专利名称：：光放大设备的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种新型的光放大设备，尤其但不排他地涉及在光纤网络中使用的光放大设备。光纤正快速地渗透到用于分送(distribution)CATV(有线电视)服务的用户接入网中。当今的CATV转发站将分送式服务提供给网络中的大量用户(＞1000)，在光纤部分和同轴部分中进行大量分束。目前对交互式服务的要求与远程工作和高质量电视电话一样正在增长，而且它要求在服务器和客户之间提供高带宽和双向的链路。为了在CATV网络中实现这种交互式服务，必须发展高清晰度的波分复用(HDWDM)技术和器件。这些基本器件中的一个是双向多波长光放大器，它必须对上游和下游信号补偿沿链路的传播和分光损耗。这类器件目前还没有。本发明提供了一种新型的光放大器结构，它具有两条并行的光分路，一条用于放大数字信号，另一条用于放大模拟信号。这些光分路是平行的，即指它们平行联结以使某些信号通过一条分路，而另一些则可能同时通过另一条分路。此光放大设备的较佳实施例可以同时放大模拟CATV信号和多个多路复用的双向数字信号，从而为上游和下游信号补偿了沿链路的传播和分光损耗。尤其较佳的是，本发明的光放大设备应用掺铒光纤放大器(EDFA)元件。一般，在光放大设备中数字路径处理的波长在EDFA增益光谱的较短波长区域(例如，1530-1545纳米)，而光放大器的模拟路径所处理的波长在较长的波长区域(1550-1560纳米)。模拟信号的频率调制常常导致发射激光器的频率变化。用1550-1560纳米波带放大模拟信号会使因发射机激光器的这种频率变化而引起的模拟信号畸变减小，因为EDFA元件的增益斜率在这部分光谱中很平缓。在本发明的一个实施例中，处理数字信号的光分路包括第一和第二放大部分(有利地，分别用EDFA线圈来实现)，以及位于这两个放大部分之间的增益平坦滤光器。利用该结构可以选择增益平坦滤光器的位置，从而为上游和下游信道，实现在低噪声和最优输出功率之间的最佳折衷。较好地，用两个激光器来驱动并行模拟和数字路径中的放大装置。用这种方法，每条路径的增益都可以独立于另一条的增益进行控制。更好地，用每个激光器驱动数字路径中的放大装置，而只用一个激光器驱动模拟路径中的放大装置。最好，用波分复用器/去复用器将并行的数字和模拟路径在其末端结合在一起。这种器件不仅能按需要分离和合并数字和模拟信号，而且它们降低了因多条路径干扰而产生的串扰，并且通过对放大的自发发射(ASE)滤波，提供了模拟和数字部分的噪声系数。当模拟分路处理单向信号时，还希望该分路包括一光隔离器。为了使整个设备小型化，可以将本发明的光放大设备与分布网络的第一信号分路器结合成一体。参照附图，阅读以下举例的较佳实施例，将清楚本发明的其它特征和优点。图1示出了依照本发明第一实施例的光放大设备的一般结构；图2示出了依照本发明第二实施例的光放大设备的一般结构；图3示出了依照本发明第三实施例的光放大设备的一般结构。如图1所示，本发明的光放大设备包括第一条和第二条并行的光分路1和2。第一条并行分路1适用于放大多个多路复用的单向或者最好是双向数字信号，而第二条光路适用于放大单向模拟信号，尤其是带宽相对较宽的信号。波分复用器/去复用(WDM)器3将并行的光分路在其末端合并在一起，而并行的两条光路分别由第一和第二激光二极管4A和4B驱动。在本例中，激光二极管4A和4B的工作波长为980纳米，输出功率为120mW。但是，如本领域熟练技术人员所知的，根据放大介质中的激活掺杂物，可以使用不同的抽运激光波长。WDM器件3是介质带宽的分带器，并且用于分离和重新组合模拟信道和数字信道。它们还可以降低多路径干扰所引起的串扰，并且通过对放大的自发发射滤波来改善两部分的噪声系数。这类器件适用于光纤、光栅、薄膜或本领域已知的其它类型的WDM。在本发明的此实施例中，放大设备的并行分路使用掺铒的光纤放大器5、6和7。