專利名稱：喇曼放大的光學(xué)放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光通信領(lǐng)域，尤其涉及一種改進(jìn)的喇曼放大的摻鉺的光纖放大器。
由語音數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展而產(chǎn)生的對較高容量傳輸系統(tǒng)的需求導(dǎo)致了多波長的波分復(fù)用(WDM)光學(xué)通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，這些系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)具有大量的獨(dú)立信道。(參看，例如，Y.Sun,J.B.Judkins,A.K.Srivastava,L.Garrett,J.L.Zyskind,J.W.Sulhoff,C.Wolf,R.M.Derosier,A.H.Gnauck,R.W.Tkach,J.Zhou,R.P.Espindola,A.M.Vengsarkar，以及A.R.Chraplyvy的“利用寬帶增益拉平的摻餌的硅光纖放大器在640Km上進(jìn)行32-WDM 10-Gb/s信道的傳輸”，IEEE光子技術(shù)通報(bào)，卷9,No.12,PP.1652-1654,1997；12；和A.K.Srivastava,Y.Sun,J.W.Sulhoff,C.Wolf,M.Zirngibl,R.Monnard,A.R.Chraplyvy,A.A.Abramov,R.P.Espindola,T.A.Strasser,J.R.Pedrazzini,A.M.Vengarkar,J.L.Zyskind,J.Zhou,D.A.Ferrand,P.F.Wysocki,J.B.Judkins以及Y.P.Li的“理想波光纖在400Km上的100 WDM 10Gb/s信道的1Tb/s傳輸”，光纖會(huì)議技術(shù)文摘，郵政寬限論文，PD 10-1-10-4,San Jose,CA，二月22-27,1998；P.B.Hansen和L.Eskildsen的光纖技術(shù)，卷3,pp.221-237,1997；以及A.K.Srivastava,L.Zhang,Y.Sun和J.W.Sulhoff,99光纖年會(huì)會(huì)刊，論文FC2,pp.53-55,San Diego,CA 1999)將摻有稀土的光纖放大器用來放大在這樣的通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中使用的光信號(hào)是很適當(dāng)?shù)?。人們發(fā)現(xiàn)這些摻有稀土的光纖放大器經(jīng)濟(jì)合算，它們顯示出很低的噪音，能提供較大的與偏振無關(guān)的帶寬，顯著地顯示出減小的串?dāng)_(crosstalk)，以及在相關(guān)的工作波長上具有很小的插入損耗。由于它們的這些有利特性，摻稀土的光纖放大器，例如摻鉺的光纖放大器(EDFA)正在取代現(xiàn)行的在很多光學(xué)光波通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中使用的光電再生中繼器(regenerator)。
因此，由于它們的廣泛應(yīng)用及其重要性，因而對于改進(jìn)的摻稀土的光纖放大器，尤其是改進(jìn)的摻鉺的光纖放大器就存在著一連續(xù)不斷的需求。
我們已經(jīng)研制出一種喇曼放大的光學(xué)放大器，由于在該放大器內(nèi)自身提供有一喇曼泵浦，因而有利地改善了該放大器的噪音指數(shù)。有利的是，這樣的放大器可廣泛地應(yīng)用于密集的波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)中。
本發(fā)明的另外的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)以及本發(fā)明的各實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和操作，都將在下面參考附圖作詳細(xì)介紹。


圖1是可以用作本發(fā)明基礎(chǔ)的多級光學(xué)放大器的示意圖；圖2是按照本發(fā)明的喇曼放大的光學(xué)放大器的示意圖；以及圖3是一包括本發(fā)明的喇曼放大的光學(xué)放大器的示范性WDM傳輸系統(tǒng)的示意圖。
