[发明专利]使用半导体光放大器的光波通信系统

说明书

本发明一般涉及半导体光放大器，更准确地说，是涉及使用这类放大器的光波系统和网络。

光通信系统中常常使用光放大器，把它作为在线放大器，用于提升信号电平，补偿线路传输的损耗，把它作为功率放大器，用于增加发送的功率，以及把它作为接收器前面的前置放大器，用于提升信号电平。在波分复用(WDM)系统中，为便于传输，把许多波长不同的光信道组合成在一根光纤内的一个复合信号，光放大器因为能够同时放大所有信道，所以在这种系统中特别有用。

因为掺铒光纤放大器的增益特性和易于与光纤耦合，所以在目前的WDM通信系统中，主要使用掺铒光纤放大器。在强度调制的数字光通信系统中，通过调制信号信道的强度来表示数字数据“1”和“0”，这种强度调制数字光通信系统特别希望使用掺铒光纤放大器。具体说，掺铒光纤放大器缓变的增益动态特性，使它对WDM系统中所有信号信道都给出恒定增益，而与强度调制的位图中位的跃迁无关。然而，尽管它们在长途传输的应用中很有用，但掺铒光纤放大器的缺点也是众所周知的。例如，掺铒光纤放大器十分昂贵，从而在诸如大城市光网络及类似网络的应用中，它并不给出最佳的性能价格比。而且，掺铒光纤放大器的可用增益带宽相对较窄，在即将出现的长途系统中会有更多问题，这种长途系统有更多的信道数目并使用可用带宽更宽的新型光纤。

与之相对照，半导体光放大器比较便宜，有大的增益带宽，且能容易与其他器件集成在一起。但是，半导体光放大器有若干限制，这些限制迄今限制了它们在光通信中的应用。特别可能成问题的是半导体光放大器的快变增益动态特性和非线性增益特性。例如，当输入功率改变时增益快速变化，从而在目前通信系统的调制速度下，增益不是恒定的，结果导致诸如模间失真及饱和串扰即交叉饱和。

简单地说，当一个信道内的强度调制导致其他信道的可用增益被调制时，就产生交叉饱和。例如，某一特定信道的增益不仅因自身功率而饱和，还因系统中其他信道的功率而饱和。交叉饱和在强度调制系统中特别成问题，因为信道功率随时间的变化依赖于位图。结果，一个信道的信号增益，从一个位到一个位逐位改变，而且这种变化还依赖于其他信道的位图。这种增益的起伏能导致检测错误，使整个误码率性能降低。通过运行在小信号区域，即非饱和区域，能够避免交叉饱和。但是，这一办法对WDM系统是不实际的，由于泵浦效率和其他的系统条件，如宽的动态范围和高的信噪比都必须高的饱和功率，故WDM系统按惯例运行在饱和区域。

要对半导体光放大器中非线性失真效应作进一步了解，例如请参考，Inoue，“Crosstalk and Its Power Penalty in MultichannelTransmission due to Gain Saturation in a Semiconductor LaserAmplifier”，Journal of Lightwave Technology，vol.7，no.7，July 1989；Saleh等，“Effects of Semiconductor-Optical-Amplifier Nonlinearityon the Performance of High-Speed Intensity-Modulation LightwaveSystems”，IEEE Transactions on Communications，vol.38，no.6，June1990；Simon等，“Travelling Wave Semiconductor Optical Amplifierwith Reduced Nonlinear Distortions”，Electronics Letter，vol.30，no.1，Jan.1994；和Tiemeijer等，“Reduced Intermodulation Distortion in1300nm Gain-Clamped MQW Laser Amplifiers”，IEEE PhotonicsTechnology Letters，vol.7，no.3，March 1995，所有这些文章全文收入在这里，以供参考。

至今，为解决前面所述问题而作的大多数努力，都局限于从器件上解决，而且主要针对小信号模式，即小信号增益区域内的传输问题。因此，这些办法对WDM系统之类系统不是特别有用。