier for aWDM Signal in the1.57-1.60μm Wavelength Region”,IEEEPHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS,Vol.9,No.5,May1997,pp.596-599，公開(kāi)一種用于1.58μm波段WDM信號(hào)的增益平坦摻Er3+的石英基光纖放大器；測(cè)試不同的光纖長(zhǎng)度，作者發(fā)現(xiàn)，200m是構(gòu)造高增益和低噪聲EDFA的EDF(摻鉺光纖)最佳長(zhǎng)度。
Masuda et al:“Wideband gain-flattened,erbium-doped fibreamplifiers with3dB bandwidths of＞50nm”,ELECTRONICSLETTERS,5thJune 1997,Vol.33,No.12,pp.1070-1072，提出兩級(jí)摻鉺光纖和一個(gè)中間級(jí)均衡器的一種方案，得到用于硅酸鹽摻鉺光纖放大器的52nm波段(1556-1608nm)和用于氯化物摻鉺光纖放大器的50nm波段(1554-1604nm)；在硅酸鹽摻鉺光纖放大器的情況下，這兩級(jí)分別包含50m EDF和26m EDF。
Jolley et al:“Demonstration of low PMD and negligiblemultipath interference in an ultra flat broad band EDFA using ahighly doped erbium fiber”,“Optical Amplifiers and theirApplications”Conference,Vail,Colorado,July27-29 1998,TuD2-1/124-127提出一種寬帶EDFA，利用45m鉺光纖放大1585nm波段的信號(hào)，且在1570nm上達(dá)到的最大外功率超過(guò)+18.3dBm。
本申請(qǐng)人觀察到，適合于放大高波長(zhǎng)波段內(nèi)光信號(hào)的普通線型EDFA通?？梢苑糯罂傒斎牍β始s為-10dBm的光信號(hào)到低于19dBm的最大功率值，即，其最大增益約為29dB。約為-10dBm的總輸入功率是一個(gè)合適的參考值，是用在長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)中光放大器的典型值。不推薦較低的輸入功率是因?yàn)?，雖然與高功率輸入信號(hào)比較，EDFA對(duì)于低功率輸入信號(hào)有較高的增益，這種情況下的ASE(放大的自發(fā)輻射)增加到這樣一個(gè)值，其信噪比變得太低。與此相反，信號(hào)輸入功率超過(guò)-10dBm，例如，可以通過(guò)減小傳輸光纖長(zhǎng)度而得到，容易使增益飽和，導(dǎo)致不希望有的能量浪費(fèi)。利用EDFA和在1575nm與1602nm之間發(fā)射64個(gè)信道的光傳輸系統(tǒng)在線型EDFA的輸出端提供的每個(gè)信道最大功率約為0.2dBm，實(shí)際上限制最大的跨度長(zhǎng)度小于100km。
本申請(qǐng)人還觀察到，在預(yù)定長(zhǎng)度的摻鉺有源光纖中，增益與鉺濃度之間關(guān)系的曲線上升到最大值，相當(dāng)于鉺濃度的最佳值，然后就下降。只有增大摻鉺激活區(qū)的長(zhǎng)度，即，增大有源光纖的長(zhǎng)度，才可以得到較高的增益。利用普通的摻鉺有源光纖，高波長(zhǎng)波段的長(zhǎng)距離WDM光傳輸系統(tǒng)要求光纖的長(zhǎng)度達(dá)到幾百米以獲得相對(duì)高的增益。當(dāng)前，考慮使用有較大纖芯直徑的特殊摻鉺有源光纖，它可以在光纖長(zhǎng)度小于30-40m下得到相對(duì)高的增益。
本申請(qǐng)人最近發(fā)現(xiàn)，在1565-1620nm波段，包括共摻鉺鐿放大器的傳輸系統(tǒng)提供非常高的性能，特別是它們比單摻鉺光放大器有較高的性能。在以本申請(qǐng)人名義于1998年9月22日申請(qǐng)的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)No.EP98117898中，建議光放大單元在單級(jí)配置(利用雙向泵浦)中包括共摻鉺鐿光纖放大器，或在雙級(jí)配置(利用同向傳播泵浦或雙向泵浦)中包括兩個(gè)共摻鉺鐿光纖放大器，在1575-1602nm波長(zhǎng)區(qū)提供高的放大倍數(shù)。為了達(dá)到非常高的功率增益，建議的光放大單元最好包括一個(gè)摻鉺光纖前置放大器和至少一個(gè)雙包層共摻鉺鐿光纖放大器。利用多模泵浦機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，雙包層有源光纖可以有高的泵浦性能。所用的泵浦激光器是多模寬區(qū)激光器，其發(fā)射波長(zhǎng)包含在920-980nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，例如，在920nm，每個(gè)激光器適合于提供約為400mW的泵浦功率給有源光纖。
在上述放大單元的設(shè)計(jì)中，本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，適合于耦合多模泵浦輻射進(jìn)入雙包層光纖的WDM耦合器實(shí)施方案是嚴(yán)格的。耦合多模泵浦輻射進(jìn)入雙包層光纖最好借助于微型光學(xué)(反射鏡型)WDM耦合器，其耦合效率比熔融光纖WDM耦合器的耦合效率高得多。WDM耦合器必須能夠在光纖的內(nèi)包層耦合泵浦輻射(在920-980nm的范圍內(nèi))和在纖芯中耦合發(fā)射信號(hào)(在1575-1602nm的范圍內(nèi))。因此，該耦合器必須有這樣的特性，除了所需的波長(zhǎng)選擇性以外，還需要該光的預(yù)定空間分布。若使用微型光學(xué)耦合器，則能夠提供該光預(yù)定空間分布的聚焦透鏡系統(tǒng)是很難實(shí)現(xiàn)的。所以，使用雙包層有源光纖涉及的困難是，在泵浦源與有源光纖之間獲得高的耦合效率。此外，所考慮的微型光學(xué)耦合器有相對(duì)高的插入損耗，在1550nm上大于1dB。
按照本發(fā)明，本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)適合于用在1565-1620nm波段并優(yōu)于已知放大器件的另一種放大單元裝置。所建議的放大單元特別適用于WDM傳輸系統(tǒng)，最好是作為提升放大器。
本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，利用適合于用第一泵浦輻射激勵(lì)Er的第一泵浦源和用第二泵浦輻射激勵(lì)Yb的第二泵浦源，通過(guò)泵浦共摻Er和Yb的單模和單包層有源光纖，可以得到高性能和小型化的放大單元。
最好是，第一泵浦輻射包含的波長(zhǎng)是在1465nm與1495nm之間，并以相同的傳播方向(相對(duì)于發(fā)射信號(hào))饋入到有源光纖；而第二泵浦輻射包含的波長(zhǎng)是在1000nm與1100nm之間，并以相反的傳播方向(相對(duì)于發(fā)射信號(hào))饋入到有源光纖。
最好是，借助于微型光學(xué)WDM耦合器，第一泵浦源耦合到有源光纖；而借助于熔融光纖WDM耦合器，第二泵浦源耦合到有源光纖。
對(duì)于典型的提升器單元，本發(fā)明的放大單元把輸入信號(hào)的范圍擴(kuò)展到較低的功率。這個(gè)特征可以在設(shè)計(jì)傳輸系統(tǒng)中包含損耗不可忽略的器件，例如，OADM(光學(xué)分插復(fù)用器，即，從系統(tǒng)中分出光信號(hào)和插入光信號(hào)到系統(tǒng)中的器件)或色散補(bǔ)償器，正好是放大單元的上游方向。在沒(méi)有明顯的放大倍數(shù)下降情況下，這些附加的損耗實(shí)際上是容許的。
利用單模耦合器把泵浦輻射耦合到有源光纖有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，可以有較小的信號(hào)損耗。
此外，本發(fā)明的放大單元有相對(duì)寬的波長(zhǎng)放大波段，在1565nm以上；所以，這種放大單元特別適用于WDM傳輸系統(tǒng)。
按照本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明涉及光傳輸系統(tǒng)，包括-發(fā)射光信號(hào)的光發(fā)射單元，-接收所述光信號(hào)的光接收單元，-光纖鏈路，用于光耦合所述發(fā)射單元到所述接收單元并適合于傳遞所述光信號(hào)，和-沿所述鏈路耦合的光放大單元，適合于放大所述光信號(hào)；所述光放大單元包括·輸入端，用于輸入所述光信號(hào)，·輸出端，用于輸出所述光信號(hào)，·共摻Er和Yb的有源光纖，有光耦合到所述輸入端的第一端部和光耦合到所述輸出端的第二端部，該有源光纖用于放大所述光信號(hào)，·第一泵浦源和第二泵浦源，分別產(chǎn)生第一泵浦輻射和第二泵浦輻射，和·第一光耦合器和第二光耦合器，分別光耦合所述第一泵浦源和所述第二泵浦源到所述有源光纖，其中所述第一泵浦輻射包含Er的激勵(lì)波長(zhǎng)，而所述第二泵浦輻射包含Yb的激勵(lì)波長(zhǎng)。
所述光放大單元最好有1565nm以上的波長(zhǎng)放大波段。
最好是，所述第一光耦合器光耦合到所述有源光纖的第一端部，沿與光信號(hào)相同的傳播方向饋入第一泵浦輻射到有源光纖；而所述第二光耦合器光耦合到所述有源光纖的第二端部，沿與光信號(hào)相反的傳播方向饋入第二泵浦輻射到有源光纖。
有源光纖最好是單包層光纖，且最好是單模光纖。
第一泵浦輻射的波長(zhǎng)最好是在1465nm與1495nm之間，而第二泵浦輻射的波長(zhǎng)最好是在1000nm與1100nm之間。
第一光耦合器最好是微型光學(xué)WDM耦合器，而第二光耦合器最好是熔融光纖WDM耦合器。
按照本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明涉及放大光信號(hào)的方法，包括以下步驟-饋入光信號(hào)到共摻Er和Yb的有源光纖；和-在饋入光信號(hào)步驟中，光泵浦有源光纖；其中所述光泵浦步驟包括饋入激勵(lì)Er的第一泵浦輻射和激勵(lì)Yb的第二泵浦輻射到所述有源光纖。
所述饋入所述第一泵浦輻射的步驟包括沿與光信號(hào)相同的傳播方向饋入所述第一泵浦輻射到有源光纖；而所述饋入所述第二泵浦輻射的步驟包括沿與光信號(hào)相反的傳播方向饋入所述第二泵浦輻射到有源光纖。
所述饋入第一泵浦輻射到所述有源光纖的步驟最好包括饋入Er的激勵(lì)輻射到所述有源光纖，激勵(lì)輻射波長(zhǎng)是在1465nm與1495nm之間。
所述饋入第二泵浦輻射到所述有源光纖的步驟最好包括饋入Yb的激勵(lì)輻射到所述有源光纖，激勵(lì)輻射是波長(zhǎng)在1000nm與1100nm之間。
最好是，所述有源光纖包含纖芯和包層，所述饋入第一泵浦輻射和第二泵浦輻射到所述有源光纖的步驟包括饋入所述第一泵浦輻射和所述第二泵浦輻射進(jìn)入所述有源光纖的纖芯。
