拉曼光放大器 【技术领域】
本发明涉及一种用于光通信的光放大器，更特别地是一种包括泵浦光源和光纤放大器的拉曼光放大器，用于拉曼放大光信号。
背景技术
对于光信号的长距离传输，光通信网使用了各种适用于放大要被发送的光信号的强度的光放大器。然而，这种光放大器不仅放大了被发送光信号的强度，还放大了光信号中包含的噪声。
由于掺铒光纤放大器高增益、低噪声特性以及高饱和输出功率，其主要用于骨干网和城域网。不过，与其他光纤放大器相比较，尽管这种放大器具有上述许多优点，但造价高且体积相当大。半导体光放大器具有低成本和相当大的放大带宽。不过，由于它们的高噪声特性，使其应用受到限制。为了避免增大放大噪声，同时不会遇到上述问题，提出了一种拉曼光放大器，通过在具有常规结构的光放大器中加入拉曼泵浦光源来实现这种放大器的结构。
图1所示为包括光纤放大器和拉曼泵浦光源的常规拉曼光放大器。拉曼光放大器模块包括拉曼光纤放大器110、用于拉曼泵浦光纤放大器110的拉曼泵浦光源130以及用于下一步放大已被光纤放大器110拉曼放大的光信号的半导体光放大器140(SOA)。拉曼光放大器模块还包括第一隔离器(isolator)150、第二隔离器160和波长选择耦合器(WSC)120。
通过预定波长的拉曼泵浦光来拉曼放大光纤放大器110，这样就拉曼放大了由此输入的光信号。可使用单模光纤用于光纤放大器110。
第一隔离器150向光纤放大器110输出要放大的光信号。第一隔离器150还防止被光纤放大器110放大的光信号回流，由此使光信号的损失最小。
拉曼泵浦光源130用于为拉曼泵浦光纤放大器110输出预定波长地拉曼泵浦光。可以把半导体激光器用作拉曼泵浦光源130。
对于波长选择耦合器120，可以使用具有Y一分支结构的阵列波导光栅。波长选择耦合器120与拉曼泵浦光源130、光纤放大器110以及半导体光放大器140相连。这样，当被拉曼放大的光信号从光纤放大器110输出时，波长选择耦合器120将从拉曼泵浦光源130发射的拉曼泵浦光输出到半导体光放大器140。
半导体光放大器140执行被光纤放大器110拉曼放大的光信号的二次放大，即再放大被拉曼放大的光信号，并将得到的光信号输出到第二隔离器160。由于半导体光放大器140再放大了已在光纤放大器110中被放大的光信号，实现了放大增益的提高。此外，由于光信号在光纤放大器110中是被拉曼放大的，这就可以减小由在半导体光放大器140中完成的光信号放大所引起的噪声。
第二隔离器160向外部输出由半导体光放大器140放大的光信号。第二隔离器160还用于防止由此处输入的光信号流向半导体光放大器140。
不过，在具有上述结构的拉曼光纤放大器中，必须另外使用独立泵浦光源和半导体光放大器，用于拉曼放大光纤放大器。泵浦光源和半导体光放大器的能量增加了功率损耗。附加的泵浦光源和半导体光放大器还增加了制造成本和拉曼光纤放大器的体积。
【发明内容】
考虑到相关技术涉及的上述问题完成了本发明，且特征在于一种能够在保证提高放大效率的同时，使其体积和功率损耗最小的拉曼光放大器。
根据本发明，利用一种拉曼光放大器可以实现这个目的，所述拉曼光放大器包括：光纤放大器，用于拉曼放大在其中行进的输入光信号，由此输出初步放大的光信号；半导体光放大器，用于输出预定波长的拉曼泵浦光以拉曼泵浦光纤放大器，同时放大初步放大光信号，由此输出二次放大光信号；具有第一到第三端口的循环器(circulator)，所述循环器适用于在第一端口接收初步放大光信号、将接收到的初步放大光信号输出到第二端口、在第二端口接收拉曼泵浦光和二次放大光信号、将接收到的拉曼泵浦光和二次放大光信号输出到第三端口、在第三端口再接收拉曼泵浦光以及将再接收到的拉曼泵浦光输出到第一端口；以及与循环器的第三端口连接的光纤光栅，所述光纤光栅适用于当传送从循环器的第三端口接收到的二次放大光信号时，反射从循环器的第三端口接收到的拉曼泵浦光。
【附图说明】
利用对参考了附图的优选实施例的详细叙述，将会使本发明的上述目的及优点更加清楚明了，其中：
图1所示为包括光纤放大器和拉曼泵浦光源的常规拉曼光放大器的结构示意图；
图2所示为根据本发明优选实施例的拉曼光放大器的结构示意图；以及
图3所示为表示放大的光信号强度变化的拉曼增益光谱，依据拉曼泵浦光的强度，由1460nm的拉曼泵浦光在长度为70km的拉曼光放大器中放大所述光信号。
【具体实施方式】
下文将参照附图详细地说明本发明的优选实施例。在下面本发明的说明中，为了使表述更清楚，省略对这里包含的已知功能和结构的详细说明。
图2所示为根据本发明优选实施例的拉曼光放大器结构。所述拉曼光放大器包括：拉曼光纤放大器230，用于初步放大其中行进的光信号；半导体光放大器240输出预定波长的拉曼泵浦光，同时二次放大由光纤放大器230放大的光信号。所述拉曼光纤放大器还包括：位于光纤放大器230和半导体光放大器240之间的循环器210，所述循环器适用于控制光信号和拉曼泵浦光的输入和输出；以及与循环器210相连的光纤光栅220。
