专利名称：光放大器的泵激波长调节及它在波分复用系统中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及光放大器，特别是，涉及在光波传输系统中用到的光放大器的操作过程。更特别的是，本发明涉及其中提到差分信号增益问题的光放大器，和具有多个这种光放大器的波分复用系统。Ⅰ．光放大器通信系统的基本元件是发射机、接收机和传输媒体。当今的光纤是选来用于长距离传送声音、图象和数据信号的传输媒体。虽然，现代的光纤在每单位长度的损耗很低，但较长的光纤跨度，(例如，从一个城市延伸在另一个城市的电缆)要求周期性地放大发送的信号以保证接收机接收信号的准确度。
已发展掺铒光纤放大器，来满足对于信号放大的这种需求。这种放大器包括某一长度的光波导纤维，例如，5至30米的掺铒的光纤。在玻璃晶格中的铒离子的量子力学结构使得在～1500至～1600毫微米范围内受激发射，这是由硅组成的光波导纤维所显示低消耗的范围之一。作为这种受激发射的结果，当弱输入信号经过光纤放大器时，它可以获得大于一百倍的放大。
为了获得这种受激发射，必须把铒离子泵激到受激电子状态中。在各种泵激频带中都会发生这种泵激励，其中最有效的泵激频带具有～980毫微米和～1480毫微米的中点波长。对于上述两种泵激频带，可以获得有效的半导体激光源。正如所料，在这些泵激频带之间存在折衷方法，即，在放大信号中提供低噪声的980频带和为泵激光提供较低传播损耗的1480频带(这是进行远程泵激时的值)。
虽然在1500至1600毫微范围内发生受激发射，但是在这个范围内所获得的放大倍数并不一致。在增益方面的这些变化造成了复接系统中的一些问题，在所述复接系统中用一组波长沿着一根光纤同时发送多个信号。由于这种复接大大增加了每条光纤的发送容量，所以它具有很高的商业价值。的确，在电信业务中的当前优先级是用节约开支的方法把现存的一个波长发送系统升级到多个波长的环境，从而满足对于更大的信号携带容量的日益增长的需求量。
在一般应用中，当在光纤上携带的多个波长信号从发射机到接收机时，要经受重复的放大过程。在每一级放大处，放大倍数的任何差异(在各种波长处都可能存在这种差异)，将被复合同时通过消耗放大倍数小的波长来使放大倍数大的波长变得更加强劲。在现有技术中运用各种方法来解决这个放大倍数不一致的问题。
一种最基本的解决方法包括选择用于发送多个信号的波长。在现有技术中已知，比起在“蓝色光带”(即在从大约1525毫微米到大约1535-1545毫微米的较短波长范围)中，掺铒光纤放大器的增益光谱在“红色光带”(即，在大约从1540-1545毫微米至大约1565毫微米的较长波长范围内)中是更加平坦的。特别是，通过在选择光放大器的长度和用于光纤的泵激水平，调节一小部分处于受激(“反转”)状态的铒离子，可以获得在红色光带中非常平坦的增益。
为了利用这种平坦，采用掺铒光纤放大器的波分复用系统使它们的信号信道位于红色光带中。此外，为了解决剩余的增益不一致的问题，调节在发射机处的信号输入功率以预先考虑当信号通向接收机的过程中重复放大信号时将会发生的放大倍数差异。
为了把由掺铒光纤放大器所提供的可用波长范围扩大到蓝色光带，打算用滤波器来使放大器的增益光谱平坦。在为这一目设计实际的滤波器的过程中所作的标准假设是，放大器的增益特性本质上是“齐次的(homogeneous)”，即，例如，由在CR Giles等所著的“建立掺铒光纤放大器的模型”(J光波技术，第9版第271-283页，1991)和CF Giles等所著的“光放大器变换长途光波电信”(ProcIEEE，第84版，第870-883页，1996)中所述的用齐次模型描述这种增益。这一假设的本质是由活性种类(例，在掺铒光纤放大器中的铒离子而与产生上述平均反转的特定信号波长、信号功率、泵激波长和泵激功率无关)的平均反转确定放大器的增益。从另一种方式看，齐次扩展方法的假设意味着如果用某种方法把在一个波长处的增益稳定在一特定值上，然后，类似地其它波长处的增益也被稳定了(在不同波长处增益的稳定值是不同的)。
利用这个假设，为给定的平均反转计算放大器的增益光谱(gain spectrum)，而且用那个增益光谱来设计可以使频谱平坦的滤波器。当把一组信号波长加于放大器时，可以看到平坦的增益光谱，只要那些信号波长存在的情况下的平均反转是在设计滤波器的过程中所用到的平均反演。当然，平坦程度依赖于所制造的滤波器实际上具有的所需衰减频谱的程度。
例如，可以测量实际放大器的增益光谱并运用所测定的增益光谱来设计滤波器，而不是运用齐次模型来计算增益光谱。然而，这个经验解法也隐含采用齐次模型，其中假设在放大器的操作范围内(它具有与在用经验的方法测量增益光谱时所存在的平均反转相同的平均反转)，对于任何一组信号波长及功率都使增益光谱平坦。
用于实现增益平坦滤波器(gain flattening filter)的上述方法对于在红色光带中的信号波长特别有效。令人惊讶的是，根据本发明已发现，齐次模型在蓝色光带中不是十分有效的。更确切地说，这个光带基本上呈现非齐次特性。特别是，当在这个光带中至少有一个信号波长时，用于所有活性种类的单个平均反转再也不能描述增益光谱了。这种非齐次导致与设计、实现和对光放大器、这种放大器的元件以及采用这种放大器的系统的运用相关的各种严重后果。
在掺铒光纤放大器(EDFAs)中的非齐次线扩展，特别是，“空穴灼伤”(holeburning)在文献中已有记载。如其中所述，这导致大约10nm的线宽(谱的受影响部分)。这种效果取决于放大器的饱和程度，而且经常集中在饱和信号波长的周围。在M Tachibana等所著的“在宽带掺铒光纤放大器中的增益正交饱和度和光谱空穴灼伤”(Opt Lett，第16版，第1499-1501页，1991)；H Chou等所著的“掺铒光纤放大器的非齐次增益饱和度”(在光放大器及它们的应用会刊，Davos，瑞士，1995，第92-95页”)；和AK Srivastava等所著的“在掺铒光纤放大器中的室温光谱空穴灼伤”(在Proc．光纤通信协会会刊，San Jose，CA，1996，(TuG7)，第33-34页)中，讨论了空穴灼伤效应。关于在EDFA中非齐次效应的讨论请见E Desurvire等所著的“在掺铒光纤放大器中在波长为1．53μm处的增益空穴灼伤”(IEEE Phot Tech Let，第2版，第246-248页，1990)；和E Desurvire等所著的“对于在掺铒光纤放大器中光谱与增益饱和度以及非齐次扩展效应的关系的研究”(IEEE Phot Tech Let，第2版，第653-655页，1990)。
有意义的是，所报导的非齐次效应非常小(例如，最大1dB)。相反，根据本发明，作为在蓝色光带中至少具有一个信号波长的结果，已经观察到EDFA的增益光谱的多个dB失真。
Ⅱ．在WDM传输系统中的增益偏畸(gain tilt)在波分复用(WDM)传输系统中(其中，在它们的传输路径中采用已知的光泵激光放大器)，出现增益偏畸的问题。在不同的操作条件下，放大器把不同的信道放大到不同的相关程度，从而当那些条件改变时，在一组特殊的操作条件下设计用来使信道的功率输出均衡的任一无源系统有可能不能使它们均衡。本发明的一个方面包括使这种增益偏畸现象的反面效应最小。
迄今为止，我们已观察到未记载的效应，即，相对于在它的增益光谱内的特定波长处饱和的光泵激光放大器(例如，在980nm光带中泵激并在1525nm至1570nm光带中放大的掺铒光纤放大器)，增益光谱的形状随着在光谱范围(在该范围内，放大器对于泵激功率的吸收没有显著变化)内的泵激波长的变化而显著变化。
通过把由泵传送到放大器的功率设置在固定的功率电平上，然后使泵激波长具有5nm的变化，可以观测到这种效应。在这个波长范围内，光纤放大器对于泵激功率的吸收率大约有8％的变化。重要的是，根据本发明，出人意料地发现，在从1525nm到1540nm的波长范围内的增益光谱的形状比在红色光带(1540nm至1570nm)中增益光谱的形状变化更大。因此，比起前面所观测到的效应，这种效应对于泵激波长更敏感。
