專利名稱：拉曼放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在波分復(fù)用(WDM)光電信系統(tǒng)中使用的拉曼放大器。
背景技術(shù)：
正如在WDM光電信系統(tǒng)中所公知的，借助于多個光載波(信道)在節(jié)點之間傳送多個通信業(yè)務(wù)信道，每個光載波具有分立波段(波長信道)并且通過相應(yīng)的其中一個通信信道來調(diào)制。通過光纖互連各節(jié)點而在節(jié)點之間引導(dǎo)該多個已調(diào)載波(已調(diào)輻射元件)，下文中稱為WDM光輻射。
盡管實質(zhì)上1550nm的自由空間波長是該范圍中最優(yōu)選的一部分，但在本發(fā)明的上下文中的光被定義為具有560nm到2000nm的自由空間波長范圍的電磁輻射。
為了補償在傳輸過程中由于光纖損耗引起的衰減，眾所周知要在系統(tǒng)中的多個點處、或者節(jié)點處包括光放大以使WDM輻射功率電平保持在一個固定值之上，從而提高光信噪比(OSNR)，并且增強節(jié)點之間的通信距離。對于長的通信距離(例如，在發(fā)送和接收節(jié)點之間是800km)、延長的通信距離(例如，在發(fā)送和接收節(jié)點之間是1600km)、以及超長的通信距離(2000+kms)的通信鏈路來說，優(yōu)選那些使用受激拉曼散射(SRS)的分布式拉曼光放大器。
大體上分布式拉曼光放大器包括激光器，用于利用具有固定波長的光輻射來光學(xué)地泵浦(optically pumping)光傳輸光纖，該固定波長不同于打算放大的WDM輻射的波長。該泵浦輻射通常被引入傳輸光纖中，以使其沿著光纖在與WDM輻射的傳播方向相反的方向上進(jìn)行傳播。這種安排減少了在泵浦輻射和WDM輻射之間的相對強度噪聲的傳送。然而，從發(fā)射(發(fā)動)端光學(xué)地泵浦光纖以使泵浦輻射與WDM輻射一同傳播、或者從發(fā)射和接收端二者光學(xué)地泵浦該光纖也是公知的。因為光放大沿著傳輸光纖的長度發(fā)生，所以這種放大器通常被稱為分布式拉曼放大器。與此相反，分立拉曼放大器包括在其中發(fā)生光放大的一個單獨的光纖長度。典型地，這種光纖可能具有不同的化學(xué)成分以增強SRS。
眾所周知，當(dāng)泵浦輻射的光子沿著二氧化硅(SiO2)光纖傳播時由該光纖的硅原子對泵浦輻射的光子進(jìn)行瑞利散射，導(dǎo)致生成聲子(點陣振動)和能量(與頻率)比該碰撞光子(colliding photon)低的光子。同時，該泵浦光子具有特定的波長，基于大約6THz(FWHM-半峰全寬)的帶寬對所生成光子的波長進(jìn)行不同地分布。已生成的光子被進(jìn)行頻移(拉曼移位)，盡管這取決于泵浦波長并且隨著泵浦波長輕微地減少，但大多數(shù)已生成的光子具有大約13THz的平均拉曼移位。SRS(受激拉曼散射)生成的光子能夠?qū)⒕哂邢嗤l率(即，基于6THz的帶寬)的信號放大多達(dá)數(shù)十個dB的光增益。
分布式拉曼放大器在WDM長和超長通信距離系統(tǒng)中具有許多優(yōu)點，因為其增強了OSNR(光信噪比)并且降低了每WDM波長信道的發(fā)射功率，使任何光的非線性度保持到最低的水平。當(dāng)與EDFA(摻鉺光纖放大器)相結(jié)合使用時，該拉曼放大器能夠根據(jù)該泵浦波長和泵浦功率來增加光纖跨距長度。
為了實現(xiàn)寬且平坦的增益光譜和低噪聲因數(shù)，眾所周知要使用多個泵浦，其中的每一個泵浦都具有使用更高階拉曼泵浦的分立波長。如上所述，一階拉曼泵浦負(fù)責(zé)通過泵浦來光放大WDM輻射以進(jìn)行信號的交互。二階泵浦負(fù)責(zé)在放大WDM輻射的波長信道之前，通過逐個泵浦(frompump to pump)(泵浦到泵浦的交互)地傳送光功率來(通過受激拉曼散射)放大一階泵浦。更高階泵浦利用非常微小的雙瑞利散射(DRS)作用來降低噪聲因數(shù)并且增強OSNR。使用一階拉曼泵浦放大器(Ramanpumped amplifier)，DRS會引起MPI(多徑干擾)以及因此OSNR的性能惡化。
