专利名称：利用泵浦光提高s－带宽的转换效率的掺杂铥的光纤放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有放大带宽在1489-1520nm之间的宽带光纤放大器，1489-1520nm的带宽是光纤的低损耗区。
背景技术：
随同互联网等的传播，传输能力在迅速的增加，以致在WDM(波分多路复用)系统中通过利用通信系统作为大容量的光通信系统变得很流行。在WDM系统中，必须使用EDFA(掺杂铥的光纤放大器)作为转发器，并且存在放大带宽在1.53-1.60μm的具有EDFA的WDM系统。
然而，为了实现大容量的通信设备，必须扩大光纤放大器的放大带宽，并且很需要开发能够覆盖硅质光纤的低损耗区(1.45-1.65μm)的光纤放大器。
为此目的，采用S-带宽(1480-1520nm)的光纤放大器已经开发出来，在该带宽中硅质光纤具有与已可利用的C-带宽(1530-1560nm)相等的低损耗和低波散。目前在S-带宽中有三种类型的这样的光纤放大器。
第一种是利用了感应拉曼散射的拉曼光纤放大器，该感应拉曼散射在硅质光纤处于强烈的泵浦光入射的状态下，光信号进入到硅质光纤时发生(例如，参见J.Kanl，et al.，Electronics Letters，第34卷，第18期，第1745-1747页，1998年9月)。
第二种是双重激励波长TDFA(掺杂铥的光纤放大器)，在该放大器中布局反转是低的并且通过在放大带宽在S+-带宽(1450-1480nm)的具有1000nm频带的未转换激励带宽的TDFA内增加高效率波长从基态能级激励到放大的终态能级而使放大带宽被转换到长波长侧(例如，参见T.Kasamatsu，et al.，Optical Amplifiers and their Applications’99，Optical Society of America Trends in Optics and Photonicsseries，第30卷，第46-50页，1999年6月)。
图1A给出了Tm的能级图和双重激励波长TDFA的放大状态。作为S-带宽的放大，受激发射从3H4到3F4。在双重波长激励的情况下，光信号通过1560nm的泵浦光从基态能级3H6激励到放大的终态能级3F4，并且光信号接着通过1000nm的泵浦光从放大的终态能级3F4激励到放大的起动能级3F2。通过控制两个波长上的泵浦光的能量，以便控制每一个能级上的Tm离子的数目，形成低的布局反转状态，并且在S+-带宽上的TDFA的放大带宽被转换到S-带宽。
此外，如图1B所示，当从放大的终态能级3F4激励到放大的起动能级3F2的波长从1000nm变为1400nm时，此处具有较高的激励效率，可实现高效的S-带宽光纤放大器。(例如，参见T.KaSAMATSU，etal.，Electronics Letters，第36卷，第19期，第1607-1609页，2000年9月)。
第三个是具有高浓度Tm3+的TDFA，在该TDFA中通过在激励状态所产生的Tm3+中的交叉弛豫而形成低的布局反转，并且在1000nm带宽上未转换激励TDFA内，通过给光纤芯体内加入Tm而使放大带宽被转换到长波长范围的S-带宽，其中Tm是掺入的离子，光纤芯体是高浓度的放大介质(例如，参见S.Aozasa，et al.Electronics Letters，第36卷，第5期，第418-419页，2000年3月)。
图2给出了Tm的能级图和有高浓度Tm3+的TDFA的放大状态。光信号先通过1000nm泵浦光从基态能级3H6激励到放大的终态能级3F4，并接着进一步通过同样波长的泵浦光从放大的终态能级3F4激励到放大的起动能级3F2。
现在，在低浓度Tm3+的TDFA内，因为相对于泵浦光在从放大的终态能级3F4激励到放大的起动能级3F2时的Tm3+的吸收高于相对于泵浦光在从基态能级3H6激励到放大的终态能级3F4时Tm3+的吸收，所以形成了高布局反转。
这样的低浓度Tm3+的TDFA具有上述S+-带宽上的大部分放大带宽，其结果是具有高布局反转的状态，并且尽管它偏离了增益光谱的峰值波长，在S-带宽上仍可实现放大操作，。这种低浓度Tm3+的TDFA的S-带宽上的放大效率小于或者相等高浓度Tm3+的TDFA的放大效率。
相反，在高浓度Tm3+的TDFA中，发生了Tm3+中的干涉，如图2所示，以致于激励到放大的起始能级3F2的Tm3+由于引起能量传送到临近的基态能级3H6上的Tm3+中而弛豫到放大的终态能级3F4，同时接收到能量的Tm3+激励到放大的终态能级3F4。其结果是，激励到放大的终态能级3F4的Tm3+的数目增加了，以致形成了低布局反转并且发生了增益转移。
然而，在上述的高浓度Tm3+TDFA中，用于发射1000nm波长的用作泵浦光的激光二极管(LD)还没有开发出来，以致事实上很难实现，因为很难实现低成本和紧凑的尺寸，并且转换效率也不十分的高(大约为5％)。