可见，对于泵激波长改变0．8nm，在从1525nm到1540nm的波长范围内的增益光谱的形状就有0．5dB的变化。因此，缺乏对泵激波长进行充分控制，就会严重损害对于在该波带内运用WDM信道的光放大的传输系统的光放大器的操作。
迄今为止，还没有检测这种效应，而且目前随意选择泵激波长，一般泵激波长落在掺铒光纤的吸收光带中(如图9所示)。此外，为了减小要求提供预置增益的光纤的长度，认为接近于吸收峰值的源是较佳的。
这种新效应一个可行的原因可能是在掺铒光纤的吸收光带中的非齐次扩展。这可能由于位于整个光纤中的不同位置上的不同的铒离子面临不同的现场效应。然后，不同的泵激波长有选择地在不同的位置上泵激离子，这些离子有选择地以某一波长进行发射。然后，不同的泵激波长在不同的信号波长处产生不同的增益。
根据这一方面，本发明对泵的中心波长进行精确控制(细调)(例如，把它控制在大约2毫微米的范围内，较佳的是在大约1毫微米的范围内，最好是在大约0．5毫微米内)，以管理由光放大器对于在蓝色光带中的信号所表现出的非齐次性能。用这种方法，可以调节光放大器的增益光谱的形状，以在所需的那组信号波长、信号功率和泵激功率处，获得所需放大程度。
在本发明之前，一些主变数／参数(它们影响光放大器的增益光谱)是(1)要被放大的波长；(2)在那些波长处的输入功率电平；(3)放大媒体的特性(例如，它的成分、长度和掺杂度)；(4)放大器元件的介入损耗光谱，包括用于增益平坦的任何滤波器；(5)选择泵激光带以泵激放大媒体；和(6)在所选泵激光带中提供的泵激功率的总量。
如上所述，根据本发明，还指定了基本变量，可用它来控制光放大器的增益光谱。那种变量是在所选泵激光带内的泵的输出功率谱的中心波长。通过结合上面所列的其它变量／参数一起使用该变量，可以获得改进的放大器性能。
为了便于参照，这里把对于在所选的泵激光带中泵的输出功率谱的中心波长的调节(即，细调中心波长)称为“泵激波长调节”。
在本发明的实施例中，把泵激波长调节与元件选择(特别是，泵和增益平坦滤波器的选择)结合起来，以改进整个放大器的性能。特别是，由于制造公差，使得半导体激光泵在它们的中心波长处改变。类似地，增益平坦滤波器的衰减光谱在抽样值到抽样值之间变化。在某些情况下，可能把这些元件变化结合起来，从而对于特殊的泵样品和滤波器样品，不能容易地获得要得到光放大器的所需增益光谱所需的泵激波长调节量。根据本发明，通过预先筛选泵样品和滤波器样品，从而通过泵激波长调节，在特定放大器中用到的样品组合可以获得所需的增益光谱。用这种方法，减小制造废料的程度。
例如，由于元件(例如，用于增益平坦的滤波器)老化和它所处环境使得元件经受相应的变化。例如，增益平坦滤波器的衰减峰值会随着温度而改变。可用泵激波长调节来补偿这种变化。
在另一个实施例中，可用泵激波长调节来补偿由信号输入功率和光谱变化所引起的增益光谱效应的变化。
在其它实施例中，将在所需泵激光带内具有不同中心波长的多个泵用于提供对于增益光谱的进一步控制，而不是用具有单个中心波长的单个泵。用这种方法，可以设计光放大器，使它处理更加复杂的信号波长、信号功率和泵激功率组。
除了控制单个放大器的一个泵或多个泵的中心波长之外，还可细调级联放大器的泵的中心波长，以获得所需的全部性能，例如，可以调节下游放大器的泵的中心波长以考虑由上游和／或下游放大器产生的经放大的自发发射(ASE)效应。
本发明的其它方面具体如下·提供一种操作具有用半导体激光器光泵激的光放大媒体的光放大器的方法，其中通过动态控制激光器的发射波长来调整增益光谱的选择。
·提供具有由半导体激光器光泵激的光放大媒体的光放大器，所述放大器包括通过对激光器的发射波长进行动态控制来调节增益光谱的形状的控制装置。
·提供一种操作具有由半导体激光器光泵激的光放大媒体的光放大器的方法，其中用反馈控制回路来控制由激光器将其传送到放大媒体的泵激功率的幅度，而且用调节装置来修正由所述经传送的泵激功率变化直接引起的发射波长的变化。
·提供一种具有由半导体激光光泵激的光放大媒体的光放大器，所述放大器包括控制由激光器将其传送到放大媒体的泵激功率的幅度的反馈装置，并包括修正由所述经传送的泵激功率变化直接引起的发射波长的变化。
根据本发明的上述方面，动态控制半导体激光器的发射波长的一种方法包括把动态波长可调窄带激光光学腔所定义的反射镜当作外部腔半导体激光器的外部反射镜。由具有单模光纤动态伸展(例如，压电方式)一定长度的Bragg反射光栅构成这种反射镜。另一种方法包括用三端半导体激光器(诸如，Y．Yoshikuni和G Motosugi在名为“用于纯调频和抑制线性调频的调幅的多电极分布式反馈激光器”(光波技术杂志，第LT5版，第4号，1987年4月，第516-622页)的论文中所描述的)。较佳的方法包括动态控制半导体激光器的温度。
根据本发明的又一个方面，提供一种具有由激光二极管光泵激的光放大媒体的光放大器，其中至少由从放大器的所测工作参数产生的信号部分地动态调节所述激光二极管其的温度。
根据本发明的另一个方面，在具有接收机的波分复用传输系统中，本发明提供一种通过响应于所述放大器或所述系统的所测工作参数动态调节它的激光二极管泵的温度来调节至少一个所述放大器的增益光谱的方法，其中接收机通过包括级联的由激光二极管泵激的光放大器的波分复用传输路径与发射机光耦合，每个光放大器具有增益光谱。
温度变化2．5℃或者驱动电流改变40mA，可以使在980nm处发射的典型二极管激光器的发射波长偏移0．8nm。这分别与0．32nm／℃和0．02nm／mA的波长变化系数相对应，而且表示二极管激光器的固有性能。因此，如果放大器技术要求泵驱动电流在不大于200mA的范围内是可调的，那么将二极管保持在恒温下，可以保证发射波长在5nm的范围内，从而保证放大器对于泵激功率的吸收基本上不变。另一方面，不能保证上述由泵激波长引起的差分增益效应保持处于不重要的程度。换句话说，稳定二极管泵激激光器的稳定足以排除由泵激功率吸收效率所引起的放大器操作问题，但它决对不足以排除由新发现的泵激波长所引起的差分增益效应带来的问题。
根据本发明的一个较佳特性，从泵的驱动电流产生泵的温度调整信号。
根据另一个较佳特性，从泵的发射波长的测量结果产生信号。
根据又一个较佳特性，从由处于不同波长的放大器所提供的差分增益的测量结果产生信号。
在其传输路径中具有级联光放大器的传输系统中，从由处于不同波长的放大器所提供的差分增益的测量结果所产生的信号，不单单用于调整那个特定放大器的二极管激光泵的温度，而且还用于调整在传输路径中的一些或所有其它光放大器(特别是在传输路径的上游中的那些放大器)的二极管激光泵的温度。本发明的其它方面具体如下·提供传输系统，它具有由光纤连接的发射机及接收机，和沿着所述光纤设置以放大在所述发射机和接收机之间的信号信道的多个光放大器，每个所述放大器具有泵激光源，如此设置其波长，从而基本上减小由泵激光波长相关效应所引起的差分增益。
·提供具有多个光放大器的传输系统，每个光放大器包括掺铒石英光纤和泵激光源，其中光源波长落在970nm至977nm或981nm至986nm的范围内。较佳的是，泵激源的波长落在974nm至975nm或981nm至983nm的范围内。最佳的是，泵激源的波长落在974．5nm至975nm或982nm至983nm的范围内。
·提供具有用于放大其波长落在1530nm至1565nm范围内的信号的多个光放大器的传输系统，每个光放大器包括掺铒石英光纤和泵激光源，其中光源的波长落在970nm至977nm或981nm至986nm的范围内。较佳的是，泵激源的波长落在974nm至976nm或981nm至984nm的范围内。最佳的是，泵激源的波长落在974nm至975nm或982nm至983nm的范围内。
·提供具有多个光放大器的传输系统，每个光放大器包括掺铒石英光纤和泵激光源，其中光源的波长落在970nm至975nm或982nm至986nm范围内的2nm波带内。较佳的是，光源的波长落在970nm至975nm或981nm至986nm范围内的1nm波带内。最佳的是，光源的波长落在970nm至976nm或981nm至986nm范围内的0．5nm波带内。
