专利名称：光放大器及其方法
技术领域：
本发明涉及WDM(波分复用)系统，特别涉及光放大器及其方法。
波分复用(WDM)方法利用不同波长的光束同时传输多个信道以进行光通信。
波分复用(WDM)光通信网络包括发射器，其用于将数据转换成光信号并发送；光传输信道，其用于将光信号传输到接收侧；接收器，其用于将光信号恢复成原始数据。数据可以是音频信号、视频信号或数字数据。
当在光通信网络中进行光信号的长距离通信时，光信号将逐渐减弱，例如，由于光传输信道周围的噪声。
因此，为了补偿通过光传输信道传输的光信号的传输损耗，可将光放大器安装在光传输信道中。在光放大器中，通常使用将掺有稀土元素的光纤作为光波导管来放大光线的掺稀土光放大器。
在WDM系统中，C波段和L波段是光纤的最低损耗波长段。C波段传输利用1550nm波段的上下15nm带宽，L波段利用1590nm波段的上下15nm带宽。在掺稀土元素的光纤放大器中，掺铒光纤放大器(EDFA)可放大C波段和L波段的光，其是最低损耗波长段。
图1显示的是WDM光通信网络中的现有光放大器的结构图。如图1所示，现有光放大器包括EDFA 10，其用于放大输入的光信号；增益展平滤波器20，其用于展平在EDFA 10中放大的输入光信号的增益；泵浦激光二极管(PLD)30，用于输出泵浦激光信号，为放大增益展平滤波器20输出的光信号而提供光能量；耦合器40，用于组合增益展平滤波器20输出的光信号和PLD 30输出的泵浦光信号；隔离器50，用于接收耦合器40输出的光信号，在一个方向将之输出，消除增益展平中修掉的部分光信号，并消除光放大中产生的噪声(例如放大自发辐射(ASE))。
EDFA 10包括隔离器11，其用于在一个方向上传输输入光信号；PLD 12，其用于输出泵浦光信号，为放大隔离器11输出的输入光信号而提供光能量；耦合器13，其用于通过WDM方法，组合隔离器11输出的输入光信号和泵浦激光二极管12输出的泵浦光信号；掺铒光纤(EDF)，其用于利用泵浦光信号放大输入光信号。
下面将说明现有光放大器的操作。当施加了输入光信号时，EDFA10的隔离器11在一个方向上将输入光信号传输到耦合器13。PLD 12输出泵浦光信号，为放大输入光信号而提供光能量。
耦合器13通过WDM方法，组合通过隔离器11的输入光信号和泵浦光信号。EDF 14利用通过耦合器13的泵浦光信号而放大输入光信号。
EDF 14具有作为波长的函数而变化的增益特性。具体地，如图2所示，EDFA 10的放大增益特性是短波段(1520nm-1570nm)具有较高增益，长波段(1570nm-1620nm)具有较低增益。
在包括EDFA 10的WDM系统中，当光信号的波长变化时，光放大率、SNR(信噪比)和传输质量也将变化。结果，WDM系统的接收侧将面临灵敏度调整、噪声处理和电平调整的问题，其导致整个系统性能的降低。
为了解决上述问题，使用增益展平滤波器20来展平EDFA 10提供的增益。更具体地，增益展平滤波器20降低EDFA 10中放大的所有输出信号的放大倍数(增益)，来匹配最低输出信号的放大电平。增益展平滤波器20通过修掉输出信号中任何高于最低输出信号的部分来完成此工作。
隔离器50输出在增益展平滤波器20中经过滤波的输出光信号，吸收/消除增益展平中修掉的部分光信号，以及由EDFA 10提供的光放大而产生的自发辐射光。
如上所述，基于具有最低放大电平的波长，现有的光放大器消除高于最低放大电平的光信号。结果，放大器的放大效率降低了。
另外，使用C波段和L波段光信号的WDM系统包括C波段和L波段光信号放大器。由于C波段和L波段光信号放大器分别包括用于提供泵浦光信号的光元件，在现有WDM系统中很难减小光元件的数量。
