專利名稱：多模包層光纖中的c帶光學放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是光學放大，而特別涉及的是摻雜光纖的泵浦的放大。
用于傳輸系統(tǒng)的多數放大器和接收器都是在摻鉺的光纖中使用一個泵浦來對傳輸信號放大的。這種放大是建立在光纖的雜質離子對泵浦的吸收以及能量從雜質離子向通過光纖的信號轉移這一基礎上的。在本文中，將雜質離子處在激發(fā)態(tài)的部分稱為粒子數反轉率。鉺有兩個高反轉率的自然增益帶，在1530到1560附近，還有一個較低反轉率的增益帶，在1570到1600nm附近。
波分復用傳輸系統(tǒng)的出現一方面要求有一個較寬的帶寬，以對多個信道進行放大，另一方面要求在所使用的所有帶寬內使增益提高。在光纖傳輸系統(tǒng)中，將這些頻帶區(qū)分為不同的頻帶將波長在1529到1565nm之間的波長范圍稱為“C帶”，而將1569到1603nm之間的波長范圍稱為“L帶”。更為一般的是將1565nm之外的各個不同的值都稱做“L帶”，帶寬約在30或35nm的范圍。
為了提高增益，可以增加在摻雜光纖中的注入的泵功率。這種方法受到所用泵浦功率的限制，也受到在摻雜光纖中功率轉移效率的限制。增加泵浦數是另一種解決辦法，但存在有昂貴和堵塞等缺陷。
對于上面所說的泵浦，也曾有人提出使用一種具有單芯和一個多模內包層的光纖，還可不同地將這種光纖稱為雙纖芯光纖或多模纖芯光纖。這種技術可以用于寬帶及大功率泵浦，其功率可達幾瓦，而上面所說的傳統(tǒng)的放大器所用泵浦的功率只有幾百個毫瓦。
EP-0 723 714提出使用一種用于泵浦的多模光纖，其中有一個雙摻雜多模的纖芯，一個多模的內包層和一個外包層。多模泵浦裝置是在內包層中進行光學耦合的；多模纖芯中摻有鐿和鉺，以便有利于使泵浦能量從鐿向鉺轉移。這是因為鐿有一個非常強的向975nm的吸收峰。
FR-A-2 790 109提出一種用于L帶的光學放大器，其所使用的光纖中有一個多模內包層，以及在纖芯中有弱的粒子數反轉。這個文獻所述的光纖可以是雙摻鐿和鉺的光纖，以使粒子數反轉保持在低的水平。
R.Sugimoto及其同事在“High power double bande EDFA withsimple configuration,”(ECOC’99,1-276到1-277)一文中提出一種用于C帶及L帶的放大器。這種放大器放大的第一步中有兩個單包層放大光纖，分別在980nm和1480nm泵浦，在這第一階段中C帶和L帶都被放大；這個放大器的第二步是對L帶放大的，其中有一僅對纖芯摻鉺的雙包層光纖。這個纖芯的直徑為5μm，且多模包層的外徑為50μm。
這兩上文獻所用的L帶放大的鉺的增益帶都在1570到1600nm附近，其中在1530到1560nm間的粒子數反轉率都低于吸收帶，于是就使用多個用一條長光纖的放大器。
本發(fā)明涉及的是在C帶的光學放大問題，提出一種可以使用多模纖芯光纖及寬的頻帶泵浦。本發(fā)明不再需要預測，所述的預測是在雙摻鐿時要根據預測，以使能量從泵浦向鉺離子轉移。這種雙摻技術提出的問題之一便是摻鐿一般要伴隨著摻磷以便使能量易于從鐿向鉺轉移，然而摻磷，使得鉺的可用來放大的帶寬縮小10nm，增益在1535nm附近以下下降，這便在C帶構成一個障礙，限制了用鉺所可能的放大范圍的應用。
更明確地說，本發(fā)明是推薦一種在C帶的光學放大器，其中有的一條光纖是有一個多模纖芯、一個多模內包層和一個外包層，放大器中還有光纖的泵浦裝置，在這個放大器中，光纖中沒摻鐿，多模包層的直徑小于55μm。
在一種實施方式中，所述多模包層的直徑小于35μm。
最好，所述的泵浦裝置將光耦合到光纖中，這光的能量的95％是在978±10nm的頻帶內，最好是在978±3nm的頻帶內，亦可將用于泵浦的光的能量的95％是在1470±15nm的頻帶內，最好是在1470±10nm的頻帶內。
述及的多模包層可以是環(huán)狀的，在這種情況下，多模纖芯的直徑最好取在5到10μm之間，在環(huán)形多模包層的情況下，總是最好使多模纖芯和多模包層的折射率的差在5×10-3到15×10-3之間。
