CN1290283C - 波分复用光通信系统的光源发生器 - Google Patents
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Abstract
一种波分复用光通信系统的光源发生器，包括波分多路复用器/多路分解器、光放大器以及如光纤布拉格光栅等波长相关反射器或如镜子等波长无关反射器，从而形成激光谐振腔。从而，光纤的激射产生自发辐射光。此外，光源发生器控制每个波长相关或无关反射器的反射率，从而在激光谐振腔中被放大的光可以被用作多波长光源或独立光源。
Description
技术领域
本发明涉及一种波分复用(WDM)光通信系统的光源发生器。
背景技术
最近的研究集中在通过利用属于WDM的多信道光源，在光域上增加传输容量。在WDM中，为要传输的每个光信号指定各自的波长，从而多个信号可以同时在单一信道上流过。目前，半导体激光器通常被用作WDM光通信系统中发射机的光源。但是，半导体激光光源需要精确的波长控制，以便在国际电信联盟(ITU)所建议的波长工作，并允许输出波长受到温度控制。如果需要多信道光源，要控制的波长数目增加，使控制操作复杂。此外，如果需要多路复用的多信道光源，对独立的多路复用器也是如此。
为了解决这些问题，近来已经研制了多波长激光光源发生器，其采用多个光纤布拉格光栅(FBG)和掺铒光纤放大器(EDFA)。
图1示出了传统的多波长激光光源发生器。设计有光纤布拉格光栅4A、4B、4C，配置每一个光纤布拉格光栅，以传输符合ITU建议的波长。光源发生器还配备有掺铒光纤放大器3A、3B、3C，每一个都分别插入在光纤布拉格光栅4A、4B、4C之间，反之亦然。单一的泵浦激光器被用于光纤放大。如图1所示，光源发生器也包括泵浦激光器1、波分多路复用器/多路分解器2、衰减器6和偏振控制器8。
正如从图1所看到的那样，通过光纤布拉格光栅4A、4B、4C第一次反射由光纤放大器3A、3B、3C产生的自发辐射光，然后，由镜子5第二次反射到光纤布拉格光栅4A、4B、4C的左侧。然后，由光纤布拉格光栅4A、4B、4C第三次反射第二次反射的光。从而，自发辐射光受到无数次重复的发出激光。通过光纤放大器3A、3B、3C所引起的增益允许随后将此光用作激光光源。光纤放大器3A、3B、3C中的每一个都位于相应的波长相容谐振腔中，在光纤布拉格光栅4A、4B、4C和镜子5之间限定这些谐振腔。例如，在图1中，具有波长λ1的光源在第一光纤布拉格光栅4A和镜子5之间受到激射，并利用第一掺铒光纤放大器3A作为放大器介质。类似地，具有波长λ2的光源在第二光纤布拉格光栅4B和镜子5之间受到激射，并利用第一掺铒光纤放大器3A和第二掺铒光纤放大器3B。以这种方式产生的各个单一波长光源利用相同的光纤放大器和镜子，从而将其进行复用和反射。从而，由放置在镜子5和光纤布拉格4A、4B、4C之间的耦合器7提取出这些多路复用的光源。
但是，在按照如上所述的现有技术的多波长光源发生器中，多个光源可以共享一个放大器。因此，为了获得一个信道的高输出的饱和区域中的放大器的操作可能会导致另一信道增益中的变化，这将引起每个光源功率不稳定地波动。此外，由于通过耦合器提取多个产生并多路复用的光源，通常只有利用多路复用的光源是很容易的。难以将传统的多波长光源发生器用于采用独立光源的光通信系统中。
发明内容
因此，需要提供一种波分复用光通信系统的光源，其中能够稳定地产生单波长或多路复用的光源。在本发明的优选实施例中，通过利用像反射器等无源器件来满足此需求。
