TW396285B - Optical amplifier apparatus - Google Patents

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Λ7 2 __________B7五、發明説明（i ) 經濟部中央#準局：.>{工消分合作社印製 本發明係關於新穎形式之光學放大器裳置，特別是光 學放大器裝置以使用於光纖網路中。 光纖快速地進入訂戶通路網路以作為有線電視(CATV) 服務之配置。目前CATV前置站在網路中利用在光纖部份以 及同軸電缆部份作許多分裂訊號而對大量客戶（>1〇〇〇)傳 送分散式服務。目前互動式服務例如遠端工作以及高品質 視訊電話正增加，但是其需要高頻寬以及雙向連結於伺服 器端以及用戶端間。為了在CATV網路中達成該互動式服務. ，必需發展出商度界定波動區分多工技術以及裝置: 。一項必需之裝置為雙向多波長光學放大器，其能夠補償 沿著上游以及下游訊號線路之傳播以及分裂損耗。目前並 無該裝置可供使用。 本發明提供一種新穎的光學放大.器構造，其具有兩個 平行光學支線，一條作為放大數位訊號以及另外一條作為 放大類比訊號。這些光學支線相互平行係指其以並聯方式 連接使得特定訊號通過一條支線同時其他訊號通過另外一 條支線。該光學放大器裝置優先實施例中能夠使類比 訊號以及一組多個多工雙向數位訊號同時放大，以補償沿著 上游以及下游線路之傳播以及分裂損耗。 優先地本發明光學放大器裝置使用摻雜餌光纖放大‘器 (EDFA)元件。通常在光學放大器裝置中由數位路徑所處理 之波長在EDF A增益頻譜之較短波長區域中（例如為1530-15 45nm)，而光學放大器類比路徑所處理波長通常在較長區域 中（例如為1550-1560nm)。類比訊號頻率調制通常導致發 中R彻家標芈（CNS ) Λ4规格(2!0X2V7公於） (請先閲讀背而之注念亊項#填寫本瓦.) ---------( Λ7 ______ B7 五、發明説明（工） 射雷射頻率之差異。使用1550-1560nm頻帶之類比訊號放 大會促使類比訊號失真減小，此由於發射雷射頻率變化所 致，以及阻礙部份頻譜中EDFA元件增益斜率較為緩和。 在一項本發明實施例中，處理數位訊號之光學支線具 有第一及第二放大部份(優先地以各別^；^^線圈為實施例） 以及在兩個放大部份間之增益平坦化濾波器。利用該排列 ，增益平坦濾'波器之位置能夠加以選擇使得在上游及下游 頻道間最低噪訊及最佳輸出功率間能夠得到最佳之選擇。 優先地使用兩個雷射以驅動並聯類比以及數位路徑中 之放大器構件。在該情況下，每一路徑增益能夠加以控制 與其他路徑無關。優先地每一雷射應該各別地驅動數位路 徑中放大器構件同時另外一個雷射驅動類比路徑中放大器 構件。 優先地，並聯數位路徑以及類比路徑藉由波長區分多 工器/解多工器裝置在其端部連接在一起。該裝置不但能 夠促使數位以及類比訊號被分離以及再合併於所需要情況 下，同時其減小串音所引起之多路徑干涉以及藉由濾波以 及放大自勵發射（ASE)改善類比以及數位區段之噪訊特性 。在處理單向訊號之類比支線中需要一個光學隔離器。 為了提高整個裝置密集化，將本發明光學放大器裝置 與分散網路第一訊號分裂器整體形成為有用的。 本發明更進-步雜以及優簡由下舰先地實施例 以及列舉出範例之·變為清楚，其顯示於附圖中。 圖1顯示出本發明光學放大器之第一實施例之一般構 本紙,"、尺反边川 ( CNS ) Λ4^.^ ( 210X2^7^^ ) ^•'-^部中火-冷^^^工消资合作社印- A7 ----一 ._— _ B7 五、發明説明（3 ) 造。 圖2顯示出本發明光學放大器之第二實施例之一般構 造。 圖3顯示出本發明光學放大器之第三實施例之一般構 如圖1所示，本發明光學放大器裝置包含第一及第二並 聯光學支線1及2。第-並聯支線丨使用來放A—組多個多 工單向或優先為雙向數位訊號，而第二光學路徑使用來放 大單向類比訊號，特別是相當寬廣頻帶之訊號。 並聯光學支線在端部藉由多工/解多工(WDM)裝置3連 接在一起，以及由第一及第二雷射二極管4A以及4β加以驅 動。在4範例中，雷射二極體从以及樹喿作於gg〇nm波長下 以及輸出功率為120mW;然而業界熟知此技術者了解不同泵 運雷射波長亦為適當的，其決定於放大介質中之活性摻雜 劑。WDM裝置3為介質頻寬之頻帶分裂器以及作為將類比頻 道以及數位頻道中分離以及再合併。其亦減小多個路徑干 涉(MPI)引起之串音以及藉由濾波以及自勵放射改善兩個 區段之噪訊特性。該裝置亦可使用光纖，光柵，薄膜或其他 形式之TOM。 在本發明實施例中，放大器裝置之並聯支線使用摻雜 解光纖放大器5, 6,及7。第一並聯支線1操作於餌增益頻譜 之較短波長（藍色）頻帶（1530-1545nm),第二並聯支線2操 作於餌增益頻譜之較長波長（紅色）頻帶（1550-1560nra)。 使用較長波長頻帶促使由於發射器雷射頻率變化產生之類 ； 裝 訂-----.^ ) (請先間讀背而之注意事項再填寫本頁) A7 —------------------ B7 五、發明説明（午） 比訊號失真減小，如先前所說明。 ^第一光學支線1優先地為雙向（即並無光學隔離器）。 亥光學支線1使用來同時放大上游及下游數位頻道，相鄰兩 個相鄰上游及下游頻道間之頻道間隔為G. 8nm(贏Hz)，高 達8個數位頻道(例如4個上游，及4個下游）能夠使用於1535 -1541ηηι頻窗中。上游及下游訊號之波長交錯使得有可能 減小共傳播訊號間之四波相混效應，同時只使用增益曲線 之少部份頻譜範圍。 優先地，在第一光學支線中達成放大係使用兩個放大 區段(EDFA線圈5及6)，其中間放置增益平坦化濾波器8。增 益平坦;慮波器作為減小不同數位頻道間之增益漣波。藉由 使用兩個區段5及6,能夠發現增益平坦濾波器8之最佳位置 ，其能夠促使上游及下游頻道最佳輸出以及噪訊特性間達 到適當之折衷。在該範例中，兩個放大區段5及6分別以5. 5 公尺第一EDFA線圈以及12公尺第二EDFA線圈形成。兩個線 圈排列產生線圈及/或相對於一個或兩個線圈不同系運波 長之不同組合。 在該實施例中，泵運雷射二極體4A藉由麵合器13以及 各別波長區分多工(WDM)裝置Π及12驅動第一光學路徑之 第一及第二放大區段。耦合器13能夠是3dB耦合器或雙向 耦合器，其具有任何所需要之分裂比值，其決定於線圈5, 6 中所觀察到粒子反轉數。

