[发明专利]光通道波导放大器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及到下列共同转让的专利申请：

序列号为No.09/121,455的美国专利申请，其申请日为1998年7月23日，申请人为McCallion等，名称为“用来制造光波导的方法”。

序列号为No.09/121,454的美国专利申请，其申请日为1998年7月23日，申请人为Lawrence等，名称为“具有不同的核心和涂层材料的光波导，以及采用这种材料的光发射装置”。

在此，这些申请的全部内容被结合到本申请中，作为参考。

                    技术领域

本发明一般涉及一种光放大器，该光放大器采用的原理是通过受激发射进行放大，更具体地说，涉及一种光通道波导，用来在一个光纤系统中利用受激发射来放大被减弱的光信号。

                   本发明的背景

对于生产在本地和中继光学网络中放大微弱光信号的光放大器，人们一直存在着极大的兴趣。高数据速率和低光衰减与纤维的光学长度之间的关系已经确定，而且越来越受重视，因为长的光纤比被替代的同轴电缆更合算。尽管在传输的时候，光信号的损失相对地较低，光波能量在光纤中的固有的线性衰减规律使得必须要用光中继器节点，以在长距离的陆地和海底通信系统中放大和/或还原数字式光学比特流或模拟信号。通常，无中继的距离为30到70公里，这取决于在被选定的传输波长上的光纤损耗，传输波长通常是1.31或1.55微米。

分别在题为“光纤激光器和放大器”和“搀杂铒的纤维放大器”、系列号为4,955,025和5,005,175的美国专利中，提出了一种非侵入性的方法，用于在一个光纤中放大一个光信号。在这些专利中，把一个有涂层的光纤与一个激励源横向耦合，因此，某个特定波长的微弱的光输入信号在稀土增益面中实现了预期的放大。通过一个单独的激光器或灯来实现激励，其中激光器或灯能发出适当能量的光子，也就是说，其能量比该信号波长的能量更高。在有涂层的纤维中的电子从基态被激发到一个或多个激励带，然后，这些电子衰变一定的数量，相当于装置工作时的波长。当具有激光波长的一个光子与一个被激发的原子相互作用时，发生受激发射。因此，可以由早先的自发发射，受激发射，或者输入信号而产生输出光子。

因为搀杂铒的放大器只能在一个特定的波长下工作，即，1.53μm-1.55μm，其它用于非侵略性的，例如工作在1310nm上的，光放大器的方法正在研究利用半导体材料，以及改变那些涂有稀土金属的纤维。然而，直到今天，还存在着一些严重的问题，妨碍这些装置的开发。即，半导体放大器不能提供足够的增益，暂且不说它还具有明显的噪音问题。稀土金属搀杂膜的纤维放大器也存在着多种问题。

例如，搀杂钕(Nd)的纤维的一个问题是，假如要保持光纤的高质量和低损耗的特性，则在1310nm时就不能获得足够的增益。具体地说，在搀杂钕的硅基纤维中的激发态吸收使得所有合理增益的光谱范围超出1330nm，结果使可用的频谱实质上减少了。此外，利用非硅的光纤，例如氟皓酸盐或者磷酸盐玻璃纤维，会引起明显的制造难题，并且会出现环境稳定性的问题。在光纤的1300nm窗口(window)中用于替代钕的是镨(Pr)，它也存在一些困难。和搀杂钕的石英光纤一样，搀杂镨的纤维要求一个非石英的光纤主体，以达到足够的可用增益。实际上，到目前为止，只有氟皓酸盐(ZBLAN)被证明能够提供足够的增益。不幸的是，搀杂镨的纤维，ZBLAN或其它的，也要求在1020nm波长上进行激励，这不是一个标准的激光转换。因此，在这些不常见的波长上要产生所需要的功率水平就会存在很大的困难。

考虑到上述情况，依然需要有一种光通信技术，用来改良光放大器和放大方法，以提供与那些在1550nm通过搀杂铒的纤维获得的增益等量的放大特性，但是又可以在光纤内部，在所采用的任何光波长上都可以进行操作，例如1310nm。本发明提供了一种光放大器结构和满足这种要求的放大方法。

                  本发明的公开