[发明专利]光纤放大器增益的平坦化

说明书

发明背景

发明领域

本发明一般地涉及光放大器，更具体地涉及一种放大不同波长光信号的装置和方法，以使光信号经历基本上相等的增益。

相关领域描述

目前商用的掺铒光纤放大器(EDFA)普遍在一个大的光带宽(在基于二氧化硅的光纤中达到约50纳米)上有增益。在这个带宽上，增益可能强烈地依赖于输入信号的波长。尽管如此，对很多应用，特别是长距离光纤通信，非常需要获得不依赖于波长的增益。为了利用光纤巨大的带宽，在EDFA增益带宽内的不同波长的信号在相同的光纤总线(bus)中同时被传送。如果这些信号经历不同的增益，那么它们将在总线的输出端有不同的功率。当信号穿过每个连续的EDFA时，这种不平衡变得更为严重，并且对很长距离而言可能变得更加显著。例如，在越洋的包括有许多EDFA的总线输出端，在每个EDFA中都经历较低增益的信号可能比经历较高增益的信号的功率低几十分贝。对数字系统，信号功率水平的差异必须不超过7分贝，否则较低功率的信号将会噪音太大以至于不能使用。使EDFA的增益平坦化能减小这种问题，并生产出能支持相当大的光带宽从而有一个较高数据速率的放大器。因为工程界对EDFA的需求极大，所以开发在保持高功率性能的同时使放大器增益平坦化的方法已经而且继续很重要。

过去几年已经开发了几种方法用来制造在尽可能宽的光谱区上具有平坦增益的EDFA。第一种方法是调节光纤(铒浓度、系数分布、性质以及芯体共掺质的浓度)和泵浦(功率和波长)二者的参数。这种方法能产生相对平坦的(±1-2分贝)增益，但是仅仅在具有10纳米量级光谱宽度的光谱区上，这对大多数应用太有限。

另一种方法是用两个连接起来的光纤放大器的组合来代替每个EDFA，其中两个放大器有各自不同的依赖于信号波长的增益。这些依赖性被设计成相互补偿并产生一个具有在一个宽光谱区上几乎不依赖于波长的增益的光纤放大器组合。(例如，参见M.Yamada，M.Shimizu，Y.Ohishi，M.Horigushi，S.Sudo and A.shimizu，“Flatterning theGain Spectrum of an Erbium-Doped Fibre Amplifier by Connectingan Er³⁺-Doped SiO₂-Al₂O₃ Fibre and an Er³⁺-doped MulticomponentFibre，”(通过结合掺Er³⁺SiO₂-Al₂O₃光纤和掺Er³⁺多元光纤使掺铒光纤放大器的增益光谱平坦化)Electron.Lett.，Vol.30，no.21，pp.1762-1765，October 1994.)这已经通过使用具有不同基质(如氟化物和二氧化硅光纤)和与一个拉曼(Raman)光纤放大器组合的EDFA的光纤实现。

第三种增益均衡方法是在掺铒光纤的信号输出末端添加一个滤波器，其中滤波器在显示较高增益的那些光谱段引入损耗。这种方法已被利用标准刻痕光纤光栅制成的滤波器所证明。(例如，参见R.Kashyap等，“Wideband Gain Flattened Erbium Fibre amplifier Using aPhotosensitive Fibre Blazed Grating，”(使用光敏光纤刻痕光栅的宽带增益平坦化铒光纤放大器)Electron.Lett.，vol.29，pp.154-156，1993)这种方法也已经被利用长周期光纤光栅制成的滤波器所证明。  (例如，参见A.M.Vengsarkar等，“Long-PeriodFiber-Grating-based Gain Equalizers，”(长周期光纤光栅为基础的增益均衡器)Opt.Lett.，vol.21，pp.336-38，March 1996.)