最好是，所述饋入光信號(hào)到有源光纖的步驟包括饋入波長(zhǎng)在1565nm以上的光信號(hào)到有源光纖。
按照本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明涉及光放大單元，包括
·輸入端，用于輸入光信號(hào)，·輸出端，用于輸出所述光信號(hào)，·共摻Er和Yb的有源光纖，光連接到所述輸入端和所述輸出端，并適合于放大所述光信號(hào)，·第一泵浦源和第二泵浦源，分別產(chǎn)生第一泵浦輻射和第二泵浦輻射，和·第一光耦合器和第二光耦合器，分別光耦合所述第一泵浦源和所述第二泵浦源到所述有源光纖，其中所述第一泵浦輻射包含Er的激勵(lì)波長(zhǎng)，而所述第二泵浦輻射包含Yb的激勵(lì)波長(zhǎng)。
最好是，Er的激勵(lì)波長(zhǎng)是在1465nm與1495nm之間，而Yb的激勵(lì)波長(zhǎng)是在1000nm與1100nm之間。
所述第一光耦合器最好連接在所述輸入端與所述有源光纖之間，沿與光信號(hào)相同的傳播方向饋入第一泵浦輻射到有源光纖；而所述第二光耦合器最好連接在所述有源光纖與所述輸出端之間，沿與光信號(hào)相反的傳播方向饋入第二泵浦輻射到有源光纖。
所述有源光纖最好是單包層和單模光纖。
所述第一光耦合器最好是微型光學(xué)WDM耦合器，而第二光耦合器最好是熔融光纖WDM耦合器。
最好是，所述第二泵浦源包括光纖激光器和泵浦激光源，光纖激光器包含另一條有源光纖并適合于產(chǎn)生所述第二泵浦源，泵浦激光源適合于泵浦所述另一條有源光纖。
所述另一條有源光纖最好包括雙包層光纖。此外，所述另一條有源光纖最好包括摻Y(jié)b的光纖。
所述光纖激光器最好包括寫(xiě)入在所述另一條有源光纖兩個(gè)相反端部上的第一Bragg光柵和第二Bragg光柵，所述泵浦激光源是寬區(qū)激光二極管。
以上的大致描述和以下的詳細(xì)描述僅僅是舉例和說(shuō)明性的，并不是對(duì)本發(fā)明的限制。以下的描述以及本發(fā)明的實(shí)踐敘述和提出本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和目的。
合并在此并構(gòu)成這個(gè)技術(shù)說(shuō)明一部分的附圖描述本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，這些附圖和以下的描述解釋本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和原理。


圖1是按照本發(fā)明光傳輸系統(tǒng)的方框圖；圖2圖1的光傳輸系統(tǒng)的頻譜增益特性的定性曲線，其中標(biāo)明信號(hào)傳輸波段(BB,RB1和RB2)；圖3是圖1的光傳輸系統(tǒng)中復(fù)用部分的詳細(xì)圖；圖4是圖1的光傳輸系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)功率放大器部分的詳細(xì)圖；圖5是圖1的光傳輸系統(tǒng)中去加重濾波器的濾波器性能曲線圖；圖6是圖1的光傳輸系統(tǒng)中的中間站詳細(xì)圖；圖7是圖1的光傳輸系統(tǒng)中接收機(jī)前置放大器部分的詳細(xì)圖；圖8是圖1的光傳輸系統(tǒng)中復(fù)用部分的詳細(xì)圖；圖9是按照本發(fā)明光放大單元的示意圖；圖10是包含在圖9光放大單元中的泵浦源示意圖；圖11a和11b分別是用于圖10中泵浦源的雙包層光纖示意圖和雙包層光纖的多模泵浦運(yùn)行的示意圖；圖12表示寫(xiě)入光柵到圖10泵浦源的雙包層光纖中的光柵寫(xiě)入裝置；圖13表示用于實(shí)驗(yàn)測(cè)量的光纖激光器的響應(yīng)曲線；圖14和15說(shuō)明按照本發(fā)明放大單元得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖16和17是寫(xiě)入光柵到有源光纖的方法流程圖，該光柵用于圖10中的泵浦源；圖18a和18b表示按照?qǐng)D16和17的方法在光柵寫(xiě)入過(guò)程中預(yù)定參數(shù)變化的示意圖；圖19-21表示用于圖10泵浦源的光纖激光器模擬性能。
參照?qǐng)D1，光傳輸系統(tǒng)1包括第一終端站10，第二終端站20，連接兩個(gè)終端站10與20的光纖線路30，以及沿光纖線路30插入在終端站10與20之間至少的一個(gè)線路站40。
為了簡(jiǎn)化，此處描述的光傳輸系統(tǒng)1是單向的，即，信號(hào)是從一個(gè)終端站傳播到另一個(gè)終端站(在該處的情況下，是從第一終端站到第二終端站)，但是，以下的任何討論也適用于信號(hào)沿兩個(gè)方向傳播的雙向系統(tǒng)。此外，雖然光傳輸系統(tǒng)1適合于發(fā)射高達(dá)128個(gè)信道，從以下的描述可以知道，信道數(shù)目不是本發(fā)明范圍和精神的限制特征；與具體光傳輸系統(tǒng)的需要和要求有關(guān)，可以利用少于或多于128個(gè)信道。
第一終端站10最好包括適合于接收多個(gè)輸入信道16的復(fù)用部分(MUX)11，和發(fā)射機(jī)功率放大器(TPA)部分12。第二終端站20最好包括接收機(jī)前置放大器(RPA)部分14，和適合于輸出收多個(gè)輸出信道17的去復(fù)用(DMUX)部分15。
復(fù)用部分11，以下參照?qǐng)D3描述，最好復(fù)用或組合輸入信道16成3個(gè)子波段，稱(chēng)之為藍(lán)波段BB，第一紅波段RB1和第二紅波段RB2，雖然復(fù)用部分11也可以組合輸入信道16成子波段的數(shù)目多于3個(gè)或少于3個(gè)。
作為分開(kāi)的子波段或組合的寬波段，3個(gè)子波段BB,RB1和RB2相繼地被TPA部分12，至少一個(gè)線路站40和第二終端站20接收。光纖線路30的各個(gè)部分鄰接至少一個(gè)線路站40與TPA部分12,RPA部分14，和可能的其他線路站40(未畫(huà)出)。TPA部分12，以下參照?qǐng)D4描述，從復(fù)用部分11接收分開(kāi)的子波段BB,RB1和RB2，放大和優(yōu)化這些子波段，然后，把它們組合成單寬帶SWB，在光纖線路30的第一部分上傳輸。線路站40，以下參照?qǐng)D6描述，接收單寬帶SWB，把單寬帶SWB再分成3個(gè)子波段BB,RB1和RB2，最終在每個(gè)子波段BB,RB1和RB2中插入和分出信號(hào)，放大和優(yōu)化3個(gè)子波段BB,RB1和RB2，然后，把它們重新組合成單寬帶SWB。在插入和分出操作中，例如，線路站40可以配置已知類(lèi)型或本申請(qǐng)人名義下EP專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朜o.98110594.3中描述類(lèi)型的光學(xué)分插復(fù)用器(OADM)。
光纖線路30的第二部分耦合線路站40的輸出到另一個(gè)線路站40(未畫(huà)出)或第二終端站20的RPA部分14。RPA部分14，以下參照?qǐng)D7描述，也放大和優(yōu)化單寬帶SWB，在輸出它們之前可以把單寬帶SWB分成3個(gè)子波段BB,RB1和RB2。
去復(fù)用部分15，以下參照?qǐng)D8描述，從RPA部分14接收3個(gè)子波段BB,RB1和RB2，并把3個(gè)子波段BB,RB1和RB2分成輸出信道17上各個(gè)波長(zhǎng)。輸入信道16和輸出信道17的數(shù)目可以不等，因?yàn)橐恍┬诺揽梢苑殖龊?或插入到一個(gè)線路站(或多個(gè)線路站)40。
如上所述，對(duì)于每個(gè)子波段BB,RB1和RB2，光學(xué)鏈路是在TPA部分12的對(duì)應(yīng)輸入端與RPA部分14的對(duì)應(yīng)輸出端之間。
圖2是光傳輸系統(tǒng)1中所用放大器的頻譜發(fā)射范圍的定性曲線，大致對(duì)應(yīng)于傳播通過(guò)光纖鏈路的信號(hào)信道的不同增益和3個(gè)子波段BB,RB1和RB2的不同分配。具體地說(shuō)，第一子波段BB最好覆蓋1529nm與1535nm之間的范圍，對(duì)應(yīng)于摻鉺光纖放大器的第一放大波長(zhǎng)范圍和分配高達(dá)16個(gè)信道；第二子波段RB1落在1541nm與1561nm之間，對(duì)應(yīng)于摻鉺光纖放大器的第二放大波長(zhǎng)范圍和分配高達(dá)48個(gè)信道；而第三子波段覆蓋1575nm與1602nm之間的范圍，按照本發(fā)明，對(duì)應(yīng)于摻鉺/鐿光纖放大器的放大波長(zhǎng)范圍和分配高達(dá)64個(gè)信道。摻Er/Yb光纖放大器的增益頻譜曲線是這樣的，雖然從放大倍數(shù)考慮1575nm-1602nm的范圍具有最佳的性能，但是，最好分配信道在1565nm以上和1620nm以下。
在建議的128個(gè)信道系統(tǒng)中，相鄰的信道最好有50GHz的恒定間隔?；蛘?，可以利用不同的恒定間隔，或頻率間隔可以不相等，以減輕熟知的四波混頻現(xiàn)象。
在鉺放大波段中，RB1和RB2波段有相當(dāng)平坦的增益特性，而B(niǎo)B波段在增益響應(yīng)中包含一個(gè)大的駝峰。如以下所說(shuō)明的，為了使用BB波段中摻鉺光纖的頻譜發(fā)射范圍，光傳輸系統(tǒng)1利用均衡裝置使該范圍內(nèi)的增益特性平坦化。所以，通過(guò)把摻鉺光纖的頻譜發(fā)射范圍1529-1602nm分成分別包括BB波段，RB1波段和RB2波段的3個(gè)子波段，光傳輸系統(tǒng)1可以有效地利用摻鉺光纖的頻譜發(fā)射范圍和提供密集的WDM。
以下給出更詳細(xì)的描述圖1中本發(fā)明的各種模塊。
圖3表示第一終端站10的詳細(xì)圖。第一終端站10包括除了復(fù)用部分11和TPA部分12(圖3中未畫(huà)出)以外，還有光線路終端部分(OLTE)41和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器部分(WCS)42。
OLTE41，可以相當(dāng)于用在標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)(例如，SONET,ATM,IP或SDH系統(tǒng))中的標(biāo)準(zhǔn)線路終端設(shè)備，包括數(shù)量上與WDM系統(tǒng)10中信道數(shù)相等的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)(TX/RX)單元(未畫(huà)出)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，OLTE41有128個(gè)TX/RX單元。在復(fù)用部分11中，OLTE41發(fā)射多個(gè)通用波長(zhǎng)的信號(hào)。如圖3所示，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，OLTE41輸出第一組16個(gè)信道，第二組48個(gè)信道，和第三組64個(gè)信道。然而，如上所述，與具體光傳輸系統(tǒng)的需要和要求有關(guān)，信道數(shù)目可以變化。
