CN1213201A - 多信道三级光纤放大器 - Google Patents

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Abstract

一种多信道三级光纤放大器包括一个用以放大输入多信道多路复用信号光的第一放大装置,一个用以通过在每一信道的具有不同增益的放大信号光的每一信道产生不同损失量以均衡每个信道增益的增益均衡装置和一个用以放大从增益均衡装置输出的信号光的第二放大装置。所以可以通过在两放大器间设置增益均衡装置而获得针对每一信道波长的均衡增益,另外还可通过用一波分器清除自发发射噪音以改善信噪比性能。

Description

多信道三级光纤放大器
本发明涉及一种光纤放大器，特别是一种多信道三级光纤放大器。
一种光传输网络的最大价值在于其远程传输诸多数据信息的能力，然而，当一股信号光被传输几百千米或更远时，即使使用了一种每单位长损失为0.2dB/km的光纤，传输中每10公里损失也达10dB或更多。所以必须在光传输过程中使用可补偿这种光损失的放大器。
传统的使用一光电、电光转换器的电子放大器可以防止信号噪音并产生一波形，然而，由于信号还原所需的一延迟时间及一低处理速度使传统电子放大器限制了一光传输网络的速度。所以需要一种直接放大信号光的技术。在一普通光纤中加入稀土金属如铒(Er)所得到的一种掺铒光纤放大器(EDFA)因其简单的结构和相对良好的性能作为上述光纤直接放大器而被广泛地使用。
然而，当采用一种信号被载于不同波长上且那些多个信道的信号被同时传输的波分多路复用(WDM)方法通过一独立光纤传输很多信息时，EDFA的每一信道的每个波长的多种特性特别是增益和噪音指数必须具有一个恒定值。也即，在WDM EDFA中，与常规单信道EDFA相比，一输入信号的功率与信道的数量成正比，例如，被用作单信道转发器的一个EDFA(串行EDFA)通常要接收一个大约-20dBm的输入信号，但一个8信道的WDM EDFA的每个信道要接收-20dBm的信号，使总的输入功率为-11dBm。然而，该EDFA的总体饱和输出功率是恒定的，因此每一信道的输出功率被减小，且总的增益或每个信道的增益也相应地被减小。
EDFA放大输入信号并同时向其它波长的信号增加了自发发射噪音，当一信号在远距离发射过程中经过几个EDFA时，该自发发射噪音也与信号一同被放大和积累。该相应积累噪音可降低信噪比并连同信号一同输入一放大器。因此一光放大光纤中的粒子数反转就被减小，相应就减小了原始信号的放大系数。
不可能推定输入信号进入了WDM EDFA的输入信道的多少条信道。输入放大器的信道的数量随着信道的增加或减少的数量而发生变化。输入信号的总功率随着输入信道的数量而变化，从而EDFA的总增益也会变化。
有几种根据常规EDFA的波长而均衡增益和噪音的方法：(1)通过向一光纤中加入铝(Al)、镱(Yb)和钐(Sm)以改变一光放大光纤的组成或用一萤石光纤取代一硅光纤以改变放大光纤的特性；(2)在一现存的EDFA上附设一个马赫-岭岑德(Mach-Zehnder)滤波器、一声滤波器，一光纤/Perot(Fabric/Perot)滤波器和一诸如光纤栅的滤波器；(3)将具有不同特性的EDFA彼此相互连接。
然而，上述这些方法都增加了EDFA的尺寸和成本，且不能消除前面提及的发射噪音。
为解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种多信道三级光纤放大器，通过在两个放大单元之间安设增益均衡器以在每一波长获得均衡增益，即使在远距离发射过程中经过数个放大端也可防止加入的受激发射噪音在放大端积累，并向该光纤放大器提供一个具有相对于一多信道信号的均衡增益和大输出功率的WDM光纤放大器。
相应地，为达到上述目的，多信道三级光纤放大器包括有：一个用来放大输入多信道复用信号光的第一放大单元；一个通过由第一放大单元使每一信道具有不同增益的放大信号光中的每个信道损失不同以均衡每一信道的增益的增益均衡单元；一个用来放大从增益均衡单元输出的信号光的第二放大单元。
本发明的上述目的和特点将通过下面结合附图的详细说明进行阐述。
图1为显示本发明多信道三级光纤放大器的结构的方框图；
图2为设置在图1中的第一放大单元内的增益控制器的方框图；
图3为设置在图2中的第二放大单元内的增益控制器的方框图。
参看图1，多信道三级光纤放大器由一个第一放大单元100，增益均衡单元110和一第二放大单元120组成。
第一放大单元100包括有一个用来产生泵浦光的第一泵浦激光二极管(LD)102，一个用来将输入信号光与泵浦光结合的第一波分复用(WDM)联接器和一个用以放大输入信号光的第一掺铒光纤(EDF)106。
