具有平坦增益曲线的多级光纤放大器

本发明涉及光纤放大器，尤其涉及多级掺铒光纤放大器，当在WDM 应用中与增益平坦型滤光器结合时，其具有平坦增益曲线和降低的噪 声指数。

很久以来已经认识到光纤放大器在用于放大光信号时是诱人的 选择。例如，已经提出将光纤放大器用作为增加远程通信光发射机输 出功率的辅助放大器，或者作为放大光信号的远程通信转发器，而不 用将光信号转换成电信号。

尤其是，掺铒光纤放大器的出现对光通信系统的设计、制造和性 能带来了深刻影响。通过有效地去掉传输和分裂损耗阻挡层，其低噪 声、高光功率、高增益、线性、宽带宽、波长透射性、偏振独立性和 光纤兼容性已经引起光通信的革命。结果在今天，长距离陆上和越洋 光纤通信以及局域和宽域网正变成现实。

然而，EDFA通频带的平坦性在具有级联放大器的波分复用(WDM) 系统中变成主要问题。放大器增益在每个波长上并不是严格相同的。

例如，在0.8nm信道宽度的情况下，一个EDFA能够同时放大来 自大约50个WDM信道的光信号。然而，如果几个EDFA串联连接用于 长距离传输，则整个放大的增益曲线平坦度变坏，并且在放大峰值的 边缘表现出未充分放大的问题。因此，即使在一级上信道之间增益的 小变化也能够引起在链路输出上信道之间功率差值的大变化，降低整 个系统的性能。

通常，光放大器的性能是由诸如增益、输出功率和噪声指数的设 计参数决定的。噪声指数定义成放大器输出信噪比，其通过在光放大 器输入端口的信噪比换算。当光放大器用作远程通信的转发器时，高 功率和低噪声在增加相邻转发器之间距离中变成主要参数。

由于直接与密集WDM系统的传输能力有关，EDFA中与波长无关的 (平坦)增益的重要性在本领域由当前研究努力结果所明显揭示。基 于氟化物的EDFA和基于亚碲酸盐的EDFA已证明可获得较宽的平坦带 宽。这种研究结果可在M.Yamada等人的“Low-noise and gain- flattened fluoride-based Er3+-doped fiber amplifier pumped by 0.97μm laser diode，”Electron.Lett.，Vol.33，no.9，p.809，1997 和A.Mori等人的“1.5μm broadband amplification by tellurite-based EDFAs，”OFC197，PD1-1，1997中找到。还可发 现能够实现长周期光纤光栅滤光器以得到超过40nm的平坦带宽。尽 管如此，由于在EDFA中间级滤光器的插入可产生噪声指数损失，要 求小心和认真地设计EDFA，这正如在P.F.Wysocki等人的 “Erbium-doped fiber amplifier flatted beyond 40nm using long-period grating，”OFC197，PD2-1，1997中所说明的。

因此本发明人通过数值模拟分析得到噪声指数对滤光器传输率 的依赖性。

图1示意地表示用于模拟的由单级均衡滤光器构成的EDFA结 构。

参考图1，单级滤光器10位于总光纤放大器长度L的1/3位置 处。长周期光纤光栅(LPFG)用作为单级滤光器10。按C.R.Giles 等人的“Propagation of signal and noise in concatenated EDFAs，”J.Lightwave Technol.，Vol.9，no.2，P.147，1991中所描述 的均匀加宽三级系统来建模该放大器。使用在1480nm和1600nm之间 的120nm的光谱范围具有0.1nm的光谱栅格，以覆盖1480nm的泵浦 波长。假设光纤放大器是基于石英同时掺铝光纤(Silica based aluminum co-doped fiber)然后从N.kagi等人的“Temperature dependence of the gain in erbium-doped fibers”，IEEE J.Lightwave Technol.，Vol.9，no.2，P.261，1991中公开之值做吸收 剖面。发射剖面从McCumber理论计算。

图2表示图1的单极均衡滤光器中LPFG的详细光谱分布图。

图3表示图1中描述的EFDA输出光谱。1531nm和1563nm之间 分开0.8nm的41个输入信号用来在每个信道的-20dBm输入功率处 观察增益平坦度和噪声指数。所得到的多信道增益平坦度在超过32nm 谱范围上处于0.4dB之内，每个信道的信号增益在23dB附近。尽管 该结构满足良好的增益平坦度，但由于在短波长范围内高噪声指数引 起不能控制该放大器中放大的自发发射(ASE)，使得该放大器应用 在诸如长距离链路的噪声敏感应用中变得困难。

因此本发明目的是提供高性能平坦增益光纤放大器。

本发明另一目的是提供具有较低噪声指数的光纤放大器。

为了实现前述目的，本发明提供多级光纤放大器，其使用了多级 均衡滤光器可获得超平坦增益。本发明的光纤放大器包括至少三个光 纤放大器级，每个包括一段掺杂光纤。为了顺序放大在第一放大级提 供的光信号，该放大器级串联连接。各个放大器级提供有泵浦辐射， 以便支持其中的激光放大。光纤放大器还包括至少二个均衡滤光器， 每个都位于每对所述放大器级之间。

由于噪声指数与第一级均衡滤光器传输成反比，因此通过将均衡 滤光器分裂成多级滤光状态能够降低噪声指数。

由于放大器的输出功率与末级均衡滤光器传输成反比，因此必须 仔细调节每个滤光器的传输谱。

参考附图详细说明，其中：

图1示意地表示用于模拟的由单级均衡滤光器构成的EDFA结 构；

图2表示图1的单级均衡滤光器中LPFG的详细光谱分布图；

图3表示图1中描述的EDFA的输出光谱；

图4示意地表示根据本发明实施例的EDFA结构；

图5表示图4的双级均衡滤光器中LPFG的详细光谱分布图；

图6表示图4中描述的EDFA的输出光谱；

图7表示具有两种均衡滤光器的EDFA的计算噪声指数。

参考图4，两个LPFG110分别位于总光纤放大器长度L的 和 位置处。对于由二个LPFG构成的双级滤光器结构，每个增益平坦滤 光器是总滤光器传输率之一的平方根。光纤放大器采用基于石英同时 掺铝的EDF(掺铒光纤)。EDF在1480nm由用作光泵的半导体激光器 泵浦。

参考图5，LPFG是陷波滤光器特征。吸收峰位置与图3的相同。 然而深度分布图彼此不同。

参考图6和图3，采用单级滤光器的EDFA的输出信号功率和ASE 功率大于采用双级滤光器的EDFA的输出信号功率和ASE功率，大 1dB。然而，与双级滤光器的相比，单级滤光器中的ASE功率光谱不 好控制，预示着较高的噪声指数损失。

图7画出具有二种均衡滤光器的EDFA的计算噪声指数。参考图 7，在滤光器传输率为最小的1535nm滤长处，发现有0.7dB的最大噪 声指数差。在滤光器传输率为最大的1543nm处没有观察到噪声指数 的大的差值。

通过这些结果，可推论出尽管使用多级平衡滤光器稍微降低了 EDFA增益，但是从噪声指数来看，具有双级均衡滤光器的EDFA要优 于具有单级滤光器的EDFA。