专利名称：光纤放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于放大光信号的光纤放大器，具体地，涉及通过将用作稀土掺杂的光纤中的激励信号的泵浦束通过反馈环路或反射环路循环回该稀土掺杂的光纤而减少构成光纤放大器的有源光纤量并同时改进放大效率的光纤放大器。
已经制出通过光纤传输信息的光通信技术并正在广为应用。能高速传输大量信息的光通信技术应用在通过海底电缆的国际信息通信中，困为它们不受电磁感应引发的信号干扰与交扰。由于最近已研制出用于光通信的多路复用与网络技术，光通信技术正在逐渐地将它们的应用范围扩大到包含转换开关之间的声音与数据通信、有线电视或点播电视(VOD)在内的高速宽带多媒体通信的关键通信网络中。随着提供高速光信号传输与超长距离传输的光信号放大器的发展，光通信技术已得到改进。最近已积极地进行了关于具有用在波长多路复用中的平坦增益波长的放大器及用于图象分布技术的高增益放大器的研究。
早期光信号放大器通过雪崩型光电二极管将光信号转换成电信号来放大，并使用泵浦二极管将放大的电信号再转换成光信号。现在的光信号放大器采用稀土掺杂的光纤，因此可省略光信号放大的信号转换过程。上述稀土掺杂光纤是以诸如Er、Pr与Nd等稀土离子掺杂有源光纤的方式构成的。当将具有预定波长的泵浦束提供给稀土掺杂的光纤时，便由于稀土离子的激励而发射具有预定波长的受激光子，最终放大了通过对应的光纤传播的光信号。
图1示出了采用稀土掺杂的光纤的传统光纤放大器的配置。参见图1，光信号S耦合在第一光线路1上，泵浦束P耦合在第二光线路2上，第一与第二光线路1与2作为其输入耦合在多路复用器3上。对应用于多路复用器3的输出的第三光线路4通过稀土掺杂的光纤5及隔离器6连接在作为输出线路的第四光线路7上。在这一配置中，将分别通过第一与第二光线路1与2施加的光信号S与泵浦光束P用多路复用器3互相耦合，以便将它们一起包含在对应于多路复用器3的输出的第三光线路4中。
光信号S及泵浦束P作用在稀土掺杂的光纤5上，在其中泵浦束P激励掺杂在其中的稀土离子，以生成具有预定波长的受泵浦子。将这一光引入光信号S中而实现光放大。隔离器6防止将在光信号S反方向上前进的并包含诸如来自位于下一级中另一条稀土掺杂的光纤的泵浦束或光信号S的反射信号引入稀土掺杂的光纤5中。
根据掺杂到光纤中的掺杂剂、掺杂剂的浓度、掺杂的光纤的长度、泵浦的波长及泵浦的输出，确定光纤放大器的最大输出功率。由于掺杂有稀土离子的光纤是非常昂贵的，它需要缩短。然而当稀土掺杂的光纤变得更短时，便不足以进行光信号的放大，并从而得不到最佳的光信号。
再者，对于通过光纤传输的光信号而言，作为稀土掺杂的光纤中的激励光的泵浦束对应于噪声信号。从而，为了防止未消耗而留在稀土掺杂的光纤中的残留泵浦传输通过光纤，传统的光纤放大器在其输出端上包含一块反射镜来反泵浦束。然而，反射镜反射的不只是从稀土掺杂的光纤输出的泵浦束，还有一部分通过光纤传输的光信号。从而，有可能降低光信号的输出能级。
从而，本发明指向实质上消除由相关技术的限制与缺点引起的一个或多个问题的光纤放大器。
本发明的目的为提供明显地缩短其中所使用的稀土掺杂的光纤的长度的光纤放大器。
本发明的又一目的为提供不使用反射镜便能防止残留泵浦束从光纤放大器输出的光纤放大器。
本发明的另一目的为提供通过优化其放大效率来增进所利用的电功率的效率的光纤放大器。
本发明的其它特征与优点将在下面的说明中陈述，而其中的一部分将是从说明中显而易见的，或者是可以通过实践本发明而得知的。本发明的目的与其它优点将用书面说明及其极权利要求书与附图中所特别指出的结构实现与获得。
为了达到本发明的目的，按照本发明的第一方面的光纤放大器包括通过它传输光信号的光线路；设置在该光线路上的、掺杂有预定的稀土离子的稀土掺杂光纤；用于生成具有预定波长的泵浦束的泵浦束源；用于将泵浦束耦合到光线路上的第一多路复用器；用于分光通过稀土掺杂光纤输出的泵浦束的第二多路复用器；以及用将一部分分光的泵浦束循环回到稀土掺杂光纤的泵浦束反馈装置。
按照本发明的第一方面的另一光纤放大器包括通过它传输光信号的第一光线路；设置在光线路上的、掺杂有预定的稀土离子的稀土掺杂光纤；用于生成具有预定波长的第一泵浦束的第一泵浦束源；用于生成具有预定波长的第二泵浦光束的第二泵浦光束源；用于将第一泵浦束耦合到通过光线路传输的光信号上的第一多路复用器，第一泵浦束与光信号是在同一方向上传输的；用于将第二泵浦束耦合到通过光线路传输的光线信号上的第二多路复用器，第二泵浦束是在光信号的反方向上传输的；用于分光通过稀土掺杂的光纤输出并在光信号的同一方向上传输的泵浦束的第三多路复用器；用于分光通过稀土掺杂光纤输出并在光信号的反方向上传输的泵浦束的第四多路复用器；以及光耦合在第三与第四多路复用器上的第二光线路，其中第三与第四多路复用器通过第二光线路输出分光的泵浦束，并将通过光线路接收的泵浦束耦合到第一光线路上。