拉曼放大器必須能夠與不同的傳輸光纖類型一同工作，例如G.652-SSMF(標(biāo)準(zhǔn)單模光纖)、G.653-DSF(色散位移光纖)、G.653-NZ-DSF(非零DSF)，同樣也能在不同的損耗條件和不同的光信道加載條件下進(jìn)行工作。由于下面的原因可能出現(xiàn)在光纖跨距(optical fibrespan)上的光衰減中的變化光纖彎曲(在延伸光纖時是不可避免的)；促成玻璃結(jié)構(gòu)改變的光纖老化；跨距長度的容差、溫度效應(yīng)以及連接器損耗/接頭損耗。沿著鏈路的信道加載可能由于插入和分出光信道的原因而改變，從而改變要被放大的信道的數(shù)量。
當(dāng)前的拉曼放大器經(jīng)常被設(shè)計用于相對壽命終了(EOLend of life)的光纖跨距操作的最優(yōu)操作，具有內(nèi)置的額外容限(additionalmargin)以允許在第一次部署或者壽命初始(BOLbeginning of life)時工作。結(jié)果，拉曼放大器在第一次部署時并不是以最優(yōu)的性能來工作。
除了光纖屬性中的變化之外，系統(tǒng)中WDM波長信道(信道加載)的數(shù)量可能，例如，由于可重配置的光插入-分出復(fù)用器(ROADM)的原因而在網(wǎng)絡(luò)的運行壽命上變化。典型地，它們可能在BOL以幾個信道(最少2個信道)開始，并且逐漸地增加數(shù)量和密度，直到達(dá)到最大容量為止。當(dāng)前的拉曼放大器不能隨著波長信道數(shù)的變化而保持平坦增益光譜。
由于傳統(tǒng)的光纖具有未知的插入損耗、不同長度的跨距、不同的光纖類型，并且具有不同的信道加載，這就要求對最優(yōu)性能制作一種特定的拉曼放大器模塊。這種拉曼模塊要求光增益，以及對于不同的傳輸光纖類型和不同的信道加載的增益均勻性，該增益均勻性基于逐個跨距來優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明盡力提供一種至少部分地克服已知拉曼放大器的局限性的拉曼放大器。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于放大沿著光纖傳播的WDM輻射的拉曼放大器，所述WDM輻射包括多個輻射分量，每一個輻射分量都具有一個已選波段，該放大器包括多個光輻射生成裝置，能夠產(chǎn)生已選波長和功率的泵浦輻射，所述輻射被耦合到所述光纖以光學(xué)地放大該WDM輻射，其特征在于該光輻射生成裝置是波長可調(diào)諧的，以及在WDM輻射沿著光纖傳播并被放大之后，用于測量WDM輻射的輻射分量功率的裝置，其中該波長生成裝置的工作波長和功率根據(jù)已測量的功率來控制，使已測量的功率在幅度上基本相等且具有一個已選的幅度。
優(yōu)選地，用于測量輻射分量功率的裝置可操作地用于測量包括WDM輻射的所有輻射分量的功率。
作為選擇，用于測量輻射分量功率的裝置可操作地對至少兩組分量來測量在多個輻射分量上的平均功率，其中，該生成裝置的工作波長和功率根據(jù)平均功率來控制，使已測量的平均功率在幅度上基本相等。
從制造的簡易性來講，用于測量輻射分量功率的裝置包括在空間上將WDM輻射劃分為輻射分量的波長選擇部件。這樣一種波長選擇部件可以包括衍射光柵或者陣列化的波導(dǎo)(AWG)器件。該空間上被分離的輻射分量最好被安排為入射到各自的光電二極管上。
為了減少極化相關(guān)的增益(PDG)，每個輻射生成裝置有利地包括多個輻射源，最好是三個，每一個輻射源可操作地產(chǎn)生具有相同波長但具有不同極化狀態(tài)(SOP)的輻射。在一種特定的優(yōu)選方案中，該三個輻射源可操作地用于產(chǎn)生輻射，該輻射的極化狀態(tài)彼此進(jìn)行60°的移位，并且使用極化維持復(fù)用器對其進(jìn)行組合。具有被移位的SOP的多個輻射源的使用減少了PDG，而不需要共同極化(co-polarise)WDM輻射分量和泵浦輻射，這本身被認(rèn)為是有創(chuàng)造性的。
優(yōu)選地，輻射生成裝置包括波長可調(diào)諧的激光器，諸如激光二極管或者光纖激光器。
本發(fā)明在C波段(1530到1560nm)和L波段(1570到1620nm)上工作的WDM系統(tǒng)中找到了特定應(yīng)用。當(dāng)用于放大C波段WDM輻射時，放大器有利地包括以所選波長工作的至少兩個輻射生成裝置。
當(dāng)用于放大L波段WDM輻射時，放大器有利地包括以所選波長工作的至少三個輻射生成裝置。
