專利名稱：光衰減器及分別有光衰減器的系統(tǒng)、光放大器和終端設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有兩個法拉第轉(zhuǎn)子的光衰減器，更具體地說，本發(fā)明涉及光衰減器以及各自有光衰減器的系統(tǒng)，光放大器和終端設(shè)備。
在構(gòu)成光通信系統(tǒng)時，有這樣一種情況，光衰減器用于調(diào)節(jié)給光放大器這一類光學(xué)器件的光功率。在這類光衰減器的一個例子中，利用機械操作方法改變衰減量，例如，把一個有衰減量分布的衰減膜插入光路中，通過機械地移位方法，從而調(diào)節(jié)衰減量。
在某些情況下，實際的要求是把光衰減器合并在系統(tǒng)中，以便由光衰減器控制衰減量。例如，在摻鉺光纖放大器(EDFA)中，放大了的光信號提供給光衰減器，利用監(jiān)測到的輸出電平值給出反饋控制的衰減量，從而保持恒定的輸出電平。在這種情況下，使用機械操作方法調(diào)節(jié)衰減量的光衰減器，對提高系統(tǒng)的可靠性是不可取的。
鑒于這一事實，本發(fā)明者已提出過實際中極好的光衰減器，這種光衰減器沒有機械可移動部件(例如，日本專利申請，N.4-205044)。這種光衰減器有一個法拉第轉(zhuǎn)子，其法拉第轉(zhuǎn)角隨加到電磁鐵上電流的變化而變化，通過調(diào)節(jié)法拉第轉(zhuǎn)角設(shè)定衰減量。
人們希望光衰減器對輸入光給出一個與光波長無關(guān)的均勻衰減量。然而，在法拉第轉(zhuǎn)子有波長特性的情況下，即，在法拉第轉(zhuǎn)角隨波長而變化的情況下，衰減量隨波長而變化，所以衰減量的波長特性變成不平坦了。若是有衰減量為不平但波長特性的光衰減器中加入到波分多路復(fù)用系統(tǒng)中，各個信道之間光信號衰減量就不同，引起這樣一個問題，各信道之間信號功率有偏差。
此外，人們也希望光衰減器的衰減量波長特性可以任意地設(shè)置，以抵消出現(xiàn)在，例如EDFA中的增益傾斜(增益隨波長而變化的一種性質(zhì))。
所以，本發(fā)明的一個目的是提供這樣一種光衰減器，它具有衰減量的為平坦波長特性。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣一種光衰減器，它具有衰減量的可調(diào)節(jié)的波長特性。
本發(fā)明的第三個目的是提供一個各自有這種光衰減器的系統(tǒng)，光放大器，和終端設(shè)備。
按照本發(fā)明的第一方面，提供一個光衰減器，包括第一和第二衰減器單元以及控制電路，第一衰減器單元與第二衰減器單元級聯(lián)在光路上，控制電路連接到第一和第二衰減器單元。第一和第二衰減器單元中的每一個包括放在光路上的法拉第轉(zhuǎn)子。法拉第轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個作為波長函數(shù)的法拉第轉(zhuǎn)角。第一和第二衰減器單元中的每一個還包括偏振裝置，用于產(chǎn)生該光路上法拉第轉(zhuǎn)角確定的衰減量。尤其是在按照本發(fā)明第一方面的光衰減器中，控制電路包括控制裝置，以控制第一和第二衰減器單元中每一個的法拉第轉(zhuǎn)角，使第一衰減器單元中衰減量的波長特性大體上被第二衰減器單元中衰減量的波長特性所抵消。
借助這種結(jié)構(gòu)，雖然每個法拉第轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角是波長的函數(shù)，但是，由于控制電路的作用，總衰減量的波長特性大致上是平坦的。
在按照本發(fā)明第二方面的光衰減器中，控制電路包括控制裝置，以控制第一和第二衰減器單元中每一個的法拉第轉(zhuǎn)角，使第一衰減器單元中衰減量的波長特性與第二衰減器單元中衰減量的波長特性之和給出的波長特性具有所希望的傾斜度。借助這種結(jié)構(gòu)，可以自由地調(diào)節(jié)總衰減器的波長特性。
按照本發(fā)明的第三方面，提供一個含第一和第二衰減器單元的光衰減器，每個衰減器單元給出一個可變的衰減量；第一衰減器單元和第二衰減器單元分別有衰減量的第一波長特性和衰減量的第二波長特性，這兩個波長特性各不相同。
按照本發(fā)明的第四方面，提供一個包括光傳輸線以及沿此傳輸線排列的第一和第二衰減器單元的系統(tǒng)，光傳輸線用于傳輸具有多個不同波長光信號的波分多路復(fù)用光，第一衰減器單元和第二衰減器單元各自給出可變的衰減量，并且分別有衰減量的第一波長特性和衰減量的第二波長特性，這兩個波長特性各不相同。
按照本發(fā)明的第五方面，提供一個光放大器，包括第一光放大單元，第二光放大單元，以及在第一光放大單元與第二光放大單元之間的第一和第二衰減器單元；第一衰減器單元和第二衰減器單元各自給出可變的衰減量，并且分別有衰減量的第一波長特性和衰減量的第二波長特性，這兩個波長特性各不相同。
按照本發(fā)明的第六方面，提供一個光放大器，包括光放大單元和連接到此光放大單元輸出的光衰減器；該光衰減器包括第一衰減器單元和第二衰減器單元，各自給出可變的衰減量，并且分別有衰減量的第一波長特性和衰減量的第二波長特性，這兩個波長特性各不相同。
按照本發(fā)明的第七方面，提供一個光放大器，包括光放大單元和連到此光放大單元輸入的光衰減器；該光衰減器包括各自有可變衰減量的第一和第二衰減器單元；第一衰減器單元和第二衰減器單元分別有衰減量的第一波長特性和衰減量的第二波長特性，這兩個波長特性各不相同。
按照本發(fā)明的第八方面，提供一個終端設(shè)備，包括多個E/O轉(zhuǎn)換器，多個電平調(diào)整單元，和光學(xué)多路復(fù)用器；多個E/O轉(zhuǎn)換器分別輸出具有不同波長的光信號，多個電平調(diào)整單元分別調(diào)節(jié)從E/O轉(zhuǎn)換器輸出的光信號電平，而光學(xué)多路復(fù)用器用于波分多路復(fù)用從電平調(diào)整單元輸出的光信號，以獲得波分多路復(fù)用光；每個電平調(diào)整單元包括各自有可變衰減量的第一和第二衰減器單元，第一衰減器單元和第二衰減器單元分別有衰減量的第一波長特性和衰減量的第二波長特性，這兩個波長特性各不相同。
按照本發(fā)明的第九方面，提供一個終端設(shè)備，包括多個E/O轉(zhuǎn)換，多個電平調(diào)整單元，一個光學(xué)多路復(fù)用器，和一個光放大器；多個E/O轉(zhuǎn)換器分別輸出不同波長的光信號，多個電平調(diào)整單元分別調(diào)節(jié)從E/O轉(zhuǎn)換器輸出的光信號電平，光學(xué)多路復(fù)用器用于波分多路復(fù)用從電平調(diào)整單元輸出的光信號，以得到波分多路復(fù)用光，而光放大器用于放大從光學(xué)多路復(fù)用器輸出的波分多路復(fù)用光；光放大器包括光放大單元和連到此光放大單元的光衰減器；光衰減器包括各自有可變衰減量的第一和第二衰減器單元；第一衰減器單元和第二衰減器單元分別有衰減量的第一波長特性和衰減量的第二波長特性，這兩個波長特性各不相同。
通過對以下描述和所附權(quán)利要求書的研究，并結(jié)合參照展示本發(fā)明幾個優(yōu)選實施例的附圖，本發(fā)明的上述和其他目的，特征和優(yōu)點，以及達到這些目的的方法會變得更加顯而易見，對此發(fā)明本身也理解得更深刻。