第二光學支線2為單向的，以及當該光學放大器裝置使 用於分散網路CATV以及數位服務中，其作為放大類比CATV 本紙仄尺度適川中四㈡家標率（CNS ) Λ4規格（2丨()>< 297公犮）

(請先閲靖背而之注意事項再填寫本页) 5 I- . ____I Λ7 ____________ Β7 五、發明説明（f) 訊號。該支線包含訊號放大區段，在該實施例中使用15. 5 公尺之EDFA線圈。光學隔離器14包含於第二光學支線2中 以減小向後反射。泵運雷射4B藉由WDM耦合裝置15驅動第 二光學支線2中之放大。 上述兩個泵運構造為有益的，因為每一並聯支線之輸 出功率或增益能夠加以控制與其他支線無關。因而在CATV 應用中，CATV訊號之輸出功率能夠藉由改變泵運雷射4B之 激勵電流加以改變，而不需要改變數位頻道之輸出功率。 同樣地，假如需要單獨地改變數位支線輸出功率，泵運雷射 4A之激勵電流能夠單獨地加以改變。 本發明光學放大器裝置之第二實施例顯示於圖2中。 第二實施例具有許多元件類似於第一實施例之元件，因而 使用相同之參考數目。 如圖2所示，第二實施例之光學放大器裝置將分散網路 第一分裂器20合併。在該範例中，整體分裂器2〇為四向分 器。除此，第二賁施例之驅動排列與第一實施例不同。 可看到兩個雷射二極體24A, 24B亦能夠使用來驅動並聯光 學路徑，這些雷射二極體之排列由圖1實施例加以變化。特 別地，在目前實施例中兩個共傳播泵運雷射24A以及24β藉 由各別輕合1置11及12而搞合至第一並聯路徑1之兩個放 大區段。泵運雷射24Α藉由3dB耦合器3耦合第一WDM耦合裝 置11，該耦合器將驅動雷射24A所供應雷射能量區分使得一 半輸出能量藉由另外一個WDM搞合裝置15傳送至第二並聯 光學支線2。 五、發明説明（fc) Λ7 B7