按照本发明的第一方面的另一光纤放大器还包括用于检测由反馈环路循环回来的泵浦束量的反馈泵浦束检测装置，以及用于在反馈泵浦束检测装置所检测到的泵浦束量的基础上控制第一与第二泵浦束源的输出能级的控制装置。
为了达到本发明的目的，按照本发明的第二方面的光纤放大器包括通过它传输光信号的光线路；设置在光线路上的、掺杂有预定的稀土离子的稀土掺杂光纤；用于生成具有预定波长的泵浦束的泵浦束源；用于将泵浦束耦合到光线路上的第一多路复用器；以及用于分光从稀土掺杂光纤输出的泵浦束并将其再一次提供给稀土掺杂光纤的泵浦束循环装置。
按照本发明的第二方面的又一光纤放大器包括通过它传输光信号的光线路；设置在光线路上的、掺杂有预定稀土离子的稀土掺杂光纤；用于生成具有预定波长的第一泵浦束的第一泵浦束源；用于生成具有预定波长的第二泵浦束的第二泵浦束源；用于将第一泵浦束耦合到通过光线路传输的光信号上的第一多路复用器，第一泵浦束与光信号是在同方向上传输的；用于将第二泵浦束耦合到通过光线路传输的光信号上的第二多路复用器，第二泵浦束是在光信号的反方向上传输的；用于分光通过稀土掺杂光纤输出的并在光信号的同方向上传输的泵浦束并将其再一次提供给稀土掺杂光纤的第一泵浦束循环装置；以及用于分光通过稀土掺杂光纤输出的并在光信号的反方向上传输的泵浦束，并将其再一次提供给稀土掺杂光纤的第二泵浦束循环装置。
本发明的第二方面的另一光纤放大器包括至少一个用于检测反射环路所反射的泵浦束量的泵浦束检测装置，及用于在泵浦束检测装置检测到的泵浦束量的基础上控制第一与第二泵浦束源的输出能级的控制装置。
按照如上构成的本发明，通过多路复用器将从稀土掺杂光纤输出的残留泵浦光束耦合到反馈回路或反射回路上，并将反馈回路或反射回路循环回来的残留泵浦光束用多路复用器重新提供给稀土掺杂光纤。从而，与传统的情况相比，有可能明显地缩短稀土掺杂光纤的长度，并防止将泵浦束传输通过光纤。再者，由于控制装置在从反馈泵浦束反馈装置提供的监控信号的基础上控制泵浦束源的输出，也有可能将光纤放大器的放大效率控制在最佳状态中。
应理解上文的一般性描述与下面的详细描述都是示范性与说明性的，并且旨在提供所要求的本发明的进一步说明。
为提供对本发明的进一步理解而包含及加入与构成本说明书的一部分的附图展示本发明的实施例，并与说明一起用来说明本发明的原理。附图中图1示出传统光纤放大器的配置；图2示出包含按照本发明的第一方面的第一实施例的泵浦束反馈回路的光纤放大器的配置；图3示出包含按照本发明的第一方面的第二实施例的泵浦束反馈回路的光纤放大器的配置；图4示出包含按照本发明的第一方面的第三实施例的泵浦束反馈回路的光纤放大器的配置；图5与图6示出包含按照本发明的其它实施例的泵浦束反馈回路的光纤放大器的配置；图7示出包含按照本发明的第二方面的第一实施例的反射环路的光纤放大器的配置；图8示出包含按照本发明的第二方面的第二实施例的反射环路的光纤放大器的配置；以及图9示出包含按照本发明的第二方面的第三实施例的反射环路的光纤放大器的配置。
现在详细参见本发明的较结实施例，其实例示出在附图中。
图2示出包含按照本发明的第一方面的第一实施例的泵浦束反馈环路的光纤放大器的配置，它采用反馈环路作为泵浦束的循环装置。参见图2，输入光信号S耦合在第一光线路21上，而泵浦二极管22生成的泵浦束P则耦合在第二光线路23上。将第一与第二光线路21与23提供给第一波分多路复用器24作为其输入。这里，光信号S具有诸如1520nm至1570nm的波长，而泵浦束P则具有980nm或1480nm的波长。泵浦二极管22的输出功率由从控制电路42提供的工作电流确定。
第一多路复用器24耦合光信号S与泵浦束P，并通过耦合在第二多路复用器26的一个输入端上的第三光线路25将它们送至第二波分多路复用器26。第二波分多路复用器26将光信号S及泵浦束P与下面要说明的第八光线路34接收的反馈泵浦束P耦合，并通过作为其输入连接在稀土掺杂的光纤28上的第四光线路27将它们送到稀土掺杂光纤28。光纤28掺杂有诸如Er等稀土离子，并得其长度设定为诸如传统光纤放大器中的稀土掺杂光纤的一半。光纤28并不固定在一个特定的长度上而是取决于泵浦二极管22生成的泵浦束P的波长或功率。
将来自稀土掺杂光纤28的输出光束耦合在连接到第三波分多路复用器30的第五光线路29上。这里，由于与传统光纤相比，稀土掺杂光纤28是明显地缩短了，如果泵浦二极管22生成的泵浦束P的功率类似于传统光纤放大器中的，则泵浦束P将连同光信号S一起保持在第五光线路29上。第三多路复用器30在它们的波长的基础上分光光信号S与泵浦束，并将它们分别耦合到第六与第七光线路31与32上。
通过第一抽头耦合器33将通过第七光线路32传播的泵浦束P耦合到第八光线路34上，第八光线路34连接在第二多路复用器26的另一输入端上。这里，第七与第八光线路32与34为从稀土掺杂光纤28输出的残留泵浦束构成一个反馈环路。第一抽头耦合器33按诸如99∶1的预定的比分光从第七光线路32施加的泵浦束P，并将泵浦束的各分部分别耦合到第八光线路34与第九光线路35上。第一光电二极管36光电转换通过第九光线路35作用的泵浦束以作为监控信号提供给控制电路42。