優(yōu)選地，拉曼放大器被配置為這樣，即泵浦輻射在與WDM輻射傳播方向相反的方向上傳播。作為選擇，該拉曼放大器也能被配置為這樣，即泵浦輻射和WDM輻射共同傳播，或者共同和相反的傳播方案二者的組合。
為了能夠更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參考附圖，僅借助于實例來描述本發(fā)明所包括的拉曼放大器，其中

圖1是包括根據(jù)本發(fā)明的拉曼放大器的DWDM電信鏈路的一部分的示意圖；以及圖2是圖1的拉曼放大器模塊的示意圖。
具體實施例方式
參考圖1，其中示出了包括根據(jù)本發(fā)明的拉曼放大器模塊4的長距離DWDM(密集波分復(fù)用)光電信鏈路的一部分的示意圖。該DWDM系統(tǒng)是一個具有在C波段(1530到1560nm)內(nèi)工作的50GHz波長(光)信道間距的80信道系統(tǒng)。
該DWDM通信鏈路1包括光發(fā)射器2，用于產(chǎn)生并沿著傳輸光纖3將DWDM輻射發(fā)送到接收器(未示出)。傳輸光纖3可以典型地包括一種G.652-SSMF傳輸光纖。在沿著發(fā)射器2和接收器之間的鏈路1的長度的各種點上提供了光放大，圖1示出了一種這樣的光放大器裝置。對于在發(fā)送器和接收器之間超過3000km的超長鏈路來說，典型地可以提供十次放大，即在接近300km光纖上傳輸(即60dB的衰減)之后。
所示出的放大器裝置包括拉曼放大器模塊4，WDM信道監(jiān)控器5，和EDFA6(參鉺光纖放大器)。作為本發(fā)明主題的拉曼放大器模塊4大體上作為EDFA6的預(yù)放大器來操作，且另外提供了波長信道的功率校平(levelling)以確保EDFA的有效操作。
由拉曼放大器模塊4產(chǎn)生的泵浦光輻射通過使用熔融的光纖耦合器7(fused fibre coupler)而被耦合到傳輸光纖3，從該熔融光纖耦合器7開始，該泵浦光輻射沿著光纖向著發(fā)射器2的方向傳播，即該泵浦輻射在與傳播WDM輻射的方向相反的方向上傳播，該WDM輻射通過該鏈路來傳輸。耦合器7是一種寬帶設(shè)備，而且典型地能夠在用于C波段上工作的WDM系統(tǒng)中時在1400到1600nm的波長范圍上對輻射進(jìn)行耦合。WDM信道監(jiān)控器5能夠在將WDM輻射輸入到EDFA6之前(即在被拉曼放大之后)，測量該WDM輻射的各個80波長信道的相應(yīng)功率。光抽頭8典型的是熔融光纖耦合器，其被用于分接很小比例(例如5％)的WDM輻射，該WDM輻射然后被輸入到信道監(jiān)控器5。
WDM信道監(jiān)控器是公知的，而且典型地包括波長相關(guān)元件(wavelength dependent element)，這種陣列化的波導(dǎo)(AWG)器件或者衍射光柵用于在空間上將WDM輻射分到其組成波長信道(輻射分量)中，并且在測量其光功率的光電二極管陣列的各個光電二極管上引導(dǎo)各個組成波長信道。作為選擇，該信道監(jiān)控器可能包括用于順序地測量各種WDM波長信道功率的波長掃描設(shè)備(分光計)。
波長信道的已測量功率通過RS-232通信總線9被傳達(dá)給拉曼模塊4。
參考圖2，示出了拉曼放大器模塊4的示意圖。該拉曼放大器模塊4包括兩個波長可調(diào)諧的激光器模塊10、11；一個用于組合激光器模塊產(chǎn)生的拉曼泵浦輻射的光耦合器12，以及用于控制激光器模塊10、11操作的激光器模塊控制器12。各個激光器模塊10、11可操作地產(chǎn)生各個波長λ1、λ2的拉曼泵浦輻射，該波長在對應(yīng)的重疊波長范圍(例如1400到1455nm以及1445到1600nm)上是可調(diào)諧的。例如，為了提供光放大以補償在G.652-SSMF傳輸光纖上最大為35dB的傳輸損耗，該第一激光器模塊10能夠在參考波長λ1＝1438nm處可操作地產(chǎn)生最大功率為600mW的泵浦輻射，而第二激光器模塊能夠在參考波長λ2＝1455nm處可操作地產(chǎn)生最大功率為600mW的泵浦輻射。