引入以上的参考资料以帮助更好地理解附加或可选的细节、特征和/或技术背景。
因此，本发明的一个目的是在WDM系统中提供一种光放大器及其方法，其可提高光放大效率。
本发明的另一个目的是提供一种光放大器及其方法，其利用增益展平滤波器滤掉的部分C波段光信号作为泵浦光信号而放大L波段光信号，从而能够在包括C波段和L波段光信号放大器的WDM系统中减少光元件的数量，并提高放大效率。
本发明的另一个目的是提供一种光放大器及其方法，其利用增益展平滤波器滤掉的部分第一WDM光信号作为泵浦光信号而放大第二WDM光信号，从而能够在包括第一和第二WDM光信号放大器的WDM系统中减少光元件的数量，并提高放大效率。
为了全部或部分地实现这些优点，提供了一种光放大器，包括第一掺铒光纤放大器(EDFA)，其用于放大第一输入光信号；增益展平滤波器，其用于展平第一EDFA对第一输入光信号的增益，并输出作为增益展平的结果而反射的光；第二EDFA，其用于放大增益展平滤波器展平的光信号；耦合器，其用于耦合反射光和第二输入光信号；第三EDFA，其利用耦合器输出的反射光作为第一泵浦光信号来放大第二输入光信号。
为了全部或部分地实现这些优点，进一步提供了一种光放大器，包括第一C波段掺铒光纤放大器(EDFA)，用于放大C波段输入光信号；增益展平滤波器，其用于展平放大的C波段输入光信号的增益，并输出放大的C波段输入光信号的滤除部分，以及在第一C波段EDFA中由C波段输入光信号的放大而产生的自发辐射光；第二C波段EDFA，其用于进一步放大已放大并展平的C波段输入光信号；第一耦合器，其用于耦合L波段输入光信号、放大的C波段输入光信号的滤除部分和自发辐射光；L波段EDFA，其将放大的C波段输入光信号的滤除部分和自发辐射光作为第一泵浦光信号来放大L波段输入光信号。
为了全部或部分地实现这些优点，进一步提供了一种光放大器，包括增益展平滤波器，其用于展平光放大的第一输入光信号的增益，并输出在增益展平过程中反射的光；耦合器，其用于耦合反射光和第二输入光信号；掺稀土元素的光纤放大器，其利用反射光作为第一泵浦光信号来放大第二输入光信号。
为了全部或部分地实现这些优点，进一步提供了一种放大L波段光信号的方法，其步骤包括放大C波段光信号；展平放大的C波段输入光信号的增益，并输出增益展平过程中的自发-辐射光；耦合L波段输入光信号和自发辐射光；利用自发辐射光作为第一泵浦光信号来放大L波段输入光信号。
为了全部或部分地实现这些优点，进一步提供了一种光放大器，包括增益展平滤波器，其通过滤除掉放大的第一输入光信号的一部分而展平光放大的第一输入光信号的增益；在光通信中带有增益展平滤波器的放大器，其利用已光放大的第一输入光信号的滤除部分作为光泵，放大第二输入光信号。
为了全部或部分地实现这些优点，进一步提供了一种放大第一光信号的方法，其步骤包括放大第二光信号；通过滤除已经放大的第二光信号的一部分，对放大的第二光信号进行增益展平；利用已放大的第二光信号的滤除部分作为光泵来放大第一光信号。
本发明的其它优点、目的和特征其一部分将在以下的说明书中进行阐述，其余部分则本领域的技术人员经过对以下内容的检验后会变得明了，或者通过实施本发明而体验到。可以实现和达到如所附的权利要求书具体指出的本发明的目的和优点。
