CN1204776A - 实现小信号高增益的光纤放大器 - Google Patents

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Abstract

一种实现小信号高增益的光纤放大器,包括:用于提供泵浦光以放大弱小入射信号光的泵浦激光二极管(LD);用于将入射信号光和泵浦LD输出的泵浦光耦合到光纤中的波分复用器(WDM);光纤放大媒质;以环路反射器形式连接的耦合器;和位于WDM前面的环形器。所以,可以在1530nm至1560nm的整个波长范围内获得高的小信号增益,而且波长间增益差,可以比使用与本发明光纤放大器相同长度EDF的现有方法显著地减小。

Description

实现小信号高增益的光纤放大器
本发明涉及光纤放大器，尤其涉及一种用环路反射器形式连接的光纤耦合器改善低光强小信号增益的光纤放大器。
在一般的长途通信中继器领域中，传统的光通信中继是按照这样的方式进行的：将减弱的光信号转换成电信号，放大该电信号，然后再将放大后的电信号转换成光信号。这种中继方法大大增加了中继放大器系统的体积，这取决于传输速率。用放大光信号的光纤放大器作为中继器，可以克服上述问题并能有效地放大光信号。
这种光纤放大中继器之一，掺铒光纤放大器(EDFA)作为光通信的新一代光中继器而为人注目。当大量数据经由光纤传输了很长距离时，EDFA定期地放大光信号，以防由于长距离传输造成光信号衰减。
图1是表示普通单向EDFA结构的框图，它包括光信号放大媒质掺铒光纤(EDF)130，泵浦激光二极管(LD)120，波分复用器(WDM)110，和隔离器100和140。其中，泵浦激光二极管120用作激励EDF130中基态铒离子的光源。WDM110使一束信号光和一束泵浦光耦合进入一根光纤，并将其发射到一条线路中。隔离器100和140防止光信号反向传播。
WDM110将信号光和泵浦光耦合到一光纤中，并通过该光纤传输到EDF130。WDM110前面的光隔离器100防止光信号被放大后的自发辐射(ASE)所增大，该自发辐射是EDF130产生的，又被诸如信号输入连接器等光纤器件反射回到EDF130中而被放大的。与之相似，EDF130后面的隔离器140防止由于被信号输出连接器等光纤器件反射回到EDF130中的ASE而造成的EDFA放大效率降低。泵浦激光二极管120波长为980nm，泵浦激光向前(即，信号光传播的方向)发射并产生120mW的固定功率。EDF 130是掺铝量高的EDF，且铒浓度为290ppm。
据此，光纤放大器利用激光原理将泵浦光的能量转化成信号光的能量。因而，当信号光的强度很低时，一旦有信号光通过EDF，普通光纤放大器不能有效地将高强度泵浦光所激发的足够多的铒变到基态。于是，光纤放大器总的放大效率不高。即，泵浦光的能量不能有效地转化成信号光能量。所以，小信号增益的提高受到限制，而且信号光波长之间的增益差也较大。
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种实现小信号高增益的掺铒光纤放大器(EDFA)，该放大器包括以环路反射器形式置于EDF后面的光学耦合器，它利用EDF再次放大由环路反射器输出的信号光，并最终用光环形器输出放大的信号光，以在EDFA的整个波长范围内提高小信号的增益，并减小信号光波长之间的增益差。
因此，为了实现上述目的，提供了一种实现小信号高增益的光纤放大器，用于放大弱小的入射信号光，它包括：用于提供泵浦光以放大入射信号光的泵浦激光二极管(LD)；用于将入射信号光和泵浦LD输出的泵浦光耦合到光纤中的波分复用器(WDM)；光纤放大媒质，它用泵浦LD泵浦光放大WDM输出的入射信号光，并放大从耦合器返回到该光纤放大媒质的反馈信号光；以环路反射器形式连接的耦合器，用于反射已在环路形式的光纤放大媒质中放大的入射信号光，并将该反射信号光送回到该光纤放大媒质中；以及位于WDM前面的环形器，用于接收弱小的入射信号光并将该弱小的入射信号光传输到WDM，同时输出由该光纤放大媒质放大和经过WDM的反馈信号光。
光纤放大器最好还包括一滤波器，它安装在起环路反射器作用的耦合器中或安装在光纤放大媒质与该耦合器之间，以阻止放大的自发辐射(ASE)，使小信号获得更高的增益。
光纤放大器最好还包括一增益均衡器，它安装在起环路反射器作用的耦合器中或安装在光纤放大媒质与该耦合器之间，以均衡光纤放大器的增益。
通过结合附图对实施例的详细说明，本发明的上述目的和优点将更加清楚，其中：
图1是表示传统单向掺铒光纤放大器(EDPA)结构的框图；
图2是表示根据本发明实施例，实现小信号高增益的光纤放大器结构的框图；和
图3是表示增益随波长变化的曲线图，为的是比较两种EDPA小信号增益。
参考图2，本发明实施例的实现小信号高增益的光纤放大器包括：泵浦激光二极管(LD)210，波分复用器(WDM)220，掺铒光纤(EDF)230，耦合器240和环形器200。
泵浦LD210提供一用于激励放大媒质EDF中的基态饵离子泵浦光光源，以放大低强度的输入信号光。
WDM220将输入信号光和泵浦LD 210输出的泵浦光耦合到光纤中，并将耦合后的输入信号光送至EDF 230中。
EDF 230用泵浦LD 210的泵浦光放大来自WDM 220的输入信号光，并放大从耦合器240返回到EDF 230中的反馈信号光。
耦合器240是1550nm的50∶50耦合器，它以环路反射器的形式进行连接，并把在EDF 230中放大过的入射信号光反射回环路形式的EDF 230中。
环形器200位于WDM220前面，接收低强度入射信号光并将其传输到WDM 220，最后输出由EDF 230放大并经过WDM 220的反馈信号光。
环形器200的端口1和2传输输入信号光，而端口2和3传输输出信号光。前后两者的插入损耗分别为1．2dB和1．73dB。端口2→1和端口3→2都有40dB或更高的隔离度，并起着传统EDFA中输入和输出端口隔离器的作用。因此，这里不需要额外的隔离器。
为了将本发明的结果与图1所示传统的单向EDFA做比较，与传统EDFA相同，泵浦LD 210波长为980nm，功率定为120mW，且泵浦激光向前发射，即沿着信号光传播的方向。WDM 220是熔融型的，而所用的EDF是5米长掺铝量高且铒浓度为290ppm的EDF。
现在将根据上述结构说明本发明的工作原理。首先，WDM220把通过环形器200端口1和2的入射信号光与泵浦光耦合在一起，且EDF230对其进行初放大。放大后的信号光按50比50的比率分离，然后在耦合器240中分离后的光走一环路并相互耦合。通过环路反射器而反馈的信号光再次由EDF230放大，且放大后的信号光最后经环形器200的端口2和3输出。
在本发明中，测量EDFA特性所用的输入信号光强被设定在-30dBm，且泵浦光的波长和强度分别设定为980nm和120mW。本发明的光纤器件，如WDM和EDF，与传统EDFA中的相同，且两个EDF长度相同。在1530nm与1560nm之间的输入信号光波长范围内，以5nm为间隔测量增益，测量结果与传统的EDFA增益测量值共同表示在图3中。如图3所示，采用环路反射器方法的EDFA，在1530nm至1560nm波长范围内具有比传统单向EDFA高的小信号增益，而且这些波长增益差小，即在6～13dB。本发明的EDFA获得了高出7dB或更高的小信号增益，尤其是在1560nm波长处。
与此同时，一个滤波器(未示出)位于用作环路反射器的耦合器240中，或者位于EDF230与耦合器240之间，它可以通过阻止ASE而获得更高的小信号增益。而且，一个增益均衡器(未示出)可以安装在起着环路反射器作用的耦合器240中，或者安装在光纤放大媒质与该耦合器之间，以均衡光纤放大器的增益。
根据本发明，通过采用一个1550nm的50∶50耦合器作环路反射器，可以在1530nm至1560nm的整个波长范围内获得高的小信号增益。
本发明的EDFA中的波长间增益差，可以比使用与本发明相同长度EDF的传统EDFA大大地减小。
构成本发明所用EDFA的环路反射器法是一种双通道方法，由于信号光两次通过EDF，所以EDF长度可以比现有的单通道方法所用的要短。
而且，由于在长距离传输中，放大器的间距随EDFA增益的提高而变得更长了，所以在给定的距离可以使用更少的放大器。因此，本发明的环路反射器法是经济的，并且可以减少放大器中出错的可能性。

