突发式掺稀土元素光纤放大器的制作方法

专利名称：突发式掺稀土元素光纤放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种突发式掺稀土元素光纤放大器及其制造方法，所述放大器为如掺 铒光纤放大器等的突发式掺稀土元素光纤放大器。
背景技术：
目前，实用化的光放大是利用感应辐射(或者是感应散射、参变放大)的原理。该 些原理无论哪一种情况都是通过获得高能态的电子数得到增益而使光信号放大。高能态 电子数因光放大而减少，在由外界提供能量使高能态电子数量恢复的过程中，其时间常数 (驰豫时间)是由供给能量的基本过程及材料常数、结构常数所决定的。掺铒光纤放大器 (以下称为EDFA)作为最一般的光放大器具有几毫秒的时间常数，因而适合Gbps以上数量 级的高速信号的放大(时间常数短的半导体光放大器会产生码型效应，所以将其用于高速 信号放大时需要有改善措施。)但是，当调制信号不是连续的位串，而是像突发串/数据包 这样的粒度小的数据形式时，即使EDFA有较长的时间常数也会在波形和包络线上产生瞬 态的变化。(E. Schulze，M. Malach，F. Raub，“All-Raman amplified links in comparison to EDFAlinksin case of switched traffic, "in EC0C2002, Symposium3. 8.)对此，抑制这种变化的技术已有大量的报道，大致可分为，使用光循环回路的 光学方法和使用自动增益控制回路(AGC)的电学方法。但是，光学方法因结构复杂和 可控性低而缺乏实用性。(C-L. Zhao, H-Y. Tam, B-0. Guan, X. Dong, P. K. A. Wai, Χ. Dong, “Opticalautomatic gain control of EDFA using two oscillating lasers in a singlefeedback loop, "Optics communications 225，157-162 (2003) ·)而电学方法在切 换速度较低的网络中取得了一定的成果。然而，随着如光突发串/光包那样的线路利用率 高，且数据形式的粒度小的通信方式研究的深化，人们发现，仅仅使用电学控制方法并不能 充分解决光信号增益变化的问题。根据查阅文献，抑制增益变化的电气回路的时间常数为亚微秒(C. Tian a EDFA pumped by 1480-and 980-nm lasers，，，IEEE JLT21 (8)，1728-1734 (2003)， H. Nakaji, Y. Nakai, M. Shigematsu andM. Nishimura,，，Superior high-speed automatic gain controllederbium-doped fiber amplifiers,，，Optical Fiber Technology9, 25-35(2003))，所以所述电气回路，对具有IOGbps以上数量级的高速的包含有效载荷的典 型的光包，不能作出响应。另外，对该增益变化抑制技术虽然也提出了光控制法，但因其具 有抑制不充分、方式复杂等种种问题而并未达到实用化。此外，在WDM环境下，输入信号的突发式的变化会引起EDFA的瞬态响应，这一过程 是能够近似性地描述的(参照下述非专利文献1)。然而，关于瞬态响应的具体的应对方案， 虽然提出了很多诸如上述的方法，但是，这些方法均是通过使用外界回路对EDFA的工作状 态进行适应性地控制，而对瞬态响应本身进行抑制的具体方法，却未见任何报道。图1所示为光包通过EDFA所引起的波形变化的例子示意图。图1所示例中的光 包，数据速率为9. 95328Gbps,具有128bit前同步信号和3814bit有效载荷，持续时间约为400ns。如图1所示，因EDFA的增益变化而引起光包的波形发生走样。在通信量少的情况下，如果所有的光脉冲强度保持一定不变，光包的平均功率就 会减小。由此，能够掌握通信量减少的情况。但是，为掌握这一情况并不一定要常在网络控 制方面作光包的标识识别(例如传播线路中的光放大1R中继等)。此时，常用的方法是 对平均电功率进行监测。然而，仅监测平均电功率的话，当检测出较低的平均功率时，并不 能判别是通信量少还是脉冲强度低。目前为止在光通信系统中，通过对平均电功率进行监 测来控制光脉冲强度的EDFA，多数情况是在APC(功率恒定控制)下工作的。对于这样的 EDFA，当通信量少的光信号入射时，该入射信号的平均功率与通信量密且脉冲强度低的信 号相同，所以会造成非常高的功率峰值，从而产生非线性效应和光元件的损耗等问题。但若 改变EDFA的增益，其他特性(例如增益平坦性)等将受到影响。光包有可能通过各种各样 的通路，所以每个光包受到的光损失和光增益的积累值是不同的，脉冲强度也变得不同。解决这种情况的对策大致有两种思路。一种处理方法是适当地控制EDFA的泵浦 光强度从而改变光信号增益的方法。但是这种方法被认为有很多不足之处，如因使用较大 电流量的电流控制而引起的响应速度迟缓或者噪音指数劣化等问题。另一种思路的处理方 法是，设想使EDFA在ACC (定电流控制)下驱动的同时，控制入射光信号平均功率，使入射 信号中的脉冲光强在一定的范围内保持不变。该方法，可以适应性地控制脉冲光强。一般 情况下是使脉冲强度减弱。该方法的具体实现方法之一为，使用光调制器来控制脉冲强度。 多数的光调制器都是电压驱动式的，因而使用光调制器能够快速地控制光强。采用这种方 法时，EDFA的光纤长度和泵浦光强的规格，与额定的入射信号频率和增益是相对应的，是最 优化的，所以，如果入射光信号的平均功率发生很大的变化(具体说就是产生IOdB以上的 变化)，也就是EDFA的工作条件发生了很大的变化。具体的结果就是，WDM系统的增益变得 不平坦。若WDM系统的增益不平坦，不仅作为WDM系统本身会有缺陷，而且在每个波长带上 都会产生非线性的增益变化。因此，需要有这样一种掺稀土元素光纤与光信息系统，即，即 使是在通信量少的情况下，也能够将各波道的强度同等放大的掺稀土元素光纤，以及使用 这样的掺稀土元素光纤的光信息系统。非专利文献 1 :Sun, Y. , Zyskind, J. L. , Srivastava, Α. K. , Zhang, L. Analytical formula for the transient response of erbium-doped fiberamplifiers. Applied optics 38,9(1999)1682-168
发明内容
