专利名称：光纤放大器模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及小尺寸，低价格和高性能的光纤放大器结构，在光纤放大器中利用光放大光纤作为光放大媒体。
背景技术：
小尺寸和低价格的光纤放大器是理想的，可以使光网络从中继系统扩展到大都市接入系统。
常规的光纤放大器是利用掺铒(Er)光纤的装置，它在作为放大媒体的光纤最小损耗波段内有光放大功能，在长距离中继传输系统中可以密集波分复用传输。这可用于放大多波长光信号的装置。它具有高性能和高可靠性，但价格也很高。
当光网络从进行密集波分复用传输的长距离中继系统扩展到直接连接用户的大都市接入系统时，我们希望光纤放大器有不同于中继系统用途的许多应用。这许多应用是，例如，它在分插复用器中用作光信号放大，分插复用器把网络节点的特定波长光信号分出到另一个网络，并从该网络输入相同波长的光信号到原始节点。所以，人们强烈希望开发一种高性能，小尺寸和低价格的光纤放大器。与此对比，常规类型光纤放大器的复杂结构和装配繁琐，使它几乎不可能适应于小尺寸和低价格的趋势。
光纤放大器的基本构成单元是光信号输入光纤的泵浦激光器，复用泵激光并把它输入到光放大光纤的复用器，分出部分放大光信号的滤波器，和监测分出光信号的光接收器。
这种装置配备抑制返回光的光隔离器，降低放大特性波长依赖性的增益均衡器，去除泵激光和ASE光的去复用滤波器，等等。
在常规的光纤放大器中，诸如泵浦激光器，隔离器和复用/去复用器的构成部分是分开的部件。输入光纤和输出光纤与这些部件连接。放大器的结构是顺序连接这些光纤。所以，把放大器做得很极小是极其困难的，这是由于需要适应连接增强部件和光纤之间多余长度处理以安装分开的部件以及由于极多的光纤连接点。装配必然十分复杂，所以，实现低价格几乎是不可能的。
与此对比，人们曾建议这样一种外壳，其中分开安装各个光学部件，在它的外部周边缠绕EDF(掺铒光纤)，其中可以配置连接件(neckmember)和光纤放大器(见Japanese Patent Publication Hei11-103114)。然而，光学部件仍然是分开的部件，并没有制成模块，所以，即使装配步骤得到改进，还不可能制成足够紧密的结构。
另一方面，利用空间光连接，可以使分开的体元件制成光纤放大器，例如，透镜。然而，至今这些体元件的尺寸，性能等是不理想的，不可能通过空间连接制成理想性能的放大器。然而，最近以来人们开发一种所谓的微光学技术，例如，利用模压方法制成微型透镜的技术，并通过研磨技术使光纤前端直接形成透镜。这些技术是利用微型透镜的光学空间连接和足够成熟的技术，实际上它们用于光发送和接收模块。利用这种微光学技术，在光放大媒体上的基片上形成光波导，试图制造光放大器。然而，光放大媒体的特性不是足够优越的，所以，至今还没有开发实际的产品。
发明内容
本发明的目的是提供一种小尺寸，低价格和高性能的光纤放大器，其中光纤放大器的构成单元件制成模块。
本发明提供一种光纤放大器，其中光放大光纤用作光信号放大媒体，和光信号通过复用泵激光被放大进入光放大光纤，光纤放大器的特征是，它包括泵激模块，其中至少光信号输入终端，泵激光源，复用光信号和泵激光的复用滤波器，和复用光波输出终端放置在一个外壳内并配备输入光纤和输出光纤；放大光纤模块，其中至少光放大光纤放置在一个外壳内并配备输入光纤和输出光纤；和监测器模块，其中至少放大光信号输入终端，输出终端，分开部分光信号的分配滤波器，分配光信号的光接收器放置在一个外壳内并配备输入光纤和输出光纤；泵激模块的输出光纤与放大光纤模块的输入光纤连接；放大光纤模块的输出光纤与监测器模块的输入光纤连接；并把这些模块放置在一个外壳内。
