光放大器及相关方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学电信领域，具体地，涉及具有较大带宽(S卩，大于40nm)的光放大器及光放大器的相关方法。
【背景技术】
[0002]已知光放大器(OA)基于掺铒光纤(EDF)并且能够在具有约35nm的带宽的所谓典型放大波段(C波段)(通常，从约1530nm至约1565nm)上光学放大波分复用(WDM)光信号。
[0003]除至少C波段的部分外，对于大于40nm的总放大带宽，已知能够在所谓长波段(L波段)(通常，从约1570nm至约1605nm)的至少一部分上光学放大WDM光信号的大带宽光放大器。
[0004]接着，总放大波段(可以连续或者独立的两个或者更多个子波段，通常，C波段内的一个子波段和L波段内的一个子波段)提供整合OA的光通信系统的极高传输功能，例如，WDM信号可以包括高达至160个信道，其中，信道间隔50GHz，每个WDM信道均具有例如100Gb/s或者更高的位率。
[0005]已知，大带宽光放大器基于并行方案，其中，两个EDF光程放置在两个大带宽耦合器之间的并行配置中，一个EDF光程对C波段最佳并且另一个对L波段最佳，且两个EF光程彼此独立。
[0006]就光部件数目而言，申请人发现基于并行方案(包括其类似双向OA的变形)的这些OA较复杂、具有较大的总波长波段占用率(通常，至少约1565nm与1570nm之间的波段不可用于WDM信道)、遭受中间带干扰并且需要更多的监测信道。
[0007]已知，大带宽光放大器还基于具有单一 EDF光程的串联方案。
[0008]例如，V.Sinivasagam, K.Dimyati, R.D.Singh, A.Mustafa - TENC0N2004 的文章“C+L band EDFA with over 70nm operating range”中的第 78 页至第 81 页公开了在 C 波段和L波段区域内运行的宽带硅基EDFA设计。由980nm同向栗浦的双级构造放大器设计。
【发明内容】
[0009]申请人已经发现，现有技术中的较大带宽光放大器具有一些缺点。例如，根据申请人，其示出了在功率转换效率和/或光谱(即，在整个放大波段内)增益平坦度和/或光谱噪声系数和/或光谱增益形状在输入功率变化时的强健性方面的性能限制，具体地，对于饱和输入功率操作，当WDM信号包括极多个WDM信道(即，多于约30个信道)时，存在这种性能限制。
[0010]表达‘饱和操作’是指OA操作，其中，在输入光放大器的其输入端处的(WDM)光信号具有大于饱和输入功率的总光功率，后者被定义为放大器的总增益低于小信号增益3dB时的输入功率。通常，在饱和操作中，输入至光放大器的输入端处的(WDM)光信号具有大于-1OdBm的总光功率。
[0011]功率转换效率被定义为饱和操作时的总OA输出功率与总栗功率之间的比率。
[0012]光谱增益平坦度被定义为光谱增益在整个放大波段内的最大变化量。
[0013]噪声系数被定义为各个波长的输入信噪比与输出信噪比之间的比率(以分贝表示)O
[0014]此处，光谱增益形状在输入功率变化时的强健性也被称之为光谱增益斜率(单位:dB/dB)，可被定义为整个放大波段的相对端处的每dB的总输入信号功率变化时的光谱增益(单位:dB)相对于最佳输入信号功率(其中，光谱增益平坦)的绝对差。
[0015]本发明的目的是提供一种适用于克服现有技术中较大带宽OA的一个或者多个缺点的光放大器。
[0016]本发明的一方面涉及光放大器，包括:光程，该光程具有输入端和输出端、被定义为从输入端至输出端的光信号的传播方向；第一掺铒光纤，该第一掺铒光纤沿着光程放置；第一增益平坦滤波器，该第一增益平坦滤波器沿着光程放置在第一掺铒光纤的下游；第二掺铒光纤，该第二掺铒光纤沿着光程放置在第一增益平坦滤波器的下游；第二增益平坦滤波器，该第二增益平坦滤波器沿着光程放置在第二掺铒光纤的下游；第三掺铒光纤，该第三掺铒光纤沿着光程放置在第二增益平坦滤波器的下游；以及光栗，该光栗光学耦接至光程，以光学栗浦至少第一掺铒光纤和第三掺铒光纤。
[0017]根据申请人，包括第一 EDF、第二 EDF以及第三EDF的级联与第一增益平坦滤波器(GFF)和第二增益平坦滤波器(GFF)的级联的方案(至少光学栗浦第一 H)F和第三EDF)已证明通过非常灵活的方式(具体特征取决于实际放大波段、总输入功率和/或目标总增益)提供光谱噪声系数和/或光谱增益平坦度和/或功率转换效率和/或总输入信号功率变化的强健性方面的良好性能。
[0018]在本说明书和权利要求中，参考所述传播方向使用诸如‘下游’、‘上游’、‘输入端’、‘输出端’等表达。
[0019]定义为第一波长包括在1555nm至1565nm之间、第二波长包括在1535nm至1545nm之间以及第三波长包括在1575nm至1585nm之间。优选地，第一波长等于1560nm，第二波长等于1540nm，并且第三波长等于1580nm。
[0020]通常，第一增益平坦滤波器和第二增益平坦滤波器中的每个均具有光谱损耗曲线，光谱损耗曲线在第一波长处具有第一损耗值、在第二波长处具有第二损耗值并且在第三波长处具有第三损耗值。