圖1是按照本發(fā)明第一個優(yōu)選實施例的光衰減器圖；圖2是應(yīng)用于本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的法拉第轉(zhuǎn)子圖；圖3說明圖2所示法拉第轉(zhuǎn)子中法拉第轉(zhuǎn)角變化的原理；圖4是一曲線圖，表示圖1所示兩個衰減器中每一個的衰減量與驅(qū)動電流之間的關(guān)系；圖5是一曲線圖，是說明法拉第轉(zhuǎn)角的波長特性的一個例子；圖6說明圖1所示光衰減器中每個法拉第轉(zhuǎn)角波長特性的影響；圖7A和7B是曲線圖，說明圖1所示兩個衰減器單元中衰減量的波長特性變化；圖8是一方框圖，表示應(yīng)用于本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的控制電路；圖9是按照本發(fā)明第二個優(yōu)選實施例的光衰減器圖；圖10是按照本發(fā)明第三個優(yōu)選實施例的光衰減器圖；圖11是按照本發(fā)明第四個優(yōu)選實施例的光衰減器圖；圖12是按照本發(fā)明第五個優(yōu)選實施例的光衰減器圖；圖13是一曲線圖，說明圖12所示光衰減器中衰減量波長特性的測量結(jié)果；圖14A至14D是曲線圖，說明圖12所示光衰減器中總衰減量的波長特性的測量結(jié)果；圖15是按照本發(fā)明第六個優(yōu)選實施例的光衰減器圖；圖16是按照本發(fā)明第七個優(yōu)選實施例的光衰減器圖；圖17是一方框圖，表示按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的系統(tǒng)；圖18A至18C是三個方框圖，表示按照本發(fā)明幾個優(yōu)選實施例的光放大器；以及圖19是一方框圖，表示按照本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的終端設(shè)備。
現(xiàn)在參照附圖詳細地描述本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例。在所有的附圖中，基本上相同的部件用相同的參考數(shù)字表示，在方向和其他量需要明確的情況下，采用互相正交的X軸，Y軸和Z軸規(guī)定的三維座標(biāo)系統(tǒng)。
圖1是按照本發(fā)明第一個優(yōu)選實施例的光衰減器圖。這個光衰減器包括光路上級聯(lián)的兩個衰減器單元AU1和AU2，以及連到單元AU1和AU2的控制電路2。衰減器單元AU1和AU2中的每一個包括法拉第轉(zhuǎn)子FR和偏振單元PU，法拉第轉(zhuǎn)子FR對沿著光路OP傳播的光給出一個可變的法拉第轉(zhuǎn)角，而偏振單元PU產(chǎn)生一個由法拉第轉(zhuǎn)角決定的衰減量。
在這個優(yōu)選實施例中，衰減器單元AU1中偏振單元PU是由光路OP上放置的偏振器4和偏振器6組成的，而衰減器單元AU2中偏振單元PU是由光路OP上放置的偏振器8和偏振器10組成的。偏振器4,6,8和10分別有軸4A,6A,8A,和10A，每個軸決定線偏振光通過偏振器的偏振面。在此優(yōu)選實施例中，軸4A平行于Y軸，軸6A,8A，和10A平行于X軸。
首先，簡要地描述圖1所示光衰減器的運行原理。當(dāng)衰減器單元AU1中法拉第轉(zhuǎn)子FR給出的法拉第轉(zhuǎn)角為90°時，由于軸4A與軸6A互相正交，衰減器單元AU1的衰減量最小。當(dāng)衰減器單元AU2中法拉第轉(zhuǎn)子FR給出的法拉第轉(zhuǎn)角為0°時，由于軸8A與軸10A互相平行，衰減器單元AU2的衰減量為最小。因此，這個光衰減器的總衰減量為最小。
在廣義上說，90°的法拉第轉(zhuǎn)角包括90°+n·180°(n是整數(shù))，0°的法拉第轉(zhuǎn)角包括m·180°(m是整數(shù))。
當(dāng)衰減器單元AU1中法拉第轉(zhuǎn)子FR給出的法拉第轉(zhuǎn)角接近0°時，且當(dāng)衰減器單元AU2中法拉第轉(zhuǎn)子FR給出的法拉第轉(zhuǎn)角接近90°時，這個光衰減器的總衰減量為最大。
參照圖2，其中畫出每個法拉第轉(zhuǎn)子FR的具體結(jié)構(gòu)。圖2所示法拉第轉(zhuǎn)子FR有一塊磁光晶體12，光路OP從其中通過。
一般來說，在某個磁場加到磁光晶體12的條件下，即，在磁光晶體12放置在某個磁場的條件下，當(dāng)線偏振光通過磁光晶體12時，此線偏振光的偏振方向總是朝相同的方向旋轉(zhuǎn)，而與線偏振光的傳播方向無關(guān)。
此處用到的術(shù)語“偏振方向”定義為包含線振偏光電場矢量的平面到垂直于傳播方面平面的投影。
偏振方向旋轉(zhuǎn)這一現(xiàn)象稱之為法拉第旋轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)的角度大小(法拉第轉(zhuǎn)角)取決于所加磁場產(chǎn)生的磁光晶體12磁化方向和磁化強度(幅度)。更具體些說，法拉第轉(zhuǎn)角是由磁光晶體12的磁化強度在光傳播方向的分量所決定的。
因此，利用磁光晶體12和在與光傳播方向相同的方向上把磁場加到磁光晶體12上的手段，以及通過調(diào)節(jié)所加磁場，可以有效地調(diào)節(jié)法拉弟轉(zhuǎn)角。然而，此處應(yīng)當(dāng)考慮到，當(dāng)所加磁場的幅度相對地較小時，所加磁場引起的磁光晶體12磁化強度沒有達到飽和狀態(tài)，在磁光晶體12中就存在許多磁疇。這樣多磁疇的存在破壞了法拉弟轉(zhuǎn)角的重復(fù)性，或者，即使保證了很好的重復(fù)性，也很難使法拉第轉(zhuǎn)角連續(xù)地變化。此外，當(dāng)磁光晶體12中存在許多磁疇時，由于磁疇之間界面處的光散射，不利于實際中應(yīng)用。
在考慮到上述情況的這個優(yōu)選實施例中，具有不同方向的第一磁場和第二磁場加到磁光晶體12上，至少改變第一磁場和第二磁場其中之一，從而改變所得到的法拉第轉(zhuǎn)角。而且，第一磁場和第二磁場是這樣設(shè)定的，使其合成磁場的強度足以使磁光晶體12的磁化強度飽和。磁光晶體12中磁化強度已經(jīng)符合要求的條件可以理解為磁光晶體12中存在的許多磁疇已經(jīng)變成單個磁疇的條件。在磁光晶體12中磁化強度飽和的狀態(tài)下，通過至少改變第一磁場和第二磁場其中之一，法拉第轉(zhuǎn)角就能連續(xù)地變化，從而避免由于磁疇之間界面處光散射出現(xiàn)的損耗。此外，也可以有令人滿意的法拉第轉(zhuǎn)角重復(fù)性。
最好是，所加第一磁場和第二磁場是平行于光路OP的平面上構(gòu)成互相正交的方向，為的是可以有效的改變法拉第轉(zhuǎn)角。
在圖2所示的優(yōu)選實施例中，放了一對永磁鐵14，使其與磁光晶體12的上、下表面相對，為的是把平行于Z軸的固定磁場FM(見圖1)加到磁光晶體12上。此外，放了一個電磁鐵16，使其與磁光晶體12的右側(cè)面和左側(cè)面相對，為的是把平行于X軸的可變磁場VM(見圖1)加到磁光晶體12上。電磁鐵16的線圈18連接到可變電流源20。供給電磁鐵16的驅(qū)動電流是由可變電流源16調(diào)節(jié)，從而改變磁光晶體12的磁化方向，相應(yīng)地改變法拉第轉(zhuǎn)角。
磁光晶體12的實例包括釔鐵石榴石(YIG)薄片和外延生長(GdBi)3(FeAlGa)5O12晶體。
在圖2所示優(yōu)選實施例中所加固定磁場FM平行于光路OP和所加可變磁場VM垂直于光路OP的理由是，把磁場加在垂直于光路OP的方向比把磁場加在平行于光路OP的方向容易些，所以希望把電磁鐵16復(fù)合體放在較容易加磁場的方位。