本发明所要解决的课题是本发明的目的在于提供一种掺稀土元素光纤放大器，所述掺稀土元素光纤放大器 包括掺铒光纤放大器等，能够抑制瞬态响应。本发明的目的在于提供一种光信息通信系统，所述光信息通信系统采用，能够抑 制瞬态响应的掺铒光纤放大器等的掺稀土元素光纤放大器。本发明的目的在于，提供一种掺稀土元素光纤放大器及使用这样的掺稀土元素光 纤放大器的光信息通信系统，所述该掺稀土元素光纤放大器即使在通信量小的情况下，也 能够同等地放大入射光信号的各波道的光强。本发明的目的在于提供一种光信息系统设计方法，具体是指，一种包含抑制瞬态响应的掺铒光纤放大器等的掺稀土元素光纤的光信息通信系统的设计方法。解决问题的方法通过使用扩大活性区域的掺稀土元素光纤，能够得到抑制瞬态响应的EDFA，使用 这样的EDFA，能够较好地应用于光信息通信，本发明是基于上述的想法作出的。此外，通过在EDFA前面设置增益平坦滤波器，可减少EDFA对增益媒介端的光功率 和光信号增益变化的波长依赖性，以此能够抑制瞬态响应，本发明是基于上述的想法作出 的。再者，通过设置前置放大器能够抑制因增益平坦滤波器产生的多余噪音。而且，通 过进行超高功率泵浦，能够降低对掺稀土元素光纤的输入功率依赖性，能够得到稳定增益 的作用，其结果是，所述该装置能够维持光信号的增益平坦性(对于波长的增益均等性)， 本发明是基于上述的想法作出的。本发明的第1形态涉及一种光包通信用光放大器，该光包通信用光放大器使用的 是活性区域直径为3. 4μπι以上10 μ m以下的掺稀土元素光纤。即，现有技术中光包通信用 的放大器使用的是输出功率小的光通信用光纤放大器。这是因为，高输出功率的光纤放大 器除了具有很高的成本之外，还需要较大的操作空间而且不容易操作等原因。此外，一般认 为高输出功率的光纤放大器因增益变化大所以不适合作为使用光脉冲的光信息通信用的 放大器使用。但是，本发明中却敢于将在高输出功率光通信等方面使用的光纤放大器用于 光包通信方面，其原因在于其能够抑制光包的增益变化。，所述的光放大器的活性区域直径 在3. 5μπ 以上ΙΟμ 以下、4μπ 以上6μπ 以下、4μπ 以上5μπ 以下等范围内皆可，下同。本发明的第1形态的较佳方式为，前面所述的放大器具有掺加了稀土元素铒的光 纤。本发明第1形态较佳的方式为，通过使光纤的数值孔径减小，进而使放大器工作 时的非饱和区域扩大。具体的方式是，使用掺铒光纤数值孔径在0.2以下的上面所记载的 任一放大器。再者，本发明的光纤的数值孔径优选为0.13以下。例如，通过调整芯材和包 层中包含的铒的浓度能够控制数值孔径。例如须藤昭一著的才7卜二 >7 7公司出版的《掺 铒光纤放大器》的第150页 152页的1. 7. 2光纤结构依存性一栏中所记载的，一般认为， 通常情况下光纤的数值孔径越大效率越高。并且，通常在设计掺铒光纤的时候也尽量使数 值孔径更大。但是本发明中，为与抑制光信号的增益变化相配合，使用数值孔径小的光纤。 因使数值孔径的减小，从而铒离子与光的模场的重复区域的积分值也能够减小，进而能够 扩大放大器工作中时的非饱和区域。本发明第1形态较佳的方式涉及一种放大器，在该放大器中，所述掺铒光纤具有 芯材和存在于所述芯材外围的包层，所述芯材中掺加的稀土元素为铒元素，所述包层中也 掺加铒元素，但其浓度比所述芯材中包含的铒元素浓度低，该放大器为上述所记载的任一 放大器。使用如上所述光纤是使光纤数值孔径减小的方式之一。本发明第1形态较佳的方式涉及一种光包通信系统，该光包通信系统使用如上所 述的放大器。因为该系统具有如上述的光纤放大器，所以能够将包含信号头部及有效载荷 等的信号在抑制增益变化的同时将其放大。本发明的第2形态涉及一种放大光包信号强度的方法，该放大光包信号强度的方 法包括两个步骤，其一是使光包输入到所述的光纤放大器中的步骤，该光纤放大器使用活性区域直径在3. 4 μ m以上10 μ m以下的掺稀土元素光纤；其二是使输入到所述光纤放大器 中的光包强度增强的步骤。可以适当地采用之前说明的光纤作为本形态所涉及的光放大方 法中使用的掺稀土元素光纤。特别是能够使用数值孔径小的掺铒光纤为佳。本发明的第2形态的较佳方式涉及一种光包通信用光放大装置，该光包通信用光 放大装置包括，增益平坦滤波器以及光纤，通过了增益平坦滤波器的光入射到该掺稀土元 素光纤中，该掺稀土元素光纤的活性区域的直径在3. 4 μ m以上10 μ m以下。本发明的第2形态的较佳方式涉及一种光包通信用光放大装置，该光放大装置包 括前置放大器；平坦滤波器，所述前置放大器放大的光所入射到该增益平坦滤波器中；掺 稀土元素光纤，通过了增益平坦滤波器的光入射到该掺稀土元素光纤中，该掺稀土元素光 纤的活性区域的直径为3. 4 μ m以上10 μ m以下。本发明的第3形态涉及一种光包放大方法，该光包放大方法包括调整步骤和入射 步骤。所述调整步骤，使用增益平坦滤波器，调整各波道的光强，使入射并通过掺稀土元素 光纤的各波道的光强相等。所述入射步骤具体是指，经过所述调整步骤的光包入射到掺稀 土元素光纤中。本发明的第4形态为一种光包通信用光放大装置，该光包通信用光放大装置包 括第1掺稀土元素光纤(31)，该第1掺稀土元素光纤(31)的活性区域直径在3. 4 μ m以上 IOym以下；中间增益平坦滤波器(32)，通过了所述第1掺稀土元素光纤的光入射到该中间 增益平坦滤波器(32)；第2掺稀土元素光纤(33)，通过了上述中间增益平坦滤波器(32)的 光信号入射到该第2掺稀土元素光纤(33)中，该第2掺稀土元素光纤(33)的活性区域直 径在3. 4 μ m以上10 μ m以下。上述第1掺稀土元素光纤的长度比上述第2掺稀土元素光 纤的长度短，上述中间增益平坦滤波器调整各波道的光强，从而使通过了上述第2掺稀土 元素光纤的各波道的光强度相等。可以适当地采用如上所说明的光纤，作为本形态涉及的 光放大装置中使用的掺稀土元素光纤。特别上是可以采用数值孔径小的掺铒光纤为佳。如此，将增益平坦滤波器设置在经过调整的两个掺铒光纤之间，使光包信号的增 益变化减小，且不损害光强的平坦性(例如，各波道的强度差在IdBm以内)，进而使输入信 号的允许幅度增大，并且可以得到良好的噪音特性。其结果是，上述的光放大装置对于输入 光，即使是在通信量少的情况下，也可以具有与通信量多的情况时一样的放大特性。上述的两个掺稀土元素光纤，是综合地考虑输入信号的波长范围，增益的大小，输 入信号的强度，输出信号的强度等因素来进行设计的。具体的设计方式是，在使用具有一定 大小的活性区域的掺稀土元素光纤时，适当地调整输入光信号的波长。第1掺稀土元素光 纤的主要作用是，例如，对入射到中间增益平坦滤波器(32)的光信号提供较小的增益，使 光信号经由中间增益平坦滤波器(32)后引起的损失不产生多余的噪音。另一方面，第2掺 稀土元素光纤的主要作用是放大光信号。因此，第2掺稀土元素光纤的增益要比第1掺稀 土元素光纤的增益大为佳。通常情况下，光包放大装置使用的掺稀土元素光纤与如上所述 的两个光纤相同或近似，所以，上述第1掺稀土元素光纤的长度在上述第2掺稀土元素光纤 的长度的一半以下为佳。本发明中，2个掺稀土元素光纤具体的优选长度是，上述第1掺稀土元素光纤的长 度为25cm以上75cm以下，上述第2掺稀土元素光纤的长度为Im以上3m以下。在实施例 中，实际设计时，在确认使用装置功能的基础上，如果该光纤长度在此范围之内即可以更适合地用于通常的光包通信中。所述中间增益平坦滤波器调整各波道的强度，从而使通过所述第2掺稀土元素光 纤的各波道的光强度相等。为了使中间增益平坦滤波器具有如上所述的功能，较佳的方式 是，使该中间增益平坦滤波器具有补偿由2个掺稀土元素光纤所引起的增益变动特性合在 一起的增益变化的特性。由此，可以确保输出光信号的增益平坦性。控制增益平坦滤波器 的特性的技术是公知的技术。因而，如果掌握将通过2个掺稀土元素光纤得到的增益特性 合在一起的增益变化的特性，即可设计并制造为补偿增益变化的增益平坦滤波器。按照后述的实施例所证实的，通过使用超高功率泵浦光源作为入射到所述第1掺 稀土元素光纤中的光的光源，本发明能够提供具有非常好的特性的光包通信用光放大装 置。具体的超高功率泵浦光源的输出功率取200mW以上IW以下。