将由第三多路复用器30耦合在第六光线路31上的光信号S通过封锁反射光信号的隔离器37耦合在第二抽头耦合器38上。第二抽头耦合器38按诸如99∶1等预定的比分光光信号S，并将各分部分别耦合到第十与第十一光线路39与40上。耦合到第十光线路39上的光信号S部分作为输出信号传输，而耦合到第十一光线路40上的光信号S部分则被第二光电二极管41光电转换并作为监控信号作用在控制电路42上。
控制电路42根据通过第一与第二光电二极管36与41作用的监控信号控制供应给泵浦二极管22的工作电流量。这便是，控制电路42能在来自第一光电二极管36的监控信号的电平为高时通过减少供给泵浦二极管22的工作电流，并在来自第二光电二极管41的监控信号的电平为低时通过增加工作电流量而将光纤放大器控制在最佳状态中。
在如上构成的光纤放大器中，第一多路复用器24将通过第一光线路21输入的光信号S与泵浦二极管22生成的泵浦束P互相耦合，供通过第三线路25输出。通过第二多路复用器26将光信号S及泵浦束P与被反馈环路34循环回来的泵浦束耦合，以作用在稀土掺杂光纤28上。泵浦束P激励掺杂进光纤28中的稀土离子以生成具有预定波长的受泵浦子，将它们引入到要放大的光信号S中。将在稀土掺杂光纤28中放大的光信号S通过第三多路复用器30耦合到第六光线路31上，其损失甚小，供通过隔离器37传输。
在这一情况中，由于与传统的情况相比，光纤28的长度设定得较短，泵浦光束P保留在来自稀土掺杂光纤28的输出光束中，残留的泵浦束被第三多路复用器30波分及通过由第七与第八光线路32与34构成的反馈环路耦合到第二多路复用器26上。第二多路复用器26将被反馈环路循环回来的残留泵浦束P耦合到第四光线路27上，以便将泵浦束P重新提供给稀土掺杂光纤28。
这便是，在上述光纤放大器的配置中，泵浦二极管22生成的泵浦束P通过反馈环路32与34至少通过稀土掺杂光纤28两次。从而，与传统情况相比，能明显地缩短稀土掺杂光纤28的长度。再者，由于从稀土掺杂光纤28输出的残留泵浦束P是通过第三多路复用器30耦合在反馈环路32与34上的，便有可能不用独立的反射镜来防止泵浦束P通过光线路传播。再者，控制电路42根据从第一与第二光电二极管36与41作用的监控信号来控制泵浦二极管22的输出。从而，能将光纤放大器的放大效率控制在最佳状态中。
图3示出按照本发明的第一方面的第二实施例的光纤放大器的配置，与第一实施例中的在同一方向上提供泵浦束P与光信号S的正向方向激励模式相反，第二实施例采用反方向激励模式，其中泵浦束P是在光信号S的反方向上提供的。参见图3，输入光信号S耦合在第一光线路51上，后者又作为其一个输入耦合在第一波分多路复用器52上。第一多路复用器52将光信号S耦合到第二光线路53上，并且还将通过第二光线路53从稀土掺杂光纤54施加的残留泵浦束P耦合到第三光线路55上。
将耦合在第三光线路55上的泵浦束P耦合到第一抽头耦合器56上，后者以诸如99∶1的预定比分光泵浦束P，并将各分部分别耦合到第四与第五光线路57与58上。第四光线路57作为其输入连接在第二多路复用器61上，并与第三光线路55一起为从光纤54输出的残留泵浦束P构成反馈环路。将用第一抽头耦合器56耦合在第五线路上的泵浦束P的部分作用在第一光电二极管59上加以光电转换，并作为监控信号提供给控制电路72。
将耦合在第二线路53上的光信号S送至其输出光束通过第六光线路60作用在第二多路复用器61上的稀土掺杂光纤54。第二多路复用器61将通过第六线路60接收的光信号S耦合到第七光线路62上，并且还将通过第七光线路62作用的及来自反馈环路55与57的泵浦束通过第六光线路60耦合到稀土掺杂光纤54的输入上。
在这一本发明的第一方面的第二实施例中，例如将具有波长1520至1570nm的光束用作光信号S，而将具有波长980或1460nm的光束用作泵浦束P。光纤54掺杂有诸如Er离子等稀土离子，并将其长度设定为传统光纤放大器中所用的光纤的一半长度。图3中，参照数字63表示在控制电路72的控制下生成具有预定的波长的泵浦束的泵浦二极管。将从泵浦二极管63生成的泵浦束P耦合到第八光线路64上，后者连接在第三多路复用器65上作为其输入。第三多路复用器65将通过第七光线路62接收的光信号S耦合到第九光线路66上，并且还将从第八光线路64作用的泵浦束P耦合互第七光线路62上。
将通过第九光线路66传播的光信号S通过封锁反射光信号的隔离器67耦合在第二抽头耦合器68上。第二抽头耦合器68以诸如99∶1的预定比分光光信号S，并分别将各分部耦合在第十与第十一光线路69与70上。耦合到第十光线路69上的光信号S部分是作为输出信号传输的，而耦合到第十一光线路70上的光信号部分则通过第二光电二极管71光电转换，并作为监控信号提供给控制电路72。