圖3是利用圖2所示法拉第轉(zhuǎn)子FR說明法拉弟轉(zhuǎn)角變化的原理。關(guān)于加到磁光晶體12上磁場方向和強度的矢量表示，以及磁光晶體12磁化強度的矢量表示，圖3中的豎直軸和水平軸分別對應(yīng)于Z軸和X軸。
在電磁鐵16的驅(qū)動電流基本上為零和只有永磁鐵14的固定磁場FM加到磁光晶體12的情況下，磁光晶體12的磁化方向平行于Z軸，如參考數(shù)字22所示。固定磁場FM的強度是這樣設(shè)定的，在只在固定磁場FM時能使磁光晶體12的磁化強度飽和。在此優(yōu)選實施例中，當(dāng)只加上固定磁場FM時，法拉第轉(zhuǎn)角成為90°。
當(dāng)由電磁鐵16將平行于X軸的可變磁場VM加上時，其合成磁場是由固定磁場FM和可變磁場VM合成矢量給出，如參考數(shù)字24所示。這個合成磁場24在磁光晶體12中產(chǎn)生一個參考數(shù)字26表示的磁化強度。磁化強度26的方向平行于合成磁場24的方向，磁光晶體12中的磁化強度是飽和的。所以，磁化強度26的大小(磁化矢量的長度)等于磁化強度22的大小(磁化矢量的長度)。
雖然磁光晶體12中的磁化強度是固定的，但是，磁化強度對磁光晶體12中法拉第轉(zhuǎn)角的貢獻程序是不同的，因為，法拉第轉(zhuǎn)角也取決于磁化方向與光傳播方向之間關(guān)系。就是說，在比較磁化強度22狀態(tài)與磁化強度26狀態(tài)時，磁化強度26的Z軸分量28小于磁化強度22的Z軸分量(磁化強度22自身)。因此，相應(yīng)于磁化強度26的法拉第轉(zhuǎn)角小于相應(yīng)于磁化強度22的法拉第轉(zhuǎn)角。
更具體些說，在圖2所示法拉第轉(zhuǎn)子FR中，電磁鐵16的驅(qū)動電流從0變化到最大值過程中，法拉第轉(zhuǎn)角從90°減小至0°。
圖4是一曲線圖，表示衰減量與圖1所示衰減器單元AU1和衰減器單元AU2中電磁鐵16驅(qū)動電流之間關(guān)系，在衰減器單元AU1中，軸4A與軸6A互相垂直，以及電磁鐵16的可變磁場VM是以垂直于Z軸的方向加上的。所以，衰減量隨電磁鐵16驅(qū)動電流的增加而增大。另一方面，在衰減器單元AU2中，軸8A與軸10A互相平行，以及電磁鐵16的可變磁場VM是以垂直于Z軸的方向加上的，所以，衰減量隨電磁鐵16驅(qū)動電流的增加而減小。
現(xiàn)在，通過這兩個衰減器AU1與AU2的組合，描述衰減量波長特性變平坦的原理。
圖5是一曲線圖，說明某個磁光晶體中磁化強度飽和時，法拉第波長特性的一個例子。在圖5中，豎直軸代表法拉第轉(zhuǎn)角(度/cm)，水平軸代表給出法拉第轉(zhuǎn)角的光波長(μm)。在這個磁光晶體的例子中，單位長度的法拉第轉(zhuǎn)角隨波長的增大而減小。
參照圖6，在磁光晶體12具有圖5所示特性的條件下，描述圖1所示光衰減器中每個法拉第轉(zhuǎn)角對波長特性的影響。假設(shè)電磁鐵16中的驅(qū)動電流這樣設(shè)定，對于波長為λ2的光給衰減器單元AU1提供的法拉第轉(zhuǎn)角成45°。在此情況下，對于比波長λ2長的波長為λ1的光，給出的法拉第轉(zhuǎn)角就小于45°；對于比波長λ2短的波長為λ3的光，給出的法拉第轉(zhuǎn)解就大于45°。
在衰減器單元AU1中，衰減量隨法拉第軸角從90°減小至0°而增大，因此，若用a1(dB),a2(dB)，和a3(dB)分別表示具有波長為λ1,λ2，和λ3光在衰減器單元AU1中的衰減量，a3＜a2＜a1成立。
與此相反，在衰減器單元AU2中，衰減量隨法拉第轉(zhuǎn)角從90°減小至0°而減小。因此，當(dāng)法拉第轉(zhuǎn)角的波長特性基本上在線性范圍內(nèi)時，具有波長為λ1,λ2，和λ3光的衰減量分別為a3(dB),a2(dB)，和a1(dB)。
按照這一工作方式，在法拉第轉(zhuǎn)角的波長特性具有圖5所示負(fù)坡度情況下，衰減量隨衰減器單元AU1中波長的增大而增大，此單元中衰減量隨電磁鐵16驅(qū)動電流的增加而增大；而衰減量隨衰減器單元AU2中波長的增大而減小，此單元中衰減量隨電磁鐵16驅(qū)動電流的增加而減小。
圖7A和7B是兩個曲線圖，分別表示衰減器單元AU1和AU2中衰減量的波長特性變化。在衰減器單元AU1中，如圖7A所示，隨著電磁鐵16驅(qū)動電流的增加，衰減量的波長特性正向傾斜趨勢更加強烈。另一方面，在衰減器單元AU2中，如圖7B所示，隨著驅(qū)動電流的增加，衰減量的波長特性負(fù)向傾斜趨勢更加強烈。
令θF1表示衰減器單元AU1中法拉第轉(zhuǎn)角，衰減器單元AU1中的衰減量(dB)是由以下表達方式給出。
10·log[Sin2θF1]因此，由波長增量Δλ引起的傳輸光功率變化由以下式子表示。
-Sin2θF1Sin(KθF1Δλ)其中K是對法拉第的波長特性作了初步近似的系數(shù)。
另一方面，令θF2表示衰減器單元AU2中法拉第轉(zhuǎn)角，衰減器單元AU2中的衰減量(dB)是由以下式給出10·log[Sin2(90°-θF2)]因此，由波長增量Δλ引起的傳輸光功率變化由以下式子表示Sin2θF2Sin(KθF2Δλ)所以，給出以下方程式解的一群組合(θF1,θF2)提供了這樣的條件，其中衰減器單元AU1中的衰減量波長特性大體上被衰減器單元AU2中的衰減量波長特性所抵消，此方程式為Sin2θF1Sin(KθF1Δλ)+Sin2θF2Sin(KθF2Δλ)=0例如，控制衰減器單元AU1中的法拉第轉(zhuǎn)角和衰減器單元AU2中的法拉第轉(zhuǎn)角，在這兩個法拉第轉(zhuǎn)角大致相等的條件下，圖1所示光衰減器中總衰減量的波長特性可以變得平坦。
或者，在總衰減量相對較大的情況下，即，在圖4所示兩條曲線交點以上兩個衰減量之和為總衰減量的情況下，可以控制每個法拉第轉(zhuǎn)角，使衰減器單元AU1中的衰減量與衰減器單元AU2中的衰減量相等，而在總衰減量相對較小的情況下，即，在兩條曲線交點以下兩個衰減量之和為總衰減的情況下，可以控制每個法拉第轉(zhuǎn)角，使衰減器單元AU1中的衰減量與衰減器單元AU2中的衰減量不同。
現(xiàn)在，參照圖8，描述適合于這種靈活控制的控制電路2具體結(jié)構(gòu)。
圖8是一方框圖，表示一個優(yōu)選實施例的控制電路2。在此優(yōu)選實施例中，控制電路2包括CPU(中央處理單元)30，用于完成計算等工作，根據(jù)控制輸入決定每個電磁鐵16的驅(qū)動電流，以提供所需的衰減量；RAM(隨機存儲器)32，用于暫時存儲計算結(jié)果等數(shù)據(jù)；ROM(只讀存儲器)34，事先存儲計算所需的程序，數(shù)據(jù)，等等；以及I/O端口36，用于輸入和輸出數(shù)據(jù)。CPU30,RAM32,ROM34，和I/O端口36用數(shù)據(jù)總線38互連。
存儲在ROM34中的是數(shù)據(jù)表，代表先前得的上述方程一組解與根據(jù)這些解得到的衰減量之間關(guān)系。當(dāng)所需總衰減量由控制輸入給出時，CPU30衰選取獲得此衰減量的解，把衰減量AU1和AU2中的法拉第轉(zhuǎn)角設(shè)定成滿足此解。更具體些說，從I/O端口36輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D/A轉(zhuǎn)換器40和42轉(zhuǎn)換成模擬控制信號，接著這兩個控制信號分別提供給衰減器單元AU1和AU2中的可變電流源20。因此，每個電磁鐵16的驅(qū)動電流設(shè)置成實現(xiàn)法拉第轉(zhuǎn)角的組合，以獲得的需的衰減量。