t ：L 消 ：!> 仓 ：ίΐ- 對於圖2泵運排列，每一並聯光學支線之輸出能量或增 益亦能夠加以控制與其他支線無關。假如需要改變光學支 線2之輸出能量，雷射二極體24Α能量需要改變以及對雷射 —極體24Β之輸出能量作補償。另外一方面，假如需要改變 光學支線1之輸出能量，只對雷射二極體24Β之輸出能量作 調整。 光學放大器裝置之特性顯示於圖2中，其參考所作—些 試驗而達成。所有試驗在室溫下操作，以及第一泵運雷射 24Α為980nm波長之130mW固定泵運能量以及第二泵運雷射 24b為980rm波長之80mW固定泵運能量。 類比支線之量測： 類比放大支線2之噪訊特性以及輪出能量調查係藉由 掃描1550rm至1560nm(以lnm為間隔）輸人訊號波長。對於 母一波長，輸入机说依序地設定為-5dBm，OdBm，及+5dBm， 表示放大器可能操作之點。在這些情況下，噪訊以及輸出 能量如底下表1所示。 表1 Pout(dBm)(*) NF(dB)(*) Gain(dB)(*) λ〇„ν=[1550-1560] λ CAn=[ 1550-1560] λ CA„=[ 1550-1560] Pin=-5dBm 6. 5dBm<Pout<6.6dBm 4.3dB<NF<4.6dB Pin^ OdM 6. 8dBm<Pout<6. 9dBm 4.8dB<NF<5.2dB Pin-+5dBni 7. ldBm<Pout<7.2dBm 5. 7dB<NF<6. OdB (*)輸出端埠最大損粍 類比放大支線之增益斜率使用兩個訊號加以調查，— 個訊號使CATV訊號波長下之訊號充份地產生增益和，另外

11.5dB<G<ll.GdB 6. 8dB<G<6.9 dB 2. ld6<G<2. 2 dB 木纸張尺度进力]屮標卑（) 恪（no aw公芹） (請先閲讀背面之注意事項再填朽本頁}

8 8 經济部中央#毕局只工消货合作祍印怎 A7 __________ 111 五、發明説明（7) .一個訊號使用作為微弱探測訊號以監測CATV波長附近之增 益。飽和光束依序地設定為1550,1555,以及1560nm，使每 一波長設定為-5dBm, OdBm,以及+5dBm飽和輸入能量。對於 這些飽和情況下，在CATV波長附近掃描探測光束波長，其輸 入能量為-35dBm以及局部增益斜率以Inin寬度來計算出。 所得結果列出於下列表2中。 表2 又€人17=[1550-1560]之增益斜率4^/^4((18/11111) Pin=-5dBm 0. KAG/A λ <0. 25 Pin= OdBrn 0.1<AG/A λ <0. 25 Pin=+5dBm 0.1<AG/A λ <0. 25 由表2可着出每一情況之增益斜率小於〇.25dBm/nm，其 通常為形式II之摻雜餌光纖。該構造適合使用於CATV應用. 中，在該應角中增益斜率最大誤差值為〇.25dB/nm。 數位支線之量測： 針對下游方向，嗓訊特性，增益以及增益平坦性在三個 步驟中使用三個雷射量測。對於所有量測，上游光學輸入 能量為~13dBm(在1x4分裂器入口處4個上游頻道運載之最 大總上游能量）波長為15 38nm(數位頻道之平均波長）之飽 和訊號藉由1x4輸出連接器投射至放大器。第一，對不同飽 和輸入能量值:-7, -10, -20, -30dBm量測下游增益以及噪訊 特性利用1538nm下游訊號(參閱表3)。第二,1535ηπι之-13 下游探測訊號加入於放大器之輸入端埠以及1538mn訊 號調整為~8. 2dBm使得總下游輸入能量保持為-7dBm固定值 ί ο (誚先閲讀背而之注意來項界填艿木页) 裝 -- 9五、發明説明（f) Λ7 B7 。最後，1535nm訊號以1541nm之-13dBm訊號替代。在這些 操作情況下，沿著放大器之平均粒子反轉將促使增益由153 5至1541nm單調地增加。增益連波由該兩種波長（參閱表4) 間之增益差值形成。 表3 淨增益(dB) NF(dB) Pin=- 7dBm 16.3 5.6 Pin=-10dBm 18.9 5.8 Pin:-20dBm 24.7 5.4 Pin=-30dBm 28.4 5.3 表4 (锖先間讀背而之注意事項再填«本I) 装- 經濟部中失揣ΐΊΓ

