掺铒光纤放大器中有中间级衰减器的增益倾斜控制

本发明一般涉及光通信领域，具体涉及掺铒光纤放大器，该放大 器中有中间级衰减器的增益倾斜控制。

随着话音和数据网的发展，要求有更高容量的传输系统，导致开 发有大量单独信道的多个波长波分多路复用(WDM)光通信系统。(例 如，见Y.Sun,J.B.Judkins,A.K.Srivastava,L.Garret,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,and A.R.Chraplyvy，“利 用宽带平坦增益掺铒二氧化硅光纤放大器通过640 km的32-WDM 10- Gb/s信道的传输”，IEEE Photon.Tech.Lett.,Vol.9,No.12, pp.1652-1654,December 1997；A.K.Srivastava,Y.Sun,J.L.Zyskind, J.W.Sulhoff,C.Wolf,J.B.Judkins,J.Zhou,M.Zirngibl, R.P.Espindola,A.M.Vengsarkar,Y.P.Li,and A.R.Chraplyvy，“通 过520km TRUEWAVE光纤的64个WDM 10-Gb/s信道的无差错传 输”，NEED PUBLICATION DATE，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,and Y.P.Li,“通过400 km TRUEWAVE光纤的100个 WDM 10-Gb/s信道的1 Tb/s传输”，OFC Technical Digest, Postdeadline Paper,PD 10-1-10-4,San Josa,CA.February 22-27, 1998)。

在增大这些WDM光通信系统和网络容量中，已经证明，在给定 的WDM系统内通常希望有尽可能多的波分多路复用(WDM)光信 道。可以理解，需要有宽带光放大器来实现这些“密集的”WDM (DWDM)光系统和网络。

恰当地利用掺稀土光纤放大器放大通信系统和网络中的光信号。 我们发现，这些掺稀土光纤放大器成本效益高，展现低噪声，提供相 对大的带宽，该带宽与偏振无关，显示极大地减小的串音，和在相关 工作波长中的低插入损耗。由于这些优越的特性，掺稀土光纤放大器， 诸如，掺铒光纤放大器(EDFA)，逐渐替代大量光波通信系统和网络 中当前使用的光电子再生器，尤其是在波分多路复用(WDM)光通信 系统和网络中。

为了支持WDM传输系统和网络中信道数目的增长，就需要宽带 光放大器。因此，放大器的增益在整个WDM带宽中应当是均匀的， 因此信道可以在没有损害的状态下发射。

正如本领域所知，通过利用增益均衡滤波器，诸如，长周期光栅 (例如，见A.M.Vengsarkar,P.J.Jemaire,J.B.Judkins,V.Bhatia, T.Erdogan,and J.E.Snipe，“长周期光纤光栅作为带阻滤波器”， J.Lightwave Tech.,Vol.14,No.1,pp.58-65,January,1996)，可以 达到所要求的增益特性。遗憾的是，当这种宽带光放大器用在实际的 系统中时，该系统的功率“平坦度”可能受到若干个因素的影响，诸 如，传输或色散补偿光纤中的频谱损耗，无源器件中的频谱损耗，输 入信号功率谱的变化和光纤中的Raman效应(例如，见A.R.Chraplyvy and P.S.Henry，“多信道波分多路复用系统中因受激Raman散射造成 的光功率限制”，Electron.Lett.,Vol.20,No.2,pp 58-59,January 1984)。

作为一级近似，宽带光放大器中与“理想平坦度”的偏差可以近 似为信号功率谱中的线性倾斜。因此，需要有控制线性倾斜的方法和 设备，制成有所需工作特性的宽带放大器。

利用在放大器内放置中间级衰减器，我们发明一种控制光放大器 增益倾斜的方法。通过改变衰减器的损耗，可以调节掺铒光纤的平均 反转电平，进一步改变EDFA增益谱中的增益倾斜。

参照附图详细地描述本发明的更多特征和优点以及本发明各个实 施例的结构和运行。

图1(a)是一个两级光放大器的示意图，其中有按照本发明的中 间级可变光衰减器；

图1(b)是图1中光放大器的增益与波长之间关系曲线图；

图2是按照本发明用于增益倾斜控制的实验装置示意图；

图3(a)是18个WDM信道的输入功率谱曲线图，其中分别为+4 dB和-2 dB的倾斜；

图3(b)表示按照本发明的放大器放大之后，倾斜校正的输出谱 曲线图；

图4表示从-4 dB至4 dB的不同信号倾斜范围内，得到平坦输出 谱所必需的衰减器损耗曲线；和

图5表示从-4 dB至4 dB的不同信号倾斜范围内，以恒定增益运 行所必需的衰减器损耗曲线。

图1(a)说明我们的放大器和创新方法的基本原理。图中所示放 大器100主要分成两级，包括：光隔离器(OI)101，掺铒光纤(EDF) 部分103，波长选择耦合器(WSC)105，增益均衡滤波器(GEF)107， 可变衰减器(VA)109，以及分别为980 nm和1480 nm的光泵浦111 和113。该放大器展示波分多路传输光信号所要求的宽带，大动态范 围和高功率特性。

