CN1098579C - 光学放大器，光学放大装置，光学发射机及光涌抑制方法 - Google Patents

光学放大器，光学放大装置，光学发射机及光涌抑制方法 Download PDF

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Abstract

一个涉及光通讯系统中光学放大器的技术。为了用简单的结构有效地抑制信号光放大过程中的光涌，提出了一种放大媒质，此放大媒质放大输入光并输出放大了的光，反射元件连接在放大媒质的输入侧和输出侧。此反射元件能反射预定光波长的光，其波长不同于输入光中所含信号光波长。

Description

光学放大器，光学放大装置，光学发射机及光涌抑制方法
本发明涉及用于光通讯系统中的光学放大器，光学放大装置，光学发射机，以及光学放大器的光涌抑制方法，它们适合于如，光通讯系统中抑制光涌的同时放大信号光。
近来对光通讯系统蓬勃的研究和开发，其结果已经说明，利用掺稀土元素光纤，如掺铒光纤作光学放大器的技术开发光学放大器，诸如升压放大器，中继器，或前置放大器，是很重要的。
由于光学放大器的问世，通过使用光学放大器，信号光被多次分程传送的传输系统已受到注意，因为这种传输系统对于多媒体时代通讯系统的成本下降贡献甚大。
光学放大器通常分为两大类型：光纤放大器和半导体型放大器。
光纤放大器有一光纤，其芯区掺有一种稀土元素，如饵(Er)。当输入光和泵浦光同时进入光纤时，光学放大器利用泵浦光的能量放大输入光。这种类型光纤放大器的实例包括掺饵(Er)光纤放大器和掺镨(Pr)光纤放大器。
在半导体型放大器中，当半导体激光器被注入的载流子激发时，输入光利用生成的激发能而被放大。行波半导体放大器是半导体型放大器的实例。
然而，在上述光学放大器中，当信号截止时，没有输入光输入到光学放大器。在无输入光因而输入功率很低的情况下，与稳态输出功率比较，光学放大器的输出光只有极低的输出强度(图35中用M表示)。
当光学放大器中不存在输入光时，从饱和状态恢复过来的光学放大器的增益是高的，因此，光学放大器处在高增益状态。
若信号输入的中断结束之后，光学放大器处在这种高增益状态时，有一个陡峭上升边缘波形的信号光输入，光学放大器以高增益对光信号的上升边缘进行放大。结果，在输出光中产生一个尖峰信号(光涌)，如图35中S所示。
如果这一光涌在光传输系统中所用的光学放大器内产生，此光涌通过传输线被其他中继放大器累积地放大和转发。最后，终端站接收到带有很高光涌的信号光，从而对接收区的光学元件质量产生不利的影响。
具体地说，光涌的产生导致输入到光学部件中信号光强度(光功率)增大，这种光学部件，如光电二极管，是接收区上接收信号光的光接收元件。这就使光学部件或接收电路过载，达到了超过其容限的程度。在某些情况中，光学部件或接收电路被这种过载而损坏。
本发明是鉴于有关技术中上述缺点而构想出来的，本发明的目的是藉助一种简单配置，提出用于光通讯系统中的光学放大器，光学放大装置，光学发射机，以及光学放大器的光涌抑制方法，所有这一切都能够有效地抑制光涌，此光涌是在很低的输入光功率周期结束之后，有陡峭上升边缘波形的光输入而造成的。
为了达到这些目的，本发明提供一种光学放大器，它包括：放大媒质，它将输入光放大，还输出放大了的光；和反射元件，这些反射元件连接在放大媒质的输入侧和输出侧，并能够反射预定光波长的光，其波长不同于输入光中所含信号光的波长。
因此，本发明的光学放大器含有放大媒质和反射元件，放大媒质放大输入光，还输出放大了的光，反射元件连接在放大媒质的输入侧和输出侧，并能够反射预定光波长的光，其波长不同于输入光中所含的信号光波长。若输入光的强度减小，放大媒质的增益饱和就减缓，能使光学放大器在其增益再次增大之前产生振荡光。
所以，抑制了因输入光强度减小而使放大媒质增益的增大，并能有效地抑制由于信号光强度突然增大而产生的光涌。因此，阻止了光信号强度超过信号光接收区上光学部件的容限，从而避免了光学部件的过载。还获得了提高光接收部件和接收电路耐用性的优点，以及实现稳定的光通讯。
本发明的光学放大器含有放大媒质，它使用泵浦光的激发能放大输入光，输出放大了的光，此光学放大器包括：泵浦光源，用于产生泵浦光；泵浦光入射耦合器，它将泵浦光源射出的泵浦光引入到放大媒质的一端；反射元件，它们分别连接在放大媒质的输入侧和输出侧，还能反射预定光波长的光，其波长不同于输入光中所含信号光的波长；以及分支耦合器，它将从放大媒质接收到的光信号分支，分支耦合器放在放大媒质与一个反射元件之间，或者连接在放大媒质的输入侧，或者连接在放大媒质的输出侧。
如上所述，本发明的光学放大器含有放大媒质，它利用泵浦光的激发能放大输入光，输出放大了的光，此光学放大器包括：泵浦光源，用于产生泵浦光；泵浦光入射耦合器，它将泵浦光源射出的泵浦光引入到放大媒质的一端；反射元件，它们分别放置在放大媒质的输入侧和输出侧，还能反射预定光波长的光，其波长不同于输入光中所含信号光的波长；以及分支耦合器，它将从放大媒质接收到的光信号分支，分支耦合器放在放大媒质与一个反射元件之间，或者连接在放大媒质的输入侧，或者连接在放大媒质的输出侧。当输入光的强度减小时，放大媒质的增益饱和得以减缓，能使其增益再次增大之前产生振荡光。
所以，抑制了由于输入光强度减小而使放大媒质增益的增大，并能有效地抑制信号光突然增大时产生的光涌。因此，阻止了光信号强度超过信号光接收区上光学部件的容限，从而避免了光学部件的过载。还获得了提高光接收部件和接收电路耐用性的优点，以及实现稳定的光通讯。
此外，本发明的光学放大器含有放大媒质，它利用泵浦光的激发能放大输入光，输出放大了的光，此光学放大器包括：泵浦光源，用于产生泵浦光；泵浦光入射耦合器，它将泵浦光源射出的泵浦光引入到放大媒质的一端；分支耦合器，它连接在放大媒质的输入侧，使送入到放大媒质的光信号分支，作为第一分支信号的输出，还把从放大媒质接收到的光信号分支，作为第二分支信号的输出；反射元件，它们能够反射预定光波长的光，其波长不同于输入光中信号光的波长，一个反射元件连接在放大媒质的输入侧，分支耦合器放置在二者之间，另一个反射元件连接在放大媒质的输出侧；输入监测器，根据从分支耦合器接收到的第一分支信号，监测输入到放大媒质上的光；以及可变衰减器，将从分支耦合器接收到的第二分支信号衰减到预定的功率，还把衰减的第二分支信号输出到放在分支耦合器一侧的反射元件，其中，若输入光的强度减小到低于预置阈值，则根据从输入监测器接收到的输入光监测器信息，控制可变衰减器中第二分支信号的衰减量，使放大媒质的增益减小到低于预定值。
按照本发明，若输入光的强度减小到低于预置阈值，则根据从输入监测器接收到的输入光监测器信息，光学放大器控制第二分支信号的衰减量，使放大媒质的增益减小到低于预定值。根据输入光监测器信息进行判断，当发现输入光强度减小时，放大媒质的增益饱和就减缓，能使振荡光在增益再次增大之前产生。
所以，抑制了由于输入光强度减小而使放大媒质增益的增大，并能有效地抑制信号光突然增大时产生的光涌。因此，阻止了光信号强度超过信号光接收区上光学部件的容限，从而避免了光学部件的过载。还获得了提高光接收部件和接收电路耐用性的优点，以及实现稳定的光通讯。
此外，本发明的光学放大器含有放大媒质，它利用泵浦光的激发能放大输入光，输出放大了的光，此光学放大器包括：泵浦光源，用于产生泵浦光；泵浦光入射耦合器，它将泵浦光源射出的泵浦光引入到放大媒质的一端；第一分支耦合器，它连接在放大媒质的输入侧，使送入到放大媒质的光信号分支，作为第一分支信号的输出；第二分支耦合器，它连接在第一分支耦合器的输出侧，使从放大媒质接收到的光信号分支，作为第二分支信号的输出；反射元件，它们能够反射有预定光波长的光，其波长不同于输入光中所含信号光波长，一个反射元件连接在放大媒质的输入侧，第二分支耦合器放在二者之间，另一个反射元件连接在放大媒质的输出侧；输入监测器，根据从第一分支耦合器接收到的第一分支信号，监测输入到放大媒质的光；以及可变衰减器，将从第二分支耦合器接收到的第二分支信号衰减到预定的功率，还将衰减的第二分支信号输出到放在第二分支耦合器一侧的反射元件，其中，若输入光的强度减小到低于预置阈值，则根据从输入监测器接收到的输入光监测器信息，控制可变衰减器中第二分支信号的衰减量，使放大媒质的增益减小到低于预定值。
按照本发明，若输入光的强度减小到低于预置阈值，则根据从输入监测器接收到的输入光监测器信息，通过使放大媒质的增益减小到低于预定值，光学放大器就控制了可变衰减器中第二分支信号的衰减量。根据输入光监测器信息进行判断，当发现输入光强度减小时，放大媒质的增益饱和就减缓，能使振荡光在增益再次增大之前产生。
所以，抑制了由于输入光强度减小而使放大媒质增益的增大，并能有效地抑制信号光突然增大时产生的光涌。因此，阻止了光信号强度超过信号光接收区上光学部件的容限，从而避免了光学部件的过载。还获得了提高光接收部件和接收电路耐用性的优点，以及实现稳定的光通讯。
本发明提供了光学放大装置，它至少包含两级光学放大器，每一级光学放大器都有放大媒质，它利用泵浦光的激发能放大输入光，输出放大了的光，其改进的特征是，第一级上的光学放大器包括：泵浦光源，用于产生泵浦光；泵浦光入射耦合器，它将泵浦光源射出的泵浦光引入放大媒质的一端；分支耦合器，它连接在放大媒质的输入侧和输出侧中至少一侧，使从放大媒质接收到的信号光分支；反射元件，它们分别连接在放大媒质的输入侧和输出侧，能反射预定光波长的光，其波长不同于输入光中信号光波长，而分支耦合器放置在放大媒质的输入侧或输出侧与一个反射元件之间；以及反射元件，它连接在放大媒质的输入侧，此反射元件的反射率高于连接在放大媒质输出侧反射元件的反射率。
本发明的光学放大装置至少包含两级光学放大器，每一级光学放大器都有放大媒质，它利用泵浦光的激发能放大输入光，输出放大了的光，该光学放大装置通过抑制第一级光学放大器产生的光涌，能够阻止光涌传播到其后各级光学放大器中。此外，光学放大装置能够将第一级光学放大器输出的振荡光相继地传播到后续各级，因此能够避免在后续各级光学放大器中产生光涌。
所以，抑制了由于输入光强度的减小而使放大媒质增益的增大，并能有效地抑制信号光突然增大时产生的光涌。因此，阻止了光信号强度超过信号光接收区上光学部件的容限，从而避免了光学部件的过载。还获得了提高光接收部件和接收电路耐用性的优点，以及实现稳定的光通讯。
一个用于光通讯系统的光学发射机，该光通讯系统输出被光学输出放大器放大的光信号，其改进的特征是，光学输出放大器包括：放大媒质，它利用泵浦光的激发能放大输入光，输出放大了的光；泵浦光源，用于产生泵浦光；泵浦光入射耦合器，它将泵浦光源射出的泵浦光引入到放大媒质的一端；分支耦合器，它使从放大媒质接收到的光信号分为两支，该分支耦合器连接到放大媒质的输入侧或其输出侧；以及反射元件，它们分别连接在放大媒质的输入侧和输出侧，并能反射预定光波长的光，其波长不同于输入光中所含信号光的波长，而分支耦合器放在一个反射元件与放大媒质的输入侧或输出侧之间。