本領(lǐng)域一般專(zhuān)業(yè)人員容易理解，OLTE41可以包括小的分開(kāi)OLTE的集合，例如，3個(gè)，把信息頻率饋入到WCS42。所以，WCS42包含128個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器模塊WCM1-WCM128。
WCM1-WCM16中每個(gè)單元接收從OLTE41發(fā)射的第一組信號(hào)中的一個(gè)信號(hào)，WCM17-WCM64中每個(gè)單元接收從OLTE41發(fā)射的第二組信號(hào)中的一個(gè)信號(hào)，而WCM65-WCM128中每個(gè)單元接收從OLTE41發(fā)射的第三組信號(hào)中的一個(gè)信號(hào)。每個(gè)單元能夠把通用波長(zhǎng)的信號(hào)轉(zhuǎn)變成選取波長(zhǎng)的信號(hào)，并重發(fā)該信號(hào)。這些單元可以接收和重發(fā)標(biāo)準(zhǔn)格式的信號(hào)，例如，OC-48或STM-16，但是，WCM1-WCM128的優(yōu)選操作對(duì)于所采用的特定數(shù)據(jù)格式是透明的。
每個(gè)WCM1-WCM128最好包括有光電二極管(未畫(huà)出)的模塊，用于接收來(lái)自O(shè)LTE41的光信號(hào)并把它轉(zhuǎn)變成電信號(hào)；激光器或光源(未畫(huà)出)，用于產(chǎn)生固定的載波波長(zhǎng)；和諸如Mach-Zehnder調(diào)制器的電光調(diào)制器(未畫(huà)出)，利用電信號(hào)外部調(diào)制固定的載波波長(zhǎng)。一種選擇是，每個(gè)WCM1-WCM128可以包括光電二極管(未畫(huà)出)和激光二極管(未畫(huà)出)，利用電信號(hào)直接調(diào)制激光二極管，把接收的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)變成激光二極管的載波波長(zhǎng)。另一種選擇是，每個(gè)WCM1-WCM128包括有高靈敏度接收機(jī)的模塊(例如，按照SDH或SONET標(biāo)準(zhǔn))，例如，經(jīng)波長(zhǎng)去復(fù)用器接收來(lái)自中繼光纖線路端部的光信號(hào)并把它轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，和直接調(diào)制或外部調(diào)制激光源。利用后一種選擇，再生中繼光纖線路輸出的信號(hào)并在本發(fā)明的光通信系統(tǒng)中傳輸是可能的，它可以擴(kuò)展總的鏈路長(zhǎng)度。
雖然圖3表示信號(hào)是由OLTE41和WCM1-WCM128的組合提供和產(chǎn)生的，但是，信號(hào)也可以直接由其他的源提供和產(chǎn)生的。
復(fù)用部分11包含3個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用器(WM)43,44和45。在一個(gè)優(yōu)選的128個(gè)信道系統(tǒng)中，從單元WCM1-WCM16輸出的每個(gè)選取波長(zhǎng)信號(hào)是被WM43接收，從單元WCM17-WCM64輸出的每個(gè)選取波長(zhǎng)信號(hào)是被WM44接收，而從單元WCM65-WCM128輸出的每個(gè)選取波長(zhǎng)信號(hào)是被WM45接收。WM43,WM44和WM45把接收到3個(gè)波段BB,RB1和RB2的信號(hào)組合成3個(gè)各自的波分復(fù)用信號(hào)。如圖3所示，WM43是16個(gè)信道的波長(zhǎng)復(fù)用器，例如，普通的1×16平面分光器；WM44是48個(gè)信道的波長(zhǎng)復(fù)用器，例如，普通的1×64平面分光器，其中有16個(gè)未使用的端口；而WM45是64個(gè)信道的波長(zhǎng)復(fù)用器，例如，普通的1×64平面分光器。每個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用器可以包括第二端口(例如，2×16分光器和2×64分光器)，給光傳輸系統(tǒng)1提供光監(jiān)測(cè)信道(未畫(huà)出)。同樣，WM43,44和45可以有多于系統(tǒng)使用的輸入端，給系統(tǒng)的發(fā)展提供足夠的空間。例如，采用無(wú)源的石英-硅(SiO2-Si)工藝或硅-石英(Si-SiO2)工藝，本領(lǐng)域一般專(zhuān)業(yè)人員能夠制作波長(zhǎng)復(fù)用器。可以采用其他的工藝制作WM以減小插入損耗。這些例子是AWG(陣列波導(dǎo)光柵)，級(jí)聯(lián)Mach-Zehnder光纖光柵，和干涉濾波器。
參照?qǐng)D4，從復(fù)用部分11輸出的BB,RB1和RB2波段被TPA部分12接收。BB,RB1和RB2波段信號(hào)可以從圖3所描述的OLTE41,WCS42，以及WM43,44和45配置以外的源提供給TPA部分12。例如，在不偏離以下詳細(xì)描述的本發(fā)明原理的條件下，BB,RB1和RB2波段信號(hào)可以由用戶(hù)產(chǎn)生并直接提供給TPA部分12。
TPA部分12包括3個(gè)放大器部分51,52和53，每個(gè)部分用于各自的波段BB,RB1和RB2；耦合濾波器54和均衡濾波器61。放大器部分51,52最好是摻鉺的兩級(jí)光纖放大器，(雖然可以利用其他摻稀土的光纖放大器)；而按照本發(fā)明，放大器部分53是摻鉺/鐿(Er/Yb)的光纖放大器，以下參照?qǐng)D9給以詳細(xì)的描述。
放大器51,52和53的輸出被濾波器54接收，這個(gè)濾波器把BB,RB1和RB2波段組合成單寬帶(SWB)。
每個(gè)放大器51和52是被一個(gè)或兩個(gè)激光二極管泵浦，提供光增益給它放大的信號(hào)。選擇每個(gè)放大器的特性，包括它的長(zhǎng)度和泵浦波長(zhǎng)，用于優(yōu)化那個(gè)放大器在它放大的特定子波段的性能。例如，放大器51和52的第一級(jí)放大器(前置放大器)可以利用工作在980nm的激光二極管(未畫(huà)出)泵浦，在線性區(qū)或飽和區(qū)分別放大BB波段和RB1波段?？梢詮谋旧暾?qǐng)人獲得合適的激光二極管。利用市場(chǎng)上可以購(gòu)到的980/1550WDM耦合器(未畫(huà)出)，例如，E-TEKDYNAMICS,INC.,1885 Lundy Ave.,San Jose,CA.(USA)生產(chǎn)的型號(hào)SWDM0915SPR，該激光二極管可以耦合到前置放大器的光路徑上。與其他可能的泵浦波長(zhǎng)比較，980nm激光二極管給放大器提供低的噪聲系數(shù)。
每個(gè)放大器部分51-53的第二級(jí)最好工作在飽和狀態(tài)。放大器部分51的第二級(jí)最好是摻鉺的并用另一個(gè)980nm泵浦(未畫(huà)出)放大BB波段，利用上述的WDM耦合器(未畫(huà)出)耦合980nm泵浦到BB波段的光路徑上。980nm泵浦給覆蓋1529-35nm低波段區(qū)中的信號(hào)提供較好的增益性能和噪聲系數(shù)。放大器部分52的第二級(jí)最好是摻鉺的并用工作在1480nm的激光二極管泵浦源放大RB1波段。這種激光二極管是商品化的，諸如，JDS FITEL,INC.,570Heston Drive,Nepean,Ontario(CA)提供的型號(hào)FOL1402PAX-1。1480nm泵浦提供較好的飽和轉(zhuǎn)換效率性能，它用在RB1波段中給覆蓋1542-61nm區(qū)提供更多數(shù)目的信道?；蛘?，可以利用較高功率的980nm泵浦激光器或980nm波長(zhǎng)區(qū)中的復(fù)用泵浦源。以下參照?qǐng)D9詳細(xì)地描述放大器部分53。
濾波器61放置在RB1波段放大器鏈內(nèi)，有助于均衡RB1波段上系統(tǒng)輸出端的信號(hào)電平和SNR。具體地說(shuō)，濾波器61包括去加重濾波器，用于衰減RB1波段內(nèi)高放大倍數(shù)的波長(zhǎng)區(qū)。若利用去加重濾波器，則它可以采用長(zhǎng)周期Bragg光柵技術(shù)，分束傅里葉濾波器，等等。作為一個(gè)例子，去加重濾波器的工作波長(zhǎng)范圍為1541-1561nm和峰值傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)為1541-1542nm和1559-1560nm，這些峰值之間的波長(zhǎng)有較低和相對(duì)恒定的傳輸。圖5表示所選去加重濾波器61的濾波器整形性能或相對(duì)衰減性能。圖5中的曲線說(shuō)明，加重濾波器61的峰值傳輸區(qū)在1542nm和1560nm附近，而相對(duì)恒定或平坦的衰減區(qū)大致在1542nm與1556nm之間。用于摻鉺光纖放大器的去加重濾波器61只需要給兩個(gè)峰值之間的波長(zhǎng)增加約3-4dB的衰減，有助于高波段上增益響應(yīng)的平坦化。去加重濾波器61的衰減特性可以不同于圖5中所描繪的，與所用實(shí)際系統(tǒng)的增益平坦化要求有關(guān)，例如，該系統(tǒng)中光纖放大器所使用的摻雜劑或用于這些放大器的泵浦源波長(zhǎng)。
或者，可以省略去加重濾波器61，借助于校準(zhǔn)的衰減，可以在第一終端站10的復(fù)用部分11中得到去加重操作。
在傳輸通過(guò)TPA12的放大器之后，分別從放大器部分51,52和53輸出的放大后BB,RB1和RB2波段被濾波器54接收。濾波器54是波段組合濾波器，例如，包括兩個(gè)級(jí)聯(lián)干涉的3端口濾波器(未畫(huà)出)，第一個(gè)濾波器耦合BB波段和RB1波段，第二個(gè)濾波器耦合第一個(gè)濾波器提供的BB/RB1波段和RB2波段。
光監(jiān)測(cè)器(未畫(huà)出)和在不同于通信信道的波長(zhǎng)(例如，在1480nm)服務(wù)線插入，通過(guò)WDM1480/1550干涉濾波器(未畫(huà)出)，也可以添加在共同的端口。光監(jiān)測(cè)器檢測(cè)光信號(hào)，以保證光傳輸系統(tǒng)1中沒(méi)有斷線。服務(wù)線插入給線路服務(wù)模塊提供接口，它可以通過(guò)光監(jiān)控信道管理報(bào)警遙測(cè)，監(jiān)視，性能和數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，控制和內(nèi)務(wù)報(bào)警，以及話音頻率聯(lián)絡(luò)線。
從TPA部分12的濾波器54輸出的單寬帶傳輸通過(guò)一段傳輸光纖的光纖線路30(未畫(huà)出)例如，長(zhǎng)度為100km，它衰減單寬帶SWB內(nèi)的信號(hào)。所以，線路站40接收和放大單寬帶SWB內(nèi)的信號(hào)。如圖6所示，線路站40包括若干個(gè)放大器(AMP)64-69,3個(gè)濾波器70-72。均衡濾波器(EQ)74和3個(gè)OADM級(jí)75-77。