·提供具有用于放大其波长落在1530nm至1565nm范围内的信号的多个光放大器的传输系统，每个光放大器包括掺铒石英光纤和泵激光源，其中光源的波长970nm至977nm或981nm至986nm范围内的2nm波带内。较佳的是，光源的波长落在970nm至977nm或981nm至986nm范围内的1nm波带内。最佳的是，光源的波长落在970nm至977nm或981nm至986nm范围内的0．5nm波带内。
根据上述方面，最佳的是，每个泵激光源都是半导体激光器。本发明的附加方面包括·提供一种泵激掺铒石英光纤的方法，它包括选择具有如此波长的泵激光源，从而基本上减小由泵激光波长的相关效应所引起的差分增益。
·提供一种操作传输系统的方法，其中传输系统包括由光纤连接的发射机及接收机，和沿着所述光纤设置以放大在所述发射机和接收机之间的信号信道的多个光放大器，每个所述放大器具有泵激光源，所述方法包括如此选择所述光源的波长，从而基本上减小由泵激光波长相关效应所引起的差分增益。
·提供一种操作具有多个光放大器的传输系统的方法，每个光放大器包括掺铒石英光纤和泵激光源，所述方法包括选择光源的波长，以使其落在970nm至977nm或981nm至986nm范围内。较佳的是，该方法包括选择泵激源的波长，以使之落在974nm至975nm或981nm至983nm范围内。最佳的是，该方法包括选择泵激源的波长，以使之落在974．5nm至975nm或982nm至983nm范围内。
·提供一种操作具有用于放大其波长落在1530nm至1565nm范围内的信号的多个光放大器的传输系统的方法，每个光放大器包括掺铒石英光纤和泵激光源，所述方法包括选择光源的波长以使之落在970nm至977nm或981nm至986nm的范围内。较佳的是，本方法包括选择泵激源的波长，以使之落在974nm至976nm或981nm至984nm范围内。最佳的是，本方法包括选择泵激源的波长，以使之落在974nm至975nm或982nm至983nm范围内。
·提供一种操作具有多个光放大器的传输系统的方法，每个光放大器包括掺铒石英光纤和泵激光源，本方法包括选择光源的波长，以使之落在970nm至975nm或982nm至986nm范围内的2nm波带内。较佳的是，本方法包括选择光源的波长，以使之落在970nm至9975nm或981nm至986nm范围内的1nm波带内。最佳的是，本方法包括选择光源的波长，以使之落在970nm至976nm或981nm至986nm范围内的0．5nm波带内。
·提供一种操作具有用于放大其波长落在1530nm1565nm范围内的信号的多个光放大器的传输系统的方法，每个光放大器包括掺铒石英光纤和泵激光源，本方法包括选择光源的波长，以使之落在970nm至977nm或981nm至986nm范围内的2nm波带中。较佳的是，本方法包括选择光源的波长，以使之落在970nm至977nm或981nm至986nm范围内的1nm波带中。最佳的是，本方法包括选择光源的波长，以使之落在970nm至977nm或981nm至986nm范围内的0．5nm波带中。
从上文可见，显而易见，本发明的目的包括(1)提供在光波传输系统(例如，光波导通信系统)中使用的经改进的光放大器；(2)提供在波分复用系统中使用的经改进的光放大器；(3)提供供在蓝色光带中的信号波长使用的经改进的光放大器；(4)为光放大器提供经改进的泵激方法；(5)为光放大器提供经改进的泵／滤波器组合；和(6)为光放大器提供经改进的信号／泵激组合。
特别是，本发明的目的包括提供(1)光放大器，它适于根据上述新发现的泵激波长对于光放大器的增益光谱的影响，通过限制泵激波长来进行操作，和(2)波分复用传输系统，它具有适于根据这种被发现的效应再次通过限制泵激波长来进行操作的多个光放大器。
这里，描述光放大器和波分复用(WDM)传输系统，它们体现本发明的较佳形式但是不对本发明进行限制。
图1A和1B示出掺铒光纤放大器的增益光谱随着泵激波长的变化。这些曲线图是在有饱和信号(λsat)的情况下的所获得的小信号增益光谱，其中图1A是在1535毫微米处，而图1B是在1561毫微米处。运用Hwelett-Packard的时域消噪声增益测量技术，测量光谱。在每张图中的横轴表示波长(以毫微米为单位)，而图中的纵轴表示增益(以dB为单位)。实线表示975nm的泵激波长，而虚线表示977nm的泵激波长，长划／短划虚线表示978nm的泵激波长，而短划／点虚线表示979nm的泵激波长。
图2A示出动态增益偏畸的存在和本发明改进在EDFA(对于给定的信号波长，在不同的增益处操作EDFA)的红色光带中峰对峰增益波动的应用过程。在该图中的横轴示出以毫微米为单位的波长，而纵轴则示出以dB为单位的波动。带有正方形的曲线表示增益为24dB，而带有菱形的曲线表示增益为33dB。
图2B示出对于在975nm和981nm之间的一系列泵激波长(λp)，红色光带EDFA的增益光谱。在该图中的横轴表示以毫微米为单位的波长，而纵轴则表示以dB为单位的增益。对于每根曲线，在1555．7nm处的增益大约为24dB。
图3示出当泵激波长从975毫微米变化到985毫微米时，在信号波长为1529、1530．3、1533．5和1535．0毫微米处的增益。在该图中的横轴表示以毫微米为单位的波长，而纵轴则表示以dB为单位的增益。
图4是用于生成图3、5、11和12所示的数据的装置的示意图。在该图中用到的标号具有下列意义100--可调谐激光器；102--隔离装置；104--泵；106--VOA1；108--泵激VOA；110--连接器；112--EDFA；114--连接器；116--隔离装置；118--VOA2；和120--OSA。
图5是对于波长为1529毫微米(实线)、1530．3(带有三角形的虚线)、1533．5毫微米(带有正方形的实线)和1535．0(虚线)的四个信号的增益-泵激波长图。运用图4所示的装置和如下所述用于生成图3所示的数据的那类光放大器，获得这个图的信号。在该图中的横轴表示以毫微米为单位的波长，而纵轴则表示以dB为单位的增益。
图6示意表示了可以对其应用泵激波长调节的光放大器。
图7图示地示出当用多个不同泵激波长泵激时，在从1525nm到1575nm的范围内液氮冷却掺铒光纤(EDF)的增益。在该图中的横轴表示以毫微米为单位的波长，而纵轴则表示以dB为单位的增益。该图的各个曲线的泵激波长如下A--981．7nm；B--980．9nm；C--980．1nm；D--979．15nm；E--978．2nm；F--977．45nm；G--976．7nm；H--975．9nm；I--975．1nm。
图8示出在泵激波长范围内的不同信号波长处掺铒光纤放大器的增益。在该图中的横轴表示以毫微米为单位的泵激波长，而纵轴则表示以毫微米为单位的增益。该图的各个曲线的信号波长如下A--1526．96nm；B--1528．02nm；C--1529．07nm；D--1530．13nm；E--1531．18nm；F--1532．24nm；G--1532．94nm；H--1533．99nm；I--1535．05nm；J--1536．11nm；K--1539．97nm；L--1550．18nm；M--1560．03nm；N--1565．30nm。
图9示出在980nm波长范围内的掺铒光纤放大器的泵激吸收-波长图。在该图中的横轴表示以毫微米为单位的泵激波长，而纵轴则表示以dB／米为单位的吸收系数。
图10示出两个增益模块的无源损耗的波长相关分量。在该图中的横轴表示以毫微米为单位的波长，而纵轴表示以dB为单位的介入损耗。实线表示第一个模块“N”的介入损耗，而虚线表示第二个模块“L”的介入损耗。
图11示出本发明减小如图10所示的两个增益模块的无源损耗的波长相关分量差异对于放大器性能的影响的应用过程。在该图中的横轴表示以毫微米为单位的波长，而纵轴则表示以dB为单位的增益差。实线表示模块“L”的增益差，而虚线表示模块“N”的增益差。箭头122和124分别显示模块“N”和“L”的最佳泵激波长。
图12示出本发明对多组信号波长的应用过程，其中每组包括两个信号波长。在该图中的横轴表示以毫微米为单位的波长，而纵轴则表示以dB为单位的增益差。实线表示信号波长为1529和1533nm的增益差，而虚线表示信号波长为1535．4和1541nm的增益差。箭头126和128分别表示1529／1533和1535．4／1541的最佳泵激波长组合。