[0021]优选地，第一增益平坦滤波器的第一损耗大于或者等于-16dB，更优选地，大于或者等于-14dB和/或小于或者等于_8dB，更优选地，小于或者等于-10dB。
[0022]优选地，第一增益平坦滤波器的第二损耗和/或第三损耗大于或者等于_8dB，更优选地，大于或者等于_6dB和/或小于或者等于-ldB。
[0023]优选地，第一增益平坦滤波器的第二损耗与第三损耗之间的单位为dB的差的绝对值小于或者等于6dB，更优选地，小于或者等于4dB。
[0024]优选地，第一 GFF和/或第二 GFF的光谱损耗曲线具有1555nm与1565nm之间的绝对最小值。
[0025]优选地，第二增益平坦滤波器的第一损耗大于或者等于-10dB，更优选地，大于或者等于-SdB和/或小于或者等于_3dB，更优选地，小于或者等于_5dB。
[0026]优选地，第二增益平坦滤波器的第二损耗和/或第三损耗大于或者等于_6dB，更优选地，大于或者等于_4dB和/或小于或者等于-0.5dB。
[0027]优选地，第二增益平坦滤波器的第二损耗与第三损耗之间的单位为dB的差的绝对值小于或者等于4dB，更优选地，小于或者等于3dB。
[0028]如下面更为详细的说明，根据本申请人，就光谱噪声系数和/或光谱增益平坦度和/或功率转换效率和/或总输入功率变化的强健性方面而言，上述光谱损耗曲线的各个独立特征或者各种不同组合的特征在操作时提供了卓越的性能。
[0029]优选地，第一掺铒光纤在1530nm处具有大于或者等于10dB的总吸收损耗(即，在1530nm处，考虑了整个光纤长度的累积损耗，总吸收损耗与沿着整个光纤长度的铒的累积含量有关，反之，一旦光学栗浦光纤，其则与放大能力有关)，更优选地，大于或者等于120dB和/或小于或者等于180dB，更优选地，小于或者等于160dB。
[0030]优选地，第二掺铒光纤在1530nm处具有大于或者等于1dB的总吸收损耗，更优选地，大于或者等于15dB和/或小于或者等于40dB，更优选地，小于或者等于35dB。
[0031]优选地，第三掺铒光纤在1530nm处具有大于或者等于20dB的总吸收损耗，更优选地，大于或者等于30dB和/或小于或者等于70dB，更优选地，小于或者等于60dB。
[0032]优选地，第一掺铒光纤和/或第二掺铒光纤和/或第三掺铒光纤在1530nm处具有大于或者等于5dB/m的吸收(与铒的掺杂浓度有关)。
[0033]优选地，第一掺铒光纤具有大于或者等于5m的长度，更优选地，大于或者等于7m和/或小于或者等于30m，更优选地，小于或者等于25m。
[0034]优选地，第二掺铒光纤具有大于或者等于Im的长度，更优选地，大于或者等于2m和/或小于或者等于10m，更优选地，小于或者等于Sm。
[0035]优选地，第三掺铒光纤具有大于或者等于2m的长度，更优选地，大于或者等于3m和/或小于或者等于12m，更优选地，小于或者等于10m。
[0036]根据本申请人，上述掺铒光纤的独立特征或者各种不同组合特征在操作时(具体地，在饱和操作时)提供最佳光谱增益。有利地，上述掺铒光纤的独立特征或者各种不同组合特征被优化为符合GFF的光谱损耗曲线的上述特征。
[0037]优选地，光栗包括适于以栗波长发射光栗辐射的光源，更优选地，包括在970nm与990nm之间的波长。
[0038]优选地，光栗包括被配置为用于(电力)驱动光源的驱动器。
[0039]优选地，光源和驱动器被配置为使得已发射的光栗辐射具有大于或者等于300mW的光功率，更优选地，大于或者等于400mW和/或小于或者等于1000mW，更优选地，小于或者等于800mW。
[0040]优选地，光栗被配置为用于利用大于或者等于200mW的光功率将光栗辐射输入至第一掺铒光纤的输入端，更优选地，大于或者等于300mW和/或小于或者等于700mW，更优选地，小于或者等于500mW。
[0041]优选地，光栗被配置为用于将光栗辐射输入至与传播方向同向传播的第一掺铒光纤中。
[0042]优选地，光栗被配置为用于利用大于或者等于50mW的光功率将光栗辐射输入至第三掺铒光纤的输出端，更优选地，大于或者等于10mW和/或小于或者等于400mW，更优选地，小于或者等于300mW。
[0043]优选地，光栗被配置为用于利用小于或者等于150mW的光功率将光栗辐射输入至第二掺铒光纤的输出端，更优选地，小于或者等于100mW。
[0044]优选地，光栗被配置为用于将光栗辐射输入至与传播方向对向传播的第三掺铒光纤和/或第二掺铒光纤中。
[0045]优选地，光栗包括第一光親合器，该第一光親合器沿着光程放置在第一掺铒光纤的上游并且被配置为用于将光源耦接至光程，以使得光栗辐射与传播方向同向传播。
[0046]优选地，光栗包括第二光親合器，该第二光親合器沿着光程放置在第三掺铒光纤的下游并且被配置为用于将光源耦接至光程，以使得光栗辐射与传播方向对向传播。
[0047]优选地，光栗包括分光器，该分光器具有光学连接至光源的输入端口和分别光学连接至第一光親合器和第二光親合器的第一输出端口和第二输出端口，从而使光源光学连接至第一光親合器和第二光親合器。
[0048]优选地，光源包括并行配置的两个激光栗，更优选地，两个激光栗连