控制电路72，与第一实施例类似，以下述方式根据通过第一与第二光电二极管59与71作用的监控信号控制供给泵浦二极管63的工作电流量，即在第一光电二极管59作用的监控信号的电平为高时减少工作电流量，而在第二光电二极管71作用的监控信号的电平为低时增加工作电流量，借此将光纤放大器控制在最佳状态中。
在按照本发明的第一方面的第二实施例的光纤放大器中，将泵浦二极管63生成的泵浦束P通过第三与第二多路复用器65与61送至稀土掺杂光纤54，并激励掺杂在光纤54中的稀土离子，以生成具有预定波长的受泵浦子，并将它们引入到通过第一多路复用器52输入及通过光纤54传输的光信号S中，以放大光信号S。
再者，由于与传统的情况相比，明显地缩短了稀土掺杂光纤54的长度，从光纤54输出预定量的泵浦束，并通过第一多路复用器52将残留的泵浦束作用在反馈环路55与57上，被反馈环路循环回来，并通过第二多路复用器61耦合到第六光线路60上，供重新提供给稀土掺杂光纤54。控制电路72根据来自第一与第二光电二极管59与71的监控信号控制泵浦二极管63的输出。从而，光纤放大器的电功率效率得以优化并且稀土掺杂光纤54得以缩短。再者，从稀土掺杂光纤54输出的泵浦束P通过反馈环路55与57连续地重新提供到其中，便有可能防止泵浦束通过光线路传输。
图4示出包含按照本发明的第一方面的第三实施例的反射环路的光纤放大器的配置，该放大器采用双向激励模式。参见图4，输入光信号S与泵浦二极管81生成的第一泵浦束P1用第一波分多路复用器82互相耦合，以极小的损失通过第二波分多路复用器83，然后作用在稀土掺杂光纤84上。光纤84的长度相当于传统光纤放大器的稀土掺杂光纤一半的长度。从稀土掺杂光纤84输出的光信号S通过第三与第四波长多路复用器85与86，损失极小。
从稀土掺杂光纤84输出的残留第一泵浦束P1被第三多路复用器85波分并耦合到反馈环路87上。第一泵浦束P1通过反馈环路87循环回到第二多路复用器83，以便重新提供给稀土掺杂光纤84。将第二泵浦二极管88生成的第二泵浦束P2耦合到第四多路复用器86的输入端上，以便通过第三多路复用器85提供给稀土掺杂光纤84。从光纤84输出的残留第二泵浦束P2被第二多路复用器83波分，以便耦合到反馈环路87上。然后，将反馈环路87循环回到第三多路复用器85的残留第二泵浦束P2重新提供给光纤84。
反馈环路87包括以诸如99∶1的预定比将从反馈环路87提供的第一或第二泵浦束P1或P2分光的第一抽头耦合器89，并将一部分分光的泵浦束作用在第一光电二极管90上，后者光电转换接收的泵浦束并将其作为监控信号提供给控制电路94。通过封锁反射光信号的隔离器91将从第四多路复用器86输出的光信号S耦合在第二抽头耦合器92上。第二抽头耦合器92从诸如99∶1的预定比分光从隔离器91输出的光信号S，并将一部分分光的光信号作用在第二光电二极管93上，后者光电转换所接收的光信号并将其作为监控信号提供给控制电路94。
控制电路94根据通过第一与第二光电二极管90与93提供的监控信号控制供给第一与第二泵浦二极管81与88的工作电流量。这便是，当从第一光电二极管90提供的监控信号的电平为高时通过减少供给第一与第二泵浦光二极管81与88的工作电流量，及当从和疆光电二极管93提供的监控信号的电平为低时通过增加工作电流量而将光纤放大器控制在最佳状态中。
如上所述，光信号S通过第一与第二多路复用器82与83作用在稀土掺杂光纤84上。这里，作为稀土掺杂光纤84的激励信号，通过第一与第二多路复用器82与83将第一泵浦二极管81生成的第一泵浦束P1提供给它，并通过第四与第三多路复用器86与85将第二泵浦二极管88生成的第二泵浦束P2也提供给它。第一与第二泵浦束P1与P2具有相同的波长。
将稀土掺杂光纤84的长度设定为短于传统的光纤。从而，当第一与第二泵浦光二极管81与88的输出与传统的光纤放大器的一样大时，第一与第二泵浦束P1与P2并未完全消耗而剩余在稀土掺杂光纤84中。第一与第二泵浦束P1与P2的残留光束分别被第三与第二多路复用器85与83波分，以便耦合到反馈环路87上。然后用反馈环路87将它们循环回到第三与第二多路复用器85与83，以便作用在稀土掺杂光纤84上。在泵浦束未耗尽而剩留在稀土掺杂光纤84中时，第一与第二泵浦束P1与P2的这一反馈操作继续执行。
当将第一与第二泵浦束P1与P2提供给稀土掺杂光纤84时，从光纤94发射受泵浦子以便引入正在光纤94上传输的光信号S中以放大该光信号。控制电路94根据从第一与第二光电二极管90与93供给的监控信号控制第一与第二泵浦二极管81与90的输出将光纤放大器的放大效率控制在最佳状态中。
在本发明的第一方面的第三实施例中，从稀土掺杂光纤84输出的泵浦束被反馈环路87循环回到其中。从而，如果第一与第二泵浦二极管81与88的输出与传统光纤放大器中的一样大，便能将稀土掺杂光纤84的长度缩短到传统光纤放大器的光纤长度的一半以下。再者，为了将泵浦束消耗尽，将从稀土掺杂光纤84输出的残留泵浦束P1与P2连续地重新提供到其中。这里，由于第一光电二极管90检测到重新提供给光纤84的泵浦束量，并且根据检测到的信号控制第一与第二泵浦二极管的输出功率，便有可能将光纤放大器的电功率设定在最佳状态中。