本发明的第5形态涉及一种掺铒光纤放大器的制造方法，该掺铒光纤放大器的制 造方法包括，使所述掺铒光纤的数值孔径在0.2以下，将Γ^.表示为各波道中铒离子和光的 模场的重复区域的积分值的系数的情况下，通过设计使Γ^.减小的步骤。本发明的第6形态涉及一种程序，该程序使计算机具有如下各项的功能将掺稀 土元素光纤活性区域的截面积S输入的功能；读取第1系数，同时将所述活性区域的截面积 S与所述第1系数相乘，求得各波道内在的饱和输出功率Pis ( λ j)的功能；读取通过所述各 波道后的光强Ρ°υτ( λ j)，同时用Ρ°υτ( λ ρ除以之前求得的内在的饱和输出功率Pis ( λ ρ，将 求得的所有波道的Ρ°υτ ( λ j) /Pis ( λ ρ值相加的装置；读取特定的数及第2系数，同时将所述 求得的所有波道的Ρ°υτ ( λ j) /Pis ( λ ρ值相加求得的和与所述特定的数相加，将相加后的值 与所述第2系数相乘的功能，通过所述计算机具有的各项功能求得掺稀土元素光纤的增益 变化的初值及时间变化。本发明的第6形态涉及一种程序，该程序为使用计算机设计光通信系统用的程 序，该程序使计算机至少具有如下各项的功能使涉及掺稀土元素光纤的图标显示在输出 装置中的功能；使所述图标显示在光通信系统的工作过程设计界面的某个位置上的功能； 在所述图标显示在设计界面的某个位置上的情况下，使输入到所述掺稀土元素光纤的光脉 冲乘以预先存储的放大系数，以此使输入的光脉冲的振幅放大并输出的功能。本发明第6形态的较佳方式涉及上面所记载的程序，该所述程序使计算机具有如 下各项功能将掺稀土元素光纤活性区域的截面积S输入的装置；读取第1系数，同时将所 述活性区域的截面积S与所述第1系数相乘，求得各波道内在的饱和输出功率PIS(λP的 装置；读取通过了所述各波道后的光强Ρ°υτ( λ j)，同时用Ρ°υτ( λ j)除以之前求得的内在的 饱和输出功率Pis (Aj),将求得的所有波道的Ρ°υτ ( λ j) /Pis ( λ j)值相加的装置；读取特定的 数及第2系数，同时将所述求得的所有波道的Ρ°υτ( λ j)/PIS(A ρ值相加求得的和与所述特 定的数相加，将相加后的值与所述第2系数相乘的装置。通过上述计算机具有的的功能，在 考虑掺稀土元素光纤的增益变化的初值及时间变化的基础上对光通信系统进行设计。本发明第6形态的较佳方式涉及一种程序，该程序为使用计算机设计光通信系统 用的程序，其使计算机至少具有如下各项功能，使涉及前置滤波器和掺稀土元素光纤组合 的光包通信用光放大装置的图标显示在输出装置中的功能；使所述图标显示在光通信系统 的工作过程设计界面的某个位置上的功能；在所述图标显示在设计界面的某个位置上的情况下，使输入到所述掺稀土元素光纤的光脉冲乘以预先存储的放大系数，以此使输入的光 脉冲的振幅放大并输出的功能。本发明第6发明的较佳方式涉及一种信息存储媒介物，该信息存储媒介物能够被 安装有上面所记载的任一程序的计算机所读取。本发明的第6形态的较佳实施方式涉及一种计算机，该计算机为包含掺稀土元素 光纤的光信息通信系统设计用计算机，安装有上面所记载的任一程序。发明的效果若采用本发明，能够提供一种掺稀土元素光纤放大器，所述放大器能够抑制瞬态 响应的掺铒光纤放大器等的掺稀土元素光纤。若采用本发明，能够提供一种光信息通信系统，具体是指一种使用能够抑制瞬态 响应的掺铒光纤放大器等的掺稀土元素光纤放大器的光信息通信系统。若采用本发明，能够提供一种掺稀土元素光纤放大器及使用这样的掺稀土元素光 纤放大器的光信息通信系统，即使是在通信量小的情况下，该掺稀土元素光纤放大器也能 够同等的放大各波道的光信号强度。若采用本发明，能够提供一种光信息系统设计程序，具体是之一种包含抑制瞬态 响应的掺铒光纤放大器等的掺稀土元素光纤的光信息通信系统设计程序。


图1为表示光包通过EDFA所引起的波形变化的例子的示意图；图2为表示本实施例的光包形式和通信量强度的示意图；图3所示为在WDM条件下与各个波长同步的光包形态的示意图；图4为实施例中的装置的主要结构图；图5所示为增益变化及交叉串扰引起的损害的坐标图，其中，图5中(a)所示为在 模式1下类型A的情况，图5中(b)所示为在模式2下类型A的情况，图5中(c)所示为在 模式3下类型A的情况，图5中(d)所示为在模式4下类型A的情况；图6所示为与图5中的各情况相对应的使用类型C的情况的坐标图，其中，图6中 (a)所示为模式1的情况，图6中(b)所示为模式2的情况，图6中(c)所示为模式3的情 况，图6中(d)所示为模式4的情况；图7所示为掺铒光纤放大器放大特性的示意图；图8为说明本发明第3形态的光包放大方法的示意图；图9为说明本发明第6形态的程序的示意图；图10所示为本发明的某一方面的光包通信用光放大装置的主要结构组件图；图11为为了研究活性区域扩大的掺稀土元素光纤的特性而制造的活性区域扩大 的掺稀土元素光纤的示意图；图12为活性区域扩大的掺稀土元素光纤特性的表示图的替代坐标图，其中，图12 中(a)所示为各波道的信号强度，图12中(b)所示为矩形脉冲的强度；图13为包含泵浦光源、2个活性区域扩大的掺稀土元素光纤、以及中间增益平坦 滤波器的系统的特性的表示图的替代坐标图，其中，图13中(a)所示为各波道的信号强度， 图13中(b)所示为矩形脉冲的形状；
图14为本发明的光包通信用光放大器的主要结构的说明图；图15所示为具体的掺稀土元素光纤的剖面图；图16为得到的数值孔径和重叠因子的关系图的替代坐标图。符号说明1 光纤2活性区域3 芯材4 包层10光纤等的传输线路11 光包12增益平坦滤波器13通过增益平坦滤波器后的光包14光纤放大器15通过光纤放大器后的光脉冲21图标菜单22涉及光纤放大器的图标23涉及增益平坦滤波器的图标24设计界面31第1掺稀土元素光纤32中间增益平坦滤波器33第2掺稀土元素光纤34超高功率泵浦光源
具体实施例方式下面关于本发明实施的最佳方式进行说明。本发明的第1形态涉及一种光包通信 用光放大器，该光包通信用光放大器使用活性区域直径在3. 4 μ m以上10 μ m以下的掺稀土 元素光纤。即，现有技术中光包通信用的放大器使用输出功率小的光通信用光纤放大器。这 是因为，高输出功率的光纤放大器除了成本高之外，还具有所需空间大且不易操作等缺点。 此外，一般认为高输出功率的光纤放大器因增益变化大所以不适合在使用光脉冲的光信息 通信中使用。但是，本发明中特意在光包通信中使用这样的光纤放大器，其原因在于本发明 的光纤放大器能够抑制光信号的增益变化。图14为本发明的光包通信用光放大器的主要结构的说明图。如图14所示，光包通 信用光放大器包含掺稀土元素光纤(1)。该掺稀土元素光纤(1)的结构一般包括芯材(3) 及包层(4)。通常，整个芯材(2)即是活性区域(2)，但如图14所示，有时活性区域⑵也 包括芯材(3)的区域。图15所示为具体的掺稀土元素光纤的剖面图。图15中(a)所示为单模光纤的剖 面例，图15中(b)所示为活性区域与芯材呈同心圆状的例子，图15中(c)所示为活性区域 和芯材大体相等的例子。在多数的掺稀土元素光纤中，都是如图15中(c)所示一样，活性 区域与芯材的大小大体相等。另外，如图15中(b)所示，即使芯材和活性区域不同也可。