濾波器70接收單寬帶SWB，并把RB2波段與BB波段和RB1波段分開(kāi)。放大器64接收并放大BB波段和RB1波段，而濾波器71接收放大器64的輸出，并把BB波段與RB1波段分開(kāi)。BB波段被均衡器74均衡，被第一OADM級(jí)75接收，其中預(yù)定的信號(hào)被分出和/或插入，再被放大器65放大。已經(jīng)傳輸通過(guò)TPA12中去加重濾波器61的RB1波段，首先被放大器66放大，然后被第二OADM級(jí)76接收，其中預(yù)定的信號(hào)被分出和/或插入，再被放大器67放大。RB2波段首先被放大器68放大，然后被第三OADM級(jí)77接收，其中預(yù)定的信號(hào)被分出和/或插入，再被放大器69放大。然后，放大后的BB,RB1和RB2波段被濾波器72重新組合成單寬帶SWB。
放大器64接收單寬帶SWB，它最好包括工作在線性區(qū)域的單個(gè)光纖放大器。即，放大器64工作在這樣的狀態(tài)，其輸出功率取決于它的輸入功率。與實(shí)際的實(shí)施方案有關(guān)，放大器64可以是單級(jí)放大器或多級(jí)放大器。讓放大器64工作在線性狀態(tài)，它有助于保證BB波段信道與RB1波段信道之間相對(duì)的功率獨(dú)立性。換句話說(shuō)，放大器64工作在線性狀態(tài)，若在子波段BB和RB1中的一個(gè)波段上插入或分出信道，則兩個(gè)子波段BB和RB1中另一個(gè)波段上各個(gè)信道的輸出功率(和信噪比)不會(huì)發(fā)生很大的變化。為了在密集的WDM系統(tǒng)中獲得相對(duì)于存在一些或全部信道的穩(wěn)健性，在提取一部分信道線用于分開(kāi)均衡和放大之前，路線站40中的第一級(jí)放大器(例如，放大器64和放大器68)必須工作在非飽和區(qū)域。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，放大器64和68是摻鉺光纖放大器，利用相同傳播方向上工作在980nm泵浦的激光二極管(未畫(huà)出)泵浦，得到的噪聲系數(shù)最好小于每個(gè)波段5.5dB。
濾波器71可以包括，例如，3端口器件，最好是干涉濾波器，它有一個(gè)饋入BB波段到均衡濾波器的分出端口和一個(gè)饋入RB1波段到放大器66的反射端口。
放大器66最好是工作在飽和狀態(tài)的單個(gè)摻鉺光纖放大器，其輸出功率基本上與輸入功率無(wú)關(guān)。按照這種方式，與BB波段中的信道比較，放大器66的作用是給RB1波段中的信道添加功率提升。在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，由于RB1波段中的信道數(shù)多于BB波段中的信道數(shù)，即，有48個(gè)信道而不是16個(gè)信道，在傳輸通過(guò)放大器64時(shí)，RB1波段信道通常有較低的功率增益。因此，與BB波段比較，放大器66有助于平衡RB1波段中的信道功率。當(dāng)然，對(duì)于BB波段與RB1波段之間信道的其他安排，可能不需要放大器66，或在線路站40的BB波段側(cè)上需要放大器66。
對(duì)于RB1波段的信道，可以把放大器64和66一起看成是一個(gè)兩級(jí)放大器，第一級(jí)工作在線性模式，而第二級(jí)工作在飽和狀態(tài)。為了有助于穩(wěn)定RB1波段中各個(gè)信道之間的輸出功率，放大器64和66最好利用相同的激光二極管泵浦源泵浦。按照這種方式，如在EP695409中所描述的，來(lái)自放大器64的剩余功率提供給放大器66。具體地說(shuō)，線路站40包括放置在放大器64與放大器71之間WDM耦合器，它提取放大器64輸入端剩余的980nm泵浦光。這個(gè)WDM耦合器可以是，例如，E-TEK DYNAMICS,INC.,1885 Lundy Ave.,San Jose,CA(USA)提供的型號(hào)SWDMCPR3PS110。這個(gè)WDM耦合器的輸出饋入到相同類(lèi)型的第二個(gè)WDM耦合器并放置在放大器66之后的光路徑上。這兩個(gè)WDM耦合器是由光纖78連接的，光纖78以相對(duì)低的損耗傳輸剩余的980nm泵浦功率。第二個(gè)WDM耦合器以相反的傳播方向傳輸剩余的980nm泵浦功率進(jìn)入放大器66。
來(lái)自放大器66的RB1波段信號(hào)傳遞給已知型號(hào)或本申請(qǐng)人名義的EP專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朜o.98110594.3型號(hào)的OADM級(jí)76。來(lái)自O(shè)ADM級(jí)76的RB1波段信號(hào)饋入到放大器67。在優(yōu)選的摻鉺光纖放大器中，放大器67有來(lái)自激光二極管源(未畫(huà)出)的泵浦波長(zhǎng)，例如，1480nm，其泵浦功率超過(guò)驅(qū)動(dòng)放大器64和66的激光器(未畫(huà)出)功率。與摻鉺光纖的其他泵浦波長(zhǎng)比較，1480nm波長(zhǎng)給高輸出功率的輸出提供很好的轉(zhuǎn)換效率?；蛘?，可以利用一個(gè)高功率的980nm泵浦源，或一組復(fù)用泵浦源(例如，一個(gè)是在975nm和另一個(gè)是在986nm)，或980nm的兩個(gè)偏振復(fù)用泵浦源，驅(qū)動(dòng)放大器67。放大器67最好工作在飽和狀態(tài)，提供功率提升給RB1波段內(nèi)的信號(hào)；如果需要，可以包括多級(jí)放大器。
在傳輸通過(guò)放大器64和濾波器71之后，BB波段進(jìn)入均衡濾波器74。如上所述，摻鉺光纖頻譜發(fā)射范圍的增益特性在BB波段有一個(gè)峰值或駝峰，但在BB波段區(qū)仍保持相當(dāng)?shù)仄教?。所以，?dāng)BB波段或單寬帶SWB(它包括BB波段)被摻鉺光纖放大器放大時(shí)，BB波段區(qū)中的信道是不均勻地被放大。此外，如上所述，當(dāng)添加均衡裝置以克服不均勻放大倍數(shù)的這個(gè)問(wèn)題時(shí)，均衡作用是加在整個(gè)信道頻譜上，導(dǎo)致增益仍然不均勻。然而，把信道頻譜分成BB波段和RB1波段，BB波段中下降工作區(qū)中的均衡作用可以使BB波段信道的增益特性平坦化。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，均衡濾波器74包括一個(gè)基于長(zhǎng)周期線性調(diào)頻Bragg光柵技術(shù)的2端口器件，給出不同波長(zhǎng)下所選的衰減量。例如，對(duì)于BB波段，均衡濾波器74的工作波長(zhǎng)范圍是在1529nm至1536nm，其谷底的波長(zhǎng)是在1530.3nm與1530.7nm之間。不需要單獨(dú)使用均衡濾波器74，而可以與其他的濾波器(未畫(huà)出)級(jí)聯(lián)組合，提供最佳的濾波器整形，因此，提供WDM系統(tǒng)1中所用特定放大器的最佳增益均衡。均衡濾波器74可以由專(zhuān)業(yè)人員制造，或可以從該領(lǐng)域中的多個(gè)供應(yīng)商獲得。應(yīng)當(dāng)明白，均衡濾波器74的特定結(jié)構(gòu)是專(zhuān)業(yè)工藝師的領(lǐng)域，例如，可以包括專(zhuān)用Bragg光柵類(lèi)型的長(zhǎng)周期光柵，干涉濾波器，或Mach-Zehnder型光濾波器。
來(lái)自均衡濾波器74的BB波段信號(hào)傳遞到OADM級(jí)75，例如，它與OADM級(jí)76有相同的型號(hào)，然后，傳遞到放大器65。利用優(yōu)選的摻鉺光纖放大器，放大器65有激光二極管源(未畫(huà)出)提供980nm的泵浦波長(zhǎng)，并經(jīng)WDM耦合器(未畫(huà)出)耦合到光路徑上，以相反的傳播方向泵浦放大器65。由于BB波段中的信道傳輸通過(guò)放大器64和放大器65，均衡濾波器74可以補(bǔ)償這兩個(gè)放大器引起的增益不等性。因此，應(yīng)當(dāng)按照BB波段的整體放大倍數(shù)和線路功率要求，確定均衡濾波器74的分貝下降。放大器65最好工作在飽和狀態(tài)，提供功率提升給BB波段中的信號(hào)；如果需要，放大器65可以包括多級(jí)放大器。
從光纖放大器68接收RB2波段，這個(gè)放大器最好是980nm或1480nm泵浦光泵浦的摻鉺光纖放大器，與系統(tǒng)的要求有關(guān)。來(lái)自放大器68的RB2波段信道傳遞到OADM級(jí)77，例如，它與OADM級(jí)75和76有相同的型號(hào)，然后，饋入到放大器69。按照本發(fā)明，放大器69是適合于放大RB2波段的共摻鉺/鐿放大器，參照?qǐng)D10詳細(xì)地描述放大器69。
在分別傳輸通過(guò)放大器65,67和69之后，放大后的BB,RB1和RB2波段被濾波器72重新組合成單寬帶SWB。類(lèi)似于圖4的濾波器54，例如，濾波器72可以包括兩個(gè)級(jí)聯(lián)的干涉3端口濾波器(未畫(huà)出)，第一個(gè)濾波器耦合BB波段與RB1波段，第二個(gè)濾波器耦合第一個(gè)濾波器提供的BB和RB1波段與RB2波段。
類(lèi)似于TPA部分12，線路站40還可以包括光監(jiān)測(cè)器和服務(wù)線插入提取器(未畫(huà)出)，例如，通過(guò)WDM1480/1550干涉濾波器(未畫(huà)出)。一個(gè)或多個(gè)這些單元可以包含在線路站40的任何互連點(diǎn)內(nèi)。
除了放大器64-69，濾波器70-72和74，以及OADM級(jí)75-77以外，線路站40還可以包括色散補(bǔ)償模塊(DCM)(未畫(huà)出)，用于補(bǔ)償信號(hào)沿長(zhǎng)距離通信鏈路傳輸期間可能出現(xiàn)的色散。DCM(未畫(huà)出)最好包括耦合上游一個(gè)或多個(gè)放大器65,67,69的子單元，用于補(bǔ)償BB,RB1和RB2波段中一個(gè)或多個(gè)波段的信道色散，且還可以有幾種形式。例如，DCM可以有一個(gè)光循環(huán)器，其連接的第一端口用于接收3個(gè)波段BB,RB1和RB2中的信道。線性調(diào)頻Bragg光柵可以附著在循環(huán)器的第二端口。信道從第二端口輸出并在補(bǔ)償色散的線性調(diào)頻Bragg光柵上被反射。色散補(bǔ)償信號(hào)從循環(huán)器的另一個(gè)端口輸出，繼續(xù)在WDM系統(tǒng)中傳輸。線性調(diào)頻Bragg光柵以外的其他器件，例如，一段色散補(bǔ)償光纖，可用于補(bǔ)償色散。DCM部分的設(shè)計(jì)和使用并不是對(duì)本發(fā)明的限制，在WDM系統(tǒng)中可以采用或省略DCM部分，與系統(tǒng)實(shí)施方案的整體要求有關(guān)。
在線路站40之后，組合的單寬帶SWB信號(hào)傳輸通過(guò)一段長(zhǎng)距離傳輸光纖的光纖線路30。若第一終端站10與第二終端站20之間的距離足夠長(zhǎng)(即，100km或更長(zhǎng))，引起光信號(hào)的衰減，可以利用提供放大的附加線路站40。在實(shí)際安排中，使用5個(gè)跨度的長(zhǎng)距離傳輸光纖(每條光纖的功率損耗為0.22dB/km，這樣長(zhǎng)度光纖給出的總跨度損耗約為25dB)，這5個(gè)跨度被4個(gè)放大線路站40分開(kāi)。