图13是WDM传输系统的示意图，其中WDM传输系统具有通过包括级连(多个)光放大器的传输路径与发射机相连的接收机。
图14、15和16是供图13所示系统使用的光放大器的另一种形式的示意图。
图17是如图13所示的WDM传输系统的变更形式。
被加入并构成说明书的一部分的上述附图，示出本发明的较佳实施例，而且结合说明能够解释本发明的原理。当然，应理解，附图及描述只是用于说明，而不是限制本发明。
本发明的较佳实施例Ⅰ．采用泵激波长调节的光放大器如上所述，本发明涉及用泵激波长调节来控制光放大器的增益光谱。
本发明可以与多种光放大器设计一起使用。在所有的情况下，放大器包括放大媒体和泵，而且可以有选择地包括增益平坦滤波器。较佳的放大器媒体是掺杂稀土的材料，例如，掺铒玻璃。最好把放大媒体构造成波导，例如，构造成光波导纤维。泵最好是在980毫微米泵激光带中运作的半导体激光器。例如，当使用增益平坦滤波器时，它可以是干涉滤波器或者是长周期光栅。
例如，通过采用Peltier效应的热电冷却器来控制泵激温度，可以最方便地实现泵激波长调节。这种冷却器通常作为商业半导体激光器组件的一部分。过去，用热电冷却器来获得波长“粗”调，即，通常用它们来把泵激波长设置在所选的泵激光带(即，980毫微米光带)内。然而，以前没有用热电冷却器来获得这里所述的那类细调。波长调节的其它方法包括用光栅(包括可调光栅)作为外部激光腔的一部分。无论选择哪种方法，都应能够获得良好的泵激波长控制。如上所述，这种控制一般是在2毫微米内，较好的是在1毫微米内，而最好的是在半毫微米内。所需控制程度依赖于增益光谱或其一部分(通过泵激波长调节控制其形状)的泵激波长敏感性。用热电冷却器可容易地获得在0．25毫微米内的控制。
应注意，或者在设计和／或制造光放大器期间内，或者在运用放大器的实时内，可以进行泵激波长调节。当在设计和／或制造阶段运用泵激波长调节时，选择特定泵激波长或一组泵激波长来获得所需的一组或多组信号波长、信号功率和泵激功率的增益光谱。例如，通过选择泵激激光器的设置点温度，可以获得所选泵激波长或该组所选的一些泵激波长。当在实时中运用泵激波长调节时，或者手工或者自动设置泵激波长，这取决于(例如)要放大的信号波长的电流设置。还应注意，在设计／制造阶段和在实时期间，都能运用泵激波长调节。
图1A和1B示出掺铒光纤放大器的增益光谱随泵激波长的变化。这些图的准备是通过把在1535毫微米(图1A)或在1561毫微米(图1B)处的一个-16dBm信号施于加入有Corning Type Ⅱ EDF(Corning Incorporated，Corning，New York)的单级EDFA，该EDFA是用半导体激光器在980光带中前向泵激的，该半导体激光器装备有用来调节泵激波长的热电冷却器。放大器不包括增益平坦滤波器。运用Hewlett-Packard时域消减增益台(time domain extinction gain bench)，分析来自放大器的输出。对于每个泵激波长，运用在泵激激光器和掺铒光纤之间的衰减器，使增益值在图1A数据的1555毫微米处和在图1B数据的1529毫微米处均衡到大约0．15dB。
在这些图中可见，在蓝色光带中的增益光谱实质上随泵激波长变化而变化，例如，对于蓝色光带(图1A)和在红色光带(图1B)中的饱和信号，都等于2-3dB的数量级。在1529毫微米(它是大多数对泵激波长敏感的信号波长中的一种)处的增益值均衡导致在图1B的红色光带中的变化。因此，与红色光带中的增益变化不同，该图的红色光带变化率表示在蓝色光带中的增益变化，特别是，表示在1529毫微米处的增益变化。的确，可以从图1B的几乎平行的曲线直接得出在1529毫微米处的增益变化。重要的是，齐次模型预报在蓝色或红色光带内的图1A和1B的增益光谱之间基本上没有差距。
在最基本程度上，这些图的曲线表示可由泵激波长调节来使放大器的增益光谱平坦。在这两张图中，在975毫微米处泵激的增益光谱比在979毫微米处泵激的增益光谱平坦(只差4毫微米)。
在较复杂的程度上，在蓝色光带中的泵激波长调节效应强于在红色光带中的泵激波长调节效应这一事实意味着，可用泵激波长调节来改善动态增益偏畸。如在现有技术中已知，动态增益偏畸是作为在特定波长处(它可以是在放大器的操作范围内的任一波长)由放大器所提供的增益幅度变化的结果引起的，光放大器的增益光谱的形状变化。图2A显示这种情况，其中图2A示出增益波动随着在增益为24dB和33dB(在在1555．7nm处)处操作的EDFA的泵激波长变化而变化。从如图2B所示的那类曲线得出图2A的24dB曲线(即，带有正方形的曲线)，其中图2B示出对于在975nm和981nm之间的各种泵激波长的红色光带增益光谱。从对于在1555．7nm处的33dB增益的红色增益光谱(未图示)再次使用980nm泵激光带中的各种泵激波长得出图2A的33dB曲线(即，带有菱形的曲线)。
就象泵激波长调节那样，动态增益偏畸在蓝色光带中比在红色光带中效果更明显。因此，泵激波长调节可用于至少抵消动态增益偏畸的一些效应。在采用少数几个信号波长的情况下(例如，2个信号波长)，这种抵消通常将更完全。
图3还示出如图1所示的平坦效应。运用图4的装置准备该图。这种装置包括四个可调谐激光器(100)，在整个铒增益光带中可调节其波长(“信号波长”)。当用一短节低损耗滤波器来代替放大器时，调节激光器，使之具有与由光谱分析器120(OSA)测得的功率相同(在百分之几dB范围内)。
用可变光衰减器106(VOA1)控制射入放大器的全部功率。为了使射入OSA的功率在所有实验条件下保持相对稳定，用可变光衰减器118(VOA2)来加入与放大器的额定增益相等的衰减。通过用OSA测量放大器的VOA2-衰减输出来作为波长的函数，可确定放大器对于每个信号波长的增益。由在OSA处测得的输出功率电平加上VOA2衰减减去输入功率给出图3的增益值(都以dB为单位)。
用泵激VOA108调节传送到放大器的980光带泵激功率量，而不用调节泵驱动电流，从而影响泵激波长。特别是，调节泵激波长，从而当泵激波长变化时，把1529信号波长的增益保持在0．15dB内的相同值。如图1所示，通过改变泵激激光器的温度，可改变泵激波长。
用来准备图3曲线的放大器是带有中间增益平坦滤波器的二级放大器，设计所述中间增益平坦滤波器来提供从1528毫微米到1542毫微米的基本上一致的增益。
如图3所示，对于四个信号波长，所获得的泵激波长为977毫微米的增益光谱比所获得的泵激波长为981毫微米的增益光谱基本上要一致得多。特别是，对于在977毫微米处泵激的情况，在四个信号波长处的增益在1．5dB范围内，而对于在981毫微米处泵激的情况，增益扩展大于3．5dB。简单地说，对于这种系统，就对于所有信号波长所获得的类似放大程度而言，在977毫微米处泵激比在981毫微米处泵激要好得多。此外，如上所述，对于级联放大器，通过选择泵激波长，来使增益均衡的这种能力变得更加重要了。
还应注意，在图3中，改变泵激波长的效应是高度非线性的。例如，对于信号波长为1530．3毫微米的情况，在979毫微米处泵激的增益大于在981毫微米处泵激的增益，而对于信号波长为1535．0毫微米的情况，这种关系正好相反。这种泵激调节效果的丰富性意味着可以调节光放大器的增益光谱的形状，以适应在实践中遇到的各种传输增益问题。
图5示出如图3所示的那类数据，数据以这种形式，可以容易地用它来选择泵激波长，从而使得各种信号波长的增益差为最小。从该图中可见，很明显地，对于该图的一组信号波长，在大约为977毫微米的泵激波长处操作能够提供最一致的增益。
对于其它放大器设计，也可以制成类似的图，还可以用它来为所需的任意组信号波长和在输入及输出功率电平之间所需的任何关系，选择最佳的泵激波长。按照相同的方式，可以为不同的泵激功率电平画出图5所示类型的曲线。此外，通过把经放大的自发发射(ASE)作为输入到放大器的附加信号组，可将ASE的效果(例如，来自最优化放大器和／或来自级联放大器中的优先级或次级放大器的ASE)包括在选择泵激波长中。