所谓活性区域，意为光纤芯材内的某个区域，在增益区域(Gainarea)或者该区域 掺加的稀土元素为铒的情况下称为铒区域(Activeerbium area)。为传播光波，芯材区域具 有比外围部分更高的折射率。在泵浦光强度弱的区域信号光的吸收大于放大。因此，通常 将活性区域设置在泵浦光强度强的芯材中心附近的区域，使其与这一区域重合。活性区域 是掺加了稀土元素离子的区域，在设计光纤时只考虑上述条件，即，使活性区域与芯材中心 附近的区域重合，来决定活性区域的位置。而在制造之后可通过由泵浦光照射而引发自发 辐射发光的现象来确认，活性区域是否位于芯材中心附近的区域。本发明的第1形态较佳的方式是，上述所记载的放大器是前述稀土元素为铒元素 的掺铒光纤放大器。即，所谓的掺稀土元素光纤，是采用掺加的稀土元素为铒元素的光纤， 在实施例中证实了使用该掺铒光纤放大器是较佳的方式。本发明第1形态的较佳方式涉及一种放大器，该放大器为上述所记载的任一放大 器，且该放大器的上述掺铒光纤的数值孔径在0. 2以下。再者，本发明优选的光纤的数值孔 径为0.13以下。通过调整芯材和包层中包含的铒的浓度能够控制数值孔径。例如须藤昭 一著的才卜二” ^公司出版的《掺铒光纤放大器》的150页 152页的1.7. 2光纤结构 依存性一栏所记载的，一般认为通常情况下光纤的数值孔径越大效率越高。并且，通常在设 计掺铒光纤的时候也尽量使数值孔径更大。本发明中，为抑制增益变化，特意使用数值孔径 小的光纤。因数值孔径的减小铒离子与光的模场的重复区域的积分值也能够减小，且能够 使在放大器工作时的非饱和区域扩大。本发明第1形态较佳的方式涉及一种放大器，该放大器为上述所记载的任一放大 器，且该放大器的所述掺铒光纤具有芯材和存在于所述芯材外围的包层，在所述芯材中掺 加的稀土元素为铒元素，在所述包层中也掺加铒元素，但其浓度比所述芯材中包含的铒元 素浓度低。使用这样的光纤是减小数值孔径的方法之一。本发明的第1形态的较佳方式涉及一种光包通信系统，该光包通信系统使用上述 所记载的放大器。因为具有如上所述的放大器，该光包通信系统可在抑制增益变化的同时 将包含信号头部和有效载荷等的光包信号放大。该光包通信系统可适当地采用在光包通信 系统中公知的结构。并且，通常情况下，光包通信系统中的光纤放大器可采用本发明的光纤 放大器。光包通信系统具体包括，除发信机及收信机外，还有连接它们的节点，以及连接它 们的光纤。并且，随着通信距离的增加，光脉冲的强度会渐渐变弱，因而要使用适当的光纤 放大器来增强振幅。较佳的方式是适当地设置本发明的光纤放大器来增强光脉冲振幅。本发明的第2形态涉及一种放大光包信号强度的方法，该放大光包信号强度的方 法包括两个步骤，其一是使光包输入到所述的光纤放大器中的步骤，该光纤放大器使用活 性区域直径在3. 4 μ m以上10 μ m以下的掺稀土元素光纤；其二是使输入到上述光纤放大器 中的光包的强度增强的步骤。即，按照后述的实施例所证实的，因为能够在抑制增益变化的 同时放大光包信号，所以使用本发明的光纤放大器的方式为较佳方式。该放大器可以适当 地采用之前说明的光纤作为本发明第2形态所述的光放大方法中使用的掺稀土元素光纤。 特别是可以使用数值孔径小的掺铒光纤为佳。本发明的第2形态的较佳方式涉及一种光包通信用光放大装置，该光包通信用光 放大装置包括，增益平坦滤波器和掺稀土元素光纤，通过了上述增益平坦滤波器的光入射 到该掺稀土元素光纤中，该掺稀土元素光纤的活性区域直径在3. 4 μ m以上10 μ m以下。通常情况下，光包包含多个光脉冲，光纤放大器的放大特性因输入光的波长而异。并且，在光 包包含波长不同的多个光脉冲的情况下，每个波长的信号通过放大器放大的强度也不同。 因而，使用光纤放大器放大包含多个波长的光脉冲的光包，放大后的振幅并不均等。所以， 要使用增益平坦滤波器。图7所示为掺铒光纤放大器放大特性的示意图。如图7所示，掺铒光纤放大器在 1530nm附近对光振幅的放大最大，在此附近的光信号的增益变化也最大。而在1580nm附近 振幅的放大并不大。另外，对波长为1530nm附近的光信号进行放大的话，会产生较多噪音。 因此，本发明优选，输入信号使用波长在1535nm到1570nm范围内的光信号，更佳的方式是 使用在1535nm到1565nm波长范围内的光信号。在通常的光包通信系统中，首先用掺铒光纤放大器来放大光包的振幅。而光包中 包含的每个波长的光脉冲的放大程度是不同的。所以，要使用增益平坦滤波器，使被放大但 每个波长的增益不同的光脉冲的增益平坦化。在光包中包含的所有波道都被使用的情况 时，采用这样的平坦化方法的问题较少。但是，特别是只使用一部分波道的时候，按照后述 的式(1)等所示，会产生很大的信号增益变化。所以，本发明较佳的方式为，在使光脉冲预 先通过了增益平坦滤波器之后，由光纤放大器将振幅放大。如此，即使是在只使用一部分波 道的情况时，也能够抑制信号的增益变化。即，在本发明中通过使用增益平坦滤波器，能够 降低光纤放大器对光脉冲瞬态的增益变化的波长带的依存性。本发明的第2形态的较佳方式涉及一种光包通信用光放大装置，该光包通信用光 放大装置包括前置放大器、增益平坦滤波器和掺稀土元素光纤，由所述前置放大器放大的 光入射到增益平坦滤波器中，通过了所述增益平坦滤波器的光入射到掺稀土元素光纤中， 该掺稀土元素光纤的活性区域直径在3. 4μπι以上10 μ m以下。可以适当地在光通信系统 中采用公知的前置放大器作为本发明的前置放大器。在本发明中通过使用前置放大器，能 够抑制因增益平坦滤波器而产生的多余的噪音。本发明的第3形态涉及一种光包放大方法，该光包放大方法包括，通过增益平坦 滤波器调整各波道光强，从而使入射到掺稀土元素光纤并通过了该掺稀土元素光纤的各波 道的光强相等的步骤；以及使经过前述使光强相等步骤的光包入射到掺稀土元素光纤中的步骤。图8为说明本发明第3形态所涉及的光包放大方法的示意图。如图8所示，通过 光纤等传输线路(10)来传输光包(11)。此光包包含多个波长的光脉冲。而且，包含多个波 长光脉冲的光包(11)输入到增益平坦滤波器(12)中。通常情况下，增益平坦滤波器使通 过其之后的各脉冲的增益相等，而在此实施方式中，设定增益平坦滤波器，使入射并通过了 掺稀土元素光纤的各波道的光强相等。因此，通过了增益平坦滤波器的光包(13)中所包含 的各波长脉冲的增益并不均等。另一方面，如果通过了增益平坦滤波器的光包(13)经过光 纤放大器(14)，那么经过光纤放大器(14)后的光脉冲(15)的增益会变得均等(例如，各波 道的光强的偏差在平均强度上下的10%以内，优选平均强度上下的5%以内，更好的是在 平均强度上下的3%以内)。使用如上述的增益平坦滤波器，如果经过光纤放大器(14)，那么经过光纤放大器 后的光包(15)的增益变得均等。因此，在光包通信中使用上述的光纤放大器为最佳选择。 在通信量少的情况时，光包受到增益变化的影响，会产生光包的倾斜被增强的问题。而且，在通信量少的情况下，还会出现光包的峰值异常高的现象。如此异常高的峰值不仅会导致 增益变化更严重，而且给光元件带来损耗的可能性也是极高的，因此，必需采取一定的方 法，检测出所述光包的异常高的峰值并限制所述光包入射到光纤放大器的入射功率。但这 样做的后果会造成入射光的平均功率非常低。所以，针对上述问题，需要有一种放大器，使 得，即使在通信量改变的情况下，各波道的光强也不会发生改变。上述的问题可通过包含增益平坦滤波器的装置来解决，该增益平坦滤波器设置在 两个掺铒光纤之间。图10所示为本发明某一形态所涉及的光包通信用光放大装置的主要 结构的组件图。即，如图10所示，本发明的第4形态为一种光包通信用光放大装置，该光包 通信用光放大装置包括第1掺稀土元素光纤(31)，该第1掺稀土元素光纤(31)的活性区 域直径在3. 