同时，在低TDFA的情况下，用于发射1000nm波长的用作泵浦光的激光二极管(LD)也没有开发出来，以致事实上很难实现，因为很难实现低成本和压缩的尺寸，并且S一带宽中的转换效率小于或者与高浓度Tm3+的TDFA的转换效率相等。
发明内容
因此本发明的一个目的就是提出了一种具有高转换率的光纤放大器，该光纤放大器可利用在由激光二极管所发射的波长带宽上的泵浦光。
根据本发明的一个方面提出了一个光纤放大器，包括至少在芯体内包含有铥的放大光纤，光信号进入到该放大光纤内；以及一个泵浦光输入单元，用于将至少一个波长在1320-1520nm范围内的泵浦光输入到放大光纤放大器内。
根据本发明的另一个方面提出了一个光纤放大器，包括多个放大光纤，每一个放大光纤至少在其芯体内包含有铥，光信号输入到该放大光纤，多个放大光纤串行或者并行连接；以及多个泵浦光输入单元，每一个用于将至少一个波长在1320-1520nm范围内的泵浦光输入到放大光纤中一个相应的放大光纤内。
从结合附图的下述描述中可很清楚的看到本发明其他的特征和优点。
图1A和图1B是用于说明传统的双重激励波长TDFA(掺杂铥的光纤放大器)的工作原理的能级图；
图2是用于说明传统的高浓度Tm3+的TDFA的工作原理的能级图；图3A，3B以及3C分别给出了根据本发明第一实施例的光纤放大器的正向激励型，反向激励型，以及双向激励型的结构示意图；图4给出了利用第一实施例的示例性光纤放大器和传统的光纤放大器所获得的转换效率的数据表；图5给出了泵浦光的波长与第一实施例的光纤放大器的转换效率之间的特性曲线；图6A，6B，以及6C分别给出了根据本发明第二实施例的光纤放大器的正向激励型，反向激励型，以及双向激励型的结构示意图；图7给出了用在第二实施例的光纤放大器中的铥的吸收光谱的曲线图；图8给出了利用第一实施例的示例性光纤放大器和第二实施例的示例性光纤放大器所获得的转换效率的数据表；图9A，9B，以及9C分别给出了根据本发明第三实施例的光纤放大器的正向激励型，反向激励型，以及双向激励型的结构示意图；图10给出了在如图3C和9C所示的光纤放大器使用了包含有2000ppmwt的铥的放大光纤的情况下的增益光谱曲线图；图11给出了在如图3C和9C所示的光纤放大器使用了包含有6000ppmwt的铥的放大光纤的情况下的增益光谱曲线图；图12给出了放大光纤的长度与第三实施例的光纤放大器的转换效率之间的特性曲线；图13A，13B，13C，13D，13E以及13F给出了用在第三实施例的光纤放大器中的反射镜的示例性形式的示意图；图14A，14B以及14C分别给出了根据本发明第四实施例的光纤放大器的正向激励型，反向激励型，以及双向激励型的结构示意图；图15给出了第四实施例的光纤放大器和第三实施例的光纤放大器中的光信号光谱；图16A，16B以及16C分别给出了根据本发明第五实施例的光纤放大器的正向激励型，反向激励型，以及双向激励型的结构示意图；
图17给出了根据本发明第六实施例的光纤放大器的示例性结构的示意图；图18给出了根据本发明第七实施例的光纤放大器的示例性结构的示意图；图19给出了根据本发明第八实施例的光纤放大器的示例性结构的示意图；图20给出了根据本发明第九实施例的光纤放大器的一个示例性结构的示意图；图21给出了根据本发明第九实施例的光纤放大器的另一个示例性结构的示意图；图22给出了根据本发明第九实施例的光纤放大器的又一个示例性结构的示意图；图23给出了根据本发明第九实施例的光纤放大器的再一个示例性结构的示意图；图24给出了根据本发明第九实施例的光纤放大器的再一个示例性结构的示意图；图25给出了根据本发明第九实施例的光纤放大器的再一个示例性结构的示意图；图26给出了根据本发明第九实施例的光纤放大器的再一个示例性结构的示意图；图27给出了根据本发明第九实施例的光纤放大器的再一个示例性结构的示意图。
具体实施例方式
第一实施例现在参考图3A至图5，详细说明根据本发明的第一实施例的光纤放大器。
图3A至3C给出了第一实施例的光纤放大器的结构示意图；图3A给出了正向激励型光纤放大器110，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相同的方向进入。如图3A所示，这种光纤放大器110具有这样的结构，在该结构中光隔离器112与放大光纤111的两端相连，放大光纤111在其芯体内包含有铥(Tm)(最好不小于2000ppmwt，更好的是不小于3000ppmwt)，波分多路复用型耦合器113用于分离光信号1并且泵浦光2连接在光信号1(1480-1520nm)输入侧的光隔离器112与放大光纤111之间，用于产生泵浦光(1320-1480nm)的泵浦光源114与耦合器113相连。
