專利名稱：光纖放大器和使用該光纖放大器的光通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖放大器和使用該光纖放大器的光通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光通信系統(tǒng)的通信容量的大容量化，近年來已日益成為重要的問題。作為通信容量的大容量化的途徑之一，有波分多路復(fù)用光纖通信系統(tǒng)(WDM系統(tǒng))。為了實現(xiàn)該WDM系統(tǒng)的大容量化和多信道化，需要具有在更寬的波長區(qū)域具有平坦的增益特性的放大器，根據(jù)預(yù)測，將來需要100nm以上的帶寬。
以往，作為光纖通信系統(tǒng)用的放大器，使用的是摻鉺的光纖放大器(EDFA)、摻銩的光纖放大器(TDFA)和摻鐠的光纖放大器(PDFA)等摻稀土類金屬的光纖放大器。但是，在這些摻稀土類金屬的光纖放大器中，可以放大信號的區(qū)域與所使用的稀土類金屬的種類有關(guān)，不能任意變更。另外，其平坦增益帶寬最大約為40nm。在摻入稀土類金屬的光纖放大器中，不能放大1510～1530nm的區(qū)域和1460nm以下的區(qū)域的信號光。使用摻稀土類金屬的光纖放大器，為了得到100～200nm左右的平坦增益帶寬，必須將3～四個不同波段用的放大器組合使用，從而將招致系統(tǒng)的復(fù)雜化和高成本化。
另一方面，近年來正在研究可以放大摻稀土類金屬的光纖放大器不能放大的區(qū)域的光信號和將放大頻帶設(shè)定到任意的波段的拉曼(Raman)光纖放大器。使用現(xiàn)有技術(shù)的二氧化硅光纖的拉曼放大器(以下，稱為二氧化硅拉曼放大器)的結(jié)構(gòu)示于

圖1(a)。關(guān)于該拉曼放大器，已在“H.Masuda et al.，Tech.Dig.of ECOC，pp.139-140，1998”中作了介紹。該光放大器放大經(jīng)過波分多路復(fù)用的輸入信號。該拉曼放大器具有作為增益媒質(zhì)的光纖51、對其進(jìn)行光激勵的激勵光源53和將該激勵光源的激勵光和信號光混合的耦合器52。光纖主要是高數(shù)值孔徑(NA)的二氧化硅光纖。但是，通常設(shè)置在光纖的前后的不言而喻的光部件(分離器等)，為了簡單起見，在圖1(a)中省略了。
圖1(a)的放大器，在很多情況下經(jīng)常采用。具有信號光與激勵光的傳輸方向相反的配置即后方激勵的結(jié)構(gòu)。但是，即使是前方激勵的放大器，以下所述的情況同樣也成立。激勵光源的激勵光的波長可以是單個也可以是多個。單一波長激勵的二氧化硅拉曼放大器的增益系數(shù)頻譜示于圖1(b)。其中，橫軸表示信號光波長與激勵光波長之差。單一波長激勵的二氧化硅拉曼放大器的增益系數(shù)頻譜在100nm附近具有單一的峰值。該二氧化硅拉曼放大器的平坦增益頻帶在單一波長激勵中高達(dá)20nm。
關(guān)于平坦增益頻帶的擴(kuò)大，Y.Emori et al.在“Proc.of OFC，PD19，1999”中使用10多個波長的多波長激勵進(jìn)行增益頻譜平坦化和寬頻帶化處理，得到了具有達(dá)到100nm的平坦增益帶寬的二氧化硅拉曼放大器。該帶寬受到二氧化硅光纖的物理特性限制。另外，該二氧化硅拉曼放大器需要準(zhǔn)備10多個波長不同的光源和將該光源的光混合的光電路，成本非常高。
但是，光增益可以用低成本的放大器結(jié)構(gòu)得到連續(xù)平坦帶寬時的典型的帶寬的極限約為60nm。
因此，為了實現(xiàn)WDM系統(tǒng)的大容量化和多信道化，仍然要求放大器具有比以往更寬的帶寬(大于帶寬60nm)并且具有更平坦的增益特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于這樣的問題而提出的，目的旨在提供通過將多個增益頻譜組合重疊而在寬頻帶中實現(xiàn)平坦的增益頻譜的光纖放大器和使用該光纖放大器的光通信系統(tǒng)。
本發(fā)明的發(fā)明人在作為增益媒質(zhì)而使用亞碲酸鹽玻璃的拉曼放大器(以下，稱為亞碲酸鹽拉曼放大器)中，在使用相同激勵波長時發(fā)現(xiàn)其增益系數(shù)頻譜位于波長比二氧化硅拉曼放大器的增益系數(shù)頻譜長的長波長側(cè)。圖2表示單一波長激勵的亞碲酸鹽拉曼放大器的增益系數(shù)頻譜。其中，橫軸表示信號光波長與激勵光波長之差。由圖2可知，亞碲酸鹽拉曼放大器在波長差＝170nm和90nm附近具有峰值(以下，分別將它們稱為第一峰值P1和第二峰值P2)，在波長差＝120nm附近具有谷值(以下，稱為第一谷底B1)。另外，在第二峰值的短波長側(cè)，其增益系數(shù)減小(以下，將該區(qū)域稱為第二谷底B2)。
這樣，在亞碲酸鹽拉曼放大器中，由于其斯托克斯移動(Stokes shift)比二氧化硅拉曼放大器大，并且第一峰值P1與第二峰值P2的間隔寬，所以，有可能作為更寬頻帶的放大器使用。為了在WDM系統(tǒng)中使用亞碲酸鹽拉曼放大器，必須增大位于第一峰值P1與第二峰值P2間的第一谷底B1的增益系數(shù)，并使該增益系數(shù)實現(xiàn)平坦化。另外，如果能夠同時增大第二谷底B2的增益系數(shù)，則可認(rèn)為進(jìn)而作為將來使用更寬頻帶的WDM系統(tǒng)用的放大器是有用的。
另外，亞碲酸鹽拉曼放大器的增益系數(shù)比二氧化硅拉曼放大器的增益系數(shù)大，所以，使用更短的亞碲酸鹽玻璃光纖便可得到同等的增益系數(shù)。根據(jù)這一事實，使用亞碲酸鹽拉曼放大器也是有利的。
本發(fā)明的第一樣式的拉曼放大器的特征在于具有由波長不同的至少二個激勵光激勵的亞碲酸鹽光纖，這些激勵光的波長具有一定量的差。這里，該拉曼放大器也可以具有多個亞碲酸鹽光纖，采用多級結(jié)構(gòu)(實施例1和實施例2)。
本發(fā)明的第二樣式的拉曼放大器的特征在于具有由單一光激勵的亞碲酸鹽光纖和由單一光激勵的二氧化硅光纖，這些激勵光的波長不同(實施例3～實施例5)。
本發(fā)明的第三樣式的拉曼放大器的特征在于具有交替地配置的多個亞碲酸鹽光纖和二氧化硅光纖，用波長不同的至少二個激勵光激勵這些光纖(實施例6)。
本發(fā)明的第四樣式的拉曼放大器的特征在于具有由單一光激勵的亞碲酸鹽光纖和由波長不同的多個光激勵的二氧化硅光纖(實施例7)。
本發(fā)明的第五樣式的拉曼放大器的特征在于具有由波長不同的多個光激勵的亞碲酸鹽光纖和由單一光激勵的二氧化硅光纖(實施例8)。
本發(fā)明的第六樣式的拉曼放大器的特征在于具有由波長不同的多個光激勵的亞碲酸鹽光纖和由波長不同的多個光激勵的二氧化硅光纖。該拉曼放大器也可以進(jìn)而具有由波長不同的多個光激勵的附加的亞碲酸鹽光纖(實施例9和實施例10)。
本發(fā)明的第七樣式的拉曼放大器的特征在于具有摻入稀土類金屬的光纖和亞碲酸鹽光纖，分別由不同的波長的激勵光激勵這些光纖(實施例11～實施例14)。
本發(fā)明的第八樣式的拉曼放大器的特征在于具有摻入了低濃度的鉺的亞碲酸鹽光纖，用二個激勵光激勵該光纖(實施例15和實施例16)。
本發(fā)明的第九樣式的光通信系統(tǒng)的特征在于具有亞碲酸鹽光纖和形成傳輸路徑的二氧化硅光纖，分別用不同的波長的激勵光激勵這些光纖(實施例17)。
本發(fā)明的第十樣式的光通信系統(tǒng)的特征在于具有由單一光或波長不同的多個光激勵的亞碲酸鹽光纖，由單一光或波長不同的多個光激勵的第一二氧化硅光纖和由單一光或波長不同的多個光激勵的形成傳輸路徑的第二二氧化硅光纖(實施例18)。
本發(fā)明的光纖放大器是以使用亞碲酸鹽光纖為基本的拉曼光纖放大器，具有將1)用二個波長激勵亞碲酸鹽光纖、2)分別用不同的波長激勵亞碲酸鹽光纖和二氧化硅光纖、3)用一個或二個波長激勵以低濃度摻Er的亞碲酸鹽光纖和4)用不同的波長激勵亞碲酸鹽光纖和摻Tm的光纖適當(dāng)?shù)亟M合從而實現(xiàn)平坦增益帶寬的擴(kuò)大、噪音指數(shù)的降低和放大器的輸出增大等效果。另外，可以使用少數(shù)的激勵光源獲得前述效果，所以，對放大器的低成本化也是有利的。
此外，本發(fā)明的光通信系統(tǒng)是使用應(yīng)用了亞碲酸鹽光纖的中繼器和進(jìn)行分布放大的二氧化硅光纖傳輸線路的系統(tǒng)，通過將上述手段組合，使用少數(shù)的激勵光源就可以實現(xiàn)平坦增益帶寬的擴(kuò)大、噪音指數(shù)的降低和放大器的輸出增大等效果。
在下面參照附圖對本發(fā)明實施例的描述中，將會更加清楚地了解本發(fā)明的上述和其它目的，效果，特征和優(yōu)點。
附圖簡述圖1是表示現(xiàn)有技術(shù)的二氧化硅拉曼放大器的結(jié)構(gòu)和增益系數(shù)頻譜的圖，圖1(a)表示二氧化硅拉曼放大器的結(jié)構(gòu)，圖1(b)表示二氧化硅拉曼放大器的增益系數(shù)頻譜。
圖2是表示使用單一波長激勵的亞碲酸鹽拉曼放大器的增益系數(shù)頻譜的圖。
圖3是表示本發(fā)明實施例1的拉曼放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖4是表示本發(fā)明實施例1的亞碲酸鹽拉曼放大器的增益系數(shù)頻譜的曲線圖，圖4(a)是表示實施例1的增益(dB為單位的相對值)頻譜的曲線圖，圖4(b)是表示實施例2的增益(dB為單位的相對值)頻譜的曲線圖。
圖5是表示本發(fā)明實施例2的拉曼放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是表示本發(fā)明實施例3的拉曼放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖7是表示本發(fā)明實施例4的拉曼放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖8是表示本發(fā)明實施例5的拉曼放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖9是表示本發(fā)明實施例6的拉曼放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖10是表示本發(fā)明實施例7的拉曼放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖11是表示本發(fā)明實施例7的拉曼放大器的增益頻譜的曲線圖，圖11(a)是表示比較用的實施例4的增益(dB為單位的相對值)頻譜的曲線圖，圖11(b)是表示實施例8的增益(dB為單位的相對值)頻譜的曲線圖。