4 μ m以上10 μ m以下；中间增益平坦滤波器(32)，通过了上述第1掺稀土元素 光纤的光信号入射到该中间增益平坦滤波器(32)中；第2掺稀土元素光纤(33)，通过了上 述中间增益平坦滤波器(32)的光信号入射到该第2掺稀土元素光纤(33)中，该第2掺稀 土元素光纤(33)的活性区域直径在3. 4μπι以上10 μ m以下。上述第1掺稀土元素光纤的 长度比所述第2掺稀土元素光纤的长度短，上述中间增益平坦滤波器调整各波道的强度， 从而使通过所述第2掺稀土元素光纤的各波道的光强度相等。如上述，将增益平坦滤波器设置在调整后的2个掺稀土元素之间，从而使光信号 的增益变化减小，且不损害平坦性(例如，各波道的强度差在IdBm以内)。其结果是，上述 的光放大装置对于输入光信号，即使是在通信量少的情况下，也可以具有与通信量多的情 况时一样的放大特性。要综合地考虑输入信号的波长范围，增益的大小，输入信号的强度，输出信号的强 度等因素来设计2个掺稀土元素光纤。具体的方式是，在使用具有固定大小的活性区域的 掺稀土元素光纤的时候，适当地调整其长度。所述第1掺稀土元素光纤的主要作用是，例 如，为了使中间增益平坦滤波器(32)的损失不产生多余的噪音，而给予入射到中间增益平 坦滤波器(32)的光信号以较小的增益。另外，第2掺稀土元素光纤的主要作用是放大光信 号。因此，第2掺稀土元素光纤的增益要比第1掺稀土元素光纤的增益大为佳。通常情况 下，使用的这些掺稀土元素光纤相同或相近似，所以，所述第1掺稀土元素光纤的长度在所 述第2掺稀土元素光纤的长度的一半以下为佳。本发明优选，2个掺稀土元素光纤具体的长度是，所述第1掺稀土元素光纤的长度 为25cm以上75cm以下，所述第2掺稀土元素光纤的长度为Im以上3m以下。实施例中，实 际设计时，在确认了功能之后，如果光纤长度在此范围之内即能够适当地用于通常的光包 通信中。上述中间增益平坦滤波器调整各波道的强度，从而使通过了所述第2掺稀土元素 光纤的各波道的光强度相等。中间增益平坦滤波器的“中间”意为位于2个掺稀土元素光 纤之间。所以，可以适当的采用，将配置好公知的增益平坦滤波器的装置作为本发明方式的 中间增益平坦滤波器。为了使中间增益平坦滤波器具有如上述的功能，较佳的方式是，使该 中间增益平坦滤波器具有补偿增益变化的特性，使得，2个掺稀土元素光纤增益特性合在一 起而产生的增益变化得到补偿。控制增益平坦滤波器的特性是公知的技术。因而，如果知 道2个掺稀土元素光纤增益特性合在一起而产生的增益变化，即可设计并制造增益平坦滤 波器使上述增益变化得到补偿。
如后述的实施例所证实的一样，本发明中，通过，使用超高功率泵浦光源(34)作 为入射到上述第1掺稀土元素光纤中的光的光源，能够提供具有非常好的特性的光包通信 用光放大装置。超高功率光源意为超出常规的泵浦强度的输出光源，即，远远超出通常情 况下可设想到的泵浦强度的输出光源。更具体的说就是，在通常的EDFA等的设计方法中， 根据EDF的活性区域，稀土类元素的掺加浓度，光纤长度及预想的入射信号等诸条件来确 定适当的泵浦强度，而超高功率泵浦光源意为远远超出该适当泵浦强度的输出光源，其产 生的大部分光能量并不直接用于光的放大。关于EDFA等的掺稀土元素光纤中的超高功率 泵浦，参照 M. Karasek 等"Suppression of Dynamic Cross Saturation in Cascades of Overpumped Eribium-DopedFiber Amplifiers，，IEEE Phononic Techinology letters， Vol. 10，No. 7, july，1998等。在本发明中，使用超高功率泵浦光源能够使稀元素土光纤降 低对光放大器的入射功率的依存性，使光脉冲接近于稳定的增益。其结果是能够维持输出 脉冲的增益平坦性。具体的超高功率泵浦光源的输出功率取200mW以上IW以下。虽然超高功率泵浦 光源的输出功率越高越好，但因装置成本会增加，所以取300mW以上600mW以下为佳，优选 550mW 等。从超高功率泵浦光源输出的脉冲信号通过光耦合器入射到第1掺稀土元素光纤 中。于是，为了使中间增益平坦滤波器(32)的损失不产生多余的噪音，第1掺稀土元素光 纤给予光信号以增益。中间增益平坦滤波器(32)调整各波道的强度，从而使通过上述第2 掺稀土元素光纤各波道的光强度相等。具体的方式是，设计并制造中间增益平坦滤波器，使 之具有补偿增益变化的特性，使得，2个掺稀土元素光纤增益特性合在一起而产生的增益变 化得到补偿，并使增益特性得到补偿的这些光信号输出。通过了中间增益平坦滤波器(32) 的光信号入射到第2掺稀土元素光纤中。通过了第2掺稀土元素光纤的各波道的光强大致 相等。本发明的第6形态涉及一种程序，该程序使计算机具有如下各项的功能，将掺稀 土元素光纤活性区域的截面积S输入的功能；读取第1系数，同时将所述活性区域的截面积 S与所述第1系数相乘，求得各波道内在的饱和输出功率PIS(λ J的功能；读取通过所述各 波道后的光强Ρ°υτ( λ j)，同时用Ρ°υτ( λ j)除以之前求得的内在的饱和输出功率Pis ( λ P，将 求得的所有波道的Ρ°υτ ( λ ρ /Pis ( λ ρ值相加的功能；读取特定的数及第2系数，同时将所述 求得的所有波道的Ρ°υτ ( λ ρ /Pis ( λ ρ值相加求得的和与所述特定的数相加，将相加后的值 与所述第2系数相乘的功能。通过使计算机具有的上述功能以求得掺稀土元素光纤的增益 变化的初值及时间变化。本发明的第6形态涉及一种程序，该程序为，使用计算机设计光通信系统用的程 序，该程序使计算机至少具有如下各项功能，使涉及掺稀土元素光纤的图标显示在输出装 置中的功能；使所述图标显示在光通信系统的工作过程设计界面的某个位置上的功能；在 所述图标显示在设计界面的某个位置上的情况下，使输入到所述掺稀土元素光纤的光脉冲 乘以预先存储的放大系数，以此使输入的光脉冲的振幅放大并输出的功能。图9为说明本发明第6形态的程序的示意图。如图9所示，安装有该程序的计算 机，将如图9中所示的各图标显示在显示器等输出装置上。S卩，图标菜单(21)上显示着，涉 及光纤放大器的图标(22)和涉及增益平坦滤波器的图标(23)等。并且，通过适当地拖放这些图标到设计界面(24)上，可以在设计界面上绘制出拖动的图标所涉及的装置等。在该 设计界面上，当光脉冲输入到光纤放大器中时，读取存储装置中所记录的放大系数，使输入 的光脉冲强度与该放大系数相乘并输出。再者，本发明优选的方式是，除了涉及通常的光纤 放大器的图标之外，本发明还另外设置了涉及本发明的光纤放大器的图标。本发明第6形态的较佳方式涉及上面所记载的程序，该所述程序使计算机具有如 下各项功能，将掺稀土元素光纤活性区域的截面积S输入的功能；读取第1系数，同时将所 述活性区域的截面积S与所述第1系数相乘，求得各波道内在的饱和输出功率Pis ( λ j)的 功能；读取通过了所述各波道后的光强Ρ°υτ( λ j)，同时用Ρ°υτ( λ ρ除以之前求得的内在的 饱和输出功率Pis (Aj),将求得的所有波道的Ρ°υτ ( λ ρ /Pis ( λ ρ值相加的功能；读取特定的 数及第2系数，同时将所述求得的所有波道的Ρ°υτ( λ j)/PIS(A ρ值相加求得的和与所述特 定的数相加，将相加后的值与所述第2系数相乘的功能。