专利名称：宽带光纤放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通讯系统，尤其涉及一种设置在光通讯系统中光发射段和光接收段之间的光纤放大器。
在传统的光纤传输系统中，光纤放大器用于执行发射和/或接收的光信号的放大功能。这些放大器典型地掺有稀土元素，如铒。这种掺铒光纤放大器具有大约30nm量级的总带宽。这一带宽不足以放大大约需要两倍带宽的C波段和L波段。拉曼放大器或掺有碲基铒的光纤放大器具有能够放大C波段和L波段的较宽的放大带宽。但是，拉曼放大器在实际应用中有限制，因为它需要很高的泵浦功率。另外，掺有碲基铒的光纤放大器是基于还没有得到完全验证的放大技术。
鉴于上述缺点，正在进行的新的研究开发了一种能够根据传统的硅基掺铒光纤放大器放大C波段和L波段的宽带掺铒光纤放大器。但是，大部分宽带掺铒光纤放大器的一个缺点在于它们具有并联耦接无关的C波段和L波段的结构。
图1是已知宽带光纤放大器的结构示意图。如图中所示，传统的宽带光纤放大器包括第一和第二隔离器110和250，分离器120，第一至第三波长选择耦合器140、190和220，第一至第三泵浦光源150、200和230，第一和第二掺铒光纤160和210，增益平化滤波器170和混合器240。
操作中，第一隔离器110允许输入到宽带光纤放大器中的光向前通过宽带光纤放大器，但阻挡朝后方向的光。
分离器120将输入的光信号分成C波段光信号和L波段光信号，并且在引导L波段光信号沿第二路径180传播的同时引导C波段光信号沿第一路径130传播。
第一波长选择耦合器140将分离器120输出的C波段光信号与第一泵浦光源150输出的泵浦光耦合，并将所得的放大的C波段光信号输出到第一掺铒光纤160。
第一泵浦光源150输出波长为980nm的泵浦光以泵浦第一掺铒光纤160。即激励第一掺铒光纤160中的铒离子。
增益平化滤波器170用于平化输入光信号的C波段成分的增益。
第二波长选择耦合器190把从分离器120接收到的L波段光信号与从第二泵浦光源200接收到的泵浦光耦合，并将所得的光信号输出到第二掺铒光纤210。
第二泵浦光源200输出波长为980nm的泵浦光以向前泵浦第二掺铒光纤210。
第三波长选择耦合器220在一个朝后的方向上把第三泵浦光源输出的泵浦光独立地发送给第二掺铒光纤210的同时，把第二掺铒光纤210输出的放大的L波段光信号在一个向前的方向上发送给混合器240。
第三泵浦光源230输出波长为1480nm的泵浦光以向后泵浦第二掺铒光纤210。
第二掺铒光纤210通过经第二波长选择耦合器190接收到的向前泵浦光源和经第三波长选择耦合器220接收到的向后泵浦光源，在向前和向后两个方向上得到泵浦。L波段光信号通过第一波长选择耦合器190由第二掺铒光纤210放大。
混合器240将放大的C波段光信号与L波段光信号混合，并将混合的C波段和L波段光信号输出到第二隔离器250。
第二隔离器250阻挡反方向传播的光的同时，向前输出施加到其上的混合的C波段和L波段光信号。
现有技术中具有上述结构的传统宽带光纤放大器的缺点在于，泵浦光源150、200、230需要较高的功率，而且具有较低的放大效率。图1所示放大器的另一个缺点在于，因为分离器120布置在掺铒光纤的上游，而它具有大约0.7dB的插入损耗，因而出现噪声指数的减小。