圖12是表示本發(fā)明實施例8的拉曼放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖13是表示單一波長激勵和二波長激勵的亞碲酸鹽光纖的拉曼增益的曲線圖。
圖14是表示本發(fā)明實施例9的拉曼放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖15是表示本發(fā)明實施例10的拉曼放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖16是表示本發(fā)明實施例11的拉曼放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖17是表示本發(fā)明實施例12的拉曼放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖18是表示本發(fā)明實施例13的拉曼放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖19是表示本發(fā)明實施例14的拉曼放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖20是表示本發(fā)明實施例15的拉曼放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖21是表示本發(fā)明實施例16的拉曼放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖22是表示本發(fā)明實施例17的光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖23是表示本發(fā)明實施例18的光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及使用亞碲酸鹽光纖的拉曼放大器和光通信系統(tǒng)，特別是作為傳輸光纖的低損失波段的1.3-1.5μm段的信號光用的拉曼放大器和使用該拉曼放大器的光通信系統(tǒng)。通常，拉曼放大器通過選擇其激勵光波長，可以在任意的波長區(qū)域進(jìn)行放大。
在本說明書中，所謂將二個要素「串聯(lián)連接」，就意味著在這二個要素之間沒有分支地傳輸信號光。這并不是要排除在這二個要素之間存在慣用的光部件(用于導(dǎo)入激勵光的耦合器等)。
實施例1本發(fā)明的實施例1是圖3所示的光纖放大器。該光纖放大器包括亞碲酸鹽光纖和具有相互不同的激勵光波長的二個激光光源，上述二個激光光源的激勵光的波數(shù)之差的絕對值為125～290cm-1。
在圖3中，作為增益媒質(zhì)的光纖是亞碲酸鹽光纖。二個激光光源5a和5b的激勵光由耦合器4混合，然后，通過耦合器2從與信號光相反的方向入射到亞碲酸鹽光纖1上。
可以使用的亞碲酸鹽光纖具有TeO2-ZnO-M2O-L2O3或TeO2-ZnO-M2O-L2O3-QO2的組成。該組成中，M表示一種或多種堿金屬，L表示B、Bi、La、Al、Ce、Yb或Lu的至少一種以上的金屬，Q表示Ge、Si或Ti的至少一種以上的金屬。另外，也可以將亞碲酸鹽光纖作為色散補(bǔ)償光纖。
作為激光光源5a、5b，可以使用半導(dǎo)體激光模塊(LDM)或拉曼激光等。特別是由于LDM是小型的、可靠性高、壽命長的激光器等理由，LDM是實用的。因此，本發(fā)明下述的實施例中，也使用LDM作為激光光源，但是，顯而易見，使用LDM以外的激光光源也可以獲得同樣的效果。設(shè)二個LDM5a、5b為LDM-1和LDM-2，它們的激勵光波長分別為λ1和λ2。
另外，在圖3中，將LDM-1和LDM-2的激勵光混合后的多個波長的激勵光通過耦合器2入射到亞碲酸鹽光纖1上。但是，也可以不將LDM-1和LDM-2的激勵光混合而分別入射到亞碲酸鹽光纖上。
此外，在圖3中，表示的是信號光入射方向與激勵光入射方向相反的后方激勵的配置，但是，也可以使用信號光入射方向與激勵光入射方向相同的前方激勵。
或者，也可以在圖3的亞碲酸鹽光纖1或耦合器2之后設(shè)置增益均衡器，使增益系數(shù)頻譜更平坦化。
為了實現(xiàn)本實施例的拉曼放大器的平坦增益帶寬的擴(kuò)大，必須將λ1和λ2設(shè)定為由使用波長λ2的激勵光的增益系數(shù)的第一峰值補(bǔ)償使用波長λ1的激勵光的增益系數(shù)的頻譜的第一谷底。由圖2所示的增益系數(shù)頻譜可知，使λ1與λ2之差為30nm～70nm時，可以實現(xiàn)平坦增益帶寬的擴(kuò)大。λ1與λ2之差最好為35nm～60nm，而40nm～50nm則更好。特別是λ1-λ2為50nm時最好。
拉曼放大器可以在與激勵光波長相應(yīng)的任意的波段工作，其增益帶寬與其說由波長莫如說由能量或波數(shù)(cm-1，讀作凱塞(Kays Er))正確地規(guī)定。例如，上述1.55μm波段的波長差30nm～50nm約等于125～290cm-1的波數(shù)差。該波數(shù)差在任意的波段保持。125cm-1的波數(shù)差在1.55μm波段與波長差30nm相當(dāng)，但是，在1.4μm波段則與其0.82倍的波長差24.5nm相當(dāng)。
或者，也可以具有激勵光波長相互不同的三個以上的激光光源，取代上述二個激光光源。即，使用三個以上的激光光源時，實際上也可以視為是與上述相同的激勵波長配置。具體而言，可以將上述三個以上的激光光源分為波長區(qū)域不重疊的二個波長組，而與它們的中心波長對應(yīng)的激勵光的波數(shù)之差的絕對值是125～290cm-1。
設(shè)n波長(λ1-λn)的波長組的光功率分別為P1-Pn時，則中心波長λc定義為定量地說明時，設(shè)第1波長組為λ11～λ1n、第二波長組為λ21～λ2m(但是，λ11～λ1n＞λ21～λ2m)、第一波長組的中心波長為λ1c、第二波長組的中心波長為λ2c時，只要λ1c與λ2c之差為30nm～70nm就可以。因此，與中心波長λ1c和λ2c相當(dāng)?shù)墓忾g的波數(shù)差的絕對值為125～290cm-1。
例如，可以使用激勵光的波長和功率分別為1460nm、200mW，1450nm、50mW，1410nm、200mW和1400nm、50mW的四波長結(jié)構(gòu)。這時，1460nm、200mW和1450nm、50mW的二個激勵光的中心波長是1458nm，而1410nm、200mW和1400nm、50mW的二個激勵光的中心波長是1408nm。這二個中心波長之差為50nm，所以，該四波長結(jié)構(gòu)就與上述二波長激勵的結(jié)構(gòu)等價。
為了使用上述激勵光的波長設(shè)定實現(xiàn)平坦增益帶寬的擴(kuò)大，必須控制利用各激勵光得到的增益系數(shù)的大小。增益系數(shù)的控制通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定各光源LDM-1和LDM-2的輸出功率而實施。
例1在圖3的拉曼放大器中，將LDM-1的激勵光的波長定為1460nm、將功率定為500mW。另外，將LDM-2的激勵光的波長定為1410nm、將功率定為500mW。亞碲酸鹽光纖1的長度為200m。
由本實例得到的增益(dB為單位的相對值)頻譜示于圖4(a)。在本實施例中，在約1500nm～約1650nm的約150nm的范圍內(nèi)(平坦增益帶寬)可以得到平坦的增益頻譜。該平坦增益帶寬比先有技術(shù)的約60nm的平坦增益帶寬顯著地擴(kuò)大了。
另外，在本實施例中使用的亞碲酸鹽光纖與現(xiàn)有技術(shù)的二氧化硅拉曼放大器的二氧化硅光纖相比，非常短，但是，卻具有基本上相等或更大的增益系數(shù)。
例2
除了將LDM-2的激勵光的波長定為1420nm外，和實施例1相同。
由本實例得到的增益頻譜示于圖4(b)。在本實施例中，也可以在約1500nm～約1650nm的約150nm的范圍內(nèi)(平坦增益帶寬)得到平坦化的增益頻譜。該平坦增益帶寬也比現(xiàn)有技術(shù)的約60nm的平坦增益帶寬顯著地擴(kuò)大了。
實施例2本發(fā)明的實施例2就是圖5所示的光纖放大器，包括二個亞碲酸鹽光纖、設(shè)置在這二個亞碲酸鹽光纖中間的增益均衡器和具有相互不同的激勵光波長(λ1和λ2)的二個激光光源。
在圖5中，亞碲酸鹽光纖1a、耦合器2a、增益均衡器15、亞碲酸鹽光纖1b和耦合器2b串聯(lián)連接。二個激光光源5a和5b的激勵光由耦合器4混合?；旌系募罟庥煞诸l器16進(jìn)行分頻，一方導(dǎo)入耦合器2a，激勵亞碲酸鹽光纖1a，另一方導(dǎo)入耦合器2b，激勵亞碲酸鹽光纖1b。
本實施例使用的亞碲酸鹽光纖和實施例1使用的一樣。
激勵光分別供給二個亞碲酸鹽光纖。這時，也可以將各個亞碲酸鹽光纖用的激勵光源分開設(shè)置，但是，為了使拉曼放大器的結(jié)構(gòu)簡化和降低成本，最好使用圖5所示的一個光源裝置3。使用三個以上的激光光源時也一樣。另外，圖5表示的是后方激勵的配置，但是，在本實施例中也可以進(jìn)行前方激勵。
為了實現(xiàn)本實施例的拉曼放大器的平坦增益帶寬的擴(kuò)大，波長λ1和λ2滿足的條件和實施例1相同。即，將λ1與λ2之差取為30nm～70nm時，就可以實現(xiàn)平坦增益帶寬的擴(kuò)大。特別是最好λ1-λ2為50nm。另外，在用于放大1.55μm的信號的波段，與上述波長差30nm～70nm對應(yīng)的二個激勵光的波數(shù)差約為125-290cm-1。