图3B给出了反向激励型光纤放大器120，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相反的方向进入。如图3B所示，这种光纤放大器120具有这样的结构，在该结构中耦合器113和泵浦光源114连接在光信号1输出侧的光隔离器112与放大光纤111之间，而不是连接在光信号1输入侧的光隔离器112与放大光纤111之间。
图3C给出了双向激励型光纤放大器130，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相同和相反的方向进入。如图3C所示，这种光纤放大器130具有这样的结构，在该结构中两个耦合器113分别连接在光信号1输入侧的光隔离器112与放大光纤111之间以及光信号1输出侧的光隔离器112与放大光纤111之间，并且两个泵浦光源114分别与这两个耦合器相连。
在放大光纤111中，给Tm中加入的基质玻璃是氟化物型玻璃(例如，具有ZrF4，BaF2，LaF3或者类似化合物作为主要成分的ZBLAN玻璃，或者是具有InF2，BaF2，PbF2或类似化合物作为主要成分的In-Pb玻璃)或者是具有TeO2或类似化合物作为主要成分的亚碲酸盐玻璃，在氟化物型玻璃中很难发生非辐射跃迁。
在这种放大光纤111中，至少在其芯体内包含有Tm以致可能由于Tm离子的受激发射而引起跃迁，并且因此可以在S-带宽实现放大。
这里，放大光纤最好是至少在其芯体内包含有浓度不小于2000ppmwt的Tm，因为通过压缩放大光纤111的长度而使它可实现紧凑的尺寸。特别是，的是放大光纤至少在其芯体内包含有浓度不小于3000ppmwt的Tm则更佳，因为当明显出现交叉弛豫的影响时，它可使放大起始能级的荧光寿命减小到不大于90％。值的注意的是，从现行的玻璃和光纤生产技术的观点来看，上述所描述的浓度最好不大于10wt％(或者更好是不大于6wt％)。
耦合器113是熔焊锥式耦合器，多层电介质薄膜型耦合器，与光纤光栅相结合的循环器，等等。
泵浦光源114是光纤拉曼激光器、激光二极管等等。
在这个实施例中，耦合器113和泵浦光源114组成了泵浦光输入单元。
在通过泵浦光2(1320-1480nm)利用任一种作为基质玻璃的ZBLAN玻璃(Zr型)，In-Pb玻璃以及亚碲酸盐玻璃，并利用给上述光纤放大器110，120或130中的放大光纤111加入浓度为2000ppmwt和3000ppmwt的Tm(共6种情况)而激励光信号1(1320-1480nm)所获得的转换效率如图4所示。这里，为了比较，给出了利用传统泵浦光(1047nm)的情况下的转换效率。
从图4可以看出，对于放大光纤111所有类型的基质玻璃而言可以提高转换效率。特别是，与Tm的浓度为2000ppmwt的情况相比，可进一步提高浓度为3000ppmwt的转换效率。
现在，图5给出了泵浦光2的波长与转换效率之间的特性曲线。当泵浦光2的波长变为大于1320nm时，至少在其芯体内包含有Tm的放大光纤111的转换效率在1400nm附近变为最大值，并且当泵浦光2超过1520nm时几乎不存在转换效率的问题。由于这个原因，泵浦光2的波长最好在1320-1520nm之间，但是为了将放大带宽设置在S-带宽(1480-1520nm)，泵浦光2的波长最好在1320-1480nm之间，或者更好的是在1370-1460nm范围之间，因为在这种情况下转换效率十分的高(相对于2000ppmwt超过了20％，相对于3000PPmwt超过了25％)这样，根据第一实施例，使用了其波长在1400nm带宽的泵浦光2以致可以提高了光信号1的转换效率，其中泵浦光2的波长与光信号1的波长相同。第二实施例现在参考图6A至图8，对根据本发明第二实施例的光纤放大器进行详细的说明。这里，与上述第一实施例中的单元相对应的大体相同的单元使用相同的附图标号，并且省略对他们的说明。
图6A至6C给出了第二实施例的光纤放大器的结构示意图。
图6A给出了正向激励型光纤放大器210，在该放大器中泵浦光2和辅助泵浦光沿着与光信号1传播方向相同的方向进入。如图6A所示，这种光纤放大器210具有这样的结构，在该结构中对上述第一实施例的放大光纤110做了修改使辅助光耦合器213连接在光信号1输入侧的光隔离器112与耦合器113之间并且与辅助泵浦光源214相连以向辅助耦合器213产生波长至少在630-720nm，740-830nm，1100-1300nm以及1500nm范围内的泵浦光3。这里范围630-720nm，740-830nm，1100-1300nm以及1500nm都是Tm的高吸收范围，如图7所示。