虽然本发明适用于采用图2与3中所示的实施例中的单一泵浦二极管(泵浦源)的正向方向激励模式及反向激励模式，但本发明也能以相同方式应用在具有多个泵浦源的光纤放大器上，如图5与6中所示。
图7示出按照本发明的第二方面的第一实施例的光纤放大器的配置，它采用反射环路作为泵浦束的循环装置。参见图7，将输入光信号S耦合在第一光线路121上，并将泵浦二极管122生成的泵浦束P耦合在第二光线路123上。将第一与第二光线路121与123提供给第一波分多路复用器124作为其输入。这里，光信号S具有诸如1520至1570nm的波长，而泵浦束P则具有980nm或1480nm的波长。泵浦二极管122的输出功率是由控制电路140提供的工作电流决定的。
第一多路复用器124将光信号S与泵浦束P耦合并将它们送至第三光线路125上，后者耦合在稀土掺杂光纤126上作为其输入。稀土掺杂光纤126掺杂有诸如Er等稀土离子，并将其长度设定为传统光纤放大器中的光纤长度的一半。这里，光纤126的长度并非特定的一种，而是取决于泵浦二极管122生成的泵浦束P的波长或功率的。将从稀土掺杂光纤126输出的光束耦合到连接在第二多路复用器128上的第四光线路127上。这里，如上所述，由于与传统的情况相比，稀土掺杂光纤126校短，如果泵浦二极管122生成的泵浦束P的输出与传统光纤放大器中的一样多，泵浦束P将与光信号S一起乘余在第四光线路127中。
第二多路复用器128在它们的波长的基础上分光光信号S与泵浦束P，并将它们分别耦合到第五与第六光线路129与130上。将通过第六光线路130传播的泵浦束P通过第一抽头耦合器131耦合在反射环路132上，其损失极小。然后，泵浦束P被反射环路132循环回来以便再一次耦合到第一抽头耦合器131上。第一抽头耦合器131以诸如99∶1的预定比分光被反射环路132循环回来的泵浦束P，并将各分部分别耦合到第六与第七光线路130与133上。将耦合在第六光线路130上的泵浦束P的部分耦合到第二多路复用器128上作为其输入。然后，第二多路复用器128通过第四光线路127将泵浦束P发送到稀土掺杂光纤126上。将被第一抽头耦合器131耦合到第七光线路133上的泵浦束P的部分作用在第一光电二极管134上，加以光电转换，然后作用在控制电路140上作为监控信号。
将被第二多路复用器128耦合在第五光线路129上的光信号S通过封锁反射光信号的隔离器135耦合在第二抽头耦合器136上。第二抽头耦合器136以诸如99∶1的预定比分光光信号S，并将各分部分别耦合到第八与第九光线路137与138上。耦合到第八光线路137上的光信号S的部分是作为输出信号传输的，而耦合到第九光线路138上的光信号S的部分则被第二光电二极管139光电转换，以便作为监控信号作用在控制电路140上。
控制电路140根据第一与第二光电二极管134与139作用的监控信号控制提供给泵浦二极管122的工作电流量。这便是，控制电路140通过在第一光电二极管134作用的监控信号的电平为高时减少供给泵浦二极管122的工作电流量，并在第二光电二极管139作用的监控信号的电平为低时增加工作电流量，而将光纤放大器控制在最佳状态中。
在如上构成的光纤放大器中，第一多路复用器124将输入光信号S与泵浦二极管122生成的泵浦束互相耦合，并将它们作用在稀土掺杂光纤126上，在其中泵浦束P激励掺杂在其中的稀土离子以生成具有预定波长的受泵浦子。将受泵浦子引入光信号S中并放大它。这里，由于与传统的情况相比，稀土掺杂光纤126的长度设定得较短，泵浦束P剩余在从光纤126的输出光束中。通过第二多路复用器128将残留的泵浦束耦合到反射环路132上，并被反射环路循环回来以便通过抽头耦合器131重新耦合到第二多路复用器128上。第二多路复用器128通过第四光线路127将泵浦束P发送到稀土掺杂光纤上。
在上述光纤放大器中，泵浦二极管122生成的泵浦束P通过稀土掺杂光纤126至少两次。从而，与传统光纤放大器中的光纤相比，可以明显地缩短光纤126的长度。再者，从稀土掺杂光纤126输出的残留泵浦束是通过第二多路复用器128耦合到反射环路132上的，被反射环路循环回来，并通过第二多路复用器128重新作用在稀土掺杂光纤126上。从而，有可能不用设立独立的反射镜便防止泵浦束P传输通过光纤。再者，控制电路140通过根据从第一与第二光电二极管134与130作用的监控信号来控制生成泵浦束P的泵浦二极管122的输出，而将光纤入大器的放大放率控制在最佳状态中。
图8示出具有按照本发明的第二方面的第二实施例的泵浦束反射环路的光纤放大器的配置，它采用反向激励模式，与在其中在同一方向上提供泵浦束P及光信号S的第一实施例的正向方向激励模式相反，在第二实施例中泵浦束P是在光信号S的反方向上提供的。参见图8，将输入光信号S耦合到第一光线路141上，后者连接在第一波分多路复用器142上作为其输入。第一多路复用器142将通过第二光线路143作用在其上的泵浦束P耦合到第三光线路144上，并且还将通过第三光线路44作用的泵浦束P耦合到通过第一光线路141作用的光信号S上，以便将它们送至第二光线路143上。