或者，也可以和實施例1一樣使用三個以上的激光光源的激勵光。這時，將該三個以上的激勵光分為波長區(qū)域不重疊的二個波長組，將這些激勵光的波長設(shè)定為使與它們的中心波長對應(yīng)的激勵光的波數(shù)之差的絕對值為125～290cm-1。
將增益均衡器15設(shè)置在亞碲酸鹽光纖1a與1b間的位置，使為了保持拉曼放大器的高輸出功率。這時，在信號光由于增益均衡器15而是受到所希望的損失之后，由后級的亞碲酸鹽光纖1b進(jìn)行放大，所以，拉曼放大器的輸出功率由后級的亞碲酸鹽光纖1b的輸出功率決定，可以得到高的數(shù)值。另一方面，將增益均衡器15設(shè)置到最后級即亞碲酸鹽光纖1b之后時，得到的輸出功率就降低為從亞碲酸鹽光纖1b的輸出功率中減去增益均衡器15的損失部分后的數(shù)值。
增益均衡器的傳輸損失頻譜特性，在考慮例如圖4的增益頻譜之后決定。例如，對于圖4(a)的增益頻譜，利用具有傳輸損失頻譜的峰值波長約為1560nm、傳輸損失頻譜的半值寬約為20nm的高斯型形狀的傳輸損失頻譜的增益均衡器，在約1500-1650nm的波段可以簡單地進(jìn)行概略的增益均衡處理。
例3在圖5的拉曼放大器中，將LDM-1的激勵光的波長取為1460nm、將其功率取為500mW。另外，將LDM-2的激勵光的波長取為1410nm、將其功率取為500mW。亞碲酸鹽光纖1a和1b的長度分別為200m和180m。使用具有峰值波長約1560nm、峰值損失8dB和半值寬約20nm的高斯型形狀的傳輸損失頻譜的增益均衡器。
在本實例的拉曼放大器中，在約1500-1650nm的波段可以得到平坦的增益頻譜。另外，增益頻譜的平坦性與不使用增益均衡器的情況相比，提高了8dB。
實施例3本發(fā)明的實施例3是圖6所示的光纖放大器，包括亞碲酸鹽光纖、二氧化硅光纖、具有相互不同的激勵光波長的二個激光光源和將這些激光光源的激勵光與信號光混合的二個耦合器。
在圖6中，亞碲酸鹽光纖1、耦合器2a、二氧化硅光纖11和耦合器2b串聯(lián)連接，第一激光光源5a的激勵光(λ1)通過耦合器2a激勵亞碲酸鹽光纖1，第二激光光源5b的激勵光(λ2)通過耦合器2b激勵二氧化硅光纖11。
在本實施例中，通過使由第一激光光源的激勵光(λ1)得到的亞碲酸鹽光纖的增益系數(shù)頻譜的第一谷底與由第二激光光源的激勵光(λ2)得到的二氧化硅光纖的增益系數(shù)頻譜的峰值重疊而進(jìn)行補(bǔ)償。通過將λ1與λ2之差設(shè)定為λ2-λ1＝25±15nm即10nm＜λ2-λ1＜40nm，可以實現(xiàn)該補(bǔ)償。λ1與λ2之差λ2-λ1最好為15nm～35nm，而20nm～30nm則更好。另外，在用于放大1.55μm波段的信號的激勵光的波段，與上述波長差10nm～40nm對應(yīng)的二個激勵光的波數(shù)差約為42～166cm-1。
二氧化硅光纖11的最佳的光纖參量與在高速(例如10Gbit/s)的光通信系統(tǒng)中使用的色散補(bǔ)償光纖(DCF)類似，所以，可以將DCF作為本實施例的二氧化硅光纖11使用。這里，所謂DCF，就是用于補(bǔ)償由于傳輸光纖的折射率的波長色散而畸變的光脈沖的波形的具有逆色散特性的光纖。在現(xiàn)實中，使用1.3μm零色散光纖的傳輸線路用的典型的DCF與典型的拉曼放大器用的二氧化硅光纖的組成及數(shù)值孔徑基本上相同。另外，對于典型的亞碲酸鹽光纖，例如在1.5μm波段具有負(fù)色散，所以，可以和上述二氧化硅光纖一樣作為色散補(bǔ)償光纖使用。
在本實施例中，對于信號光，最好將亞碲酸鹽光纖1配置到前級。這是因為，該配置的方式噪音指數(shù)低。其原因在于，二氧化硅光纖的拉曼增益帶寬比亞碲酸鹽光纖的帶寬窄。例如，在λ1＝1450nm時，亞碲酸鹽光纖的拉曼增益帶寬具有約為1460～1620nm的值。這時，必須將二氧化硅光纖用的激勵光的波長λ2設(shè)定為約1475nm。但是，二氧化硅光纖的拉曼增益限定在λ2+130nm以下的區(qū)域(這時為1605nm以下)。如果將二氧化硅光纖配置到前級，在比λ2+130nm長的長波長區(qū)域(比1605nm長的長波長的區(qū)域)將由于二氧化硅光纖內(nèi)的損失而引起噪音指數(shù)增加。因此，最好將亞碲酸鹽光纖配置到前級。
為了使用上述激勵光的波長設(shè)定進(jìn)行平坦增益帶寬的擴(kuò)大，必須控制由各激勵光得到的增益系數(shù)的大小。增益系數(shù)的控制，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定各光源LDM-1和LDM-2的輸出功率和二氧化硅光纖及亞碲酸鹽光纖的長度而實施。
例4在圖6的拉曼放大器中，將LDM-1的激勵光的波長取為1450nm，將其功率取為300mW。另外，將LDM-2的激勵光的波長取為1475nm，將其功率取為300mW。亞碲酸鹽光纖1的長度為200m，二氧化硅光纖11的長度為5km。
在本實例的拉曼放大器中，在約1550～1630nm的波段可以得到平坦的增益頻譜(平坦增益帶寬80nm)。
實施例4本發(fā)明的實施例4是圖7所示的光纖放大器，包括亞碲酸鹽光纖、二氧化硅光纖、具有相互不同的激勵光波長的第一和第二激光光源以及將第一和第二激光光源的激勵光混合的耦合器。
在圖7中，亞碲酸鹽光纖1、二氧化硅光纖11和耦合器2串聯(lián)連接，第一激光光源5a的激勵光(λ1)和第二激光光源5b的激勵光(λ2)由耦合器4進(jìn)行混合，并且通過耦合器2按照二氧化硅光纖11和亞碲酸鹽光纖1的順序進(jìn)行傳播。信號光從亞碲酸鹽光纖側(cè)入射(即，對于信號光，亞碲酸鹽光纖位于前級)。
在本實施例中使用的亞碲酸鹽光纖和二氧化硅光纖與在實施例3中所述的相同。
第一和第二激光光源5a和5b的波長不同的二個激勵光先激勵二氧化硅光纖11后，在二氧化硅光纖11中未受損失的部分從二氧化硅光纖11射出。然后，從二氧化硅光纖11射出的二個激勵光激勵亞碲酸鹽光纖1。
在本實施例中，使由第一激光光源的激勵光(λ1)得到的亞碲酸鹽光纖的增益系數(shù)頻譜的第一谷底與由第二激光光源的激勵光(λ2)得到的二氧化硅光纖的增益系數(shù)頻譜的峰值重疊而進(jìn)行補(bǔ)償。通過將λ1與λ2之差設(shè)定為λ2-λ1＝25±15nm即10nm＜λ2-λ1＜40nm，可以實現(xiàn)這樣的補(bǔ)償。λ1與λ2之差λ2-λ1最好為15nm～35nm，而20nm～30nm為更好。另外，在用于放大1.55μm波段的信號的激勵光的波段，與上述ihc ta差10nm～40nm對應(yīng)的二個激勵光的波數(shù)差約為42～166cm-1。
本實施例的整體拉曼放大器的增益系數(shù)頻譜包含由波長λ1的激勵光決定的二氧化硅光纖的增益系數(shù)頻譜、二氧化硅光纖引起的波長λ1的激勵光的衰減和由波長λ1的激勵光決定的亞碲酸鹽光纖的增益系數(shù)頻譜，所以，與使用相同的λ1和λ2的實施例3的拉曼放大器的情況有若干不同。
在本實施例的拉曼放大器中，對于信號光，最好將亞碲酸鹽光纖1配置到前級，但是，也可以將二氧化硅光纖11與亞碲酸鹽光纖1交換，而將二氧化硅光纖11配置到前級。
例5在圖7的拉曼放大器中，將LDM-1的激勵光的波長取為1450nm，將其功率取為300mW。另外，將LDM-2的激勵光的波長取為1475nm，將其功率取為300mW。亞碲酸鹽光纖1的長度為200m，二氧化硅光纖11的長度為5km。
在本實例的拉曼放大器中，在約1550-1630nm的波段可以得到平坦的增益頻譜(平坦增益帶寬80nm)。
實施例5本發(fā)明的實施例5是圖8所示的光纖放大器，包括亞碲酸鹽光纖、二氧化硅光纖、具有相互不同的激勵光波長的第一和第二激光光源以及配置在上述亞碲酸鹽光纖與上述二氧化硅光纖之間的反射第一或第二激光光源的激勵光的反射元件。
在圖8中，亞碲酸鹽光纖1、反射元件12、二氧化硅光纖11和耦合器2串聯(lián)連接，第一激光光源5a的激勵光(λ1)和第二激光光源5b的激勵光(λ2)由耦合器4進(jìn)行混合，并且通過耦合器2入射到二氧化硅光纖11中。信號光從亞碲酸鹽光纖側(cè)入射(即，對于信號光，亞碲酸鹽光纖位于前級)。
反射元件12有選擇地僅反射波長λ2的激勵光，可以使用光纖光柵等。
在本實施例中，從耦合器2入射到二氧化硅光纖11中的波長λ1和λ2的激勵光都激勵二氧化硅光纖，從二氧化硅光纖11中射出。并且，僅波長λ2的激勵光由反射元件12反射，再次入射到二氧化硅光纖11中，用于對其進(jìn)行激勵。另一方面，波長λ1的激勵光通過反射元件12入射到亞碲酸鹽光纖1中，對其進(jìn)行激勵。
在本實施例中，也和實施例4一樣，使由第一激光光源的激勵光(λ1)得到的亞碲酸鹽光纖的增益系數(shù)頻譜的第一谷底與由第二激光光源的激勵光(λ2)得到的亞碲酸鹽光纖的增益系數(shù)頻譜的峰值重疊而進(jìn)行補(bǔ)償。通過將λ1與λ2之差設(shè)定為λ2-λ1＝25±15nm即10nm＜λ2-λ1＜40nm，可以實現(xiàn)這樣的補(bǔ)償。λ1與λ2之差λ2-λ1最好為15nm-35nm，而20nm-30nm為更好。另外，在用于放大1.55μm波段的信號的激勵光的波段，與上述補(bǔ)償差10nm-40nm對應(yīng)的二個激勵光的波數(shù)差約為42-166cm-1。
本實施例的整體拉曼放大器的增益系數(shù)頻譜包含由波長λ1的激勵光決定的二氧化硅光纖的增益系數(shù)頻譜和由二氧化硅光纖引起的波長λ1的激勵光的衰減，所以，與使用相同的λ1和λ2的實施例3和實施例4的拉曼放大器的增益系數(shù)頻譜有若干不同。
在本實施例中，對于信號光，最好將亞碲酸鹽光纖1配置到前級。其理由和實施例3所述的一樣。但是，將二氧化硅光纖11和亞碲酸鹽光纖1的位置顛倒，并且使反射元件(光纖光柵)的中心波長為λ1，將二氧化硅光纖配置到前級，使波長λ1的光僅激勵亞碲酸鹽光纖1，也可以得到同樣的效果。