在另一種實施方式中，多模包層不是環(huán)狀的，在這種情況下，多模纖芯的直徑最好取在3到10μm之間；且多模纖芯與多模包層間的折射率的差最好在10×10-3到40×10-3之間。
在這種或那種情況下，多模包層和外包層之間折射率的差應在10×10-3到150×10-3之間。
多模纖芯可以是用稀土元素摻雜，例如摻鉺；纖芯中的濃度可以為每單位質量100到2000ppm之間。
本發(fā)明還提出一種在C帶的波分復用傳輸系統(tǒng)，其中有至少一種這樣的放大器。
在后面作為例子的并參考附圖的描述中將會看到本發(fā)明的別的特征和優(yōu)點，附圖是-

圖1示出根據本發(fā)明的一個放大器所輸出的波分復用信號譜。
-圖2是本發(fā)明的放大器的增益圖；-圖3是現有技術情況下的放大器的增益圖。
本發(fā)明提出，對于C帶信號放大使用一種光纖，其中有一個纖芯，一個多模內包層和一個外包層，和現行技術要考慮雙摻雜鐿時要進行預測相反，本發(fā)明提出使用的光纖不雙摻進鐿。本發(fā)明還提出，光纖的內包層是小直徑的，說得更明確一點，直徑小于55μm，例如小于35μm。小尺寸多模纖芯直徑改善了在纖芯中泵浦模式與傳輸信號間的覆蓋，且能使泵浦能量向鉺離子轉移而避免使用雙摻雜。
本發(fā)明可以在C帶進行放大，在沒有鐿及相應的磷的情況下可以在整個鉺放大的帶寬內進行放大，甚至在低于1535nm。
在光纖中沒有鐿，可以理解為沒有故意摻進鐿。在光纖中可以有微量的鐿，或具有非常小的成份，“無鐿”理解為在光纖中鐿在每單位質量中的濃度在10ppm以下，這個濃度是和通常推薦摻鐿情況的濃度相比的，在后一種情況下，鐿的濃度約是鉺的濃度的20倍。
多模包層可以具有一個傳統(tǒng)的環(huán)形截面，亦可具有非旋轉對稱形的截面，而具有給定的一個角旋轉不變性，作為例子可以描述成六角形截面，亦可稱為“玫瑰瓣”截面，就是說在多模包層的周圍分布有溝的截面；光纖具有縱向的溝槽。在這種情況下，外包層不是石英的，而是像硅酮或氟聚合物那樣的材料，且是在光纖控制之后所加的。這第二種方案的好處在于進一步改善在多模包層中耦合的各個模與在纖芯中轉輸的信號間的覆蓋。這種方案還能在纖芯、多模包層及外包層的折射率的選擇中具有更大的柔韌性。
現在作為例子給出光纖的可能特征對于折射率在外包層與多模包層間有一個躍變，在多模包層與多模纖芯之間有一個躍變的光纖的可能特征。如多模包層是環(huán)形的，則多模纖芯的直徑可以在5到10μm之間；多模包層的直徑如前所說可以達到55μm，多模纖芯與多模包層之間的折射率之差最好在5×10-3到15×10-3之間，多模包層與外包層的折射率之間的折射率差最好在10×10-3到150×10-3之間。
若多模包層并非是環(huán)形的，可以不使用石英做外包層，非常容易使外包層的折射率低于石英的折射率。在這種情況下，多模纖芯的直徑最好在3到10μm之間，而多模纖芯與多模包層的折射率之差最好在10×10-3到40×10-3之間，多模包層與外包層之間的折射率差最好在10×10-3到150×10-3之間。
對于根據本發(fā)明的放大器的泵浦，可以使用集中在鉺的吸收峰處的泵浦，纖芯可以在每單位質量中摻有100到2000ppm濃度的鉺，多模纖包層不摻鉺，在沒有雙摻的情況下使泵浦能量向離子轉移，在吸收峰980nm附近使用一個能量的95％是集中在978±10nm的頻帶內的泵浦頻帶在978±3nm給出的結果則更為滿意。在1470nm吸收峰附近最好使用一個泵，其能量95％是在1470±15nm的頻帶內，更好的是能量的95％是在1470±10nm的頻帶內。當然，對于本發(fā)明的泵浦，可以在前述的一個或兩個頻帶內使用一個或多個泵浦。
現在給出本發(fā)明的一個實施例，對于一個光纖，其多模纖芯的直徑為8.6μm，多模纖芯與多模包層間的折射率躍變?yōu)?.5×10-3，多模包層的直徑為50μm，它與石英外包層之間的折射率躍變?yōu)?1×10-3，在這種情況下，多模纖芯中摻有鉺，濃度為1000ppm，而在多模包層中沒有摻鉺。作為例子，用于考察的放大器的光纖的長度為8m。在這個光纖中注入一個波分復用信號，在1529到1564nm的波長間規(guī)則分開的7條信道，注入功率為-5.2dBm，信號是由一個能量集中在波長980nm處的泵來泵浦的，泵的95％的能量集中在這個波長處的±4nm的帶寬內，所說的泵是一個泵浦半導體二極管，類似于SDL公司(USA)按照標準SDLO-4200所銷售的二極管。它具有50μm的帶寬，通過一個直徑為50μm的多模光纖和一個復用器耦合在光纖中，述及的泵具有5W的發(fā)射功率。