圖1圖示出一用作本發(fā)明基礎(chǔ)的多級光學(xué)放大器的基本原理。具體來說，現(xiàn)在就來參考該圖，光學(xué)放大器100包括兩個(gè)分立的不同的放大級，而這兩級被一光學(xué)元件，如光學(xué)隔離器所分隔。該第一放大級120通過一光學(xué)隔離器、光學(xué)濾波器之類的無源元件160與第二放大級140耦合。該第一級120可以包含一摻雜的放大的光纖180，該放大的光纖通過耦合器181與輸入口182和泵浦口183兩者耦合，與泵浦口耦合是為了從泵浦185，如激光二極管泵浦接收能量。耦合器181可以是一，例如由加拿大渥太華的JDS Optics制造的多路復(fù)用/多路分解型濾波器或光學(xué)干涉濾波器。
該多級放大器的第二級140可以包含一第二摻雜的放大的光纖141，該放大的光纖通過耦合器128與輸出口130和泵浦口132兩者耦合，以便給前者提供一已被放大的信號(hào)和通過后者從激光二極管泵浦134接收能量。與第一級類似，耦合器128可能是一，例如由JDS Optics制造的多路復(fù)用(多路分解)型濾波器或光學(xué)干涉濾波器。
該光纖180的輸出口136通過無源光學(xué)元件160與光纖141的輸入口138耦合。該光學(xué)元件160可以是一由光學(xué)濾波器構(gòu)成的光學(xué)隔離器，或是光學(xué)濾波器和光學(xué)隔離器兩者的組合。該光學(xué)隔離器可取光二極管的形式，它允許光能從第一級120傳向第二級140，但卻限制光能反向傳送。該光學(xué)濾波器可采用多路復(fù)用器的形式，它可由衍射光柵、薄膜，或一濾波器制作，這種濾波器可以是能限制被放大的自發(fā)輻射(ASE)并/或具有改進(jìn)該多級放大器的增益性能的濾波特性的濾波器，或是能減小起源于兩級之間的流動(dòng)和使兩級飽和的自發(fā)輻射形式的能量的其它類型的濾波器。該光學(xué)隔離器和/或光學(xué)濾波器可通過融合、拼接或其它方法與第一級120和第二級140的光纖都能光耦合。
從激光二極管泵浦185發(fā)出的光可經(jīng)過安置在泵浦口183上的一透鏡射進(jìn)第一放大級120中。一全息光柵之類的濾波器139可做在該端部183和該耦合器181之間的光纖中，以通過提供反向散射來從該激光二極管泵浦中排除不想要的模式。
如上所述，構(gòu)造該耦合器181是為了將輸入口182所接收的輸入信號(hào)和泵浦口183所接收的泵浦信號(hào)兩者與放大光纖180耦合起來。按照類似方式，構(gòu)造該耦合器128是為了將來自多級放大器的放大信號(hào)傳送到輸出口130和將泵浦口132所接收的泵浦信號(hào)與放大光纖141耦合起來。
在運(yùn)作過程中，想要放大的光信號(hào)可通過某些方便的方法，例如光學(xué)之類的方法與輸入口182耦合，而且將泵浦信號(hào)耦合到泵浦口139和泵浦口132。所接收的被該光學(xué)放大器的第一級120的摻鉺的光纖放大器180放大的光學(xué)信號(hào)，通過無源光學(xué)元件耦合到該光學(xué)放大器100的第二級140的輸入口。
應(yīng)該明白，第一級120的摻鉺的光纖放大器180可從兩端之一或兩端來泵浦，而且第二級140的摻鉺的光纖放大器141也可從兩端之一或兩端來泵浦。要是這樣，用來泵浦該光學(xué)放大器100的第一級120和第二級140的激光二極管和多路復(fù)用器都可以制作在一單一基片上，而且還可將無源光學(xué)元件或光學(xué)隔離器和/或光纖之類的元件包括這基片內(nèi)。
圖2是一說明我們發(fā)明主題的喇曼放大的光學(xué)放大器的基本原理的示意圖。這里示出的光學(xué)放大器200基本上被分成很多級202[1]…202[N]。簡要地說，光學(xué)信號(hào)進(jìn)入該光學(xué)放大器的輸入端204并在傳過多級202[1]…202[N]之后離開輸出端206。如在這種示范性結(jié)構(gòu)200中所畫出的那樣，這些級都包括一段摻有稀土，例如摻有鉺的光纖210[1]…210[N]。
在圖2中還示出，該放大器200的第一級202[1]被一適當(dāng)波長，如980nm的光學(xué)泵浦所抽運(yùn)。如可理解的那樣，在選擇該泵浦時(shí)有某些設(shè)計(jì)自由。所示的泵浦212被示范地表示成980nm，它將維持一高的反轉(zhuǎn)能級，導(dǎo)致一很低的噪音指數(shù)。可通過波長選擇耦合器216將該泵浦耦合到該光學(xué)放大器200的一放大級上。
在圖2中還示出，本發(fā)明的主題是喇曼泵浦214，它通過波長選擇耦合器218與該放大器200的一放大級相耦合。該喇曼泵浦可有利地是一多波長的激光裝置，但對于我們示范實(shí)施例的目的來說，其波長卻是在1400到1550nm之間。