将被第一多路复用器142耦合在第三光线路144上的泵浦束P通过第一抽头耦合器145耦合到反射环路146上，其损失极少，由反射环路循环回来，以便再一次耦合到第一抽头耦合器145上。第一抽头耦合器145以诸如99∶1的预定比分光被反射环路146循环回来的泵浦束P，并将各分部分别耦合到第三与第四光线路144与147上。将耦合在第三光线路144上的泵浦束P部分重新作用在第一多路复用器142上作为其输入。从而，被第一多路复用器142耦合到第二光线路143上的光束中包含通过第一光线路141输入的光信号S及由反射环路146循环回来的泵浦束。将被第一抽头耦合器145耦合在第四光线路147上的泵浦束P部分送至第一光电二极管148，加以光电转换，然后作为监控信号作用在控制电路160上。将耦合在第二光线路143上的光信号S与反射的泵浦束P作用在稀土掺杂光纤149上，后者的输出光束通过第五光线路150耦合在第二波分多路复用器151上作为其输入。
在这一本发明的第二方面的第二实施例中，作为光信号采用了诸如具有波长1520至1570nm的光束，并采用具有波长980或1480nm的光束作为泵浦束P。光纤149掺杂有诸如Er等稀土离子，并将其长度设定为传统光纤放大器中的光纤长度的一半。图8中，参照数字152表示在控制电路160的控制下生成具有预定波长的泵浦束P的泵浦二极管。将泵浦二极管152生成的泵浦束P耦合到第六光线路153上，后者连接在第二多路复用器151上作为其输入。第二多路复用器151将通过第六光线路153接收的泵浦束P耦合在第五光线路150上，以将其作为激励光束提供给稀土掺杂光纤149。
将来自第二多路复用器151的光信号S耦合到第七线路154上，后者通过封锁反射光信号的隔离器155连接在第二抽头耦合器156上。第二耦合器156以诸如99∶1的预定比分光光信号S，并将各分部分别耦合到第八与第九光线路157与158上。耦合在第八光线路157上的光信号部分是作为输出信号传输的，而耦合在第九光线路158上的光信号部分则通过第二光电二极管159加以光电转换，以便作为监控信号提供给控制电路160。
控制电路160，与第一实施例类似，以下述方式根据通过第一与第二光电二极管148与159作用的监控信号控制供给泵浦二极管152的工作电流量，即当第一光电二极管148作用的监控信号的电平为高时，减少工作电流量，而当第二光电二极管159作用的监控信号的电平为低时，增加工作电流量，借此将光纤放大器控制在最佳状态中。
在按照本发明的第二方面的第二实施例中的光纤放大器中，将泵浦二极管152生成的泵浦束P通过第二多路复用器151送至稀土掺杂光纤149，并激励掺杂到其中的稀土离子以生成具有预定波长的受泵浦子，并将它们引入到通过第一多路复用器142输入且正在通过光纤54传输的光信号S中，从而放大光信号S。
再者，由于与传统的情况相比，明显地缩短了稀土掺杂光纤149的长度，一部分泵浦束P便剩余在来自稀土掺杂光纤149的输出光束中。并且残留的泵浦光束是通过第一多路复用器142送至反射环路146的。将反射环路146循环回来的残留泵浦束P通过抽头耦合器145耦合到第一多路复用器142上，而第一多路复用器则将循环泵浦束提供给稀土掺杂光纤149，重新将其耦合到第二光线路143上。控制电路160根据来自第一与第二光电二极管148与159的监控信号控制泵浦二极管152的输出。从而，光纤放大器的电功率效率得以优化，同时稀土掺杂光纤149的长度得以缩短。
图9示出包含按照本发明的第二方面的第三实施例的泵浦束反射环路的光纤放大器的配置，它采用了双向激励模式。参见图9，第一波分多路复用器172将输入光信号S与第一泵浦二极管171生成的第一泵浦束相耦合，以极少损失通过第二波分多路复用器173，然后作用在稀土掺杂光纤174上。光纤174的长度设定为传统光纤放大器中的光纤长度的一半。从稀土掺杂光纤174输出的光信号S以极小的损失通过第三与第四波分多路复用器175与176。
从稀土掺杂光纤174输出的残留第一泵浦束P1被第三多路复用器175波分并通过第一抽头耦合器177耦合在第一反射环路178上。将第一反射环路178循环回来的残留第一泵浦束P1通过第一抽头耦合器177重新耦合到第三多路复用器175上以便提供给稀土掺杂光纤174。第一抽头耦合器177以诸如99∶1的预定比分光第一反射环路178循环回来的第一泵浦束P1，并将分光的第一泵浦束的一部分作用在第一光电二极管179上。该部分第一泵浦光束P1被第一光电二极管179光电转换，以便作为监控信号作用在控制电路187上。
将第二泵浦二极管180生成的第二泵浦束P2耦合到第四多路复用器176的输入上，以便通过第三多路复用器175提供给稀土掺杂光纤174。从稀土掺杂光纤174输出的残留第二泵浦束P2被第二多路复用器173波分及通过第二抽头耦合器181耦合到第二反射环路182。然后，第二反射环路182将残留第二泵浦束P2循环回来并通过第二抽头耦合器181耦合到第二多路复用器173的输入上作为其输入，以便提供给稀土掺杂光纤174。