图6示出具有掺铒光纤20的放大器13，其中光纤20通过连接器22耦连到光纤12上。包括光源21以产生沿着光纤61发送的泵激光，并通过耦合器22泵激掺铒光纤20。泵激源21的形式为二极管激光器62，根据本发明选择它具有的波长。
在掺铒光纤20的输出端处，通过连接器26，把它与光纤12相连。参照图7和8，描述选择二极管激光器泵的波长的方法。
图7清楚地显示了当在980nm吸收光带中泵激时，在1．5μm范围内光放大器的增益光谱依赖于泵激激光器的特定波长的结果。在传统的掺铒光纤放大器的操作原理中没有这种依赖性。掺铒光纤的吸收光带大约从974nm扩展到986nm。一般，制造大约980nm泵激激光二极管，从而发出的激光波长位于其中心波长在吸收峰值周围的大约为979nm的范围内。
特别是，在1528nm和1540nm(蓝色光带)之间的信号波长在增益方面具有出乎意料的变化(增益波动)，其中在大于1540nm(红色光带)内的波长具有较小的差分增益。从图7还可见，当泵激波长增加时，增益光谱的波长相关部分从短波移动的长波。
此外，图8示出泵激波长对于在泵激波长光谱(975nm到982nm)内的不同信号波长处的增益影响。该图还清楚地示出这样的一个事实，即，当泵激波长朝着吸收峰值增加时，差分增益增加。因此，与现有的选择准则全面相比，显而易见，发射在接近于979nm的波长范围内(特别是在从977nm到981nm的带宽范围内)的激光的激光二极管不如泵激光源理想，尽管它们具有良好的吸收性。表1和表2数值上说明了这一效果。
从表1可见，这种效果提供更加良好的减小增益波动结果，即，在所有信号信道中的增益越一致，泵激波长偏离吸收峰值越远。由于作为泵激波长函数的波动在吸收峰值处的变化最大，所以当泵激波长不处于吸收峰值处时，一般可以获得较好的控制。
从表2可见，较佳的是，具有在很小窗口内的泵激波长，于是阻止由泵激波长依赖性所引起的附加增益波动效应。如果这个波长窗口小至0．5nm，那么允许的范围边缘可以更接近于吸收峰值。此外，显而易见的是，在较低信号波长处的效应较强。因此，如果你希望获得在大等于1528nm的范围内的信号，那么选择泵激波长就更加重要，而且禁止范围应更大(特别是在较低波长泵激光带中)。因此，回顾表2，可见如果把泵激波长内的2nm窗口用于等于和高于1528nm的信号，那么2nm窗口必须在970nm到975nm或者982nm到986nm的范围内，然而，如果信号波长在等于和大于1530nm的范围内，那么窗口可以落在970nm至977nm或981nm至986nm的范围内。同样，如果你具有1nm窗口，而且信号波长在等于和大于1528nm的范围内，所允许的窗口必须在970nm至975nm或981nm至986nm的范围内。最后，如果你具有0．5nm窗口，而且信号波长在1528nm范围内，那么窗口必须在970nm至976nm或981nm至986nm的范围内。显而易见，如果你减小所允许的窗口尺寸，那么该窗口的边缘向着吸收峰值推动。
此外，邻近吸收峰值的所允许的光带的边缘是至关重要的，远离吸收峰值的光带的边缘部分地由在980nm范围内的掺铒光纤的吸收带宽所确定。
对于熟悉该技术的人员来说，显而易见的是，你希望尽可能接近于吸收峰值处进行操作，以使要求把信号放大到特定增益的掺铒光纤的长度减至最小。然而，通过运用在上述不允许范围内的泵激波长所提供的经增加的差分增益，更胜过这个优势。
图10和11示出泵激波长调节的另一种应用，即，它在优化增益平坦滤波器性能方面的使用。制造增益平坦滤波器必然导致在滤波器的光谱性能中的某种程度的变化，包括滤波器的衰减光谱的形状变化以及它的最大衰减的波长变化。由于泵激波长调节可以改变放大器的增益光谱，所以特别在增益平坦最重要的蓝色光带中，人们可以用泵激波长来补偿滤波器变化率。
图10示出两个光放大器(模块)的无源介入损耗的波长相关分量，其中从所述光放大器中除去掺铒光纤(EDFs)并用低损耗熔接接线代替它。两个模块包括不同的增益平坦滤波器。如图10所示，模块L(虚线)的损耗在频率上移到与模块N(实线)的损耗相比更长的波长。
图11示出作为泵激波长函数的两个增益模块(重新安装的EDFs)的波动(在两个测试波长之间的增益差)。在这两种情况下，测试波长是1529和1535．4毫微米，而且对-12dBm的全部输入功率作增益测量。从该图中可见，模块N(虚线)的最适当泵激波长(其中，增益平坦滤波器在较短波长处到达最高点)，大约为977毫微米(见变化122)。另一方面，对于模块L(实线)，由于该模块的增益平坦滤波器在较长波长处具有最高的衰减率，所以其最佳泵激波长大约为981毫微米(见变化124)。显然，在固定的泵激波长处操作两个模块会导致一个或两个模块的重要性能惩罚。把泵激波长调节至它的最佳值将排除这一不足。
增益平坦滤波器的衰减峰值还随着温度变化而变化。从图1B中明显可见，通过泵激波长控制可以补偿峰值衰减的变化，就象滤波器那样，作为制造条件变化的结果，半导体激光器的操作波长范围从一个抽样值变化到另一个抽样值。因此，对于特殊泵／滤波器组合，不能获得图11的优化步骤，例如，不能把特定泵的泵激波长移到特定滤波器所需的值。在制造环境调整中，通过在把泵与滤波器加入放大器之前，先将它们分类，从而不会发生或者偶尔发生那种难以补偿或不可能获得的组合，可以减少排除程度。
在发明的这个实施例的一个方面，例如通过把制造波长分布分成两组(即，长和短泵激波长组，诸如分别＞978nm和＜978nm)，并把来自每组的一次泵激传送到双泵激单Er线圈或到两个线圈，来解决泵激波长的制造条件变化对增益光谱的影响。通过反向泵激，可以把两个泵激激光器连到单个EDF。较佳的是，通过3dB耦合器，混合来自在不同波长处两次泵激的输出，然后类似地，把功率传送到一个或两个线圈。
图5示出本发明对于单组信号波长的应用过程。光放大器的用户希望用带有多组信号波长的特殊放大器。在这种情况下，当那组信号波长改变时，通过改变泵激波长可以优化放大器性能。另一方面，虽然没有优化和放大器一起使用的所有或者任何一组信号波长，但是可以选择折衷的泵激波长，从而为那些信号波长提供充分的性能，而无需现场调节。
图12示出本发明的这些应用。运用图4的装置可获得该图的数据，但一次只能操作两个信号激光器。对于这两组信号波长，传送到放大器的全部信号功率是-11dBm。该图所示的信号波动是在两个测试波长处测得的增益差。
在信号处于1529nm和1533nm(实线)的情况下，提供最低波动的泵激波长大约为977毫微米(见标号126)。另一方面，在信号处于1535．4／1541毫微米(虚线)的情况下，最小波动大约为980．5毫微米(见标号128)。因此，为了获得最佳放大性能，可以随着施于放大器的信号波长的变化对泵激波长进行现场调节。另一方面，可以把泵激波长设置在大约为979毫微米的折衷波长(它提供的性能离两组波长的最佳值不会太远)。
类似地，如图2A的红色光带放大器所示，通过泵激波长控制，可使1555．7nm单个波长的两个不同增益设置的增益波动最小。
除调节用单个泵泵激的光放大媒体的泵激波长之外，还可以运用与多个泵泵激放大媒体相关的泵激波长调节。例如，如果要放大“n”个波长，可以用“n-1”个泵，同时选择所有泵的泵激波长以优化所有“n”个波长的增益光谱的形状。另一方面，可用较少的泵来获得折衷程度的最优化。关于用多个泵来增加净泵激功率并提供冗余的描述请见CR Giles等所著的“980nm泵激激光器的同步波长稳定”(IEEE Phot Tech Let，第6版，第907-909，1994)。
Ⅱ．运用泵激波长调节的WDM传输系统参照图13，通过运用传输路径12(以光纤的形式)，把WDM接收机(一般由标号10表示)与WDM发射机(一般由标号11表示)光耦合，其中传输路径12包括沿着光纤间隔的级联光放大器13，以放大在发射机11和接收机10之间传输的信号。
发射机11具有在不同波长(特别是在大约从1525nm扩展到1570nm的波带中的波长)处操作的多个数据调制源14(为了便于描述，在图中只显示四个这样的源)。同样为简化说明，本发明描述接收机和发射机，当然也可以用一对收发信机。