Claims (5)

1．一种实现小信号高增益的光纤放大器，用于放大弱小的输入信号光，其特征是它包括：
用于提供泵浦光以放大入射信号光的泵浦激光二极管(LD)；
用于将入射信号光和泵浦LD输出的泵浦光耦合到光纤中的波分复用器(WDM)；
光纤放大媒质，它用泵浦LD泵浦光放大WDM输出的入射信号光，并放大从耦合器返回到该光纤放大媒质的反馈信号光；
以环路反射器形式连接的耦合器，用于反射已在环路形式的光纤放大媒质中放大后的入射信号光，并将该反射信号光送回到该光纤放大媒质中；和
位于WDM前面的环形器，用于接收弱小的入射信号光，并将该弱小的入射信号光传输到WDM，同时输出由该光纤放大媒质放大和经过WDM的反馈信号光。
2．如权利要求1的实现小信号高增益的光纤放大器，其特征是还包括：
一个滤波器，位于起环路反射器作用的耦合器中，或者位于光纤放大媒质与该耦合器之间，用于阻止放大的自发辐射(ASE)，以获得更高的小信号增益。
3．如权利要求1的实现小信号高增益的光纤放大器，其特征是还包括：
一个增益均衡器，位于起环路反射器作用的耦合器中，或者位于光纤放大媒质与该耦合器之间，用于均衡光纤放大器的增益。
4．如权利要求1的实现小信号高增益的光纤放大器，其特征是所述光纤放大媒质是掺铒光纤。
5．如权利要求1的实现小信号高增益的光纤放大器，其特征是所述
耦合器是1550nm的50∶50耦合器。
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