[发明专利]宽增益带宽C波段光纤放大器

说明书

一种光纤放大器，特别地被配置成在C波段光谱范围的大范围内提供增益(即，优选地在46‑48nm的范围内提供至少42nm的增益带宽)，其利用特殊设计的离散拉曼放大器与高反转水平EDFA的组合来扩展传统EDFA C波段光放大器的增益带宽，同时将增益波动保持在可接受值以下。EDFA提供了高反转水平的工作，并且专用的离散拉曼放大器(sDRA)元件具有被选择以保持在“小增益”状态内的工作的特定参数(色散、长度、有效面积)，同时还扩展了增益带宽的长波长边缘并减少了由EDFA分量引起的增益波动。

相关申请的交叉引用

本申请要求在2018年8月30日提交的美国临时申请号62/725,029的权益，并通过引用将其在此并入。

技术领域

本发明涉及基于光纤的光放大器，更具体地说，涉及掺铒光纤放大器(EDFA)，其被配置成使用特殊设计的光纤拉曼放大器在C波段光谱范围的大范围内提供增益，以扩展增益带宽并将增益波动减小到可接受的水平。

现有技术

EDFA由于在高功率转换效率(PCE)、低噪声系数(NF)方面的优越性能而被广泛部署在光纤通信系统中。典型的现有技术C波段EDFA在1528-1565nm的光波长范围内工作(也被表示为约37nm量级的增益带宽)。下一步，对于诸如电信的应用，将C波段EDFA的增益带宽增加到至少42nm，并且优选地增加到46-48nm(即，将波长范围扩展到大约1525-1573nm)是很重要的。在其上可以实现可接受水平的增益的这个附加的10nm左右的带宽允许增加传输系统的容量、降低系统成本、允许使用自适应信号调制格式等。

虽然可以通过例如改变增益光纤中的掺杂剂浓度来扩展EDFA增益带宽，但结果是在不同的各个波长下提供的增益量的不均匀性(称为“增益波动”)显著增加，可能增加到常规增益平坦滤波器(GFF)不能补偿增益变化的水平。这种扩展增益带宽的方法必然降低功率转换效率(PCE)并增加噪声系数(NF)，这两者都与期望的系统要求相反。

扩展C波段光放大器的增益带宽的另一种方法是利用传统的离散拉曼放大器(DRA)来代替EDFA。虽然提供了扩展的增益带宽，但是已知DRA具有比EDFA更低的PCE和更高的NF，并且还易受其他技术问题的影响，例如与双瑞利散射相关联的多径干扰(MPI)以及与DRA结构中使用的光纤的相对小的有效面积相关联的非线性影响。分布式拉曼放大器(其利用原位传输光纤代替如在离散拉曼放大器中提供的单独的“增益光纤”)以及基于EDFA与分布式拉曼放大器的组合的各种类型的“混合”光纤放大器已经被发现仍然表现出与安装相关的实际问题。例如，存在与接合和安全问题以及依赖原位传输光纤作为分布式拉曼放大器的放大介质相关的已知问题。

发明内容

本发明解决了本领域中存在的需求，本发明涉及基于光纤的光放大器，并且更具体地，涉及掺铒光纤放大器(EDFA)，该EDFA被特别地配置为使用特别设计的离散拉曼放大器与高反转水平EDFA的组合来在C波段光谱范围的大范围内提供增益，以扩展C波段光放大器的增益带宽，同时将增益波动保持在可接受值以下。

根据本发明的原理，提出了一种基于光纤的宽增益带宽C波段光放大器，其利用(在高反转水平下工作的)EDFA，该EDFA是由具有特定参数的专用(specialized)的离散拉曼放大器(sDRA)元件实现的，该特定参数被选择以增加C波段的长波长边缘处的增益，同时还减小了由于在相对高的反转水平下工作的EDFA产生的增益波动。本发明的sDRA组件例如通过使用相对较短长度的光增益光纤来保持在“小增益”状态(例如，不大于4dB的平均增益)下工作。特别地，已经发现小于大约6km(优选地小于4km，并且更特别地在大约2-4km的范围内)的长度将增益维持在“小增益”状态内。除了使用小长度的光增益光纤之外或者代替使用小长度的光增益光纤，可以通过控制泵浦功率(即，相对低的功率)和/或光纤本身的拉曼增益系数，将sDRA配置成在“小增益”状态下工作。