在最后一個(gè)跨度傳輸光纖之后，RPA部分14從最后的線路站40接收單寬帶SWB并準(zhǔn)備單寬帶SWB信號(hào)，以便在通信鏈路的端部接收和檢測(cè)。如圖7所示，RPA部分14可以包括放大器(AMP)81-85，濾波器86和87，均衡濾波器88；如果需要，還包括3個(gè)路由器模塊91-93。
濾波器86接收單寬帶SWB信號(hào)，并把RB2波段與BB和RB1波段分開(kāi)。放大器81最好是摻鉺放大器和放大BB和RB1波段，有助于提高BB和RB1波段中信道的信噪比。例如，放大器81是用980nm泵浦或其他波長(zhǎng)的泵浦，給這個(gè)放大器提供低噪聲系數(shù)。接著，BB波段與RB1波段被濾波器87分開(kāi)。
如同TPA12和線路站40，放大器82和83采用980nm泵浦分別放大BB波段和RB1波段。為了有助于穩(wěn)定RB1波段中各個(gè)信道之間的輸出功率，放大器81和83最好是利用相同的980nm激光二極管泵浦源泵浦，其中利用傳輸剩余980nm泵浦信號(hào)的相對(duì)低損耗的連接光纖89。具體地說(shuō)，放大器81是與放置在放大器81與濾波器87之間的WDM耦合器相聯(lián)系，它提取余留在放大器81輸出端的980nm泵浦光。這個(gè)WDM耦合器可以是，例如，E-TEK DYNAMICS,INC.,1885Lundy Ave.,San Jose,CA(USA)提供的型號(hào)SWDMCPR3PS110。這個(gè)WDM耦合器的輸出饋入到相同類(lèi)型和放置在放大器83之后光路徑上的第二個(gè)WDM耦合器。這兩個(gè)WDM耦合器是用光纖89連接，光纖89以相對(duì)低的損耗傳輸剩余的980nm泵浦信號(hào)。第二個(gè)WDM耦合器以相反的傳播方向傳輸剩余的980nm泵浦功率到放大器83。因此，放大器81-83，濾波器87，和均衡濾波器88分別完成與線路站40中放大器64,65和67，濾波器71，和均衡濾波器74相同的功能，且可以包括相同或相當(dāng)?shù)牟考c整體的系統(tǒng)要求有關(guān)。
放大器84耦合到濾波器86以接收和放大RB2波段。例如，放大器84是與圖6中放大器68完全相同的摻鉺放大器。然后，RB2波段信道被放大器85接收，放大器85最好是已知類(lèi)型的摻鉺放大器。
RPA部分14還包括路由級(jí)90，它可以使BB,RB1和RB2波段內(nèi)的信道間隔適應(yīng)于去復(fù)用部分15的信道分開(kāi)能力。具體地說(shuō)，若去復(fù)用部分15的信道分開(kāi)能力是對(duì)于有相對(duì)寬的信道間隔(例如，100GHz網(wǎng)格)，而WDM系統(tǒng)1中的信道是密集間隔(例如，50GHz),則RPA部分可以包括圖7所示的路由級(jí)90。其他的結(jié)構(gòu)也可以加入到RPA部分14，與去復(fù)用部分15的信道分開(kāi)能力有關(guān)。
路由級(jí)90包括3個(gè)路由器模塊91-93。每個(gè)路由器模塊91-93把各自的波段分成兩個(gè)子波段，每個(gè)子波段包含相應(yīng)波段中的一半信道。例如，若BB波段包含16個(gè)信道λ1-λ16，每個(gè)信道被分開(kāi)50GHz，則路由器模塊91把BB波段分成第一子波段BB′和第二子波段BB″,第一子波段BB′有間隔為100GHz的信道λ1,λ3,…,λ15；而第二子波段BB″有間隔為100GHz的信道λ2,λ4,…,λ16，這些信道與子波段BB′中的信道間插。按照類(lèi)似的方式，路由器模塊92和93分別把RB1波段和RB2波段分成第一子波段RB1′和RB2″以及第二子波段RB1′和RB2″。
每個(gè)路由器模塊91-93可以包括一個(gè)耦合器(未畫(huà)出)，它有附著于第一端口的第一系列Bragg光柵和附著于第二端口的第二系列Bragg光柵。附著于第一端口的Bragg光柵有對(duì)應(yīng)于每隔一個(gè)信道(即，偶信道)的反射波長(zhǎng)，而附著于第二端口的Bragg光柵有對(duì)應(yīng)于余留信道(即，偶信道)的反射波長(zhǎng)。這種光柵安排的另一個(gè)作用是把單個(gè)輸入路徑分成兩個(gè)輸出路徑，具有兩倍的信道之間間隔。
在傳輸通過(guò)RPA部分14之后，BB,RB1和RB2或它們各自的子波段被去復(fù)用部分15接收。如圖8所示，去復(fù)用部分15包括6個(gè)去復(fù)用器(WD)95′,95″,96′,96″,97′,97″。它們接收各自的子波段BB′,BB″,RB1′,RB1″,RB2′,RB2″和產(chǎn)生輸出信道17。去復(fù)用部分15還包括接收輸出信道17的接收單元Rx1-Rx128。
波長(zhǎng)去復(fù)用器最好包括陣列波導(dǎo)光柵器件，但是，還設(shè)想獲得相同或類(lèi)似波長(zhǎng)分開(kāi)的另一種結(jié)構(gòu)。例如，我們可以利用干涉濾波器，F(xiàn)abry-Perot濾波器，或光纖內(nèi)Bragg光柵，按照常規(guī)的方式去復(fù)用子波段BB′,BB″,RB1′,RB1″,RB2′,RB2″內(nèi)的信道。
在一個(gè)優(yōu)選配置中，去復(fù)用部分15組合干涉濾波器和AWG濾波器技術(shù)?；蛘?，我們可以利用Fabry-Perot濾波器或光纖內(nèi)Bragg光柵。WD95′和WD95″最好是帶干涉濾波器的8信道去復(fù)用器，分別接收和去復(fù)用第一子波段BB′和第二子波段BB″。具體地說(shuō)，WD95′去復(fù)用信道λ1,λ3,…,λ15；而WD95″去復(fù)用信道λ2,λ4,…,λ16。然而，WD95′和WD95″可以是1×8類(lèi)型AWG100GHz去復(fù)用器。類(lèi)似地，WD96′和WD96″分別接收和去復(fù)用第一子波段RB1′和第二子波段RB1″以產(chǎn)生信道λ17-λ64，而WD97′和WD97″分別接收去復(fù)用第一子波段RB2′和第二子波段RB2″以產(chǎn)生信道λ65-λ128。WD96′和WD96″可以是1×32類(lèi)型AWG100GHz去復(fù)用器，它們是欠配備的，只利用24個(gè)可用的去復(fù)用器端口；而WD97′和WD97″可以是1×32類(lèi)型AWG100GHz去復(fù)用器，它們利用所有可用的去復(fù)用器端口。輸出信道17是由WD95′,95″,96′,96″,97′,97″去復(fù)用的各個(gè)信道構(gòu)成，輸出信道17中的每個(gè)信道被接收單元Rx1-Rx128之一接收。
圖9表示按照本發(fā)明的光放大器100。光放大器100可以用于光傳輸系統(tǒng)1，處在圖4的放大器部分53和圖6的放大器部分69中，用于放大RB2波段的信號(hào)。
放大器100最好是雙向泵浦的光放大器，包括-輸入端口101，用于輸入要放大的光信號(hào)；
-輸出端口102，用于輸出放大后的光信號(hào)；-有源光纖103，有光耦合到輸入端口101的第一端部103a和光耦合到輸出端口102的第二端部103b，并適合于放大光信號(hào)；-第一泵浦源104，借助于第一光耦合器105光耦合到有源光纖103并適合于饋入第一泵浦輻射到有源光纖103，最好沿與發(fā)射信號(hào)相同的傳播方向；-第一泵浦源106，借助于第二光耦合器107光耦合到有源光纖103并適合于饋入第二泵浦輻射到有源光纖103，最好沿與發(fā)射信號(hào)相反的傳播方向。
或者，恰當(dāng)?shù)貜?fù)用第一泵浦輻射，第二泵浦輻射和光信號(hào)，第一泵浦輻射和第二泵浦輻射可以以相同的方向饋入到有源光纖103，最好是，二者在相同傳播的方向。
或者，可以利用多個(gè)泵浦源代替第一泵浦源和/或第二泵浦源。這些多個(gè)泵浦源可以是波長(zhǎng)復(fù)用(若工作在不同的波長(zhǎng))或偏振復(fù)用。
放大器100還可以包括放置在輸入端口101與第一耦合器105之間的已知類(lèi)型第一光隔離器108，僅允許光傳輸從輸入端口101到耦合器105；和/或放置在第二耦合器107與輸出端口102之間的已知類(lèi)型第二光隔離器109，僅允許光傳輸從第二耦合器107到輸出端口102。
有源光纖103是共摻鉺和鐿的石英光纖。有源光纖103是單模的，其長(zhǎng)度最好是在10m與30m之間，而數(shù)值孔徑NA最好是在0.15與0.22之間。有源光纖103的纖芯包含以下所示濃度的成分-Al在0.1與13原子百分?jǐn)?shù)之間；-P在0.1與30原子百分?jǐn)?shù)之間；-Er在0.1與0.6原子百分?jǐn)?shù)之間；-Yb在0.5與3.5原子百分?jǐn)?shù)之間。
鉺與鐿濃度之間的比例最好是在1∶5與1∶30之間，例如，1∶20。
第一耦合器105最好是微型光學(xué)干涉WDM耦合器，包括-光耦合到輸入端口101的第一接入光纖105a，用于接收待放大的信號(hào)(在RB2波段信道)；-借助于單模光纖110光耦合到第一泵浦源104的第二接入光纖105b，用于接收第一泵浦輻射；-光耦合到有源光纖103的第三接入光纖105c，把待放大的光信號(hào)與(相同傳播方向上)第一泵浦輻射一起饋入到有源光纖103。
第一耦合器105還包括會(huì)聚透鏡系統(tǒng)(未畫(huà)出)，在它的接入光纖之間恰當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)光束；和選擇性反射面(未畫(huà)出)，例如，分色鏡。該耦合器內(nèi)反射面的實(shí)際傾角取決于傳送信號(hào)和泵浦輻射的輸入光束方向。最好是，耦合器105中的選擇性反射面對(duì)于RB2波段信道的波長(zhǎng)是透明的，而對(duì)于第一泵浦輻射的波長(zhǎng)是反射的。按照這種方式，RB2波段信道基本上無(wú)損耗地傳輸通過(guò)該反射面，而第一泵浦輻射被該反射面反射進(jìn)入有源光纖103的纖芯。或者，第一耦合器105可以包含這樣的選擇性反射面，它對(duì)于RB2波段信道的波長(zhǎng)是反射的，而對(duì)于第一泵浦輻射的波長(zhǎng)是透射的。
第一耦合器105的光信號(hào)插入損耗最好不大于0.6dB。例如，第一耦合器105可以是Oplink制造的MWDM-45/54型號(hào)。
按照另一個(gè)實(shí)施例，第一耦合器105可以是熔融光纖類(lèi)耦合器。
第二耦合器107最好是熔融光纖WDM耦合器，包括-光耦合到輸出端口102的第一接入光纖107a，用于饋入放大后的信號(hào)到輸出端口102；-借助于光纖111光耦合到第二泵浦源106的第二接入光纖107b，用于接收相應(yīng)的泵浦輻射；-光耦合到有源光纖103的第三接入光纖107c，用于接收來(lái)自有源光纖103的放大后光信號(hào)和饋入第二泵浦源106產(chǎn)生的泵浦輻射到有源光纖103；和-有自由端部的第四接入光纖107d，它是低反射率終止的。