因此，用在光传输系统中的宽带光纤放大器包括第一放大单元，配置成放大具有C波段和L波段光信号成分的光信号；耦合到第一放大单元的分配器，配置成经第一路径接收放大的C波段和L波段光信号；耦接到分配器的增益平化滤波器，用于接收放大的C波段和L波段光信号成分，并且只对放大的C波段光信号成分进行增益平化；耦接到增益平化滤波器的第一反射器，用于经增益平化滤波器把放大的增益平化的C波段光信号和放大的L波段光信号成分反射回到分配器中，此第一反射器致使增益平化的光信号被第二次增益平化；耦接到分配器的第二放大单元，用于接收和放大两次平化的放大的C波段光信号成分和放大的L波段光信号成分；分配器还配置成用于接收放大的C波段和L波段光信号成分，并将放大的C和L波段光信号分成单独放大的C波段和L波段光信号成分；耦接到分配器的第三放大单元，配置成用于放大单独放大的L波段信号成分；耦合到第三放大单元的第二反射器，配置成经第二放大单元将单独放大的L波段信号成分反射回到分配器；分配器还配置成用于混合单独放大的L波段信号成分和单独放大的C波段信号成分并输出合成信号。
图4是根据本发明第三实施例的宽带光纤放大器示图。
图2是根据本发明第一实施例的宽带光纤放大器示图。如图2所示，宽带光纤放大器包括第一和第二隔离器310和500，第一至第三放大单元540、550和470，分配器560，增益平化滤波器370，第一和第二反射单元380和480。
第一隔离器310允许输入到宽带光纤放大器的光向前通过，同时防止(阻挡)光向后传播。
第一放大单元540包括第一波长选择耦合器320、第一泵浦光源330和第一掺铒光纤340。
第一波长选择耦合器320把从第一隔离器310接收到的C波段和L波段光信号成分与从第一泵浦光源330输出的泵浦光耦合，并将耦合的C波段和波段光信号成分输出到第一掺铒光纤340。
第一泵浦光源330输出980nm波长的泵浦光以泵浦第二掺铒光纤340。即激励第一掺铒光纤340中的铒离子。
第一掺铒光纤340由经过第一波长选择耦合器320从第一泵浦光源330接收到的泵浦光泵浦，由此放大经第一波长选择耦合器320接收到的C波段和L波段光信号成分。第一放大单元540将C波段和L波段光信号成分输出到分配器单元560，正如后面所述。
分配器560从第一放大单元540接收放大的C波段和L波段光信号成分。分配器560包括回转器360，分离器430，混合器510，第三和第四波长选择耦合器420和440。
回转器360经回转器第一端口处的路径350接收放大的C波段和L波段光信号，并在回转器的第二端口输出放大的C波段信号和L波段信号。回转器360还在第三回转器端口输出经第二回转器端口接收到的C波段和L波段光信号成分，并在其第四端口输出经第三端口接收到L波段光信号成分。
还可以要求回转器360防止第二和第三掺铒光纤410和470产生的放大自发发射(ASE)向回流入到第一掺铒光纤340中，由此避免了放大效率的降低。
分离器430引导从回转器36的第三端口输出的C波段光信号成分沿第五路径490传播，同时引导L波段光信号成分沿第三路径460传播。
第二分离器500允许从分离器430接收到的C波段光信号成分向前通过，同时阻挡光在相反的方向上传播。
第三和第四波长选择耦合器420和440利用第二放大单元550输出的剩余泵浦光执行对第三放大单元470(即第三掺铒放大器)的泵浦操作。即，第三波长选择耦合器420分布在第二放大单元550和分离器430之间，将第二放大单元550输出的剩余泵浦光输出到第六路径450。第六路径450将第二放大单元550与第四波长选择耦合器440耦合。第四波长选择耦合器440分布在分离器430和第三放大单元470之间，将经过第六路径450接收到的剩余泵浦光输出到第三放大单元470。
混合器510将经第四路径520接收到的L波段光信号成分与经第五路径490接收到的C波段光信号成分混合，并经第七路径530将混合的光信号输出到光接收器(未示出)。增益平化滤波器370用于两次平化经回转器360的第二端口接收到的光信号的C波段成分增益，并且第二次平化实际上是通过第一反射器380。因此，增益平化所需的增益平化滤波器370的最大插入损耗可以被减半。第一反射单元380反射从增益平化滤波器370接收到的C波段和L波段光信号成分，使得反射的光信号成分重新施加到增益平化滤波器370。