通过上述计算机具有的功能，在考 虑掺稀土元素光纤的增益变化的初值及时间变化的基础上对光通信系统进行设计。本发明第6形态的较佳方式涉及一种程序，该程序为，使用计算机设计光通信系 统所用的程序，该程序使计算机至少具有如下各项功能，使涉及前置滤波器和掺稀土元素 光纤组合的光包通信用光放大装置的图标显示在输出装置中的功能；使所述图标显示在光 通信系统的工作过程设计界面的某个位置上的功能；在设计界面的某个位置上显示所述图 标的情况下，使输入到所述掺稀土元素光纤的光脉冲乘以预先存储的放大系数，以此使输 入的光脉冲的振幅放大并输出的功能。本发明优选的输出特性及增益变化的方式为，如图9所示，具体为，增益平坦滤波 器及光纤放大器按照如图9所示的顺序排列的情况下，能够带来如本说明书前面所说明的 输出特性及增益变化。本发明第6形态的较佳方式涉及一种信息存储媒介物，安装有上面所记载的任一 程序的计算机可对该信息存储媒介物进行读取。本发明的第6形态的较佳方式涉及一种计算机，该计算机安装有上面所记载的任 一程序，用于设计包含掺稀土元素光纤的光通信系统。本发明的计算机在主存储器上安装 有上述所述的任一程序。并且，当有来自于定点设备等的输入信号时，CPU会读取安装在主 存储器上的程序，接受读取的程序的指令，进而适当地读取记录在存储器中的信息，进行特 定的运算并输出。为了实现该功能操作，控制部通过信息转移通路等与输入部、输出部、存 储部及运算部相连接，并能够进行信息的收发。本发明中，所述光纤为公知的如掺铒光纤等的掺稀土元素光纤，且本发明可以采 用活性区域直径比较大的光纤。掺稀土元素光纤中的稀土元素，除了铒元素之外，还可以使 用镨、铥或钕等元素。另外，掺铒光纤为具有代表性的光纤放大器，所以下面以掺铒光纤为 例进行说明。对于掺铒光纤来说，在其活性区域内，掺加有重量百分比为10% 20%的锗 元素，并为了提高折射率而掺加有500ppm 2000ppm铒元素作为掺杂剂及放大媒介物，所 以该掺铒光纤具有高增益、低杂音等优良特性。且，该光放大器更广泛地应用于放大波长带 为1. 55μπι的1. 5 μ m波长带。掺铒光纤具有活性区域和包层，活性区域为含有铒、铝、锗各元素的石英玻璃。锗 元素的含有量为重量百分比不到1.5%，重量百分比为0.5% 1.0%为佳。以此能够改善 掺铒光纤的增益平坦度和能量转换效率。锗元素的含有量重量百分比最好不要在1.5%之上，这是因为，铝离子具有抑制铒离子团簇形成的作用，如果锗元素的含有量重量百分比在 1.5%以上，会导致铝离子的这一作用被抑制。铝离子的含有量，并不作特别限定，通常为重量百分比不到4%。通过含有的铝元 素，能够使1540nm 1560nm波长带的增益波长依存性平坦化，能够改善光信号增益平坦 度。而且，铝离子配位在铒离子上，能够抑制铒离子团簇的形成。以此能够降低铒离子间的 能量交换，可实现优异的转换效率。活性区域的铒离子含有量，并不作特别限定，可依据目 的、用途适当地确定。掺铒光纤放大器等的光纤放大器的制造方法为，通过MCVD法、VAD法等的化学气 相蒸镀法，使用铝化合物溶液的浸渍法等公知的技术，在所需的浓度范围内制造掺加锗等 元素的光纤用母材，并将该母材熔融拉丝即可。另外，本发明的技术范围并不限于上述的实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围 内能够进行种种的变化。在活性区域中，如果含有的铒、铝、锗的浓度在如上述的所需范围 内，也可以包含有其他的元素。例如，在活性区域中，含有铈、镱、镧重量百分比各为0.5% 2. 0%，因而能够进一步抑制铒离子间的结合，能够进一步提高能量转换效率。因此，即使是 在含有的铒离子浓度较高的情况下，也能够实现优异的能量转换效率。而且，结晶结构稳 定，并能够降低伴随结构缺陷的光损耗。EDFA的增益记为G(t)，在下式(1)中大致给出了 EDFA的增益变化G' (0) (Sun, Y. ,Zyskind,J. L. ,Srivastava,Α. K. ,Zhang,L. Analytical formula for the transient response of erbium-doped fiberamplifiers. Applied optics 38,9(1999) 1682-1685)。
上述式(1)中，G(O)为通过前的增益，G(-)为通过后变为稳定状态时的增益。 τ C1意为铒离子在激励状态的内部存在寿命。τ C1可通过将激励光开/关求得。虽然也有存 在3个激励能级的情况，但在此，假定为关系到发光跃迁的Er3+的2个能级的系统。Pis ( λ ρ 意为在各波道(λρ中的内在的饱和输出功率。hv意为光的强度。S意为EDF中的活性铒 截面积。03及分别意为各波道中的吸收和感应辐射的截面积。03及％可通过横向 荧光寿命检测法等公知的分光分析法求得。Γ j意为表示各波道中铒离子和光的模场的重 复区域的积分值的系数(重叠因子)。在上述式中信号光和泵浦光被同等处理。G' (0)表示初期增益变化的程度。现有技术中，活性区域直径大的光纤被用于得 到高输出功率的情况。即，使用活性区域大的光纤的时候，为p°UT大的情况，所以，通常情况 下如果使用这样的光纤的话，P°UT必然增大，增益变化也变大。本发明中，将上述通常用于高 输出功率的活性区域大的光纤，用于低输出功率(例如，输出为IrnW以上IW以下，较好的为 IOmff以上500mW以下，更好的为50mW以上400mW以下)的光脉冲。按照上述式所示，G' (0)表示初期增益变化的程度，反比例于S。所以，通过使用 使活性铒截面积增大的EDF，能够抑制增益变化。另外，本发明的掺铒光纤放大器与现有技 术的电学控制法相结合，可以构成具有长时间响应的抑制增益变化光放大器。按照上述，为使G' (0)减小，将Pis (λ ρ增大即可。因此，除了将S增大之外，将Fj减小也可以。本发明较佳的方式为，掺铒光纤的数值孔径在0.2以下。如果在0.13以 下更好。通过调整芯材与包层中含有的铒浓度能够控制数值孔径。例如，在光纤中除了在 芯材中掺加作为稀土元素的铒之外，在包层中也掺加铒元素，如果使用这样的光纤也可以。 即，本发明优选，使用在芯材和包层中都掺加铒元素的光纤，其中在包层中掺加的铒元素的 浓度比芯材中掺加的铒元素的浓度小。另外，使用不在芯材中掺加铒等稀土元素，只在包层 中掺加铒的光纤也可以。本发明的第5形态涉及一种掺铒光纤放大器的制造方法，该掺铒 光纤放大器的制造方法包括的步骤为，使所述掺铒光纤的数值孔径在0.2以下，q为表示 各波道中铒离子和光的模场的重复区域的积分值的系数的情况下，通过设计使Γ^.减小。与 使数值孔径减小的方法相同，可设计Γ^.减小。实施例1在以下的实施例中，对IOG-以太网速率的输入信号分为8波长的WDM光包进行传 输。图2所示为在本实施例中的光包格式和通信量强度的示意图。光包的有效载荷的位速 率为0C-192 (9. 95328Gbps)，并包含128比特的前帧和3814比特的有效载荷，且光包的持续 时间为400ns。在本实施例中，使用2个平均线路利用率(即LU[% ]，定义为1秒钟内光包 总的持续时间)为33%和0. 4%的光纤，数值孔径为0. 18。式(1)及式(2)与实际情况不同，始终是近似的表达式。光纤中存在有残余的连 续光和被放大的自发辐射光(ASE)。例如当考虑在光包上的标识的比例为50 50的情形 下，在LU = 0. 4%的条件下形成标识位“1”的光能共计不足所有光能的1/50。