第二耦合器107可以是這樣制成的，熔融確定第一接入光纖107a和第三接入光纖107c的第一光纖以及確定第二接入光纖107b和第四接入光纖107d的第二光纖。
第二耦合器107的光信號(hào)插入損耗最好不大于0.3dB。
第一泵浦源104最好是半導(dǎo)體激光二極管，提供波長(zhǎng)范圍在1465nm與1495nm之間的第一泵浦輻射，適合于激勵(lì)有源光纖103中的Er離子。第一泵浦源104提供的泵浦功率最好是在40mW與150mW之間。第一泵浦源104可以是，例如，SUMITOMO ELECTRICINDUSTRIES,Ltd.提供的型號(hào)SLA5600-DA。
Er離子的直接泵浦，特別是同方向泵浦，被認(rèn)為是有源光纖103中光信號(hào)前置放大的起源。這個(gè)前置放大結(jié)合泵浦Yb離子產(chǎn)生的提升效應(yīng)，被認(rèn)為是觀察到該放大器性能顯著增加的起源，特別是在低輸入功率狀態(tài)下。
本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，在1480nm波段直接泵浦Er離子優(yōu)于在980nm波段的泵浦。事實(shí)上，1480nm的泵浦輻射，不同于發(fā)生在980nm的泵浦輻射，在有源光纖中被緩慢吸收，因此在長(zhǎng)波長(zhǎng)(1600nm)區(qū)域提供較高的熒光。這就可以使光信號(hào)功率沿著有源光纖逐漸上升，避免過(guò)多的ASE累積。
如以下所報(bào)告的，所建議的放大器能夠以非常低的輸入功率放大光信號(hào)，低至-25dB。
參照?qǐng)D10，第二泵浦源106最好包括光纖激光器112和泵浦激光二極管113。最好是，光纖激光器112適合于產(chǎn)生波長(zhǎng)范圍在1000nm與1100nm之間的第二泵浦輻射，適合于激勵(lì)有源光纖103中的Yb離子。光纖激光器112最好包括雙包層光纖114以及第一Bragg光柵118和第二Bragg光柵119。Bragg光柵118和119被寫(xiě)入到雙包層光纖114的兩個(gè)相反的端部，這兩個(gè)光柵定界光纖激光器112的Fabry-Perot共振腔。
泵浦激光二極管113光耦合到雙包層光纖114的一個(gè)端部，并適合于產(chǎn)生泵浦雙包層光纖114的激勵(lì)輻射。雙包層光纖114的另一個(gè)端部連接到光纖111，用于發(fā)射第二泵浦輻射到有源光纖103。
圖11a表示不按比例的雙包層光纖114的橫截面。光纖114包括有第一折射率n1的纖芯115；圍繞纖芯115的內(nèi)包層116，它有第二折射率n2＜n1；和圍繞內(nèi)包層116的外包層117，它有第三折射率n3＜n2。纖芯115，內(nèi)包層116和外包層117是同軸的。
光纖114是石英光纖，其纖芯115最好摻以高濃度的Yb，為的是產(chǎn)生適合于泵浦有源光纖103波長(zhǎng)的第二泵浦輻射。纖芯115中的Yb濃度最好是大于0.1原子百分?jǐn)?shù)，更好的是在0.7原子百分?jǐn)?shù)與1.5原子百分?jǐn)?shù)之間。
纖芯115中其他成分的濃度最好是在以下的范圍內(nèi)-Ge在0.1原子百分?jǐn)?shù)與20原子百分?jǐn)?shù)之間；-Al在0.1原子百分?jǐn)?shù)與6原子百分?jǐn)?shù)之間；-P在0.1原子百分?jǐn)?shù)與20原子百分?jǐn)?shù)之間。
泵浦激光二極管113最好是寬區(qū)激光器，其發(fā)射頻譜的中心波長(zhǎng)適合于泵浦雙包層光纖114中的摻雜劑離子，波長(zhǎng)最好是在910nm與925nm之間。泵浦激光二極管113最好有輸出的多模光纖120，它的纖芯與有源光纖114的內(nèi)包層116有基本相同的直徑和相同的數(shù)值孔徑，為的是以非常高的效率(接近100％)耦合激勵(lì)輻射進(jìn)入到有源光纖114。
如圖11b所示，在正常工作狀態(tài)下，泵浦激光二極管113產(chǎn)生的泵浦輻射饋入到內(nèi)包層116，并逐漸地被纖芯115吸收，以激勵(lì)Yb離子。Yb離子的去激勵(lì)導(dǎo)致波長(zhǎng)1000-1100nm范圍內(nèi)的受激發(fā)射，它傳播進(jìn)入到纖芯115并放大其自身。光柵118和119反射1000-1100nm范圍內(nèi)的預(yù)定波長(zhǎng)(例如，1047nm)，在多次反射之后，導(dǎo)致在這個(gè)特定波長(zhǎng)的高功率激光輻射，它是從與泵浦激光二極管113相對(duì)的光纖114端部發(fā)射的。
光纖激光器112可以這樣實(shí)現(xiàn)，首先制作雙包層光纖114，其特性(長(zhǎng)度，形狀和組成)是按照所需激光器性能優(yōu)化的，相繼地寫(xiě)入光柵118和119到光纖114的兩個(gè)相對(duì)端部上。
為了制作光纖114，使用兩個(gè)不同的預(yù)制棒(未畫(huà)出)。利用第一個(gè)預(yù)制棒得到纖芯115和內(nèi)包層116的內(nèi)部。借助于熟知的“化學(xué)汽相沉積”方法，第一個(gè)預(yù)制棒是通過(guò)沉積SiO2,P2O5和Al2O3制作的；然后，借助于熟知的“溶液摻雜”方法，引入稀土元素鐿。然后，對(duì)第一個(gè)預(yù)制棒恰當(dāng)?shù)丶庸ひ詼p小它的外部直徑到預(yù)定值。
利用商品化的第二個(gè)預(yù)制棒得到內(nèi)包層116的外部和外包層117。第二個(gè)預(yù)制棒有純SiO2的中心區(qū)和摻有氟化物的SiO2圍繞區(qū)。部分地除去第二個(gè)預(yù)制棒的中心區(qū)以得到中央縱向孔，該孔的直徑略大于第一個(gè)預(yù)制棒的外直徑，第一個(gè)預(yù)制棒插進(jìn)這個(gè)孔。內(nèi)包層是由部分的第一個(gè)預(yù)制棒和部分的第二個(gè)預(yù)制棒構(gòu)成的。
按照常規(guī)的方法把如此得到的3層預(yù)制棒拉制成光纖114。
利用圖12所示的光柵寫(xiě)入裝置130和按照以下描述的本申請(qǐng)人研制的技術(shù)可以寫(xiě)入光柵118和119。
參照?qǐng)D12，光柵寫(xiě)入裝置130包括光耦合到光纖114第一端部114a的泵浦激光二極管113，光功率測(cè)量裝置131，最好是放置在光纖114第二端部114b之前的功率計(jì)，以及放置在光纖114第二端部114b與測(cè)量裝置131之間的光帶通濾波器132。
例如，測(cè)量裝置131是型號(hào)ANDO AQ2140的功率計(jì)。
濾波器132最好是干涉濾波器，其中心波長(zhǎng)是源106的激光發(fā)射預(yù)定波長(zhǎng)λlaser。
裝置130還包括處理器(PC)134，適合于控制泵浦激光二極管113和裝置131，最好是借助于DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)133和利用特定的軟件(例如，Labview)。例如，DAC133可以是NationalInstruments型號(hào)PCI6110E。如圖12所示，根據(jù)測(cè)量裝置131提供的信息，在光柵寫(xiě)入過(guò)程期間，處理器134還適合于提供(在顯示器上)激光器106的Pout/Ppump特性。
此外，裝置130包括UV寫(xiě)入裝置135，適合于在光纖114上寫(xiě)入光柵118和119。UV寫(xiě)入裝置135最好包括準(zhǔn)分子激光器設(shè)備。
參照?qǐng)D16的流程圖和圖18a的示意曲線圖，描述寫(xiě)入第一光柵118的方法。該方法包括以下步驟-確定與有源光纖有關(guān)的反射面，最好通過(guò)切割和清洗(方框200)光纖114的第二端部114b以達(dá)到玻璃/空氣界面上預(yù)定的反射率R2，最好為4％左右；這個(gè)反射面有反射波波段，它寬于預(yù)期第一光柵的反射波波段；-借助于泵浦激光二極管113，饋入(方框210)光功率為Pin的泵浦輻射到有源光纖114，為的是激勵(lì)摻雜離子和引起確定自由振蕩發(fā)射的放大受激發(fā)射；-借助于UV寫(xiě)入裝置105，在光纖114的第一端部114a附近寫(xiě)入(方框220)第一光柵118，其空間周期相當(dāng)于預(yù)定的激光波長(zhǎng)λlaser；第一光柵118有變化的反射率R1，并與光纖114的第二端部114b一起確定共振腔，可以使受激發(fā)射在光纖114中向前和向后傳播和輸出波長(zhǎng)為λlaser的激光發(fā)射；-在寫(xiě)入步驟期間，借助于處理器134和DAC133，通過(guò)驅(qū)動(dòng)泵浦激光二極管113，在預(yù)定功率范圍內(nèi)反復(fù)掃描(方框230)泵浦輻射功率(或許從零功率開(kāi)始)；產(chǎn)生激光發(fā)射的泵浦輻射功率最小值確定閾值功率Pth，它與光柵強(qiáng)度有關(guān)；掃描周期可以是，例如，15-20s；-借助于濾波器132，頻譜濾波(方框240)從光纖114第二端部114b輸出的光輻射；濾波操作可以抑制剩余的泵浦輻射和在寫(xiě)入過(guò)程開(kāi)始時(shí)的自由振蕩輻射；-在寫(xiě)入和掃描步驟期間，借助于測(cè)量裝置131，測(cè)量(方框250)濾波輸出輻射的光功率；在掃描操作周期內(nèi)，測(cè)量光功率包括得到預(yù)定次數(shù)N(例如，10)的光功率值，每個(gè)光功率值是通過(guò)計(jì)算預(yù)定測(cè)量周期(例如，2s)內(nèi)檢測(cè)的平均功率值得到的；預(yù)定次數(shù)N的光功率值和預(yù)定的測(cè)量周期與掃描周期值有關(guān)；-最好進(jìn)行線性回歸操作，處理(方框260)測(cè)得的光功率，為的是得到激光器效率η和閾值功率Pth；進(jìn)行線性回歸操作包括找到這樣一條直線，它與Pout/Pin特性曲線上N個(gè)最新點(diǎn)(相當(dāng)于最新掃描周期內(nèi)得到的N個(gè)光功率值)有最佳符合，并估算該直線的斜率和與Pin軸的交點(diǎn)以得到當(dāng)前的η和Pth值；-通過(guò)比較當(dāng)前的η值(ηcurr，圖18a中的A點(diǎn))，即，與最新掃描周期有關(guān)的η值，和以前的η值(ηprec，圖18a中的B點(diǎn))，即，以前處理步驟中得到且與以前掃描周期有關(guān)的值，檢查(方框270)效率η是否增大；效率η的當(dāng)前值ηcurr是與第一光柵反射率R1的當(dāng)前值有關(guān)；-若效率η增大(ηcurr＞ηprec)，則重復(fù)寫(xiě)入，掃描，濾波，監(jiān)測(cè)，處理和檢查步驟(方框220-270)；-當(dāng)激光器效率η開(kāi)始下降時(shí)，即，效率η不再增大(ηcurr≤ηprec)，已到達(dá)極限值ηlimit(圖18a中的C點(diǎn))，則停止以上過(guò)程(方框280)；ηlimit相當(dāng)于第一光柵108反射率R1的最大值(接近100％)，且是在該R2值(4％)下得到的最大效率；若在經(jīng)過(guò)這個(gè)點(diǎn)之后寫(xiě)入過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行，則η就會(huì)下降(圖18a中的點(diǎn)D)，這是由于與發(fā)生的一些現(xiàn)象有關(guān)的光柵退化，例如，缺陷中心的飽和和干涉條紋對(duì)比度的下降；-根據(jù)效率極限值ηlimit，估算(方框290)第一光柵118最新的反射率。
