[发明专利]采用闪烁光栅的光学放大器监控器

说明书

本发明涉及一种光学放大器，特别是涉及对光学放大器的泵功率的监控。

通过同时增加光学信号的传输数据率和距离，对光学放大器的改进大大增强了光学通信系统的应用。光学放大器用于增强沿光纤通信路径上衰减的光学信号。一种对于这种放大器的重大改进是开发出基于掺杂稀土元素的光纤的光学放大器。这些类型的放大器已经取代了光纤通信链路中笨重的电中继器，使真正的全光纤通信系统得以实现。传统的中继器需要复杂的电子线路将光转换为电信号，放大该信号，从放大的信号中恢复数据，并转换回光。比较而言，掺杂光纤的光放大器不中断光信号，只是给它增加能量。光学放大器系统中的元件相对简单。类似地，已提出使用光纤激光器来为光纤通信系统生成光学载体。这些类型的激光器可被外部调制或模锁定，而且在一些情况下可选用二极管激光器作为光纤通信系统中的高功率光源。

光纤放大器和激光器的工作原理相近，光纤的波导部分中的硅玻璃掺杂诸如铒、镱、钕或镨的稀土元素的微量离子。例如，如果激发状态的铒离子数的受激发射率超过自发发射和吸收率，那么铒离子的能量结构使得波长大约在1530-1565nm的信号光可在光纤被放大。在这种情况下，在增益带宽内进入光纤的光将产生净增益并以更大能量射出。如果设置一个装置用来使光纤中的这个放大信号再次循环，例如在光纤的端部放置适当的反射器，那么如果光的净增益等于某一光学带宽内的光损耗，则在光纤内产生激光作用。不管哪种情况，将铒离子激发到适当的激发状态对于产生增益是决定性的。这可通过利用例如980nm或1480nm的适当波长的光激发/泵发铒离子实现，可由耦合到光纤的波导部分的市售高功率二极管激光器极为方便地提供。在这些波长上泵发铒离子，将使铒离子能放大大约1535～1565nm波长范围内的信号光。这部分的横截面积相对较小有助于可确保高强长度，由此使得该信号波长具有相当大的增益。然而，本领域的技术人员知道，采用这种放大器或激光器产生的信号特性将在很大程度上取决于用于泵发光纤的二极管激光器本身的特性。

图1示意了用附图标记110表示的现有技术光学放大器的方框图。该方框图是对市售放大器，如Corning,N.Y公司出品的零件号为CL-10的光纤增益(FiberGain^TM)模块的简化示意。放大器110包括一个掺杂有稀土元素离子的光纤112。在该优选实施例中，掺杂剂是铒。诸如钕的其它稀土元素离子业已用作光纤的掺杂剂，但铒仍是最常用和最好的。光纤112提供一个用于接收光输入信号L_IN的输入端114，以及一个用于提供经放大的光输出信号L_OUT1的输出端116。

放大器110还包括一个典型地为二极管激光器的光源装置118。二极管118通过将能量“泵”入光纤112以将功率耦合到放大器，因此它也可称为激光泵二极管。具体来说，二极管激光器118提供的光被光纤112中的铒离子吸收，将这些离子泵激到一个高能级当减弱的L_IN信号进入光纤112时，受激的铒离子在称为受激发射的过程中将其能量传递给该信号。结果，光纤112提供经放大的光输出信号L_OUT1。二极管激光器118的阳极提供一个用于接收放大控制电流I_C的输入端120。为便于说明，所示的二极管激光器118的阴极接地。然而应理解的是，可利用其它可选结构来实现二极管激光器118的激发和去激。

放大器110还包括一个典型地为光电二极管的泵功率探测器122。功率探测器122离提供光源的二极管激光器118很近，因此，提供一个与泵二极管激光器118的光强L_PLD直接成正比的电信号I_INT1。在放大器110的输出端124可检测信号I_INT1。市售的放大器中，由于功率探测器122与二极管激光器118之间的物理关系，它常被称为“背面探测器”。具体来说，二极管激光器118发出的一小部分光“向后”反射到该探测器，由此给该探测器取这个名字。在本技术领域中我们知道，光电二极管将光转换为电信号，即，I_INT1，指示被探测光的强度。