圖1示出放大器輸出的信號譜，橫坐標為波長，單位為nm，而縱坐標為輸出功率，單位用dBm，清楚地看出有不同信道的七個峰，每個峰的功率大體相同，在整個C帶寬度上平均輸出功率為+22dBm。圖2示出這個放大器在C帶的增益圖，橫坐標為波長，縱坐標為增益，單位為dB，這個圖中表現出在整個C帶的寬度內，增益大體上保持為一常量，特別是放大器在1536nm的下面沒有增益下降。
作為比較，圖3示出使用雙摻雜鐿和磷技術的多模光纖放大器的增益圖。這個放大器是IRE-PULUS公司按照EAD-X-C標準商品化的放大器，使用X，放大器的功率為瓦級，在1到5瓦之間。如圖3所示，由于和鐿相關的磷的作用，在1536nm下面增益下降。這樣，將圖2和圖3比較顯示，根據本發(fā)明的放大器的有用頻帶較根據現行技術的放大器的在C帶中的有用頻帶向下擴展了大約10nm。
在圖1和圖2所示的例子中，對于0dBm的輸入功率平均輸出功率為22dBm，占據整個C帶。對于一個多模包層直徑為30μm的光纖，可以在放大器的輸出處得到相同的結果以及+24dBm的輸出功率。
當然，本發(fā)明并不限制在上面所描述的理想的實施方式中，亦可應用于不用于上例所給出的泵中，亦可使用鉺以外的別的稀土來進行放大。最后，技術人員清楚，摻雜的光纖能夠改變折射率以保證光的傳導，典型的是摻鍺。
權利要求
1．一種C帶光學放大器，其中有一光纖和光纖泵浦裝置，光纖中有一多模纖芯、一多模內包層和一外包層，述及的放大器中，光纖不摻鐿，多模包層的直徑小于55μm。
2．根據權利要求1的放大器，其特征在于述及的多模包層的直徑小于35μm。
3．根據權利要求1或2的放大器，其特征在于泵浦裝置耦合到光纖中的光能的95％是在978±10nm的頻帶內，最好是在978±3的帶寬內。
4．根據權利要求1、2或3的放大器，其特征在于泵浦裝置耦合到光纖中的光的能量的95％是在1470±15nm的帶寬內，最好是在1470±10nm的帶寬內。
5．根據權利要求1至4中某一條的放大器，其特征在于其多模包層是環(huán)形的。
6．根據權利要求5的放大器，其特征在于其多模纖芯的直徑在5到10μm之間。
7．根據權利要求5或6的放大器，其特征在于在多模纖芯和多模包層之間的折射率差在5×10-3到15×10-3之間。
8．根據權利要求1至4中某一條的放大器，其特征在于述及的多模包層不是環(huán)形的。
9．根據權利要求8的放大器，其特征在于多模纖芯的直徑在3到10μm之間。
10．根據權利要求8或9的放大器，其特征在于多模纖芯和多模包層間的折射率之差在10×10-3到40×10-3之間。
11．根據權利要求1至10中某一條的放大器，其特征在于多模包層和外包層之間折射率之差是在10×10-3到150×10-3之間。
12．根據權利要求1至11中之一的放大器的特征在于多模纖芯是用一種稀土元素摻雜的。
13．根據權利要求12的特征在于述及的稀土元素是鉺，最好是在纖芯中，其成分在每單位質量中為100至2000ppm之間。
14．在C帶的波分復用系統(tǒng)中有至少一個根據前述各權利要求中某一條的放大器。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一個光學放大器,本發(fā)明所推薦的C帶的光學放大器中有一根光纖和光纖的泵浦裝置,光纖中有一個多模纖芯,一個多模內包層,和一個外包層,述及的光纖中不摻鐿,多模包層的直徑小于55μm。本發(fā)明用于在波分復用傳輸系統(tǒng)中的C帶的信號放大。
文檔編號H01S3/06GK1311456SQ0110498
公開日2001年9月5日 申請日期2001年2月26日 優(yōu)先權日2000年3月3日
發(fā)明者多米尼克·白亞特, 菲利普·保賽立特, 弗洛倫斯·勒普林咖德, 勞倫斯·洛西, 勞倫特·咖斯卡 申請人:阿爾卡塔爾公司