例如，在減小總衰減量的情況下，衰減器單元AU1中的電磁鐵16在衰減器單元AU1中的法拉第轉(zhuǎn)角接近90°的區(qū)域內(nèi)被驅(qū)動，而衰減量AU2的電磁鐵16在衰減器單元AU2中的法拉第轉(zhuǎn)角接近于0°的區(qū)域內(nèi)被驅(qū)動。
按照這一工作方式，在這個優(yōu)選實施例中，控制電路2控制每個法拉第轉(zhuǎn)角，使衰減器單元AU1中的衰減量波長特性基本上被衰減器單元AU2中的衰減量波長特性所抵消，所以總衰減量的波長特性可以是平坦的。
圖9是按照本發(fā)明第二實施例的光衰減器圖。這個優(yōu)選實施便的特征是，改型的法拉第轉(zhuǎn)子FR′和偏振器10′用來替代圖1所示第一個優(yōu)選實施例衰減器單元AU2中的法拉第轉(zhuǎn)子FR和偏振器10。雖然沒有畫出法拉第轉(zhuǎn)子FR′的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但改型的方式是這樣的，可變磁場VM設(shè)置成平行于光路OP，固定磁場FM設(shè)置成垂直于光路OP。而且，偏振器10′有一個平行于Y軸的軸10A′。
還是根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，衰減器單元AU2的衰減量隨衰減器單元AU2中電磁鐵驅(qū)動電流的增加而減小，因此，根據(jù)類似于圖1所示第一個優(yōu)選實施例的原理，衰減器單元AU1中的衰減量波長特性基本上被衰減器單元AU2中的衰減量波長特性所抵消，從而使總衰減量的波長特性變得平坦。
圖10是按照本發(fā)明第三個優(yōu)選實施例的光衰減器圖，這個優(yōu)選實施例的特征是，改型的偏振器10′用來替代圖1所示第一個優(yōu)選實施例衰減器單元AU2中的偏振器10。偏振器10′有一個平行于Y軸的軸10A′。軸8A與10A′互相正交，軸4A與6A也互相正交。衰減器單元AU1中的法拉第轉(zhuǎn)子FR與衰減器單元AU2中的相同，所以，衰減器單元AU1與AU2的運行很相似。
就是說，在衰減器單元AU1和AU2中，衰減量都是隨電磁鐵16驅(qū)動電流的增加而增大。而且，在衰減器單元AU1和AU2中，衰減量波長特性的正向傾斜趨勢都隨驅(qū)動電流的增加而更加強烈，如圖7A所示。
所以，通過改變控制電路2的運行方式，衰減器單元AU1中的衰減量波長特性與衰減器單元AU2中的衰減量波長特性之和給出的波長特性能夠設(shè)置成具有所需要的傾斜坡度。即，按照這個優(yōu)選實施例，可容易地調(diào)節(jié)總衰減量的波長特性。此外，由于兩個類似運行的衰減器單元AU1和AU2是級聯(lián)的，可以擴展總衰減量波長特性的調(diào)節(jié)動態(tài)范圍。
為了容易了解衰減器單元AU1和AU2的結(jié)構(gòu)和工作原理，在上述每個優(yōu)選實施例中偏振器6和偏振器8表示為分開的元件，但由于軸6A與8A互相平行，可以省去偏振器6和8中任一個偏振器。此外，在光衰減器是按照這樣方式運行的情況下，即，光沿著光路OP按照衰減器單元AU1和AU2這個順序通過衰減器單元，且輸入到衰減器單元AU1的光是具有平行于YZ平面偏振面的線偏振光，也可省去偏振器4。
現(xiàn)在，描述實際使用中極其優(yōu)良的本發(fā)明幾個優(yōu)選實施例。在以下每個優(yōu)選實施例中，特定的雙折射晶體組合在一起且光路上安排成衰減量與入射光的偏振態(tài)無關(guān)。
圖11是按照本發(fā)明第四個優(yōu)選實施例的光衰減器圖。這個優(yōu)選實施例的特征是，雙折射晶體楔形板44,46,48和50用來替代圖1所示的偏振器4,6,8,和10。另外還有光纖52和透鏡54，各用于輸入光束；透鏡56，光纖58，和透鏡60，各用于光學(xué)耦合衰減器單元AU1與AU2；以及透鏡62和光纖64，各用于輸出光束。連接光纖52和58的光路是由每個楔形板44和46中規(guī)定的尋常光線和非常光線給出的，連接光纖58和64的光路是由每個楔形板48和50中規(guī)定的尋常光線和非常光線給出的。
借助這種結(jié)構(gòu)，連接光纖52和58光路中的衰減量是由衰減器單元AU1法拉第轉(zhuǎn)子FR中的法拉第轉(zhuǎn)角所確定，連接光纖58和64光路中的衰減量是由衰減器單元AU2法拉第轉(zhuǎn)子FR中的法拉第轉(zhuǎn)角所確定。因此，輸出光纖64光路上耦合到輸入光纖52，其耦合系數(shù)由每個法拉第轉(zhuǎn)角決定，從而獲得所需要的總衰減量。
每個楔形板44和46有一個定義在第一平面上的楔角，而每個楔形板48和50有一個定義在第二平面上的楔角。在這個優(yōu)選實施例中，第一平面和第二平面與YZ平面平行。
楔形板44和46分別有主軸44A和46A，每個主軸用于確定尋常光線和非常光線。與此類似，楔形板48和50分別有主軸48A和50A，每個主軸用于確定尋常光線和非常光線。在這個優(yōu)選實施例中，主軸44A與X軸平行，主軸46A,48A,和50A與Y軸平行。
楔形板44和46有相同的形狀，它們是這樣安排的，楔形板44的頂部和底部分別與楔形板48的底部和頂部相對，楔形板44和46的兩個對應(yīng)面互相平行。
類似地，楔形板48和50有相同的形狀，它們是這樣安排的，楔形板48的頂部和底部分別與楔形板50的底部和頂部相對，楔形板48和50的兩個對應(yīng)面互相平行。
從光纖52光纖端部52A射出的光被透鏡54準(zhǔn)直后成為一平行光束。此光束用參考數(shù)字102表示，光束厚度忽略不計。光束102在楔形板44中被分成對應(yīng)于尋常光線的光束104和對應(yīng)于非常光線的光束106。光束104和106在法拉第轉(zhuǎn)子FR中經(jīng)受法拉第旋轉(zhuǎn)，以相同的方向轉(zhuǎn)過相同的法拉第轉(zhuǎn)角，分別成為光束108和110。光束108在楔形板46中被分成對應(yīng)于尋常光線的光束112和對應(yīng)于非常光線的光束114。光束110在楔形板46中被分成對應(yīng)于非常光線的光束116和對應(yīng)于尋常光線的光束118。
考慮到光束112,114,116和118過去的折射經(jīng)歷以及楔形板44和46的形狀和安排，光束112和116互相平行，而光束114與118不平行。所以，互相平行的光束112和116能夠被透鏡56會聚，進入光纖58的光纖端面58A。另一方面，不平行的光束114和118偏離了光路，不能進入光纖端面58A。
衰減器單元AU1中的衰減量相當(dāng)于光束112和116總功率與光束102功率之比率。例如，在衰減器單元AU1中法拉第轉(zhuǎn)子FR的法拉第轉(zhuǎn)角為90°情況下，光束104的功率原則上完全轉(zhuǎn)移成光束112的功率，而光束106的功率原則上完全轉(zhuǎn)移成光束116的功率。所以，衰減器單元AU1中的衰減量最小。在法拉第轉(zhuǎn)子FR的法拉第轉(zhuǎn)角為0°情況下，光束104的功率原則上完全轉(zhuǎn)移成光束114的功率，而光束106的功率原則上完全轉(zhuǎn)移成光束118的功率，所以，衰減器單元AU1中的衰減量最大。因此，衰減器單元AU1中得到了按照法拉第轉(zhuǎn)子FR中法拉第轉(zhuǎn)角的衰減量。
當(dāng)法拉第轉(zhuǎn)角為恒定時，光束112和116的總功率也恒定，與光束102的偏振態(tài)無關(guān)。所以，衰減器單元AU1中的衰減量不取決于光束102(即，輸入光束)的偏振態(tài)。