从半导体光放大器240输出的拉曼泵浦光对光纤放大器230进行拉曼泵浦，结果初步放大了输入的光信号以产生拉曼放大光信号。将这种拉曼放大光信号输出到循环器210。对于光纤放大器，可以使用单模光纤、非零色散位移光纤或其他技术人员已知的光纤。可以使用纤芯的有效直径小于单模光纤的非零色散位移光纤，与单模光纤相比能够减小泵浦功率。
半导体光放大器240具有分别与预定光栅周期的布喇格(Bragg)光栅241相联系的对立端口，以及附在其中一个布喇格光栅241上的高反射层242。半导体光放大器240向循环器210输出适用于拉曼泵浦光纤放大器230的预定波长的拉曼泵浦光，以及由再放大初步放大光信号获取的二次放大光信号。即半导体光放大器240的布喇格光栅241使半导体光放大器240中产生的预定波长的光共振，直到光的强度达到了预定级别。此时，将共振光作为拉曼泵浦光输出到循环器210。半导体光放大器240还二次放大在其中输入的初步放大光信号，并接着将得到的光信号输出到循环器210。
给分别位于半导体光放大器240对立端口的布喇格光栅241设计了用于反射拉曼泵浦光的光栅周期，这样可以将在半导体光放大器240中二次放大的光从半导体光放大器240输出。此外，布喇格光栅241用作共振器，用于在光强度达到预定级别之前使拉曼泵浦光共振。这样，可以将强度满足拉曼泵浦光纤放大器230的拉曼泵浦光从半导体光放大器240输出。将在半导体光放大器240对立端口的布喇格光栅241设置在彼此之间距离为预定值的相对位置，以便于将半导体光放大器240产生的拉曼泵浦光作为预定强度的拉曼泵浦光输出。由于在半导体光放大器240的一个端口提供了与循环器210对立的高反射层242，所以只能将拉曼泵浦光和二次放大的光信号输出到循环器210。
循环器210有与光纤放大器230相连的第一端口、与半导体光放大器240相连的第二端口及与光纤光栅220相连的第三端口。循环器210将输入到其第一端口的初步放大光信号输出到其第二端口，而将输入到其第二端口的二次放大光信号和拉曼泵浦光输出到其第三端口。在被光纤光栅220反射之后，循环器210还将再次输入到其第三端口的拉曼泵浦光输出到其第一端口。
光纤光栅220包括与循环器210的第三端口相连的光纤221以及在光纤上形成的具有预定光栅周期以反射拉曼泵浦光的布喇格光栅222。输出从第三端口接收的二次放大光信号和拉曼泵浦光的光纤光栅220的布喇格光栅220将拉曼泵浦光反射到第三端口并传送二次放大光信号，这样就将从循环器2 10的第三端口接收的二次放大光信号反射到了循环器210的第三端口。
隔离器250将外部输入的光信号输出到光纤放大器230，而防止初步放大光，即防止在光纤放大器230中拉曼放大的光向外部输出。
图3所示为表示放大光信号强度变化的拉曼增益谱。如图2所示，在光纤放大器230中，由从半导体光放大器240中输出的拉曼泵浦光放大信号。拉曼泵浦光的波长为1,460nm且光纤放大器的长度为70km，放大的级别由拉曼泵浦光的强度决定。在图中，x轴表示从光纤放大器230输出的光信号的波长范围，而y轴表示拉曼增益谱的拉曼放大增益(dB)。拉曼增益谱表示依据波长为1,460nm的拉曼泵浦光强度的变化，在光纤放大器230中被放大的波长为1,560nm的光信号强度的变化。
在拉曼泵浦光的拉曼增益为100mW的情况下，1,560nm的拉曼放大光信号的拉曼增益为2.5dB或更大。另一方面，当拉曼泵浦光的拉曼增益为150mW时，1,560nm的拉曼放大光信号的拉曼增益约为4.0dB。此外，当拉曼泵浦光的拉曼增益为200mW时，1,560nm的拉曼放大光信号的拉曼增益约为5.5dB，而当拉曼泵浦光的拉曼增益为250mW时，1,560nm的拉曼放大光信号的拉曼增益约为7.0dB。图3中拉曼增益谱测量使用的光纤放大器采用了长度为70km的单模光纤。由此，根据拉曼泵浦光的强度，输入到光纤放大器230的光信号和在光纤放大器中由拉曼泵浦光拉曼放大的光信号强度是变化的。
通过使用有效纤芯面积小的非零色散位移光纤，光放大器保持了拉曼增益并减小了用于拉曼光放大器的拉曼泵浦光源的强度。
如上所述，在根据本发明的拉曼光放大器中，光纤放大器230拉曼放大了输入光信号，用于作为初步放大的光信号输出，依次由半导体光放大器240将该初步放大光信号二次放大。其优点在于增加了光信号放大的效率。此外，还不需要使用独立的拉曼泵浦光源，这样就可以使拉曼光放大器的功率损耗和体积最小。
从上述可以清楚看到，本发明提供了一种拉曼光放大器，其中的半导体光放大器240同时用作拉曼泵浦光源和光放大器。由此，本发明的拉曼光放大器提供了低制造成本并减小了体积。由于输入信号被拉曼光放大器的光纤放大器和半导体光放大器放大了两次，可以提高放大效率。由于半导体光放大器还用作拉曼泵浦光源，就没有由拉曼泵浦光源引起的驱动电流损耗，由此可以减小驱动电流的损耗。
结合目前所考虑到的最实用的和优选实施例说明了本发明，可以理解本发明并不限于公开的实施例，相反，而意欲覆盖所附的权利要求实质和范围内的各种改进。