例6在圖8的拉曼放大器中，將LDM-1的激勵光的波長λ1取為1450nm，將其功率取為300mW。另外，將LDM-2的激勵光的波長λ2取為1475nm，將其功率取為200mW。亞碲酸鹽光纖1的長度為200m，二氧化硅光纖11的長度為5km。
在本實例的拉曼放大器中，在約1550-1630nm的波段可以得到平坦的增益頻譜(平坦增益帶寬80nm)。此外，波長λ2的激勵光的功率可以比實施例5低。這是因為，設(shè)置了反射元件12，由于反射元件12的反射，波長λ2的光僅激勵二氧化硅光纖11。
實施例6本發(fā)明的實施例6是圖9所示的光纖放大器，包括多個亞碲酸鹽光纖、多個二氧化硅光纖、具有相互不同的激勵光波長的二個激光光源和將這些激光光源的激勵光混合的耦合器，上述多個亞碲酸鹽光纖和上述多個二氧化硅光纖分別相互相鄰地配置。
在圖9中，亞碲酸鹽光纖1a和1b與二氧化硅光纖11a和11b交替地配置，對于這些光纖的信號光，耦合器2連接在后級。第一激光光源5a的激勵光(λ1)和第二激光光源5b的激勵光(λ2)由耦合器4進(jìn)行混合，并且通過耦合器2入射到交替地配置的光纖中。
二個激勵光的波長λ1和λ2應(yīng)滿足的條件與實施例4相同。最好將λ1與λ2之差設(shè)定為λ2-λ1＝25±15nm即10nm＜λ2-λ1＜40nm。λ1與λ2之差λ2-λ1最好為15nm-35nm，而20nm-30nm則更好。另外，在用于放大1.55μm波段的信號的激勵光的波段，與上述波長差10nm-40nm對應(yīng)的二個激勵光的波數(shù)差約為42-166cm-1。
在圖9中，表示出了將二個亞碲酸鹽光纖和二個二氧化硅光纖交替地配置的例子，但是，這些光纖不限于交替地配置，其數(shù)量也可以是三個以上任意的個數(shù)。
在使用長度短的多個光纖的本實施例中，可以實現(xiàn)降低噪音指數(shù)。如果亞碲酸鹽光纖的第一谷底或第二谷底的增益系數(shù)小，噪音將由于亞碲酸鹽光纖引起的損失而增大。噪音增大的程度與光纖的長度以及dB單位的光纖損失成正比。即，在本實施例的短的光纖中，其噪音的程度比使用長的光纖時小。并且，在次級的二氧化硅光纖中，亞碲酸鹽光纖的第一谷底或第二谷底區(qū)域的信號被放大，從而可以得到噪音更小的信號。
在本實施例中，對于信號光的入射方向，亞碲酸鹽光纖1a位于最前級。但是，由于本實施例中各光纖的噪音增大的程度小，所以，采用將二氧化硅光纖11a配置到最前級的結(jié)構(gòu)也可以得到同樣的效果。
例7在圖9的拉曼放大器中，將LDM-1的激勵光的波長取為1450nm，將其功率取為300mW。另外，將LDM-2的激勵光的波長取為1475nm，將其功率取為300mW。各亞碲酸鹽光纖1a和1b的長度為100m，各二氧化硅光纖11a和11b的長度為2.5km。
在本實例的拉曼放大器中，在約1460-1620nm的波段可以得到平坦的增益頻譜(平坦增益帶寬160nm)。另外，實施例5的噪音指數(shù)在頻譜上的最大值為8dB，與此相對，本實施例的噪音指數(shù)在頻譜上的最大值為6dB。
實施例7本發(fā)明的實施例7是圖10所示的拉曼放大器，包括發(fā)生相互不同的波長的激勵光的第一、第二和第三激光光源、由第一激光光源的激勵光進(jìn)行激勵的亞碲酸鹽光纖和由第二及第三激光光源的激勵光進(jìn)行激勵的二氧化硅光纖。
在圖10中，亞碲酸鹽光纖1、耦合器2a、二氧化硅光纖11和耦合器2b串聯(lián)連接。信號光入射到亞碲酸鹽光纖1側(cè)。第一激光光源5a的激勵光通過耦合器2a入射到亞碲酸鹽光纖1中。第二和第三激光光源5b和5c的激勵光由耦合器4進(jìn)行混合，并且通過耦合器2b入射到二氧化硅光纖11中。
在本實施例中，將λ2設(shè)定為使由波長λ2的光激勵的二氧化硅拉曼放大器的增益頻譜的峰值位于圖2所示的亞碲酸鹽拉曼放大器的增益頻譜的第一谷底。另外，將λ3設(shè)定為使由波長λ3的光激勵的二氧化硅拉曼放大器的增益頻譜的峰值位于圖2所示的亞碲酸鹽拉曼放大器的增益頻譜的第二谷底。通過進(jìn)行這樣的設(shè)定，二氧化硅拉曼放大器的增益頻譜的二個峰值補(bǔ)償亞碲酸鹽拉曼放大器的增益頻譜的第一和第二谷底，所以，可以在寬的波長區(qū)域得到平坦的頻譜。
為了實現(xiàn)上述補(bǔ)償，將λ1與λ2之差設(shè)定為λ2-λ1＝25±15nm即10nm＜λ2-λ1＜40nm。這在本實施例使用的波段中，第一激勵光的波數(shù)與第二激勵光的波數(shù)之差相當(dāng)于42-166cm-1。此外，將λ1與λ3之差設(shè)定為λ1-λ3＝40±30nm即10nm＜λ1-λ3＜70nm。這在本實施例使用的波段中，第一激勵光的波數(shù)與第二激勵光的波數(shù)之差相當(dāng)于42-166cm-1。
在本實施例中，如圖10所示，對于信號光的入射方向，最好將亞碲酸鹽光纖配置到前級。其理由和在實施例4中所述的一樣。但是，也可以將二氧化硅光纖配置到前級。
例8在圖10的拉曼放大器中，將LDM-1的激勵光的波長取為1450nm，將其功率取為300mW。另外，將LDM-2的激勵光的波長取為1475nm，將其功率取為150mW。此外，將LDM-3的激勵光的波長取為1410nm，將其功率取為150mW。亞碲酸鹽光纖1的長度為200m，二氧化硅光纖11的長度為5km。這樣設(shè)定的本實施例的拉曼放大器的增益頻譜示于圖11(b)。
在本實例的拉曼放大器中，在約1500nm-約1630nm的波段可以得到平坦的增益頻譜(平坦增益帶寬130nm)。
實施例8本發(fā)明的實施例8是圖12所示的拉曼放大器，包括發(fā)生相互不同的波長的激勵光的第一、第二和第三激光光源、由第一和第二激光光源的激勵光進(jìn)行激勵的亞碲酸鹽光纖和由第三激光光源的激勵光進(jìn)行激勵的二氧化硅光纖。
在圖12中，亞碲酸鹽光纖1、耦合器2a、二氧化硅光纖11和耦合器2b串聯(lián)連接。信號光入射到亞碲酸鹽光纖1側(cè)。第一和第二激光光源5a和5b的激勵光由耦合器4進(jìn)行混合，并且通過耦合器2a入射到亞碲酸鹽光纖1中。第三激光光源5c的激勵光通過耦合器2b入射到二氧化硅光纖11中。
在本實施例中，將λ2設(shè)定為使由波長λ2的光激勵的亞碲酸鹽拉曼放大器的增益頻譜的第一峰值位于由波長λ1的光激勵的亞碲酸鹽拉曼放大器的增益頻譜的第一谷底。另外，通過進(jìn)行該設(shè)定，使由波長λ2的光激勵的亞碲酸鹽拉曼放大器的第二峰值位于由波長λ1的光激勵的亞碲酸鹽拉曼放大器的第二谷底。此外，對λ3也一樣，將λ3設(shè)定為使由波長λ3的光激勵的二氧化硅拉曼放大器的增益頻譜的峰值位于由波長λ1的光激勵的亞碲酸鹽拉曼放大器的增益頻譜的第一谷底。即，在本實施例中，可以利用波長λ2和波長λ3的光決定的增益頻譜的峰值補(bǔ)償使用波長λ1的光的激勵決定的增益頻譜的第一谷底，利用波長λ2的增益頻譜的第二峰值補(bǔ)償波長λ1的增益頻譜的第二谷底。通過進(jìn)行這樣的設(shè)定，可以在寬的波長區(qū)域得到平坦的頻譜。但是，通常與實施例7的結(jié)構(gòu)比較，頻譜平坦性差，所以，在亞碲酸鹽光纖1與二氧化硅光纖11之間最好在耦合器2a與二氧化硅光纖11之間設(shè)置增益均衡器，提高平坦性。
為了實現(xiàn)上述補(bǔ)償，將λ1與λ2之差設(shè)定為λ1-λ2＝40±30nm即10nm＜λ1-λ2＜70nm。這在本實施例使用的波段中，第一激勵光的波數(shù)與第二激勵光的波數(shù)之差相當(dāng)于42-290cm-1。此外，將λ1與λ3之差設(shè)定為λ1-λ3＝25±15nm即10nm＜λ1-λ3＜40nm。在本實施例使用的波段中，第一激勵光的波數(shù)與第二激勵光的波數(shù)之差相當(dāng)于42-166cm-1。
在本實施例的結(jié)構(gòu)中，對于信號光而配置在前級的亞碲酸鹽光纖的第一谷底的大小(第一峰值的增益與第一谷底的增益之差)比用單一波長的光激勵亞碲酸鹽光纖的實施例7的情況小。因此，在本實施例中，可以進(jìn)而增大第一谷底的波長區(qū)域中亞碲酸鹽光纖的最低增益。結(jié)果，便可得到更低的噪音指數(shù)和更高的信號光輸出。
下面，具體地說明上述效果。圖13是表示僅由波長λ1的光進(jìn)行激勵的單波長激勵的增益(通斷增益)頻譜(實線)和由波長λ1和λ2的光進(jìn)行激勵的二波長激勵時的增益(通斷增益)頻譜(虛線)的圖。亞碲酸鹽光纖和與其相鄰的耦合器等光學(xué)部件的插入損失約為6dB。因此，單波長激勵時，第一谷底B1的真正的拉曼增益約為-0.5dB。另一方面，二波長激勵時，該區(qū)域的真正的拉曼增益約為4dB，它顯著地大于單波長激勵時的拉曼增益。
另外，將二波長激勵的亞碲酸鹽光纖與單波長激勵的二氧化硅光纖組合時，必須適當(dāng)?shù)卦O(shè)定二波長激勵的亞碲酸鹽光纖的第一峰值波長的增益系數(shù)(dB為單位)與第二峰值波長的增益系數(shù)(dB為單位)之比。如圖2所示，單波長激勵時的第一峰值P1的增益系數(shù)第二峰值P2的增益系數(shù)為100∶70。在實施二波長激勵時，最好將第一峰值P1的增益系數(shù)第二峰值P2的增益系數(shù)設(shè)定為100∶80-100∶100。在該設(shè)定中，亞碲酸鹽光纖的增益頻譜與二氧化硅光纖的增益頻譜的匹配良好，可以比具有該范圍外的增益系數(shù)之比的情況得到平坦的頻譜。
最好使第二峰值的增益系數(shù)小于第一峰值的增益系數(shù)的原因在于二氧化硅光纖的增益系數(shù)頻譜的非對稱性。如圖1(b)所示，二氧化硅光纖的增益系數(shù)在該峰值的短波長側(cè)比長波長側(cè)緩慢地減小。使二氧化硅光纖的增益峰值與亞碲酸鹽光纖的第一谷底一致時，亞碲酸鹽光纖的第二峰值P2的區(qū)域與二氧化硅光纖的緩慢減小的增益頻譜重疊，補(bǔ)償該增益，但是，亞碲酸鹽光纖的第一峰值P1的區(qū)域的增益則幾乎并不由二氧化硅光纖的增益頻譜進(jìn)行補(bǔ)償。因此，通過預(yù)先減小亞碲酸鹽光纖的增益頻譜的第二峰值，作為放大器全體便可得到平坦的增益頻譜。