按照本发明第一优选实施例的波分复用光通信系统的光源发生器包括：泵浦光发生部分，用于产生并输出泵浦光；波分多路复用器/多路分解器，具有一个多路复用端口和多个多路分解端口，用于波分复用，并输出输入到多路复用端口中的光信号，或者用于波分分解，并输出输入到多路分解端口中的光信号；光通路转换器，用于通过转换泵浦光的通路，向波分多路复用器/多路分解器的多路复用端口输出从泵浦光发生部分产生和接收到的泵浦光，以及用于通过为光信号转换过的通路输出从波分多路复用器/多路分解器输出的光信号；多个波长相关反射器，每一个与波分多路复用器/多路分解器的多路分解端口中相应的一个相连，用于只反射具有与多路分解端口中所述相应的一个相对应的特定波长的光信号；多个光纤放大器，每一个都具有两侧，其中一侧与波长相关反射器中相关的一个相连，用于响应由泵浦光发生部分产生的泵浦光，产生自发辐射光；以及多个波长无关反射器，每一个与光纤放大器中相应的一个的另一侧相连，用于反射包括具有特定波长的所述光信号在内的全部光信号，其中独立控制每个波长相关反射器的反射率和每个波长无关反射器的反射率，从而允许从光源通过各个反射器的单向或双向传输。
按照本发明第二优选实施例的波分复用光通信系统的光源发生器包括：波分多路复用器/多路分解器，具有一个多路复用端口和多个多路分解端口，用于波分复用，并输出输入到多路复用端口中的光信号，以及用于波分分解，并输出输入到多路分解端口中的光信号；泵浦光发生部分，用于产生并输出泵浦光；光通路转换器，具有第一端口，用于输出由泵浦光发生部分产生的泵浦光，第二端口，与波分多路复用器/多路分解器的多路复用端口相连，以及第三端口，用于输出波分复用的光信号；多个波长相关反射器，每一个与波分多路复用器/多路分解器的多路分解端口中相应的一个相连，用于只反射具有与多路分解端口中所述相应的一个相对应的特定波长的光信号；多个光纤放大器，每一个都具有两侧，其中一侧与波长相关反射器中相关的一个相连，用于响应由泵浦光发生部分产生的泵浦光，产生自发辐射光；多个第一波长无关反射器，每一个与光纤放大器中相应的一个的另一侧相连，用于反射包括具有特定波长的所述光信号在内的全部光信号；光带通滤光器，具有两侧，其中一侧与光通路转换器的第三端口相连，用于只通过光源频带；以及第二波长无关反射器，与光带通滤光器的另一侧相连，用于反射包括具有特定波长的所述光信号在内的全部光信号，其中独立控制每个第一和第二波长无关反射器的反射率，从而使光源能够单向或双向通过各个反射器传输。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明的上述及其他特征和优势将变得更加清楚，其中相同或相似的部分具有贯穿多幅图的相同参考数字：
图1是按照现有技术描述了多波长激光光源发生器的示意图；
图2是按照本发明第一实施例描述了波分复用光通信系统的示例性光源发生器的示意图；
图3是作为示例，描述了采用光纤布拉格光栅来实现图2中所示的波长相关反射器的实施例的示意图，特别地，只示出了多路复用的波长信道中的一个；以及
图4是按照本发明的第二实施例描述了波分复用光通信系统的示例性光源发生器的示意图。
具体实施方式
按照本发明的光源发生器包括如阵列波导光栅等波分多路复用器/多路分解器、光放大器以及如光纤布拉格光栅等波长相关反射器或如镜子等波长无关反射器，从而形成激光谐振腔。结果，能够从被激射的光纤放大器中发出自发辐射光。此外，本发明的光源发生器控制每个波长相关或无关反射器的反射率，从而在激光谐振腔中被放大的光可以被用作多波长光源或单波长光源。
作为非限制性示例，图2按照本发明的第一实施例描述了波分复用光通信系统的优选光源发生器。
如图2所示，按照本发明第一实施例的波分复用光通信系统的光源发生器包括泵浦激光二极管10、三端光环行器20、波分多路复用器/多路分解器30、波长相关反射器部分40、光纤放大器部分50、波长无关反射器部分60和调制器部分70。
