专利名称：一种掺铒光纤放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光学，尤其涉及一种掺铒光纤放大器。
背景技术：
波分复用是光纤通信中的一种新的复用方式，一根光纤中同时传输更多路的光载波，使光纤通信的容量能够成倍提高，掺铒光纤放大器EDFA的成功应用，促使密集波分复用DWDM能真正发挥长距离、大容量的传输作用，从而避免使用光/电和电/光转换的再生器，实现全光传输。
掺铒光纤放大器简称EDFA，即Erbium-Dopped Fiber Amplifier，是一种以掺铒光纤EDF为介质，以泵浦光为激励源的光放大器，它作为新一代光通信系统的关键部件，具有增益高、输出功率大、工作光学带宽较宽、与偏振无关、噪声指数较低、放大特性与系统比特率和数据格式无关等优点。如图1所示，根据系统对增益、输出功率及噪声系数的不同要求，可将掺铒光纤放大器分为功率放大器、线路放大器或前置放大器，分别放置于系统的不同位置。
根据在系统中不同的应用，掺铒光纤放大器的设计通常有三种基本结构，即正向泵浦、反向泵浦和双向泵浦，分别如图2、图3、图4所示。所谓正向泵浦，亦称前向泵浦，如图2所示，表示泵浦光与信号光以相同方向通过掺铒光纤EDF；反向泵浦，亦称后向泵浦，如图3所示，则表示泵浦光与信号光以相反方向通过掺铒光纤EDF；双向泵浦结构中泵浦光则在两个方向同时通过掺铒光纤EDF，如图4所示。
采用正向泵浦的掺铒光纤放大器具有较低的噪声系数，因此系统较多采用此种结构由于前置放大器，即泵浦结构如图2所示。为了使掺铒光纤放大器同时具有低噪声和高饱和输出的特性，大多采用双向泵浦的结构，如图4所示。在目前的掺铒光纤放大器的设计中较少使用单独的反向泵浦结构。
密集波分复用DWDM系统的技术大量在长途干线网上应用，及长距离的传输线路中，作为连接站点与站点间的光中继——掺铒光纤放大器的可靠性尤为重要，如果一旦出现掺铒光纤放大器失效则会导致所有传输业务的中断。
从掺铒光纤放大器的基本结构图可知，构成掺铒光纤放大器的基本元器件包括掺铒光纤EDF、泵浦激光器、波分复用WDM合波器和隔离器等，从其构成来看，掺铒光纤EDF具有与传输光纤一样的可靠性，而WDM合波器和隔离器等光无源器件基于熔融拉锥与镀膜的技术，工艺成熟，目前不仅国外较多厂家能提供此类器件，国内在此类器件的生产和销售上亦形成了一定的规模。
因此，作为掺铒光纤放大器的激励源的泵浦激光器的输出光束质量和可靠性则显得更为重要，泵浦激光器是一个静电十分敏感的光电转换器件，无论在人工操作、交通运输上亦或干燥的运行环境都会存在一定的静电累积，当静电超过其芯片的承受能力时，将会导致泵浦激光器失效，从而使掺铒光纤放大器不能正常工作，因此，掺铒光纤放大器的可靠性集中在泵浦的可靠性上，现有掺铒光纤放大器中泵浦的可靠性不高，如果泵浦激光器失效，掺铒光纤放大器不但起不到光放大作为，而且会由于铒纤对信号光的强烈吸收，从而增大线路插损，使信号无法正常接收，为了达到泵浦保护的功能，也有激光器厂家建议运营商降低泵浦功率规格使用，以期增强掺铒光纤放大器EDFA的长期可靠性，但是这又会大大增加掺铒光纤放大器EDFA的成本，且无法最终解决泵浦激光器失效对系统运行的影响。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种可靠性高的掺铒光纤放大器。
本实用新型所采用的技术方案为这种掺铒光纤放大器，包括泵浦激光器、波分复用WDM合波器、掺铒光纤EDF，其特征在于两个或多个泵浦激光器与光无源器件相连接，两个或多个泵浦光源经过光无源器件后形成不同光源间的复用，共同激励掺铒光纤EDF。
光无源器件为泵浦合波器，将两个具有一定波长间隔的两个泵浦光源λ1、λ2耦合在一起；光无源器件为泵浦耦合器，对两个泵浦光源，在泵浦耦合器输出端口输出两路、且每路具有一定比例的两个波长的泵浦光；泵浦合波器用于正向泵浦；泵浦耦合器用于双向泵浦；光无源器件为泵浦合波器和泵浦耦合器的复合使用。