按照本发明，用于光通讯系统中的光学发射机，通过抑制光学输出放大器中产生的光涌，它能够阻止光涌传播到其后各级的光学放大器中，该光通讯系统输出被光学输出放大器放大的光信号。此外，光学放大装置能够将光学输出放大器输出的振荡光相继地传播到其后各级光学放大器中，因此，可以避免其后各级光学放大器中产生光涌。
所以，抑制了由于输入光强度减小而使放大媒质增益的增大，并能有效地抑制信号光突然增大时产生的光涌。因此，阻止了光信号强度超过信号光接收区上光学部件的容限，从而避免了光学部件的过载。还获得了提高光接收部件和接收电路耐用性的优点，以及实现稳定的光通讯。
一个抑制光学放大器中出现光涌的方法，其特征是，若输入光强度减小，由振荡光释放在放大媒质中积累的激发能，振荡光的波长不同于输入光中所含信号光的波长，为的是抑制含有放大媒质的光学放大器输出光信号的光涌，此放大媒质放大含信号光的输入光，输出放大了的光。
用按照本发明抑制光学放大器中出现光涌的方法，若输入光强度减小，由振荡光释放在放大媒质中积累的激发能，振荡光的波长不同于输入光中所含信号光的波长，为的是抑制含有放大媒质的光学放大器输出光信号的光涌，此放大媒质放大含信号光的输入光，输出放大了的光。所以，避免了光信号强度超过信号光接收区上光学部件的容限，从而避免了光学部件的过载。还获得了提高光接收部件和接收电路耐用性的优点，以及实现稳定的光通讯。
图1是按照本发明光学放大器的一种配置框图；
图2是按照本发明光学放大器的另一种配置框图；
图3是按照本发明第一个实施例中光学放大器的配置框图；
图4是一个光通讯系统的配置框图，该系统采用本发明第一个实施例中的光学放大器；
图5是本发明第一个实施例中光学放大器所用光纤光栅结构的示意图；
图6是本发明第一个实施例中光学放大器所用光纤光栅的特性表；
图7是本发明第一个实施例中光学放大器所用光纤光栅的特性曲线；
图8是本发明第一个实施例中光学放大器所用可变光学衰减器的示意图；
图9是本发明第一个实施例中光学放大器所用可变光学衰减器的特性表；
图10是本发明第一个实施例中光学放大器所用光学放大媒质的特性曲线；
图11是解释本发明第一个实施例中光学放大器所用振荡光的说明图；
图12(a)和图12(b)是解释本发明第一个实施例中光学放大器所用振荡光的说明图；
图13是解释本发明第一个实施例中光学放大器所用振荡光的说明图；
图14是解释本发明第一个实施例中光学放大器所用振荡光的说明图；
图15是显示本发明第一个实施例中光学放大器所用光学放大媒质的特性图；
图16是解释本发明第一个实施例光学放大器中抑制光涌效果的说明图；
图17是解释本发明第一个实施例光学放大器中抑制光涌出现的效果图表；
图18是解释本发明第一个实施例光学放大器中抑制光涌效果的说明图；
图19是解释本发明第一个实施例光学放大器中抑制光涌效果的说明图；
图20是解释本发明第一个实施例光学放大器中抑制光涌效果的说明图；
图21是按照本发明第二个实施例中光学放大器配置的框图；
图22是解释本发明第二个实施例光学放大器中抑制光涌效果的说明图；
图23是图4所示光通讯系统中所用光学放大器的另一种配置框图；
图24是图4所示光通讯系统中所用光学放大装置的另一种配置框图；
图25(a)和25(b)是解释光学放大器中产生光涌的说明图；
图26是解释光学放大多级分程传输系统中光涌的产生和籍助光学放大器发出的激光抑制光涌的示意图；
图27表示光学放大器的信号输入—增益特性的一个实例曲线；
图28是内装激光谐振腔的光学放大器配置框图；
图29(a)和图29(b)是曲线图，每条曲线表示光纤光栅反射镜的透射率；
图30(a)至图30(c)是曲线图，每条曲线表示在每个输入功率下内装激光谐振腔的光学放大器输出谱；
图31(a)至图31(c)是曲线图，每条曲线表示激光在阈值附近运行的输出谱；
图32(a)和图32(b)是曲线图，表示有激光谐振腔时和无激光谐振腔时的输出谱；
图33(a)和图33(b)是曲线图，表示有激光谐振腔时和无激光谐振腔时产生的光涌；
图34(a)和图34(b)是曲线图，表示激光束的输出波形；以及
图35是曲线图，表示光学放大器中产生的光涌。
首先，本发明的一个方面将参照附图给以描述。
图1是按照本发明光学放大器的一种配置框图。图1所示的光学放大器1是由放大媒质2和反射元件3构成，放大媒质2放大输入光，还输出放大了的光，两个反射元件分别连接在放大媒质2的输入侧和输出侧，还能够反射预定光波长的光，其波长不同于输入光中所含信号光波长。
有了上述配置，若输入光强度减小，本发明的光学放大器1就能减缓放大媒质2的增益饱和，也能在增益再次增大之前产生振荡光。
所以，抑制了由于输入光强度减小而使放大媒质2增益的增大，并能有效地抑制信号光突然增大产生的光涌。因此，阻止了光信号强度超过信号光接收区上光学部件的容限，从而避免了光学部件的过载。还获得了提高光接收部件和接收电路耐用性的优点，以及实现稳定的光通讯。
图2是按照本发明光学放大器的另一种配置框图。图2所示光学放大器4是由放大媒质5，泵浦光源6，泵浦光入射耦合器7，反射元件8和分支耦合器9组成。
泵浦光源6产生泵浦光，而泵浦光入射耦合器7使来自泵浦光源6的泵浦光进入放大媒质5的一端。
放大媒质5利用泵浦光的激发能放大输入光，并输出放大了的光。
两个反射元件8分别连接在放大媒质5的输入侧和输出侧，并能反射预定光波长的光，其波长不同于输入光中所含信号光波长。
分支耦合器9放在放大媒质5与一个反射元件8之间，或者连接在放大媒质5的输入侧，或者连接在放大媒质5的输出侧，使从放大媒质5接收到的光信号分支。
在光学放大器4中，连接在放大媒质5输入侧和输出侧的反射元件8的反射率要设置成：放大媒质5的增益能够抑制光涌。此时，连接在放大媒质5输入侧的反射元件8的反射率设置成大于连接到放大媒质5输出侧的反射元件8的反射率。
或者，为了使放大媒质5的增益能够抑制光涌，可以提供一个衰减器，它将分支耦合器9分成两支的光信号衰减到预定的功率，还将衰减了的光信号输出到放在分支耦合器9一侧的反射元件8。此时，衰减器可以由可变衰减器构成。
泵浦光入射耦合器7可以由波分多路复用耦合器构成。
放大媒质5可以由掺稀土元素的光纤构成。掺稀土元素的光纤可以由掺饵光纤材料制成。
分支耦合器9可以由波分多路复用耦合器构成，通过波分多路复用作用，该耦合器将带信号光波长的光与反射元件8反射的预定光波长的光分开。
藉助上述配置，若输入光的强度减小，本发明的光学放大器4能够减缓放大媒质5的增益饱和，也能够在增益再次增大之前产生振荡光。
所以，抑制了由于输入光强度减小而使放大媒质与增益的增大，并能有效地抑制信号光强度突然增大时产生的光涌。所以，阻止了光信号强度超过信号光接收区上光学部件的容限，从而避免了光学部件的过载。还获得了提高光接收部件和接收电路耐用性的优点，以及实现稳定的光通讯。
若连接在放大媒质5输入侧的反射元件8的反射率设置成大于连接在放大媒质5输出侧的反射元件8的反射率，在此情况下，就可能使光学放大器4输出在光学放大器4中谐振的光，这个振荡光传播到其后各级光学放大器中。所以，可以抑制其后各级光学放大器中产生的光涌。
若分支耦合器9是由波分多路复用耦合器构成，通过波分多路复用作用，该耦合器将带信号光波长的光与反射元件8反射的预定光波长的光分开，可以阻止光学放大器中谐振的振荡光从光学放大器4输入口射出。此外，通过减小信号光波长上的插入损耗，可以降低光学放大器4的噪声因子。
另外，本发明的光学放大器含有放大媒质，它利用泵浦光的激发能放大输入光，输出放大了的光，此光学放大器的特征是，它包括：泵浦光源，用于产生泵浦光；泵浦光入射耦合器，它将泵浦光源射出的泵浦光引入放大媒质的一端；分支耦合器，它连接在放大媒质的输入侧，使送入放大媒质的光信号分支，作为第一分支信号的输出，并使从放大媒质接收到的光信号分支，作为第二分支信号的输出；反射元件，能够反射有预定光波长的光，其波长不同于输入光中所含信号光波长，一个反射元件连接在放大媒质的输入侧，分支耦合器放在二者之间，另一个反射元件连接在放大媒质的输出侧；输入监测器，根据从分支耦合器接收到的第一分支信号，监测输入放大媒质的光；以及可变衰减器，它将从分支耦合器接收到的第二分支信号衰减到预定的功率，并将衰减的第二分支信号输出到放在分支耦合器一侧的反射元件，其中，若输入光的强度减小到低于预置阈值，根据从输入监测器接收到的输入光监测器信息，控制可变衰减器中第二分支信号的衰减量，使放大媒质的增益减小到低于预定值。
光学放大器可以备有滤波器，在从分支耦合器接收到的第一分支信号中，只允许信号光波长的光传输，还将光输出到输入监测器。
若输入光的强度减小到低于预定阈值，本发明的光学放大器就控制可变衰减器中第二分支信号的衰减量，根据从输入监测器接收到的输入光监测器信息，使放大媒质的增益低于预定值，若根据从输入监测器接收到的输入光监测器信息，确定输入光强度减小时，则减缓放大媒质的增益饱和，还能使振荡光在增益再次增大之前产生。
所以，抑制了由于输入光减小而使放大媒质增益的增大，并能有效地抑制信号光突然增大时产生的光涌。因此，阻止了光信号的强度超过信号光接收段上光学部件的容限，从而避免了光学部件的过载。还获得了提高光接收元件和接收电路耐用性的优点，以及实现稳定的光通讯。
若光学放大器备有滤光片，它只允许第一分支信号中有信号光波长的光通过，还将此光输出到输入监测器，阻止从分支耦合器输出的一部分振荡光进入输入监测器，因此，可以避免输入监测器的精度下降。
此外，本发明的光学放大器含有放大媒质，它利用泵浦光的激发能放大输入光，并输出放大了的光，此光学放大器包括：泵浦光源，用于产生泵浦光；泵浦光入射耦合器，它将泵浦光源射出的泵浦光引入放大媒质的一端；第一分支耦合器，它放在放大媒质的输入侧，使送入放大媒质的光信号分支，作为第一分支信号输出；第二分支耦合器，它放在第一分支耦合器的输出侧，使得从放大媒质接收到的光信号分支，作为第二分支信号的输出；反射元件，能够反射预定光波长的光，其波长不同于输入光中所含信号光波长，一个反射元件连接在放大媒质的输入侧，第二分支耦合器放在二者之间；另一个反射元件放在放大媒质的输出侧，第二分支耦合器放在二者之间；输入监测器，根据从第一分支耦合器接收到的第一分支信号，监测输入放大媒质的光；以及可变衰减器，将从第二分支耦合器接收到的第二分支信号衰减到预定的功率，还将衰减的第二分支信号输出到放在第二分支耦合器一侧的反射元件，其中，若输入光的强度减小到低于预置阈值，根据从输入监测器接收到的输入光监测器信息，控制可变衰减器中第二分支信号的衰减量，使放大媒质的增益减小到低于预定值。