值的注意的是，在正向激励型光纤放大器210中，辅助耦合器213和辅助泵浦光源214位于光信号1输入侧的光隔离器112与耦合器113之间的位置A1，以致辅助泵浦光3沿着与光信号1传播方向相同的方向进入，如图6A所示，但是同时辅助耦合器213和辅助泵浦光源214也位于耦合器113与放大光纤111之间的位置A2，以致辅助泵浦光3沿着与光信号1传播方向相同的方向进入，或者辅助耦合器213和辅助泵浦光源214位于放大光纤111与光信号1输出侧的光隔离器112之间的位置B，以致辅助泵浦光3沿着与光信号1传播方向相反的方向进入，或者通过结合这些结构中任一种而使辅助泵浦光3进入。
图6B给出了反向激励型光纤放大器220，在该放大器中泵浦光2和辅助泵浦光3沿着与光信号1传播方向相反的方向进入。如图6B所示，这种光纤放大器220具有这样的结构，在该结构中对上述第一实施例的放大光纤120做了修改使辅助光耦合器213连接在光信号1输出侧的光隔离器112与耦合器113之间的位置B2，并且辅助泵浦光源214与辅助耦合器213相连。
值的注意的是，在反向激励型光纤放大器220中，辅助耦合器213和辅助泵浦光源214位于光信号1输出侧的光隔离器112与耦合器113之间的位置B2，以致辅助泵浦光3沿着与光信号1传播方向相反的方向进入，如图6B所示，但是同时辅助耦合器213和辅助泵浦光源214也位于放大光纤111与耦合器113之间的位置B1，以致辅助泵浦光3沿着与光信号1传播方向相反的方向进入，或者辅助耦合器213和辅助泵浦光源214位于光信号1输入侧的光隔离器112与放大光纤111之间的位置A，以致辅助泵浦光3沿着与光信号1传播方向相同的方向进入，或者通过结合这些结构中任一种而使辅助泵浦光3进入。
图6C给出了双向激励型光纤放大器230，在该放大器中泵浦光2和辅助泵浦光3沿着与光信号1传播方向相同方向和相反方向进入。如图6C所示，这种光纤放大器230具有这样的结构，在该结构中对上述第一实施例的放大光纤130做了修改使辅助光耦合器213分别连接在光信号1输入侧的光隔离器112与放大光纤111之间的位置A2以及连接在放大光纤111与光信号1输出侧的光隔离器112之间的位置B1，并且辅助泵浦光源214分别与辅助耦合器213相连。
值的注意的是，在双向激励型光纤放大器210中，辅助耦合器213和辅助泵浦光源214位于光信号1输入侧的光隔离器112与放大光纤111之间的位置A2以及放大光纤111与光信号1输出侧的光隔离器112之间的位置B1，以致辅助泵浦光3沿着与光信号1传播方向相同和相反的方向进入，如图6C所示，但是通过辅助耦合器213和辅助泵浦光源214位于上述A1，A2，B1，B2至少一个位置上也可使辅助泵浦光3进入。
在这个实施例中，耦合器213和泵浦光214组成了辅助泵浦光输入单元。
在通过两种波长的泵浦光2和辅助泵浦光3利用任一种作为基质玻璃的ZBLAN玻璃(Zr型)，In-Pb玻璃以及亚碲酸盐玻璃，并利用给上述结构的光纤放大器210，220或230中的放大光纤111加入浓度为2000ppmwt或3000ppmwt的Tm而泵浦光信号1的情况下所获得的转换效率如图8所示。这里，辅助泵浦光的波长被设置为650nm，800nm，1200nm，1560nm中的任一种。同时为了比较给出了在上述第一实施例(在只利用泵浦光2一种波长的情况下)的情况下的转换效率。
从图8可以看出，与只利用一种波长的泵浦光2情况相比，对于利用两种波长的泵浦光2和辅助泵浦光源3情况，对于放大光纤111所有类型的基质玻璃而言都可提高在S-带宽的转换效率。特别是，与浓度为2000ppmwt的Tm相比，可进一步提高浓度为3000ppmwt的在S-带宽的转换效率。
这样，根据第二实施例，除了波长在1400nm带宽的泵浦光2之外，具有基态能级吸收较大的波长的辅助泵浦光3也进入，以致光信号1的转换效率比上述第一实施例的情况更加提高。第三实施例现在参考图9A至图13F，对根据本发明第三实施例的光纤放大器进行详细的说明。这里，与上述第一和第二实施例中的单元相对应的大体相同的单元使用相同的附图标号，并且省略对他们的说明。
图9A至9C给出了第三实施例的光纤放大器的结构示意图。
图9A给出了正向激励型光纤放大器310的示意性结构，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相同的方向进入。如图9A所示，这种光纤放大器310具有这样的结构，在该结构中对上述第一实施例的放大光纤110做了修改使光信号1输出侧的光隔离器112由反射镜315代替以在光信号1和泵浦光2中至少反射光信号1，并且光信号1输入侧的光隔离器112由光环行器316代替以分离输入光信号1与输出光信号1。
图9B给出了反向激励型光纤放大器320的示意性结构，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相反的方向进入。如图9B所示，这种光纤放大器320具有这样的结构，在该结构中对上述第一实施例的放大光纤220做了修改使光信号1输出侧的光隔离器112由反射镜315代替，并且光信号1输入侧的光隔离器112由光环行器316代替。