第三放大单元560包括第三掺铒滤波器470。第三掺铒滤波器470由经第四波长选择耦合器440接收到的泵浦光泵浦，由此放大经分离器430接收到的L波段光信号成分，并再施加到其上的L波段光信号成分。
第二反射单元480反射从第三掺铒光纤470接收到的L波段光信号成分，使得反射的L波段光信号成分重新施加到第三掺铒光纤470。
第二放大单元550包括第二波长选择耦合器390、第二泵浦光源400和第二掺铒光纤410。
第二波长选择耦合器390将经回转器360的第三端口接收到的C波段和L波段光信号成分与从第二泵浦光源400接收到的泵浦光耦合，并将所得的光信号输出到第三掺铒光纤410。
第二泵浦光源400输出480nm波长的泵浦光以泵浦第二掺铒光纤410。即激励第二掺铒光纤410中的铒离子。
第二掺铒光纤410由经第二波长选择耦合器390接收到的泵浦光泵浦，由此放大经第二波长选择耦合器390接收到的C波段和L波段光信号。第一实施例的操作说明下面将参见图2中的C波段和L波段说明具有上述结构的宽带光纤放大器的操作。
C波段和L波段光信号成分输入到宽带光纤放大器。C波段和L波段信号首先通过第一隔离器310，再进入第一放大单元540。在第一放大单元540中，C波段和L波段光信号成分输入到第一波长选择耦合器320，该耦合器将C波段和L波段信号与第一泵浦光源330输出的泵浦光耦合，在第一掺铒光纤340中放大C波段和L波段信号。在第一掺铒光纤340中放大之后，再把放大的C波段和L波段光信号成分施加给分配器560。在分配器560中，放大的C和L波段信号施加给回转器360的第一端口。回转器360在第二端口输出放大的C波段和L波段信号，而只有C波段成分在增益平化滤波器370中经受两次增益平化过程。作为信号被第一反射器380反射的结果，此过程发生两次。随后，从增益平化滤波器370输出的两次增益平化的C波段光信号成分和L波段光信号成分被重新施加到回转器360的第二端口。然后回转器360在其第三端口输出C波段和L波段光信号成分，从而经第二波长选择耦合器390将C波段和L波段光信号成分施加给第二掺铒滤波器410。在第二掺铒光纤410中被放大后，C波段和L波段光信号成分经第三波长选择耦合器420施加给分离器430。分离器430分离C波段和L波段信号，并引导C波段光信号成分沿第五路径490传播，同时引导L波段光信号成分沿第三路径460传播。然后，L波段光信号成分在第三掺铒光纤470中通过第二反射单元480放大两次，并再依次通过第四波长选择耦合器440、分离器430和第三波长选择耦合器420之后重新施加到第二掺铒光纤410。然后第二掺铒光纤410重新放大L波段光信号成分，并再输出重新放大的L波段光信号成分。然后经第二波长选择耦合器390将重新放大的L波段光信号成分重新施加给回转器360的第三端口。回转器360在第三端口接收到重新放大的L波段光信号成分后，经回转器360的第四端口沿第四路径520输出L波段光信号成分。
混合器510将经第五路径490接收到的C波段光信号成分与经第四路径520接收到的重新放大的L波段光信号成分混合，并沿第七路径530将混合的光信号输出到光接收器(未示出)。第二实施例图3表示根据本发明第二实施例的宽带光纤放大器的结构示图。如图3所示，宽带光纤放大器包括第一和第二隔离器610和750，第一至第三放大单元785、660和795，增益平化滤波器650，分配器790和反射单元740。