第二分支耦合器可以由波分多路复用耦合器构成，通过波分多路复用作用，将有信号光波长的光与反射元件反射的预定光波长的光分开。
若输入光的强度减小到低于预置阈值，本发明的光学放大器根据从输入监测器接收到的输入光监测器信息，通过使放大媒质的增益减小到低于预定值，来控制可变衰减器上第二分支信号的衰减量。藉助这一安排，若根据从输入监测器接收到的输入光监测器信息，确定输入光强度减小时，则减缓放大媒质的增益饱和，使振荡光能够在增益再次增大之前产生。
所以，抑制了由于输入光强度减小而使放大媒质增益的增大，并能有效地抑制信号光突然增大时产生的光涌。因此，阻止了光信号强度超过信号光接收区上光学部件的容限，从而避免光学部件的过载。还获得了提高光接收部件和接收电路耐用性的优点，以及实现稳定的光通讯。
若第二分支耦合器是由波分多路复用耦合器构成，则通过波分多路复用作用，该耦合器将信号光波长的光与反射元件反射的预定光波长的光分开，可以阻止光学放大器中谐振的振荡光从光学放大器的输入口射出。另外，通过减小与信号光波长相关的插入损耗，能够减小光学放大器的噪声因子。
在上述光学放大器中，输入光为低功率时，反射元件反射的光波长上的增益可以设置成高于信号光波长上的增益。
在上述光学放大器中，反射元件可以由光纤光栅构成。
另外，在光学放大器中，允许光输入和光输出的输入口和输出口都可以备有隔离器。藉助这些隔离器，可以阻止分功率的光经过输入口从光学放大器射出，还可以阻止从光学放大器输出口输出的光再进入光学放大器。
在上述光学放大器中，可以在光的输出口放一滤波器，它滤掉反射元件反射的光波长的光，只允许信号光波长的光通过，由此可以阻挡避免产生光涌的振荡光从光学放大器射出。
此外，本发明提供了一个光学放大装置，它至少包含两级光学放大器，每级光学放大器均含放大媒质，放大媒质利用泵浦光的激发能放大输入光，输出放大了的光。第一级上的光学放大器包括：泵浦光源，用于产生泵浦光；泵浦光入射耦合器，它将泵浦光源射出的泵浦光引入放大媒质的一端；分支耦合器，它至少连接在放大媒质输入侧和输出侧中的一侧，它将从放大媒质接收到的光信号分支；以及反射元件，它们分别连接在放大媒质的输入侧和输出侧，还能反射预定光波长的光，其波长不同于输入光中所含信号光波长，而分支耦合器放在放大媒质的输入侧或输出侧与一个反射元件之间。连接在放大媒质输入侧的反射元件的反射率大于连接到放大媒质输出侧的反射元件的反射率。
按照本发明的光学放大装置至少包括两级光学放大器，每级光学放大器均含放大媒质，放大媒质利用泵浦光的激发能放大输入光，输出放大了的光。此外，通过抑制第一级光学放大器中产生的光涌，此光学放大装置能够阻止光涌传播到其后各级光学放大器中，还能够将第一级光学放大器输出的振荡光相继地传播到其后各级的光学放大器中，因此可以阻止其后各级光学放大器中出现光涌。
所以，抑制了由于输入光强度减小而使放大媒质增益的增大，并能有效地抑制信号光突然增大时产生的光涌。因此，阻止了光信号强度超过信号光接收区上光学部件的容限，从而避免了光学部件的过载。还获得了提高光接收部件和接收电路耐用性的优点，以及实现稳定的光通讯。
本发明提供了用于光通讯系统中的光学发射机，该系统输出一个被光学输出放大器放大的光信号。输出放大器包括：放大媒质，利用泵浦光的激发能放大输入光，输出放大了的光；泵浦光源；用于产生泵浦光；泵浦光入射耦合器，它将泵浦光源射出的泵浦光引入放大媒质的一端；分支耦合器，把从放大媒质接收到的光信号分支，分支耦合器放在放大媒质的输入侧或输出侧；以及反射元件，它们分别连接在放大媒质的输入侧和输出侧，并能够反射预定光波长的光，其波长不同于输入光中所含信号光波长，而分支耦合器放在一个反射元件与放大媒质的输入侧或输出侧之间。
光通讯系统输出由光学输出放大器放大的光信号，按照本发明的光通讯系统中的光学发射机，通过抑制光学输出放大器中出现的光涌，能够阻止光涌传播到其后各级光学放大器中。另外，放大装置能够将光学输出放大器输出的振荡光相继地传播到其后各级的光学放大器中，因此，可以阻止其后各级光学放大器中出现光涌。
所以，抑制了由于输入光强度减小而使放大媒质增益的增大，并能有效地抑制信号光突然增大时产生的光涌。因此，阻止了光信号强度超过信号光接收区上光学部件的容限，从而避免了光学部件的过载。还获得了提高光接收部件和接收电路耐用性的优点，以及实现稳定的光通讯。
本发明提供了一个抑制光学放大器中出现光涌的方法，其特征是，当输入光强度减小时，振荡光就释放放大媒质中积累的激发能，振荡光的波长不同于输入光中所含信号光波长，为的是抑制从光学放大器输出光信号中的光涌，该光学放大器含有放大媒质，它放大含信号光的输入光，输出放大了的光。
在这一情况下，由光振荡导至激发能释放的程度可以这样控制，使放大媒质的增益低于出现光涌的增益。
按照本发明的抑制光学放大器中光涌的方法，若输入光的强度减小，振荡光就释放在放大媒质中积累的激发能，振荡光的波长不同于输入光中所含信号光波长，为的是抑制从光学放大器输出的光信号中的光涌，此光学放大器含有放大媒质，放大媒质由于包含信号光的光输入而产生一个放大了的输出。所以，阻止了光信号强度超过信号光接收区上光学部件的容限，从而避免了光学部件的过载。还获得了提高光接收部件和接收电路耐用性的优点，以及实现稳定的光通讯。
参照附图，以下描述本发明的第一个实施例。
图3是按照本发明第一个实施例中光学放大器的配置框图。
图3所示的光学放大器是用作放大图4所示光通讯系统中光信号的光学放大器。
如图4所示，光通讯系统10是由传输系统(光学发射机)11，传输线系统12，和接收系统(光学接收机)13组成，传输系统11包括信号传输段14和光学后置放大器(光学输出放大器)15，传输线系统12包括多个光学串联放大器16，接收系统13包括光学前置放大器17和信号接收区18。
传输系统(光学发射机)11利用光学后置放大器(光学输出放大器)15放大光信号，还将放大了的光信号传送到接收系统(光学接收机)13。
传输线系统12在将光信号放大和转送多次的同时，将从传输系统11接收到的光信号送到接收系统13。接收系统(光学接收机)13经传输线系统12接收来自传输系统11的光信号。
图3所示的光学放大器20可以用作图4所示的光学后置放大器15，光学串联放大器16，和光学前置放大器17。在第一个实施例中，对光学放大器20用作光学后置放大置15这种情况给以详细的解释。
图3所示的光学放大器20是这样的一个光学放大器，其中泵浦光功率被控制到给定的功率上。更具体地说，光学放大器20是由光学放大媒质24，泵浦光源31，WDM(波分多路复用)耦合器23，与输入监测器一起使用的输入监测器分支单元22，光纤光栅25和28，输入监测器30，可变光学衰减器27，控制电路32，滤波器29，以及隔离器21和26组成。
就是说，光学放大器20中的隔离器21，输入监测器分支单元22，WDM耦合器23，光学放大媒质24，光纤光栅25，和隔离器26从输入侧开始按上述顺序排列。
可变光学衰减器27和光纤光栅28连接到输入监测器分支单元27的两条光学分支路径中的一条，滤波器29和输入监测器30连接在另一条光学分支路径。
泵浦光源31连接到WDM耦合器23，控制电路32连接到输入监测器30和可变光学衰减器27。
通过利用泵浦光源31射出的泵浦光激发能，光学放大媒质24放大输入光，输出放大了的光。光学放大媒质24是由掺稀土元素的光纤构成(特别是掺饵(Er)光纤)。
除了作为主要信号分量的信号光以外，输入到光学放大器20的光包括其波长不同于信号光(在1.55μm波段)的光(例如，波段在1.53μm的光)。
图10表示光学放大媒质24一般的增益特性曲线。如图10所示，光学放大媒质24的增益特性是，能被光纤光栅25和28反射的光波长上的增益大于信号光波长上的增益，用作反射元件的光纤光栅25和28以后还会描述。
在第一个实施例中，给出的说明是假定信号光波长是在1.55μm(1553nm)波段，能够被光纤光栅25和28反射的光波长是在1.53μm(1535nm)波段。
如图3所示，光纤光栅28经过WDM耦合器23，输入监测器分支单元22，和可变光学衰减器27，放在光学放大媒质24输入侧。如图3所示，光纤光栅25放在光学放大媒质24的输出侧。
光纤光栅25和28能够反射预定波长(以后要详细描述的振荡光)的光，其波长不同于输入光中所含信号光的波长，因此起到了反射元件的作用。
光纤光栅25和28具有陡峭的滤波特性，如图10所示，当输入光的功率低时(例如，在小信号输入时)，选取光学放大媒质24增益为最大的波长(在1.53μm波段)的光。这样选取出来的光被光纤光栅25和28反射。
更具体地说，光纤光栅25和28是对某一波长(在1.53μm波段)具有高反射特性的光学器件，即当小信号输入时，光学放大媒质24在这一波长上的增益大于信号光(在1.55μm波段)波长上的增益。
在第一个实施例中，光纤光栅25和28的反射率是通过这样的方法确定的，即，借助光学放大媒质24的输入—增益特性曲线能够抑制前述光涌(光学放大媒质24的增益调整将在以后详细描述)。
尤其是在第一个实施例中，连接在光学放大媒质24输入侧的光纤光栅28的反射率设置成大于连接在光学放大媒质24输出侧的光纤光栅25反射率。
如图5所示，每一根光纤光栅25或28的结构是这样的，通过UV辐射曝光(即，UV修整)，在波导路径33上形成光栅34，为的是反射所需波长的光信号。
具有布拉格(Bragg)波长λB的光栅34在光纤光栅25和28中形成的情况下，若光信号λA和λB进入端口P1，则光信号λA输出到端口P2，光信号λB被光栅34反射，从端口P1射出。
更具体地说，具有布拉格波长为1.53μm的光栅34在第一个实施例的光纤光栅25和28中制成。若波长为1.55μm的信号光和波长为1.53μm的振荡光进入端口P1，则波长为1.55μm的信号光输出到端口P2，而波长为1.53μm的振荡光在被光栅34反射之后，输出到端口P1。
图6说明应用于第一个实施例的光纤光栅25和28反射特性实例。如图7所示，在此情况下，光纤光栅25和28反射1.53μm波段的振荡光。
图3所示的泵浦光源31产生给定强度的泵浦光。
WDM耦合器23是一个执行WDM分离的波分多路复用(WDM)分离耦合器。这个WDM耦合器23将从泵浦光源31接收到的泵浦光引入光学放大媒质24的一端，它用作泵浦光入射耦合器。
如图3所示，输入监测器分支单元22连接在光学放大媒质24的输入侧，将从隔离器21接收到的信号光分成两支。如此分成两支的信号光输出到输入监测器30，作为1.55μm波段的输入监测器信号(即第一分支信号)。此外，输入监测器分支单元22将从其后级光纤光栅25反射，经光学放大媒质24的光分成两支。如此分成两支的光输入到光纤光栅28，作为1.53μm波段的振荡光(即第二分支信号)。在这一方法下，输入监测器分支单元22用作分支耦合器。