例9在圖12的拉曼放大器中，將LDM-1的激勵光的波長取為1450nm，將其功率取為200mW。另外，將LDM-2的激勵光的波長取為1410nm，將其功率取為200mW。此外，將LDM-3的激勵光的波長取為1475nm，將其功率取為200mW。亞碲酸鹽光纖1的長度為200m，二氧化硅光纖11的長度為5km。
在本實例的拉曼放大器中，在約1550NM-約1630NM的波段可以得到平坦的增益頻譜(平坦增益帶寬80nm)。
實施例9本發(fā)明的實施例9是圖14所示的拉曼放大器，包括發(fā)生相互不同的波長的激勵光的第一、第二、第三和第四激光光源、由第一和第二激光光源的激勵光進(jìn)行激勵的亞碲酸鹽光纖和由第三和第四激光光源的激勵光進(jìn)行激勵的二氧化硅光纖。
在圖14中，亞碲酸鹽光纖1、耦合器2a、增益均衡器15、二氧化硅光纖11和耦合器2b串聯(lián)連接。信號光入射到亞碲酸鹽光纖1側(cè)。第一和第二激光光源5a和5b的激勵光由耦合器4a進(jìn)行混合，并且通過耦合器2a入射到亞碲酸鹽光纖1中。第三和第四激光光源5c和5d的激勵光由耦合器4b進(jìn)行混合，并且通過耦合器2b入射到亞碲酸鹽光纖1中。
在本實施例中，和實施例8一樣，將λ2設(shè)定為用以補(bǔ)償由波長λ1的光激勵的亞碲酸鹽拉曼放大器的增益頻譜的第一谷底B1的值。另外，λ3也一樣，設(shè)定為使由波長λ3的光激勵的二氧化硅拉曼放大器的增益頻譜的峰值補(bǔ)償由波長λ1的光激勵的亞碲酸鹽拉曼放大器的增益頻譜的第一谷底B1。此外，將λ4設(shè)定為使由波長λ4的光激勵的二氧化硅拉曼放大器的增益頻譜的峰值位于由波長λ1的光激勵的亞碲酸鹽拉曼放大器的增益頻譜的第二谷底B2。這樣，便可同時補(bǔ)償由波長λ1的激勵光決定的第一和第二谷底B1、B2的增益系數(shù)，所以，可以在寬的波長區(qū)域得到平坦的頻譜。但是，通常與實施例7的結(jié)構(gòu)比較，頻譜平坦性差，所以，最好如圖14所示的那樣在亞碲酸鹽光纖與二氧化硅光纖之間設(shè)置增益均衡器15，提高平坦性。
此外，在本實施例的結(jié)構(gòu)中，亞碲酸鹽光纖用二波長的光進(jìn)行激勵，所以，可以進(jìn)而增大對于信號光配置在前級的亞碲酸鹽光纖的第一谷底B1的最低增益。結(jié)果，便可得到更低的噪音指數(shù)和更高的信號光輸出。用于實現(xiàn)該效果的增益系數(shù)比的條件和實施例8一樣。
為了實現(xiàn)上述補(bǔ)償，將λ與λ2之差設(shè)定為λ1-λ2＝50±20nm即30nm＜λ1-λ2＜70nm。這相當(dāng)于第一激勵光的波數(shù)與第二激勵光的波數(shù)之差為84-290nm-1。另外，將λ1與λ3之差設(shè)定為λ3-λ1＝25±15nm即10nm＜λ1-λ3＜40nm。這相當(dāng)于第三激勵光的波數(shù)與第一激勵光的波數(shù)之差為42-166cm-1。此外，將λ1與λ4之差設(shè)定為λ1-λ4＝40±30nm即10nm＜λ1-λ4＜70nm。這相當(dāng)于第一激勵光的波數(shù)與第四激勵光的波數(shù)之差為42-290cm-1。
例10在圖14的拉曼放大器中，將LDM-1的激勵光的波長取為1450nm，將其功率取為200mW。將LDM-2的激勵光的波長取為1410nm，將其功率取為200mW。另外，將LDM-3的激勵光的波長取為1475nm，將其功率取為150mW。將LDM-4的激勵光的波長取為1400nm，將其功率取為150mW。亞碲酸鹽光纖1的長度為200m，二氧化硅光纖11的長度為5km。
在本實例的拉曼放大器中，在約1500nm-約1630nm的波段中可以得到平坦的增益頻譜(平坦增益帶寬130nm)。
實施例10本發(fā)明的實施例10是圖15所示的拉曼放大器，包括發(fā)生相互不同的波長的激勵光的第一～第六激光光源、由第一和第二激光光源的激勵光進(jìn)行激勵的第一亞碲酸鹽光纖、由第三和第四激光光源的激勵光進(jìn)行激勵的二氧化硅光纖和由第五和第六激光光源的激勵光進(jìn)行激勵的第二亞碲酸鹽光纖。
在圖15中，第一亞碲酸鹽光纖1a、耦合器2a、增益均衡器15a、二氧化硅光纖11、耦合器2b、增益均衡器15b、第二亞碲酸鹽光纖1b和耦合器2c串聯(lián)連接。信號光入射到第一亞碲酸鹽光纖1a側(cè)。第一和第二激光光源5a和5b的激勵光(λ1、λ2)由耦合器4a進(jìn)行混合，并且通過耦合器2a入射到第一亞碲酸鹽光纖1a中。第三和第四激光光源5c和5d的激勵光(λ3、λ4)由耦合器4b進(jìn)行混合，并且通過耦合器2b入射到二氧化硅光纖11中。第五和第六激光光源5e和5f的激勵光(λ5、λ6)由耦合器4c進(jìn)行混合，并且通過耦合器2c入射到第二亞碲酸鹽光纖1b中。
本實施例是比實施例9的結(jié)構(gòu)改善放大器輸出的結(jié)構(gòu)。在圖14所示的將亞碲酸鹽光纖用在前級的實施例9的拉曼放大器中，由于二氧化硅光纖的增益平坦波長區(qū)域比亞碲酸鹽光纖的增益平坦波長區(qū)域窄，所以，二氧化硅光纖的增益平坦波長區(qū)域范圍外的波長處的放大器輸出降低。另外，在與圖14相反將二氧化硅光纖用到前級的拉曼放大器中，二氧化硅光纖的增益平坦波長區(qū)域范圍外的波長處的噪音指數(shù)高。本實施例的放大器通過使用第二亞碲酸鹽光纖1b，來克服這些缺點。即，利用配置在二氧化硅光纖之后的輸出級的第二亞碲酸鹽光纖的更寬的增益平坦波長區(qū)域，可以防止二氧化硅光纖的增益平坦波長區(qū)域范圍外的波長處的放大器輸出降低。另外，在輸入級也使用了頻帶更寬的亞碲酸鹽光纖，所以，可以降低噪音指數(shù)。
此外，在本實施例的結(jié)構(gòu)中，亞碲酸鹽光纖用二波長的光進(jìn)行激勵，所以，和實施例8一樣，在亞碲酸鹽光纖的第一谷底B1可以得到更低的噪音指數(shù)和更高的信號光輸出。實現(xiàn)該效果的增益系數(shù)比的條件和實施例8一樣。
λ1、λ2、λ3和λ4應(yīng)滿足的條件和實施例9相同。λ5和λ6分別可以使用與λ1和λ2相同的設(shè)定。即，將λ6設(shè)定為使由波長λ6的光激勵的亞碲酸鹽拉曼放大器的增益頻譜的第一峰值位于由波長λ5的光激勵的亞碲酸鹽拉曼放大器的增益頻譜的第一谷底。這樣的設(shè)定中的λ5與λ6之差設(shè)定為λ5-λ6＝40±30nm即10nm＜λ5-λ6＜70nm。這相當(dāng)于第五激勵光的波數(shù)與第六激勵光的波數(shù)之差為125～290cm-1。也可以將λ5和λ6與λ1和λ2獨立地進(jìn)行設(shè)定，但是，最好將λ5和λ6分別設(shè)定為與λ1和λ2相等。在圖15的結(jié)構(gòu)中，使用了與第一亞碲酸鹽光纖用激光光源5a、5b不同的第二亞碲酸鹽光纖用激光光源5e、5f，但是，也可以如圖5所示的那樣分配將激光光源5a和5b的激勵光混合的復(fù)合激勵光，供給第一和第二亞碲酸鹽光纖。
例11在圖15的拉曼放大器中，將LDM-1的激勵光的波長取為1450nm，將其功率取為200mW。將LDM-2的激勵光的波長取為1410nm，將其功率取為200mW。另外，將LDM-3的激勵光的波長取為1475nm，將其功率取為150mW。將LDM-4的激勵光的波長取為1400nm，將其功率取為150mW。將LDM-5的激勵光的波長取為1450nm，將其功率取為200mW。將LDM-6的激勵光的波長取為1410nm，將其功率取為200mW。第一亞碲酸鹽光纖1a的長度為200m，二氧化硅光纖11的長度為5km，第二亞碲酸鹽光纖1b的長度為200m。
在本實例的拉曼放大器中，在約1500nm～約1630nm的波段中可以得到平坦的增益頻譜(平坦增益帶寬130nm)。另外，本實施例的拉曼放大器的放大器輸出為20dB，比實施例10本身的放大器輸出18dB更大。
實施例11本發(fā)明的實施例11是圖16所示的光纖放大器，包括具有相互不同的激勵光波長的第一和第二激光光源、由第一激光光源的激勵光進(jìn)行激勵的亞碲酸鹽光纖和由第二激光光源的激勵光進(jìn)行激勵的摻鉺的光纖。
在圖16中，亞碲酸鹽光纖1、耦合器2、耦合器6和摻入鉺的光纖21串聯(lián)連接。信號光入射到亞碲酸鹽光纖1側(cè)(即，亞碲酸鹽光纖1相對于信號光的入射方向位于前級)。第一激光光源5a的激勵光(λ1)通過耦合器2入射到亞碲酸鹽光纖1中。第二激光光源5b的激勵光(λ2)通過耦合器6入射到摻入鉺的光纖21中。
在本實施例中，將λ1設(shè)定為利用摻鉺(Er)的光纖的增益峰值補(bǔ)償由波長λ1的光激勵的亞碲酸鹽拉曼放大器的增益頻譜的第一谷底B1。通過補(bǔ)償由波長λ1的激勵光決定的第一谷底B1的增益系數(shù)，便可在寬的波長區(qū)域中得到平坦的頻譜。
可以使用的摻Er的光纖的種類是摻入Er的亞碲酸鹽光纖、摻Er的氟化物光纖和摻Er的二氧化硅光纖等。摻Er的光纖的增益頻譜大致在1530～1570nm具有峰值。摻Er的光纖用的激勵光的波長λ2是1450～1500nm。最好λ2是1480nm。另外，在圖16中，摻Er的光纖是向前方激勵，但是，也可以向后方激勵。
由于摻Er的光纖的增益頻譜峰值的寬度窄，所以，最好將將在更寬頻帶具有增益的亞碲酸鹽光纖1相對于信號光的入射方向配置在前級。
另一方面，為了使由波長λ1激勵的亞碲酸鹽拉曼光纖的增益頻譜的第一谷底適合于摻Er的光纖的增益頻譜峰值，亞碲酸鹽光纖用的激勵光的波長λ1為1400～1450nm。最好為1430nm。
例12在圖16的拉曼放大器中，將LDM-1的激勵光的波長取為1430nm，將其功率取為200mW。將LDM-2的激勵光的波長取為1480nm，將其功率取為200mW。亞碲酸鹽光纖1的長度為200m。摻Er的光纖21的長度為5m，Er摻濃度為2000PPm。
在本實例的拉曼放大器中，在約1520～1600nm的波段中可以得到平坦的增益頻譜(平坦增益帶寬80nm)。
實施例12本發(fā)明的實施例12是圖17所示的光纖放大器，包括亞碲酸鹽光纖、激勵亞碲酸鹽光纖的第一激光光源、將由亞碲酸鹽光纖放大的信號光進(jìn)行波長選擇的分波的分離器、入射由該分離器分波后的一方的信號光的摻銩(Tm)的光纖、激勵該摻銩的光纖的第二激光光源和將由摻銩的光纖放大的信號光與由該分離器分波后的另一方的信號光混合的耦合器。
