专利名称：全波段拉曼光纤放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤放大器，尤其涉及一种基于拉曼效应的全波段光纤放大器，适用于光纤通信系统和网络。
为了提高拉曼放大带宽，美国TYCO SUBMARINE SYSTEM公司的KidorfHoward David(US6052219，Wide bandwidth Raman amplifier capable of employingpump energy spectrally overlapping the signal)和Xiabing Ma(US6151160，Broadband Raman pre-amplifier for wavelength division multiplexed opticalcommunication systems)对此先后进行了研究。前者采用1455nm和1495nm两个泵浦源反向泵浦，可以获得1530-1610nm范围(C波段和L波段)的信号放大，后者提出采用多个分带结构，每个分带可以用掺稀土离子光纤或拉曼效应放大所对应的光信号，可以实现宽带放大，由于后者在分带放大之前，还利用了一个掺铒光纤放大器或拉曼光纤放大器，其分带放大的带宽受它前面的放大器的制约，其放大带宽不超过120nm。
随着用户对带宽的日益需求，光纤通信正在向着高速率和高带宽的方向发展，无水峰的石英光纤已研制成功(ALLWAVE光纤)，不久将会投入商用。无水峰的石英光纤的低损耗带宽为400nm(1250-1650nm)，覆盖了第二、第三、第四和第五个通信窗口。然而，目前发明的光纤放大器的最大平坦带宽只有120nm，其带宽还不到全波光纤可利用带宽的三分之一。因此，研究带宽更宽的超宽带光纤放大器成为近期密集波分复用技术的研究主题。
为实现这样的目的，本发明的技术方案中，利用分带结构和多波长泵浦相结合的方法，分别采用非零色散位移光纤和色散补偿光纤，设计出400nm带宽的全波段分布式和集中式拉曼光纤放大器。
本发明设计的全波段拉曼光纤放大器，包括五个信号传输及放大臂和一对波带解复用器/复用器。五个放大臂分别用于传输和放大1250-1310nm、1310-1380nm、1380-1460nm、1460-1550nm及1550-1650nm波长范围的光信号。波带解复用器/复用器用于将1250-1650nm范围的输入光信号解复用成上述不同的五个波带。
对于分布式拉曼放大，设置有五个总体平行的放大臂，五个放大臂使用非零色散位移光纤(NDSF)作传输和增益介质。使用基于带通滤波器的波带解复用器将来自输入端的1250-1650nm波段的光信号解复用成五个波带(1250-1310nm，1310-1380nm，1380-1460nm，1460-1550nm，1550-1650nm)，经过非零色散位移光纤反向泵浦放大后，通过波带复用器合波输出。
对于集中式拉曼放大，设置有五个总体平行的放大器臂，五个放大臂使用色散补偿光纤(DCF)作传输和增益介质。使用基于带通滤波器的波带解复用器将来自输入端的1250-1650nm波段的光信号解复用成五个波带(1250-1310nm，1310-1380nm，1380-1460nm，1460-1550nm，1550-1650nm)，经过色散补偿光纤反向泵浦放大后，通过波带复用器合波输出。
每个放大臂分别采用若干个发射波长不等的激光器泵浦，用于泵浦该臂中的非零色散位移光纤，以便分布放大其中传输的光信号，或泵浦色散补偿光纤，以便集中放大其中传输的光信号。
本发明的全波段拉曼光纤放大器的带宽可以达到400nm，覆盖全波光纤所有的低损耗通信窗口。在全波光纤通信系统中，可以充分利用全波光纤的有效带宽。
如
图1所示，本发明的全波段分布式拉曼光纤放大器设置有五个总体平行的信号传输及放大臂，分别用于传输五个不同波长范围的光信号，五个臂采用非零色散位移光纤作传输和增益介质。多波长泵浦激光二极管阵列连接并泵浦非零色散位移光纤。基于带通滤波器的波带解复用器将输入的全波光纤信号解复用成五个波带，每个波带由非零色散位移光纤传输放大后，经波带复用器合波输出。