用波长复接器15将这些波长复接到公共传输路径12上。发射机还可包括一个级联发射机13。接收机具有波长去复接器16(是发射机复接器15的相对物)。去复接器16的输出把各个去复接的信号信道馈送到相关检测器17。类似地，接收机包括位于去复接器上游的作为前置放大器的一个级联放大器13。
放大器13中的每个放大器最好包括由激光二极管泵激的放大媒体，由从放大器或系统的测定的工作参数得出的信号至少部分地动态调整激光二极管的温度。
图14示出放大器13，其中，这个测定的工作参数是泵激激光器二极管驱动电流。放大器具有光波导放大媒体20。一般，由一定长度的掺铒光纤构成它。一般，用二极管激光器泵激光源21(通常是在大约为980nm的波长处发射的光源)光泵激的放大媒体。用波长复接耦合器22，把源21的输出耦合到公共传输路径中。通过控制施加于泵激激光二极管的驱动电流，使放大媒体的总体增益稳定。
由来自反馈回路25(它从光耦合器26(它从放大器的输出中分出一小部分光功率)中得出它的误差信号)的控制信号调整的电流控制器24提供泵21的激光二极管的驱动电流。例如，通过Peltier冷却器，温度调整泵21的激光二极管。由波长控制单元28驱动的温度控制器27进行调整。波长控制单元28接收来自电流控制器24的输入，其中电流控制器24提供泵激激光二极管驱动电流，并运用所存的数据确定驱动电流值所需的激光二极管温度值，从而激光二极管在特定波长处进行发射。可用查找表的形式存储数据，查找表中的数据是在安装之前，对于不同的激光二极管温度值，通过绘制随着驱动电流改变而改变的激光二极管的发射波长而获得的。获得这些值的另一种方法是采用减少了的测量点，并内插所需操作点。
图14的放大器把泵激激光二极管驱动电流用作控制激光器温度的调整参数。这种方法的缺点在于，它本身假设当激光器老化时，在发射波长、驱动电流和温度之间的关系不变。图15的放大器更好地表明了这个问题。
图15的放大器具有与图14的放大器相同的许多元件，而且在图15中用与图14中它们的相应部分所用的相同的标号。两个放大器之间的不同之处包括用第二反馈电路30来代替图14的波长控制单元28，其中第二反馈电路30控制温度控制器27的操作过程并从光波长鉴别器31(与来自光耦合器32(它从泵21中分出向波长复接耦合器22提供的一小部分光功率)的输入一起应用)的输出中得出它的误差信号。鉴别器31的输入取自后面发射的功率，而不是用光耦合器32分出从激光二极管的前面发射的功率。例如，可以用已知的方法(即，并列安装两个Mach Zehnder)构造光波长鉴别器31。构成一个Mach Zehnder使之具有以所需发射波长为中心的下降边缘的特性，而构成另一个Mach Zehnder使之具有以该波长为中心的上升边缘。
图15的放大器进行操作以稳定它的泵激激光二极管的发射波长。用这种方法，抑制了由泵激波长的变化所引起的增益光谱的变化。在增益光谱中需要稳定性的主要原因在于，能够进行测量以避免信号-噪声比问题(如果当由在传输路径中的连续放大器放大那些信号时，进入WDM传输系统的不同信道中的信号功率电平变得越来越不同，就会产生这种问题)。
图16的放大器调节它的泵21的激光二极管的温度，不是为了稳定发射波长，而是为了使在放大器的输出端处的功率差异(出现在放大器放大的两个或多个复接信号信道的光谱带中)减至最小。图16的放大器具有与图14的放大器相同的元件，除了用检测器单元40和微处理器41代替图14放大器的反馈电路25和波长控制单元28之外。在检测器单元40中去复接由光耦合器26从放大器的输出中分出并被馈送到检测器单元40的信号，而且检测它以向微处理器41提供单独输出P(λ1)、P(λ2)…P(λn)(一般以数字形式，表示在每个WDM信道频带λ1、λ2…λn中检测的相关功率)。
为了这个目的，由WDM去复接滤波器(它把WDM信道分成隔开的光纤，每根光纤终接在紧跟着互阻抗放大器的PIN二极管上)实现检测器单元40。例如，由在1kHz下操作的A-D变换器把每个互阻抗放大器的电压输出转换成数字形式。在美国专利第5，513，029号中揭示了实现检测器单元40的功能的另一种方法，它运用在每个WDM信道上调制的正交高频振荡器，以使在每个信道中都能确定功率，而不要求用到波长选通滤波器或多个PIN二极管。
微处理器41用这种方法，提供馈送到电流控制器24的第一输出，以调节泵21的功率输出，并提供馈送到温度控制器27的第二输出以调节泵21的激光二极管的温度，从而使一些或所有功率电平P(λ1)至P(λn)之间的功率差异减至最小。一般，如此安排，以仅仅包括超出某一门限值的那些功率电平P(λ1)…P(λn)。这样做是出于不考虑因错误条件而不工作的信道，或者由于有意地关闭信道。
在图17的传输系统中，包括传输路径12的最后一级光放大器作为接收机10的一部分，而且采用基本上与图16的放大器所采用的相同的那类温度调节。在这个例子，微处理器41的输出不仅仅控制那个放大器的泵21的激光二极管的温度控制器，而是通过系统管理单元50用它来控制在传输路径12中的所有放大器21的泵21的温度。
上述使用多个PIN二极管的图16的放大器单元的检测器单元40的方式实行三个功能。第一，它对信道进行去复接，然后，它分别检测去复接的信道，最后它把那些检测到的信号转换成输入到微处理器41的功率测量信号。在图17的传输系统的情况下，已分别由去复接器16的检测器17执行这些功能中的头两个功能，而把第三个功能加入微处理器41中，从而能够免去分开的检测器单元40。
即使没有把级联放大器的最后一级放大器安装在接收机中，而是把它安装在物理上远离接收机的传输路径中的一点，图17的传输系统以基本上相同的方式执行其功能。在这些情况下，与其说在用来调节泵激激光二极管的温度的最后一级放大器的输出端处，在不同光谱带中的功率不同，还不如说在所使用的接收机处的功率不同更来得正确。
虽然已经描述并示出本发明的特定实施例，但应理解，可以进行变更，而不偏离本发明的构思和范围。例如，除了上述选择泵激波长的准则之外，还可以把半导体激光器的工作波长随着老化而改变的这个事实，包括在选择过程中。然后，可以选择起初不是最佳的泵激波长，从而在激光器老化的过程中，经过最佳值，但是在它的可用寿命中，泵激波长永远不会远离最佳值。
类似地，例如，已知泵激激光器的输出光谱可以显示由跳模所引起的波动。为了把这种效应减至最小，你可以选择对于增益光谱的所需形状来说并不是最佳，但所对于泵激激光器的波动却相对不敏感的折衷泵激波长。
作为另一种变化，在模拟光传输系统(例如，运用副载波复接的系统)中，增益斜率(即，△G／△λ)是你可以选来对其进行控制的重要参数。因此，在这种情况下，可把增益斜率当作用于在泵激光带中选择泵激波长的增益光谱的性能，而不是把它当作上述的准则。
作为进一步的变化，在具有多个光放大器的传输系统中，泵激激光二极管可以具有不同的波长，但是它们必须都落在所允许的窗口内。
对于熟悉该技术的人员而言，在阅读了本说明书后，其它不偏离本发明的构思及范围的多种变化是显而易见的。后面所附的权利要求书覆盖了这里所提出的特定实施例以及上述变更、变化等。
表1选择泵激波长的范围<
表2选择泵激波长的范围
权利要求
1．一种调节光放大器的增益光谱的方法，其特征在于，所述光放大器包括光放大媒体和在泵激光带内向所述媒体提供泵激功率的泵，所述泵激功率具有中心波长的光谱，所述方法包括在泵激光带内调节中心波长值以改变光放大器的增益光谱的形状。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光放大器包括附加泵，所述附加泵在泵激光带内向所述媒体提供附加的泵激功率，所述附加泵激功率具有中心波长的光谱，所述方法包括以下附加步骤在泵激光带内调节所述附加泵激功率的中心波长值以改变所述光放大器的所述增益光谱的形状。
3．一种操作光放大器的方法，其特征在于，所述光放大器具有增益光谱并包括光放大媒体和在泵激光带内向所述媒体提供泵激功率的泵，所述泵激功率具有拥有中心波长的光谱，所述方法包括在所述泵激光带中控制所述中心波长值以控制所述光放大器的所述增益光谱。
4．如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括控制向所述媒体提供的所述泵激功率的幅度，以控制所述光放大器的所述增益光谱。