進入光纖58光纖端面58A的光從光纖58的另一端面58B射出，接著，被透鏡60準(zhǔn)直成平行光束。此光束用參考數(shù)字122表示，光束厚度忽略不計。光束122在楔形板48中被分成對應(yīng)于尋常光線的光束124和對應(yīng)于非常光線的光束126。光束124和126在衰減器單元AU2的法拉第轉(zhuǎn)子FR中經(jīng)受法拉第旋轉(zhuǎn)，以相同的方向轉(zhuǎn)過相同的法拉第轉(zhuǎn)角，分別成為光束128和130。光束128在楔形板50中被分成對應(yīng)于尋常光線的光束132和對應(yīng)于非常光線的光束134。光束130在楔形板50中被分成對應(yīng)于非常光線的光束136和對應(yīng)于尋常光線的光束138。
在考慮到與衰減器單元AU1的類似性，光束132和136進入光纖64的光纖端面64A，而光束134和138偏離了光路，不能進入光纖端面64A。
如同在衰減器單元AU1中一樣，衰減器單元AU2中的衰減量與輸入光束(光束122)的偏振態(tài)無關(guān)。然而，同主軸44A與46A互相垂直這一事實形成對照，由于軸48A與50A互相平行，衰減器單元AU2中衰減量隨法拉第轉(zhuǎn)角變化而變化的趨勢與衰減器單元AU1中的相反。
例如，在衰減器單元AU2中法拉第轉(zhuǎn)角為90°情況下，光束124的功率原則上完全轉(zhuǎn)移成光束134的功率，而光束126的功率原則上完全轉(zhuǎn)移成光束138的功率。所以，衰減器單元AU2中的衰減量最大，在衰減器單元AU2中法拉第轉(zhuǎn)角為0°情況下，光束124的功率原則上完全轉(zhuǎn)移成光束132的功率，而光束126的功率原則上完全轉(zhuǎn)移成光束136的功率，所以，衰減器單元AU2中的衰減量最小。
所以，控制電路2按照類似于圖1所示第一個優(yōu)選實施例的方式工作，衰減器單元AU1中的衰減量波長特性基本上被衰減器單元AU2中的衰減量波長特性所抵消，從而使光衰減器中總衰減量的波長特性變得平坦。因此，按照這個優(yōu)選實施例，就可能提供這樣一個光衰減器，它具有平坦的衰減量波長特性以及衰減量與輸入光束偏振態(tài)無關(guān)的偏振獨立性。
在圖11所示第四個優(yōu)選實施例中，利用光纖58以及透鏡56和60把衰減器單元AU1與AU2光路上連接起來是鑒于以下理由。即，在衰減器單元AU1與AU2之間沒有光纖58以及透鏡56和60而利用空間光束進行光路連接的情況下，光束112和116的部分或全部功率就會轉(zhuǎn)移成光束132和136的功率，而偏離光路的光束114或118功率可能轉(zhuǎn)移成光束132和136的功率，所以，不可能獲得所需要的衰減量。這種不需要的重新組合主要是以下事實造成的，即，規(guī)定楔形板44和46楔角的第一平面平行于規(guī)定楔形板48和50楔角的第二平面。因此，通過第一平面和第二平面中一個平面相對于另一個平面圍繞乙軸的旋轉(zhuǎn)，從而使第一平面與第二平面不平行，可以省去光纖58以及透鏡56和60以抑制光衰減器中的插入損耗。例如，可以使第一平面與第二平面互相垂直，下面描述這種結(jié)構(gòu)的一個具體實例。
圖12是按照本發(fā)明第五個優(yōu)選實施例的光衰減器圖。與圖11所示第四個優(yōu)選實施例對照，第五個優(yōu)選實施例的特征是，楔形板44和46圍繞Z軸轉(zhuǎn)過90°，從而可省去圖11所示的光纖58以及透鏡56和60。因此，規(guī)定楔形板48和50楔角的平面與YZ平面平行，而規(guī)定楔形板44和46楔角的平面與XZ平面平行。此外，主軸44A平行于Y軸，主軸46A平行于X軸。
此光衰減器的運行原理細節(jié)，包括衰減器單元AU1和AU2中每一個的衰減量是由每個法拉第轉(zhuǎn)角所決定這一事實在內(nèi)，可以按照圖11所示第四個優(yōu)選實施例的運行原理來理解，所以，此處省去了對此實施例的描述。
按照圖12所示第五個優(yōu)選實施例，也可以提供一個具有平坦衰減量波長特性和偏振獨立性的光衰減器，偏獨立性是指衰減量與輸入光束的偏振態(tài)無關(guān)。此外，按照圖12所示第五個優(yōu)選實施例，由于省去了圖11所示第四個優(yōu)選實施例中所用的光纖58以及透鏡56和60，可以減小此光衰減器中的插入損耗。
圖13是一曲線圖，表示圖12所示衰減器單元AU1中衰減量波長特性的測量結(jié)果。在圖13中，豎直軸代表衰減量的偏差(dB)，水平軸代表波長(nm)。在衰減器單元AU1中，主軸44A與46A互相垂直。因此，隨著法拉第轉(zhuǎn)子FR(見圖2)中電磁鐵16驅(qū)動電流從零開始增加，所得到的法拉第轉(zhuǎn)角從90°朝向0°減小。所以，衰減量就會隨驅(qū)動電流的增加而增大。在驅(qū)動電流設(shè)定在0mA,5mA,10mA,15mA,20mA,25mA和30mA的條件下，在這些設(shè)定值下對于波長為1545nm的衰減量測量結(jié)果分別為1.3dB,2.0dB,7.1dB,13.4dB,17,3dB,21.8dB,和27.1dB。此外，我們發(fā)現(xiàn)，衰減量波長特性的正向坡度隨驅(qū)動電流的增加而逐漸增大。這個測量結(jié)果與參照圖7A以前所描述的衰減量波長特性一致。
我們也發(fā)現(xiàn)，在圖12所示衰減器單元AU2中，得到了與圖13所示波長特性相反的波長特性，雖然此處并未畫出。
圖14A至14D是曲線圖，表示圖12所示優(yōu)選實施例的光衰減器中總衰減量波長特性的測量結(jié)果。在每種情況下，總衰減量波長特性是這樣測得的，把基本上為白光光源LED的光輸入到光衰減器中，其給定段為1530nm至1560nm，并把從此光衰減器輸出的光輸入到光譜分析儀。
圖14A是衰減器單元AU1中驅(qū)動電流I1設(shè)定為10.5mA和衰減器單元AU2中驅(qū)動電流I2設(shè)定為7.9mA情況下的測量結(jié)果。從圖14A顯而易見，在給定波段上測得的衰減量為10dB，衰減量的波長特性是非常平坦的。
圖14B是I1=20.0mA和I2=6.7mA情況下的測量結(jié)果。從圖14B顯而易見，在給定波段上測得的衰減量為15dB，衰減量的波長特性非常平坦的。
圖14C是I1=25.8mA和I2=6.2mA情況下的測量結(jié)果。從圖14C顯而易見，在給定波段上測得的衰減量為20dB，衰減量的波長特性是非常平坦的。
圖14D是I1=29.1mA和I2=5.5mA情況下的測量結(jié)果。從圖14D顯而易見，在給定波段上測得的衰減量為25dB，衰減量的波長特性是非常平坦的。
圖15是按照本發(fā)明第六個優(yōu)選實施例的光衰減器圖。在圖12所示第五個優(yōu)選實施例衰減器單元AU2的法拉第轉(zhuǎn)子中，可變磁場VM隨驅(qū)動電流的增加而增大，相應(yīng)地，法拉第轉(zhuǎn)角從90°朝向0°減小。與此形成對照，圖15所示第六優(yōu)選實施例采用這樣一個法拉第轉(zhuǎn)子FR′，其中所加可變磁場VM和固定磁場FM的方向與第五個優(yōu)選實施例的法拉第轉(zhuǎn)子FR中的方向相反。因此，隨著法拉第轉(zhuǎn)子FR′中驅(qū)動電流從零開始增加，法拉第轉(zhuǎn)角從0°朝向90°增大。
而且，圖15所示第六個優(yōu)選實施例采用這樣一個楔形板50′，其主軸50A′與楔形板48的主軸48A垂直，主軸50A′與X軸平行。
在這個改型的衰減器單元AU2中，當(dāng)法拉第轉(zhuǎn)子FR′中的驅(qū)動電流為零時，法拉第轉(zhuǎn)角是0°，衰減器單元AU2中的衰減量為最大，隨著驅(qū)動電流的增加，法拉第轉(zhuǎn)角就朝向90°增大，于是，衰減器單元AU2中的衰減量就減小。