泵浦激光二极管10与三端光环行器20的端口1相连，以向光纤放大器部分50传送泵浦光。由泵浦激光二极管10发射的泵浦光通过光环行器20的端口1导入波分多路复用器/多路分解器30的多路复用端口。多路复用端口与光环行器20的端口2相连。光环行器20指定了输入/输出光的通路，并可以采用粗波分复用(CWDM)滤波器。
波分多路复用器/多路分解器30具有N个多路分解端口31、32、…、3N。每一个端口都设有波长相关反射器部分40，波长反射器部分40具有与波分多路复用器/多路分解器、光纤放大器部分50和如镜子等波长无关反射器部分60的通过波长相兼容的发射特性。
波分多路复用器/多路分解器30起到如下作用：多路复用并输出多个输入信道(或波长)；或者多路分解并向每个各自的信道(或波长)输出输入光信号。波分多路复用器/多路分解器30可以采用具有N个输入端和一个输出端的N×1阵列波导光栅(AWG)，或者具有一个输入端和N个输出端的1×N AWG。作为典型的光器件，由于其可逆性，AWG可以被用作多路复用器或多路分解器。
在波分多路复用器/多路分解器30中对输入到波分多路复用器/多路分解器30的多路复用端口中的泵浦光进行频谱分割，然后，输入到分别与相应多路分解端口31、32、…、3N相连的波长相关反射器41、42、…、4N中。
在波长相关反射器41、42、…、4N中，只有具有特定波长的光被朝向光纤放大器51、52、…、5N反射回去。具有不同波长频带的其他光无反射地通过波长相关反射器41、42、…、4N，并被消除了，因为这些光并不处于波分多路复用器/多路分解器的通带中。例如，光纤布拉格光栅、具有薄膜滤光器的反射器等都可以被用作波长相关反射器。
光纤放大器51、52、…、5N从通过波长相关反射器41、42、…、4N输入的泵浦光产生自发辐射光。通过在有源光纤中掺入如铒(Er)、镨(Pr)、钕(Nd)等稀土离子制造光纤放大器。当特定波长的泵浦光进入这种光纤时，通过激发稀土离子，发射具有特定波长的受激光子。结果，放大了通过相应光纤传输的光信号。
由波长无关反射器61、62、…、6N反射从光纤放大器51、52、…、5N产生的自发辐射光，并在光纤放大器51、52、…、5N中再次放大。通过重复此过程，激射在波长相关反射器41、42、…、4N和波长无关反射器61、62、…、6N之间选择的光，并用作光源。为了在光通信系统中利用这些光，设置波长相关反射器部分40，以具有A％的反射率，而将波长无关反射器部分60设置为具有X％的反射率。从而，通过设计，可以双向传输光功率中预定的部分。例如，当将波长相关反射器部分40和波长无关反射器部分60均设置为80％的反射率时，则反射80％的光，并继续在波长相关反射器41、42、…、4N和波长无关反射器61、62、…、6N之间的谐振腔内进行放大，而其余20％的光沿相反方向通过，用作各自的光源。
在波分多路复用器/多路分解器30的一侧放置调制器71、72、…、7N，每一个都可以被用作独立的光源。所产生的光被输入到波分多路复用器/多路分解器30的N个多路分解端口31、32、…、3N中，多路复用，输入到与波分多路复用器/多路分解器30的多路复用端口相连的光环行器20的端口2中，然后，输出到光环行器20的端口3。此时，输出的光输出波长λ1、λ2、λ3、…、λN中的多个。已经多路复用了其他波长频带的光。因此，本发明的多波长光源中的每一个都可以被用作单波长光源或多路复用的光源。
作为非限制性示例，图3描述了采用光纤布拉格光栅实现图2中的波长相关反射器的本发明的优选实施例。只示出了多路复用的波长信道中的一个。