第一并行分路工作在铒的增益光谱中较短的波长带(蓝色)(1530-1545纳米)中，而第二并行分路工作在铒的增益光谱中较长的波长带(红色)(1550-1560纳米)中。如上所述，使用较长的波长带可以减少当对发射机激光器作内部调制时其频率变化所引起的模拟信号的畸变。第一光分路1最好是双向的(即，没有光隔离器)。此第一光分路1用来同时放大上游和下游的数字信道，并且当两个相邻复用的上游和下游信道之间的信道间隔为0.8纳米(100GHz)时，在1535-1541纳米窗内可以容纳多达8条数字信道(例如，4条上游、4条下游)。上游和下游信号的波长交错可以减轻在共同传播的信号之间可能发生的四波混频效应，同时只使用增益曲线中较小的光谱范围。最好，在第一光分路中用两个放大部分(这里是EDFA线圈5和6)并在它们之间安置增益平坦滤光器8来进行放大。增益平坦滤光器可以减小不同数字信道之间的增益波纹。通过使用两个放大部分5和6，可以找到增益平坦滤光器8的优化位置，从而为上下游信道在噪声系数和优化输出功率之间实现适当的折衷。在本例中，两个放大部分5和6分别由5.5米长的第一EDFA线圈和12米长的第二EDFA线圈组成。应该理解，其它的双线圈结构还可以提供不同的线圈组合，和/或针对任何一个线圈或两个线圈的不同抽运波长。在本实施例中，抽运激光二极管2A通过耦合器13以及各自的波分复用(WDM)器11和12，驱动第一光路的第一和第二放大部分5和6。耦合器13可以是3dB耦合器或定向耦合器，它根据线圈5和6中寻找到的逆反程度而具有任何所需的分光比。。第二光路2是单向的，并且当在用于分送CATV和数字服务的网络中使用此光放大设备时，第二光路起放大模拟CATV信号的作用。该分路包括单个放大部分，在本实施例中是长度为15.5米的EDFA线圈。第二光分路2包含光隔离器14，用于减少背反射效应。抽运激光器4B通过WDM耦合器15驱动第二光分路2中的放大操作。上述双重抽运结构是有利的，因为每个并行分路的增益或输出功率可以独立于另一个光分路进行控制。因此，在CATV应用中，可以通过改变抽运激光器4B的激发电流，但不改变数字信道的输出功率，来改变CATV信号的输出功率。同样，如果希望单独改变数字分路的输出功率，那么可以单独改变抽运激光器4A的激发电流。图2示出了依照本发明第二实施例的光放大设备。第二实施例的许多元件与第一实施例的相同，因此使用相同的标号较为合适。如图2所示，第二实施例的光放大设备与分送网络的第一分路器20组成一体。在本例中，集成的分路器20是四路分路器。另外，第二实施例的驱动结构不同于第一实施例。可以看出，尽管仍用两个激光二极管24A、24B来驱动并行光路，但这些激光二极管的布置相比图1实施例有所改变。特别是，在本实施例中，通过各自的WDM耦合器11和12，将两个共同传播的抽运激光器24A和24B与第一并行路径1的两个放大部分耦合。通过3dB耦合器13，将抽运激光器24A与第一WDM耦合器11耦合，而3dB耦合器13还将驱动激光器24A提供的激光功率分路，以便通过另一个WDM耦合器15，将大致上其输出功率的一半传送给第二并行光分路2。利用图2的抽运结构，每个并行光分路的增益或输出功率也都可以独立于另一分路进行控制。如果希望改变光分路2的输出功率，那么可以改变激光二极管24A的功率，并且对激光二极管24B的输出功率进行补偿变化。另一方面，如果希望改变光分路1的输出功率，那么可以单独调节激光二极管24B的输出功率。现在，参考一些实验的结果，说明图2所示光放大设备的特性。所有描述的实验都在环境温度下完成的，对于第一抽运激光器24A，抽运功率为恒定的130mW，波长为980纳米，而对于第二抽运激光器24B，抽运功率为80mW，波长为980纳米。模拟分路的测量结果通过从1550纳米到1560纳米扫描输入信号的波长(步长为1纳米)，研究模拟放大分路2的噪声系数和输出功率。对于每个波长，依次将输入功率设定为-5dBm、0dBm和+5dBm，分别代表放大设备可能的工作点。