5．如权利要求4所述的方法，其特征在于，运用位于所述泵和所述光放大媒体之间的衰减器，来控制所述泵激功率的所述幅度。
6．如权利要求3所述的方法，其特征在于，把所述中心波长的所述值控制在2毫微米内。
7．如权利要求3所述的方法，其特征在于，把所述中心波长的所述值控制在1毫微米内。
8．如权利要求3所述的方法，其特征在于，把所述中心波长的所述值控制在0．5毫微米内。
9．一种操作光放大器的方法，其特征在于，所述光放大器具有增益光谱并包括光放大媒体和在泵激光带内向所述媒体提供泵激功率的泵，所述泵激功率具有拥有中心波长的光谱，所述方法包括把一组信号波长用于所述光放大器，并在所述泵激光带内选择泵激中心波长，与至少由在所述泵激光带内的一个其它泵激中心波长所产生的所述增益光谱相比，所述所选的泵激中心波长最好至少根据一条准则，为所述信号波长组提供增益光谱。
10．如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述泵激光带包括在大约975毫微米和大约985毫微米之间的所述波长。
11．如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少一条准则包括在至少一个波长范围内使所述增益光谱平坦。
12．如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述一个波长范围是从大约1525毫微米到大约1540毫微米。
13．如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少一条准则包括减小对于一组所述信号波长的所述增益光谱的幅度之差。
14．如权利要求9所述的方法，其特征在于，把第一和第二组信号波长施于所述放大器，而且所述至少一条准则包括在减小在所述第一组信号波长处的所述增益光谱的所述幅度之差和减小在所述第二组信号波长处的所述增益光谱的所述幅度之差之间进行折衷。
15．如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少一条准则包括减小所述泵的老化对于所述增益光谱的所述影响。
16．如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述泵是激光器，而且所述至少一条准则包括减小跳模对于所述增益光谱的所述影响。
17．如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少一条准则包括减小动态增益偏畸的所述影响。
18．如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述放大器包括增益平坦滤波器，而且所述至少一条准则包括所述滤波器对于所述增益光谱的影响。
19．如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少一条准则包括所述增益光谱的所述斜率。
20．如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述光放大器是级联光放大器的成员之一，而且所述至少一条准则包括所述串联的光放大器中的至少一个其它放大器的经放大的自发发射的所述效应。
21．一种在传输系统中泵激掺铒石英光纤放大器的方法，其特征在于，所述传输系统具有两个或多个所述放大器，所述方法包括选择泵激光源使之具有一波长，从而基本上减小了由泵激光波长相关效应所引起的差分增益。
22．一种操作传输系统的方法，其特征在于，所述传输系统具有由光纤连接的发射机和接收机和沿着所述光纤设置的用来放大在所述发射机和接收机之间的信号信道的多个光放大器，每个所述放大器具有泵激光源，所述方法包括选择所述光源的所述波长，从而基本上减小由泵激光波长相关效应所引起的差分增益。
23．一种操作传输系统的方法，其特征在于，所述传输系统具有多个光放大器，每个光放大器包括掺铒石英光纤和泵激光源，所述方法包括选择所述光源的所述波长，使它落在970nm到977nm或者981nm到986nm的范围内。
24．如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法包括选择所述光源的所述波长，以使它落在974nm到975nm或者981nm到983nm的范围内。
25．如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法包括选择所述光源的所述波长，以使它落在974．5nm到975nm或者982nm到983nm的范围内。
26．如权利要求23所述的方法，其特征在于，安排所述多个光放大器以放大其所述波长落在1530nm到1565nm范围内的信号。
27．如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述方法包括选择所述光源的所述波长，以使它落在974nm到976nm或者981nm到984nm的范围内。
28．如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述方法包括选择所述光源的所述波长，以使它落在974nm到975nm或者982nm到983nm的范围内。
29．一种操作传输系统的方法，其特征在于，所述传输系统具有多个光放大器，每个光放大器包括掺铒石英光纤和泵激光源，所述方法包括选择所述光源的所述波长，以使它落在970nm到975nm或者982nm到986nm的范围内的2nm波带内。
30．一种操作传输系统的方法，其特征在于，所述传输系统具有多个光放大器，每个光放大器包括掺铒石英光纤和泵激光源，所述方法包括选择所述光源的所述波长，以使它落在970nm到975nm或者981nm到986nm的范围内的1nm波带内。
31．一种操作传输系统的方法，其特征在于，所述传输系统具有多个光放大器，每个光放大器包括掺铒石英光纤和泵激光源，所述方法包括选择所述光源的所述波长，以使它落在970nm到976nm或者981nm到986nm的范围内的0．5nm波带内。
32．一种操作传输系统的方法，其特征在于，所述传输系统具有用于放大信号的多个光放大器，其所述波长落在1530nm到1565nm范围内，每个光放大器包括掺铒石英光纤和泵激光源，所述方法包括选择所述光源的所述波长，以使它落在970nm到977nm或者981nm到986nm的范围内的2nm波带内。
33．如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述方法包括选择所述光源的所述波长，以使它落在970nm到977nm或者981nm到986nm的范围内的1nm波带内。
34．如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述方法包括选择所述光源的所述波长，以使它落在970nm到977nm或者981nm到986nm的范围内的0．5nm波带内。
35．一种操作光放大器的方法，其特征在于，所述光放大器具有用半导体激光器光泵激的光放大媒体，在所述方法中通过动态控制所述激光器的所述发射波长来调整所述增益光谱的所述形状。
36．一种操作光放大器的方法，其特征在于，所述光放大器具有用半导体激光器光泵激的光放大媒体，在所述方法中用反馈控制回路来控制由所述激光器传送到所述放大媒体的泵激功率的所述幅度，而且用调节装置来修改由所述被传送的泵激功率的变化直接引起的发射波长的变化。
37．一种在波分复用传输系统中的调节方法，其特征在于，所述波分复用传输系统具有通过包括级联的由激光二极管泵激的光放大器的波分复用传输路径与发射机光耦合的接收机，每个所述光放大器都具有增益光谱，所述调节方法是通过响应于所述放大器或者所述系统的所测工作参数动态调整它的激光二极管泵的温度，来调节至少一个所述放大器的所述增益光谱。