图9C给出了双向激励型光纤放大器330的示意性结构，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相同和相反方向进入。如图9C所示，这种光纤放大器330具有这样的结构，在该结构中对上述第一实施例的放大光纤130做了修改使光信号1输出侧的光隔离器112由反射镜315代替，并且光信号1输入侧的光隔离器112由光环行器316代替。
在这个实施例中，反射镜315构成了光信号的换向传播单元。
在通过泵浦光2利用上述结构的双向传输型光纤放大器330而对光信号1激励的情况下所获得的增益光谱如图10(在2000ppmwt的情况下)和图11(在6000ppmwt的情况下)所示，其中光纤放大器330结构中的放大光纤111将ZBLAN玻璃(Zr型)作为基质玻璃和Tm浓度为2000ppmwt和6000ppmwt两种情况。这里，光信号1的输入能量为-13db/ch(*4ch)，来自一泵浦光源114的泵浦光2的波长为1400nm，来自另一泵浦光源114的泵浦光2的波长为1415nm，泵浦光源总的输出能量为500mW，并且优化了放大光纤的长度以致可以获得S-带宽内的高增益。为了比较，同时给出了在上述第一实施例的图3C情况(利用放大光纤111的长度为16m的单一传输型)下的增益光谱。
可以从图10和图11中看出，与上述第一实施例(单一传输型)相比较，通过第三实施例(双向传输型)提高了S-带宽的增益。特别是，与Tm的浓度为2000ppmwt的情况相比较，在Tm的浓度超过了3000ppmwt的情况下(在这个例子中为6000ppmwt)可进一步提高了S-带宽的增益并且可以改善增益的平坦性。
同时，图12给出了放大光纤111(Tm的浓度6000ppmwt)的长度和上述第一实施例(单一传输型)和第三实施例(双向传输型)的情况下在S-带宽的转换效率之间关系的曲线图。值得注意的是，在这两种情况下光信号1的条件相同。
如图12所示，获得了单一传输型和双向传输型的特性曲线，在单一传输型的特性曲线中，当光纤长度为15.5-17m时与在1480nm和1510nm的增益大约相等，而在双向传输型的特性曲线中，当光纤长度为6-8m时与在1480nm和1510nm的增益大约相等。增益大约相等的光纤长度转换效率对单一传输型大约为25％，对双向传输型大约是35％。
在第三实施例的图9A至图9C的结构中，反射镜315被提供为诸如图13A至13F所示的各种形式。更具体的说，图13A给出了通过给垂直切开的光纤的端面真空镀金膜而形成的反射镜。图13B给出了通过在垂直切开的光纤的端面附着多层电介质薄膜而形成的反射镜。图13C给出了通过金属反射镜将从光纤端面发出的光反射回光纤而形成的反射镜。图13D给出了通过在光纤端面与图13C的反射镜中的金属反射镜之间插入一个法拉弟旋转器而形成的反射镜。图13E给出了通过沿着光纤的长度方向折射率周期性的变化以致所进入的光通过布拉格反射而被反射所形成的光纤光栅型反射镜。图13F给出了环形反射镜型的反射镜，在该反射镜中光通过环形极化存储的光纤传播并且通过3db的耦合器再耦合。
这样，根据第三实施例，光信号1的转换效率比上述第一实施例的情况进一步提高。第四实施例现在参考图14A至图15，对根据本发明第四实施例的光纤放大器进行详细的说明。这里，与上述第一和第三实施例中的单元相对应的大体相同的单元使用相同的附图标号，并且省略对他们的说明。
图14A至14C给出了第四实施例的光纤放大器的结构示意图。
图14A给出了正向激励型光纤放大器410，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相同的方向进入。如图14A所示，这种光纤放大器410具有这样的结构，在该结构中对上述第三实施例的放大光纤310做了修改使反射镜315由可以传送ASE光(放大的自发发射)的反射镜415代替。
图14B给出了反向激励型光纤放大器420，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相反的方向进入。如图14B所示，这种光纤放大器420具有这样的结构，在该结构中对上述第三实施例的放大光纤320做了修改使反射镜315由反射镜415代替，通过反射镜415可以传送ASE光(放大的自发发射)。
图14C给出了双向激励型光纤放大器430，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相同和相反方向进入。如图14C所示，这种光纤放大器430具有这样的结构，在该结构中对上述第三实施例的放大光纤330做了修改使反射镜315由反射镜415代替，通过反射镜415可以传送ASE光(放大的自发发射)。
