[發明專利]光放大器和光放大方法

有效

• 申請號: 201010131659.2
• 申請日: 2010-03-25
• 公開（公告）號: CN101908707A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 喬立杰
• 申請（專利權）人: 喬立杰
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/0941;H01S3/10
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨

技術領域

本發明與光放大器有關，更具體地說，是一種增益穩定光放大器和穩定光放大器增益的方法。

本發明參考并要求預申請(12/645,541)及(61/164,214)的優先權。

背景技術

在波分復用(WDM)光傳輸系統中，多個波長處的光信號被編碼為數字信息流。這些編碼后的光學信號或者光信道被合并在一起，并經過一系列的光纖段傳輸，所述光纖段構成WDM光纖網絡的傳輸鏈路。在傳輸鏈路的接收器端，光信道被分開，每一光信道由不同的光探測器接收。

光信號在光纖中傳輸時會發生能量衰減，而為了正確解碼發送器端在信道內的編碼信息，又要求在接收器端保持不低于接收器靈敏度的光信道能量。為了放大在光纖中傳播的光信號，沿著傳輸鏈路將光放大器部署在多個位置，稱之為節點。通過把光信號功率放大到接近發送器端的初始光功率水平，光放大器延長了鏈路的最大可能長度，不同情況下，長度可達幾百到幾千公里。

摻鉺光纖放大器(EDFA)是現代光纖通訊網絡中使用的最具實用性的放大器類型之一。單獨一個摻鉺光纖放大器模塊可同時放大近百個光學信道，因而大大降低了光網絡的成本。EDFA最重要的組成部分是一段具有稀土元素，例如鉺離子摻雜纖芯的活躍光纖。在運行時，摻鉺光纖(EDF)受適當的泵浦，例如激光器(例如激光二極管)的激勵，以形成鉺離子能態之間的粒子數反轉，所述鉺離子組成EDF的增益介質。參考圖1中所示的鉺離子能級圖10，在980納米波長的泵浦光激勵下，鉺離子從基態⁴I_15/2躍遷到激發態⁴I_11/2。激發態上的離子又以5-10us的時間常數τ自發躍遷到亞穩態⁴I_13/2上。上述過程的結果是在能態⁴I_13/2和⁴I_15/2之間形成粒子數反轉。

一旦發生粒子數反轉，增益介質開始放大沿EDF芯部傳播的，具有大約為1550nm+/-20nm的波長的光信號。所述光信號包含眾多各自獨立的信道。增益介質由與波長有關的增益系數表征，可從增益系數確定所述光信道的放大系數。在放大過程中，泵浦光被該增益介質吸收，該增益介質同時放大當前全部光信道。特定信道的放大系數取決于光功率，當前光信道的數目以及泵浦光的光功率。當信道數突然變化，例如增加、減少、或者路由部分光信道時，EDF的增益介質的增益系數也會改變，這影響其余光信道的放大系數。由于這一現象會影響光通信鏈路的系統可靠性和誤碼率(BER)，其是極其有害的。

為了減小對信號光功率的增益敏感度，人們開發了各種放大器增益穩定技術。目前為止，至少有兩種技術可被應用。第一種技術包括監測光放大器的輸入和/或輸出的光功率水平，并使用電子反饋回路來調整光放大器的光泵浦水平，以補償光增益變化。

圖2是基于第一類技術的具有增益穩定電路21的現有光放大器20的方框圖。輸入到放大器20輸入端口22的光信號被5％分光器23分光，分出的光導入光電二極管24中用來測量輸入光功率水平。這一測量值將被用來產生所謂的“前饋”控制信號。波分復用器(WDM)25被用來將來自泵浦激光器二極管26的泵浦光與信號光合成后導入EDF?27。如前所述，光信號在EDF?27中得到放大。輸出光信號被輸出2％分光器28分光，分出的光使用光電二極管29來測量輸出光功率，該測量值將被用來產生所謂的反饋控制信號。然后，放大的光信號被導向輸出端口30。基于前饋和反饋控制信號，增益穩定路21調節泵浦激光器26的驅動電流，從而穩定放大器20的整體增益。