TWI400903B - 多段式長波段摻鉺光纖放大器 - Google Patents

Description

多段式長波段摻鉺光纖放大器

本發明係關於一種多段式長波段〔L－band〕摻鉺光纖放大器〔Erbium－Doped Fiber Amplifier，EDFA〕，特別是關於多段式長波段摻光纖放大器包含數個摻鉺光纖單元及至少一個泵激光源〔pumping source〕，以形成數個長波段光纖放大器單元〔L－band fiber amplifier unit〕。

目前在長距離光纖通訊上必然面臨光信號衰減的問題，因此在適當距離就有必要增設光放大器，以便將光信號適當放大後，再繼續進行光信號傳輸。一般而言，在光纖通訊系統中已最廣泛應用摻鉺光纖放大器，其餘可能商業應用的光放大器包含光纖拉曼放大器〔Fiber Raman Amplifier，FRA〕及半導體光放大器〔Semiconductor Optical Amplifier，SOA〕。

一般傳統的摻鉺光纖放大器主要操作在C波段〔C－band〕的頻帶內，即用於1550nm波長範圍的光纖通訊。摻鉺光纖放大器的構造包含摻鉺光纖、波長選擇耦合器、光隔離器及泵激半導體雷射光源〔980nm或1480nm〕。然而，基於大量資訊傳輸的擴大頻寬需求，傳統摻鉺光纖放大器僅操作在C波段的頻帶內已不符合前述需求，因而其有必要進一步延伸其操作頻帶。是以，將其操作頻帶延伸至長波段，因而形成長波段摻鉺光纖放大器〔L－band EDFA〕，以大幅增加分波多工系統〔Wavelength Division Multiplexing，WDM〕的容量。

事實上，雖然長波段摻鉺光纖放大器具有大幅增加分波多工系統容量的優點，但在設計上面臨需要配置增加總長度或提高鉺離子濃度的摻鉺光纖的限制。為了因應前述兩個限制因素，因而摻鉺光纖放大器需要提高泵激功率，其具有泵激效率不佳的缺點。

有鑑於此，將單段式摻鉺光纖放大器可選擇改為多段式摻鉺光纖放大器，以期改善泵激效率不佳的缺點。若將能改善泵激效率不佳的缺點時，將多段式摻鉺光纖放大器之操作頻帶成功延伸至長波段，即增加分波多工系統的容量。

一般而言，多段式摻鉺光纖放大器技術亦已廣泛做為光信號放大器，其亦揭示於許多美國專利內容。例如，美國專利第5050949號之〝Multi－Stage Optical Fiber Amplifier〞；美國專利第5115338號之〝Multi－Stage Optical Amplifier〞；美國專利第5521753號之〝Multi－Stage Optical Amplifier〞；美國專利第6396624號之〝Extended Band Erbium Doped Fiber Amplifier〞；美國專利第6441953號之〝L Band Multistage Amplifier with Improved Noise Figure〞；美國專利第6583925號之〝Efficient Pumping for High Power Rare－Earth Doped Fiber Amplifiers〞；美國專利第6646796號之〝Wide Band Erbium Doped Fiber Amplifier(EDFA)〞等。前述美國專利僅為本發明技術背景之參考及說明目前技術發展狀態而已，其並非用以限制本發明之範圍。

然而，前述美國專利第5050949號、第5115338號、第5521753號、第6396624號、第6441953號、第6583925號及第6646796號之多段式摻鉺光纖放大器皆具有構造複雜的缺點，其詳細構造部分不予贅述。其中美國專利第5050949號、第5115338號、第5521753號及第6583925號之多段式摻鉺光纖放大器皆僅應用於操作在C波段的頻帶內；第6396624號及第6646796號之多段式摻鉺光纖放大器則用於分離C波段及長波段之光信號。此外，美國專利第6441953號之多段式摻鉺光纖放大器係應用於操作在長波段的頻帶內，其具有第一光纖放大單元及第二光纖放大單元，且該第一光纖放大單元需要利用980nm或1480nm泵激雷射光源，該第二光纖放大單元則需要利用1520nm及1620nm之間的泵激雷射光源，因而其具有構造複雜的缺點。