输入监测器分支单元22是一分功率耦合器，它将输入光的功率分成两部分。
根据从输入监测器分支单元22经滤波器29接收到的输入监测器信号，输入监测器30监测从隔离器21输出的光，并将有关输入到光放大媒质24的光的监测器信息(即输入光监测器信息)输出到控制电路32。
为了借助光学放大媒质24的输入—增益特性(调节光学放大媒质24增益将在以后详细描述)抑制光涌，可变光学衰减器27灵活地衰减输入监测器分支单元22分支路径上的光强，使得此光强根据输入光强度的减小达到预定的功率。衰减了的光信号输出到输入监测器分支单元22一侧的光纤光栅28。
如前所述，通过将光纤光栅25和28的反射率设定在任意的反射率上，以调节光学放大媒质24的增益。若光纤光栅25和28是为光学放大器20配置的，则振荡光会不断地增强，与输入光强度无关。
正因为如此，第一个实施例中的光学放大器20配置了可变光学衰减器27，它按照输入光强度的减小灵活地衰减振荡光的强度，为的是控制来自光纤光栅25和28振荡光的反射量，从而控制光学放大媒质24的增益。
简单地说，当输入光强度等于或大于给定值时(当信号光输入时)，可变光学衰减器27控制光学放大媒质24的增益，为的是阻止振荡光在光学放大媒质24中产生。与此相反，当输入光强度低于给定值时(输入光强度减小直到无信号光输入的过程)，可变光学衰减器27控制光学放大媒质24的增益，使振荡光在光学放大媒质24中产生。
在第一个实施例中，为了高效率地反射振荡光，即，当振荡光出现时，为了增大光学放大媒质24增益阈值的可控范围，可变光学衰减器27放在具有高反射率的光纤光栅28之前。
如图8所示，可变光学衰减器27是一个双向可变光学衰减器，它是由可变光学衰减器的主体35和通过相应光缆37连接到主体35的两个连接器36组成。
两个连接器36分别连接到输入监测器分支单元22和光纤光栅28。
可变光学衰减器27具有例如图9所示的特性。
控制电路32根据从输入监测器30接收到的输入光监测器信息运行如下。若输入光强度减小到低于预置阈值；就是说若输入光强度是低的(或，如果有一小信号输入)，控制电路32就这样控制可变光学衰减器27中振荡光的衰减量，使放大媒质24中信号光波长(在1.55μm波段)上的增益减小到低于预定值。
控制电路32的功能是利用，如一个处理器的软件处理执行的。
滤波器29只允许具有信号光波长1.55μm波段)的光通过，该光包含在以输入监测器分支单元22接收到的。输入监测器信号中。这样，滤波器29阻止部分振荡光进入输入监测器30，以及将允许通过的光输出到输入监测器30。
隔离器21和26只允许光按附图中箭头所指的方向通过，两个隔离器21和26分别连到接收输入光的输入口和输出光信号的输出口。
现在描述以上提到的振荡光。振荡光是从光纤光栅25和28反射的光，它具有预定的波长(在1.53/μm波段)，此波长不同于输入光中所含信号光的波长(在1.55μm波段)。
此光是在满足图11所示的功率条件以及图12(a)和图12(b)所示相位条件下振荡。
如图11所示，倘若光学放大媒质24的增益为G(dB)，放在光学放大媒质24前侧的光学元件38反射率为R1(dB)，以及放在光学放大媒质24后侧的光学元件39反射率为R2(dB)，当满足下列公式(1)时，振荡就出现。 G ( R 1 · R 2 ) 1 / 2 = 1 . . . . . . . ( 1 )
从公式(1)显而易见，较高增益(G)更容易引起振荡。
放在光学放大媒质24前侧的光学元件38(图11中所示)代表图3所示光学放大媒质24前侧上放置的光学部件(即，WDM耦合器23，输入监测器分支单元22，等等)总体形式。放在光学放大媒质24后侧的光学元件39(图11中所示)代表图3所示光学放大媒质24后侧上放置的光学部件(即，光纤光栅25和隔离器26)总体形式。
图12(a)和图12(b)是激光谐振腔内驻波的说明性表示。
通常，激光振荡在激光谐振腔内持续的状态下，具有平行于反射镜的等相面的光驻波是由激光谐振腔内光的来回反射形成的。此驻波穿过反射镜形成输出光。
驻波具有图12(a)和图12(b)所示的形式。若激光谐振腔的纵向长度为L，介质的折射率为“n”，整个长度L是整数“q”与介质内半波长λ/(2n)的乘积。所以，我们得到
    [λ/(2n)]×q＝L              (2)
当图12(a)和图12(b)所示相位条件满足时，就出现振荡。
图13和图14表示图3光学放大器的振荡实验结果，这是在图11，图12(a)，和图12(b)条件下，采用恒定泵浦功率控制方法得到的。
为了使振荡最容易出现，该实验是在无信号输入以及使用与波长无特殊关系的反射元件的状态下进行的。以泵浦光源射出的泵浦光波长(即泵浦波长)设定在1.48μm。
图13说明此实验结果，由此结果可以确认振荡是在1.53μm波段出现的(见图10)，在此波段上，随着输入到光学放大媒质信号强度的减小，增益基本上恢复。
如前面参照公式(1)所描述的，其理由是较高的增益更容易引起振荡。
如图14所示，增益宽度(见图14的“间歇区”)是在振荡总是出现(见图14的“稳定振荡区”)的增益与振荡不出现(见图14的“中止区”)的增益之间，在增益宽度内振荡与否是不明确的(而振荡间歇发生)。从实验结果知道，振荡有保障的增益与不出现振荡的增益之间的边界区为7.3dB左右。振荡不确定出现的增益宽度以下称之为振荡有/无界限宽度。
一般都知道，物理上确定的振荡有/无界限宽度(或理论上的振荡有/无界限宽度)约为1.3dB，这是直接调制半导体激光器单模运所需的主模与次模之间损耗差。
据估计，存在着振荡有/无界限宽度是由于光学放大媒质的增益和实际光学放大器反射无件的反射率与偏振有关系。
尤其是认为，采用反射率低至-50dB左右的光学器件作为实验中的反射元件，导致偏振关系的更大影响。所以，振荡有/无界限宽度可能比物理上确定的更宽。
为了防止出现这一问题，第一个实施例中光学放大器20采用高反射率的光纤光栅25和28作为反射元件。由于在光学放大媒质24之前和之后放置了光纤光栅25和28，减小了反射元件反射率对偏振的依赖关系，从而减小了振荡有/无界限宽度(这样一来就接近理论值1.3dB)。
上述光学放大媒质24的增益调节将参照图15给以描述。图15画出小信号输入时光学放大媒质24的增益特性曲线。
在图15中，高反射率的光纤光栅25和28没有放置在光学放大媒质24输入侧和输出侧的信号传输路径情况下(或不出现振荡的情况下)，曲线A和曲线B分别表示光的相应波长为1535nm和1553nm的增益特性曲线。
曲线C描述光波长为1553nm(信号光)的增益特性，这是具有高反射率的光纤光栅25和28放在光学放大媒质24输入侧和输出侧的信号传输路径情况下(或振荡在波长为1535nm处出现的情况下)得到的曲线。
当输入减小时，光学放大媒质24的增益从饱和状态返回。因此，如图15中曲线A和曲线B所示，光学放大媒质24的增益随输入信号强度的减小而增大。
然而，在输入信号强度减小而出现振荡的情况下，如图15中曲线C所示，当振荡出现时，光学放大媒质24的增益固定在一个给定的增益值上(这种固定的增益以下称之为“光学放大媒质24的阈值增益”)。
如以前参照图10所描述的，这是由于光学放大媒质24特性曲线的缘故，即在小信号输入时(即，当输入信号光的功率低时)，被光纤光栅25和28反射的光波长上(在1.53μm波段)的增益大于信号光波长上(1.55μm波段)的增益，如图15中曲线A和曲线B所示。
光涌的出现是因为输入信号强度减小而使光学放大媒质24的增益增大。因此，第一个实施例中光学放大器20的光涌抑制效果可以通过比较图15所示曲线A与曲线B而确定。
如上所述，当小信号输入时，利用光纤光栅25和28，第一个实施例中光学放大器20有效地引起1.53μm波段上的振荡，在此波段上容易出现振荡。由于输入信号强度的减小而使光学放大媒质24的增益增大时，利用可变光学衰减器27，调节光学放大媒质24出现振荡光的闽值增益来抑制其增益增大。结果，光学放大媒质24的增益固定在一个能抑制光涌的值上(见图15中曲线C)。
第一个实施例中光学放大器20的设计要点将根据图15所示光学放大媒质24增益特性曲线的实验结果给以描述。
第一个实施例中光学放大器20的设计要点表示在以下(1)至(4)中。(1)出现振荡的光学放大媒质24阈值增益大于光学放大媒质24所需的增益。(2)适当地设定光学放大媒质24增益以及放在光学放大媒质24之前和之后的光学部件(见图11中参考数字38和39)反射率。反射率这样设定，当输入光的强度高时(或在高于图15E点的输入区)，保证不产生振荡。换句话说，反射率必须这样设定，使公式(1)的G
Figure C9712241900291
在图14所示的振荡中止区。
另外，当输入光的强度减小时(或输入光强度在低于图15D点的输入区)，反射率的设定要保证出现振荡。换句话说，反射率必须这样设定，使
Figure C9712241900292
在图14所示的稳定振荡区。(3)光学放大器20要设计成振荡有/无界限宽度(图14所示的间歇区)接近于最小值(或理论值1.3dB)。
更具体地说，必须这样设计光学放大器20：选取具有低偏振依赖关系(PDL)的光学部件，使光学放大器对偏振的依赖关系最小。此外，必须减小对偏振涨落的影响，这可通过牢固地固定组成光学放大器20的光学元件，为的是不受外界变化的影响。
如前面所述，为了减小对偏振的依赖关系，采用高反射率的光学器件是很重要的。为此，用光纤光栅25和28作第一个实施例中具有高反射率的光学器件。(4)选取具有高增益的光学放大媒质24，以便通过扩展满足振荡相位条件的波段，保证出现振荡。
藉助以上设计要点，如图15中曲线C所表明的，在用制止产生光涌的原因来抑制光涌的同时，第一个实施例中光学放大器20放大光信号；就是说，光涌产生的原因是由于输入光的减小而使光学放大媒质24的增益增大，甚至在输入光强度减小之后，出现一个带陡峭上升边缘的光输入。
首先，在图3所示的光学放大器20中，波长(在1.53μm波段)设定为振荡光波长，因为在该波长下光学放大媒质24的增益大于小信号输入时的信号光波长的增益。
当光信号进入光学放大器20时，输入光经隔离器21，输入监测器分支单元22，和WDM耦会器23输入到光学放大媒质24。
光学放大媒质24放大输入光，还将放大了的光输出到光纤光栅25。
光纤光栅25将输入光中带有信号光波长(在1.55μm波段)的光输出到隔离器26。输入光中带振荡光波长(在1.53μm波段)的光(振荡光)被光纤光栅25反射，这一反射光重新进入光学放大媒质24。