38．如权利要求37所述的在波分复用传输系统中的调节方法，其特征在于，所述波分复用传输系统具有通过包括级联的由激光二极管泵激的光放大器的波分复用传输路径与发射机光耦合的接收机，每个所述光放大器都具有增益光谱，所述调节方法是响应于施于所述放大器的所述激光二极管泵的驱动电流的幅度变化，来调节所述放大器的所述增益光谱。
39．如权利要求37所述的在波分复用传输系统中的调节方法，其特征在于，所述波分复用传输系统具有通过包括级联的由激光二极管泵激的光放大器的波分复用传输路径与发射机光耦合的接收机，每个所述光放大器都具有增益光谱，所述调节方法是响应于所述放大器的所述激光二极管泵的发射波长变化，来调节所述放大器的所述增益光谱。
40．如权利要求37所述的在波分复用传输系统中的调节方法，其特征在于，所述波分复用传输系统具有通过包括级联的由激光二极管泵激的光放大器的波分复用传输路径与发射机光耦合的接收机，每个所述光放大器都具有增益光谱，所述调节方法是响应于来自所述信号的所述放大器的功率输出差，来调节所述放大器的所述增益光谱，其中所述放大器放大至少两个波分复用信号。
41．如权利要求40所述的在波分复用传输系统中的调节方法，其特征在于，所述波分复用传输系统具有通过包括由级联的激光二极管泵激的光放大器的波分复用传输路径与发射机光耦合的接收机，每个所述光放大器都具有增益光谱，所述调节方法是调节所述放大器的所述增益光谱，而且还用所述功率输出差来动态调整所述级联放大器中的至少一个其它放大器的所述激光二极管泵的所述温度。
42．一种在波分复用传输系统中的调节方法，其特征在于，所述波分复用传输系统具有通过包括级联的由激光二极管泵激的光放大器的波分复用传输路径与发射机光耦合的接收机，每个所述光放大器都具有增益光谱，所述调节方法是通过响应于在所述接收机处由所述接收机从所述发射机接收到的至少两个波分复用信号之间的功率输出差动态调整至少一个所述放大器的所述泵激激光二极管的所述温度，来调节所述系统的所述增益光谱。
43．一种形成光放大器的方法，所述光放大器具有增益光谱，其特征在于，所述方法包括a)提供放大媒体；b)通过泵以在泵激光带内向所述放大媒体提供泵激功率，所述泵激功率具有拥有中心波长的光谱；和c)提供增益平坦滤波器；其中，选择所述泵和所述增益平坦滤波器，从而可用调节到在所述泵激光带内的所述中心波长的所述值的调节方法来调节所述放大器的所述增益光谱，从而所述增益光谱满足至少一条准则。
44．如权利要求1、3、9或43的任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述光放大媒体是掺铒光波导光纤，而且所述泵是在980毫微米光带内运作的半导体激光器。
45．一种具有增益光谱的光放大器，其特征在于，包括光放大媒体；向在泵激光带内的所述媒体提供泵激功率的泵，所述泵激功率具有拥有中心波长的光谱；和控制在所述泵激光带内的所述中心波长的所述值以控制所述增益光谱的所述形状的装置。
46．如权利要求45所述的光放大器，其特征在于，还包括(a)附加泵，所述附加泵向在所述泵激光带中的所述媒体提供附加泵激功率，所述附加泵激功率具有拥有中心波长的光谱；和(b)把所述附加泵激功率的所述中心波长的所述值控制在所述泵激光带内以控制所述增益光谱的所述形状的附加装置。
47．如权利要求45所述的光放大器，其特征在于，还包括控制向所述媒体提供的所述泵激功率的所述幅度以控制所述增益光谱的所述形状的装置。
48．如权利要求47所述的光放大器，其特征在于，用于控制向所述媒体提供的所述泵激功率的所述幅度的所述装置包括位于所述泵和所述光放大媒体之间的衰减器。
49．如权利要求45所述的光放大器，其特征在于，还包括增益平坦滤波器。
50．如权利要求45所述的光放大器，其特征在于，所述光放大媒体是掺铒光波导光纤，而所述泵是在980毫微米光带内工作的半导体激光器。
51．一种光放大器，其特征在于，所述光放大器具有由半导体激光器光泵激的光放大媒体，所述放大器包括通过动态控制所述激光器的所述发射波长来调整所述增益光谱的所述形状的控制装置。
52．一种光放大器，其特征在于，所述光放大器具有由半导体激光器光泵激的光放大媒体，所述放大器包括控制由所述激光器将其传送到所述放大媒体的泵激功率的所述幅度的反馈装置，而且还包括修正由所述传送的泵激功率变化直接导致的发射波长的变化的调节装置。
53．一种光放大器，其特征在于，所述光放大器具有由半导体激光器光泵激的光放大媒体，至少由从所述放大器的所测工作参数产生的信号部分地动态调整所述激光二极管的温度。
54．如权利要求53所述的光放大器，其特征在于，所述激光二极管响应于流过所述激光器的驱动电流来发射光，而所述工作参数就是所述驱动电流。
55．如权利要求53所述的光放大器，其特征在于，所述激光二极管在构成所述工作参数的波长处发射光。
56．一种传输系统，其特征在于，所述系统具有由光纤连接的发射机和接收机，以及沿着所述光纤设置以放大在所述发射机和接收机之间的信号信道的多个光放大器，每个所述放大器具有泵激光源，如此设置所述泵激光源的波长，从而实质上减小了由泵激光波长相关效应所引起的差分增益。
57．如权利要求56所述的传输系统，其特征在于，所述泵激光源是半导体激光器。
58．一种具有多个光放大器的传输系统，其特征在于，每个光放大器包括掺铒石英光纤和泵激光源，所述光源的所述波长落在970nm至977nm或981nm至986nm的范围内。
59．如权利要求58所述的系统，其特征在于，所述光源的所述波长落在974nm至975nm或981nm至983nm范围内。
60．如权利要求58所述的系统，其特征在于，所述光源的所述波长落在974．5nm至975nm或982m至983nm范围内。
61．如权利要求58所述的系统，其特征在于，用多个光放大器来放大其波长落在1530nm至1565nm范围内的信号。
62．如权利要求61所述的系统，其特征在于，所述光源的所述波长落在974nm至976nm或981nm至984nm范围内。
63．如权利要求61所述的系统，其特征在于，所述光源的所述波长落在974nm至975nm或982nm至983nm范围内。
64．一种具有多个光放大器的系统，其特征在于，每个光放大器包括掺铒石英光纤和泵激光源，所述光源的所述波长落在970nm至975nm或982nm至986nm范围内的2nm光带中。
65．一种具有多个光放大器的系统，其特征在于，每个光放大器包括掺铒石英光纤和泵激光源，所述光源的所述波长落在970nm至975nm或981nm至986nm范围内的1nm光带中。
66．一种具有多个光放大器的系统，其特征在于，每个光放大器包括掺铒石英光纤和泵激光源，所述光源的所述波长落在970nm至976nm或981m至986nm范围内的0．5nm光带中。
67．一种具有用于放大信号的多个光放大器的传输系统，其特征在于，所述信号的波长落在1530nm至1565nm范围内，每个光放大器包括掺铒石英光纤和泵激光源，所述光源的所述波长落在970nm至977nm或981nm至986nm范围内的2nm光带中。
68．如权利要求67所述的系统，其特征在于，所述光源的所述波长落在970nm至977nm或981nm至986nm范围内的1nm光带中。
69．如权利要求67所述的系统，其特征在于，所述光源的所述波长落在970nm至976nm或981nm至986nm范围内的0．5nm光带中。
全文摘要
本发明涉及光放大器的泵激波长调节以及在波分复用系统中对它的应用,所揭示的传输系统具有由光纤12连接的发射机11和接收机10。沿着光纤12设置多个具有泵激光源21的光放大器13。泵激光源的波长能够减小由泵激光波长相关效应所引起的差分增益。还揭示了WDM传输系统,它具有包括级联的由激光二极管泵激的光放大器13,其中至少由调整它的激光二极管泵21温度的反馈电路部分地控制放大器的增益光谱。
文档编号G02F1/39GK1206122SQ98105218
公开日1999年1月27日 申请日期1998年2月17日 优先权日1998年2月17日
发明者凯文·W·贝内特, 菲奥纳·戴维斯, 理查德·A·哈贝尔, 保罗·A·雅各布森, 奈杰尔·E·乔利, 马克·A·纽豪斯, 基姆拜伦·罗伯茨, 迈克尔·J·亚德洛斯基 申请人:康宁股份有限公司, 北方电信有限公司