有鑑於此，本發明為了改良上述缺點，其提供一種多段式長波段摻光纖放大器，其包含數個摻鉺光纖單元、數個波長選擇耦合器、數個光隔離器及至少一個泵激光源，以形成數個長波段光纖放大器單元。該摻鉺光纖單元具有一預定長度，該泵激光源為單一波長的泵激光源。

本發明之主要目的係提供一種多段式長波段摻光纖放大器，其包含數個摻鉺光纖單元及至少一個泵激光源，以形成數個長波段光纖放大器單元，以達成提升其泵激效率之目的。

本發明之另一目的係提供一種多段式長波段摻光纖放大器，其包含數個摻鉺光纖單元及至少一個泵激光源，該泵激光源為單一波長的泵激光源，以達成簡化整體結構之目的。

為了達成上述目的，本發明多段式長波段摻光纖放大器包含數個摻鉺光纖單元、數個波長選擇耦合器、數個光隔離器及至少一個泵激光源，以形成數個長波段光纖放大器單元。該摻鉺光纖單元具有一預定長度，該泵激光源連接至該摻鉺光纖單元。該泵激光源為單一波長的泵激光源。

本發明之較佳實施例係該數個長波段光纖放大器單元之間形成串聯。

本發明之較佳實施例係該泵激光源選擇單一個泵激光源。

本發明之較佳實施例係該泵激光源包含至少一個泵激光源單元。

本發明之較佳實施例係該泵激光源另包含一分光元件。

為了充分瞭解本發明，於下文將例舉較佳實施例並配合所附圖式作詳細說明，且其並非用以限定本發明。

本發明第一較佳實施例之多段式長波段摻鉺光纖放大器應用於長距離光纖通訊之光學元件或其相關技術領域，該相關技術領域係屬未脫離本發明之精神與技術領域範圍。本發明第一較佳實施例之多段式長波段摻鉺光纖放大器適用於1560nm至1620nm波長範圍之光信號，該1560nm至1620nm波長範圍並非用以限定本發明。

第1圖揭示本發明第一較佳實施例多段式長波段摻鉺光纖放大器之架構示意圖。請參照第1圖所示，本發明第一較佳實施例之多段式長波段摻鉺光纖放大器10之一端用以連接一可調式雷射光源〔tunable laser source，TLS〕2，其做為一光信號源；該多段式長波段摻鉺光纖放大器10之另一端用以連接一光譜分析儀〔optical spectrum analyzer，OSA〕3，其用以接收該多段式長波段摻鉺光纖放大器10之放大光信號。

第1A圖揭示本發明第一較佳實施例之多段式長波段摻鉺光纖放大器之單一個長波段光纖放大器單元之架構示意圖。請參照第1A圖所示，該多段式長波段摻鉺光纖放大器10包含數個摻鉺光纖單元11、數個波長選擇耦合器〔wavelength selective coupler，WSC〕12、數個光隔離器〔isolator，ISO〕13及至少一個泵激光源14，以形成數個長波段光纖放大器單元〔L－band fiber amplifier unit〕10a。

請再參照第1A圖所示，本發明第一較佳實施例之多段式長波段摻光纖放大器10係串聯該數個長波段光纖放大器單元10a，以便組成一多段式的光纖放大器架構。本發明第一較佳實施例之長波段光纖放大器單元10a之數量為2個以上的光纖放大器單元，其較佳為5個光纖放大器單元，但其數量並非用以限定本發明之範圍。如第1圖所示，本發明第一較佳實施例之多段式長波段摻鉺光纖放大器10包含m個該長波段光纖放大器單元10a。由於本發明之多段式長波段摻鉺光纖放大器10由該長波光纖放大器單元10a組成，因此能達成提升其泵激效率。