按照圖15所示第六個優(yōu)選實施例，可以提供一個具有平坦的衰減量波長特性和偏振獨立性的光衰減器，偏振獨立性是指衰減量與輸入光束的偏振態(tài)無關(guān)。這可以根據(jù)圖9所示第二個優(yōu)選實例和圖12所示第五個優(yōu)選實施例的原理弄明白。
圖16是按照本發(fā)明第七個優(yōu)選實施例的光衰減器圖。與圖12所示第五個優(yōu)選實施例對照，其中使用的楔形板50有一根平行于Y軸的主軸50A，而在圖16所示第七個優(yōu)選實施例中，使用的楔形板50′有一根平行于X軸的主軸50A′。
按照這個優(yōu)選實施例，衰減器單元AU1中的衰減量波長特性和衰減器單元AU2中的衰減量波長特性具有相同的趨向。于是，根據(jù)圖10所示第三個優(yōu)選實施例和圖12所示第五個優(yōu)選實施例的工作原理明白，可以提供一個具有自由調(diào)節(jié)衰減量波長特性和偏振獨立性的光衰減器，偏振獨立性是指衰減量與輸入光束的偏振態(tài)無關(guān)。
雖然在上述第四個至第七個實施例中都是用多個雙折射晶體楔形板的組合做成偏振無關(guān)的光衰減器，但是，也可以用多個雙折射晶體平行平面板的組合做成偏振無關(guān)的光衰減器。在后一情況下，最好采用會聚光束系統(tǒng)替代楔形板組合情況下采用的平行光束系統(tǒng)。
近年來，制造工藝和使用低損耗(例如，0.2dB/km)光纖的技術(shù)已經(jīng)成熟，使用光纖作為傳輸線的光通信系統(tǒng)已經(jīng)投入實際應(yīng)用。此外，為了補償光纖中的損耗，從而實現(xiàn)遠程傳輸，有人已提出過放大信號光的光放大器，或已付諸實施。
已知的光放大器包括光放大媒質(zhì)和泵浦裝置，待放大的信號光提供給光放大媒質(zhì)，泵浦裝置泵浦(激勵)光放大媒質(zhì)，使光放大媒質(zhì)給出一個包括信號光在內(nèi)的增益波段。例如，摻鉺光纖放大器(EDFA)包括作為光放大媒質(zhì)的摻鉺光纖(EDF)和泵浦光源，此泵浦光源把具有預(yù)定波長的泵浦光送到EDF。通過初步設(shè)定泵浦光的波長在0.98μm波段或在1.48μm波段內(nèi)，就能夠獲得包括1.55μm波段在內(nèi)的增益波段。此外，有半導(dǎo)體芯片作為光放大媒質(zhì)的另一種類型光放大器也是已知的。在此情況下，把電流注入到半導(dǎo)體芯片內(nèi)實現(xiàn)泵浦作用。
作為增大單根光纖傳輸容量的技術(shù)，波分多路復(fù)用技術(shù)(WDM)是知道的。在采用WDM的系統(tǒng)中，使用多個有不同波長的光載波。多個光載波被分別調(diào)制從而得到多個光信號，多個光信號被光學(xué)多路復(fù)用器波分多路復(fù)用，以獲得WDM信號光，WDM信號光輸出到光纖傳輸線上。在接收端一側(cè)，接收到的WDM信號光被光學(xué)多路分配器分成單獨的光信號，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按照每個光信號進行再現(xiàn)。因此，采用WDM，單根光纖中的傳輸容量可以按照WDM信道的數(shù)目來增大。
在把光放大器合并到采用WDM系統(tǒng)的情況下，傳輸距離受到增益傾斜或增益偏差表示的增益波長特性的限制。例如，在EDFA中，人們知道，增益傾斜是在1.55μm附近的波長區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的，且這個增益傾斜隨輸入到EDFA中信號光的總輸入功率和泵浦光功率而變化。
圖17是一方框圖，表示按照本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的系統(tǒng)。這個系統(tǒng)包括傳輸波分多路復(fù)用光(WDM光)的光纖傳輸線68和按照本發(fā)明的光衰減器70，WDM光包含多個有不同波長的光信號，而光衰減器70放在(即沿著)光纖傳輸線68上。光衰減器70有衰減器AU1和AU2，各自對WDM光給出一個可變的衰減量。衰減器單元AU1和AU2分別有衰減量的第一波長特性和衰減量的第二波長特性，這兩個波長特性各不相同。包含在WDM光內(nèi)的多個光信號用λ1至λn表示。
在光纖傳輸線包括多個級聯(lián)光放大器且每個光放大器有一個在WDM光波段內(nèi)增益波長特性的情況下，增益波長特性是累積是，造成信號功率或光信噪比(光SNR)的信道間偏差。
在圖17所示的優(yōu)選實施例中，按照本發(fā)明第二方面的光衰減器70配置，可以自由地調(diào)節(jié)衰減量的波長特性，因此，累積的衰減量波長特性能夠得到補償，從而減小信號功率或光SNR的信道間偏差。
在另一個精心控制的系統(tǒng)中，光纖傳輸線68中的增益波長特性變得很平坦，這是在按照本發(fā)明第一方面光衰減器70配置的控制下，使衰減器單元AU1中的衰減量波長特性基本上與衰減器單元AU2中的衰減量波長特性互相抵消，從面保持平坦的增益波長特性。
圖18A,18B和18C是三個方框圖，表示按照本發(fā)明幾個優(yōu)選實施例的光放大器。在每個光放大器應(yīng)用于圖17所示系統(tǒng)的條件下，描述每個光放大器的配置和運行原理。
參照圖18A，此處畫出含兩個光放大單元72(#1和#2)和按照本發(fā)明光衰減器70的光放大器71，光衰減器70放在兩個光放大單元72(#1和#2)之間。光衰減器70包括兩個衰減器單元AU1和AU2，各自給出可變的衰減量，衰減器單元AU1和AU2分別有衰減量的第一波長特性和衰減量的第二波長特性，這兩個波長特性各不相同。
待放大的WDM光首先被光放大單元72(#1)放大，提供衰減量給放大了的WDM光是光衰減器70。然后，衰減了的WDM光被光放大單元72(#2)放大，最后從光放大器71中輸出。
在保持每個光放大單元72(#1和#2)的增益波長特性情況下，設(shè)定衰減量的第一波長特性和第二波長特性，從而使二者互相抵消。
或者，衰減量的第一波長特性和第二波長特性可以這樣設(shè)定，使得從光放大單元72(#2)輸出光的波長特性(具體說是WDM光的波長特性)變得平坦。
參照圖18B，此處畫出含光入大單元72和光衰減器70的光放大器71，光衰減器70連接到光放大單元72的輸出。在此情況下，衰減量的第一波長特性和第二波長特性設(shè)置成互相抵消，所以，光放大單元72的增益波長特性不會因光衰減器70的運行而發(fā)生變化。
參照圖18C，此處畫出含光放大單元72和光衰減器70的光放大器71，光衰減器70連接到光放大單元72的輸入。在此情況下，衰減量的第一波長特性和第二波長特性設(shè)置成互相抵消，所以，提供給光放大單元72且在其中被放大的WDM光波長特性不會改變。
在圖18B和18C的每個優(yōu)選實施例中，衰減量的第一波長特性和第二波長特性可以設(shè)置成與光放大單元72中的增益波長特性互相抵消。