各個波長可調(diào)諧的激光器模塊10、11分別包括三個波長可調(diào)諧的激光器10a到10c，11a到11c，以及極化復(fù)用器10d、11d。每個受控制器13控制的給定激光器模塊的激光器二極管可操作地產(chǎn)生相同波長和功率的輻射，但是每個都具有被移位60°的極化狀態(tài)。由各個模塊的各個激光器二極管輸出的輻射通過相應(yīng)的極化復(fù)用器來組合，以提供該激光器模塊的泵浦輻射輸出λ1、λ2，該激光器模塊通過寬帶耦合器7被耦合到傳輸光纖3。典型地，激光器二極管可以包括用于將激光器保持在恒定溫度的珀爾帖單體(Peltier Cell)，以及用于持續(xù)地監(jiān)控激光器輸出功率的集成光電二極管。
激光器模塊控制器13通過RS-232總線9被連接到信道監(jiān)控器，并且根據(jù)由信道監(jiān)控器5測量的各種WDM波長信道的功率來可操作地控制各個激光器二極管的工作波長和功率。
在工作過程中，信道監(jiān)控器5測量每個WDM波長信道的功率，并且將這些數(shù)據(jù)值經(jīng)由總線9傳遞到激光器模塊控制器7?？刂破?根據(jù)這些測量值來調(diào)整各個激光器模塊的工作波長和功率，使得波長信道的功率之間的差值最小，以及將每個激光器模塊設(shè)置到一個所選值。拉曼放大器模塊的這種操作使得增益光譜的平直度能夠?qū)τ诓煌膫鬏敼饫w類型、在不同的波長信道數(shù)和不同的操作條件下被自動地優(yōu)化。典型地，控制器7包括一個查詢表，該查詢表包括為了實現(xiàn)期望的拉曼增益所要求的各種激光器驅(qū)動電流(例如，用于3級抽樣的光柵分布式反饋激光器的相位、增益、波長)，并且根據(jù)這些數(shù)據(jù)來設(shè)置這些激光器。
眾所周知，泵浦到泵浦的交互(pump-to-pump interaction)和拉曼傾斜(Raman tilt)(即拉曼增益相對波長的斜率)是已知拉曼放大系統(tǒng)的主要缺陷。然而，根據(jù)本發(fā)明的拉曼放大器，其中泵浦波長是可調(diào)諧的，拉曼傾斜可以在工作WDM波長范圍上被最小化。由于泵浦波長和功率響應(yīng)于已測量的功率電平而被自動地調(diào)整，所以放大器模塊將被自動地優(yōu)化而不考慮波長信道(信道加載)數(shù)量上的任何變化。
在所述的應(yīng)用中，其中傳輸光纖跨距長度非常大(例如，超過大約120km的距離)且因而要求高的拉更增益，雙瑞利散射(DRS)是主要的影響，并且通過使用較高階的拉曼泵浦(在所述實施方案中的二階)將這種影響最小化。
眾所周知，如果待放大的拉曼泵浦輻射和WDM輻射沿著傳輸光纖被共同極化，則可以優(yōu)化拉更放大所產(chǎn)生的極化相關(guān)增益(PDG)。這種共同極化導(dǎo)致了拉曼增益的提高至少兩倍于平均值。
在所述實施方案中，拉曼泵浦輻射和WDM輻射沿著傳輸光纖相反地傳播，對于各個拉曼泵浦來說，通過使用三個激光器來對PDG進(jìn)行最小化，以便在具有移位60°的極化狀態(tài)的相同波長上產(chǎn)生泵浦輻射。使用三個具有移位60°以減小PDG的SOP的激光器，其本身被認(rèn)為是有創(chuàng)造性的，而且同樣可被應(yīng)用于將拉曼泵浦輻射引入光纖以使該拉曼泵浦輻射與WDM輻射共同傳播的方案中。
在本發(fā)明的可替換實施方案中，其中拉曼泵浦輻射與WDM輻射共同傳播，每一個WDM信道都具有相同的SOP(極化狀態(tài))，并且拉曼泵浦有利地與WDM信道被共同極化。
應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的拉曼放大器并沒有被限制到所述的特定實施方案中，而且可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)做出各種變型。取決于應(yīng)用，拉曼模塊可以進(jìn)一步包括拉曼泵浦，其使用更高的較高階拉曼放大以改善增益平直度和OSNR。例如，本發(fā)明同樣適合于在其他具有不同波長信道/間隔數(shù)量的WDM光電信網(wǎng)絡(luò)以及在其他波長頻帶內(nèi)工作的系統(tǒng)(諸如那些在L波段(1570到1620nm)上工作的系統(tǒng))中使用。在L波段內(nèi)工作的WDM系統(tǒng)中，優(yōu)選地，為了達(dá)到一種可接受的增益平直度，拉曼激光器模塊具有至少三個不同的波長泵浦(第三階)。
盡管波長信道監(jiān)控器已經(jīng)被描述為包括各自的光電二極管以同時測量各個波長信道的功率，一個掃描分光計裝置能夠被使用來順序地測量信道功率。此外在其他的方案中不需要測量各個波長信道的功率。例如，以設(shè)想對于多個波長信道分組來測量該平均功率。這些分組最好不會在波長方面重疊，而且最好是包括整個WDM的工作波長范圍。
