[发明专利]放大波分复用光的光放大器

说明书

本申请是申请号为02106427.X、申请日为2002年2月28日、发明名称为“放大多波长光的光放大器”的专利申请，以及申请号为200610153739.1、申请日为2002年2月28日、分案提交日2006年9月5日、发明名称为“放大波分复用光的光放大器”的分案专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用在WDM(波分复用)传输系统中的光放大器。

背景技术

最近以来，随着互联网技术的发展，通过网络发射的信息量一直以很快的速度增长。所以，特别是在中继线路的光传输系统中，要求传输线路有更大的容量和灵活的网络结构。作为满足这些要求的一种最有效方法，WDM(波分复用)传输系统已经商业化。波分复用传输系统是通过一条光纤同时发射多个信号的一种技术，它可以通过复用多个不同波长的信号光而实现。在北美等地，已经实现了波分复用传输系统的商业化。

目前，在波分复用传输系统所用的光放大器中，掺稀土光纤光放大器得到最普遍的使用。通过添加稀土元素到光纤中，掺稀土光纤光放大器实现光放大。例如，掺铒光纤光放大器(EDFA)是大家所熟知的。由于掺稀土光纤光放大器有宽的增益波段，并可以集体地放大多波长光，这种放大器广泛地用作实现波分复用传输系统的重要元件。

通常，掺铒光纤光放大器主要是放大称之为“C波段(常规波段)”的1530-1565nm波段，然而，当前放大称之为“L波段(长波长波段)”的1570-1610nm波段的光放大器也正在得到发展。目前，把C波段和L波段合在一起，利用掺铒光纤光放大器的波分复用传输系统能够复用约200个波(信道)。

在掺铒光纤光放大器的设计中，必须正确地选择反转粒子数比率(或反转粒子数密度)，因此，波段中复用的每个信号光的增益可以是恒定的。以下简要地描述掺铒光纤光放大器的设计方法。

图1表示掺铒光纤光放大器的增益系数与波长之间的关系，其中铒的反转粒子数比率作为一个参数。反转粒子数比率是跃迁到激发态的铒元素数目与添加到光纤中铒元素总数之比。增益系数是单位长度掺铒光纤得到的增益。所以，在增益系数为正的区域中输入光被放大，而在增益系数为负的区域中输入光功率退化。

如图1所示，掺铒光纤的增益不但与波长有关，而且还与反转粒子数比率有关。具体地说，反转粒子数比率越大，增益就越高。反转粒子数比率越小，增益就越低。根据图1所示的特性，我们知道以下的性质。

(1)在集体放大C波段的情况下，由于该信号波段的增益-波长特性必须是平坦的，掺铒光纤的反转粒子数比率最好是约“0.7”。若反转粒子数比率是“0.7”，则可以得到相当高的增益系数。所以，使用相当短的光纤，放大C波段的掺铒光纤光放大器可以保证足够的增益。

(2)在集体放大L波段的情况下，由于该信号波段的增益-波长特性必须是平坦的，掺铒光纤的反转粒子数比率最好是约“0.4”。若反转粒子数比率是“0.4”，则增益系数是相当地低。所以，为了使L波段的增益与C波段的增益相当，放大L波段的掺铒光纤光放大器的长度必须相应地长一些。

图2表示放大L波段的掺铒光纤光放大器的基本配置。这种光放大器通常称之为增益移位型掺铒光纤光放大器。该放大器包括：作为光放大媒体的掺铒光纤1，光隔离器2-1和2-2，波分复用器(例如，WDM耦合器)3和泵浦光源4。从传输线输入的多波长光通过光隔离器2-1和WDM耦合器3输入到掺铒光纤1。此处，泵浦光源4产生的泵浦光提供给掺铒光纤1。所以，多波长光是被掺铒光纤1放大的。然后，放大的多波长光通过光隔离器2-2之后输出。放大C波段的掺铒光纤光放大器的配置与放大L波段的这种放大器的配置基本相同。然而，作为光放大媒体的两种光纤长度是不同的。

在这种光放大器中，例如，泵浦光源4的输出功率是受反馈系统的控制，反馈系统用于保持多波长光输出功率的恒定。具体地说，从掺铒光纤1输出的部分多波长光被分光器11引导到控制电路12。于是，这个控制电路12按照如下的方法控制泵浦光源4，使接收的多波长光可以保持在特定的电平上。

在波分复用传输系统中，可以给每个波长设置通信信道。所以，在不安装新的光纤或改变光纤之间连接的条件下，可以灵活地改变传输系统的配置。为了建立灵活的传输网，在具有多个不同波长的多个复用光信号中，必须实现分插特定波长光信号的光通信系统。