优选实施例详述现在将参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。图3显示的是根据本发明的一个优选实施例，光放大器结构的方框图。如图3所示，本发明的光放大器包括第一C波段EDFA 100，其为了降低噪声系数(NF)而放大C波段输入光信号；增益展平滤波器200，其用于展平第一C波段EDFA 100中放大的输入光信号的增益，并输出由增益展平滤波器200滤除掉的光信号部分220作为增益展平的结果；第二C波段EDFA 300，其用于放大由增益展平滤波器200增益展平的光信号210，并因此调节增益大小；第一耦合器400，其优选地利用WDM方法，耦合从增益展平滤波器200输出的被滤除的部分输入光信号220和L波段输入光信号；L波段EDFA 500，其利用第一耦合器400输出的滤除掉的部分输入光信号220作为第一泵浦光信号，放大L波段输入光信号。被滤除的部分输入光信号220包括通过增益展平而展平的光信号，也包括光放大过程中产生的自发辐射光。
第一、第二C波段EDFA 100、300和L波段EDFA 500与图1所示的EDFA 10具有同样的结构。具体地，第一、第二C波段EDFA100、300分别包括隔离器，其用于在一个方向输出C波段输入光信号；PLD，其用于输出第二泵浦光信号，为放大从隔离器输出的输入光信号而提供所需光能量；第二耦合器，其优选地利用WDM方法，耦合从隔离器输出的C波段输入光信号和从PLD输出的第二泵浦光信号；掺铒光纤(EDF)，其用于利用第二泵浦光信号放大C波段输入光信号。
L波段EDFA 500包括隔离器，其用于在一个方向输出L波段输入光信号；PLD，其用于输出第三泵浦光信号，为放大从隔离器输出的输入光信号而提供所需光能量；第三耦合器，其优选地利用WDM方法，耦合从隔离器输出的C波段输入光信号和从PLD输出的第三泵浦光信号；EDF，其利用第三泵浦光信号放大L波段输入光信号。
下面将说明本发明中光放大器的操作。当本发明的光放大器接收到C波段输入光信号时，第一C波段EDFA 100放大C波段输入光信号以降低NF。第一C波段EDFA 100的操作和图1所示的EDFA 100一样，在此不再说明。
如图2所示，EDFA 100的放大增益特性是短波段(1520nm-1570nm)具有较高增益，长波段(1570nm-1620nm)具有较低增益。另外，第一C波段EDFA 100的放大增益特性是1530nm波段的增益大于1550nm波段的增益。
因此，当光信号的波长变化时，光放大率、SNR和传输质量都将变化。结果，WDM系统的接收侧将面临灵敏度调整、噪声处理和电平调整的问题，其导致整个系统性能的降低。为了解决这些放大增益特性问题，使用了增益展平滤波器200。
为了展平在第一C波段EDFA 100中放大的C波段输入光信号的增益，增益展平滤波器200在C波段输入光信号中滤除掉能量高于具有最低放大率的C波段输入光信号的所有部分。在优选实施例中，增益展平滤波器200通过滤除高于1540nm放大电平的放大电平，从而展平从第一C波段EDFA 100中输出的C波段输入光信号的增益。
增益展平滤波器200将具有平直增益曲线的C波段光信号210输出到第二C波段EDFA 300，并输出由增益展平滤除的部分信号220。增益展平滤波器200典型性地通过反射滤除光信号。这样，滤除部分220通常是由增益展平滤波器200反射的部分。第二C波段EDFA 300放大从增益展平滤波器200输出的C波段输入光信号210。
第一耦合器400优选地利用WDM方法，接收L波段输入光信号和从增益展平滤波器200输出的滤除部分220，将之耦合，并将耦合后的信号输出到L波段EDFA 500。L波段EDFA 500利用第一耦合器400输出的滤除部分220作为泵浦光信号，放大从第一耦合器400输出的L波段输入光信号。