第一隔离器610允许输入到宽带光纤放大器的光向前通过宽带光纤放大器，同时阻挡在反方向传播的光。
第一放大单元785包括一个第一波长选择耦合器620，一个第一泵浦光源630和一个第一掺铒光纤640。
第一波长选择耦合器620把从第一隔离器610接收到的C波段和L波段光信号成分与从第一泵浦光源630接收到的泵浦光耦合，并将耦合的C波段和L波段光信号成分输出到第一掺铒光纤640。
第一泵浦光源630输出波长为980nm的泵浦光以泵浦第一掺铒光纤640。即激励第一掺铒光纤640中的铒离子。
第一掺铒光纤640由经第一波长选择耦合器620从第一泵浦光源630接收到的泵浦光泵浦，由此放大经第一波长选择耦合器620接收到的C波段和L波段光。
增益平化滤波器650只平化从第一掺铒光纤640接收到的C波段和L波段光信号成分中的C波段成分增益。
第三放大单元795包括第二波长选择耦合器710，第二泵浦光源720和第三掺铒光纤730。
第二波长选择耦合器710将经回转器690的第二端口接收到的L波段光信号成分与从第二泵浦光源720接收到的泵浦光耦合，并将所得的光信号输出给第三掺铒光纤730。
第二泵浦光源720输出波长为1480nm的泵浦光以泵浦第三掺铒光纤730。即，激励第三掺铒光纤730中的铒离子。
第三掺铒光纤730由经第二波长选择耦合器710从第二泵浦光源720接收到的泵浦光泵浦，由此放大经第二波长选择耦合器710接收到的L波段光信号成分。
反射单元740反射从第三掺铒光纤730接收到的L波段光信号成分，使得反射的L波段光信号成分施加给第三掺铒光纤730。
分配器790包括一个分离器680、一个回转器690和一个混合器770。
分离器把从第二掺铒光纤660接收到的光信号分成单独的C波段和L波段光信号成分，把把C波段光信号成分发送到第五路径760，同时将段L波段光信号成分发送到回转器690。
第二隔离器750允许从分离器680接收到的C波段光信号成分向前通过，同时阻挡光在反方向上传播。
回转器690把在第一端口接收到的L波段光信号成分经第二端口输出到第二路径700。回转器690同时把在第二端口接收到的L波段光信号成分经第三端口输出到第四路径765。
混合器770把在第四路径765接收到的L波段光信号成分与在第五路径760接收到的C波段光信号成分混合，并将混合的光信号输出到第三路径780。
第二放大单元660包括第二掺铒光纤660。
第二掺铒光纤660由经增益平化滤波器650接收到的泵浦光泵浦，由此放大从增益平化滤波器660接收到的C波段和L波段光信号成分。
下面说明具有上述结构的宽带光纤滤波器的操作。C波段和L波段第二实施例的说明操作中，当把C波段和L波段光信号成分输入到宽带光纤放大器时，C波段和L波段信号首先通过第一隔离器610，并再通过第一波长选择耦合器620，之后C波段和L波段信号进入第一掺铒光纤640。在第一掺铒光纤640中放大后，C波段和L波段光信号成分被施加到增益平化滤波器650中，该滤波器只平化施加的C波段和L波段光信号中的C波段成分的增益。之后，C波段和L波段光信号成分被第二掺铒光纤660放大，并再施加到分离器680。此分离器680将施加的光信号分成C波段和L波段光信号成分，并将C波段光信号成分输出到第五路径760，同时将L波段光信号成分输出到回转器690。回转器690经其第二端口输出接收到的L波段光信号。此L波段光信号通过反射单元740在第三掺铒光纤730中放大两次，之后，经第二波长选择耦合器710被施加到回转器690的第二端口。回转器690把在第二端口接收到的L波段光信号经其第三端口输出到第四路径765。混合器770混合经第四路径765接收到的L波段光信号和经第五路径760接收到的C波段光信号，并输出混合的光信号。第三实施例图4表示根据本发明第三实施例的宽带光纤放大器的结构示图。如图4所示，宽带光纤放大器包括第一和第二隔离器810和930，第一和第二放大单元985和995，增益平化滤波器940，分配器990和反射单元920。
