专利名称：多波段稀土掺杂光纤放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多波段稀土掺杂光纤放大器，适用于光纤通信系统和网络。
随着用户对带宽的日益需求，光纤通信正在向着高速率高带宽的方向发展，无水峰的石英光纤已研制成功(如LUCENT的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。
为了实现这样的目的，本发明设计的多波段稀土掺杂光纤放大器包括三个信号传输及放大臂，一对波带复用/解复用器、三个稀土离子掺杂光纤放大器、增益平坦滤波器和一对输入输出隔离器。三个信号传输及放大臂中，一个放大臂用于传输并放大1280-1400nm波长范围的超短波长信号，第二个用于传输并放大1400-1530nm波长范围的短波长信号，第三个用于传输并放大1530-1620nm波长范围的C波段和L波段信号。波带解复用器用于将1280-1620nm波长范围的输入光信号解复用为上述三个波带，分别经三个稀土离子掺杂光纤放大器放大后，再经波带复用器耦合入输出光纤。放大器输出端设置一个增益平坦滤波器，用于平坦从波带复用器输出的增益谱和滤除1280-1620nm波长范围之外的噪声。
本发明采用的三个稀土离子掺杂光纤放大器分别为掺铒光纤放大器、掺铥光纤放大器和掺镨光纤放大器，由于掺铒光纤、掺铥光纤和掺镨光纤的发射谱分别覆盖1450-1650nm，1350-1550nm和1250-1450nm波长范围，其整个发射范围覆盖了全波光纤的所有低损耗窗口。本发明结合使用以上三种稀土掺杂光纤，设计出340nm带宽的多波段稀土掺杂光纤放大器。本发明的放大器使全波光纤的低损耗窗口可以得到充分利用。
图1中，ISO为隔离器，WBMU为波带复用器，WBDMU为波带解复用器，EDFA为掺铒光纤放大器，TDFA为掺铥光纤放大器，PDFA为掺镨光纤放大器，GFF为增益平坦滤波器。
图2为图1中稀土离子掺杂光纤放大器的泵浦结构示意图。
图2中，REDF为稀土离子(铒离子、铥离子或镨离子)掺杂光纤；WDM为泵浦与信号耦合器；LD为半导体激光器。
图3为掺铒光纤、掺铥光纤和掺镨光纤的发射谱组合。
图4为经波带复用器复用后的增益谱。
图5为多波段光纤放大器输出端经过增益平坦滤波器的增益谱。
在本实施例中，多波段稀土掺杂光纤放大器的结构如图1所示，包括三个信号传输及放大臂，一对波带复用/解复用器(WBMU/WBDMU)、三个稀土离子掺杂光纤放大器、增益平坦滤波器(GFF)和一对输入输出隔离器(ISO)。三个传输及放大臂分别使用掺铒玻璃光纤、掺铥玻璃光纤、掺镨玻璃光纤作增益介质，并用半导体激光器双向泵浦。三个稀土离子掺杂光纤放大器分别为掺铒光纤放大器(EDFA)、掺铥光纤放大器(TDFA)和掺镨光纤放大器(PDFA)，三个信号传输及放大臂中，一个放大臂用于传输并放大1280-1400nm波长范围的超短波长信号，第二个用于传输并放大1400-1530nm波长范围的短波长信号，第三个用于传输并放大1530-1620nm波长范围的C波段和L波段信号。波带解复用器(WBDMU)将1280-1620nm波长范围的输入光信号解复用为上述三个波带，分别经三个稀土离子掺杂光纤放大器放大后，再经波带复用器(WBMU)耦合入输出光纤。放大器输出端设置一个增益平坦滤波器(GFF)，用于平坦从波带复用器输出的增益谱和滤除1280-1620nm波长范围之外的噪声。整个放大器输入输出两端分别设置一个隔离器(ISO)。