此外，盡管拉曼放大器已經(jīng)被描述為是沿著傳輸光纖的長度分布光放大的分布式拉曼放大器，但是本發(fā)明同樣適合于在分立的拉曼放大器中使用，該分立的拉曼放大器包括其中發(fā)生放大的一個光纖長度。
本發(fā)明的拉曼放大器提供超越已知的放大器的優(yōu)點，因為該拉曼放大器能夠自動地優(yōu)化其增益/增益平直度以適應(yīng)于不同的跨距長度，不同的傳輸光纖和不同的信道加載。
權(quán)利要求
1.一種用于放大沿著光纖(3)傳播的WDM輻射的拉曼放大器(4)，所述WDM輻射包括多個輻射分量，每一個輻射分量都具有一個已選波段，該放大器包括多個光輻射生成裝置(10，11)，能夠產(chǎn)生已選波長(λ1、λ2)和功率的泵浦輻射，所述輻射被耦合到所述光纖(3)以光學(xué)地放大該WDM輻射，其特征在于該光輻射生成裝置(10，11)是波長可調(diào)諧的，以及在WDM輻射沿著光纖(3)傳播并被放大之后，用于測量WDM輻射的輻射分量功率的裝置(5)，其中，該波長生成裝置(10，11)的工作波長和功率根據(jù)已測量的功率來控制，使得已測量的功率在幅度上基本相等且具有一個已選的幅度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的放大器，其中用于測量輻射分量功率的裝置(5)可操作地測量包括WDM輻射的所有輻射分量的功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的放大器，其中用于測量輻射分量功率的裝置(5)可操作地相對至少兩組輻射分量來測量在多個輻射分量上的平均功率，以及其中該生成裝置的工作波長和功率根據(jù)該平均功率來控制，使得已測量的平均功率在幅度上基本相等。
4.根據(jù)前述任意一個權(quán)利要求的放大器，其中用于測量輻射分量功率的裝置(5)包括在空間上將WDM輻射分離到輻射分量中的波長選擇部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的放大器，其中該波長選擇部件包括衍射光柵。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的放大器，其中該波長選擇部件包括陣列化的波導(dǎo)器件。
7.根據(jù)前述任意一個權(quán)利要求的放大器，其中各個輻射生成裝置(10，11)包括多個輻射源(10a到10c，11a到11c)，其中的每一個可操作地用于產(chǎn)生具有相同波長、但具有不同極化狀態(tài)的輻射。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的放大器，包括三個可操作地用于產(chǎn)生輻射的輻射源(10a到10c，11a到11c)，該輻射的極化狀態(tài)彼此被移位60°。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的放大器，進(jìn)一步包括用于組合來自輻射源的輻射的極化維持復(fù)用器(10d，11d)。
10.根據(jù)前述任意一個權(quán)利要求的放大器，其中該輻射生成裝置(10，11)包括波長可調(diào)諧的激光器。
11.根據(jù)前述任意一個權(quán)利要求的放大器，其中該放大器用于放大C波段WDM輻射(1520到1565nm)，并且包括以所選波長工作的至少兩個輻射生成裝置。
12.根據(jù)前述任意一個權(quán)利要求的放大器，其中該放大器用于放大L波段WDM輻射(1570到1620nm)，并且包括以所選波長工作的至少三個輻射生成裝置。
全文摘要
一種用于放大沿著光纖(3)傳播的WDM輻射的拉曼放大器，所述WDM輻射包括多個輻射分量，每一個輻射分量都具有一個已選波段，該放大器包括多個光輻射生成裝置(10，11)，能夠產(chǎn)生有已選波長(λ
文檔編號H04B10/291GK1689254SQ03823696
公開日2005年10月26日 申請日期2003年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月2日
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