請再參照第1A圖所示，該摻鉺光纖單元11具有一預定長度，例如10m、10m以下或10m以上，該摻鉺光纖單元11亦具有一預定鉺離子濃度，但其長度及濃度並非用以限定本發明之範圍。該摻鉺光纖單元11之長度總和可達成原預定總長度，因此本發明在總長度不變之下，其可有效降低泵激功率。每個該摻鉺光纖單元11之長度可依需求選擇設定為其長度相等或不相等。本發明第一較佳實施例則選擇該摻鉺光纖單元11之長度相等，但其並非用以限定本發明之範圍。

請再參照第1A圖所示，該波長選擇耦合器12及光隔離器13分別連接至該摻鉺光纖單元11，其可選自習用光纖元件，但光纖元件的種類並非用以限定本發明之範圍。該波長選擇耦合器12用以將該泵激光源14與該可調式雷射光源2或前段長波段光纖放大器單元輸出之信號光源共同連接至該摻鉺光纖單元11。該光隔離器13係用以阻隔反向的增幅自發性放射〔amplified spontaneous emission，ASE〕，以提升光信號的增益。該波長選擇耦合器12位於該摻鉺光纖單元11之第一端，以便該泵激光源14順向加入至該摻鉺光纖單元11。

請再參照第1A圖所示，該泵激光源14為單一波長的泵激光源〔標示為P〕，其較佳選自980nm或1480nm波長的泵激光源，但其並非用以限定本發明之範圍。本發明第一較佳實施例係該泵激光源14選擇單一個泵激光源。本發明第一較佳實施例係該泵激光源14包含至少一個泵激光源單元〔pumping source〕；或該泵激光源14包含多個泵激光源單元，其仍選自單一波長的泵激光源單元。

第1B圖揭示本發明第一較佳實施例之多段式長波段摻鉺光纖放大器之數個長波段光纖放大器單元之架構示意圖。請參照第1B圖所示，該泵激光源14係屬單一泵激光源，其另包含一分光元件14a〔pump splitter〕，其將該泵激光源14之泵激光源進行分光，以形成數個泵激分光P1、P2…Pm。接著，將該泵激光源14之泵激分光P1至Pm分別輸出至對應的該波長選擇耦合器12。本發明另一較佳實施例係該泵激光源14包含兩個以上的泵激光源，以提供兩個以上或數個泵激光源。當該泵激光源14之泵激光源數量與該長波段光纖放大器單元10a之數量相同時，可省略該分光元件14a，其詳細技術部分不予贅述。

第2圖揭示本發明第二較佳實施例之多段式長波段摻鉺光纖放大器之單一個長波段光纖放大器單元之架構示意圖。請參照第2圖所示，本發明第二較佳實施例之該波長選擇耦合器12’位於該摻鉺光纖單元11之第二端，以便該泵激光源14反向加入至該摻鉺光纖單元11；如第1A圖所示，相對的，該波長選擇耦合器12位於該摻鉺光纖單元11之第一端，而該泵激光源14順向加入至該摻鉺光纖單元11。本發明另一較佳實施例係該波長選擇耦合器12及波長選擇耦合器12’配置於該摻鉺光纖單元11之兩端，以便該泵激光源14同時順向及反向加入至該摻鉺光纖單元11，其詳細技術部分不予贅述。

本發明之多段式長波段摻鉺光纖放大器10具有5個單元的長波段光纖放大器單元10a。在實驗中其操作在波長1600nm時，可量測發現在58mW泵激功率即產生增益；相對的，其對照於單一段長波段摻光纖放大器，將單一段長波段摻光纖放大器操作在波長1600nm時，可量測發現在65mW泵激功率才產生增益。

在同一實驗中，本發明之多段式長波段摻鉺光纖放大器10在80mW總泵激功率下，其產生增益達14dB；相對的，其對照於單一段長波段摻鉺光纖放大器在相同80mW泵激功率下，僅達成5dB的增益產生。