剩余的光能 用于空位“0”的DC分量或用于光包间的空白处。在这样的情形时，能量并不主要用于有效 的光脉冲。另外，若采用上述式，预先假定线路为如“位”流连续一样的高速接线器WDM线 路，来自于有效的光脉冲和明确的ASE分量的WDF激励能量才被有效地利用。然而，在本实 施例中按照上述式来实施，更准确的、定量的研究是以后的问题。图3所示为在WDM条件下与各个波长同步的光包的形态的示意图。光包发生器同 时生成频率为IOOGHz的8波长的光包(模式1)。在此，作为比较(模式2)对并不相关的 WDM流程也进行观测。是选择模式1还是选择模式2，从EDFA的瞬态响应来看，要依照网络 的结构而确定。上述各表达式也意味着在其他波长上的光强给增益变化带来影响，这成为WDM中 的重大问题。为了研究其他波长带来的影响，在本实施例中对模式3和模式4进行了观测。图4为实施例中的光发信机装置的主要结构简图。假定此装置中使用了 5个连续 的EDFA的典型的光包交换(OPS)系统。该系统也能够适用于具有几个电波反射的其他光 包线路模型。入射到最前端的EDFA中的光信号的平均强度，依据LU的值在-SdB 12dB 之间选取，并将光强度增强至+13dB。并且，入射到前端EDFA中的光信号通过7. 6nm带通滤 波器将光强减弱到_3dB，并入射到下一个EDFA中。且每个EDFA的增益设定为16dB。为简 便起见，以下只对λ 4(1550. 12nm)进行观测。另外，为作为参照，本实施例中还将市场上所销售的EDFA (类型A)在LU为33%的 模式1中使用并观测，以及将市场上所销售的EDFA (类型B)在LU为0. 4%的模式1中使用 并观测。在模式3中使用的本发明的EDFA(类型C)，采用活性区域直径为4. 3 μ m的光纤。结论是，使用本发明的EDFA(类型C)的系统最好，(类型A)最差。(类型B)发挥 的性能虽然接近于类型C但也略差。关于LU的研究结果是，在LU为33%的情况时，除了类型A之外，没有发现大的损害。在类型A中观测到了一点噪音。另外，在LU为0.4%的情况 时观测到了较多的损害。而且，还发现，使用的连续EDFA的数量也会给损害带来影响。图5所示为增益变化及交叉串扰引起损害的坐标图。其中，图5中(a)所示为在 模式1下类型A的情况，图5中(b)所示为在模式2下类型A的情况，图5中(c)所示为在 模式3下类型A的情况，图5中(d)所示为在模式4下类型A的情况。如图5所示，因5个连续的EDFA导致光包发生增益变化。这样的损害是现在还没 有办法解决的。此外，类型B虽然具有增益变化小的倾向，但是在所有的波长同步的情况时 也会产生增益变化的积累。图5中(a) (d)所示为使用类型A不佳的例子。图5中(b)所示为无相关联的 其他波长的噪音非常大。在图5中(c)及图5中(d)中，在将其他波道时而加入时而取消 的情况下，与观测对象相比，可以清楚地观测到非观测对象以外的7个波道。为强调损害问 题，将所述的7个波道置于同步的状态。上述做法结果显示，如果将并非最适合的EDFA用 于WDM环境，会损害光包。在本实施例中全部使用具有大的铒活性区域的类型C的情况时，能够得到最佳的 结果。图6所示为与图5中的各情况相对应的使用类型C的情况的坐标图。其中，图6中
(a)所示为模式1的情况，图6中(b)所示为模式2的情况，图6中(c)所示为模式3的情 况，图6中(d)所示为模式4的情况。图6中(a)的结果与图5中(a)虽然大致相同但是要好30%。而且，使用类型A 的情况下，尽管存在着明显的损害，图6中(b) (d)显示该模式情况下存在一点损害，但 是却并未发现由交叉串扰引起的损害。因此通过观察所述的坐标图可以发现，本发明能够 明显地改善光包的增益变化及其交叉串扰的影响。实施例2活性区域扩大的掺稀土元素光纤的特性研究本实施例研究了活性区域扩大的掺稀土元素光纤的特性。图11为，为了研究活性 区域扩大的掺稀土元素光纤的特性，而制造的活性区域扩大的掺稀土元素光纤的示意图。 使用的光纤放大器为可在突发模式下使用的掺铒光纤放大器。并且，使用的光纤的活性区 域直径为7.6 μ m，长度为3m 4m。输入信号的强度为_3dBm。在通信量少的情况下为了 求得所制造的该光纤放大器的特性，通过计算机进行模拟。另外，此情况下光纤数值孔径为 0. 13。图12所示为，替代表示活性区域扩大的掺稀土元素光纤特性的示意图的坐标图。 其中，图12中(a)所示为各波道的信号强度，图12中(b)所示为矩形脉冲的强度。从图12 中(a)中可发现，在通信量少的情况下，在各波道信号上增益变化均受到影响。从图12中
(b)还可发现，矩形脉冲形状的一部分发生倾斜。另外，从图12中还可发现，与在饱和区域 的放大所得到的增益变化相比较，小信号的放大所得到的增益有变大的倾向。实施例3包含泵浦光源、2个活性区域扩大的掺稀土元素光纤、以及中间增益平坦滤波器的 系统的特性研究构筑具有如图10所示结构的系统，对包含泵浦光源、2个活性区域扩大的掺稀土 元素光纤、以及中间增益平坦滤波器的系统的特性进行研究。该系统中泵浦光源的强度为-3dBm。2个活性区域扩大的掺稀土元素光纤为可在突发模式下使用的掺铒光纤。并且， 光纤的活性区域直径为7. 6 μ m，第1掺稀土元素光纤的长度为50cm，第2掺稀土元素光纤 的长度为2m。设计并制造中间增益平坦滤波器，使之具有补偿特性，使得，2个掺稀土元素 光纤增益特性合在一起产生的增益变化得到补偿。通过计算机进行模拟，求得所制造的该 系统在通信量少的情况下的特性。图13所示为，替代表示包含泵浦光源、2个活性区域扩大的掺稀土元素光纤、以及 中间增益平坦滤波器的系统的特性的示意图的坐标图。其中，图13中(a)所示为各波道的 信号强度，图13中(b)所示为矩形脉冲的形状。从图13中(a)中发现，在通信量少的情况 下，各波道信号所受到的增益变化的影响小。从图13中(b)中发现，矩形脉冲的形状大致 维持在矩形。且，图12与图13中的光谱的纵轴值不同。这表示，通过使用超高功率泵浦及 增益平坦滤波器，静态的增益能够得到不依赖于入射光平均功率的近似于稳定的值。实施例4数值孔径和重叠因子的关系下面模拟了在1530nm 1580nm光波长范围的数值孔径和重叠因子的关系。图16为得到的数值孔径和重叠因子的关系图的替代坐标图。如图16所示，可发 现，当波长在1530nm 1580nm的范围内时，通过将光纤的数值孔径设置在0.2以下，能够 有效地减小重叠因子。特别是发现，将光纤的数值孔径设置为0. 13以下时，能够急剧地减
小重叠因子。产业上利用的可能性本发明的掺铒光纤放大器能够利用在光信息通信等领域。另外，将本发明的掺铒 光纤放大器与现有技术的电气控制法相结合，也可以构成具有长时间响应的抑制增益变化 光放大器。
权利要求
一种光包通信用光放大器，其特征在于，所述光包通信用光放大器使用，活性区域直径在3.4μm以上10μm以下的掺稀土元素光纤。
2.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述掺稀土元素光纤是掺加的稀土元 素为铒的掺铒光纤。
3.根据权利要求2所述的放大器，其特征在于，通过使数值孔径减小，而减小铒离子与 光的模场的重复区域的积分值，从而使放大器工作时的非饱和区域扩大。
4.根据权利要求3所述的放大器，其特征在于，前述掺铒光纤的数值孔径在0.2以下。
5.根据权利要求4所述的放大器，其特征在于，所述掺铒光纤包括芯材与存在于所述 芯材外围的包层，所述芯材中掺加的稀土元素为铒，且包层中也掺加有铒元素，该铒元素的 浓度比所述芯材中的浓度低。