在这些条件下，噪声系数和输出功率如下表1所示。表1</tables>(*)对于最高损耗输出端用两个信号来研究模拟放大分路的增益斜率，一个信号用来使CATV信号波长处的增益饱和，而第二个信号用作弱探测信号，以便监视CATV波长周围的增益。将饱和光束依次设置为1550纳米、1555纳米和1560纳米，并对每个波长，将饱和输出功率设置为-5dBm、0dBm和+5dBm。对于每种饱和条件，用-35dBm的输入功率在CATV波长周围扫描探测光束波长，并且用1纳米的宽度来求局部增益斜率。结果如下表2所示。表2有趣的是，从表2可以看出，每种情况下的增益斜率都低于0.25dB/nm，这是II型掺铒光纤的特征。因此，这种结构适于在CATV场合下使用，在该应用中增益斜率的最大容差值为0.25dB/nm。数字分路的测量结果对于下游方向，分三步、用三个激光器来研究噪声系数、增益和增益平坦度。对于所有的测量，通过1×4输出连接器中的一个，将光输入功率为-13dBm(在1×4分路器入口处，由四条上游信道载波的最大上游总功率)，波长为1538纳米(数字信道的平均波长)的上游饱和信号注入放大器中。首先，对于各种饱和输入功率值-7、-10、-20、-30dBm，用波长为1538纳米的下游信号测量下游增益和噪声系数(见表3)。其次，在放大器的输入端加入波长为1535纳米的-13dBm下游探测信号，并且将1538纳米的信号调节到-8.2dBm，致使总的下游输出功率保持在-7dBm不变。最后，用波长为1541纳米的-13dBm信号代替波长为1535纳米的信号。对于这些工作条件，即使在存在增益平坦滤光器的情况下可以假定沿放大器的平均反转将导致增益从1535纳米单调下降到几乎1541纳米。于是，增益波纹仅仅由这两个波长的增益差给出(见表4)。表3</tables>表4</tables>对于上游方向，用下游方向中所用的相同方法进行测量。因此，对于所有的测量，通过输入连接器，将光输入功率为-7dBm，波长为1538纳米的下游饱和信号注入放大器中。首先，对于各种饱和输入功率值-13、-20、-30dBm，用波长为1538纳米的上游信号测量上游增益和噪声系数(见表5)。其次，在放大器的一个输出端加入波长为1535纳米的-19dBm下游探测信号，并且将1538纳米的信号调节到-14.25dBm，致使总的上游输入功率保持在-13dBm不变。最后，用波长为1541纳米的-19dBm信号代替波长为1535纳米的信号。与先前一样，给出增益波纹(见表6)。表5</tables>表6</tables>(*)在表5和6中，噪声系数的值NF不考虑与放大器输出端处的1×4分路器相关的损耗(7dB左右)。从上述实验结果可知，本发明的光放大设备具有极为适于在分送CATV和多路复用数字信号的网络中使用的性能特征。尽管参照两个具体的实施例描述了本发明，但本发明不限于这两个实施例的详细实施情况。相反，可以对设备进行各种修改和改变。例如，激光二极管所提供的工作波长、功率和激发电流只是说明性的，可以使用其它值。同样，各种EDFA元件所使用的长度只是说明性的，根据应用情况和所需的性能，需要适当调节长度。同样，可以使用与图1和图2所示不同的驱动布置。例如，在图1的实施例中，不用单个驱动激光器4A和3dB的1×2耦合器13来驱动数字分路的两个放大部分5和6，而可以使用一对激光二极管和2×2耦合器。用这种方法，通过提供冗余，可以保护数字放大器分路不发生可能的停工(当一个驱动激光器损坏时，放大仍能进行，只损耗3dB)。作为选择，图3示出了本发明的另一个实施例，其抽运方式与图1和图2的不同。首先，用WDM耦合器13′将抽运激光器4A与放大装置5耦合，以便沿正向抽运线圈5。(这里正向是指从观察者的左边到右边)。然后，沿旁路22，通过WDM耦合器11′将来自线圈5的剩余抽运功率引向旁路滤光器8，并且通过WDM耦合器12′沿相反的抽运方向(从右到左)将剩余抽运功率引入线圈6。