图1是常规光纤放大器的结构例子。实线代表光纤的连接，而虚线代表电路的连接。
图2是本发明光纤放大器的结构图。
图3是本发明泵激模块的结构图，上半部分是平面图，下半部分是侧视图。
图4是本发明监测器模块的结构图，上半部分是平面图，下半部分是侧视图。
图5是本发明光纤放大器模块的结构图，上半部分是平面图，下半部分是侧视图。
具体实施例方式
本发明可以提供一种小尺寸，低价格和高性能的光纤放大器模块。
图1-5中的参考数字分别代表以下的部件。
1光纤放大器2光信号输入终端3光信号输出终端4泵激LD5光放大光纤6光接收LD7复用滤波器8分配滤波器9光隔离器10增益均衡器11控制电子回路12泵激模块
12a透镜12b透镜12c套管12d输出终端12e信号输入终端13光放大光纤模块14监测器模块14a透镜14b透镜14c套管14d光信号输入终端14e光信号输出终端15电子模块16a和16b光纤连接部分17装配基片18电连接器图1表示光纤放大器的结构例子。基本构成单元是光放大光纤(5)，泵激光源(4)，泵激光复用滤波器(7)，分配滤波器(8)，和光接收器(6)。光接收器的信号通过控制电子回路(11)反馈到泵激光源。它是由这些单元，隔离器(9)和增益均衡器(10)构成。此外，可以提供用于去除泵激光和ASE光的去复用滤波器。在常规的光纤放大器中，构成单元是分开的部件，而输入光纤和输出光纤连接到各自的分开部件。装配是通过增强连接各自分开部件的输入光纤和输出光纤。
图2表示制成模块形式的光纤放大器，它有泵激模块(12)，光放大光纤模块(13)和监测器模块(14)。在泵激模块和监测器模块中，利用空间光连接，把各个部件放置在一个外壳内。
所以，可以使模块有极小的尺寸。装配是通过连接泵激模块的输出光纤与放大模块的输入光纤以及放大模块的输出光纤与监测器模块的输入光纤。连接方法最好是熔融连接。就是说，光纤连接部分最少是两个点(16a)和(16b)，它可以减少连接点数目和光纤的多余长度。所以，按照本发明的光纤放大器可以使装配极其容易，它可以使外壳有极小的尺寸。
图3表示泵激模块的结构。泵激LD(4)和输出终端(12d)构成主轴，而光信号输入终端的光轴作为次轴。这些装置固定在外壳的预定位置。主轴与次轴之间的相交角是16度。复用滤波器(7)放置在两个光轴的相交点上。滤波器是由多层介质薄膜滤波器。滤波器安装在沿垂直于主轴方向可微动的底座上。通过沿垂直于主轴方向细微移动底座，滤波器位置的移动与主轴方向平行，因为滤波器表面相对于主轴方向有夹角，如虚线所示。因此，可以细微调节主轴和次轴的光轴。通过仅仅调节滤波器的位置，可以容易和高精度调节光轴。
在本发明的泵激LD(4)中，可以利用TO封装的外壳产品。在这种情况下，可以容易地利用对应于光纤放大器性能的最佳LD。就是说，在利用相同外壳的同时改变泵激LD(4)，可以容易地实现有各种性能特征的光纤放大器结构。
利用多层介质薄膜作为复用滤波器(7)，虽然其损耗与常规熔融光纤耦合器相当，但可以复用高精度的波长特性。此外，通过调节相交角等于或小于20度，可以消除偏振依赖性。虽然较小的相交角对于减小偏振依赖性是有利的，但这可以使外壳变长。因此，实际上是调节相交角等于或大于6度。若小于这个角度，则各个部件与光轴之间可以发生干涉，并使外壳的总长度变得较长。就是说，由于偏振依赖性是低的，以及可以避免接收灵敏度下降，即使在传输速度高达10Gb/s或更高的情况下也是可行的。
