CN1134703C - 提高功率转换效率的长频带光纤放大器 - Google Patents
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Abstract
一种提高功率转换效率的长频带光纤放大器，包括：设有泵光源的第一光纤部分；与第一光纤部分连接的不设置泵光源的第二光纤部分；以及重用电路，用以利用经过放大的自发发射(ASE)作为用于第二光纤部分的二次泵光源。重用电路最好包括连接在第一和第二光纤部分之间的WDM耦合器和与WDM耦合器连接的光泵装置，以提供泵光源。第一和第二光纤部分包括铒掺杂光纤。调整铒掺杂光纤，以便在L-频带中产生增益。
Description
技术领域
本发明涉及光纤放大器，更详细地说，涉及一种可以利用放大的自发发射作为二次泵源来提高功率转换效率的长频带(1570nm-1610nm)光纤放大器。
背景技术
在波分复用(WDM)光学通信系统中，技术上关心的重要问题之一是提供一种在宽频带中具有平坦增益的铒掺杂光纤放大器(EDFA)。另外，已经考虑到获得传统EDFA无法提供的适合于长频带的光纤放大器。实现长频带光纤放大器的方法之一是采用诸如亚碲酸盐基光纤的新型光纤材料。亚碲酸盐基光纤放大器具有满足长频带光纤放大器要求的性能，但是具有不规则的增益谱，而且相关技术尚未充分开发到足以实践它的地步。
除了采用这样的新材料之外，已经致力于利用各种结构的二氧化硅基EDFA实现传统放大频带(1530nm-1560nm，下称“C-频带”)以外的频带中的增益。另外，已经提出适当的结构以便在DEFA中引发大约30-40％的粒子数反转，以便实现1570nm-1610nm的长频带(下称“L-频带”)中的光放大。尽管有某种复杂性，但是，这种结构这样安排并联的C-频带和L-频带放大器，以便使用于大容量WDM(波分复用)传输系统的二氧化硅基EDFA具有80nm以上的宽增益频带。然而，这种L-频带光纤放大器有这样的缺点，即它必须具有长EDF(铒掺杂光纤)和高功率泵，而且功率转换效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种在相对长的频带中提高了功率转换效率的光纤放大器。
按照本发明，提高功率转换效率的长频带光纤放大器包括：设有泵光源的第一光纤部分；与第一光纤部分连接的不设置泵光源的第二光纤部分；以及重用电路，用于利用经过放大的自发发射(ASE)作为用于第二光纤部分的二次泵光源。重用电路最好包括连接在第一和第二光纤部分之间的WDM耦合器以及与WDM耦合器连接的用以提供泵光源的光泵装置。第一和第二光纤部分包括铒掺杂光纤。这样调整铒掺杂光纤，以便在L-频带中产生增益。
现将参考仅作为实例的附图较具体地描述本发明。
附图说明
图1是举例说明传统的L-频带二氧化硅基EDFA结构的方框图；
图2是举例说明另一种传统的L-频带二氧化硅基EDFA结构的方框图；
图3是举例说明按照本发明的最佳实施例的L-频带二氧化硅基EDFA结构的方框图；
图4是类似于图3的但按照本发明另一个最佳实施例的视图；
图5举例说明把第一至第四类EDFA的小信号增益与EDF II的变化比较的曲线图。
图6举例说明把第一至第四类EDFA的功率转换效率与EDF II的变化比较的曲线图；
图7是举例说明足以提高功率转换效率的后向放大的自发发射(ASE)频谱的测量结果的曲线图；
图8是举例说明利用EDFII的长度测量的第一至第四类EDFA噪声系数的曲线图。
具体实施方式
传统的L-频带二氧化硅基EDFA可以具有图1所示的前向泵结构(下称“第一类EDFA”)或图2所示的后向泵结构(下称“第二类EDFA”)。
在第一类EDFA中，输入信号光10通过由前向泵装置30泵激的第一EDF区域EDF I和第二EDF区域EDF II放大，最后作为输出信号光40产生。前向泵装置30通过WDM耦合器20连接。一对光隔离器50，50’分别设置在输入端和输出端，以便单向引导信号光。
在第二类EDFA中，输入信号光10通过不泵激的第二EDF区域EDF II和由后向泵装置30’泵激的第一EDF区域EDF I放大，最后作为输出信号光40产生。同样，后向泵装置30’通过WDM耦合器20连接。一对光隔离器50，50’分别设置在输入端和输出端，以便单向引导信号光。
本发明的L-频带二氧化硅基EDFA可以实现为两种类型，其中一种如图3(下称“第三类EDFA”)所示，首先使信号光12经过不泵激的第二EDF II传送，然后把它输送到由前向泵装置32泵激的第一EDF I，而另一种如图4(下称“第四类EDFA”)所示，首先把输入光12输送到由后向泵装置32’泵激的第一EDF I，然后输送到不泵激的第二EDF II。当然，前向和后向泵装置32和32’通过WDM耦合器22连接，并且，一对光隔离器52和52’分别设置在输入端和输出端，以便单向引导信号光。
如图3和4所示，本发明的光纤放大器包括一个供提高功率转换效率用的重用电路。该重用电路利用在放大第一EDF区域(EDF I)时产生的经过放大的自发发射(ASE)作为加到第二EDF区域(EDFII)的二次泵光源。另外，该重用电路包括插在第一和第二EDF区域之间的WDM耦合器22，以及与该WDM耦合器22连接的前向和后向泵装置32和32’。图3和4中的附图标号42表示经过放大的输出信号光。