反射镜415以各种形式提供，包括硅质玻璃金属真空镀膜的反射镜，多层电介质薄膜型反射镜，光纤光栅型反射镜等等。
在这个实施例中，反射镜415构成了光信号的换向传播单元。
在通过泵浦光2利用上述结构的光纤放大器410，420，430的情况下所获得的光信号光谱如图15的(a)部分所示。同时，给出了在利用上述第一实施例中的光纤放大器310，320，330的情况下所获得的光信号光谱，其目的是为了与图15中的(b)部分比较。
从图15中可以看出，与第三实施例中的光纤放大器310，320或330的情况(图15中的(b)部分)相比较，当利用第四实施例的光纤放大器410，420或430时(图15中的(a)部分)，信噪比变大了以致改善了噪声特性并因为通过ASE而减小了泵浦光2的浪费性消耗而增加了光信号的输出强度。
这样，根据第四实施例，光信号1的转换效率比上述第一实施例的情况进一步提高。第五实施例现在参考图16A至图16C，对根据本发明第五实施例的光纤放大器进行详细的说明。这里，与上述第一和第四实施例中的单元相对应的大体相同的单元使用相同的附图标号，并且省略对他们的说明。
图16A至16C给出了第五实施例的光纤放大器的结构示意图。
图16A给出了正向激励型光纤放大器510，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相同的方向进入。如图16A所示，这种光纤放大器510具有这样的结构，在该结构中对上述第二实施例的放大光纤210做了修改使光信号1输出侧的光隔离器112由用在上述第三实施例的光纤放大器310中的反射镜315代替，并且光信号1输入侧的光隔离器112由用在上述第三实施例的光纤放大器310中的光环行器316代替。
图16B给出了反向激励型光纤放大器520，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相反的方向进入。如图16B所示，这种光纤放大器520具有这样的结构，在该结构中对上述第二实施例的光线放大器220做了修改使光信号1输出侧的光隔离器112由反射镜315代替，并且光信号1输入侧的光隔离器112由光环行器316代替。
图16C给出了双向激励型光纤放大器530，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相同和相反方向进入。如图16C所示，这种光纤放大器530具有这样的结构，在该结构中对上述第二实施例的放大光纤230做了修改使光信号1输出侧的光隔离器112由反射镜315代替，并且光信号1输入侧的光隔离器112由光环行器316代替。
换句话说，第五实施例的光纤放大器510，520，或者530具有将上述第二实施例中的光纤放大器210，220，或者230的构造与上述第三实施例中的光纤放大器310，320，或者330的构造相结合的结构。
这样，根据第五实施例，同时可以获得上述第二实施例的效果与上述第三实施例的效果，以致进一步提高了光信号1的转换效率。第六实施例现在参考图17，对根据本发明第六实施例的光纤放大器进行详细的说明。这里，与上述第一和第五实施例中的单元相对应的大体相同的单元使用相同的附图标号，并且省略对他们的说明。
图17给出了第六实施例的光纤放大器的结构示意图。
图17给出了双向激励型光纤放大器630，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相同和相反方向进入。如图17所示，这种光纤放大器630具有两级结构，在该结构中上述第一实施例的两个光纤放大器130串连连接，也就是说，多个放大光纤111串连连接并且泵浦光源114通过耦合器113与这些放大光纤111相连。注意的是输入光信号的第一级的光纤放大器130输出侧的光隔离器112以及输出光信号的第二级的光纤放大器130输入侧的光隔离器112由单一的光隔离器112提供。
在上述结构的光纤放大器630中，由第一级光纤放大器130放大的光信号1进一步被第二级光纤放大器130放大并输出。
因此，根据第六实施例，可以实现比上述第三实施例更高增益和更高输出能量的光信号放大。
值得注意的是，上述第六实施例是指利用将两个双向激励型光纤放大器130串连连接的结构的情况，但是也可以用正向激励型光纤放大器110或者反向激励型光纤放大器120代替第一级和第二级光纤放大器中的至少一个。第七实施例现在参考图18，对根据本发明第七实施例的光纤放大器进行详细的说明。这里，与上述第六实施例中的单元相对应的大体相同的单元使用相同的附图标号，并且省略对他们的说明。
图18给出了第七实施例的光纤放大器的结构示意图。