在监测器模块中，光隔离器安装在次轴上。由于这是空间光连接，容差是大的，且容易安装。
至今，还没有基于空间连接和集成几个功能的泵激模块，而且还不存在本发明的小尺寸泵激模块。因此，装配光纤放大器变得极其容易。由于外壳是气密封装的，可靠性极高。可以使外壳有极小的外形尺寸，例如，约20×30×7mm。
图4表示监测器模块的结构。在这个例子中，主轴是由光接收PD(6)和输入终端(14d)构成，而光信号输出终端(14e)的光轴作为次轴。这些装置固定到外壳的预定位置。例如，主轴与次轴之间的相交角是16度。分配滤波器(8)放置在两个光轴的相交点上。分配滤波器(8)是多层介质薄膜滤波器。滤波器安装在沿垂直于主轴方向可微动的底座上。通过沿垂直于主轴方向细微移动底座，滤波器位置的移动与主轴方向平行，因为滤波器表面相对于主轴方向有夹角，如虚线所示。因此，可以细微调节主轴和次轴的光轴。通过仅仅调节滤波器的位置，可以容易和高精度调节光轴。
利用多层介质薄膜作为分配滤波器，虽然其损耗与常规熔融光纤耦合器相当，但可以复用高精度的波长特性。此外，通过调节相交角等于或小于20度，可以消除偏振依赖性。就是说，由于可以避免接收灵敏度下降，即使在传输速度高达10Gb/s或更高的情况下也是可行的。
分配滤波器(8)是由多层介质薄膜制成。所以，波长特性和透射率的可控精度变得很高。放大光信号到光接收LD(6)的分配速率在整个C波段内是2+/-0.2％。
至今，还没有基于空间连接和集成几个功能的监测器模块，而且还不存在本发明实施例的小尺寸监测器模块。因此，装配光纤放大器变得极其容易。由于外壳是气密封装的，可靠性极高。可以使外壳有极小的外形尺寸，例如，约为20×30×7mm。
图5表示按照本发明构成的光纤放大器。光纤连接部分仅是泵激模块(12)与光放大光纤模块(13)之间和光放大光纤模块(13)与监测器模块(14)之间的两个位置。所以，可以减小连接点的数目和光纤的多余长度。
光放大模块(13)与泵激模块(12)和监测器模块(14)之间是叠层配置。
作为光放大模块(13)，通过环形缠绕掺0.5mol％Er和长度为60cm的氟放大光纤，然后利用金属叠层薄膜的气密封装制成。
虽然硅基光纤可以用作光放大光纤，但是利用掺较高浓度Er的氟光纤，其长度至少为光纤总长度的1/10或更短，可以实现与它相当的性能。所以，利用氟光纤可以制成更小型的光放大光纤。
为了使它更小型化，光放大模块(13)是利用叠层薄膜气密封装的薄型元件。由于光放大光纤也制成模块形式，它的处理是极其简单，并可以形成薄型外壳，如本实施例中所示。因此，由于光放大模块与泵激模块和监测模块一起制成二层结构，在不增大厚度的条件下，可以减小光纤放大器(1)外壳的平面尺寸。
因此，可以使光纤放大器的外壳尺寸约为45×70×12mm。
因此，与这种类型的常规放大器比较，它的外部尺寸为1/5至1/2，从而可以做得极其小型化。
在整个C波段区，在小信号输入的情况下，获得的增益性能等于或大于20dB，而噪声指数等于或小于5dB。此外，不使用增益均衡器，在整个C波段区的增益偏差等于或小于2dB，这是由于利用氟放大光纤的结果。按照这种方式，即使是小型化放大器，可以制成具有极其优越性能的光纤放大器。