光学放大媒质24将振荡光经WDM耦合器23和输入监测器分支单元22输出到可变光学衰减器27。
与此对照，一部分输入到光学放大器20的光被输入监测器分支单元22分成两支，一束分支光以输入监测器信号的形式经滤波器29输入到输入监测器30。
根据输入监测器信号，输入监测器30监测来自输入口输入到光学放大媒质24的光。监测器的结果作为输入光的监测器信息输出到控制电路32。
举例说，若根据从输入监测器30接收到的输入光监测器信息，确认输入光的强度减小到低于预置阈值，控制电路32控制可变光学衰减器27中振荡光的衰减量，使放大媒质24中信号光波长(在1.55μm波段)的增益减小到低于预定值。
如上所述，强度被可变光学衰减器27控制的振荡光输出到放在输入监测器分支单元22近傍的光纤光栅28 。
光纤光栅28反射预定波长的光(即，在1.53μm波段的光)，其波长不同于信号光波长，这一反射光重新进入可变光学衰减器27。
这样，若输入光的强度减小，振荡就在光纤光栅25与光纤光栅28之间出现，从而控制了光学放大器20中光学放大媒质24的阈值增益。
就是说，当小信号输入时或无信号时，由于光学放大媒质24增益饱和的减缓，使得在光学放大媒质24增益增大之前射出振荡光，光学放大媒质24就释放过多积累的激发能。
通过调整光纤光栅25和28的反射率以及调整可变光学衰减器27中光的衰减量，就控制了振荡引起的激发能释放程度，使光学放大媒质24的增益小于光涌所允许的增益值(即，在此增益值上光涌可能出现的数量小于所定值)。
所以，光学放大媒质24的增益固定在阈值增益上，从而抑制了随输入信号减小在信号光波长上(在1.55μm波段)光学放大媒质24增益的增大。因此，在光涌被抑制的同时能够放大光信号。
简而言之，当输入信号强度减小时，有意识地产生振荡光和释放过多积累的泵浦光能量，就可以在抑制光涌的同时放大光信号。
第一个实施例中光学放大器20的光涌抑制效果是通过以下出现光涌的情况(1)至(4)互相比较来加以描述的。
图16是光学放大媒质24的增益特性曲线。横轴表示信号输入(dBm)，纵轴表示光学放大媒质24的增益(dB)。在图16中，G是信号光波长1.55μm上的增益(dB)，F是有较高增益放大的光波长(例如，1.53μm)上的增益。
图17是根据图16所示增益特性曲线，说明减小光涌的效果表。(1)即使在输入光减小时也不出现振荡的情况
这是普通光学放大器的实例，光涌在其中不受抑制。
图19表示图18所示波形的信号光输入到该光学放大器时的信号光输出波形。
此时，随着光信号输入的减小，光学放大媒质增益的增加量最大，产生的光涌量(Δ+β+γ)也最大，如图16，17和19所示。(2)振荡伴随着输入信号强度的减小而出现的情况
这个实例相当于在与情况(1)相同的条件下光信号输入减小的过程中出现振荡。在此情况下，当振荡出现时，光学放大媒质中增益的增大受到抑制。所以，伴随输入信号的减小而使光学放大媒质增益增大的增加量(△+β)与情况(1)中增加量比较，可以发现光涌减小。(3)光学放大媒质的增益在信号光波长上减小的情况根据公式(1)
Figure C9712241900321
，当光学放大媒质中的光学部件反射率R1，R2增大时，光学放大媒质的闽值增益G就减小。
更具体地说，情况(3)涉及到光学放大器中光学部件的反射率在信号光波长(在1.55μm波段)上增大的情况，在此情况中，当与情况(2)中的振荡程度比较时，此振荡程度由于反射率增大而变大。可以看出，把光学放大媒质中的增益随光信号输入的减小而增大的增加量(△)与情况(2)中增加量比较，光涌减小的效果已经改善了。
然而，从图14可以看出，存在着一个出现振荡的振荡有/无界限宽度，不可能把总的光涌减小到振荡有/无界限量△(按照图14中所示实验结果为7.5dB)，此量△是伴随光信号输入减小而使光学放大媒质24增益增大的最小值。(4)伴随光信号减小而使增益在某一波长下有大量增加，光学放大媒质增益在此波长下减小的情况。
这种情况是，通过增大光学放大媒质20中光学部件在此波长(在1.53/μm波段)上的反射率R1，R2，使光学放大媒质24的阈值增益减小，光学放大媒质24的增益在该波长上增大到大于信号光波长(在1.55μm波段)上的增益，它类似于第一个实施例中光学放大器20。
图20表示图18中所示波形的光信号输入到光学放大器20时得到的光信号输出波形。
在此情况下，当与情况(3)的振荡程度比较时，由于光学部件的反射率在光学放大媒质具有高增益的波长上(或者在振荡易于出现的波长上)增大，振荡功率变得较高。与情况(3)中伴随着光信号输入减小而使光学放大媒质24增益增加量的减小比较，可以减小α，所以增加量变为△-α(见图16，17，和20)。
特别是，第一个实施例中的光纤光栅25和28用作能够取出某一波长的光学器件，当有小信号输入时(即，在1.53μm波段的振荡光)，利用光纤光栅陡峭的滤波特性，光学放大媒质24的增益在该波长上变成最大。因此，光学放大媒质24的反射特性得到改善，从而产生更大的效果。
第一个实施例中光学放大器20用作图4所示光通讯系统10的光学后置放大器15，现对这个情况下抑制光涌的效果给以说明。
在信号波形及信号功率变化的影响下，光学后置放大器15首先产生光涌。因此，在第一个实施例中，通过抑制光学后置放大器15中光涌的产生，就可以防止光涌传播到放在光学后置放大器15之后的各个光学放大器中(例如，图4所示的光学串联放大器16和光学前置放大器17)。
此外，在第一个实施例中，高反射率的光纤光栅28放在光学后置放大器15(光学放大器18)中光学放大媒质24的输入侧，低反射率的光纤光栅25放在光学放大媒质24的输出侧。从光学后置放大器15输出的振荡光能够相继地传播到光学后置放大器之后的各个光学放大器。因此，也可以抑制光学后置放大器15之后各个光学放大器中的光涌，虽然这些光学放大器没有防止光涌的任何能力。
与光学串联放大器16和光学前置放大器17比较，光学后置放大器15运行在光学放大媒质24大的增益饱和度区域内(或者大的输入的区域内)的一个工作点。因此，随着光信号输入的减小量而使光学放大媒质24增益增大的增加量是大的，从而具有抑制光涌的很大效果。
这样，按照第一个实施例的光学放大器20，光纤光栅25和28分别放在光学放大媒质24的输入侧和输出侧。另外，光学放大器20配置了输入监测器30，可变光学衰减器27，和控制电路32。从输入口输入到光学放大媒质24的光被输入监测器30监测。根据监测结果，控制电路32控制振荡光在可变光学衰减器27中的衰减量。若输入光强度减小，就减缓光学放大器24的增益饱和，使振荡光在增益增大之前能够输出。所以，可以抑制伴随着信号光波长上输入的减小而使光学放大媒质24增益的增大。
因此，当有陡峭上升边缘的光输入到光学放大媒质24时，可以有效地抑制光涌的发生。
更具体地说，一旦输入光强度减小，通过由于用了光纤光栅25和28，第一个实施例中光学放大器20能够由振荡光释放光学放大媒质24中积累的激发能，此振荡光的波长不同于输入光中所含信号光的波长。因此，能够有效地抑制光学放大器20输出的光信号中的光涌。
第一个实施例中光学放大器20能够有效地抑制由信号光突然增大造成的光涌。防止了信号光强度把过大的负载加到接收光信号的接收区上的光学部件，这种负载超过了光学部件容限。还能够提高光学接收元件和接收电路的耐用性，从而能够实现稳定的光通讯。
此时，有可能用可变光学衰减器27和高反射率的光纤光栅28调节光学放大器24在振荡波长上的阈值增益。所以，能够避免由于放入输入监测器分支单元22带来的信号光损耗。
放置在光学放大媒质24输入侧的光纤光栅28，其反射率设定成大于放置在光学放大媒质24输出侧的光纤光栅25的反射率。这可以使光学放大器20内来回反射的振荡光射出并穿过放在光学放大器20之后的各个光学放大器，也可以抑制放在后一级光学放大器的光涌。
可变光学衰减器27和光纤光栅28连接在光学分支路径上，此光学分支路径是在输入监测器分支单元22原有光学分支路径相对的一侧，输入监测器30，等器件连接到输入监测器分支单元22。这就免去了需要一个新的分支单元，从而简化光学放大器20。
另外，配置的滤波器29只让输入监测器信号中所含信号光波长的光进入输入监测器30，该输入监测器信号是从输入监测器分支单元22接收到的。避免了输入监测器分支单元22输出的振荡光部分地进入输入监测器30，从而能防止输入监测器30的精度下降。
放在输入监测器分支单元22前级的隔离器21能防止输入监测器分支单元22分功率的光经输入口从光学放大器20中输出。此外，连接在输出口的隔离器26能防止从光学放大器20经输出口输出的光再进入。
第一个实施例中光学放大器20用作图4所示光通讯系统10的光学后置放大器15，能够抑制在这种情况下光学后置放大器15中出现的光涌。这就可以避免光涌相继地传播到后面各级光学放大器中(例如，图4所示的光学串联放大器16和光学前置放大器17)。另外，从光学后置放大器15输出的振荡光相继地传播到后几级光学放大器，从而能抑制后几级光学放大器中的光涌。
所以，避免了光信号强度把过大的负载加到接收光信号的光接收区上的光学部件，这种负载超过了光学部件的容限。还能提高光接收部件和接收电路的耐用性，从而有可能实现稳定的光通讯。
带通滤波器可以代替光纤光栅25和28，这种滤波器也具有相似的效果。
只要阻止振荡光通过而只允许光信号通过的滤波器放置在光纤光栅25的输出信号传输路径上，为防止产生光涌的振荡光能够避免从光学放大器20射出。
图21是按照第二个实施例的光学放大器配置框图。
类似于图3所示的光学放大器20，图21所示光学放大器20A可以用作图4中所示光通讯系统10中放大光信号的光学放大器。
类似于图3所示的光学放大器20，图21所示光学放大器20A可用作图4所示光学后置放大器15，光学串联放大器16，和光学前置放大器17。在第二个实施例中，对光学放大器20A用作后置放大器15的情况将详细地给以说明。
图21所示光学放大器20A是一个采用恒定输出控制方法的光学放大器。更具体地说，光学放大器20A是由光学放大媒质24，泵浦光源31，WDM(波分多路复用)耦合器23，输入监测器分支单元22，光纤光栅25和28，输入监测器30，可变光学衰减器27，滤波器29，隔离器21和26，输入监测器控制电路42，输出监测器分支单元40，输出监测器41，以及输出监测器控制电路43组成。
更具体地说，隔离器21，输入监测器分支单元22，WDM耦合器23，光学放大媒质24，光纤光栅25，隔离器26，以及输出监测器分支单元40，按照这个顺序从光学放大器20A的输入侧布置。