图18给出了双向激励型光纤放大器730，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相同和相反方向进入。如图18所示，这种光纤放大器730具有两级结构，在该结构中上述第三实施例的两个光纤放大器330串连连接，也就是说，多个放大光纤111串连连接并且泵浦光源114通过耦合器113与这些放大光纤111相连。
在上述结构的光纤放大器730中，由第一级光纤放大器330放大的光信号1进一步被第二级光纤放大器330放大并输出。
因此，根据第七实施例，可以实现比上述第三实施例更高增益和更高输出功率的光信号放大。除此之外，通过对从第一级的光纤放大器输出的光信号压缩几个dBm，第二级光纤放大器330中的放大光纤111前端部的布局反转状态变高了，以致抑制了噪声系数的下降。
值得注意的是，上述第七实施例是指利用将两个双向激励型光纤放大器330串连连接的结构的情况，但是也可以用正向激励型光纤放大器310或者反向激励型光纤放大器320代替第一级和第二级光纤放大器中的至少一个。第八实施例现在参考图19，对根据本发明第八实施例的光纤放大器进行详细的说明。这里，与上述第七实施例中的单元相对应的大体相同的单元使用相同的附图标号，并且省略对他们的说明。
图19给出了第八实施例的光纤放大器的结构示意图。
图19给出了双向激励型光纤放大器830，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相同和相反方向进入。如图19所示，这种光纤放大器830具有这样的结构，在该结构中对上述第七实施例的光纤放大器730进行修改使增益均衡器817连接在第一级光纤放大器330与第二级光纤放大器330之间。
在上述结构的光纤放大器830中，由第一级光纤放大器330放大的光信号1通过增益均衡器817被均衡以具有平坦的增益特性曲线并且由第一级光纤放大器330放大的光信号1进一步被第二级光纤放大器330放大并输出。
因此，根据第八实施例，输出的光信号1通过比上述第七实施例的情况在1480-1520nm带宽内更均衡的增益特性而放大。
值得注意的是，上述第八实施例是指利用将两个双向激励型光纤放大器330串连连接的结构的情况，但是也可以用正向激励型光纤放大器310或者反向激励型光纤放大器320代替第一级和第二级光纤放大器中的至少一个。
还值得注意的是，上述第八实施例是指利用一个增益均衡器817的情况，但是也可使用多个增益均衡器817。第九实施例现在参考图20至图27，对根据本发明第九实施例的光纤放大器进行详细的说明。这里，与上述第八实施例中的单元相对应的大体相同的单元使用相同的附图标号，并且省略对他们的说明。
图20至图27给出了第九实施例的光纤放大器的结构示意图。
在上述第六至第八实施例中，多个放大光纤111串连连接，并且泵浦光源114通过耦合器113与这些放大光纤111相连。相反，在第九实施例中，多个放大光纤111通过分光器/光组合器并联连接。按照这种方式，也可以实现光信号的放大和高输出功率。
更具体的说，图20给出了双向激励型光纤放大器的结构示意图，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相同和相反的方向进入，并且这种光纤放大器具有这样的结构，在该结构中上述两个第一实施例的光纤放大器130并联连接。
类似的，图21给出了双向激励型光纤放大器的结构示意图，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相同和相反的方向进入，并且这种光纤放大器具有这样的结构，在该结构中由两个上述第一实施例的光纤放大器130串连连接的两组并行连接。
类似的，图22给出了双向激励型光纤放大器的结构示意图，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相同和相反的方向进入，并且这种光纤放大器具有这样的结构，在该结构中两个上述第一实施例的光纤放大器130并行连接，并且在两个光纤放大器130的输出侧分别增加了两个增益均衡器817。
类似的，图23给出了双向激励型光纤放大器的结构示意图，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相同和相反的方向进入，并且这种光纤放大器具有这样的结构，在该结构中由两个上述第一实施例的光纤放大器130串连连接的两组并行连接，并且两组光纤放大器130的每一组中的第一级光纤放大器与第二级光纤放大器之间分别增加了两个增益均衡器817。
类似的，图24给出了双向激励型光纤放大器的结构示意图，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相同和相反的方向进入，并且这种光纤放大器具有这样的结构，在该结构中两个上述第三实施例的光纤放大器330并行连接。
