刘俭辉1,2 王书慧1
(1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 辽宁财政高等专科学校计算中心，丹东 118001)
摘要：由于长周期光纤光栅(LPFG)具有很好的带阻特性，因此可以用于对掺铒光纤放大器(EDFA)进行增益平坦处理。本文在介绍了EDFA增益曲线的不平坦特性之后，利用自制的基于LPFG的增益平坦滤波器(GFF)对EDFA进行增益平坦化处理，在30nm(1530nm~1560nm)的带宽范围内，增益变化为±0.18dB，温度在-5~65℃范围内变化时，总起伏不超过±0.3dB。
关键词：长周期光纤光栅，增益平坦，增益平坦滤波器，EDFA
中图分类号：TN292.11，TN253
1 介绍
掺铒光纤放大器(EDFA)是光通信系统中的核心器件之一，它的产生和发展推进了波分复用系统(WDM)的发展。但随着WDM系统容量和速率的提高，EDFA的增益不均匀性和噪声等缺陷对系统特性的影响也愈加明显地暴露出来，因此，EDFA的增益平坦化技术已成为目前国内外通信领域的研究热点之一。
EDFA的增益平坦化处理通常采用两类方法，一类是在EDFA中加入增益均衡器[1~8]，另一类则是改变掺铒光纤的基质材料[9,10]或在掺铒光纤中掺入其它物质[11~14]。而长周期光纤光栅(LPFG)是一种比较好的EDFA增益均衡器，它对EDFA有较好的增益平坦滤波效果[15]，因此自从1995年A.M.Vengsarkar等人在光纤中成功写入LPFG以来，已大量地被用作EDFA的增益平坦滤波器(GFF)[16,17]。
本文利用自制的LPFG-GFF进行了EDFA增益平坦化实验。实验表明，使用LPFG-GFF可以很好地改善EDFA的增益平坦度，实验结果是：在30nm(1530nm~1560nm)的带宽范围内增益变化仅为±0.18dB，温度在-5~65℃范围内变化时，总起伏不超过±0.3dB。
2 增益平坦化EDFA的实验
2.1 未平坦化EDFA的特性
为能说明加入LPFG-GFF后的EDFA平坦效果，我们首先进行了普通EDFA增益特性的实验。实验中，对不同光纤长度、泵浦功率、泵浦方向以及不同输入信号功率和波长分别进行了实验，实验中发现，使用双向泵浦效果最好。最终采用的实验装置如图1所示。
图1 EDFA实验装置示意图
ISO:隔离器 WDM:波分复用器 EDF:掺铒光纤 OSA:光谱分析仪
本实验采用双向泵浦(27mW和38mW)，并将EDF选取在最佳长度附近(8m)。泵浦光经WDM激发掺铒光纤中的铒离子，形成粒子数反转，信号光通过同一WDM进入掺铒光纤，诱发受激辐射而得到放大；为防止放大器的自激振荡及传输光路中的光反馈，在放大器的输入端和输出端都设置了光隔离器；实验中通过可调衰减器来控制信号光的强度变化，以保证各波长信号光的输入功率是相同的；信号光经3dB耦合器分为两束，一束用于对信号光的监测，另一束与980nm 泵浦光一起耦合进掺铒光纤，经掺铒光纤放大的最终信号可在光谱仪上进行观测，并将其与信号光进行比较，获得信号增益值。
表1给出了实验中测得的输入信号波长分别为1532nm和1546nm时增益和噪声与输入信号功率的对应结果。观察表中数据可以发现，当信号很小时，增益大且噪声系数低；信号逐渐增大时，增益开始几乎不变，但增大到一定功率以后，增益逐渐开始减小，噪声系数增大。
表1 未平坦化的EDFA在1532nm和1546nm的增益特性
实验中还发现，各波长的小信号增益基本上与EDFA的ASE谱非常相似，因此，可以通过测量EDFA的ASE谱得到近似EDFA增益谱。图2测得的是实验中使用的EDFA的ASE谱。
图2 EDFA的ASE谱
2.2 长周期光纤光栅GFF
我们根据EDFA的增益谱，并考虑光纤选型、工作模式、EDFA的工作温度范围、EDFA的泵浦波长、EDFA的工作条件(饱和区、线性区或深度饱和区)、EDFA的体积等因素，设计了LPFG-GFF曲线，并按设计的曲线制作了LPFG-GFF。它由1531.8nm、1545.6nm和1557nm三个模组合而成，使用的是温度不敏感光纤，制作时对每个模拉力和温度的不同特性加以利用，并采用特殊的应力封装，因此制成的GFF可以使EDFA在很宽的温度范围内得到较平坦的输出。制作好的LPFG-GFF的透射谱如图3所示。
图3 自制LPFG-GFF透射谱
2.3 增益平坦EDFA
使用自制的LPFG做增益平坦滤波器，进行EDFA的增益平坦实验，实验装置如图4所示。由于使用LPFG不会出现光反馈，所以中实验装置中支掉了第二个光隔离器。实验中，使用了1530.294nm、1531.896nm、1533.453nm、1536.545nm、1538.124nm、1539.703nm、1542.884nm、1544.464nm、1546.065nm、1549.246nm、1550.848nm、1552.449nm、1555.697nm、1557.299nm、1558.922nm、1560.568nm 16个国际DWDM标准信道的信号进行测试，并根据表1数据，我们选择输入信号为-20dBm，测试仪器使用的是Agilent 81642B。
实验测得的小信号增益和噪声数据如图5和表2所示，在1530nm~1560nm的波长范围内，EDFA的小信号增益变化为±0.18dB的平坦度。当温度在-5~65℃范围内变化时，EDFA的总增益起伏不超过±0.3dB。
3 结论
本文针对EDFA的增益不平坦性，自制了长周期光纤光栅增益平坦滤波器，并使用这个增益平坦滤波器对EDFA进行增益平坦化实验。实验表明，使用LPFG-GFF可以很好地改善EDFA的增益平坦度。实验结果是：在1530nm~1560nm的波长范围内，增益变化仅为±0.18dB，当温度在-5~65℃范围内变化时，总起伏不超过±0.3dB。
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摘自 光纤新闻网
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