增益均衡单元110包括一个用以根据波长将输入信号分路传输到几个信道的光波多路分离器(DEMUX)112，一个具有不同波长的掺铒光纤EDF114a到114n的EDF单元，和一个将数个信道多路复用为一个信道的多路调制器(MUX)116。
第二放大单元120包括一个用以放大增益均衡单元110的输出信号光的第二EDF122，一个第二WDM联接器124，一个第二泵浦激光二极管126和一个阻碍输出口发出的反射光的隔离器128。
本发明的运行方式如下。首先，第一泵浦激光LD102产生的波长980nm的泵浦光通过第一WDM联接器104激励第一EDF106。按同样的方式，因远距离传输导致衰减的多信道的被复用信号光在与泵浦光按相同的方向前行时通过第一WDM联接器104，并被受激励的第一EDF放大，从而具有高的增益。第一EDF不仅放大输入信号光而且放大产生于前端的已积累发射噪音并将它自己产生的噪音也加入其中。
多路分离器112通过传输来自第一EDF106的光中的具有选定波长的一信号光除去已积累的发射噪音。不同信道的光经不同的光纤从多路分离器112中输出，且这些信号要经受由未被激励的EDF装置(EDF114a至114n)所预先决定量值的光损失。一般地，当使用一种被激励的泵浦光时，EDF放大一个1550nm波长的输入信号光。相反地，如未使用泵浦光，信号光要遭受大约几dBm的损失，具体数量值取决于掺入的铒(Er)的浓度。由于输入EDF114a到114n的信号因其波长不同而遭受损失不同，每一信道的信号光的增益是均衡的，也即，每个信道的信号光中具有最小增益的信号光不受损失地通过光纤114i，同时通过其它EDF的信号光基于上述最小增益为使增益均衡而遭受一定损失。这些经过各自的光纤传输的信号光被多路调制器116多路复用，多路复用后的信号光再经一光纤被传输出去。
通过多路调制器116的信号光被第二被激励EDF122再一次放大以获得一个高增益和高输出功率。这一次，由第二泵浦LD126产生的波长为980nm的泵浦光通过第二WDM联接器124并激励第二EDF122。被放大的信号光经过隔离器128被传输至另一端口以阻止从第二放大装置120的输出端口引进的反射光的进入。
图2为包括有连接图1中的第一放大装置的增益控制器的多信道三级光纤放大器的结构方框图。参看图2，此三级光纤放大器具有一第一放大装置100，该装置100是通过在图1中的第一放大装置100中加设一个第一联接器202，一滤波器204，一光电二极管206和一增益控制器208构成的。这里，光电二极管206是一种可将一光信号转换成一电信号的光电转换器。其它元件与图1中相同。
图2中的多信道三级光纤放大器的运行如下所述：由第一EDF106放大的信号光被第一联接器202按99∶1的比例进行分离，且99％的信号光被输入多路分离器112，具有一个非信号光波长作为中心波长的滤波器204将具有非信号光波长的光从剩余的1％信号光中抽取出来。光电转换器206将滤波器204的输出光转换成为一种电信号。输入信道的数量由被转换信号的振幅监控。这里应用的原理是被放大的自发发射的幅度与一光纤放大器中的输入信道的数量成反比。上述被转换信号由增益控制器208控制，且第一、第二泵浦LD102和126的泵浦电平由增益控制器208根据被控制的输入信道的数量进行控制，由此控制整体的放大增益。
图3为包括有连接图2中的第二放大装置的增益控制器的多信道三级光光纤放大器的结构示意图。参看图3，该三级光纤放大器具有通过向图2中的第二放大装置120加设一个第二联接器302、一个第二滤波器304、一个第二光电二极管306和一个增益控制器308构成的第二放大装置120。这里第二光电二极管306是一个用以将一光信号转换成一电信号的光电转换器。其它元件与图2中的相同。
图3中的多信道三级光纤放大器的运行如下：被第二EDF122放大并通过第二WDM联接器124的信号光，被第二联接器302按99∶1的比例分离，且99％的信号光被输入隔离器128。具有一非信号光波长作为中心波长的第二滤波器304将具有非信号光波长的光从余下的1％信号光中抽取出来。第二光电转换装置306将被抽取的光转换成一电信号，被转换信号由增益控制器308监控，且第一和第二泵浦LD102和126的泵浦电平由增益控制器308根据控制结果进行控制，由此控制整体的放大增益。
根据本发明可以通过在两个放大器之间设置一个增益均衡器获得对应于每个信道波长的一个均衡增益。另外，通过利用一波分多路调制器清除自发发射噪音可以提高信噪比。还有对第一和第二放大装置的输出端口的自发发射进行了监控且光纤放大器的增益根据监制的结果被控制，由此获得更为稳定的放大结果。