圖19是一方框圖，表示按照本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的終端設(shè)備。終端設(shè)備74連接到光纖傳輸線68的輸入端。終端設(shè)備74包括多個E/O(電/光)轉(zhuǎn)換器76(#1至#n)和多個按照本發(fā)明的光衰減器70(#1至#n)，多個E/O轉(zhuǎn)換器76用于分別輸出有不同波長λ1至λn的光信號，多個光衰減器70用于分別調(diào)節(jié)從E/O轉(zhuǎn)換器76(#1至#n)輸出的這些光信號電平。每個光衰減器70(#1至#n)用作一個所謂的電平調(diào)整單元。從光衰減器70(#1至#n)輸出的光信號被光學(xué)多路復(fù)用器78波分多路復(fù)用以得到WDM光，此WDM光又被光放大器71放大，接著，提供給光纖偉輸線68。圖18A,18B和18C中所示每個優(yōu)選實施例可以應(yīng)用于光放大器71。每個E/O轉(zhuǎn)換器76(#1至#n)包括輸出CW光(連續(xù)波光)的激光二級管(LD)80和調(diào)CW制光的光調(diào)制器82，此CW光是隨一個主信號而從LD80輸出的。
按照這個優(yōu)選實施例，在每個光衰減器70(#1至#n)中，按照本發(fā)明可以得到一個基本上平坦的衰減量波長特性或一個所希望的衰減量波長特性。因此，可以保持每個E/O轉(zhuǎn)換器76(#1至#n)輸出光信號功率的波長特性，從而使得到的WDM光功率波長特性保持恒定。
此外，光放大器71有按照本發(fā)明光衰減器70這樣一個元件。因此，可以使得到的WDM光功率波長特性變得平坦，或設(shè)定成所希望的波長特性。
終端設(shè)備74可以不含光衰減器70(#1至#n)或光放大器71。
如上所述，根據(jù)發(fā)明，提供一個有平坦衰減量波長特性的光衰減器或一個可調(diào)節(jié)衰減量波長特性的光衰減器是可能的。
按照本發(fā)明一個具體優(yōu)選實施例，提供一個偏振無關(guān)光衰減器是可能的，這種光衰減器的衰減量不取決于輸入光束的偏振態(tài)。
按照本發(fā)明，進一步提供一個各自有根據(jù)本發(fā)明的光衰減器的新穎系統(tǒng)，光放大器和終端設(shè)備是可能的。
本發(fā)明不受上述幾個優(yōu)選實施例細節(jié)的限制。本發(fā)明的范圍是由所附權(quán)利要求書所規(guī)定，所以，在權(quán)利要求書相當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)所有變化和改型都屬于本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種光衰減器，包括在光路上級聯(lián)的第一和第二衰減器單元；和連接到所述第一和第二衰減器單元的控制電路；所述第一和第二衰減器單元中的每一個包括放在所述光路上的法拉第轉(zhuǎn)子和偏振裝置，法拉第轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個作為波長函數(shù)的法拉第轉(zhuǎn)角，偏振裝置產(chǎn)生一個由所述光路上所述法拉第轉(zhuǎn)角確定的衰減量；所述控制電路包括控制每個所述第一和第二衰減器單元內(nèi)所述法拉第轉(zhuǎn)角的裝置，使所述第一衰減器單元內(nèi)的衰減量波長特性基本上被所述第二衰減器單元內(nèi)的衰減量波長特性所抵消。
2.按照權(quán)利要求1的光衰減器，其中所述第一衰減器單元的所述偏振裝置包括在所述光路上放置的第一偏振器和第二偏振器，以便把所述第一衰減器單元的所述法拉第轉(zhuǎn)子夾在這兩個偏振器之間；以及所述第二衰減器單元的所述偏振裝置包括在所述光路上放置的第三偏振器和第四偏振器，以便把所述第二衰減器單元的所述法拉第轉(zhuǎn)子夾在這兩個偏振器之間；所述第一偏振器至第四偏振器中每一個有一個軸，此軸確定偏振光通過偏振器后的偏振面。
3.按照權(quán)利要求2的光衰減器，其中每個所述法拉第轉(zhuǎn)子包括所述光路穿過的磁光晶體和按照給定電流把可變磁場加到所述磁光晶體上的電磁鐵。
4.按照權(quán)利要求3的光衰減器，其中放置的所述第一衰減器單元是使所述第一衰減器單元的衰減量隨所述給定電流的增大而增大；和放置的所述第二衰減器單元是使所述第二衰減器單元的衰減量隨所述給定電流的增大而減小。
5.按照權(quán)利要求3的光衰減器，其中所述第一偏振器的軸與所述第二偏振器的軸互相正交；所述第三偏振器的軸與所述第四偏振器軸互相平行；由每個法拉第轉(zhuǎn)子的所述電磁鐵施加的可變磁場大體上與所述光路垂直；以及每個法拉第轉(zhuǎn)子還包括一塊永磁鐵，以便把一個固定磁場加到所述磁光晶體上，使當(dāng)所述給定電流為零時，所述法拉第轉(zhuǎn)角大致成90°。
6.按照權(quán)利要求3的光衰減器，其中所述第一偏振器的軸與所述第二偏振器的軸互相正交；所述第三偏振器的軸與所述第四偏振器的軸互相正交；所述第一衰減器單元內(nèi)所述電磁鐵施加的可變磁場大體上與所述光路垂直；所述第一衰減器單元的所述法拉第轉(zhuǎn)子還包括一塊永磁鐵，以便把一個固定磁場加到所述第一衰減器單元內(nèi)的所述磁光晶體上，使當(dāng)所述給定電流為零時，所述法拉第轉(zhuǎn)角大致成90°；以及所述第二衰減器單元內(nèi)所述電磁鐵施加的可變磁場大體上與所述光路平行。
7.按照權(quán)利要求1的光衰減器，其中所述第一衰減器單元的所述偏振裝置包括放置的第一雙折射晶體和第二雙折射晶體，以便把所述第一衰減器單元的所述法拉第轉(zhuǎn)子夾在這兩個雙折射晶體之間，和所述第二衰減器單元的所述偏振裝置包括放置的第三雙折射晶體和第四雙折射晶體，以便把所述第二衰減器單元的所述法拉第轉(zhuǎn)子夾在這兩個雙折射晶體之間；在所述第一至第四雙折射晶體的每一個中確定的尋常光線和非常光線規(guī)定所述光路；所述光衰減器還包括第一光纖，用于沿著所述光路供給光；和第二光纖，被光耦合到所述第一光纖，其耦合效率取決于每個法拉第轉(zhuǎn)角。
8.按照權(quán)利要求7的光衰減器，其中所述第一至第四雙折射晶體中的每一個有一個確定所述尋常光線和非常光線的主軸。
9.按照權(quán)利要求8的光衰減器，其中每個所述法拉第轉(zhuǎn)子包括所述光路穿過的磁光晶體及按照給定電流施加可變磁場到所述磁光晶體上的電磁鐵。
10.按照權(quán)利要求9的光衰減器，其中放置的所述第一衰減器單元是使所述第一衰減器單元的衰減量隨所述給定電流的增大而增大；和放置的所述第二衰減器單元是使所述第二衰減器單元的衰減量隨所述給定電流的增大而減小。
11.按照權(quán)利要求9的光衰減器，其中所述第一雙折射晶體的主軸與所述第二雙折射晶體的主軸互相正交；所述第三雙折射晶體的主軸與所述第四雙折射晶體的主軸互相平行；每個法拉第轉(zhuǎn)子中所述電磁鐵施加的可變磁場大體上與所述光路垂直；以及每個法拉第轉(zhuǎn)子還包括一塊永磁鐵，以便把一個固定磁場加到所述磁光晶體上，使當(dāng)所述給定電流為零時，所述法拉第轉(zhuǎn)角大致成90°。
12.按照權(quán)利要求9的光衰減器，其中所述第一雙折射晶體的主軸與所述第二雙折射晶體的主軸互相正交；所述第三雙折射晶體的主軸與所述第四雙折射晶體的主軸互相正交；所述第一衰減器單元內(nèi)所述電磁鐵施加的可變磁場大體上與所述光路垂直；所述第一衰減器單元的所述法拉第轉(zhuǎn)子還包括一塊永磁鐵，以便把一個固定磁場加到所述第一衰減器單元內(nèi)的所述磁光晶體上，使當(dāng)所述給定電流為零時，所述法拉第轉(zhuǎn)角大致成90°；以及所述第二衰減器單元內(nèi)所述電磁鐵施加的可變磁場大體上與所述光路平行。
13.按照權(quán)利要求7的光衰減器，其中所述第一雙折射晶體和所述第二雙折射晶體中的每一個包括一塊楔形板，其楔角由第一平面所規(guī)定；和所述第三雙折射晶體和所述第四雙折射晶體中的每一個包括一塊楔形板，其楔角由第二平面所規(guī)定。