为了把本发明的EDFA与传统的EDFA进行比较，同样的EDF用于第一至第四EDFA。就是说，这是一种具有4.5分贝/米最大吸收系数的商售Al共掺杂(codoped)光纤。另外，第一EDF I的长度取为135米，而第二EDF II的长度依次改变为0米，5米，15米，20米，25米和35米，以便分析小信号增益与第二EDF II的长度的关系。为了进行比较，一律利用90毫瓦输出泵激980nm波长。利用频谱仪和中心波长设置在1590nm(毫微米)的可变波长激光器来估量EDFA的增益。使用分别具有-20dBm(毫瓦分贝)和0dBm强度的两种类型输入信号光，以便正确测量小信号增益、噪声系数、饱和功率强度和功率转换效率。也正确地测量出EDF输入端的输入损耗，所有情况均为小于2dB。
参见图5，与传统的第一和第二类EDFA相比，本发明的EDF不泵激的第三和第四类EDFA的小信号增益强烈地依赖于EDF II的长度。图6举例说明按照变化的EDF II长度测量的第一至第四类EDFA的功率转换效率的曲线图。按照这些曲线图，具有35米EDF II的第三类EDFA呈现出最高的小信号增益和功率转换效率，其值分别为21.83dB和21.11％。这些数值比第一类EDFA的数值分别高4dB和11.5％，第一类EDFA在相同的工作条件下表现出最坏的结果。这表明，通过按照作前向还是作后向泵激而把EDF区域EDF II设置在泵激激光二极管之前或之后，就可以使泵激功率得到有效的利用。效率的这一改进看来是由ASE引起的，ASE以与泵激光相反的方向传播，作为不泵激的EDF区域用的1550nm泵源而重新利用，以便产生1600nm频带中的光子。
为了证实足以改善功率转换效率的反向ASE的存在，使用环行器来测量没有EDF II的第一类EDFA中的后向ASE频谱。图7表示以0.2nm分辨频带，0dB输入信号测得的后向ASE频谱的曲线。在该曲线图中，1590nm附近的峰看来是由输入信号的Rayleigh后向散射部分引起的。呈现不小于-25dBm/0.2dB光功率的、亦即在1520nm至1565nm范围内的波长区域表现出约20.59mW的强反向ASE。当EDFA被加上较弱的-20dBm/0.2nm输入信号时，观察到约28.9mW的更强的后向ASE，这接近总泵激功率的30％。鉴于以前对具有较弱的功率和1550nm频带信号的L-频带放大的研究，这种ASE电平足以放大L-频带。
如图8所示，以变化的EDF II长度对第一至第四EDFA测量了1550nm频带中第二电平泵激的噪声系数。正如预期的，前向泵激结构的第一和第三类EDFA表现出的性能优于第二和第四类EDFA。尤其是，第二类EDFA具有比其它类型高得多的噪声系数，而且它还随着EDFA II的长度迅速变化，因此不适宜于L-频带EDFA。而同时，第三类EDFA之所以在噪声系数方面表现出较第一类差的特性，原因是在不泵激的EDF部分中用于1600nm泵激的后向ASE波长中发射截面大引起的。尽管第四类EDFA具有不泵激部分，但是，所有EDFA的后向部分都有不泵激的因而对噪声系数不敏感的EDF，使得观察不到噪声系数方面的影响。
这样，本发明提供了一种提高了功率转换效率的EDFA，它可以用于放大1570nm-1610nm波长范围的光信号。尽管在现有技术中必须抑制后向ASE，以获得足够的L-频带信号增益，因为它引起EDFA的饱和，但是，本发明却利用后向ASE作为不泵激部分的泵光源，改善信号增益和泵激效率。除了噪声系数方面1dB的损失以外，试验结果表明功率转换效率改进了9.6％至21.2％，同时小信号增益提高了最多4dB。此外，即使经由不泵激的EDF部分来泵激1480nm，性能也得到了改善，这表明本发明的EDFA结构可以应用于任何泵激波长。本发明重用后向ASE作为泵光源的概念，不仅有助于改进EDFA的性能，而且鉴于泵激功率的经济利用，还有助于研制实用的L-频带EDFA。
虽然已经利用带有附图的特定的实施例描述了本发明，但是，本专业的技术人员显然可以看出，在不脱离本发明的精神的情况下，对其可以作出各种变化和改变。
Claims (5)
1.一种提高功率转换效率的长频带光纤放大器，它包括：
设有泵光源的第一光纤部分；
与所述第一光纤部分连接的不设置所述泵光源的第二光纤部分；和
重用电路，用以利用经过放大的自发发射作为用于所述第二光纤部分的二次泵光源。
2.如权利要求1所述的长频带光纤放大器，其特征在于，所述重用电路包括连接在所述第一和所述第二光纤部分之间的波分复用耦合器以及与所述波分复用耦合器连接的光泵装置，以提供所述泵光源。
3.如权利要求1所述的长频带光纤放大器，其特征在于，所述第一和第二光纤部分包括铒掺杂光纤。
4.如权利要求3所述的长频带光纤放大器，其特征在于，调整所述铒掺杂光纤，以便在L-频带中产生增益。
5.如权利要求1所述的长频带光纤放大器，其特征在于还包括：
一对光隔离器，分别设置在所述第一和第二光纤部分的前端和后端，用以引导信号光单向传播。
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