在图3中，波分多路复用器/多路分解器30的多路分解端口设有光纤布拉格光栅411、光纤放大器51、波长无关反射器61和调制器71。提供了调制器71，使其能够被用作独立光源。以与波分多路复用器/多路分解器30的传输特性相同的传输特性设计光纤布拉格光栅411，从而使产生的光能够双向传输。此外，为了在光通信系统中利用所产生的光，将作为波长相关反射器的光纤布拉格光栅设置为具有A％的反射率，而将波长无关反射器设置为具有X％的反射率。因此，通过设计，可以沿相反方向传输光功率中的预定部分。作为非限制性示例，图4按照本发明的第二实施例描述了波分复用光纤通信系统的光源发生器。
如图4所示，按照本发明第二实施例的波分复用光纤通信系统的光源发生器包括泵浦激光二极管10、波分多路复用器/多路分解器30、光纤放大器51、52、…、5N、波长无关反射器61、62、…、6N、100、调制器71、72、…、7N、粗波分复用(CWDM)滤光器80、光带通滤光器(OBPF)90。按照第二实施例，可以利用波长无关反射器实现多波长光源。第二实施例与第一实施例之间的区别在于，针对波长无关反射器100与波长无关反射器61、62、…、6N相结合，建立单波长谐振腔，波长无关反射器100与波分多路复用器/多路分解器30的多路复用端口相连，波长无关反射器61、62、…、6N与波分多路复用器/多路分解器30的多路分解端口31、32、…、3N相连。也可以用第一实施例中所描述的光环行器代替CWDM滤波器80。
将从泵浦激光二极管10产生并发射的泵浦光输入到波分多路复用器/多路分解器30的多路复用端口。在波分多路复用器/多路分解器30中，对输入的泵浦光进行频谱分割，然后，输入到分别与相应多路分解端口31、32、…、3N相连的光纤放大器51、52、…、5N中。
光纤放大器51、52、…、5N从通过多路分解端口31、32、…、3N输入的泵浦光产生自发辐射光。通过在有源光纤中掺入如铒(Er)、镨(Pr)、钕(Nd)等稀土离子制造光纤放大器。当特定波长的泵浦光进入这种光纤时，通过激发稀土离子，发射具有特定波长的受激光子。结果，放大了通过相应光纤传输的光信号。
由波长无关反射器61、62、…、6N反射从光纤放大器51、52、…、5N产生的自发辐射光，并在光纤放大器51、52、…、5N中再次放大。然后，通过波分多路复用器/多路分解器30波分复用自发辐射光。波分复用的自发辐射光80具有不同于泵浦激光二极管10的频带，并通过CWDM滤波器80，到达OBPF 90。OBPF 90只允许光源频带通过，然后，由波长无关反射器100反射。由波长无关反射器100反射的自发辐射光再次通过OBPF 90和CWDM滤波器80。然后由波分多路复用器/多路分解器30进行多路复用，并针对各个单独的波长，由光纤放大器51、52、…、5N进行放大。通过多次重复此过程，激射自发辐射光，使其被用作光源。利用OBPF 90来选择具有周期特性的AWG的传输频带。与参照图2所描述的本发明的第一优选实施例一样，如果针对每个单一波长，控制每个波长无关反射器61、62、…、6N的反射率，以及如果控制波长无关反射器100对所反射的多路复用频带的反射率M％，自发辐射光可以被用作单波长光源或多路复用的光源。可以理解的是，与第一实施例一样，第二实施例可以可选地增加插入在多路分解端口31、32、…、3N和光纤放大器51、52、…、5N之间的波长相关反射器41、42、…、4N(在图4中未示出)，以在第二实施例中引入第一实施例的结构和功能。
尽管已经参照其特定的优选实施例描述了本发明，本领域的技术人员可以理解的是，在不偏离所附权利要求所定义的本发明的精神和范围的前提下，可以进行多种修改。因此，本发明并不局限于公开的实施例。