Claims (11)

1、一种多信道三级光纤放大器，其特征在于，它包括：
一个用以放大输入多信道多路复用信号光的第一放大装置；
一个用以通过使由第一放大装置放大的、在每个信道具有不同增益的放大信号光中的每一信道的光损失量不同而对每个信道的增益进行均衡的增益均衡装置；
一个用以放大从增益均衡装置中输出的信号光的第二放大装置。
2、根据权利要求1所述的多信道三级光纤放大器，其特征在于，所述的第一放大装置包括：
一个用以产生泵浦光的泵浦激光二极管(LD)；
一个以使输入信号光与泵浦LD的输出光耦合的波分多路复用(WDM)联接器；
一个用以放大WDM联接器的输出光的掺铒光纤(EDF)。
3、根据权利要求2所述的多信道三级光纤放大器，其特征在于，它还包括：
一个用以将EDF放大的信号光按一个预定比例进行分解的联接器；
一个用以从被联接器分解的信号光的一部分中将具有非多信道信号光波长的光抽取出来的滤波器；
一个用以将滤波器的输出转换成一电信号的光电转换装置；
一个用以根据光电转换装置的输出信号的振幅控制泵浦LD的输出的增益控制装置。
4、根据权利要求1所述的多信道三级光纤放大器，其特征在于，所述增益均衡装置包括：
一个用以根据每个波长多路分用第一放大装置输出的信号光的光学波分多路调制器；
一个在每一个光波分多路调制器的输出信号光中产生一个预定增益损失的光纤装置；
一个多路复用光纤装置的各个输出信号光的光学多路调制器。
5、根据权利要求4所述的多信道三级光纤放大器，其特征在于，所述光纤装置包括具有取决于每个输出信道的不同长度的用以基于光学波分多路调制器输出信号光的增益中最小增益而均衡整个增益的光纤。
6、根据权利要求5所述的多信道三级光纤放大器，其特征在于，所述的光纤装置中的光纤是一种掺铒光纤。
7、根据权利要求1所述的多信道三级光纤放大器，其特征在于，所述第二放大装置包括：
一个用以产生一泵浦光的第二泵浦LD；
一人用以放大增益均衡装置的输出信号光的第二EDF；
一个用以将泵浦LD的输出光传送到第二EDF并输出一个被第二EDF放大的信号光的第二WDM联接器。
8、根据权利要求7所述的多信道三级光纤放大器，其特征在于，它还包括一个与第二WDM联接器相连用以阻止由一输出端口引入反射光的隔离器。
9、根据权利要求7所述的多信道三级光纤放大器，其特征在于，它还包括：
一个将由第二WDM联接器输出的放大信号光按一个预定比例进行分解的联接器；
一个用以从被联接器分解的信号光的一部分中将具有多信道信号光波长范围外的波长的光抽取出来的滤波器；
一个用以将滤波器的输出转换成电信号的光电转换器；
一个用以根据光电转换装置的输出信号的振幅控制第二泵浦LD的输出的增益控制装置。
10、根据上述权利要求3到9中任一项所述的多信道三极光纤放大器，其特征在于，所述光电转换装置是一个光电二极管。
11、根据权利要求10所述的多信道三级光纤放大器，其特征在于，它还包括一个连接在联接器后面，用以防止由输出端口引入反射光的隔离器。
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