在该实施例中，进入线圈6的剩余抽运输出功率部分宜为抽运线圈5所用抽运输出功率部分的50％-90％。更好地，进入线圈6的剩余抽运输出功率部分是抽运线圈5所用抽运输出功率部分的75％-85％。最好约为80％。因此，只要对本发明的改变和变化落在所附权利要求书及其等价条款的范围内，本发明就试图覆盖它们。权利要求1.一种特别适于在通过光纤来分送信号的网络中使用的光放大设备，其特征在于，所述设备包括第一和第二并行光分路(1，2)，第一光分路(1)包括用于放大数字信号的光放大装置(5，6)，而第二光分路包括用于放大模拟信号的光放大装置装置(7)。2.如权利要求1所述的光放大设备，其特征在于，第一光分路(1)的光放大装置(5，6)适用于放大双向数字信号，而第二光分路(2)的光放大装置(7)适用于放大单向模拟信号。3.如权利要求1所述的光放大设备，其特征在于，第一光分路(1)的光放大装置(5，6)适用于放大波分复用的数字信号。4.如权利要求1所述的光放大设备，其特征在于，第一光分路(1)的光放大装置(5，6)包括第一放大部分(5，11)、第二放大部分(6，12)以及位于所述第一和第二放大部分之间的增益平坦滤光器(8)。5.如权利要求1所述的光放大设备，其特征在于，它包括与第一和第二光分路(1，2)耦合的第一和第二抽运激光器(4A，4B)，致使每个并行光分路的增益或输出功率可以独立于另一个光分路进行控制。6.如权利要求5所述的光放大设备，其特征在于，第一抽运激光器(24A)与第二光分路(2)和第一光分路(2)的第一放大装置(5)耦合，而第二抽运激光器(24B)与第一光分路(1)的第二放大装置(6)耦合。7.如权利要求1所述的光放大设备，其特征在于，所述放大装置或部分由掺铒光纤放大器(EDFA)构成，第一光分路(1)使用EDFA增益光谱中较短的波长(蓝色)区域，而第二光分路(2)使用EDFA增益光谱中较长的波长(红色)区域。8.如权利要求7所述的光放大设备，其特征在于，EDFA光谱中所述较短的波长区域是1530-1545纳米的波长范围，而EDFA增益光谱中较长的波长区域是1550-1560纳米的波长范围。9.如权利要求1所述的光放大设备，其特征在于，第一和第二并行光分路(1，2)的末端通过波分复用(WDM)器(3)结合在一起。10.如权利要求1所述的光放大设备，其特征在于，第二光分路(2)包括光隔离器(14)。11.如权利要求1所述的光放大设备，其特征在于，还包括与所述设备输出端相连的分路器(20)。12.如权利要求1所述的光放大设备，其特征在于，第二光分路(2)适用于放大CATV信号。13.如权利要求5所述的光放大设备，其特征在于，放大装置(5，6)两者由第一抽运激光器(4A)的输出功率部分进行相反的抽运。14.如权利要求5所述的光放大设备，其特征在于，放大装置(5)由第一抽运激光器(4A)的输出功率部分进行正向抽运，而放大装置(6)由第一抽运激光器(4A)的剩余输出功率部分进行相反的抽运。15.如权利要求14所述的光放大设备，其特征在于，第一抽运激光器(4A)的剩余输出功率部分大约是第一抽运激光器用于抽运放大装置(5)的输出功率部分的50％-90％。16.如权利要求14所述的光放大设备，其特征在于，第一抽运激光器(4A)的剩余输出功率部分大约是第一抽运激光器用于抽运放大装置(5)的输出功率部分的75％-85％。全文摘要提供了一种特别适于在通过光纤来分送信号的网络中使用的光放大设备,它包括第一和第二并行光分路(1,2),其中第一光分路(1)包括用于放大数字信号的光放大装置(5,6),而第二光分路包括用于放大模拟信号的光放大装置装置(7)。第一光路(1)的光放大装置(5,6)适于放大双向数字信号,而第二光分路(2)的光放大装置(7)适于放大单向模拟信号。文档编号H04B10/297GK1276095SQ98809554公开日2000年12月6日申请日期1998年8月12日优先权日1997年9月29日发明者D·雅各布,M·普拉萨斯申请人:康宁股份有限公司