正如从前面可以看到的那样，按照本发明的波分复用光通信系统的光源发生器可以利用诸如反射器等无源器件产生稳定的光源。
此外，由按照本发明的光源发生器产生的光源可以被用作多路复用的光源和独立光源。因此，不仅可以降低安装费用，而且还可以在需要多个光源的通信系统中提供有效的操作。
Claims (6)
1、一种波分复用光通信系统的光源发生器，包括：
泵浦光发生部分，用于产生并输出泵浦光；
波分多路复用器/多路分解器，具有一个多路复用端口和多个多路分解端口，用于波分复用，并输出输入到多路复用端口中的光信号，以及用于波分分解，并输出输入到多路分解端口中的光信号；
光通路转换器，用于通过转换泵浦光的通路，向波分多路复用器/多路分解器的多路复用端口输出从泵浦光发生部分产生和接收到的泵浦光，以及用于通过为光信号转换过的通路输出从波分多路复用器/多路分解器输出的光信号；
多个波长相关反射器，每一个与波分多路复用器/多路分解器的多路分解端口中相应的一个相连，用于只反射具有与多路分解端口中所述相应的一个相对应的特定波长的光信号；
多个光纤放大器，每一个都具有两侧，其中一侧与波长相关反射器中相关的一个相连，用于响应由泵浦光发生部分产生的泵浦光，产生自发辐射光；以及
多个波长无关反射器，每一个与光纤放大器中相应的一个的另一侧相连，用于反射包括具有特定波长的所述光信号在内的全部光信号，
其中独立控制每个波长相关反射器的反射率和每个波长无关反射器的反射率，从而使光源能够单向或双向通过各个反射器传输。
2、按照权利要求1所述的光源发生器，其特征在于波长相关反射器包括均分别与波分多路复用器/多路分解器的多路分解端口相连的光纤布拉格光栅。
3、按照权利要求1所述的光源发生器，其特征在于波长相关反射器包括均分别与波分多路复用器/多路分解器的多路分解端口相连的薄膜滤光器反射器。
4、按照权利要求1所述的光源发生器，其特征在于光通路转换器包括光环行器，所述光环行器包括：
第一端口，用于输出由泵浦光发生部分产生的泵浦光；
第二端口，与波分多路复用器/多路分解器的多路复用端口相连；以及
第三端口，用于输出波分复用的光信号。
5、按照权利要求1所述的光源发生器，其特征在于还包括多个调制器，用于利用通过波长无关反射器的波分复用的光，作为独立光源。
6、一种波分复用光通信系统的光源发生器，包括：
波分多路复用器/多路分解器，具有一个多路复用端口和多个多路分解端口，用于波分复用，并输出输入到多路复用端口中的光信号，以及用于波分分解，并输出输入到多路分解端口中的光信号；
泵浦光发生部分，用于产生并输出泵浦光；
光通路转换器，具有第一端口，用于输出由泵浦光发生部分产生的泵浦光，第二端口，与波分多路复用器/多路分解器的多路复用端口相连，以及第三端口，用于输出波分复用的光信号；
多个波长相关反射器，每一个与波分多路复用器/多路分解器的多路分解端口中相应的一个相连，用于只反射具有与多路分解端口中所述相应的一个相对应的特定波长的光信号；
多个光纤放大器，每一个都具有两侧，其中一侧与波长相关反射器中相关的一个相连，用于响应由泵浦光发生部分产生的泵浦光，产生自发辐射光；
多个第一波长无关反射器，每一个与光纤放大器中相应的一个的另一侧相连，用于反射包括具有特定波长的所述光信号在内的全部光信号；
光带通滤光器，具有两侧，其中一侧与光通路转换器的第三端口相连，用于只通过光源频带；以及
第二波长无关反射器，与光带通滤光器的另一侧相连，用于反射包括具有特定波长的所述光信号在内的全部光信号，
其中独立控制第一和第二波长无关反射器的反射率，从而使光源能够单向或双向通过各个反射器传输。
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