如同图3所示光学放大器20的情况一样，输入监测器分支单元22的一条光学分支路径连接到可变光学衰减器27和光纤光栅28。此外，滤波器29和输入监测器30连接到输入监测器分支单元22的另一条光学分支路径。
另外，类似于图3所示的光学放大器20，泵浦光源31连接到WDM耦合器23。
第二个实施例中光学放大器20A的输入监测器30和可变光学衰减器27连接到输入监测器控制电路42。
输出监测器41和输出监测器控制电路43连接到输出监测器分支单元40，输出监测器控制电路43连接到泵浦光源31。
光学放大媒质24，泵浦光源31，WDM耦合器23，输入监测器分支单元22，光纤光栅25和28，输入监测器30，可变光学衰减器27，滤波器29，以及隔离器21和26在功能和结构上与第一个实施例相同。
输入监测器控制电路42具有与第一个实施例中控制电路32相同的功能和结构。
如图21所示，输出监测器分支单元40放在光学放大媒质24的输出侧，它将从光学放大媒质24接收到的经光纤光栅25和隔离器26的光信号分成两支。这一分成两支的光信号在1.55μm波段上以输出监测器信号的形式输出到输出监测器41。
根据从输出监测器分支单元40接收到的输出监测器信号，输出监测器41监测从光学放大媒质24经光纤光栅25输出的光。然后，输出监测器41输出一个输出光监测器信息信号到输出监测器控制电路43。
根据从输出监测器41接收到的输出光监测器信息，输出监测器控制电路43的运行如下。若输出光强度高于或低于预置阈值强度，输出监测器控制电路43便控制泵浦光源31的泵浦光强度，使输出光强度变成与预置阈值强度相等。
控制电路43的功能是通过使用处理器的软件处理来执行的。
藉助前面所述配置，即使当光信号的输入突然增大时，通过抑制产生光涌的原因，第二个实施例中光学放大器20A在抑制光涌的同时放大光信号；就是说，产生光涌的原因如同第一个实施例中光学放大器20的情况一样，光学放大媒质的增益随着光信号输入的减小而增大。
光学放大器20A采用输出恒定控制方法，所以，输出监测器控制电路43用这样的方式来实现控制作用，即泵浦光源31中泵浦光的强度随输入光的减小而增大。与采用泵浦光功率恒定控制方法(见图16)的第一个实施例光学放大器20相反，如图22所示，伴随输入光的减小而使光学放大媒质24增益增大的程度变大了(见图22中曲线H和曲线I)。
因此，与采用泵浦光功率恒定控制方法的光学放大器20比较，光学放大器20A变得更容易在1.53μm波段引发振荡。所以，可以更有效地抑制光涌。
如上所述，第二个实施例中光学放大器20A分别在光学放大媒质24输入侧和输出侧配置了光纤光栅25和28，同时配置了输入监测器30，可变光学衰减器27，和输入监测器控制电路42。输入监测器30监测从输入口输入到光学放大媒质24的光，根据监测结果，输入监测器控制电路42控制可变光学衰减器27中振荡光的衰减量。所以，可以产生与第一个实施例中光学放大器20产生的相同效果。
此外，第二个实施例中光学放大器20A采用输出恒定控制方法，所以，输出监测器控制电路43用这样的方式来实现控制作用，即泵浦光源31中泵浦光的强度随输入光的减小而增大。伴随着输入光的减小而使光学放大媒质24增益增大的程度变大了。
因此，光学放大媒质20A变得更容易引发1.53μm波段的振荡。所以，可以更有效地抑制光涌。
在以上第一个实施例和第二个实施例中，虽然只说明了光学放大器20和20A用作图4所示光通迅系统中光学后置放大器15的情况，但是，如前面所述，光学放大器20和20A也可以用作图4所示的光学串联放大器16和光学前置放大器17。
光学放大器20和20A用作放在图4所示传输系统11近傍的光学串联放大器16时，从光学串联放大器16输出的振荡光能够相继地传播到其后各级的光学放大器，此振荡光能够依次抑制其后各级光学放大器出现的光涌。
光学放大器20和20A用作放在图4所示接收系统13之前的光学前置放大器17时，在抑制光涌的同时能够放大光信号并将它输出到接收系统13。
所以，避免了光信号强度把过大的负载加到接收光信号的光接收区上光学部件，这种负载超过了光学部件的容限。还能提高光接收部件和接收电路的耐用性，从而有可能实现稳定的光通讯。
光学前置放大器一般配置滤波器，只允许光信号通过光学放大媒质的输出侧，所以，传送的振荡光被滤波器去除了。
因此，振荡光没有从光学前置放大器17输出，从而能避免振荡光对接收系统13的影响。
在图4所示的光通讯系统10中，图23和图24所示的光学放大器和光学放大装置可以用作光学后置放大器15，光学串联放大器16，和光学前置放大器17。
图23所示的光学放大器20B有光学放大媒质(放大媒质)24，它利用泵浦光的激发能放大输入光，输出放大了的光。光学放大器20B的特征是，它包括：泵浦光源31，用于产生泵浦光；WDM耦合器23，它把从泵浦光源31接收到的泵浦光引入到光学放大媒质24的一端；输入监测器分支单元45，它放在光学放大媒质24的输入侧，并作为第一分支耦合器，用于把输出到光学放大媒质24的光信号分成两支，还输出一束分支光信号，作为1.55μm波段的输入监测器信号(即，第一分支信号)；振荡光分支单元44，它放在输入监测器分支单元45的输出侧，并作为第二分支耦合器，用于把从光学放大媒质24接收到的光信号分成两支，还输出一束分支光信号，作为1.53μm波段的振荡光(即，第二分支信号)；光纤光栅28和25，它们经振荡光分支单元44分别放在光学放大媒质24输入侧和输出侧，还能反射预定波长的光，其波长不同于输入光中所含信号光波长；输入监测器30，它根据从输入监测器分支单元45接收到的输入监测器信号，监测输入到光学放大媒质24的光；可变光学衰减器(可变衰减器)27，把从振荡光分支单元44接收到的振荡光衰减到预定的功率，还把衰减了的振荡光输出到放在振荡光分支单元44近傍的光纤光栅28；以及控制电路32，它根据从输入监测器30接收到的输入光监测器信息，若输入光强度已经减小到低于预置阈值，控制电路32控制可变光学衰减器27中振荡光的衰减量，使放大媒质24的增益减小到低于预定值。
此时，虽然振荡光分支单元44可以由把输入光功率分成两部分的分功率耦合器构成，但是，它也可以由波分多路复用(WDM)分离耦合器构成，此耦合器通过WDM分离作用将信号光波长(在1.55μm波段)与光纤光栅28反射的预定波长(在1.53μm波段)分开。
输入监测器分支单元45需要由把输入光功率分成两部分的分功率耦合器构成。
在此情况下，完全能够产生与第一个实施例中光学放大器20产生的相同作用和效果。
当振荡光分支单元44是由波分多路复用耦合器构成时，可以防止光学放大器20B内来回反射的振荡光从光学放大器20B的输入口射出。此外，能够减小信号光波长上的插入损耗以及光学放大器20的噪声因子。
关于图23所示的光学放大器20B，振荡光分支单元44放置在光学放大媒质24与光学放大媒质24输入侧的光纤光栅28之间，对于这种情况已经作了说明。振荡光分支单元44也可以放置在光学放大媒质24与光学放大媒质24输出侧的光纤光栅25之间。
图24所示的光学放大装置46至少有多于两个连在一起的光学放大器47，每个光学放大器有光学放大媒质(放大媒质)24，放大媒质利用泵浦光的激发能放大输入光，输出放大了的光。光学放大装置46的特征是，放在第一级的光学放大器47包括：泵浦光源31，用于产生泵浦光；WDM耦合器23，它用作泵浦光引入耦合器，把从泵浦光源31接收到的泵浦光引入到光学放大媒质24的一端；振荡光分支单元44，它放在光学放大媒质24输入侧和输出侧二侧中至少一侧，把从光学放大媒质24接收到的信号光分成两支；光纤光栅28和25，它们能够反射预定波长的光，其波长不同于输入光中所含信号光波长，并放置在经振荡光分支单元44的光学放大媒质24输入侧和输出侧；放在光学放大媒质24输入侧的光纤光栅28，其反射率要大于放在光学放大媒质24输出侧的光纤光栅25反射率。
在这种情况下，完全能够产生与第一个实施例中光学放大器20产生的相同作用和效果。
通过抑制第一级光学放大器47中的光涌，图24所示的光学放大装置46能够防止光涌传播到其后面各级光学放大器47。由于在光学放大媒质24输入侧放了高反射率的光纤光栅28和在其输出侧放了低反射率的光纤光栅25，从第一级光学放大器47输出的振荡光能够相继地传播其后各级光学放大器47，从而能进一步抑制后面各级光学放大器47中出现的光涌。
所以，避免了光信号强度把过大的负载加到接收光信号的光接收区上的光学部件，这种负载超过了光学部件的容限。还能提高光接收部件和接收电路的耐用性，从而有可能实现稳定的光通讯。
实际上，制造反射率与设计一致的光纤光栅25和28是困难的。因此，也可以在光光纤光栅28之前放置如，可变光学衰减器和半固定光学衰减器，使振荡光的强度被这些衰减器灵活地衰减。这样，调节光纤光栅25和28对振荡光反射量的大小，就可以调节光学放大媒质24的增益。
当然，若能够制造反射率与设计一致的光纤光栅25和28，则可以不用可变光学衰减器和半固定光学衰减器来构成光学放大器47。
关于以上描述的光学放大器20(见图3)，光学放大器20A(见图21)，光学放大器20B(见图23)，和光学放大装置46(见图24)，其中放在光学放大媒质24输入侧的光纤光栅28的反射率设定成大于放在其输出侧的光纤光栅25的反射率，对这种情况已经作了说明。然而，若不需要将光学放大器20，20A，20B或光学放大装置46内来回反射的振荡光传播到其后各级光学放大器等等器件中，或者若需要防止振荡光传播到其后各级光学放大器中，可以增大光纤光栅25的反射率，使它与光纤光栅28的反射率相等。
上述光学放大器20(见图3)，光学放大器20A(见图21)，和光学放大器20B(见图23)配置了输入监测器30和控制电路32或输入监测器控制电路42。若输入光的强度变得低于预置阈值，则根据以输入监测器30接收到的输入光监测器信息，控制电路32或输入监测器控制电路42就控制可变光学衰减器27中振荡光的衰减量，使放大媒质24的增益减小到低于预定值。或者，若输入光强度的减小是定时的或输入光强度的减少量是明显的，无需利用输入监测器30监测输入光，则可以去掉输入监测器30。
此外，例如，若操作者手动控制可变光学衰减器27中振荡光的衰减量，就不需要控制电路32或输入监测器控制电路42。
掺铒光纤光学放大器(EDFA)是诸多光学放大器的一种，将它引入到光学传输系统，主要是引入到干线，正在着手进行中。
EDFA的弛豫时间约为10ms，因此，即使在EDFA增益高度饱和情况下，EDFA的一个主要特性是避免图形效应(pattern effect)。所以，在一个光学放大多级分程传输系统中，每个EDFA是在饱和增益下高效地运行的。
然而，若光信号正好是在输入到EDFA中出现尖锋时再次进入EDFA，且增益又从饱和状态返回，就产生光涌。