操作中，当把C波段和L波段光信号成分输入到宽带光纤放大器时，C波段和L波段信号首先通过第一隔离器810，并再通过第一波长选择耦合器820，之后C波段和L波段信号进入第一掺铒光纤840。在第一掺铒光纤840中放大后，C波段和L波段光信号成分被施加到分离器860。施加到分离器860中的光信号被分成C波段和L波段光信号成分，由此经第五路径950输出C波段光信号，并且将L波段光信号输出到回转器870。回转器870经其第二端口输出接收到的L波段光信号。从第二回转器端口输出的L波段光信号通过反射单元920在掺铒掺铒光纤910中被放大两次，并再经第二波长选择耦合器890施加到回转器870的第二端口。回转器870经其第三端口把在第二端口接收到的两次放大的L波段光信号输出到第四路径970。混合器960把经第四路径970接收到的L波段光信号与经第五路径950接收到的C波段光信号混合，并输出混合的光信号。
总之，根据本发明的宽带光纤放大器具备的优点包括能够降低泵浦光的功率，减小掺铒光纤的长度，并且作为反射单元的结果，通过信号光两次经过放大单元而实现放大效率的提高。而且本发明的宽带光纤放大器可以通过利用反射单元减小增益平化滤波器的最大插入损耗来实现噪声指数的最小化。
虽然以上结合最佳优选实施例对本发明进行了描述，但应该理解本发明并不局限于公开的实施例，相反，本发明覆盖权利要求的实质和范围内的所有改型。
权利要求
1.一种用在光传输系统中的宽带光纤放大器，包括第一放大单元，配置成放大具有C波段和L波段光信号成分的光信号；耦合到第一放大单元的分配器，配置成经第一路径接收放大的C波段和L波段光信号；耦接到分配器的增益平化滤波器，用于接收放大的C波段和L波段光信号成分，并且只对放大的C波段光信号成分进行增益平化；耦接到增益平化滤波器的第一反射器，用于经增益平化滤波器把放大的增益平化的C波段光信号和放大的L波段光信号反射到分配器中，此第一反射器致使增益平化的光信号被第二次增益平化；耦接到分配器的第二放大单元，用于接收和放大两次平化的放大的C波段光信号成分和放大的L波段光信号成分；分配器还配置成用于接收放大的C波段和L波段光信号成分，并将放大的C和L波段光信号分成单独放大的C波段和L波段光信号成分；耦接到分配器的第三放大单元，配置成用于放大单独放大的L波段信号成分；耦合到第三放大单元的第二反射器，配置成经第二放大单元将单独放大的L波段信号成分反射回到分配器；分配器还配置成用于混合单独放大的L波段信号成分和单独放大的C波段信号成分并输出合成信号。
2.如权利要求1所述的宽带光纤放大器，其特征在于分配器还包括一个混合器，用于混合放大的单独的L波段光信号成分和放大的单独的C波段光信号成分。
3.如权利要求1所述的宽带光纤放大器，其特征在于分配器还包括一个回转器，用于经第一路径在第一端口接收放大的C波段和L波段光信号成分；在第二端口输出两次增益平化放大的C波段光信号成分和放大的L波段光信号成分；和在第三端口接收单独放大的L波段光信号成分；和在第四端口沿第四路径输出单独放大的L波段成分信号。
4.如权利要求1所述的宽带光纤放大器，其特征在于分配器还包括一个分离器，用于分别沿第五和第三路径把放大的C波段和L波段光信号成分分成单独放大的C波段和L波段光信号。
5.如权利要求4所述的宽带光纤放大器，还包括一个耦合到所述分离器的第二隔离器，用于使得从分离器接收到的C波段光信号成分可以向前通行，同时阻挡在反方向传播的光。