6.一种光包通信系统，其特征在于，所述光包通信系统使用权利要求1 5中任一项所 述的放大器。
7.—种放大光包信号强度的方法，其特征在于，所述放大光包信号强度的方法中使用 光包通信用光放大器，该光包通信用光放大器使用活性区域直径在3. 4 μ m以上10 μ m以下 的掺稀土元素光纤，该放大光包信号强度的方法包括使光包输入到所述光纤放大器中的步骤；将输入到所述光纤放大器中的光包强度放大的步骤。
8.—种光包通信用光放大装置，其特征在于，所述光包通信用光放大装置包括 增益平坦滤波器；掺稀土元素光纤，通过了前述增益平坦滤波器的光入射到该掺稀土元素光纤中，该掺 稀土元素光纤的活性区域直径在3. 4 μ m以上10 μ m以下，所述增益平坦滤波器调整各波道的光强度，从而使通过前述掺稀土元素光纤的各波道 的光强相等。
9.一种光包通信用光放大装置，其特征在于，所述光包通信用光放大装置包括 前置放大器；增益平坦滤波器，由前述前置放大器放大后的光信号入射到该增益平坦滤波器中； 掺稀土元素光纤，通过了前述增益平坦滤波器的光信号入射到该掺稀土元素光纤中， 该掺稀土元素光纤的活性区域直径在3. 4 μ m以上10 μ m以下，所述增益平坦滤波器调整各波道的光强，从而使通过了前述掺稀土元素光纤的各波道 的光强相等。
10.一种光包放大方法，其特征在于，所述的光包放大方法包括使用增益平坦滤波器来调整各波道的光强，从而使入射到掺稀土元素光纤中并通过了 掺稀土元素光纤的各波道的光强相等的步骤，使经过前述步骤后的光包入射到掺稀土元素光纤中的步骤。
11.一种光包通信用光放大装置，其特征在于，所述光包通信用光放大装置包括第1掺稀土元素光纤，该第1掺稀土元素光纤的活性区域直径在3. 4 μ m以上10 μ m以下；中间增益平坦滤波器，通过了前述第1掺稀土元素光纤的光信号入射到该中间增益平坦滤波器中；第2掺稀土元素光纤，通过了前述中间增益平坦滤波器的光信号入射到该第2掺稀土 元素光纤中，该第2掺稀土元素光纤的活性区域直径在3. 4 μ m以上10 μ m以下， 所述第1掺稀土元素光纤的长度比所述第2掺稀土元素光纤的长度短， 所述中间增益平坦滤波器调整各波道的强度，从而使通过了前述第2掺稀土元素光纤 的各波道的光强相等。
12.根据权利要求11所述的光包通信用光放大装置，其特征在于，所述第1掺稀土元素 光纤的长度在所述第2掺稀土元素光纤的长度的一半以下。
13.根据权利要求11所述的光包通信用光放大装置，其特征在于，所述第1掺稀土元素 光纤的长度在25cm以上75cm以下，所述第2掺稀土元素光纤的长度在Im以上3m以下。
14.根据权利要求11所述的光包通信用光放大装置，其特征在于，使用超高功率泵浦 光源作为入射到所述第1掺稀土元素光纤中的光的光源。
15.根据权利要求14所述的光包通信用光放大装置，其特征在于，所述超高功率泵浦 光源的输出功率在200mW以上IW以下。
16.一种光包通信系统，其特征在于，所述光包通信系统使用权利要求11 权利要求 15所述的任一光包通信用光放大装置。
17.—种掺铒光纤放大器的制造方法，其特征在于，所述掺铒光纤放大器的制造方法包 括的步骤为，将前述掺铒光纤的活性区域的直径设计在3. 4 μ m以上10 μ m以下，同时， 在q为表示各波道中铒离子和光的模场的重复区域的积分值的系数的情况下，设计 前述掺铒光纤，使其数值孔径在0. 2以下，从而使Γ j减小。
18. —种程序，其特征在于，所述的程序使计算机具有如下各项的功能， 将掺稀土元素光纤活性区域的截面积S输入的功能；读取第1系数，同时将所述活性区域的截面积S与所述第1系数相乘，求得各波道内在 的饱和输出功率Pis (λ ρ的功能；读取通过了所述各波道后的光强Ρ°υτ( λ j)，同时用Ρ°υτ( λ ρ除以之前求得的内在的饱 和输出功率Pis (Aj),将求得的所有波道的Ρ°υτ ( λ ρ /Pis ( λ ρ值相加的功能；读取特定的数及第2系数，同时将所述求得的所有波道的Ρ°υτ ( λ ρ /Pis ( λ ρ值相加求 得的和与所述特定的数相加，将相加后的值与所述第2系数相乘的功能，通过上述计算机所具有的功能求得掺稀土元素光纤的增益变化的初值及时间变化。
19. 一种程序，其特征在于，所述的程序为使用计算机设计光通信系统用的程序，所述 程序使计算机至少具有如下各项功能，使涉及掺稀土元素光纤的图标显示在输出装置中的功能； 使所述图标显示在光通信系统的工作过程设计界面的某个位置上的功能； 在所述图标显示在设计界面的某个位置上的情况下，使输入到所述掺稀土元素光纤的 光脉冲乘以预先存储的放大系数，以此使输入的光脉冲的振幅放大并输出的功能。
20.根据权利要求19所述的程序，其特征在于，所述的程序使计算机具有如下各项功能，将掺稀土元素光纤活性区域的截面积S输入的功能；读取第1系数，同时将所述活性区域的截面积S与所述第1系数相乘，求得各波道内在 的饱和输出功率Pis(λP的功能；读取通过了所述各波道后的光强Ρ°υτ( λ j)，同时用Ρ°υτ( λ j)除以之前求得的内在的饱 和输出功率Pis (Aj),将求得的所有波道的Ρ°υτ ( λ j) /Pis ( λ j)值相加的功能；读取特定的数及第2系数，同时将所述求得的所有波道的Ρ°υτ ( λ ρ /Pis ( λ ρ值相加求 得的和与所述特定的数相加，将相加后的值与所述第2系数相乘的功能，通过所述计算机具有的上述功能，在考虑掺稀土元素光纤的增益变化的初值及时间变 化的基础上对光通信系统进行设计。
21.一种程序，其特征在于，所述的程序为，使用计算机设计光通信系统用的程序，所述 程序使计算机至少具有如下各项功能，使涉及前置滤波器和掺稀土元素光纤组合的光包通信用光放大装置的图标显示在输 出装置中的功能；使所述图标显示在光通信系统的工作过程设计界面的某个位置上的功能；在所述图标显示在设计界面的某个位置上的情况下，使输入到所述掺稀土元素光纤的 光脉冲乘以预先存储的放大系数，以此使输入的光脉冲的振幅放大并输出的功能。
22.一种信息存储媒介物，其特征在于，所述的信息存储媒介物为安装有权利要求 18 权利要求21所述的任一程序的计算机能够读取的信息存储媒介物。
23.一种计算机，其特征在于，所述计算机为包含掺稀土元素光纤的光信息通信系统设 计用的计算机，安装有权利要求18 权利要求21所述的任一程序。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种光包通信用光放大装置，该光包通信用光放大装置，可抑制光信号的瞬态响应，并具有掺稀土元素光纤，即使在通信量少的情况下也具有良好的特性。上述的问题通过一种光包通信用光放大装置进行解决，该光包通信用光放大装置包括，活性区域直径在3.4μm以上10μm以下的第1掺稀土元素光纤(EDFA)，中间增益平坦滤波器和第2EDFA，所述第1EDFA的长度比所述第2EDFA的长度短，所述中间增益平坦滤波器调整各波道的强度，从而使通过了所述第2EDFA的各波道的光强相等。
文档编号H04B10/17GK101911404SQ20088001363
公开日2010年12月8日 申请日期2008年3月12日 优先权日2007年3月12日
发明者古川英昭, 和田尚也, 文韦成, 江定邦, 淡路祥成, 陈珏璋 申请人:独立行政法人情报通信研究机构;安力光电有限公司