第二抽头耦合器181以诸如99∶1的预定比分光第二泵浦束P2，并将一部分分光的第二泵浦束作用在第二光电二极管183上，后者光电转换所接收的泵浦束并将其作为监控信号提供给控制电路187。将从第四多路复用器176输出的光信号S通过封锁反射光信号的隔离器184耦合到第三抽头耦合器185上。第三抽头耦合器185按诸如99∶1的预定比分光从隔离器184输出的光信号S，并将一部分分光的光信号作用在第三光电二极管186上，后者光电转换所接收的光信号并将其作为监控信号提供给控制电路187。
控制电路187根据通过第一、第二与第三光电二极管179、183与186提供的监控信号控制提供给第一与第二泵浦二极管171与180的工作电流量。这便是，控制电路187通过在从对应的第一或第二光电二极管179或180提供的监控信号的电平为高时减少供给第一或第二泵浦二极管171与180的工作电流量，而在从第三光电二极管186提供的监控信号的电平为低时增加工作电流量，而将光纤放大器控制在最佳状态中。
如上所述，通过第一与第二多路复用器172与173将光信号S作用在稀土掺杂光纤174上。这里，作为稀土掺杂光纤174的激励信号，通过第一与第二多路复用器172与173将第一泵浦二极管171生成的第一泵浦束P1提供给稀土掺杂光纤174，并通过第四与第三多路复用器176与175将第二泵浦二极管180生成的第二泵浦束P2也提供给稀土掺杂光纤174。这里，第一与第二泵浦束P1与P2具有相同的波长。
将稀土掺杂光纤174的长度设定为短于传统光纤放大器的。从而，当第一与第二泵浦二极管171与180的输出与传统的光纤放大器的输出一样多时，并不耗尽第一与第二泵浦束P1与P2而是剩余在稀土掺杂光纤174中。第一与第二泵浦束的残留光束分别被第三与第二多路复用器175与173波分，以便耦合到第一与第二反射环路178与182上。然后，将反射环路178与182循环回来的残留泵浦束P1与P2通过第三与第二多路复用器175与173重新作用在稀土掺杂光纤174上。在泵浦束未耗尽而剩余在稀土掺杂光纤174中时，继续为第一与第二泵浦束P1与P2执行这一反射操作。
当将第一与第二泵浦束P1与P2提供给稀土掺杂光纤174时，便从稀土掺杂光纤174发射受泵浦子，以便引入正在通过它传输的光信号S而加以放大。控制电路187通过根据从第一、第二与第三光二极管179、183与186提供的监控信号控制第一与第二泵浦二极管171与180的输出而将光纤放大器的放大效率控制在最佳状态中。
在第三实施例中，从稀土掺杂光纤174输出的泵浦束通过反射环路反射回其中，并且通过第一与第二反射环路178与182重复地进行这一反射。从而，可将光纤174的长度缩短到传统的光纤放大器中的光纤长度一半以下。再者，为了耗尽泵浦束，连续地将从稀土掺杂光纤174输出的残留泵浦束重新提供到其中。这里，第一与第二光电二极管179与183检测重新提供给光纤174的泵浦束的量，并根据检测到的信号控制第一与第二泵浦二极管171与180的输出功率，借此将光纤放大器的功率效率设定在最佳状态中。
如上所述，按照本发明，得以明显地缩短用在光纤放大器中的稀土掺杂光纤的长度。再者，在稀土掺杂光纤中耗尽泵浦束，以改进光纤放大器的放大效率，及防止残留的泵浦束传输通过光线路。
对于熟悉本技术的人员，显而易见可在本发明的光纤放大器中作出各种修正与变型而不脱离本发明的精神与范围。从而，只要它们进入所附权利要求书及其等效物的范围之内，本发明旨在覆盖这一发明的修正与变型。
权利要求
1.一种光纤放大器，包括通过它传输光信号的光线路；设置在光线路上的掺杂有预定稀土离子的稀土掺杂光纤；用于生成具有预定波长的泵浦束的泵浦束源；用于将泵浦束耦合到光线路上的第一多路复用器；用于分光通过稀土掺杂光纤输出的泵浦束的第二多路复用器；以及用于循环一部分分光的泵浦束回到稀土掺杂光纤的泵浦束反馈装置。
2.权利要求1中所要求的光纤放大器，其中用第一多路复用器耦合在光线路上的泵浦束是与光信号同方向传输的。
3.权利要求1中所要求的光纤放大器，其中用第一多路复用器耦合在光线路上的泵浦束是与光信号反方向传输的。
4.权利要求1中所要求的光纤放大器，还包括泵浦束检测装置，用于检测通过反馈装置循环回到稀土掺杂光纤的泵浦束量；以及控制装置，用于根据泵浦束检测装置检测到的泵浦束量控制泵浦束源的输出能级。
5.权利要求1中所要求的光纤放大器，还包括光信号检测装置，用于检测通过稀土掺杂光纤放大的光信号量；以及控制装置，用于根据光信号检测装置检测到的光信号量控制泵浦束源的输出能级。