Graax(@1535nm) Gmin(@1541nm) AG=Gmax-Gniin NF λ =[1535-1541] 17.3 dB 16.2dB 1. ldB 5.9dB<NF<6. OdB . 對於上知方向，以相同於下游方向作量測。對於所有 量測，輸入能量為-7dBni之1538nm下游飽和訊號經由輸入連 接器投射至放大器中。第一，上游增益以及噪訊特性利用 1538咖上游訊號對不同飽和輸入能量值:_13, _2〇, _3〇dBm (參閱表5)量測。其次，1535nm之—19dBm下游探測訊號加入 於放大器之輸入端埠以及i 538nm訊號調整為4 4. 25(1]^使 得總下游輸人能量保持為-腫_定值。最後，1535簡訊 號以1541nm之-19dBm訊號替代。增益漣波如先前所明（ 參閱表6)。 ° 本縣尺度適削’丨:训諸毕（CNS ) Λ4^ ( 210 -^¾^II 1 五、發明説明) Λ7 10 Η 7 表5 淨增益(dB) NF(dB) Pin=-13dBm 16.1 7 Pin=-20dBm 16.5 6.7 Pin=-30dBm 20.5 2.9 绖濟部中央標卒局員工消货合作社印a 表4Gmax Gmin AG=Gmax-Gmin NF(^)(@1535nm) (@1541nm) λ =[1535-1541] 18.5 dB 16. ldB 2.4 dB 6.5dB<NF<9.4dB (*)在表5及6中噪訊特性(NF)值並不考慮與放大器輸出端 1x4分裂器結合之損耗（約為7诎）。 由上述所說明實驗結果可看出本發明光學訊號放大器 裝置具有之特性高度適合於分散CATV以及多工數位訊號應 用。 ， 雖然本發明針對兩個特定實施例加以說明，本發明並 不受限於該兩個實施例。其能夠作出許多變化以及適用情 況。例如雷射二極體，使用操作波長，功率以及激勵電流為 列舉性，可以使用其他數值。同樣地，各種EI)FA元件所使用 之長度亦為列舉性，需要調整適當之長度，其決定於應用以 及所需要之性能。 同樣地，異於顯示於圖1及2之驅動排列為可能的。例 如圖1實施例中，不使用單一驅動雷射从以及3dB，1χ2耦合 器13以驅動數位支線之兩個放大區段5及6,能夠使用一對 雷射二極體以及2x2耦合器。在該情況下，藉由提供多重性 (請先閱讀背而之注意事項-办填朽本頁) ______'---.---：---^---^-----訂------^ 本紙&尺度適;!]屮酬孓牌(―CNS )八4规格（210XW7公淡） Λ7 五、發明説明（丨◦) ，數位放大社線關加以保護防止可能之停機(在驅動雷 射"ίτ機‘fe況下，仍然可以作放大伽，損耗只為綱。 可加以變化，圖3顯不出本發明實施例栗運過程與圖i 及2不同。第-泵運雷射4A藉由_輕合器13，耦合至放大 器構件5使縣圈5向前栗運(向前方向係指觀察者由左至 右方向）。其餘線圈5之料能量藉由麵|揭合器u’沿著旁 通路徑22導引通過濾波器8,以及以相反泵運方向藉由麵 耦合器12導引至線圈6(由右至左）。在該實施例中，導引 至線圈6之其餘泵運輸出能量優先地為使用於泵運線圈5 泵運輸出能量部份之50-90%範圍内。更優先地，導引至線 圈6之其餘泵運輸出能量為使用於泵運線圈5泵運輸出能 量部份之75-85%範圍内。最優先為8〇%。 本發明將各種變化以及改變將包含於下列申請專利範 圍内。 (請先閱讀开而之注意事項再填寫本I) 裝 經濟部中央樣率为〃)1工消赀合作社印装 本紙乐尺反迺州个四岡糾㈣.（CNS )八4说格（210X297公及 (3