上述第一光柵的寫(xiě)入過(guò)程可能需要的全部時(shí)間為幾分鐘。
第一光柵的反射波段最好是在0.3nm與1nm之間，更好的是在0.4nm與0.7nm之間。
第一步驟中所用的反射面可以由第二端部114b上制成的多層干涉反射面確定，這是包括光柵，微型光學(xué)元件類(lèi)的半反鏡或透鏡系統(tǒng)，等等的光纖分開(kāi)部分。
本申請(qǐng)人觀察到，除了效率之外，閾值功率Pth是另一個(gè)可利用的確定何時(shí)必須停止寫(xiě)入第一光柵的參數(shù)。事實(shí)上，當(dāng)效率達(dá)到它的極限值ηlimit時(shí)，在寫(xiě)入過(guò)程期間閾值功率Pth減小并達(dá)到極限值Pth,limit。然而，本中請(qǐng)人觀察到，估算Pth比估算η更困難，且在寫(xiě)入過(guò)程期間Pth的變化小于η的變化。此外，Pth的實(shí)際值略微不同于根據(jù)線性回歸方法得到的值。所以，本申請(qǐng)人觀察到，η是檢查步驟中一個(gè)更可取的參數(shù)。
通常，在以上過(guò)程結(jié)束時(shí)得到的極限效率ηlimit不同于可以得到的光纖激光器112最大效率ηmax(圖18a中的E點(diǎn))。為了獲得最大的效率ηmax，通常需要寫(xiě)入第二光柵119并優(yōu)化它的反射率。
在某些應(yīng)用中僅僅寫(xiě)入第一光柵118可能已足夠，在這些應(yīng)用中有源光纖114第二端部的反射率可以確定所需特性的激光腔。例如，有源光纖114第二端部的4％反射率對(duì)于“空中激光器”可能已足夠，空中激光器是指輸出輻射在空中直接發(fā)射的激光器。
在所考慮的應(yīng)用中，本中請(qǐng)人已觀察到，反射率至少為4％的第二光柵119的存在可以改進(jìn)光纖激光器112的性能。
本中請(qǐng)人還觀察到，上述的寫(xiě)入方法也適用于寫(xiě)入第二光柵119，即使必須對(duì)第二光柵119的實(shí)際頻譜分配給以特別的注意。這是因?yàn)樵趯?xiě)入步驟期間有源光纖114的折射率發(fā)生變化，于是，光柵波長(zhǎng)峰值發(fā)生漂移。為了修正這個(gè)缺點(diǎn)，第二光柵119最好是有相對(duì)大波段的光柵，所以，峰值漂移包含在該光柵的波段內(nèi)。最好是，第二光柵的反射波段與第一光柵的反射波段之比例在1.5與3之間。若采用“相位掩模”寫(xiě)入技術(shù)，則在該掩模之前放置一個(gè)有縫隙的屏，它引入U(xiǎn)V輻射的預(yù)定衍射，就可以得到有擴(kuò)大反射波段的光柵。
此外，最好事先估算寫(xiě)入過(guò)程期間可能的峰值漂移，以便使第一光柵118有關(guān)的峰值與第二光柵119有關(guān)的峰值出現(xiàn)重疊。這個(gè)估算可以通過(guò)估計(jì)寫(xiě)入過(guò)程所需的時(shí)間和每秒光柵峰值的漂移來(lái)實(shí)現(xiàn)。
參照?qǐng)D17的流程圖和圖18b的示意曲線圖，描述第二光柵119的寫(xiě)入方法。該方法包括以下步驟-切割(方框300)有源光纖114的第二端部114b，得到一個(gè)傾斜角為7-8°(相對(duì)于垂直光纖軸的平面)的端面，其反射率很小可以忽略不計(jì)；-借助于泵浦激光二極管113，饋入(方框310)光功率為Pin的泵浦輻射到有源光纖114，為的激勵(lì)有源光纖114中的摻雜離子；-借助于UV寫(xiě)入裝置105，在光纖114的第二端部114b附近寫(xiě)入(方框320)第二光柵119，其空間周期相當(dāng)于預(yù)定的激光波長(zhǎng)λlaser；第二光柵119有變化的反射率R2，并與反射率R1為100％左右的第一光柵118一起確定共振腔，可以使受激發(fā)射在光纖114中向前和向后傳播和輸出波長(zhǎng)為λlaser的激光發(fā)射；-在寫(xiě)入步驟期間，借助于處理器134和DAC133，通過(guò)驅(qū)動(dòng)泵浦激光二極管113，在預(yù)定功率范圍內(nèi)(它可以不同于第一光柵寫(xiě)入時(shí)所用的范圍)反復(fù)掃描(方框330)泵浦輻射功率；產(chǎn)生激光發(fā)射的泵浦輻射功率最小值確定閾值功率Pth，它與第二光柵強(qiáng)度有關(guān)；-借助于濾波器132，頻譜濾波(方框340)從光纖114第二端部114b輸出的光輻射；濾波操作可以抑制剩余的泵浦輻射和在第二光柵寫(xiě)入開(kāi)始時(shí)可能的自由振蕩輻射；-在寫(xiě)入和掃描步驟期間，借助于測(cè)量裝置131，測(cè)量(方框350)濾波輸出輻射的光功率；在掃描操作期間，測(cè)量光功率包括得到預(yù)定次數(shù)N′(它可以不同于第一光柵寫(xiě)入時(shí)所用的預(yù)定次數(shù)N)的光功率值，每個(gè)光功率值是通過(guò)計(jì)算預(yù)定測(cè)量周期內(nèi)檢測(cè)的平均功率值得到的；預(yù)定次數(shù)N′的光功率值和預(yù)定的測(cè)量周期與掃描周期值有關(guān)；-最好進(jìn)行線性回歸操作，處理(方框360)測(cè)得的光功率，為的是得到激光器效率η和閾值功率Pth；進(jìn)行線性回歸操作包括找到這樣一條直線，它與Pout/Pin特性曲線上N′個(gè)最新點(diǎn)(相當(dāng)于最新掃描周期內(nèi)得到的N′個(gè)光功率值)有最佳符合，并估算該直線的斜率和與Pin軸的交點(diǎn)以得到當(dāng)前的η和Pth值；第一個(gè)檢測(cè)的η值是在零與第一光柵寫(xiě)入結(jié)束時(shí)找到的極限值ηlimit之間的中間值；-通過(guò)比較當(dāng)前的η值(ηcurr，圖18b中的A點(diǎn))，即，與最新掃描周期有關(guān)的η值，和以前的η值(ηprec，圖18b中的B點(diǎn))，即，以前處理步驟中得到且與以前掃描周期有關(guān)的值，檢查(方框370)效率η是否增大；效率η的當(dāng)前值ηcurr與第二光柵反射率R2的當(dāng)前值有關(guān)；-若效率η增大(ηcurr＞ηprec)，則重復(fù)寫(xiě)入，掃描，濾波，監(jiān)測(cè)，處理和檢查步驟(方框320-370)；
-當(dāng)激光器效率η開(kāi)始下降時(shí)，即，效率η不再增大(ηcurr≤ηprec)，已到達(dá)最大值ηmax(圖18b中的E點(diǎn))，則停止以上過(guò)程(方框380)；ηmax相當(dāng)于第二光柵109反射率R2的最佳值R2,opt(例如，在4％與10％之間)，且代表光纖激光器112可以得到的最大效率；若在經(jīng)過(guò)這個(gè)點(diǎn)之后寫(xiě)入過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行，則η就會(huì)下降(圖18b中的D點(diǎn))，這是由于與發(fā)生的一些現(xiàn)象有關(guān)的光柵退化，例如，缺陷中心的飽和和干涉條紋對(duì)比度的下降；-根據(jù)最大的效率值ηmax，估算(方框390)第二光柵119最新的反射率。
本申請(qǐng)人觀察到，在第二光柵寫(xiě)入過(guò)程期間(R2增大)，閾值功率Pth逐漸減小，且這個(gè)趨勢(shì)在經(jīng)過(guò)最佳值R2,opt之后繼續(xù)進(jìn)行。具有較低閾值功率Pth是有利的，它允許以較低的輸入功率產(chǎn)生激光。因此，優(yōu)化光纖激光器112性能的另一個(gè)較好的準(zhǔn)則是，在達(dá)到效率η與閾值功率Pth之間的最佳折衷或預(yù)定關(guān)系時(shí)，停止以上的過(guò)程。
這個(gè)折衷可能與考慮的具體應(yīng)用有關(guān)。
放大單元100性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)放大單元100已進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量，以下詳細(xì)地描述其特性。
該實(shí)驗(yàn)中所使用有源光纖103的纖芯直徑為4.3μm，包層直徑為125μm，和數(shù)值孔徑NA=0.2，它是由以下構(gòu)成的
Er濃度與Yb濃度的比例約為1∶20。
第一耦合器105是OPLINK制造的型號(hào)為MWDM-45/54的干涉濾波器。第一耦合器105的插入損耗為0.6dB。
第二耦合器107是熔融光纖WDM耦合器。按照以上說(shuō)明，第二耦合器107是通過(guò)熔融確定接入光纖107a和107c的第一光纖以及確定接入光纖107b和107d的第二光纖制成的。第一光纖是SM(單模)光纖，其纖芯直徑為3.6μm，包層直徑為125μm，和數(shù)值孔徑NA=0.195。第二光纖是SM光纖，其纖芯直徑為3.6μm，包層直徑為125μm，和數(shù)值孔徑NA=0.195。兩種SM光纖都是Corning公司生產(chǎn)的型號(hào)為CS980光纖。第二耦合器107的插入損耗為1dB。
第一泵浦源104是激光二極管，適合于提供1480nm的50-70mW泵浦輻射功率。光纖110是SM光纖。
第二泵浦源106是由本申請(qǐng)人制作的，適合于提供1047nm的500-650mW泵浦輻射功率。光纖111是SM光纖。寬區(qū)二極管激光器113適合于提供915nm的800mW輻射功率。本申請(qǐng)人觀察到，利用更強(qiáng)的寬區(qū)二極管激光器，大概可能獲得更高的放大器飽和功率。
借助于SEM分析的檢測(cè)，第二泵浦源中有源光纖114的纖芯115有以下的組成。
選取相對(duì)高的Al濃度以得到高濃度的Yb。Ge的濃度相對(duì)較低，這是由于高濃度的Al和Yb確定的高折射率值。添加P是為了減小光纖的數(shù)值孔徑(NA)。
有源光纖114的長(zhǎng)度為10m，其彎曲直徑約為40mm。本申請(qǐng)人觀察到，這個(gè)彎曲直徑值代表光纖中吸收效率與誘導(dǎo)損耗之間的最佳折衷。
共振腔的長(zhǎng)度(即，第一光柵118與第二光柵119之間的距離)大約為10m。
有源光纖114外包層117的外部直徑約為90μm，內(nèi)包層116的外部直徑約為45μm，而纖芯115的外部直徑約為4.5μm。纖芯115與內(nèi)包層116之間的折射率差Δn=n1-n2約為0.0083，而內(nèi)包層116與外包層117之間的折射率差Δn′=n2-n3約為0.067。纖芯115和內(nèi)包層116規(guī)定傳輸信號(hào)傳遞的單模波導(dǎo)，其第一數(shù)值孔徑NA1約為0.155，而內(nèi)包層116和外包層117規(guī)定泵浦輻射傳遞的多模波導(dǎo)，其第二數(shù)值孔徑NA2約為0.22。
光柵118和119是按照以上描述的方法實(shí)現(xiàn)的。光柵118和119的Bragg波長(zhǎng)為1047nm。第一光柵118在峰值波長(zhǎng)的反射率約為99％，而第二光柵119在相同波長(zhǎng)的反射率小于10％。