6.如权利要求4所述的宽带光纤放大器，还包括分别布置在第三放大单元和分离器之间以及分离器和第二放大单元之间的第一和第二波长选择耦合器，促使第二放大单元被第三放大单元输出的剩余泵浦光泵浦。
7.如权利要求1所述的宽带光纤放大器，还包括耦合到第一波长选择耦合器的第一掺铒光纤，用于放大C波段和L波段光信号成分；第一光源，用于向第一掺铒光纤输出具有预定波长的第一泵浦光；和第一波长选择耦合器，用于通过第一掺铒光纤的输出而输出来自第一光源的泵浦光。
8.如权利要求1所述的宽带光纤放大器，还包括耦合到回转器输入端的第二掺铒光纤，用于放大两次增益平化的放大的C波段光信号成分和放大的L波段光信号成分；第二光源，用于向第二掺铒光纤输出具有第二预定波长的第二泵浦光；和第二波长选择耦合器，用于通过第二掺铒光纤的输出而输出来自第二光源的泵浦光。
9.如权利要求1所述的宽带光纤放大器，还包括一个耦合到所述放大器输入端的第一隔离器，用于使得从输入到宽带光纤放大器的光可以向前通行，同时防止光在反方向传播。
10.如权利要求1所述的宽带光纤放大器，其特征在于第三放大单元是一个由经第四波长选择耦合器接收到的泵浦光泵浦的掺铒光纤。
11.一种用于光通信系统的方法，该方法用于放大由C波段光信号成分和L波段光信号成分组成的光信号，使得放大产生较高的放大效率，同时具有较低的噪声指数，所述方法包括步骤(1)在第一放大阶段放大由C和L波段光信号成分组成的光信号；(2)在分配阶段接收经第一路径来自第一放大阶段的放大的C波段和L波段光信号；(3)在分配阶段之后输出放大的C波段共和L波段光信号成分；(4)在增益平化阶段只对输出的C波段光信号成分进行增益平化；(5)使增益平化的C波段光信号成分返回到增益平化阶段；(6)在增益平化阶段再对反回的增益平化的C波段光信号成分进行增益平化；(7)在第二放大阶段放大两次增益平化的返回的C波段光信号成分和返回的L波段光信号成分；(8)把在步骤(7)放大的C波段和L波段光信号成分分成单独的C波段和L波段光信号成分；(9)从分配阶段输出单独的波段光信号成分；(10)在第三放大阶段放大单独的L波段光信号成分；(11)把在步骤(10)放大的单独的L波段光信号成分返回到分配阶段；(12)把在步骤(11)返回的放大的单独L波段光信号成分与在步骤(8)的单独的C波段光信号成分合并，形成一个合成的光信号；和(13)输出合成的光信号。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于在第一放大阶段放大由C波段和L波段光信号成分组成的光信号的步骤还包括向第一掺铒光纤输出来自第一光源的具有第一预定波长的第一泵浦光；和第一波长选择耦合器，通过第一掺铒光纤的输出而输出来自第一光源的泵浦光。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于在第一波长为980nm。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于放大两次增益平化的返回的C波段光信号成分和返回的L波段光信号成分的步骤还包括步骤向第二掺铒光纤输出来自第二光源的具有第二预定波长的第二泵浦光；和通过第二掺铒光纤的输出，第二波长选择耦合器输出来自第二光源的泵浦光。
15.如权利要求14述的方法，其特征在于第二波长为1480nm。
全文摘要
公开了一种用于放大C波段和L波段光信号成分的宽带光纤放大器，具有经济的配置和较高的放大效率，同时具有较低的噪声指数。
文档编号H04B10/17GK1444084SQ0312017
公开日2003年9月24日 申请日期2003年3月11日 优先权日2002年3月11日
发明者黄星泽, 宋宽雄 申请人:三星电子株式会社