类似的，图25给出了双向激励型光纤放大器的结构示意图，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相同和相反的方向进入，并且这种光纤放大器具有这样的结构，在该结构中由两个上述第三实施例的光纤放大器330串连连接的两组并行连接。
类似的，图26给出了双向激励型光纤放大器的结构示意图，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相同和相反的方向进入，并且这种光纤放大器具有这样的结构，在该结构中由两个上述第三实施例的光纤放大器330串连连接的两组并行连接，并且在两个光纤放大器130的输出侧分别增加了两个增益均衡器817。
类似的，图27给出了双向激励型光纤放大器的结构示意图，在该放大器中泵浦光2沿着与光信号1传播方向相同和相反的方向进入，并且这种光纤放大器具有这样的结构，在该结构中由两个上述第三实施例的光纤放大器330串连连接的两组并行连接，并且两组光纤放大器330的每一组中的第一级光纤放大器与第二级光纤放大器之间分别增加了两个增益均衡器817。其他实施例在每一个上述第一至第九实施例中，提出用于分离光信号1和泵浦光2的耦合器。
同样，在每一个上述第一至第九实施例中，使用了其芯体有Tm的放大光纤111，但是作为替代，也可用其芯体和金属包层都有Tm的光纤放大器，并且只要至少其芯体内有Tm就可获得与第一至第九实施例相同情况的效果。
如所述的，根据本发明的光纤放大器，通过使用波长在1400nm带宽上的泵浦光而激励光信号，泵浦光的波长与激光二极管(LD)所发射的光信号波长相同，这样可抑制在3H4中发生ESA(受激状态吸收)，以致可实现高效的S-带宽，紧凑的尺寸，以及低成本。同样，通过使用双向传输型结构或者双重波长激励型结构也可实现高效率。
同时值得注意的是，除了上述已经提出的，在不脱离本发明新颖的和有利的特征的情况下，可以对本发明做出修改和变化。因此，所有的修改和变化都包括在所附的权利要求范围内。
权利要求
1.一种光纤放大器，包括一放大光纤，在其芯体内至少包含有铥，光信号进入到放大光纤内；以及一泵浦光输入单元，其中，将至少一个波长在1320-1520nm范围内的泵浦光输入到放大光纤放大器内。
2.如权利要求1的光纤放大器，其中泵浦光输入单元输入至少一个波长在1320-1480nm范围内的泵浦光。
3.如权利要求1的光纤放大器，其中泵浦光输入单元输入至少一个波长在1370-1460nm范围内的泵浦光。
4.如权利要求1的光纤放大器，其中放大光纤至少在其芯体内包含有浓度不小于2000ppmwt的铥。
5.如权利要求1的光纤放大器，其中放大光纤至少在其芯体内包含有浓度不小于3000ppmwt的铥。
6.如权权利要求1的光纤放大器，进一步包括一辅助泵浦光输入单元，用于将波长至少在630-720nm，740-830nm，1100-1300nm以及1500-2000nm范围内的辅助泵浦光输入到放大光纤内。
7.如权利要求1的光纤放大器，进一步包括一光信号转向传播单元，用于使光信号通过放大光纤正向和反向传播。
8.如权利要求7的光纤放大器，其中光信号转向传播单元只用于使光信号通过放大光纤正向和反向传播在放大光纤的一端具有一个反射镜。
9.如权利要求1的光纤放大器，其中光信号转向传播单元只用于使光信号或者只用于使光信号和至少一个泵浦光通过放大光纤正向和反向传播。
10.如权利要求9的光纤放大器，其中放大的自发发射光通过光信号转向传播单元传送。
11.如权利要求1的光纤放大器，进一步包括一光隔离器或者光环形器，与放大光纤相连，用于通过放大光纤使光信号仅仅在一个方向上传播。
12.一个光纤放大器，包括多个放大光纤，每一个放大光纤至少在其芯体内包含有铥，光信号输入到放大光纤，多个放大光纤串行或者并行连接；以及多个泵浦光输入单元，每一个用于将至少一个波长在1320-1520nm范围内的泵浦光输入到放大光纤中一个相应的放大光纤放大器内。
13.如权利要求12的光纤放大器，进一步包括至少一个与放大光纤相连的增益均衡器。
全文摘要
具有高转换率的光纤放大器,可利用由激光二极管所发射的波长带宽上的泵浦光,该光纤放大器是由至少在其芯体内包含有铥的供光信号进入的放大光纤和泵浦光输入单元构成,该泵浦光输入单元用于将至少一个波长在1320－1520nm范围内,最好在1320－1480nm范围内的泵浦光输入到放大光纤放大器内。
文档编号H01S3/16GK1372163SQ0210478
公开日2002年10月2日 申请日期2002年2月21日 优先权日2001年2月21日
发明者青笹真一, 增田浩次, 阪本匡, 清水诚, 西田好毅 申请人:日本电信电话株式会社