上述實驗數據為在特定條件之下所獲得的初步實驗結果，其僅用以易於瞭解或參考本發明之技術內容而已，其尚需進行其他實驗。該實驗數據及其結果並非用以限制本發明之權利範圍。

如上所述，本發明之多段式長波段摻鉺光纖放大器10能達成提升其泵激效率之目的。此外，本發明之多段式長波段摻鉺光纖放大器10採用單一個該泵激光源14或單一波長的該泵激光源14，以達成簡化整體結構之目的。

前述較佳實施例僅舉例說明本發明及其技術特徵，該實施例之技術仍可適當進行各種實質等效修飾及/或替換方式予以實施；因此，本發明之權利範圍須視後附申請專利範圍所界定之範圍為準。

10．．．多段式長波段摻鉺光纖放大器

10a．．．長波段光纖放大器單元

11．．．摻鉺光纖單元

12．．．波長選擇耦合器

12’．．．波長選擇耦合器

13．．．光隔離器

14．．．泵激光源

14a．．．分光元件

2．．．可調式雷射光源

3．．．光譜分析儀

第1圖：本發明第一較佳實施例多段式長波段摻鉺光纖放大器之架構示意圖。

第1A圖：本發明第一較佳實施例之多段式長波段摻鉺光纖放大器之單一個長波段光纖放大器單元之架構示意圖。

第1B圖：本發明第一較佳實施例之多段式長波段摻鉺光纖放大器之數個長波段光纖放大器單元之架構示意圖。

第2圖：本發明第二較佳實施例之多段式長波段摻鉺光纖放大器之單一個長波段光纖放大器單元之架構示意圖。

10．．．多段式長波段摻鉺光纖放大器

10a．．．長波段光纖放大器單元

11．．．摻鉺光纖單元

12．．．波長選擇耦合器

13．．．光隔離器

14．．．泵激光源

2．．．可調式雷射光源

3．．．光譜分析儀

Claims (10)

1. 一種多段式長波段摻鉺光纖放大器，其包含：數個摻鉺光纖單元，其具有一預定長度；數個波長選擇耦合器，其連接至該摻鉺光纖單元；數個光隔離器，其連接至該摻鉺光纖單元；及至少一個泵激光源，其連接至該摻鉺光纖單元，該泵激光源為單一波長的泵激光源，該數個摻鉺光纖單元、該數個波長選擇耦合器、該數個光隔離器及該至少一個泵激光源組成數個長波段光纖放大器單元。
2. 依申請專利範圍第1項所述之多段式長波段摻鉺光纖放大器，其中該數個長波段光纖放大器單元之間形成串聯。
3. 依申請專利範圍第1項所述之多段式長波段摻鉺光纖放大器，其中該泵激光源選擇單一個泵激光源。
4. 依申請專利範圍第1項所述之多段式長波段摻鉺光纖放大器，其中該泵激光源包含至少一個泵激光源單元。
5. 依申請專利範圍第1項所述之多段式長波段摻鉺光纖放大器，其中該泵激光源包含一分光元件。
6. 一種多段式長波段摻鉺光纖放大器，其包含：數個長波段光纖放大器單元及至少一個泵激光源；每個該長波段光纖放大器單元包含一摻鉺光纖單元、一波長選擇耦合器及一光隔離器；該泵激光源連接至該摻鉺光纖單元；該泵激光源為單一波長的泵激光源。
7. 依申請專利範圍第6項所述之多段式長波段摻鉺光纖放大器，其中該數個長波段光纖放大器單元之間形成串聯。
8. 依申請專利範圍第6項所述之多段式長波段摻鉺光纖放大器，其中該泵激光源選擇單一個泵激光源。
9. 依申請專利範圍第6項所述之多段式長波段摻鉺光纖放大器，其中該泵激光源包含至少一個泵激光源單元。
10. 依申請專利範圍第6項所述之多段式長波段摻鉺光纖放大器，其中該泵激光源包含一分光元件。