[发明专利]带有源光纤环形反射器的光放大器

说明书

本发明涉及一种带所谓环形反射器的光放大器，该环形反射器由其端部与3dB耦合器连接的环形光纤形成。本发明尤其适用于，但不唯一适用于带有由稀土元素掺杂的光纤组成的环形反射器的光纤放大器。

如1998年5月26日公开的，发明人为B.G.弗瑞克(Fidric)的US No.5,757,541专利所述，公知光放大器中的光信号通过有源光纤和来自独立能源，如激光二极管的泵浦能量共同作用而放大，在讨论现有技术时，弗瑞克认为，不管光信号和泵浦能量在有源光纤的同一端提供，还是在有源光纤的相对端提供，该现有放大器表现出非均匀和非对称的纵向泵浦激励。同时，尽管在输入和输出端使用隔离器，但是反向反射致使一定泵浦能量到达输入源。

Fidric提出通过设置由有源光纤的端部与四端口3dB耦合器的两个端口连接而形成的环形反射器来克服这些问题。由其他两个端口提供的输入信号和泵浦能量被耦合器分成相等的两部分，并且同时以顺时针和逆时针绕环路传播。用循环器从耦合器中使用和提取输入和输出信号。光纤具有偏振保持特性，因此能够保持通过环形反射器传播的信号的状态不变。偏振状态的保持更好地保证所放大的信号经剩余的泵浦光时不失真。按照Fidric的发明，或者利用光纤环中的偏振控制器也能够达到上述目的，但是这里还存在问题。

放大器的噪声指数和增益依赖于光纤中“向前”和“向后”的ASE值的接近程度，所以，对于3dB耦合器来说将泵浦能量和输入信号精确分成两半是适宜的。所以，耦合器必须能够在包括泵浦能量的波长和输入信号的波长的范围中提供50-50的等分。

依照其应用，通常在不同的波长下泵浦有源光纤。例如，当输出能量作为主要考虑的因素时，最好是使用1480nm的泵浦波长。当噪声是主要考虑因素时，当然，最好使用短波长，如980nm，这是因为由有源光纤产生的放大的自发辐射(ASE)比该波长小。Fidric提出的放大器不完全合适，因为当使用短泵浦波长时，由于现有耦合器不能够在980-1600nm范围内提供精确地50-50的分离。即使使用其泵浦波长1480nm的能量，尽管在程度上较小，但这个问题仍然存在。

本发明第一方面的目的是消除或至少缓解上述不足，并为此提供一种带有由有源光纤和耦合器组成的环形反射器的光放大器。最好是，泵浦能量不通过耦合器就耦合到光纤中。

在本发明的一个实施例中，光放大器包括环形反射器，其中四端口3dB耦合器具有分别连接在该耦合器第二和第三端口之间的有源光纤，耦合器的第一端口接收输入信号用于放大，在第一或第四端口上提供输出信号，并且在耦合器和有源光纤之间至少连接一个泵浦装置，用于给有源光纤注入泵浦能量，使其与其中输入信号一起传输，如此设置的耦合器将输入信号分离成两个相等的部分，它们在有源光纤中以相反的方向传输。最好是，在有源光纤的相邻端部设置两个相同的泵浦装置，用于在光纤相对的方向上分别注入泵浦能量，输入信号和输出信号利用连接在第一端口的具有双向端口的循环器连接到或从第一端口连接。使用两个相同的泵浦装置的优点是在有源光纤中“向前”和“向后”的ASE能够更容易均衡。另外，放大器可包括用于将输入信号与第一端口连接的第一隔离器，用于耦合从耦合器的第四端口输出的输出信号的第二隔离器，和设在环路并与有源光纤串联的偏振控制器，它用于调节环路中信号的偏振，使输出信号从第四端口输出。

所述的泵浦装置或者每一个泵浦装置可以包括波长多路复用器和泵浦能源，如激光二极管。本发明的第二方面是涉及在掺杂稀土元素的光纤放大器中的自动增益控制。在输入功率的较宽范围内能够保持放大器增益在一个恒定值是适宜的。在IEEE Potonics Technology Letters Vol.11，No.5，1999年5月5日出版的题为“带有环形反射器结构的增益控制光纤放大器”文章中，Kyo Inoue认为利用光反馈来控制增益是公知的。按照Inoue的描述，这种增益控制的放大器的不足在于它们不能用于振荡波长周围的信号，因为这种光进入反馈环并且不能被有效地放大，同时在输出口出现的激光振荡成为系统的使用障碍。Inoue提出利用增益控制光纤放大器克服这些障碍，该放大器包括由光纤光栅形成的激光腔和与3dB耦合器两个端口连接的铒掺杂光纤环形成的环形反射器。光栅和泵浦能量由耦合器的第三端口提供，输入信号由循环器的第四端口提供。输出信号经循环器输出。按照Inoue的发明，即使当它们的波长与振荡波长相近或者相同时，信号光也只通过EDF而不进入激光腔。