盡管在圖2中沒有明顯畫出，該喇曼泵浦214卻可在任何一級202[1]…202[N]與該光學(xué)放大器200耦合，雖然中央的一級也許是最方便的。如象，980nm的泵浦波長選擇耦合器216在喇曼波長處應(yīng)該是透明的，其插入損耗是很小的。按照本發(fā)明教導(dǎo)構(gòu)造的放大器，其輸入信號(hào)的功率將是較大的(由于喇曼增益)，而且比泵浦212的980nm更長的波長的喇曼泵浦的存在將進(jìn)一步使圖2所示的示范性放大器的第一級的反轉(zhuǎn)能級增大。如進(jìn)一步可以理解的那樣，在這樣的第一級中將反轉(zhuǎn)能級保持在很高的水平上為的是改善該放大器的噪音指數(shù)。
最后，現(xiàn)在來參見圖3，圖中示意地表示出一含有本發(fā)明的喇曼放大的光學(xué)放大器的示范性的波分復(fù)用(WDM)傳輸系統(tǒng)。具體地說，將發(fā)送器302與接收器304相互連接起來的傳輸系統(tǒng)300包括很多被喇曼放大的光學(xué)放大器307、309、311相互連接起來的光纖跨段(fiberspan)306、308、310，和多路分解器315，前述的喇曼放大的光學(xué)放大器在圖上都被表示為摻鉺的光纖放大器。在運(yùn)行過程中，從發(fā)送器302發(fā)射出的波分復(fù)用光學(xué)信號(hào)(未畫出)橫向穿過這些多個(gè)光纖跨段306、308、和310時(shí)，它們就被本發(fā)明的喇曼放大的光學(xué)放大器307、309、311放大。隨后通過多路分解器315的作用將這些信號(hào)多路分解，然后由接收器304接收。如可很容易知道的那樣，這些光纖跨段和部件材料、發(fā)送器302、多路分解器315、以及接收器304，都是眾所周知的，而且它們在特定應(yīng)用中的實(shí)際方案對于設(shè)計(jì)選擇是很重要的。
繼續(xù)參考圖3，在每個(gè)放大器307、309、和311處，按照本發(fā)明的教導(dǎo)和為了與圖2的討論一致，高功率的喇曼泵浦是通過充當(dāng)喇曼放大的增益介質(zhì)的傳輸光纖來傳輸?shù)?。喇曼泵浦和光信?hào)將朝相反方向傳播通過該傳輸系統(tǒng)?，F(xiàn)在應(yīng)該明白，作為本發(fā)明教導(dǎo)的結(jié)果，喇曼放大在光學(xué)放大器中的應(yīng)用將改善該放大器的噪音指數(shù)，從而將提高整個(gè)系統(tǒng)的容限。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將可對本發(fā)明進(jìn)行各種另外的改進(jìn)。但是，對于本說明的具體描述的所有偏離都完全被認(rèn)為是在本發(fā)明的描述和權(quán)利要求的范圍之內(nèi)，本說明書基本上是以那些使該技術(shù)取得了進(jìn)步的原理和它們的等效法則為依據(jù)的。
權(quán)利要求
1．一種光學(xué)放大器，其特征在于在該光學(xué)放大器內(nèi)有用于提供喇曼放大的裝置。
2．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)放大器，其特征在于它還包含有多個(gè)放大級。
3．如權(quán)利要求2所述的光學(xué)放大器，其特征在于所說的喇曼放大裝置被安放在該多個(gè)級的一中間級內(nèi)。
4．一種提高光學(xué)放大器性能的方法，該方法的特征在于通過一喇曼放大裝置將該光學(xué)放大器中的光信號(hào)進(jìn)行放大。
5．按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于該喇曼放大裝置提供一反向傳播的喇曼泵浦。
6．一種多級光學(xué)放大器，包括一第一放大級，它包含有摻稀土的放大的光纖；一第二放大級，它包含有摻稀土的放大的光纖；以及一中間的放大級，它安置在第一和第二放大級之間，該中間的放大級包含一用于提供喇曼放大的裝置。
7．按照權(quán)利要求6所述的光學(xué)放大器，其特征在于所說的喇曼放大裝置提供一反向傳播的喇曼泵浦。
8．一種傳輸光信號(hào)用的裝置，所說的裝置包括一發(fā)送器；一接收器，它與該發(fā)送器光學(xué)耦合；以及一光學(xué)放大器，它放置在上述兩者之間并與發(fā)送器和接收器光學(xué)耦合，其中所說的光學(xué)放大器包含一喇曼泵浦。
全文摘要
一種使用喇曼泵浦的光學(xué)放大器,它在降低噪音指數(shù)的同時(shí)還能產(chǎn)生很多理想特性。由于它的這些理想特性,這種喇曼泵浦的光學(xué)放大器可以應(yīng)用在密集的WDM通信系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)H01S3/30GK1306223SQ00137569
公開日2001年8月1日 申請日期2000年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月30日
發(fā)明者阿圖爾·K.·斯萊瓦斯塔瓦, 詹姆斯·W.·薩爾霍夫, 孫雁 申請人:朗迅科技公司