6.一种包含泵浦束反馈环路的光纤放大器，包括通过它传输光信号的第一光线路；设置在光线路上的掺杂有预定稀土离子的稀土掺杂光纤；用于生成具有预定波长的第一泵浦束的第一泵浦束源；用于生成具有预定波长的第二泵浦束的第二泵浦束源；用于将第一泵浦束耦合到通过光线路传输的光信号上的第一多路复用器，第一泵浦束与光信号是同方向传输的；用于将第二泵浦束耦合到通过光线路传输的光信号上的第二多路复用器，第二泵浦束与光信号是反方向传输的；用于分光通过稀土掺杂光纤输出并与光信号同方向传输的泵浦束的第三多路复用器；用于分光通过稀土掺杂光纤输出并与光信号反方向传输的泵浦束的第四多路复用器；以及光耦合在第三与第四多路复用器上的第二光线路，其中第三与第四多路复用器通过第二光线路输出分光的泵浦束，并将通过光线路接收的泵浦束耦合到第一光线路上。
7.权利要求6中所要求的光纤放大器，还包括泵浦束检测装置，用于检测通过第二光线路传输的泵浦束量；以及控制装置，用于根据泵浦束检测装置检测到的泵浦束量控制第一与第二泵浦束源的输出能级。
8.权利要求6中所要求的光纤放大器，还包括光信号检测装置，用于检测通过稀土掺杂光纤放大的光信号量；以及控制装置，用于根据光信号检测装置检测到的光信号量控制第一与第二泵浦束源的输出能级。
9.一种包含泵浦束反馈装置的光纤放大器，包括通过它传输光信号的光线路；设置在光线路上的掺杂有预定稀土离子的稀土掺杂光纤；多个泵浦束源，各个生成具有预定波长的泵浦束；用于将泵浦束耦合到光线路上的多个光束耦合多路复用器；用于分光通过稀土掺杂光纤输出的泵浦束的多个光束分光多路复用器；以及用于将被光束分光多路复用器分光的泵浦束循环回到稀土掺杂光纤的泵浦束反馈装置。
10.一种包含泵浦束反射环路的光纤放大器，包括通过它传输光信号的光线路；设置在光线路上的掺杂有预定稀土离子的稀土掺杂光纤；用于生成具有预定波长的泵浦束的泵浦束源；用于将泵浦束耦合到光线路上的第一多路复用器；以及用于分光从稀土掺杂光纤输出的泵浦束并将其再一次提供给稀土掺杂光纤的泵浦束循环装置。
11.权利要求10中所要求的光纤放大器，其中该泵浦束循环装置包括连接在光线路上的第二多路复用器，及用于反射循环从第二多路复用器输出的光束并将其耦合到第二多路复用器上作为其输入的反射环路，第二多路复用器将在第一方向上通过光线路传输的泵浦束作用在反射环路上，并将从反射环路接收的泵浦束耦合到与第一方向相反方向上的光线路上。
12.权利要求10中所要求的光纤放大器，其中用第一多路复用器耦合在光线路上的泵浦束是在光信号同方向上传输的。
13.权利要求10中所要求的光纤放大器，其中用第一多路复用器耦合在光线路上的泵浦束是在光信号反方向上传输的。
14.权利要求10中所要求的光纤放大器，还包括泵浦束检测装置，用于检测被泵浦束循环装置循环回来的泵浦束量；以及控制装置，用于根据泵浦束检测装置检测到的泵浦束量控制泵浦束源的输出能级。
15.权利要求10中所要求的光纤放大器，还包括光信号检测装置，用于检测通过稀土掺杂光纤放大的光信号量；以及控制装置，用于根据光检测装置检测到的光信号量控制泵浦束源的输出能级。
16.一种包含泵浦束反射环路的光纤放大器，包括通过它传输光信号的光线路；设置在光线路上的掺杂有预定稀土离子的稀土掺杂光纤；用于生成具有预定波长的第一泵浦束的第一泵浦束源；用于生成具有预定波长的第二泵浦束的第二泵浦束源；用于将第一泵浦束耦合到通过光线路传输的光信号上的第一多路复用器，第一泵浦束与光信号是同方向传输的；用于将第二泵浦束耦合到通过光线路传输的光信号上的第二多路复用器，第二泵浦束是与光信号反方向传输的；用于分光通过稀土掺杂光纤输出并与光信号同方向传输的泵浦束，并将其再度提供给稀土掺杂光纤的第一泵浦束循环装置；以及用于分光通过稀土掺杂光纤输出并与光信号反方向传输的泵浦束，并将其再度提供给稀土掺杂光纤的第二泵浦束循环装置。
17.权利要求16中所要求的光纤放大器，其中该泵浦束循环装置包括耦合在光线路上的多路复用器，及用于反射循环从该多路复用器输出的光束并将其耦合到该多路复用器上作为其输入的反射环路，该多路复用器将在第一方向上通过光线路传输的泵浦束作用在该反射环路上，该多路复用器将从反射环路接收的泵浦束在与光信号相反的方向上耦合到光线路上。
18.权利要求16或17中所要求的光纤放大器，还包括至少一个泵浦束检测装置，用于检测被泵浦束循环装置循环回来的泵浦束量；以及控制装置，用于根据泵浦束栓侧装置所检测到的泵浦束量控制第一与第二泵浦光束源的输出能级。
19.权利要求16中所要求的光纤放大器，还包括光信号检测装置，用于检测通过稀土掺杂光纤放大的光信号量；以及控制装置，用于根据该光信号检测装置所检测到的光信号量控制第一与第二泵浦束源的输出能级。
全文摘要
公开的光纤放大器包括:通过它传输光信号的光线路;设置在光线路上的掺杂有预定稀土离子的稀土掺杂光纤;用于生成具有预定波长的泵浦束的泵浦光束源;用于将泵浦束耦合到光线路上的第一多路复用器;用于分光从稀土掺杂光纤输出的束浦束的第二多路复用器;以及用于将第二多路复用器分光的泵浦束循环回到稀土掺杂光纤的泵浦束循环装置。
文档编号H04B10/17GK1189724SQ97126139
公开日1998年8月5日 申请日期1997年12月31日 优先权日1997年12月31日
发明者赵星七, 崔奉洙 申请人:大宇通信株式会社