专利名称：具有与功率有关反馈的光放大器的制作方法
背景技术：
1.发明领域本发明一般地涉及光纤WDM传输系统和系统中使用的光放大器，尤其涉及一种光反馈激光谐振腔(OFRC)，该激光谐振腔包括用于光增益控制(OGC)或光功率控制(OPC)的损耗与功率相关的元件(PDLE)，还涉及一种用于实现这类控制的方法，该方法在添加/去除放大波长的多路复用(WADM)传输节点中特别有用，尽管不受如此局限。
2.技术背景波分多路复用已被证明是一种可以增加现有光纤网络容量的技术。典型的WDM系统使用多个光信号信道，每个信道分配有一个特定的波长或波长带。在一个WDM系统中，多个光信号信道经产生和多路复用可以形成一个由各光信号信道组成并在单个波导上传输的光信号，而多个光信号信道经去多路复用可以使每个信道单独通向一指定的接收机。在诸如掺铒光纤放大器(EDFA)等光放大器中，可以同时放大多个光信道，以便将WMD系统用于长距离传输。
例如，在WMD通信网的节点处使用添加/去除多路复用器，用以从多路复用的流中抽取出一个或多个信道，而让剩余的信道按原样通过到达下一个节点，还用以将一新的传输信道添加到多路复用的流中。此类装置的另一种应用是，为可改装光学网络的节点选择路由，即当通信量状况改变时改变某些信息流的方向，或者改变信息流的方法，以便克服节点下游的故障。
如
图1所示意示出的，传统的WADM节点120由增益受控的输入和输出放大器121和123、一对1×N和N×1多路复用器/去多路复用器125和127，以及添加/去除开关阵列129组成。在本文中，将这种类型的WADM称为1×N×1节点，因为它只有单个输入放大器和单个输出放大器，这两个放大器都可能是增益平坦的且增益受控的放大器。波长添加/去除多路复用技术允许从不同网络获得信号，或者允许信号传输通过不同的路径。但是，其结果是，经过每个添加/去除开关的每信道功率都会明显改变，假定改变YdB。一种用于均衡每个节点输出端信道功率的方法是，监测每一信道功率，并在每个信道通路中使用一可变光衰减器(VOA)131，以保持信道功率不变。但是，由于VOA具有响应速度慢的特性，所以信道添加的设置时间会随着所用的VOA技术从毫秒级变化到几秒。尽管VOA的响应时间目前不成问题(因为认为切换信道会有一些通信中断)，但在要求保护续存信道的输出放大器中存在较大的泵功率损失。例如，带有反馈控制的VOA必须使信道功率相同，其中如上所述，信道功率可能在各信道之间改变YdB值(即，改变线性标度的10(Y/10)倍)。为了在同时添加N-1个信道的最坏情况下保护信号(这时所有信道都具有YdB的超额功率)，在VOA能够响应之前，输出放大器的泵功率需要支持(10(Y/10)×(N-1))+1个信道的功率。换句话说，用于保护续存信道的泵功率损失几乎为YdB，如果N很大的话。
为解决此问题提出的一种方法是如图2所示，用多个多个平行的功率均衡放大器(PEA)来代替具有1×N×1结构的VOA和输出放大器，形成本文称作的1×N×N结构，因为有N个光学控制输出端。每个PEA都设计工作在饱和状态，并且基本上与输入功率无关。模拟结果表明，对于6dB的输入功率差，这些PEA的输出功率可以只相差0.5dB，并且实验证明相差1dB。尽管由于此种方法从系统中去除了VOA和复杂的输出放大器，并且用一个共享泵激源代替了每个PEA的分立泵激二极管而节约了成本，但已经认识到需要对每个平行放大器进行瞬态(当添加/去除信道时)功率控制。如果没有这种控制，那么当去除一条信道时，放大器的反转会较高，并且当把另一条信道添加回该放大器中时，会出现较大的瞬态功率尖峰。沿放大器链反复放大此瞬态尖峰会导致部件损坏或者更大的、用于保护续存信道的泵功率损失。但是，由于这些并行放大器共享泵资源，所以用诸如调节泵功率等传统电气控制方法不易实现个别的瞬态控制。
解决此问题的一种方法是，在每个PEA中包含一个光反馈激光谐振腔(OFRC)，以便将瞬态控制分别施加于这些并行放大器，即使它们共享泵资源。为了控制PEA的功率瞬态，如此构造OFRC，使得当从PEA去除一信号信道时，光功率控制(OPC)激光器接通(发出激光)。理想情况下，当在PEA中出现一信号信道时，OPC激光器断开(停止发出激光)，这样只有此信号信道会使PEA饱和，并且该信号信道提取了由泵源提供的所有可用能量。但是，由于在诸信道信号之间可能存在YdB的功率变化，所以OPC激光器必须由具有最低可能信道功率的信号信道来切断。为了获得此工作条件，OFRC的腔损耗必须很高。但是，当激光器接通时，较高的损耗会产生较低的OPC激光功率，并且由此产生较高的放大器反转。因此，如果将功率较大的信号信道加入高反转的、由低功率OPC激光器饱和的PEA中，那么由于该高反转会出现瞬态功率尖峰。为了消除该瞬态尖峰，OFRC要求较低的腔损耗和较高的OPC激光功率。这是OFRC中要求具有较高损耗和较低损耗的一对矛盾。
除了如上所述要对PEA进行瞬态功率控制之外，还要对图1和图2所示的WDM输入放大器进行增益控制，以降低稳态(DC)增益误差。用于在WDM光放大器中实现这种控制的一种普通技术包括用诸如光增益控制(OGC)激光腔等OFRC来构造每个放大器。众所周知，对于这种结构，光增益必须等于激光发射波长处的被动损耗。因此，对于均匀介质，一旦增益固定在任何特定波长上，那么就锁定了在一给定光谱内所有波长上的光增益。因此，一旦确定了在该波长上的OGC激光波长和被动损耗，便确定了放大器的增益谱。