图2为本发明的全波段集中式拉曼光纤放大器的结构示意图。
如图2所示，本发明的全波段集中式拉曼光纤放大器设置有五个总体平行的信号传输及放大臂，分别用于传输五个不同波长范围的光信号，五个臂采用色散补偿光纤作传输和增益介质。多波长泵浦激光二极管阵列连接并泵浦色散补偿光纤。基于带通滤波器的波带解复用器将输入的全波光纤信号解复用成五个波带，每个波带由色散补偿光纤传输放大后，经波带复用器合波输出。
本实施例中的全波段拉曼光纤放大器包括五个信号传输及放大臂，第一个放大臂用于传输1250-1310nm波长范围的超短波长信号，第二个放大臂用于传输1310-1380nm波长范围的短波长信号，第三个用于传输1380-1460nm波长范围的短波长信号，第四个用于传输1460-1550nm波长范围的信号，第五个用于传输1550-1650nm波长范围的信号，使用25km长的非零色散位移光纤(NDSF)作传输和增益介质，非零色散位移光纤参数如表1所示，用于放大的泵浦波长和泵浦功率的优化配置如表2所示。
表1 用于分布式拉曼放大的非零色散位移光纤参数
表中，β1，β2一阶色散和二阶色散；D1，D2色散的一阶导数和二阶导数；λ0零色散波长；PMD偏振模色散；A纤芯有效面积；L光纤长度表2 用于分布式拉曼放大的泵浦波长和泵浦功率的优化配置
每一个输入信道功率为-20dBm，信道间距为1.6nm。第一个传输和放大臂用波长分别为1184.4nm，1212.1nm，1241.2nm、总功率为720mW的3个半导体激光器泵浦，光信号波长范围为1250-1310nm，所得平坦带宽为60nm，平均增益在10dB左右，平坦度在1dB以内。第二个传输和放大臂用波长为1237.1nm，1268.5nm，1298.1nm，1307.2nm、总功率为744mW的4个半导体激光器泵浦，光信号波长范围1310-1380nm，所得平坦带宽为70nm，平均增益在10dB左右，平坦度在1dB以内。第三个传输和放大臂用总功率为798mW、发射波长为1300.4nm，1336.4nm，1373.1nm的3个半导体激光器泵浦，光信号的波长范围为1380-1460nm，所得平坦带宽为80nm，平均增益在10dB左右，其平坦度在1dB以内。第四个传输和放大臂用总功率为855mW、发射波长为1371.2nm，1409.9nm，1452.3nm的3个半导体激光器泵浦，光信号的波长范围为1460-1550nm，所得平坦带宽为90nm，平均增益在10dB左右，其平坦度在1dB以内。第五个传输和放大臂用总功率为896mW、发射波长为1450.3nm，1493.7nm，1539.7nm的3个半导体激光器泵浦，光信号波长范围为1550-1650nm，所得平坦带宽为100nm，平均增益在10dB左右，其平坦度在1dB以内。经过以上五个传输和放大臂后，从波带复用器耦合输出的增益谱平坦带宽可以达到400nm。
由上可见，本发明的全波段拉曼光纤放大器的平坦带宽可以达到400nm带宽，覆盖的波长范围为1250-1650nm。2.集中式拉曼放大本实施例中的全波段拉曼光纤放大器包括五个信号传输及放大臂，第一个放大臂用于传输1250-1310nm波长范围的超短波长信号，第二个放大臂用于传输1310-1380nm波长范围的短波长信号，第三个用于传输1380-1460nm波长范围的短波长信号，第四个用于传输1460-1550nm波长范围的信号，第五个用于传输1550-1650nm波长范围的信号，使用1km长的色散补偿光纤(DCF)作传输和增益介质，参数如表3所示。用于集中式拉曼放大的泵浦波长和泵浦功率的优化配置如表4所示。
表3 用于集中式拉曼放大的色散补偿光纤参数
表中，β1，β2一阶色散和二阶色散；D1，D2色散的一阶导数和二阶导数；λ0零色散波长；PMD偏振模色散；A纤芯有效面积；L光纤长度表4 用于集中式拉曼放大的泵浦波长和泵浦功率的优化配置