本实用新型的有益效果为在本实用新型中，两个或多个泵浦光源通过泵浦合波器或泵浦耦合器实现不同泵浦光的复用，共同激励掺铒光纤，当泵浦光源中一个泵浦光源失效时，虽然会使整体的增益降低，但不会使整个掺铒光纤放大器完全失效，并能保证一定信道的正常工作，因此，采用此实用新型的泵浦保护可以提高掺铒光纤放大器的可靠性，而且本实用新型不需要额外的备份泵浦源，设计上能够保持掺铒光纤放大器的原有性能指标，采用的泵浦合波器及泵浦耦合器属光无源器件，工艺成熟、成本低、可靠性高，提高了本实用新型的实用性和工作可靠性。
总之，本实用新型通过泵浦合波器与泵浦耦合器实现两个或多个泵浦光源复用共同激励掺铒光纤，实现了掺铒光纤放大器的泵浦保护，进而提高了掺铒光纤放大器的工作可靠性，本实用新型工艺成熟、成本低，适用于光纤通信系统，尤其适合长距离、大容量的密集波分复用系统。
图1为掺铒光纤放大器在波分复用系统中的应用示意图；图2为正向泵浦示意图；图3为反向泵浦示意图；图4为双向泵浦示意图；图5为泵浦合波器原理示意图；图6为泵浦耦合器原理示意图；图7为泵浦合波器应用示意图；图8为泵浦合波器中的一个泵浦光源失效时的全部信道——增益示意图图9为泵浦合波器中的一个泵浦光源失效时，经泵浦工作电流的调整后部分信道——增益与正常工作时全部信道——增益对比示意图；图10为泵浦耦合器应用示意图；图11为泵浦耦合器中的一个泵浦光源失效时的全部信道——增益示意图；图12为泵浦耦合器中的一个泵浦光源失效时，经泵浦工作电流的调整后部分信道——增益与正常工作时全部信道——增益对比示意图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明实施例1根据图5和图7，本实用新型包括泵浦激光器、波分复用WDM合波器、掺铒光纤EDF和隔离器，两个泵浦激光器与泵浦合波器相连接，从泵浦激光器分别输出两个泵浦光源λ1、λ2经过泵浦合波器后形成不同泵浦光的复用，共同激励掺铒光纤EDF，如图5所示泵浦合波器，即Pumpcombiner，实现两个波长泵浦光λ1、λ2的复用，其通道带宽取决于两泵浦波长的间隔，实现工艺主要有熔融拉锥与镀膜技术，如图7所示，泵浦合波器用于单泵浦结构的正向泵浦保护。
在这种结构的掺铒光纤放大器中，当泵浦合波器中的一个输入端泵浦激光器失效，即其中一个泵浦光源失效时，其全部信道——增益情况如图8所示，表现为各信道的增益较图9中小方点所代表的正常信道工作点的增益降低3dB左右，虽然增益降低，通过线路调整，仍然在接收机的接收范围，可能会影响接收效果，但不会突然中断业务，便于维护；而在没有泵浦保护的设计中，如图2所示，当泵浦激光器失效后，由于掺铒光纤对信号光的吸收，掺铒光纤放大器EDFA表现为一个插损模块，从而造成系统线路插损极大，信号光通过此掺铒光纤放大器EDFA基本全部损耗殆尽，更谈不上终端接收了。
在本实施例中，当泵浦合波器的一个泵浦光失效时，可通过调整另外一个泵浦光的工作电流，可保证部分信道的正常增益，如图9所示，只有一个泵浦光有效时能保证三分之一以上信道的正常增益，图9中的小方点代表正常工作时的全部信道的增益情况，信道以波长为单位，大圆点代表当一个泵浦光失效时，调整另外一个泵浦光的工作电流后的信道增益情况。
实施例2根据图6和图10，本实用新型包括泵浦激光器、波分复用WDM合波器、掺铒光纤EDF和隔离器，两个泵浦激光器与泵浦耦合器相连接，从泵浦激光器分别输出两个泵浦光源经过泵浦耦合器，在泵浦耦合器输出端口输出两路、且每路具有一定比例的两个波长的泵浦光后，形成不同泵浦光的复用，共同激励掺铒光纤EDF。如图6所示，泵浦耦合器，即Pump coupler，对两个泵浦激光器复用，并在两个输出端进行功率分配，从而在泵浦耦合器输出端口每路具有相应的一定比例的复用的泵浦光，该两路输出分别为α*LD1/(1+α)和LD2/(1+α)，以及LD1/(1+α)和α*LD2/(1+α)，泵浦耦合器可输入两个相同或不同波长的泵浦光源，实现功率的合/分，这种具有一定分光比的2×2四端口的泵浦耦合器的实现工艺主要为熔融拉锥技术，在本实施例中，泵浦耦合器用于双向泵浦，如图10所示，在两个输出端口实现一定比例α的分光，也就是说，从每一个输出端口可以按照比例同时输出两个复用的泵浦光，共同对掺铒光纤进行激励。