Claims (1)

1. Λ8 Β8 ca 1)8 經濟部中央#;"局於工消費合作社印- 六、申請專利範園 1. 一種光學放大器，其特別適合使用於光纖之分散訊號網 路中，該裝置包含： 第一及第二並聯光學支線(1，2)，第一光學支線(1)包含 光學放大器構件（5, 6)以放大數位訊號以及第二光學支線 包含光學放大器構件（7)以放大類比訊號。 2. 依據申請專利範圍第1項之光學放大器，其中第一„光學支 線（1)之光學放大器構件（5, 6)使甩來放太雙向數位訊號見 及第二光學支線(2)各光學放太器構件(!)使用來放大單向 類比訊號。 3. 依據申請專利範園第丨項之光學放大器，其中第一光學夫 線ϋ)之光學放太器搆件(5, 6)使用來放大波長显分„皇工數 位訊號。 4. '依據申請專利範圍第丨項之先學放大器，其中第一光學支 線(1)之光學放大器構件(5, 6)包含第一（5,11Μ及第二(6 ，:12)放大部份以及增益平坦濾波器（沙》排列於第一及第二 ，放大部份之間。 、 ,也據申清專利範圍第1項之光學放大器，其中包含第一及 第二泵運雷射(4Α，4Β)，其耦佥至第二及.策二光最支巍(丨， 使得每一並聯光學支線之輪出|量處增益能夠加以控制與 其他光學支線無關。. 6’一锻據申-由專封範圍弟.5項_之光學放大器”其’中第二雷射（ 24Α)耦合至第^^光學支線(2)以及至第一光學支線(丨）之第 一放大構件(5)，而第二泵運雷射(24β)耦合至第一光學支 線(1〉之'第一放大構件（6)。 本祕尺度咖中Κ1阳:辦；（CNS ) Λ4^Γ( 2丨0x297公犛）Ιψ -----t---装--- (请先間讀背而之注意来項*填寫本^Ο *Y:W -1-Μ 396285 Μ C8 〜 D8 六、申請專利範圆 -央標擎局3工消於合作杜( 7. 依據申請專利範園第1項之光學放大器，其中放大構件或 部份由摻雜餌光纖放大器（EDFA)所構成，第一光學支線(1) 使用EDFA增益頻譜之較短波長（藍色）區域以及第二光學支 線(2)使用EDF A增益頻譜之較長波長（紅色）區域。 8. 依據申請專利範圍第7項之光學放大器，其中Ε_增益頻 5普之較短波長為1530-1545nm，以及EDM—增差頻譜之較長波 長區域為1550-1560nm。 9. 依據申請專利範圍第丨項之光學放大器，其中第一及第二 並聯光學支線(1，2)藉由波長區分多工器（WD||)裝置連接在 一起。 10. 依據申請專利範圍第1項之先學放大器，其中第二忠學 支線(2)包含光學隔離器。 Π.依據申請專利範圍第1項之光學放大器，其中更進一步 包含分裂器，其連接至裝置之輸出。 12. 從據泉請專利範屬—第丄項之光學蘇太晃其中第二光學 支線(2」_使ι用來放大CATV放大器。 13. 依據申請專利範爵第5項之光學放木器，其中放大曼(5, 6)構件藉由第一泵運雷射(4A)輸出能量部份向後泵運。 H，依據中請專利範圍第5項之光學放大器，其中放太器⑸ 構件藉由第一泵運雷敏(44)輸_出能量部份向前泵運以及放 大器構件(6)藉由第一泵運雷射(4A)其餘輸出能量部份向 後泵運。 15.依據申請專利範圍第14項之光學放大器，其中第一泵考 其餘輸出能J；部份為泵運放大器構件之第一領域 尽纸張尺度適阳中丨㈣家樣令（CNS ) Λ4^Τ^Ϊ〇χ 297^1* )丨厂 (請先閱讀背而之注意事項存琪舄本頁 • If n d n > 乂' 裝---^---- -----( > ΐ·f=1 mt 六 396285 8 8 8 8 Λ BCD 14 申請專利範園 雷射輸出能量部份之50-90%。 16.依據申請專利範圍第14項之光學放大器，其中第一泵運 雷射(4A)其餘輸出能量部份為泵運放大器構件之第一領域ι 雷射輸出能量部份之75-85%。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本贝) ^'f<----„--^--訂----- 濟 局 ΐ J j-r* 印 (1〇