本发明采用的三个稀土离子掺杂光纤放大器具有相同的泵浦结构，如图2所示。对于掺铒光纤放大器，使用20米长掺铒碲酸盐玻璃光纤作为1530-1620nm波长范围内的增益介质，采用两个1480nm半导体激光器双向泵浦；对于掺铥光纤放大器，使用10米长掺铥碲酸盐玻璃光纤作为1420-1530nm波长范围内的增益介质，采用波长为1100nm的半导体激光器和1405nm半导体激光器双向泵浦。对于掺镨光纤放大器，使用掺镨硫化物玻璃光纤作为1280-1420nm波长范围内的增益介质，采用两个波长为1060nm的半导体激光器双向泵浦。掺铒碲酸盐玻璃光纤(EDF)、掺铥碲酸盐玻璃光纤(TDF)和掺镨硫化物玻璃光纤(PDF)发射谱如图3所示。
输入信道数目是35，信道波长范围从1280到1620nm，信道间距为10nm，每信道的输入功率为-20dBm。波带复用/解复用器(WBMU/WBDMU)插入损耗为1.0dB，增益平坦滤波器(GFF)的插入损耗为0.5dB，输入输出隔离器(ISO)插入损耗分别为0.5dB。
根据Michael J.Digonnet的理论(IEEE Journal of Quantum electronics，Vol.26，No.10，Octomber，1990，P1788-1796，“closed-form expression for the gain in the threeand four-level laser fibers”)中的三能级和四能级的数学模型，经过数值计算得到当EDF，TDF和PDF的泵浦功率均为400mW时，经过波带复用器(WBMU)复用后的输出增益谱如图4所示，经过增益平坦滤波器(GFF)后的增益谱如图5所示。
由图可见，其平坦带宽为340nm(1280-1620nm)，增益为22dB，平坦度在2dB以内，本发明放大器用于全波光纤通信系统中，可以利用全波光纤有效带宽(1250nm-1650nm)的85％。
权利要求
1.一种多波段稀土掺杂光纤放大器，其特征在于包括三个信号传输及放大臂，一对波带复用/解复用器(WBMU/WBDMU)、三个稀土离子掺杂光纤放大器、增益平坦滤波器(GFF)和一对输入输出隔离器(ISO)，三个信号传输及放大臂分别传输并放大1280-1400nm、1400-1530nm的短波长信号及1530-1620nm波长范围的C波段和L波段信号，波带解复用器(WBDMU)将1280-1620nm波长范围的输入光信号解复用为上述三个波带，分别经三个稀土离子掺杂光纤放大器放大后，再经波带复用器(WBMU)耦合入输出光纤，放大器输出端设置一个增益平坦滤波器(GFF)，输入输出两端分别设置一个隔离器(ISO)。
2.如权利要求1所说的多波段稀土掺杂光纤放大器，其特征在于采用的三个稀土离子掺杂光纤放大器分别为掺铒光纤放大器(EDFA)、掺铥光纤放大器(TDFA)和掺镨光纤放大器(PDFA)，光纤的发射谱分别覆盖1450-1650nm，1350-1550nm和1250-1450nm波长范围。
3.如权利要求1所说的多波段稀土掺杂光纤放大器，其特征在于三个传输及放大臂分别使用掺铒玻璃光纤、掺铥玻璃光纤、掺镨玻璃光纤作增益介质，并用半导体激光器双向泵浦。
全文摘要
一种多波段稀土掺杂光纤放大器，包括三个信号传输及放大臂，一对波带复用/解复用器、三个稀土离子掺杂光纤放大器、增益平坦滤波器和一对输入输出隔离器，三个放大臂分别传输并放大1280－1400nm、1400－1530nm的短波长信号及1530－1620nm波长范围的C波段和L波段信号，波带解复用器将1280－1620nm波长范围的输入光信号解复用为上述三个波带，分别经稀土离子掺杂光纤放大器放大后，再经波带复用器耦合入输出光纤。本发明分别采用了掺铒光纤放大器、掺铥光纤放大器和掺镨光纤放大器，光纤的整个发射范围覆盖了全波光纤的所有低损耗窗口，带宽可达340nm。
文档编号G02F1/35GK1397833SQ0213651
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