再参照图1(a)，光信号(未画出)通过输入端口110进入光放 大器100，从输出端口120射出，输出端口120是输入端口110的“下 游”。一般地说，专业人员对于光隔离器101，衰减器109,GEF 107， 和WSC 105是熟知的，其中一些已经商品化。此外，专业人员知道， 常规的做法是把光隔离器分别放置在EDFA的上行和下行方向，但这 不是强制性的。

图1(b)表示图1(a)所示光放大器的增益与波长之间关系曲线 图。如图所示，该光放大器展示35 nm带宽(1526 nm-1561 nm)范 围内均匀的增益特性。通过调节可变衰减器109，增益谱可以在输入 功率电平范围内保持平坦。在输入功率为-4 dBm和设定衰减器到最小 值，该增益为24 dB，有12 dB的增益压缩和约5 dB的噪声系数。

图2是按照本发明用于增益倾斜控制的实验装置示意图。如图所 示，其中用到两个光放大器。具体地说，第一掺铒光纤放大器210制 备一个模拟功率倾斜的输入信号谱，用于第二掺铒光纤放大器220。 波导光栅路由器230用于多路复用18个WDM信号(λ1-λ18)，这些 信号来源于外部激光器(未画出)。作为我们演示的目的，信号信道的 范围是从1531.4 nm至1558.6 nm，其中信道间隔为200 GHz，导致 总的带宽约为27 nm。

然后，这些信道的信号功率通过衰减器/功率计240送出，衰减器/ 功率计240控制进入到第一(制备)放大器210的输入功率，该放大 器的结构类似于图1中所示的放大器100。再参照图1，可以调谐在放 大器100中间级内的衰减器109，得到在最短与最长波长信道之间-4 dB 至4 dB总的功率倾斜。为了我们评估的目的，输入到第二(试验)放 大器220的信号功率谱倾斜是由光谱分析仪260监测，第二衰减器/功 率计250用于调节进入试验放大器220的总输入功率。

如在此处所说明的，正倾斜是这样的功率倾斜，在短波长一侧有 低的功率和在长波长一侧有高的功率。所以，负倾斜是相反的情况。

图3(a)中画出+4 dB和-2 dB倾斜的18个WDM信道的输入 谱。通过适当地调节试验放大器220的中间级可变光衰减器，可以补 偿功率谱倾斜。图3(b)中画出输入谱中4 dB和-2 dB倾斜在试验 放大器220之后倾斜校正的输出谱。如图所示，通过改变两种情况下 的中间级衰减器损耗，可以完全地缓和输入谱中的倾斜。

当总的输入功率固定在0.4 dBm时，在不同的输入信号倾斜为-4 dB 至+4 dB范围内，图4表示得到平坦输出谱所需的衰减器损耗。在这 个输入功率电平下，设定衰减器到4.5dB以产生平坦输入谱的平坦输 出谱。

当功率谱倾斜在-2 dB与4 dB之间时，通过在0 dB与17 dB之间 调节衰减器可以完成补偿。然而，其代价是，当衰减器损耗增大时， 输出功率下降。在-4 dB倾斜的情况下，衰减器中的最小损耗不足以使 输出功率谱平坦。

对于恒定的增益运行作类似的评估，如图5所示。在这个评估中， 调节输入功率以保持在每个功率倾斜状态下恒定的21.4 dB增益。为 了产生平坦的输出谱，在平坦的输入谱下设定衰减器为2 dB。当衰减 器设定到其最小值时，在正倾斜下实现完全的补偿，而在输入倾斜为- 2 dB下实现部分的补偿。类似于恒定的总输入功率情况，总输出功率 随衰减增大而减小。

专业人员可以对本发明作各种其他的改动。然而，所有不同于这 个技术说明的具体做法，这些做法依赖于该技术发展的原理及其相关 的内容，都应该认为是在上述本发明和权利要求的范围内。