每一个输入信道功率为-20dBm，信道间距为1.6nm。第一个传输和放大臂用波长分别为1161.4nm，1162.3nm，1163.2nm，1164.1nm，1165.0nm，1206.3nm和1239.2nm、总功率为3782mW的7个半导体激光器泵浦，光信号波长范围为1250-1310nm，所得平坦带宽为60nm，平均增益在10dB左右，平坦度在1dB以内。第二个传输和放大臂用1235.0nm，1237.1nm，1239.1nm，126 8.5nm，1301.5nm、总功率为3071mW的5个半导体激光器泵浦，所得平坦带宽为70nm，平均增益在10dB左右，平坦度在1dB以内。第三个传输和放大臂用总功率为3276mW、发射波长为1298.2nm，1300.4nm，1302.7nm，1336.4nm，1373.1nm的5个半导体激光器泵浦，所得平坦带宽为80nm，平均增益在10dB左右，其平坦度在1dB以内。第四个传输和放大臂用总功率为4252mW、发射波长为1339.4nm，1340.6nm，1341.8nm，1343nm，1386.4nm，1413.9nm，1452.3nm的7个半导体激光器泵浦，所得平坦带宽为90nm，平均增益在10dB左右，其平坦度在1dB以内。第五个传输和放大臂用用总功率为3668mW、发射波长为1448.9nm，1450.3nm，1451.7nm，1453.1nm，1495.2nm，154 1.3nm的6个半导体激光器泵浦，所得平坦带宽为100nm，平均增益在10dB左右，其平坦度在1dB以内。经过以上五个传输和放大臂后，从波带复用器耦合输出的增益谱平坦带宽可以达到400nm。
由上可见，全波段拉曼光纤放大器的平坦带宽可以达到400nm带宽，覆盖的波长范围为1250-1650nm。
权利要求
1.一种全波段拉曼光纤放大器，其特征在于包括五个信号传输及放大臂和一对波带解复用器/复用器，五个放大臂分别传输和放大1250-1310nm、1310-1380nm、1380-1460nm、1460-1550nm及1550-1650nm波长范围的光信号，波带解复用器将1250-1650nm范围的输入光信号解复用成上述不同的五个波带。每一个波带经半导体激光器泵浦放大后，通过波带复用器合波输出。
2.如权利要求1所说的全波段拉曼光纤放大器，其特征在于对于分布式拉曼放大，五个总体平行的信号传输及放大臂使用非零色散位移光纤作传输和增益介质。
3.如权利要求1所说的全波段拉曼光纤放大器，其特征在于对于集中式拉曼放大，五个总体平行的信号传输及放大器臂使用色散补偿光纤作传输和增益介质。
4.如权利要求2所说的全波段拉曼光纤放大器，其特征在于五个放大臂的非零色散位移光纤分别用3个、4个、3个、3个、3个发射波长不等的半导体激光器泵浦。
5.如权利要求3所说的全波段拉曼光纤放大器，其特征在于五个放大臂的色散补偿光纤分别用7个、5个、5个、7个、6个发射波长不等的半导体激光器泵浦。
全文摘要
一种全波段拉曼光纤放大器，包括五个信号传输及放大臂和一对波带解复用器/复用器，五个放大臂分别传输放大不同波长范围的光信号，波带解复用器将输入光信号解复用成不同的五个波带，经半导体激光器泵浦放大后，通过波带复用器合波输出。对于分布式拉曼放大，放大臂使用非零色散位移光纤作传输和增益介质，对于集中式拉曼放大，放大臂使用色散补偿光纤作传输和增益介质。每个放大臂分别采用若干个发射波长不等的激光器泵浦，用于反向泵浦该臂中的非零色散位移光纤或色散补偿光纤，分布放大或集中放大其中传输的光信号。本发明利用分带结构和多波长泵浦相结合的方法，带宽可以达到400nm，覆盖全波光纤所有的低损耗通信窗口。
文档编号G02F1/39GK1398061SQ0213651
公开日2003年2月19日 申请日期2002年8月15日 优先权日2002年8月15日
发明者姜淳, 胡卫生, 曾庆剂 申请人:上海交通大学