在圖17中，亞碲酸鹽光纖1、耦合器2a和波長選擇的分離器16串聯(lián)連接。信號光入射到亞碲酸鹽光纖1側(cè)(即，亞碲酸鹽光纖1相對于信號光的入射方向位于前級)。第一激光光源5a的激勵光(λ1)通過耦合器2a入射到亞碲酸鹽光纖1中。由波長選擇的分離器16將信號光分波為第一波長區(qū)域的信號光和第二波長區(qū)域的信號光。第一波長區(qū)域的信號光經(jīng)由耦合器2b，由摻銩的光纖31放大后，傳播到耦合器4。另一方面，第二波長區(qū)域的光直接傳播到耦合器4。第二激光光源5b的激勵光(λ2)通過耦合器2b入射到摻銩的光纖31中。在耦合器4中將第一和第二波長區(qū)域的信號光混合，成為放大器輸出光。
在本實施例中，將λ1設(shè)定為利用摻銩(Tm)的光纖的增益峰值波長由波長λ1的光激勵的亞碲酸鹽拉曼放大器的增益頻譜的第二谷底B2。通過補(bǔ)償由波長λ1的激勵光決定的第二谷底B2的增益系數(shù)，可以在寬的波段中得到平坦的頻譜。
可以使用的摻Tm的光纖的種類是摻Tm的亞碲酸鹽光纖、摻Tm的氟化物光纖和摻Tm的二氧化硅光纖等。摻Tm的光纖31的激勵波長λ2是1400nm。摻Tm的氟化物光纖的增益波長約為1460～1510nm，在比1510nm長的長波長側(cè)，由于基底能級吸收，發(fā)生損失。在圖17中，摻Tm的光纖31向前方激勵，但是，也可以向后方激勵。
為了防止摻Tm的光纖的吸收引起的損失，使用波長選擇的分離器16分離為第一波長區(qū)域(約1460～1510nm)的信號光和第二波長區(qū)域(約1515～1620nm)的信號光。并且，由摻銩的光纖31僅放大第一波長區(qū)域的信號光，并向耦合器4傳播。另一方面，對于第二波長區(qū)域的信號光的通過路徑，用可以忽略損失的光纖與分離器16和耦合器4耦合。這時，1510～1515nm的波長區(qū)域是分離器和耦合器的死區(qū)。
使上述摻Tm的光纖的增益區(qū)域與第二谷底一致的亞碲酸鹽光纖1的激勵波長λ1是1310～1480nm，最好是1450nm。
例13在圖17的拉曼放大器中，將LDM-1的激勵光的波長取為1450nm，將其功率取為200mW。將LDM-2的激勵光的波長取為1400nm，將其功率取為200mW。亞碲酸鹽光纖1的長度為200m。摻Tm的光纖31的長度為5m，Tm摻濃度為6000PPm。
在本實例的拉曼放大器中，在除了1510～1515nm的死區(qū)外的約1460～1620nm的波長區(qū)域中可以得到平坦的增益頻譜(平坦增益帶寬160nm)。
本發(fā)明的實施例13是圖18所示的光纖放大器，包括亞碲酸鹽光纖、激勵亞碲酸鹽光纖的第一激光光源、將由亞碲酸鹽光纖放大的信號光進(jìn)行波長選擇的分波的分離器、入射由該分離器分波后的一方的信號光的摻銩(Tm)的光纖、激勵該摻銩的光纖的第二激光光源、入射由該分離器分波后的另一方的信號光的二氧化硅光纖、激勵該二氧化硅光纖的第三激光光源和將由摻銩的光纖放大的信號光與由二氧化硅光纖放大的信號光混合的耦合器。
在圖18中，亞碲酸鹽光纖1、耦合器2a和波長選擇的分離器16串聯(lián)連接。信號光入射到亞碲酸鹽光纖1側(cè)(即，亞碲酸鹽光纖1相對于信號光的入射方向位于前級)。第一激光光源5a的激勵光(λ1)通過耦合器2a入射到亞碲酸鹽光纖1中。信號光由波長選擇的分離器16分波為第一波長區(qū)域的信號光和第二波長區(qū)域的信號光。第一波長區(qū)域的信號光經(jīng)由耦合器2b，由摻銩的光纖31放大后，向耦合器4傳播。另一方面，第二波長區(qū)域的信號光由二氧化硅光纖11放大，通過耦合器2c向耦合器4傳播。第三激光光源5c的激勵光通過耦合器2c入射到二氧化硅光纖11中。在耦合器4中，將第一和第二波長區(qū)域的信號光混合，成為放大器輸出光。在本實施例中，1510～1515nm的波長區(qū)域是分離器和耦合器的死區(qū)。
在本實施例中，將λ1設(shè)定為利用摻銩(Tm)的光纖的增益峰值補(bǔ)償由波長λ1的光激勵的亞碲酸鹽拉曼放大器的增益頻譜的第二谷底B2。即，利用摻Tm的光纖31使由波長λ1的激勵光決定的第二谷底B2實現(xiàn)平坦化。使上述摻Tm的光纖的增益區(qū)域與第二谷底一致的亞碲酸鹽光纖1的激勵波長λ1為1310～1480nm，最好是1450nm。在圖18中，摻Tm的光纖31向前方激勵，但是，也可以向后方激勵。
另一方面，將上述第三激光光源的激勵光波長λ3設(shè)定為補(bǔ)償由波長λ1的光激勵的亞碲酸鹽拉曼放大器的增益頻譜的第一谷底B1。波長λ3在1380～1550nm的范圍內(nèi)，最好是1480nm。在圖18中，二氧化硅光纖11向后方激勵，但是，也可以向前方激勵。
如上所述，在由波長λ1的光激勵的亞碲酸鹽拉曼放大器的增益頻譜中，通過利用二氧化硅光纖的增益峰值補(bǔ)償其第一谷底，并且利用摻Tm的光纖的增益峰值補(bǔ)償?shù)诙鹊祝梢栽诟鼘挼念l帶得到平坦的增益頻譜。
例14在圖18的拉曼放大器中，將LDM-1的激勵光的波長取為1450nm，將其功率取為200mW。將LDM-2的激勵光的波長取為1400nm，將其功率取為200mW。將LDM-3的激勵光的波長取為1480nm，將其功率取為200mW。亞碲酸鹽光纖1的長度為200m，二氧化硅光纖的長度為5km，摻Tm的光纖31的長度為5m，Tm摻入濃度為6000PPm。
在本實例的拉曼放大器中，在除了1510～1515nm的死區(qū)外的約1460～1620nm的波段中可以得到平坦的增益頻譜(平坦增益帶寬160nm)。
實施例14本發(fā)明的實施例14的拉曼放大器是圖19所示的光纖放大器，包括，第一、第二和第三激光光源、由第一激光光源的激勵光進(jìn)行激勵的亞碲酸鹽光纖、由第二激光光源的激勵光進(jìn)行激勵的摻稀土類金屬的光纖(摻銩(Tm)的光纖或摻鉺的光纖等)和由第三激光光源的激勵光進(jìn)行激勵的二氧化硅光纖，亞碲酸鹽光纖、摻稀土類金屬的光纖和二氧化硅光纖串聯(lián)連接。
在圖19中，亞碲酸鹽光纖1、耦合器2a、耦合器2b、摻Tm的光纖31、二氧化硅光纖11和耦合器2c串聯(lián)連接。信號光向亞碲酸鹽光纖1側(cè)入射(即，亞碲酸鹽光纖1相對于信號光的入射方向位于前級)。第一激光光源5a的激勵光(λ1)通過耦合器2a入射到亞碲酸鹽光纖1中。第二激光光源5b的激勵光(λ2)通過耦合器2b入射到摻Tm的光纖31中。第三激光光源5c的激勵光通過耦合器2c入射到二氧化硅光纖11中。
第二激光光源的激勵光的波長λ2取決于使用的稀土類金屬?？梢栽诒緦嵤├惺褂玫南⊥令惤饘侔ㄤA和鉺，最好是銩。使用銩時，其激勵波長為1400nm，增益區(qū)域為1460～1510nm。摻稀土類金屬的光纖的增益區(qū)域?qū)挾燃s為50nm，在比增益區(qū)域長的長波長的區(qū)域中，將發(fā)生基底能級吸收(使用銩時)或高位能級吸收(使用鉺時)。因此，將第一激光光源的激勵光的波長λ1設(shè)定為使摻稀土類金屬的光纖的增益區(qū)域與由λ1的光決定的亞碲酸鹽光纖的增益頻譜的第一或第二谷底重疊。通過進(jìn)行該設(shè)定，利用作為輸入級的亞碲酸鹽光纖將比稀土類金屬決定的增益區(qū)域長的長波長區(qū)域的信號預(yù)先放大，可以防止放大器全體的噪音指數(shù)降低。
此外，利用輸出級的二氧化硅光纖放大從摻稀土類金屬的光纖射出的信號光。二氧化硅光纖的激勵光的波長λ3設(shè)定為可以補(bǔ)償由λ1的激勵光決定的增益頻譜的第一谷底或第二谷底。
在本實施例中，可以設(shè)定為摻稀土類金屬的光纖補(bǔ)償亞碲酸鹽光纖的第一谷底而二氧化硅光纖補(bǔ)償?shù)诙鹊祝蛘咭部梢栽O(shè)定為摻稀土類金屬的光纖補(bǔ)償亞碲酸鹽光纖的第二谷底而二氧化硅光纖補(bǔ)償?shù)谝还鹊住?br> 在本實施例中，作為稀土類金屬，使用銩時，可以將亞碲酸鹽光纖的激勵光的波長λ1設(shè)定為1310～1480nm，最好設(shè)定為1450nm，而將二氧化硅光纖的激勵光的波長λ3設(shè)定為1380～1550nm，最好設(shè)定為1480nm。
在本實施例中，最理想的情況是摻稀土類金屬的光纖補(bǔ)償亞碲酸鹽光纖的第一谷底，而二氧化硅光纖補(bǔ)償?shù)诙鹊?。具體而言，就是使用λ1＝1450nm、λ3＝1480nm的設(shè)定。
本實施例的一個優(yōu)點，就是沒有死區(qū)。即，在將摻稀土類金屬的光纖與二氧化硅光纖并聯(lián)連接的實施例13中，由于并聯(lián)連接使用的波長選擇的分離器的死區(qū)，所以，發(fā)生增益頻譜的缺損。與此相反，在本實施例中，所有的光纖串聯(lián)連接，不需要使用分離器，所以，可以防止發(fā)生增益頻譜的缺損(系統(tǒng)全體的死區(qū))。
本實施例的其他優(yōu)點是摻銩的光纖與二氧化硅光纖的增益頻帶合成的效率高。在實施例13中，由于進(jìn)行將并聯(lián)連接的二個光纖的輸出光混合的并列合成，所以，增益頻帶的合成效率低。但是，在本實施例中，由于進(jìn)行將二個光纖串聯(lián)連接的串聯(lián)合成，所以，可以提高增益頻帶的合成效率。
例15在圖19的拉曼放大器中，將LDM-1的激勵光的波長取為1450nm，將其功率取為200mW。將LDM-2的激勵光的波長取為1400nm，將其功率取為200mW。將LDM-3的激勵光的波長取為1480nm，將其功率取為200nW。亞碲酸鹽光纖1的長度為200m，二氧化硅光纖的長度為5km。摻Tm的光纖31的長度為5m，Tm摻濃度為6000PPm。
在本實例的拉曼放大器中，在沒有死區(qū)的約1460～1620nm的波段中可以得到平坦的增益頻譜(平坦增益帶寬160nm)。
實施例15本發(fā)明的實施例15的拉曼放大器是圖20所示的光纖放大器，包括激光光源和由該激光光源激勵的摻稀土類金屬的光纖(摻銩(Tm)的光纖或摻鉺的光纖等)。
在圖20中，摻鉺的亞碲酸鹽光纖41和耦合器2串聯(lián)連接。激光光源5的激勵光(λ)通過耦合器2入射到摻鉺的亞碲酸鹽光纖41中。摻鉺的亞碲酸鹽光纖41起感應(yīng)拉曼放大的增益媒質(zhì)和鉺離子決定的放大的增益媒質(zhì)的功能。