如上所述，本发明的光放大器利用由C波段光放大器的增益展平滤波器200优选地通过反射而滤除的部分光信号220作为L波段光放大器500的泵浦光信号。
如上所述，在根据本发明的光放大器及其方法中，在包括第一、第二波段光信号放大器的WDM光放大系统中，利用由增益展平滤波器滤除的第一波段(例如C波段)的部分光信号作为泵浦光信号而放大第二波段(例如L波段)的光信号，从而可以提高第二波段光信号放大器的光放大效率，并利用滤除的部分光信号作为光泵而提高能量利用效率。
另外，在本发明中并不需要为放大第二波段光信号而提供泵浦光信号的光元件，例如PLD等，这样减少了所需光元件的数量。
上述的实施例和优点仅仅是示例性的，并不构成对本发明的限定。本发明的教导可以容易地应用于其它类型的设备。本发明的说明书仅是说明性的，它并不限制权利要求的范围。对于本领域技术人员显然可以有各种替换、改进和变化。在权利要求书中，装置加功能的语句旨在涵盖实现所述功能的结构，其不仅是结构等同，也包括同等的结构。
权利要求
1.一种光放大器，包括第一掺铒光纤放大器(EDFA)，用于放大第一输入光信号；增益展平滤波器，用于展平第一EDFA对第一输入光信号的增益，并输出作为增益展平的结果而反射的光；第二EDFA，用于放大由增益展平滤波器进行了增益展平的光信号；耦合器，用于耦合所述的反射光和第二输入光信号；以及第三EDFA，利用耦合器输出的反射光作为第一泵浦光信号来放大第二输入光信号。
2.根据权利要求1所述的光放大器，其中反射光包括通过增益展平而滤除的部分第一输入光信号，以及在第一EDFA中由第一输入光信号的光放大而产生的自发辐射光。
3.根据权利要求1所述的光放大器，其中第一输入光信号包括C波段波分复用(WDM)光信号，第二输入光信号包括L波段WDM光信号。
4.根据权利要求1所述的光放大器，其中第一和第二EDFA分别包括隔离器，用于在一个方向上传输第一输入光信号；泵浦激光二极管(PLD)，用于输出第二泵浦光信号；耦合器，用于耦合从隔离器输出的第一输入光信号和从PLD输出的第二泵浦光信号；以及掺铒光纤(EDF)，用于利用第二泵浦光信号放大第一输入光信号。
5.根据权利要求1所述的光放大器，其中第三EDFA包括隔离器，用于在一个方向上传输第二输入光信号；泵浦激光二极管(PLD)，用于输出第三泵浦光信号；耦合器，用于耦合从隔离器输出的第二输入光信号和从PLD输出的第三泵浦光信号；以及掺铒光纤(EDF)，用于利用第三泵浦光信号放大第二输入光信号。
6.一种光放大器，包括第一C波段掺铒光纤放大器(EDFA)，用于放大C波段输入光信号；增益展平滤波器，用于展平放大的C波段输入光信号的增益，并输出放大的C波段输入光信号的滤除部分，以及在第一C波段EDFA中由C波段输入光信号的放大而产生的自发辐射光；第二C波段EDFA，用于进一步放大已经过放大和增益展平的C波段输入光信号；第一耦合器，用于耦合L波段输入光信号、放大的C波段输入光信号的滤除部分和自发辐射光；以及L波段EDFA，利用放大的C波段输入光信号的滤除部分和自发辐射光作为第一泵浦光信号来放大L波段输入光信号。
7.根据权利要求6所述的光放大器，其中第一和第二C波段EDFA分别包括隔离器，用于在一个方向上传输C波段输入光信号；泵浦激光二极管(PLD)，用于输出第二泵浦光信号；第二耦合器，用于耦合从隔离器输出的C波段输入光信号和从PLD输出的第二泵浦光信号；以及掺铒光纤(EDF)，利用第二泵浦光信号来放大C波段输入光信号。