如图25(a)中的详细说明，若进入EDFA49的输入瞬间中断，在输入的中断期间EDFA49的增益从饱和状态返回，如图25(b)所示。在EDFA49从饱和状态返回时，若有一个与输入光中断之前相同强度的光输入，由于EDFA49的增益仍保持在高增益状态，就会在ED-FA49中出现一个过大的光输出，如图25(a)所示。
若光信号按照原样持续地输入，则EDFA49的增益回到了以前的增益。所以，输出光瞬间达到了很高值，然后渐渐地减小到稳态值。这种瞬态的过大输出光以下称之为光涌。
在很多情况下，光学放大器受到控制，通过泵浦光功率的反馈，使输出光为一恒定的强度，在此情况下，泵浦光功率在输入光停止时达到了最大值，从而导致更大的光涌。
到目前为止，一直在研究利用补偿光(或模拟光)抑制光涌的方法。然而，由于掺铒光纤(EDF)本身充当放大媒质，也可以这样设想，在增益从饱和状态恢复到增益的增大之前，有意使波长不同于光信号的激光振荡来防止光涌(即，产生波长不同于信号光波长的振荡光)，为的是减缓伴随光信号输入的减小而在EDFA中的能量积累。
按照这个方法，由于不需要准备模拟光，EDFA可以简单地制成，从而能够实现亚微米数量级的高速响应(基本上等于谐振腔内光往返一周所需的时间)。
若激光器是在不同于信号光波长下运行，则可以容易地去除激光(或振荡光)。
提出一个利用EDFA激光器运行的光涌抑制方法，并详细地描述抑制光涌的实验结果。
在通常的运行期间，EDFA的增益是饱和的。即使EDFA是在增益饱和时使用，不会出现传输质量的问题。这是一个非常大的优点。然而，这也是光涌产生的原因。
在EDFA增益饱和时使用EDFA对于减小所需泵浦光的功率是非常有效的。所以，直到目前为止报导的各种抑制光涌的方法是更加实际地引导到，在信号输入中断时如何抑制增益从饱和状态恢复，而不是使用非饱和增益的EDFA。
例如，按照一个利用模拟光的方法，当光信号的输入中断时，通过输入模拟光取代光信号，防止EDFA的增益从饱和状态恢复过来。然而，很难否认控制模拟光源的复杂性，这些光源是有源器件，并为各个光学放大器而配置的。
由于EDF本身充当放大媒质，也可以这样设想，在增益从饱和状态恢复到增益的增大之前，有意使波长不同于光信号的激光振荡来防止光涌，为的是减缓随光信号输入的减小而在EDFA中的能量积累。
更具体地说，若出现激光振荡，EDFA的增益固定(箝住)在阈值增益，因此抑制了增益从饱和状态恢复过来。
为了促使激光振荡，需要给光学放大器提供两个反射镜(即反射元件)，这两个反射镜具有波长选择性，构成激光器的谐振腔。
此时，出现激光振荡的波长(即振荡光波长)必须不同于信号光波长。
其理由是，若激光在与信号光相同的波长上振荡，则产生的激光可能会在下行的方向(或指向后续各级)传送，从而损坏下行方向上的光学放大器和光学接收机。
若激光在与信号光不同的波长上振荡，则可以在每个光学放大器输出光的光学输出口上放置滤波器以去除激光，该滤波器只允许信号光波长的光通过，去除反射元件反射的波长(即激光波长)的光。
若只考虑保护光学接收机，就不需要给各个光学放大中继器提供滤波器，只需要给光学接收机提供滤波器。然而，光学放大分程传输系统中光学接收机原先就配置了窄带滤波器。在此情况下，就不需要给光学接收机提供滤波器。
即使在给激光振荡设定了阈值增益的情况下，也必须使激光在不同的波长上运行。
这是因为，若激光是在与信号光相同的波长上振荡，就需要设定激光器的阈值增益，使其增益大于激光器在最小输入下运行的增益。若阈值增益设定得太大，则激光振荡出现在增益已充分地从饱和状态恢复过来时，从而失去了抑制光涌的效果。
另外，若阈值增益设定在接近于激光器运行在最小输入时的激光器增益值，则相对强度噪声(RIN)增大，这就不可能制成低噪声光学放大器。
最后，需要使激光器在不同于EDFA的波长上运行，为的是利用EDFA的激光作用来抑制光涌。为了有效地减小增益恢复时的能量积累，需要选取以下波长作为激光波长。
①当信号光输入减小时，在此波长上增益恢复程度大于信号光波长；
②容易去除此波长下激光的波长；和
③在此波长下，能够保证连接在EDF输入端和输出端的两个反射镜对信号光有足够的反射衰减量。
此方法也被认为对图26所示多级分程传输系统50有效。
如图26所示，例如，若从发谢机51到光学后置放大器52的输入瞬间中断，则在对光涌无抑制措施情况下，就会在光学后置放大器52中出现光涌。这些光涌被放在光学后置放大器52下行方向的光学放大中继器53和光学前置放大器54进一步放大，这种放大了的光涌输入到接收机56(见图26所示“对光涌无抑制措施”)。
类似地，例如，若从发射机51到光学后置放大器52的输入瞬间中断，又有光涌抑制措施，激光以不同于信号光的波长(λC)从光学后置放大器52输出(见图26中“抑制光涌的措施”)。
所以，如图26所示，在从光学后置放大器52到下行方向光学放大中继器53的输入中既不出现中断，也不出现增益过大地从饱和状态恢复过来。
激光被放在光学前置放大器54输出侧的窄带滤波器55去除。
图26的示意图是根据这样的假设，即光学后置放大器52和光学放大中继器53都没有包含类似于滤波器55的去除激光的滤波器。
在此实验中，1530nm波段的波长作为激光波长，此波长下增益恢复程度在增益从饱和状态恢复过来时是大的，观察到了伴随光信号输入减小时在该波段(在1530nm波段)的波长上的增益恢复。
图27表示1480nm背向激发型EDFA的信号输入与增益特性的关系曲线。
在图27中，K表示的细实线和J表示的细虚线描绘同时输入到EDFA波长为1552.5nm信号光和波长为1535nm探测光测出的相应EDFA增益，探测光波长比信号光波长增益恒低20dB。细实线K描绘伴随光信号输入减小时EDFA在信号光波长上增益的恢复，细虚线描绘的是EDFA在1535nm波长上增益的恢复。
从这些结果可以看出，伴随光信号输入减小，EDF的增益在1535nm波长下很快恢复，如此恢复的增益幅度是大的。
也可以采用只有在此波长(在1530nm波段)上具有高反射率的反射镜。此时，利用普通的滤波器可以容易地去除激光，因此选取1530nm波段作为激光波长。
在图28所示的掺铒光学放大器(EDFA)66中，光纤光栅反射镜(FG反射镜)63和64经9比1光学分支耦合器(9∶1CPL)58和60连接到掺铒光纤(EDF)59的两侧，从而形成了1530nm波段的激光器谐振腔。在图28中，参考数字57标明前光学元件(前模块)；参考数字61标明后光学元件(后模块)；数字65标明用于产生波长为1480nm泵浦光的自动功率控制(APC运行的)泵浦光源(LD)；数字62标明去除1530nm波段激光的滤波器(BPF)。
如图29(a)和图29(b)所示，用于本实验的光纤光栅反射镜63和64在波长1524nm至1536nm范围内的反射率大于80％，且有陡峭的波长特性。
图29(a)画出放在EDF59输入侧的光纤光栅反射镜63的波长特性曲线，图29(b)画出放在EDF59输出侧的光纤光栅64的波长特性曲线。此处，反射率可以用(1-反射镜透射率)来估算。
将9比1光学分支耦合器58和60连接到EDF59的输入侧和输出侧，使输入光的十分之一被分出(分功率)，以及将拼接损耗加到光纤光栅反射镜53和64的输入段，使光纤光栅反射镜63和64的反射率发生变化，从而控制激光器起动的阈值增益。
如图28所示，带有激光器谐振腔的EDFA66具有图27中粗实线L所示信号输入与信号增益的特性曲线。激光器在波长1533nm上起动的输入信号功率小于-6dBm。在信号输入功率小于-6dBm范围内，EDFA的增益被箝住在16.4dB。
图30(a)至图30(c)表示在各个输入功率下得到的输出谱。更具体地说，图30(a)至图30(c)表示在输入强度((Pi)为0dBm，-15dBm，和-30dBm时得到的输出谱。
此外，图31(a)至图31(c)表示激光器在阈值附近运行时得到的输出谱。更具体地说，图31(a)至图31(c)分别表示输入强度(Pi)为-5dBm，-6dBm，和-7dBm时得到的输出谱。
如图31(b)所示，-6dBm的输入强度(Pi)被认为是激光器运行的阈值。在图31(b)中，该输出谱在1530nm波段有一峰。
另外，如图31(c)所示，当输入(Pi)为-7dBm时，可以看出激光在1533nm波长上振荡。
图32(a)和图32(b)表示输入为-3dBm的输出谱在此输入下不产生激光振荡。图32(a)表示没有任何激光器谐振腔情况下得到的输出谱，图32(b)表示在有一个激光器谐振腔情况下得到的输出谱。
如图32(b)所示，在有一个激光器谐振腔情况下，受到多次反射的影响，在1530nm波段有一个自发辐射光(ASE)的峰。虽然这个图是与图32(a)进行比较的，而两个图的纵轴都扩展了，但在信号光波长上ASE没有任何增大。
在有激光器谐振腔的光学放大器中，利用AO开关(声光开关)使输入光通过或不通过，由激光器运行产生抑制光涌的效果是确认的。AO开关是一个利用声光效应的光开关。
这个实验是基于这种假设，即，最小输入强度为-3dBm，开通功率为-3dBm。在此状态下，关断功率为-67dBm，上升时间为0.2μs或更小。
如图33(a)所示，在激光器没有运行的情况下(即，没有激光器谐振腔)，出现的光涌为9.7dB。与此相反，如图33(b)所示，在实现激光器运行的情况下(即，有一个激光器谐振腔)，光涌减小到3dB。所以，可以确认抑制光涌的效果为6.7dB。
产生3dB的光涌是由于这个事实，即，此实验是在输入为-3dBm下实现的，激光器运行是在图31(b)所示-6dBm附近发生的。所以，即使在带激光器谐振腔的EDFA情况下，增益恢复为3dB＝-3-(-6)。
因此，为了在更大的范围内抑制光涌，只需将激光器运行的阈值设定在接近于普通输入强度。然而在实际上，光学放大器要求一个输入动态范围，所以出现了对应于输入动态范围的光涌。
尤其是，本发明的光学后置放大器与其他光学放大器比较，有一个较窄的输入动态范围，所以，本发明的光涌抑制方法更为有效。
为了按照有/无激光器谐振腔来研究相对强度噪声(RIN)的增大/减小，在光学放大器的输出侧放置允许信号光通过的窄带滤波器，当构成谐振腔的光纤光栅从光学放大器中移去时，测量输出光中RIN的增大/减小。
输出光的RIN测量结果为-148.0dB/Hj，在有激光器谐振腔情况与无激光器谐振腔情况之间RIN没有重大差别。这意味着，光纤光栅的反射率在1530nm波段是大的，但并不影响信号光波长的光。
由于利用窄带滤波器(BPF)只取出激光进行测量，得到了图34(a)和图34(b)所示的弛豫输出振荡波形。图34(b)画出与图34(a)相同的波形，但其时间轴被放大了。