在本實施例中，利用由波長λ的激勵光激勵的摻物Er的增益峰值補(bǔ)償由波長λ的激勵光激勵的亞碲酸鹽光纖的拉曼增益頻譜的第一谷底。波長λ為1410～1440nm，最好是1430nm。Er離子可以由約1430nm的激勵光所激勵，其增益頻譜與實施例11的情況有若干不同，但是，依然大致在1530～1570nm的區(qū)域中具有峰值。
在本實施例中，感應(yīng)拉曼放大的增益與激勵光的輸出功率和亞碲酸鹽光纖41的長度成正比，另一方面，Er的放大增益與激勵光的輸出功率和Er的摻濃度及光纖41的長度的乘積成正比。因此，為了得到所希望的拉曼放大增益，使所需要的激勵光功率在實用的范圍內(nèi)，使鉺的摻入濃度小于1000PPm，最好是小于250PPm。例如，為了使Er的放大增益與亞碲酸鹽光纖的拉曼放大增益相等，并適合于增益頻譜的平坦化，使用摻入濃度為1000PPm的光纖時理想的光纖長度為50m，使用摻入濃度為250PPm的光纖時為250m。即，后者的拉曼放大效率是前者的約5倍。
例16在圖19的拉曼放大器中，將LDM的激勵光的波長取為1430nm，將其功率取為200mW。摻鉺的亞碲酸鹽光纖41的長度為250m，Er摻入濃度為250PPm。
在本實例的拉曼放大器中，在約1520～1600nm的波段中可以得到平坦的增益頻譜(平坦增益帶寬80nm)。
實施例16本發(fā)明的實施例16的拉曼放大器是圖21所示的光纖放大器，包括第一和第二激光光源和由該第一和第二激光光源激勵的摻稀土類金屬的光纖(摻銩(Tm)的光纖或摻鉺的光纖等)?？梢栽诒緦嵤├惺褂玫南⊥令惤饘侔ㄣs和銩，最好是鉺。摻稀土類金屬的亞碲酸鹽光纖41起感應(yīng)拉曼放大的增益媒質(zhì)和由稀土類金屬決定的放大的增益媒質(zhì)的功能。
在圖21中，摻鉺的亞碲酸鹽光纖41和耦合器2串聯(lián)連接。第一和第二激光光源5a、5b的激勵光(λ1、λ2)由耦合器4進(jìn)行混合，并且通過耦合器2入射到摻鉺的亞碲酸鹽光纖41中。
在本實施例中，利用由波長λ2的激勵光激勵的摻物Er的增益峰值補(bǔ)償由波長λ1的激勵光激勵的亞碲酸鹽光纖的增益頻譜的第一谷底。波長λ1為1410～1440nm，最好是1430nm。波長λ2為1450～1500nm，最好是1480nm。
在本實例中，根據(jù)在實施例15中所述的理由，也使鉺的摻小于1000PPm，最好小于250PPm。
實施例17本發(fā)明的實施例17是圖22所示的光通信系統(tǒng)，包括(a)具有第一和第二激光光源以及由上述第一激光光源的激勵光激勵的亞碲酸鹽光纖的中繼器、和(b)至少1區(qū)間以上的包含由上述第二激光光源的激勵光激勵的二氧化硅光纖構(gòu)成的1區(qū)間的傳輸線路的傳輸線路區(qū)間。
在圖22中，構(gòu)成傳輸線路的二氧化硅光纖13a、耦合器2a、亞碲酸鹽光纖1和耦合器2b串聯(lián)連接，它們進(jìn)而與構(gòu)成次級的傳輸線路的二氧化硅光纖13b連接。第一激光光源5a的激勵光(λ1)通過耦合器2a入射到亞碲酸鹽光纖1中。第二激光光源5b的激勵光(λ2)通過耦合器2b入射到二氧化硅光纖13a中。中繼器14包括第一和第二激光光源5a和5b、二個耦合器2a和2b以及亞碲酸鹽光纖1。由1個中繼器14和1個傳輸線路(二氧化硅光纖13a)形成一個傳輸線路區(qū)間。
在本實施例中，設(shè)定為使由第一激光光源的激勵光(λ1)得到的亞碲酸鹽光纖的增益系數(shù)頻譜的第一谷底與由第二激光光源的激勵光(λ2)得到的二氧化硅光纖的增益系數(shù)頻譜的峰值重疊。使λ1與λ2之差為λ2-λ1＝25±15nm即40nm＞λ2-λ1＞10nm。λ1與λ2之差λ2-λ1最好為15nm～35nm，而20nm～30nm則更好。另外，與上述波長差10nm～40nm對應(yīng)的二個激勵光的波數(shù)差約為42～166cm-1。如上述那樣設(shè)定λ1和λ2時，在二氧化硅光纖的增益區(qū)域，在傳輸線路中可以實現(xiàn)提高分布放大的信噪比(降低噪音指數(shù))。由于二氧化硅光纖的增益峰值補(bǔ)償亞碲酸鹽光纖1的增益頻譜的谷底，所以，可以在寬的波長區(qū)域中得到平坦的頻譜。因此，可以容易而顯著碲抑制地化物光纖1的增益頻譜谷底附近的波長處的噪音指數(shù)惡化。另外，在二氧化硅光纖的分布增益大的波長區(qū)域可以得到光信號的特別大的信噪比時，可以將該波長區(qū)域設(shè)定在傳輸線路的零色散波長。
作為傳輸線路的二氧化硅光纖13a、13b通常是具有低損耗系數(shù)的色散補(bǔ)償光纖(DCF)、色散移位光纖(DSF)或者1.3μm單一模式光纖等。由于在傳輸線路中分布地進(jìn)行拉曼放大，所以，分布放大的信噪比的提高(噪音指數(shù)的降低)發(fā)生在分布增益大的波長區(qū)域。這里，所謂1.3μm單一模式光纖，就是零色散波長位于1.3μm的光纖。所謂色散移位光纖，就是調(diào)整光纖的結(jié)構(gòu)色散從而使零色散波長從1.3μm移位到約1.55μm的光纖。因此，特別是色散移位光纖是適合于在主干系的長距離傳輸系統(tǒng)中重要的、使用具有1.55μm附近的波長的信號光的高速傳輸?shù)墓饫w。
例17在圖22的光通信系統(tǒng)中，將LDM-1的激勵光的波長取為1450nm，將其功率取為200mW。將LDM-2的激勵光的波長取為1475nm，將其功率取為200mW。亞碲酸鹽光纖1的長度為200m，形成傳輸路徑的二氧化硅光纖13a的長度為40km。
在本實例的光通信系統(tǒng)中，可以在約1550～1630nm的波段中得到平坦的增益頻譜(平坦增益帶寬80nm)。
例18在圖22的光通信系統(tǒng)中，將LDM-1的激勵光的波長取為1420nm，將其功率取為200mW。將LDM-2的激勵光的波長取為1445nm，將其功率取為200mW。亞碲酸鹽光纖1的長度為200m，作為形成傳輸路徑的二氧化硅光纖13a，使用DSF，其長度為80km。
在本實例的光通信系統(tǒng)中，在約1510～1590nm的波段中可以得到平坦的增益頻譜(平坦增益帶寬80nm)。此外，在本實施例中，可以將零色散波長設(shè)定為1550nm。在1550nm附近的區(qū)域中，可以得到很高的光信號的信噪比，可以抑制非線性效應(yīng)引起的傳輸品質(zhì)的劣化。
實施例18本發(fā)明的實施例18是圖23所示的光通信系統(tǒng)，包括(a)具有第一～第三以及第五和第六激光光源、由上述第一和第二激光光源的激勵光激勵的第一亞碲酸鹽光纖、由上述第三激光光源的激勵光激勵的第一二氧化硅光纖和由上述第五和第六激光光源的激勵光激勵的第二亞碲酸鹽光纖的中繼器、和(b)至少1個區(qū)間以上的包含第四激光光源和具有由上述第四激光光源的激勵光激勵的第二二氧化硅光纖的1區(qū)間的傳輸線路的傳輸線路區(qū)間。
在圖23中，將圖15所示的實施例10的拉曼放大器作為中繼器14使用。但是，在本實施例中，不同的地方是二氧化硅光纖11由波長λ3的單一激勵光進(jìn)行激勵。形成傳輸路徑的二氧化硅光纖13a、耦合器2d、第一亞碲酸鹽光纖1a、耦合器2a、二氧化硅光纖11、耦合器2b、第二亞碲酸鹽光纖1b和耦合器2c串聯(lián)連接。第一和第二激光光源5a、5b的激勵光(λ1、λ2)通過耦合器4aλ射到第一亞碲酸鹽光纖1a中。第三激光光源5c的激勵光(λ3)通過耦合器2b入射到二氧化硅光纖11中。第五和第六激光光源5e、5f的激勵光(λ5、λ6)通過耦合器4b入射到第二亞碲酸鹽光纖1b中。中繼器14包含除了二氧化硅光纖13a和耦合器2d以外的上述要素。第四激光光源5d的激勵光(λ4)通過耦合器2d入射到形成1區(qū)間的傳輸線路的二氧化硅光纖13a中。由一個中繼器14和一個傳輸線路(二氧化硅光纖13a)形成一個傳輸線路區(qū)間。信號光從二氧化硅光纖13a向中繼器入射。
在實施例10的拉曼放大器中，可以說是將寬頻帶的亞碲酸鹽光纖用在了輸入級，第一亞碲酸鹽光纖1a的增益頻譜的第一谷底和第二谷底不能利用二氧化硅光纖11的增益峰值完全實現(xiàn)平坦化。因此，在第一谷底或第二谷底或者在兩者處噪音指數(shù)將比第一和第二峰值波長處的噪音指數(shù)大。在本實施例的光通信系統(tǒng)中，通過在作為傳輸線路的二氧化硅光纖13a中進(jìn)行分布拉曼放大，可以降低第一谷底和第二谷底的有效的噪音指數(shù)。
如上所述，利用作為傳輸線路的二氧化硅光纖13a、第一亞碲酸鹽光纖1a和二氧化硅光纖11可以得到具有寬的平坦增益帶寬和低的噪音指數(shù)的增益頻譜。此外，在本實施例中，作為輸出級，使用頻帶寬的第二亞碲酸鹽光纖1b，可以增大中繼器14(進(jìn)而光通信系統(tǒng))的輸出功率。這里，從增益頻譜的平坦化和放大器高輸出化的觀點考慮，最好在二氧化硅光纖11與第二亞碲酸鹽光纖1b之間設(shè)置增益均衡器15。如果在二氧化硅光纖11以前可以得到所希望的特性(寬的平坦增益區(qū)域、高的功率和低的噪音指數(shù))，也可以省略第二亞碲酸鹽光纖1b。
λ1～λ6應(yīng)滿足的條件和實施例10相同。
即，將λ1與λ2之差設(shè)定為λ1-λ2＝50±20nm，即30nm＜λ1-λ2＜70nm。這在本實施例使用的波段中相當(dāng)于第一激勵光的波數(shù)與第二激勵光的波數(shù)之差為125～290cm-1。另外，將λ1與λ3之差設(shè)定為λ3-λ1＝25±15nm即10nm＜λ3-λ1＜40nm。這在本實施例使用的波段中相當(dāng)于第三激勵光的波數(shù)與第一激勵光的波數(shù)之差為42～166cm-1。此外，將λ1與λ4之差設(shè)定為λ1-λ4＝40±30nm即10nm＜λ1-λ4＜70nm。這相當(dāng)于第一激勵光的波數(shù)與第四激勵光的波數(shù)之差為42～290cm-1。另外，λ5和λ6分別與λ1和λ2相同。