8.根据权利要求6所述的光放大器，其中L波段EDFA包括隔离器，用于在一个方向上传输L波段输入光信号；泵浦激光二极管(PLD)，用于输出第三泵浦光信号；第三耦合器，用于耦合从隔离器输出的L波段输入光信号和从PLD输出的第三泵浦光信号；以及掺铒光纤(EDF)，利用第三泵浦光信号放大L波段输入光信号。
9.一种光放大器，包括增益展平滤波器，用于展平光放大的第一输入光信号的增益，并输出在增益展平过程中反射的光；耦合器，用于耦合反射光和第二输入光信号；以及掺稀土元素的光纤放大器，利用反射光作为第一泵浦光信号而放大第二输入光信号。
10.根据权利要求9所述的光放大器，其中反射光包括通过增益展平而滤除的部分已光放大的第一输入光信号，以及由光放大而产生的自发辐射光。
11.根据权利要求9所述的光放大器，其中第一输入光信号包括C波段波分复用(WDM)光信号，第二输入光信号包括L波段WDM光信号。
12.根据权利要求9所述的光放大器，其中掺稀土元素的光纤放大器包括隔离器，用于在一个方向上传输第二输入光信号；泵浦激光二极管(PLD)，用于输出第二泵浦光信号；耦合器，用于耦合从隔离器输出的第二输入光信号和从PLD输出的第二泵浦光信号；以及掺铒光纤，利用第二泵浦光信号放大第二输入光信号。
13.一种放大L波段光信号的方法，包括放大C波段光信号；展平放大的C波段输入光信号的增益，并输出在增益展平过程中反射的光；耦合L波段输入光信号和所述的反射光；以及利用所述的反射光作为泵浦光信号而放大L波段输入光信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其中反射光包括由增益展平而滤除的部分已光放大的C波段输入光信号，以及由光放大而产生的自发辐射光。
15.一种光放大器，包括增益展平滤波器，通过滤除部分已光放大的第一输入光信号而对光放大的第一输入光信号进行增益展平；以及放大器，与增益展平滤波器进行光通讯，利用经过光放大的第一输入光信号的滤除部分作为光泵而放大第二输入光信号。
16.根据权利要求15所述的光放大器，其中增益展平滤波器通过反射而滤除部分已光放大的第一输入光信号。
17.根据权利要求15所述的光放大器，其中放大的第一输入光信号包括C波段光信号，第二输入光信号包括L波段光信号。
18.根据权利要求15所述的光放大器，其中放大器包括掺铒光纤。
19.根据权利要求15所述的光放大器，进一步包括耦合器，用于耦合经过光放大的第一输入光信号的滤除部分和第二输入光信号，并将耦合后的信号输出到放大器。
20.一种光通信系统，包括权利要求15所述的光放大器，
21.一种放大第一光信号的方法，包括放大第二光信号；通过滤除经过放大的第二光信号中的一部分，对放大的第二光信号进行增益展平；以及利用放大的第二光信号的滤除部分作为光泵而放大第一光信号。
22.根据权利要求21所述的方法，其中第一光信号包括L波段光信号，第二光信号包括C波段光信号。
23.根据权利要求21所述的方法，其中通过光反射而滤除一部分经放大的第一输入光信号。
全文摘要
在本发明的光放大器及其方法中，特别是在利用C波段和L波段光信号的波分复用(WDM)系统中，通过将增益展平中滤除掉的部分C波段光信号作为泵浦光信号来放大L波段光信号，从而不再需要现有系统中所需的为L波段光信号提供泵浦光信号的光元件。因此，本发明减少了所需光元件的数量。另外，通过利用增益展平中滤除的部分C波段光信号，能量利用效率也得以提高。
文档编号H01S3/067GK1430096SQ0215937
公开日2003年7月16日 申请日期2002年12月26日 优先权日2001年12月28日
发明者李文燮 申请人:Lg电子株式会社