在输入信号被中断之后的几微秒内，有一个激光的上升，弛豫振荡的周期约为30μs，与BPF的弛豫时间10ms)比较是较短的。所以，放在下行方向上的各个EDFA对光有响应，这个光是在基本上等于弛豫时间的时间周期内激光数学积分得到的。
所以认为，此激光对于防止下行方向上各个EDFA的增益从饱和状态恢复过来有很大的效果。
图28所示的EDFA66使用分强度耦合器，即，9∶1光学分支耦合器作为连接到光纤光栅反射镜63和64的光学耦合器58和60。然而，若使用波分多路复用耦合器，则可以防止EDFA66内来回反射的振荡光从EDFA66的输入口射出。此外，可以减小信号光波长上的插入损耗，从而减小EDFA66的噪声因子。
以上描述披露了激光器运行在1530nm波段上抑制光涌的能力，在此波段上，对输入信号光强度减小的响应是，光学放大器的增益很快地从饱和状态恢复过来。

Claims (22)

1.一种光学放大器，具有放大媒质(2，5，24)，用于利用泵浦光的激发能放大输入光并且输出该放大的光，其特征是，该光学放大器包括：
泵浦光源(6，31)，用于产生泵浦光；
所述放大媒质(2，5，24)，用于放大通过所述泵浦光源(6，31)输入的信号光，并且输出该综合光，它含有放大的信号光和具有不同于所述信号光的预定波长的一个波长的其他光，所述放大媒质(2，5，24)可操作用于可变控制该信号光的增益；
一对波长选择反射元件(3，8，25，28)，分别放置在所述放大媒质(2，5，24)的输入侧和输出侧，并能够反射该其他光；及
控制电路(32)，用于控制该其他光的电平。
2.按照权利要求1的光学放大器，其特征在于，还包括：
泵浦光入射耦合器(7，23)，用于把从所述泵浦光源(6，31)射出的泵浦光引入到所述放大媒质(2，5，24)的一端；
其中放置在所述光放大媒质(2，5，24)的输入侧的所述反射元件(28)的反射率被设成高于放置在所述光放大媒质(2，5，24)的输出侧的所述反射元件(25)的反射率；和
分支耦合器(9，22)，把从所述放大媒质(2，5，24)接收到的光信号分支，所述分支耦合器(9，22)放置在所述放大媒质(2，5，24)与所述反射元件(3，8，25，28)之一之间，或者连接到所述放大媒质(2，5，24)的输入侧，或者连接到所述放大媒质(2，5，24)的输出侧。
3.按照权利要求2的光学放大器，其特征是，所述反射元件(3，8，25，28)的反射率设定为这样一个值，当有小信号输入时，通过使用所述反射元件(3，8，25，28)产生预定波长的振荡，并且抑制由输入强度降低引起的所述放大媒质(2，5，24)(5)的增益的增加。
4.按照权利要求3的光学放大器，其特征是，连接到所述放大媒质(5)输入侧的所述反射元件(8)的反射率设置成大于连接到所述放大媒质(5)输出侧的所述反射元件(8)的反射率。
5.按照权利要求2的光学放大器，其特征是，为了使所述放大媒质(5)的增益能抑制光涌，配置了一个衰减器，它将被分支耦合器(9)分出一支的光信号衰减到预定的功率，将衰减了的光信号输出到放在所述分支耦合器(9)一侧的所述反射元件(8)。
6.按照权利要求5的光学放大器，其特征是，所述衰减器由可变衰减器构成。
7.按照权利要求2的光学放大器，其特征是，所述泵浦光入射耦合器(7)是由波分多路复用耦合器构成。
8.按照权利要求2的光学放大器，其特征是，所述放大媒质(5)是由掺稀土元素光纤构成。
9.按照权利要求8的光学放大器，其特征是，所述掺稀土元素光纤是由掺铒光纤制成。
10.按照权利要求2的光学放大器，其特征是，所述分支耦合器(9)是由波分多路复用耦合器构成，通过波分多路复用作用，波分多路复用耦合器将具有信号光波长的光与被所述反射元件(8)反射的预定光波长的光分开。
11.按照权利要求1的光学放大器，其特征是，包括：
泵浦光入射耦合器(7，23)，用于把从所述泵浦光源(6，31)射出的泵浦光引入到所述放大媒质(2，5，24)的一端；
分支耦合器(22)，它放置在所述放大媒质(2，5，24)的输入侧，用于使送入到所述放大媒质(2，5，24)的光信号分支，作为第一分支信号输出，还用于使从所述放大媒质(24)接收到的光信号分支，作为第二分支信号输出；
输入监测器(30)，根据从所述分支耦合器(22)接收到的第一分支信号，监测输入到所述放大媒质(2，5，24)的光；以及
可变衰减器(27)，用于把从所述分支耦合器(22)接收到的第二分支信号衰减到预定功率，还用于把衰减的第二分支信号输出到放在所述分支耦合器(22)一侧的反射元件(28)，
其中，若输入光的强度减小到低于预置阈值，根据从所述输入监测器(30)接收到的输入光监测信息，所述控制电路(32)控制所述可变衰减器(27)中第二分支信号的衰减量，使所述放大媒质(2，5，24)的增益减小到低于预定值。
12.按照权利要求11的光学放大器，其特征是，所述光学放大器配置了滤波器(29)，从所述分支耦合器(22)接收到的第一分支信号中仅仅允许信号光波长的光通过，并将该光输出到所述输入监测器(30)。
13.按照权利要求1的光学放大器，其特征是，包括：
泵浦光入射耦合器(7，23)，用于把从所述泵浦光源(6，31)射出的泵浦光引入到所述放大媒质(2，5，24)的一端；
第一分支耦合器(45)，它放置在所述放大媒质(2，5，24)的输入侧，使送入到所述放大媒质(2，5，24)的光信号分支，作为第一分支信号输出；
第二分支耦合器(44)，它连接到所述第一分支耦合器(45)的输出侧，使得从所述放大媒质(2，5，24)接收到的光信号分支，作为第二分支信号输出；
输入监测器(30)，根据从所述第一分支耦合器(45)接收到的第一分支信号，监测输入到所述放大媒质(2，5，24)的光；以及
可变衰减器(27)，将从所述第二分支耦合器(44)接收到的第二分支信号衰减到预定电平，还将衰减了的第二分支信号输出到放在所述第二分支耦合器(44)一侧的所述反射元件(28)，
其中，所述反射元件(3，8，25，28)反射其他光，及
根据从所述输入监测器(30)接收到的输入光监测信息，如果输入光强度减小到低于预置阈值，所述控制电路(32)控制所述可变衰减器(27)处的第二分支信号的衰减量，使所述放大媒质(2，5，24)的增益减小到低于预定值。
14.按照权利要求13的光学放大器，其特征是，所述第二分支耦合器(44)是由波分多路复用耦合器构成，通过波分多路复用作用，波分多路复用耦合器把具有信号光波长的光与被所述反射元件(28)反射的预定光波长的光分开。
15.按照权利要求1，2，11，和13中任一项的光学放大器，其特征是，当输入光具有低功率电平时，所述光学放大媒质(2，5，24)在被所述反射元件(3，8，25，28)反射的光波长上的增益大于在信号光波长上的增益，并且被设定为这样一个值，当有小信号输入时，通过使用所述反射元件(3，8，25，28)产生预定波长的振荡，并且通过调节所述放大媒质(2，5，24)的出现振荡光的阈值增益，通过利用可变衰减器(27)，抑制由输入信号强度降低引起的所述放大媒质(2，5，24)的增益的增加。
16.按照权利要求1，2，11，和13中任一个的光学放大器，其特征是，每个所述反射元件(3，8，28，25)是由光纤光栅构成。
17.按照权利要求1，2，11，和13中任一个的光学放大器，其特征是，在每一个输入光的输入口和每一个输出光的输出口增加一个隔离器。
18.按照权利要求1，2，11，和13中任一个的光学放大器，其特征是，在输出光的输出口设置滤波器，所述滤波器只允许具有信号光波长的光通过，而去除被反射元件(3，8，28，25)反射的光波长的光。
19.一种用在光学放大器中的光学放大装置，该光学放大装置至少包括两级光学放大器(47)，每个光学放大器(47)具有放大媒质(2，5，24)，用于利用泵浦光的激发能放大输入光并输出放大了的光，其特征在于，包括：
所述光学放大器(47)，提供在第一级中，包含：
泵浦光入射耦合器(7，23)，用于把从所述泵浦光源(6，31)射出的泵浦光引入到放大媒质(24)的一端；
分支耦合器(44)，它连接到所述放大媒质(24)输入侧和输出侧中至少一侧，使得从所述放大媒质(2，5，24)接收到的光信号分支；
一对波长选择反射元件(25，28)，所述反射元件(25，28)分别放置在所述放大媒质(2，5，24)的输入侧和输出侧，并能够反射具有不同于输入光中所含信号光的预定光波长的其他光，，所述分支耦合器(44)放置在所述放大媒质(24)输入侧或输出侧与所述反射元件(25，28)之一之间；和
连接到所述放大媒质(2，5，24)输入侧的所述反射元件(28)的反射率大于连接到所述放大媒质(2，5，24)输出侧的所述反射元件(3，8，25，28)的反射率。
20.按照权利要求1的用于光学发射机(11)的光学放大器，该光发射机输出被光学输出放大器(15)放大的光信号，其特征是，所述光学输出放大器(15)包括：
泵浦光入射耦合器(7，23)，用于把从所述泵浦光源(6，31)射出的泵浦光引入到所述放大媒质(2，5，24)的一端；
分支耦合器(44)，连接到至少所述放大媒质(2，5，24)的输入侧或输出侧，使从所述放大媒质(2，5，24)接收到的光信号分成两支；
其中该对波长选择反射元件(3，8，25，28)，它们分别连接到所述放大媒质(2，5，24)的输入侧和输出侧，
其中所述控制电路(32)设定连接到所述光放大媒质(2，5，24)的输入侧的所述反射元件(25)的反射率，使之高于连接到所述光放大媒质(2，5，24)的输出侧的所述反射元件(28)的反射率。
21.一种抑制光学放大器中出现光涌的方法，其特征是，为了抑制从光学放大器(1)输出的光信号中的光涌而利用泵浦光的激发能，该光学放大器具有泵浦光源(6，31)，用于产生泵浦光；用于放大的放大媒质(2，5，24)，该放大媒质(2，5，24)可操作用于可变控制通过所述泵浦光源(6，31)输入的信号光的增益，并且输出该综合光，它含有放大信号光和具有不同于所述信号光的预定波长的一个波长的其他光；一对波长选择反射元件(3，8，25，28)，分别放置在该放大媒质(2，5，24)的输入侧和输出侧，并能够反射其他光；和控制电路(32)，用于控制其他光的电平；
其中若输入光的强度减小，所述放大媒质(2，5，24)通过振荡其他光，释放在所述放大媒质(2，5，24)中积累的激发能。
22.按照权利要求21的抑制光学放大器中出现光涌的方法，包括步骤：
放大输入信号光，以输出综合光，它含有放大的信号光和具有不同于所述信号光的所述预定波长的一个波长的其他光；
检测输入光的预定电平是否达到；及
若在检测步骤中检测到所述输入光的强度减小，通过振荡其他光，释放在所述放大媒质(2，5，24)中积累的激发能。
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