通過上述設(shè)定，由波長λ3的光激勵的二氧化硅光纖11的增益峰值補(bǔ)償由波長λ1的光激勵的亞碲酸鹽光纖的第一谷底。另一方面，由波長λ4的光激勵的二氧化硅光纖13a的增益峰值補(bǔ)償由波長λ1的光激勵的亞碲酸鹽光纖的第二谷底。也可以交換波長λ3和波長λ4的條件，利用波長λ3的增益峰值補(bǔ)償?shù)诙鹊?，利用波長λ4的增益峰值補(bǔ)償?shù)谝还鹊住＜?，也可以將?與λ4之差設(shè)定為λ4-λ1＝25±15nm即10nm＜λ4-λ1＜40nm，而將λ1與λ3之差設(shè)定為λ1-λ3＝40±30nm即10nm＜λ1-λ3＜70nm。換言之，也可以是第四激勵光的波數(shù)與第一激勵光的波數(shù)之差相當(dāng)于42～166cm-1，而第一激勵光的波數(shù)與第三激勵光的波數(shù)之差相當(dāng)于42～290cm-1。
另外，在圖23所示的結(jié)構(gòu)中，是用單一波長激勵二氧化硅光纖13a，但是，也可以使用波長不同的二個光進(jìn)行激勵。這時，這二個光的波長必須滿足上述λ3和λ4的條件。通過使用二個激勵光，可以利用二氧化硅光纖13a的分布增益補(bǔ)償亞碲酸鹽光纖的第一和第二谷底，從而可以進(jìn)一步降低噪音指數(shù)。另外，對于中繼器內(nèi)的二氧化硅光纖11a，也可以根據(jù)同樣的條件實施二波長激勵。
此外，在圖23的結(jié)構(gòu)中，使用了與第一亞碲酸鹽光纖用激光光源5a、5b不同的第二亞碲酸鹽光纖用激光光源5e、5f，但是，也可以如圖5所示的那樣分配將激光光源5a和5b的激勵光混合后的復(fù)合激勵光，供給第一和第二亞碲酸鹽光纖。
例19在圖23的光通信系統(tǒng)中，將LDM-1和LDM-5的激勵光的波長取為1450nm，將其功率取為200mW。將LDM-2和LDM-6的激勵光的波長取為1410nm，將其功率取為200mW。將LDM-3的激勵光的波長取為1475nm，將其功率取為200mW。將LDM-4的激勵光的波長取為1400nm，將其功率取為200mW。亞碲酸鹽光纖1a的長度為200m，亞碲酸鹽光纖1b的長度為180m。二氧化硅光纖11的長度為5km。作為形成傳輸路徑的二氧化硅光纖13a，使用DSF，其長度為80km。
在本實施例的光通信系統(tǒng)中，在約1500～1630nm的波段中可以得到平坦的增益頻譜(平坦增益帶寬130nm)。此外，在本實施例中，可以實現(xiàn)比實施例11(圖15)低的有效的噪音指數(shù)。實施例11的噪音指數(shù)的最大值為9dB，但是，本實施例的有效的噪音指數(shù)的最大值為6dB。
如上所述，本發(fā)明是著眼于光信號的拉曼放大的增益頻譜與激勵光和放大媒體有關(guān)的事實而提出的。
即，本發(fā)明的光纖放大器是以使用亞碲酸鹽光纖為基本的拉曼光纖放大器，適當(dāng)?shù)貙?)用二波長激勵亞碲酸鹽光纖、2)分別用不同的波長激勵亞碲酸鹽光纖和二氧化硅光纖、3)用一個或二個波長激勵低濃度地?fù)紼r的亞碲酸鹽光纖和4)用不同的波長激勵亞碲酸鹽光纖和摻Tm的光纖的方式組合，獲得平坦增益帶寬的擴(kuò)大、噪音指數(shù)的降低和放大器的輸出增大等效果。另外，可以使用少數(shù)的激勵光源獲得上述效果，所以，對放大器的低成本化也有利。
此外，本發(fā)明的光通信系統(tǒng)是包括使用了亞碲酸鹽光纖的中繼器和進(jìn)行分布放大的二氧化硅光纖傳輸線路的系統(tǒng)，通過將上述單元適當(dāng)?shù)亟M合，使用少數(shù)的激勵光源可以獲得平坦增益帶寬的擴(kuò)大及噪音指數(shù)的降低和放大器的輸出增大等效果。
如上所述，按照本發(fā)明，可以解決在先有技術(shù)的拉曼放大器和使用該拉曼放大器的光通信系統(tǒng)中成為問題的增益帶寬的限制和必須使用多個激勵光源的缺點。
以上參照實施例詳細(xì)描述了本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然可以在不脫離本發(fā)明精神實質(zhì)的情況下，對本發(fā)明作出各種修改和變換。這些修改和變換都落入本發(fā)明權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光纖放大器，其特征在于具有發(fā)生相互不同的波長的激勵光的第一和第二激光光源、由上述第一激光光源的激勵光進(jìn)行激勵的亞碲酸鹽光纖和由上述第二激光光源的激勵光進(jìn)行激勵的二氧化硅光纖；上述第二激光光源的激勵光與上述第一激光光源的激勵光的波數(shù)之差為42～166cm-1。
2.一種光纖放大器，其特征在于具有三個發(fā)生相互不同的波長的激勵光的第一、第二和第三激光光源、由上述第一激光光源激勵的亞碲酸鹽光纖以及由上述第二和第三激光光源激勵的二氧化硅光纖；上述第二激光光源的激勵光的波數(shù)與上述第一激光光源的激勵光的波數(shù)之差為42～166cm-1，上述第一激光光源的激勵光的波數(shù)與上述第三激光光源的激勵光的波數(shù)之差為42～294cm-1。
3.一種光纖放大器，其特征在于具有三個發(fā)生相互不同的波長的激勵光的第一、第二和第三激光光源、由上述第一和第二激光光源激勵的亞碲酸鹽光纖和由上述第三激光光源激勵的二氧化硅光纖；上述第三激光光源的激勵光的波數(shù)與上述第一激光光源的激勵光的波數(shù)之差為42～166cm-1，上述第一激光光源的激勵光的波數(shù)與上述第二激光光源的激勵光的波數(shù)之差為125～290cm-1。
4.一種光纖放大器，其特征在于具有四個發(fā)生相互不同的波長的激勵光的第一、第二、第三和第四激光光源、由上述第一和第二激光光源激勵的亞碲酸鹽光纖以及由上述第三和第四激光光源激勵的二氧化硅光纖；上述第三激光光源的激勵光的波數(shù)與上述第一激光光源的激勵光的波數(shù)之差為42～166cm-1，上述第一激光光源的激勵光的波數(shù)與上述第二激光光源的激勵光的波數(shù)之差為125～290cm-1，上述第一激光光源的激勵光的波數(shù)與上述第四激光光源的激勵光的波數(shù)之差為42～290cm-1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖放大器，其特征在于上述亞碲酸鹽光纖和上述二氧化硅光纖串聯(lián)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖放大器，其特征在于上述亞碲酸鹽光纖相對于信號光的入射方向設(shè)置在前級。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖放大器，其特征在于進(jìn)而具有將上述第一和第二激光光源的激勵光混合的耦合器。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖放大器，其特征在于進(jìn)而具有將上述第三和第四激光光源的激勵光混合的耦合器。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖放大器，其特征在于上述亞碲酸鹽光纖是色散補(bǔ)償光纖。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖放大器，其特征在于上述二氧化硅光纖是色散補(bǔ)償光纖。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖放大器，其特征在于設(shè)僅由上述第一激光光源的激勵光進(jìn)行激勵時上述亞碲酸鹽光纖的增益峰值波長為λ1和λ2(λ1＞λ2)，由上述第一和第二激光光源的激勵光進(jìn)行激勵時λ1處的上述亞碲酸鹽光纖的通斷拉曼增益(dB單位)與λ2處的上述亞碲酸鹽光纖的通斷拉曼增益(dB單位)之比為100∶80～100∶100。
12.一種光纖放大器，其特征在于具有四個發(fā)生相互不同的波長的激勵光的第一、第二、第三和第四激光光源，第五和第六激光光源，由上述第一和第二激光光源激勵的第一亞碲酸鹽光纖，由上述第五和第六激光光源激勵的第二亞碲酸鹽光纖以及由上述第三和第四激光光源激勵的二氧化硅光纖；上述第三激光光源的激勵光的波數(shù)與上述第一激光光源的激勵光的波數(shù)之差為42～166cm-1，上述第一激光光源的激勵光的波數(shù)與上述第二激光光源的激勵光的波數(shù)之差為125～290cm-1，上述第一激光光源的激勵光的波數(shù)與上述第四激光光源的激勵光的波數(shù)之差為42～290cm-1。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光纖放大器，其特征在于上述第五激光光源和上述第一激光光源發(fā)生的激勵光的波長相等，上述第六激光光源和上述第二激光光源發(fā)生的激勵光的波長相等。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光纖放大器，其特征在于上述第一亞碲酸鹽光纖、上述二氧化硅光纖和上述第二亞碲酸鹽光纖按該順序串聯(lián)連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光纖放大器，其特征在于進(jìn)而具有將上述第一和第二激光光源的激勵光混合的耦合器。
全文摘要
本發(fā)明為了達(dá)到增益頻譜的平坦化和寬頻帶化，涉及以下的四種結(jié)構(gòu)。第一種結(jié)構(gòu)涉及用二波長激勵亞碲酸鹽光纖而其激勵光的波長僅是某一一定量的不同的拉曼放大器。第二種結(jié)構(gòu)涉及使用亞碲酸鹽光纖和二氧化硅光纖的拉曼放大器或光通信系統(tǒng)。第三種結(jié)構(gòu)涉及使用低濃度的摻鉺的亞碲酸鹽光纖的光纖放大器。第四種結(jié)構(gòu)涉及使用摻鉺的光纖等摻稀土類金屬的光纖和亞碲酸鹽光纖的光纖放大器。
文檔編號H01S3/094GK1896858SQ20061009307
公開日2007年1月17日 申請日期2002年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月2日
發(fā)明者增田浩次, 森淳, 清水誠 申請人:日本電信電話株式會社