[发明专利]光学放大器

说明书

1998年2月27日提出申请的日本专利申请No.10-048454是本申请的基础和优先权申请，其内容在此引作参考。

本申请引用的参考文献是：1998年2月6日申请的日本专利申请No.Heisei10-26229,1996年5月28日申请的美国专利申请No.08/655,027，和1997年4月28日申请的美国专利申请No.08/845,847。

本申请涉及一种对多个不同波长的光信号实施波分复用(WDM)，并经光纤传输线传输一个波分复用信号的波分复用光通信系统。

在建设未来的多媒体网络时，对建设这种未来多媒体网络所必需的更大容量的光通信系统的需求量将不断增加。与因特网一样，宽带ISDN(B-ISDN)等越来越流行，而且由于在家欣赏动态图象通信需要处理几兆bps信息，所以不久将会需要一兆兆比特传输容量(Tpbs=1,000Gpbs)的干线系统。兆兆比特传输容量比当前电话网64kbps的通信容量大许多数量级所以，作为实现大通信容量的复用技术，时分复用(“TDM”)，光时分复用(“OTDM”)和波分复用(“WDM”)等等其意义也更大了。

WDM技术利用掺铒光纤放大器(“FDFA”)宽的增益带宽直接以光的形式放大光信号，且该技术有可能是一种用于进行光交叉连接或分插(add/drop)操作，或用于实现光波网络的灵活的方法。由于WDM技术研究与开发所取得的进展，在基于EDFA的波长复用光纤放大器领域中开发光纤放大器的设想也已经提出来。

波长复用光纤放大器是波分复用通信系统的关键部件。波长复用光纤放大器通常用掺有诸如铒离子(Er³⁺)等稀土离子的单模光纤来放大有多个波长的波分复用光信号。最典型的掺铒光纤放大器具有宽达4THz的增益带宽，或者从1530nm至1565nm大约35nm的波长范围。通过波长复用在该增益带宽内具有几十至一百不同波长的光信号可一步完成放大。

作为波分复用光通信系统主要部件之一的波长复用光纤放大器在同时放大多个具有不同波长的波长复用光信号时存在以下问题。

(1)放大一个多波长信号所需的宽带宽特性，

(2)在宽输入动态范围的增益波长曲线平坦化，

(3)各信道光输出的可控制性，

(4)色散补偿器的损耗补偿，及

(5)输入信道数波动时的光输出控制。

另外，波长复用光纤放大器应具有低噪声和高输出特性(或将泵浦光功率转变成信号光功率时具有高效率)。

当波长复用EDFA用作一个光信号放大中继器(在线放大器)时，在一个宽输入动态范围上增益波长曲线平坦化是严重的问题。在一个宽的动态范围中，即使中继器的周期会引起不同损耗，但一个光学放大器已足够。

在保持良好质量的同时，在接收端必须接收每个波分复用信道，或每个波长。为了实现这种接收，必须确定光放大中继器每个信道输出的上下限。由于光放大中继器不能产生生成中继器的波形且不能抽取其时间标记，由此引起了与每个信道光输出可控制性有关的问题，并因此而使噪声积累起来。确定出上限，以防止信号波形因发生在单模光纤或传输线上的诸如自相位调制(SPM)，交叉相位调制(XPM)，及四波混合(FWM)这些非线性效应而变差。确定下限，以防止信噪比(“SNR”)因光纤放大器中放大的自发辐射(“ASE”)而变劣。光纤放大器的每个信道(每个波长)的光输出必须在上限与下限之间。

色散补偿器的损耗补偿因在信号以例如10GHz的高传输速率传输时波形失真而产生问题。这是因为如果传输线是1.3μm的零色散单模光纤(“SMF”)，则处于EDFA的放大带宽中的具有1.55μm波长的光在传输线中产生约18ps/nm/km的色散。为了克服这一问题，应给各中继器提供一个与在中继器之间光纤中产生的色散相反的(负的)色散。另外，应该用一个光纤放大器补偿色散补偿器的插入损耗。

当将一个波长复用光纤放大器装入一个光波网以形成交叉连接或分插操作(add/drop operation)时，与输入信道数波动的光输出控制有关的问题是一个严重的问题。即，在工作期间，输入到该光纤放大器的信道数是变化的。但是，各信道的输出必须保持在一个预定值。

为克服与输入信道书波动的光输出控制有关的问题，应设置一个光维护信道以用于控制该光纤放大器，并用该维护信道处理信道数的改变。

本发明的目的是提供一个能克服上述问题并适用于波分复用传输系统的光学放大器。

本发明的另一个目的是提供一个能减少制造、维修、和检验成本的光学放大器。