[发明专利]光放大器和光放大方法

说明书

技术领域

本发明与光放大器有关，更具体地说，是一种增益稳定光放大器和稳定光放大器增益的方法。

本发明参考并要求预申请(12/645,541)及(61/164,214)的优先权。

背景技术

在波分复用(WDM)光传输系统中，多个波长处的光信号被编码为数字信息流。这些编码后的光学信号或者光信道被合并在一起，并经过一系列的光纤段传输，所述光纤段构成WDM光纤网络的传输链路。在传输链路的接收器端，光信道被分开，每一光信道由不同的光探测器接收。

光信号在光纤中传输时会发生能量衰减，而为了正确解码发送器端在信道内的编码信息，又要求在接收器端保持不低于接收器灵敏度的光信道能量。为了放大在光纤中传播的光信号，沿着传输链路将光放大器部署在多个位置，称之为节点。通过把光信号功率放大到接近发送器端的初始光功率水平，光放大器延长了链路的最大可能长度，不同情况下，长度可达几百到几千公里。

掺铒光纤放大器(EDFA)是现代光纤通讯网络中使用的最具实用性的放大器类型之一。单独一个掺铒光纤放大器模块可同时放大近百个光学信道，因而大大降低了光网络的成本。EDFA最重要的组成部分是一段具有稀土元素，例如铒离子掺杂纤芯的活跃光纤。在运行时，掺铒光纤(EDF)受适当的泵浦，例如激光器(例如激光二极管)的激励，以形成铒离子能态之间的粒子数反转，所述铒离子组成EDF的增益介质。参考图1中所示的铒离子能级图10，在980纳米波长的泵浦光激励下，铒离子从基态⁴I_15/2跃迁到激发态⁴I_11/2。激发态上的离子又以5-10us的时间常数τ自发跃迁到亚稳态⁴I_13/2上。上述过程的结果是在能态⁴I_13/2和⁴I_15/2之间形成粒子数反转。

一旦发生粒子数反转，增益介质开始放大沿EDF芯部传播的，具有大约为1550nm+/-20nm的波长的光信号。所述光信号包含众多各自独立的信道。增益介质由与波长有关的增益系数表征，可从增益系数确定所述光信道的放大系数。在放大过程中，泵浦光被该增益介质吸收，该增益介质同时放大当前全部光信道。特定信道的放大系数取决于光功率，当前光信道的数目以及泵浦光的光功率。当信道数突然变化，例如增加、减少、或者路由部分光信道时，EDF的增益介质的增益系数也会改变，这影响其余光信道的放大系数。由于这一现象会影响光通信链路的系统可靠性和误码率(BER)，其是极其有害的。

为了减小对信号光功率的增益敏感度，人们开发了各种放大器增益稳定技术。目前为止，至少有两种技术可被应用。第一种技术包括监测光放大器的输入和/或输出的光功率水平，并使用电子反馈回路来调整光放大器的光泵浦水平，以补偿光增益变化。

图2是基于第一类技术的具有增益稳定电路21的现有光放大器20的方框图。输入到放大器20输入端口22的光信号被5％分光器23分光，分出的光导入光电二极管24中用来测量输入光功率水平。这一测量值将被用来产生所谓的“前馈”控制信号。波分复用器(WDM)25被用来将来自泵浦激光器二极管26的泵浦光与信号光合成后导入EDF 27。如前所述，光信号在EDF 27中得到放大。输出光信号被输出2％分光器28分光，分出的光使用光电二极管29来测量输出光功率，该测量值将被用来产生所谓的反馈控制信号。然后，放大的光信号被导向输出端口30。基于前馈和反馈控制信号，增益稳定路21调节泵浦激光器26的驱动电流，从而稳定放大器20的整体增益。