14.按照權(quán)利要求13的光衰減器，其中所述第一平面與所述第二頰互相不平行。
15.按照權(quán)利要求13的光衰減器，其中所述第一平面與所述第二平面互相平行；以及所述光衰減器還包括第三光纖，用于光路上連接所述第一衰減器單元和所述第二衰減器單元。
16.按照權(quán)利要求1的光衰減器，其中每個所述法拉第轉(zhuǎn)子包括所述光路穿過的磁光晶體，磁場施加裝置，和磁場調(diào)整裝置，磁場施加裝置用于把不同方向的第一磁場和第二磁場加到所述磁光晶體上，磁場調(diào)整裝置用于至少改變所述第一磁場和所述第二磁場二者之一；所述第一和第二磁場是這樣設(shè)定的，使所述第一磁場與所述第二磁場的合成磁場有足夠的強度，能使所述磁光晶體中的磁化強度飽和。
17.按照權(quán)利要求16的光衰減器，其中所述第一磁場的方向與所述第二磁場的方向在平行于所述光路的平面上互相正交。
18.按照權(quán)利要求16的光衰減器，其中所述磁場施加裝置包括分別施加所述第一磁場和所述第二磁場的電磁鐵和永磁鐵；和所述磁場調(diào)整裝置調(diào)節(jié)所述電磁鐵的驅(qū)動電流。
19.按照權(quán)利要求18的光衰減器，其中所述第二磁場的方向大體上與所述光路平行。
20.按照權(quán)利要求1的光衰減器，其中所述控制裝置在所述第一衰減器單元內(nèi)的所述法拉第轉(zhuǎn)角與所述第二衰減器單元內(nèi)的所述法拉第轉(zhuǎn)角大致相等的條件下，控制所述第一和第二衰減器單元中每一個的所述法拉第轉(zhuǎn)角。
21.按照權(quán)利要求1的光衰減器，其中當(dāng)所述光衰減器的衰減量相對較大時，所述控制裝置在所述第一衰減器單元內(nèi)的所述法拉第轉(zhuǎn)角與所述第二衰減器單元內(nèi)的所述法拉第轉(zhuǎn)角大致相等的條件下，控制所述第一和第二衰減器單元中每一個的所述法拉第轉(zhuǎn)角；而當(dāng)所述光衰減器的衰減量相對較小時，所述控制裝置在所述第一衰減器單元內(nèi)的法拉第轉(zhuǎn)角與所述第二衰減器單元內(nèi)的法拉第轉(zhuǎn)角各不相等的條件下，控制每個法拉第轉(zhuǎn)角。
22.一種光衰減器，包括在光路上級聯(lián)的第一和第二衰減器單元；和連接到所述第一和第二衰減器單元的控制電路；所述第一和第二衰減器單元中的每一個包括放在所述光路上的法拉第轉(zhuǎn)子和偏振裝置，法拉第轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個作為波長函數(shù)的法拉第轉(zhuǎn)角，偏振裝置產(chǎn)生一個由所述光路上所述法拉第轉(zhuǎn)角確定的衰減量；所述控制電路包括控制每個所述第一和第二衰減器單元內(nèi)所述法拉第轉(zhuǎn)角的裝置，使所述第一衰減器單元內(nèi)的衰減量波長特性與所述第二衰減器單元內(nèi)的衰減量波長特性之和給出的波長特性具有所希望的傾斜坡度。
23.一種光衰減器，包括各自給出可變衰減量的第一和第二衰減器單元；所述第一衰減器單元和第二衰減器單元分別有衰減量的第一波長特性和衰減量的第二波長特性，這兩個波長特性各不相同。
24.按照權(quán)利要求23的光衰減器，其中衰減量的所述第二波長特性大體上與衰減量的所述第一波長特性抵消。
25.一種系統(tǒng)，包括傳輸波分多路復(fù)用光的光傳輸線，此波分多路復(fù)用光包含多個具有不同波長的光信號；以及沿著所述光傳輸線排列的所述第一衰減器單元和第二衰減器單元，這兩個衰減器單元各自給出可變的衰減量；所述第一衰減器單元和第二衰減器單元分別有衰減量的第一波長特性和衰減量的第二波長特性，這兩個波長特性各不相同。
26.按照權(quán)利要求25的系統(tǒng)，其中衰減量的所述第二波長特性大體上與衰減量的所述第一波長特性抵消。
27.一種光放大器，包括第一光放大單元；第二光放大單元；以及放在所述第一光放大單元與第二光放大單元之間的第一和第二衰減器單元，這兩個衰減器單元各自給出可變的衰減量；所述第一衰減器單元和第二衰減器單元分別有衰減量的第一波長特性和衰減量的第二波長特性，這兩個波長特性各不相同。
28.按照權(quán)利要求27的光放大器，其中衰減量的所述第二波長特性大體上與光衰減量的所述第一波長特性抵消。
29.按照權(quán)利要求27的光放大器，其中衰減量的所述第一和第二波長特性大體上與所述第二光放大單元輸出光的波長特性抵消。
30.一種光放大器，包括光放大單元；和連到所述光放大單元輸出的光衰減器；所述光衰減器包括第一衰減器單元和第二衰減器單元，這兩個衰減器單元各自給出可變的衰減量；所述第一衰減器單元和第二衰減器單元分別有衰減量的第一波長特性和衰減量的第二波長特性，這兩個波長特性各不相同。
31.按照權(quán)利要求30的光放大器，其中衰減量的所述第二波長特性大體上與衰減量的所述第一波長特性抵消。
32.一種光放大器，包括光放大單元；和連到所述光放大單元輸入的光衰減器；所述光衰減器包括第一衰減器單元和第二衰減器單元，這兩個衰減器單元各自給出可變的衰減量；所述第一衰減器單元和第二衰減器單元分別有衰減量的第一波長特性和衰減量的第二波長特性，這兩個波長特性各不相同。
33.按照權(quán)利要求32的光放大器，其中衰減量的所述第二波長特性大體上與衰減量的所述第一波長特性抵消。
34.一種終端設(shè)備，包括多個E/O轉(zhuǎn)換器，用于分別輸出有不同波長的光信號；多個電平調(diào)整單元，用于分別調(diào)節(jié)從所述E/O轉(zhuǎn)換器輸出的所述光信號電平；和光學(xué)多路復(fù)用器，用于波分復(fù)用從所述電平調(diào)整單元輸出的所述光信號，以獲得波分復(fù)用光；每個所述電平調(diào)整單元包括各自給出可變衰減量的第一衰減器單元和第二衰減器單元；所述第一衰減器單元和第二衰減器單元分別有衰減量的第一波長特性和衰減量的第二波長特性，這兩個波長特性各不相同。
35.一種終端設(shè)備，包括多個E/O轉(zhuǎn)換器，用于分別輸出有不同波長的光信號；多個電平調(diào)整單元，用于分別調(diào)節(jié)所述E/O轉(zhuǎn)換器輸出的所述光信號電平；光學(xué)多路復(fù)用器，用于波分復(fù)用從所述電平調(diào)整單元輸出的所述光信號，以獲得波分復(fù)用光；及光放大器，放大所述光學(xué)多路復(fù)用器輸出的所述波分復(fù)用光；所述光放大器包括光放大單元和連接到所述光放大單元的光衰減器；所述光衰減器包括各自給出可變衰減量的第一衰減器單元和第二衰減器單元；所述第一衰減器單元和第二衰減器單元分別有衰減量的第一波長特性和衰減量的第二波長特性，這兩個波長特性互相相同。
全文摘要
一種光衰減器,包括光路上級聯(lián)的第一和第二衰減器單元,以及連接到第一和第二衰減器單元的控制電路,第一和第二衰減器單元中的每一個包括光路上放置的法拉第轉(zhuǎn)子;法拉第轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個作為波長函數(shù)的法拉第轉(zhuǎn)角;第一和第二衰減器單元中的每一個還包括產(chǎn)生衰減量的偏振單元,此衰減量由光路上的法拉第轉(zhuǎn)角所確定。借助這種配置,總衰減量的波長特性因控制電路的運行基本上是平坦的。
文檔編號G02F1/09GK1224174SQ98118498
公開日1999年7月28日 申請日期1998年8月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月22日
發(fā)明者福島暢洋 申請人:富士通株式會社