对于这种双向泵浦结构的掺铒光纤放大器，比较图4和图10，本实施例只增加了一泵浦耦合器，通过合理分光比α的泵浦耦合器，便可以实现每个输出端口设定的泵浦光功率，从图10可以看出，对于泵浦耦合器的任何一个输出端口都分别有两个一定比例的复用的泵浦光，因此即使有一个泵浦激光器失效，即其中一个泵浦光源失效时，即便是正向结构的泵浦光源失效，由于正反方向仍然有另一个泵浦激光器的泵浦光，不会导致光信噪比的急剧恶化，而只是总增益降低，如图11所示，不会导致信号中断；而在图4所示的普通的双向泵浦中，第一个泵浦激光器的泵浦可靠性对整个放大器的输出特性，包括增益及噪声等，影响极大，对于图4结构的掺铒光纤放大器，当第一个泵浦失效时，则即使后面的泵浦激光器能正常工作，则此时的掺铒光纤放大器不仅表现为增益很低，而且表现为噪声系数提高，从而严重恶化信号质量，甚至会激起掺铒光纤放大器在1530nm附近的强烈噪声，从而大大恶化了放大后的信号的信噪比，造成终端无法正常接收，仍会表现为信号中断。
同样，当一个泵浦光源失效时，可以通过调整另一个泵浦光源的工作电流，保证部分信道的正常增益，如图12所示，能保证半数以上的满信道正常增益。图12中的小方点代表正常工作时的信道的增益情况，大圆点代表当一个泵浦光失效时，调整另一个泵浦光的工作电流后的信道的增益情况。
以上只是介绍了掺铒光纤放大器中基本的泵浦光的复用保护方式，对于一些复杂设计的掺铒光纤放大器只是在基本结构上的不同方式的组合，可以使用泵浦合波器和耦合器的组合使用，其工作原理与方式与上所述类似，在此不作赘述。
权利要求1.一种掺铒光纤放大器，包括泵浦激光器、波分复用WDM合波器、掺铒光纤EDF，其特征在于两个或多个泵浦激光器与光无源器件相连接，两个或多个泵浦光源经过光无源器件后形成不同泵浦光的复用，共同激励掺铒光纤(EDF)。
2.根据权利要求1所述的掺铒光纤放大器，其特征在于所述的光无源器件为泵浦合波器，将两个具有一定波长间隔的两个泵浦光源(λ1)、(λ2)耦合在一起。
3.根据权利要求1所述的掺铒光纤放大器，其特征在于所述的光无源器件为泵浦耦合器，对两个泵浦光源，在泵浦耦合器输出端口输出两路、且每路具有一定比例的两个波长的泵浦光。
4.根据权利要求2所述的掺铒光纤放大器，其特征在于所述的泵浦合波器用于正向泵浦。
5.根据权利要求3所述的掺铒光纤放大器，其特征在于所述的泵浦耦合器用于双向泵浦。
6.根据权利要求1或2或3所述的掺铒光纤放大器，其特征在于所述的光无源器件为泵浦合波器和泵浦耦合器的复合使用。
专利摘要一种涉及光学的掺铒光纤放大器，包括泵浦激光器、波分复用WDM合波器、掺铒光纤EDF，其特征在于两个或多个泵浦激光器与光无源器件相连接，两个或多个泵浦光源经过光无源器件后形成不同泵浦光的复用，共同激励掺铒光纤EDF；光无源器件为泵浦合波器，将两个具有一定波长间隔的两个浦光源耦合在一起，泵浦合波器用于正向泵浦；光无源器件为泵浦耦合器，对两个泵浦光源，在泵浦耦合器输出端口输出两路、且每路具有一定比例的两个波长的泵浦光，泵浦耦合器用于双向泵浦；光无源器件可为泵浦合波器和泵浦耦合器的复合使用，本实用新型工艺成熟、成本低，适用于光纤通信系统，尤其适合长距离、大容量的密集波分复用系统。
文档编号G02F1/35GK2549496SQ02237118
公开日2003年5月7日 申请日期2002年6月6日 优先权日2002年6月6日
发明者马立苹, 易兴文, 陆新荣 申请人:华为技术有限公司