按照本发明的方法，把光纤放大器的构成部分制作成泵激模块，光放大模块和监测器模块，可以实现以下的有益效果。第一，减少光纤连接点的数目和减小多余长度的处理。所以，装配变得极其容易。第二，可以使光纤放大器极其小型化。第三，可以利用多层介质薄膜作为滤波器以实现(1)高精度控制复用/去复用特性和透射特性，和(2)减小偏振依赖性。第四，通过安装滤波器到沿垂直于主轴方向可微动的底座上，可以高精度和容易地实现次轴的光轴调节。第五，利用TO封装的LD，放大器的最佳LD设定变得很容易。因此，可以制成小尺寸，低价格和高性能的光纤放大器。
权利要求
1.在一种光纤放大器中，光放大光纤用作光信号媒体，且光信号被复用泵激光放大进入光放大光纤，光纤放大器的特征是，它包括泵激模块，其中至少光信号输入终端，泵激光源，复用光信号和泵激光的复用滤波器，和复用光波的输出终端放置在一个外壳内并配备输入光纤和输出光纤；放大光纤模块，其中至少光放大光纤放置在一个外壳内并配备输入光纤和输出光纤；和监测器模块，其中至少放大光信号的输入终端，输出终端，分开部分光信号的分配滤波器，分配光信号的光接收器放置在一个外壳内并配备输入光纤和输出光纤；泵激模块的输出光纤与放大光纤模块的输入光纤连接；放大光纤模块的输出光纤与监测器模块的输入光纤连接；且这些模块放置在一个外壳内。
2.按照权利要求1的泵激模块，其特征是，泵激光源，光信号输入终端和复用输出终端在泵激模块中空间上连接，泵激模块是这样的模块，其中相对于连接这些装置中两个光学装置的光轴(称之为主光轴)，另一个光学装置的光轴(称之为次光轴)以等于或小于20度的角度相交，而放置在这个相交点的复用滤波器是由多层介质薄膜制成。
3.按照权利要求1或权利要求2泵激模块，其特征是，每个光学装置以及输入终端和输出终端固定在基底的预定位置，并放置在泵激模块中，在泵激模块中，放置的滤波器装置角度是在主光轴与次光轴之间相交点相交角的1/2，并安装在沿垂直于主光轴方向可微动的底座上。
4.按照权利要求1的监测器模块，其特征是，光接收器，放大光信号输入终端和输出终端的光连接是在监测器模块中的空间连接，监测器模块是这样的模块，其中相对于连接这些装置中两个光学装置的光轴(称之为主光轴)，另一个光学装置的光轴(称之为次光轴)以等于或小于20度的角度相交，而放置在这个相交点的分配滤波器是由多层介质薄膜制成。
5.按照权利要求1或权利要求4的监测器模块，其特征是，每个光学装置以及输入终端和输出终端固定在基底的预定位置，并放置在泵激模块中，在泵激模块中，放置的滤波器装置角度是在主光轴与次光轴之间相交点相交角的1/2，并安装在沿垂直于主光轴方向可微动的底座上。
6.按照权利要求1的放大光纤模块，其特征是，放大光纤模块是环形缠绕光放大光纤制成的模块，并利用有层状金属和树脂的叠层薄膜气密封装。
7.按照权利要求1的光纤放大器模块，其特征是，泵激模块，监测器模块和放大模块放置在外壳内，且叠层是沿外壳的厚度方向。
全文摘要
在一种放大光信号的光纤放大器中，它是由泵激模块，放大光纤模块，和监测器模块构成，泵激模块的输出光纤与放大光纤模块的输入光纤连接，放大光纤模块的输出光纤与监测器模块的输入光纤连接，且这些模块放置在一个小型外壳内。因此，可以把光纤放大器的构成单元制成成模块，并提供一种小尺寸，低价格和高性能的光纤放大器。
文档编号G02B6/26GK1720647SQ200380104659
公开日2006年1月11日 申请日期2003年12月2日 优先权日2002年12月6日
发明者坂口茂树, 久保田能德 申请人:中央硝子株式会社