圖13表示光纖激光器112的響應(yīng)曲線。具體地說(shuō)，圖13表示發(fā)射的激光器輻射光功率Pout與激光二極管113提供的泵浦功率Pin之間的關(guān)系。根據(jù)得到的曲線，激光源的效率為η=81.5％，而閾值功率為Pth=99mW。
圖14表示插入損耗，這是分別放置在輸入端101與光纖103的第一端部之間(即，第一光隔離器108與第一光耦合器105之間)和光纖103的第二端部與輸出端102之間(即，第二光耦合器107與第二光隔離器109之間)放大器100的無(wú)源元件插入損耗。借助于光譜分析儀得到圖14的特性曲線。
圖15表示放大單元100的增益曲線，其輸入信號(hào)的波長(zhǎng)范圍是從1575nm到1620nm。圖15中的不同曲線表示輸入信號(hào)功率的范圍是在-25dBm與10dBm之間。可以注意到，對(duì)于輸入信號(hào)功率大于0dBm的情況，放大單元100提供的輸出功率大于18dBm，所以可用作提升放大器。具體地說(shuō)，在輸入信號(hào)功率為10dBm情況下，該單元提供高達(dá)22dBm的輸出功率，在RB2波段中的最大增益變化小于1dB。
當(dāng)放大器100用作提升單元時(shí)，在輸入信號(hào)為10dBm或更大的情況下，在RB2波段中增益曲線展示的最大變化小于1dB。
此外，放大器100展示的增益曲線延伸到RB2波段之外直至1620nm處。
光柵寫(xiě)入方法模擬的數(shù)字結(jié)果圖19-21表示在有源光纖114上模擬上述光柵寫(xiě)入方法得到的數(shù)字結(jié)果，其特性列在以上的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果中。
圖19表示在第一光柵寫(xiě)入過(guò)程中不同的第一光柵反射率值情況下，光輸出功率Pout與泵浦光功率Pin之間的關(guān)系。共振腔是由第一光柵118和光纖114的第二端部114b(反射率為4％)確定的。可以觀察到，隨著第一光柵反射率的增大，光纖激光器效率逐漸增大和閾值功率Pth逐漸減小。
圖20表示在第一光柵寫(xiě)入過(guò)程中光纖激光器112的效率η和閾值功率Pth與第一光柵反射率之間的關(guān)系。η和Pth特性曲線上的每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)于圖19中的一條直線。
圖21表示在第二光柵寫(xiě)入過(guò)程期間，光纖激光器112的效率η和閾值功率Pth與第二光柵反射率之間的關(guān)系，其中假設(shè)第一光柵反射率為99％。在第二光柵反射率約為4％時(shí)，可以檢測(cè)到效率曲線中的最大值，此最大值大于80％。若采用(η與Pth之間的)最佳折衷準(zhǔn)則，當(dāng)?shù)诙鈻欧瓷渎试?％與10％之間時(shí)，則最好應(yīng)當(dāng)停止寫(xiě)入過(guò)程。
權(quán)利要求
1．一種光傳輸系統(tǒng)，包括-光發(fā)射單元(10)，用于發(fā)射光信號(hào)，-光接收單元(20)，用于接收所述光信號(hào)，-光纖鏈路(30)，光耦合所述發(fā)射單元到所述接收單元并適合于傳遞所述光信號(hào)，和-沿所述鏈路耦合的光放大單元(100)，適合于放大所述光信號(hào)；所述光放大單元(100)包括·輸入端(101)，用于輸入所述光信號(hào)，·輸出端(102)，用于輸出所述光信號(hào)，·共摻Er和Yb的有源光纖(103)，具有光耦合到所述輸入端(101)的第一端部(103a)和光耦合到所述輸出端(102)的第二端部(103b)，用于放大所述光信號(hào)，·第一泵浦源(104)和第二泵浦源(106)，分別用于產(chǎn)生第一泵浦輻射和第二泵浦輻射，和·第一光耦合器(105)和第二光耦合器(107)，分別用于光耦合所述第一泵浦源(104)和所述第二泵浦源(106)到所述有源光纖(103)，其特征是，所述第一泵浦輻射包含Er的激勵(lì)波長(zhǎng)和所述第二泵浦輻射包含Yb的激勵(lì)波長(zhǎng)。
2．按照權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其特征是，所述光放大單元(100)有1565nm以上的波長(zhǎng)放大波段。
3．按照權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其特征是，所述第一光耦合器(105)光耦合到所述有源光纖(103)的第一端部(103a)，沿與光信號(hào)相同的傳播方向饋入第一泵浦輻射到有源光纖(103)；而所述第二光耦合器(107)光耦合到所述有源光纖(103)的第二端部(103b)，沿與光信號(hào)相反的傳播方向饋入第二泵浦輻射到有源光纖(103)。
4．按照權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其特征是，有源光纖(103)是單包層光纖。
5．按照權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其特征是，有源光纖(103)是單模光纖。
6．按照權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其特征是，第一泵浦輻射的波長(zhǎng)是在1465nm與1495nm之間。
7．按照權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其特征是，第二泵浦輻射的波長(zhǎng)是在1000nm與1100nm之間。
8．按照權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其特征是，第一光耦合器(105)是微型光學(xué)WDM耦合器。
9．按照權(quán)利要求1的光傳輸系統(tǒng)，其特征是，第二光耦合器(107)是熔融光纖WDM耦合器。
10．一種放大光信號(hào)的方法，包括以下步驟-饋入光信號(hào)到共摻Er和Yb的有源光纖；和-在饋入光信號(hào)步驟中，光泵浦有源光纖；其特征是，所述光泵浦步驟包括饋入激勵(lì)Er的第一泵浦輻射和激勵(lì)Yb的第二泵浦輻射到所述有源光纖。
11．按照權(quán)利要求10的方法，其特征是，所述饋入所述第一泵浦輻射的步驟包括沿與光信號(hào)相同的傳播方向饋入所述第一泵浦輻射到有源光纖；而所述饋入所述第二泵浦輻射的步驟包括沿與光信號(hào)相反的傳播方向饋入所述第二泵浦輻射到有源光纖。
12．按照權(quán)利要求10的方法，其特征是，所述饋入第一泵浦輻射到所述有源光纖的步驟包括饋入Er的激勵(lì)輻射到所述有源光纖，其波長(zhǎng)在1465nm與1495nm之間。
13．按照權(quán)利要求10的方法，其特征是，所述饋入第二泵浦輻射到所述有源光纖的步驟包括饋入Yb的激勵(lì)輻射到所述有源光纖，其波長(zhǎng)在1000nm與1100nm之間。
14．按照權(quán)利要求10的方法，其特征是，所述有源光纖包含纖芯和包層，且所述饋入第一泵浦輻射和第二泵浦輻射到所述有源光纖的步驟包括饋入所述第一泵浦輻射和所述第二泵浦輻射進(jìn)入所述有源光纖的纖芯。
15．按照權(quán)利要求10的方法，其特征是，所述饋入光信號(hào)到有源光纖的步驟包括饋入波長(zhǎng)在1565nm以上的光信號(hào)到有源光纖。
16．一種光放大單元，包括·輸入端(101)，用于輸入光信號(hào)，·輸出端(102)，用于輸出所述光信號(hào)，·共摻Er和Yb的有源光纖(103)，光連接到所述輸入端和所述輸出端，并適合于放大所述光信號(hào)，·第一泵浦源(104)和第二泵浦源(106)，分別用于產(chǎn)生第一泵浦輻射和第二泵浦輻射，和·第一光耦合器(105)和第二光耦合器(107)，分別用于光耦合所述第一泵浦源(104)和所述第二泵浦源(106)到所述有源光纖，其特征是，所述第一泵浦輻射包含Er的激勵(lì)波長(zhǎng)和所述第二泵浦輻射包含Yb的激勵(lì)波長(zhǎng)。
17．按照權(quán)利要求16的光放大單元，其特征是，Er的激勵(lì)波長(zhǎng)是在1465nm與1495nm之間，而Yb的激勵(lì)波長(zhǎng)是在1000nm與1100nm之間。
18．按照權(quán)利要求16的光放大單元，其特征是，所述第一光耦合器(105)連接在所述輸入端(101)與所述有源光纖(103)之間，沿與光信號(hào)相同的傳播方向饋入第一泵浦輻射到有源光纖(103)；而所述第二光耦合器(107)連接在所述有源光纖(103)與所述輸出端(102)之間，沿與光信號(hào)相反的傳播方向饋入第二泵浦輻射到有源光纖(103)。
19．按照權(quán)利要求16的光放大單元，其特征是，所述有源光纖(103)是單包層和單模光纖。
20．按照權(quán)利要求16的光放大單元，其特征是，所述第一光耦合器(105)是微型光學(xué)WDM耦合器。
21．按照權(quán)利要求16的光放大單元，其特征是，所述第二光耦合器(107)是熔融光纖WDM耦合器。
22．按照權(quán)利要求16的光放大單元，其特征是，所述第二泵浦源(106)包括光纖激光器(112)，它包含另一條有源光纖(114)并適合于產(chǎn)生所述第二泵浦輻射，泵浦激光源(113)適合于泵浦所述另一條有源光纖(114)。
23．按照權(quán)利要求22的光放大單元，其特征是，所述另一條有源光纖(114)包括雙包層光纖。
24．按照權(quán)利要求22的光放大單元，其特征是，所述另一條有源光纖(114)包括摻Y(jié)b的光纖。
25．按照權(quán)利要求22的光放大單元，其特征是，所述光纖激光器(112)包括寫(xiě)入在所述另一條有源光纖(114)相反端部部分上的第一Bragg光柵(118)和第二Bragg光柵(119)。
26．按照權(quán)利要求22的光放大單元，其特征是，所述泵浦激光源(113)是寬區(qū)激光二極管。
全文摘要
一種光放大單元,包括:輸入光信號(hào)的輸入端(101);輸出光信號(hào)的輸出端(102);共摻Er和Yb的單模有源光纖(103),光連接到輸入端和輸出端,并適合于放大光信號(hào);第一泵浦源(104),產(chǎn)生包含Er激勵(lì)波長(zhǎng)的第一泵浦輻射;第二系浦源(106),產(chǎn)生包含Yb激勵(lì)波長(zhǎng)的第二泵浦輻射;第一光耦合器(105),沿與光信號(hào)相同的傳播方向光耦合第一泵浦輻射進(jìn)入有源光纖的纖芯;和第二光耦合器(107),沿與光信號(hào)相反的傳播方向光耦合第二泵浦輻射進(jìn)入有源光纖的纖芯。
文檔編號(hào)H04B10/17GK1290084SQ00129099
公開(kāi)日2001年4月4日 申請(qǐng)日期2000年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月29日
發(fā)明者貴德·奧里維逖, 佳克莫·羅西, 瓦勒利·G·古思莫里, 蓋瓦尼·薩奇, 法布里茲·迪·帕思庫(kù)阿勒 申請(qǐng)人:光學(xué)技術(shù)美國(guó)公司