当前，本领域的熟练技术人员应该理解，掺铒光纤(EDF)不是用于光放大的纯均匀介质，它具有一定程度的不均匀性。此情形产生了光谱烧孔现象。例如，当通过去除信道或增加泵功率而增加OGC激光功率时，激光发射波长处的光谱孔变得更深，并且导致在信号带中产生稳态(DC)增益误差。图3(a)对此作了例示。因此，需要解决当添加或去除信号或者改变泵功率时由OGC激光器造成光谱烧孔而产生的增益误差问题，发明内容本发明的一个实施例是一种光放大器，它包括增益介质；泵源，它与增益介质耦连，用于激发增益介质；光反馈激光谐振腔(OFRC)，它与增益介质耦连；和与功率有关的损耗元件(PDLE)，它位于OFRC内，当入射激光功率增大时，其损耗降低。当WDM放大器或单信道放大器处于动态变化的放大器输入条件下时，依照本发明具有PDLE的ORFC为WDM放大器提供光增益控制(OGC)，为单信道放大器提供光功率控制(OPC)。在本发明的一个较佳方面，PDLE是诸如可饱和吸收器等无源装置。可饱和吸收器可以是一段掺稀土光纤，并且较好的是掺铒光纤。在另一方面，PDLE可以是诸如光强调节器等有源装置，即声光调制器或电光调制器，具有反馈控制。较佳的OFRC是环形腔，或者是线状腔。用于将OFRC与放大器耦合的OFRC结构及相关部件基本上决定了激光器的激光发射波长。例如，环形腔最好通过两个波长选择耦合器与放大器耦合，其中波长选择耦合器传送信号带波长，并将OGC激光器或OPC激光器的波长带耦合到反馈腔中。同样，线状腔最好将一光栅结构用作腔端反射器/发射器，使反射光对应于激光发射波长，而使发射光对应于信号带波长。放大器最好是EDFA，但作为替代也可以是半导体放大器、Raman放大器、Brillouin放大器或其它类型的工作在传统或扩展光带宽内的放大器。
在另一个实施例中，波长添加/去除多路复用(WADM)的放大光传输节点包括Min×Nout端口去多路复用器，Min≥1，Nout＞1，用于将具有波长范围Δλin的光信号去复用成N个光信号，其中每个光信号具有一个离散的波长λi(i＝1至N)，或者每个光信号具有一个波长范围Δλj(j＝1至N-1)；N条添加/去除信号传播路径每一个都在其一端与Nout端口耦连，其中每条信号传播路径都包括一个具有增益介质的光放大器；和Nin×Zout多路复用器，Zout≥1，用于多路复用Nin个光信号中的至少一些信号，与N条添加/去除信号传播路径中的另一端耦合，并且其特征是，N个光放大器都包括一个与其各自增益介质耦合的光反馈激光谐振腔(OFRC)，并且还包括一个与功率有关的损耗元件(PDLE)，当输入PDLE的激光强度增大时其损耗降低，反之亦然。
如上所述关于光放大器的实施例，较佳的OGC或OPC激光腔是环形腔，或者是线状腔，并且激光发射波长基本上由耦合波长决定。例如，环形腔最好通过两个波长选择耦合器与放大器耦合，其中波长选择耦合器传送信号带波长，并耦合激光器波长。同样，线状腔最好将一光栅结构用作腔端反射器/发射器，使反射光对应于激光发射波长，而使发射光对应于信号带波长。在该实施例的一个较佳方面，PDLE再次是诸如可饱和吸收器等无源装置。可饱和吸收器可以是一段掺稀土光纤，并且较好的是掺铒光纤。在另一方面，PDLE同样可以是诸如光强调节器等有源装置，即声光调制器或电光调制器，具有反馈控制。
在本发明的另一实施例中，一种用于控制单信号光放大器中瞬态功率变化或者用于降低WDM光放大器中DC增益误差的方法，其中所述放大器在其输入端处于动态可变的工作条件，并且包括一个与放大器增益介质耦合的OFRC，放大器的输出功率动态地依赖于工作条件，所述方法包括以下步骤当OFRC的输出功率增大时降低OFRC的腔损耗或者反之亦然，从而动态改变放大器增益介质的反转，以降低放大器中增益或功率的变化。
本文描述的发明提供了一种关于改进型光增益或功率控制的装置和方法。已很好地认识到了光控制相比于电控制的优点，这些优点包括无源的(即，基本上与增益纹波、信号输入功率和泵功率无关)和独立的特征。本发明特别适用于WADM应用，以及孤立子传播系统，在这些应用中，精确的信道功率是很重要的，并且通过在每个1×N×N节点处对功率“重新均衡”而获得益处。由于在每个1×N×N节点处在PEA之后对信道功率重新均衡，致使输出功率与输入功率无关，所以增益纹波不会沿放大器链积累。
以下的详细描述将提出本发明的其它特征和优点，其部分通过描述很容易为本领域的熟练技术人员所清楚，或者通过实施本文所述的本发明，包括以下详细描述、权利要求书和附图，为技术人员所认识。
应该理解，上述的一般描述和下面的详细说明仅为本发明的示例内容，它们试图为理解本发明要求的特征与特点提供一种概况或框架。
附图用于进一步理解本发明，它包括在说明书中，并构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的各种实施例，并与文字说明一起解释本发明的原理与工作状况。
附图概述图1是一示意图，示出了传统的、具有单个输入和输出放大器的1×N×1WADM节点；图2是一示意图，示出了传统的、具有并行功率均衡放大器(PEA)和共享泵的1×N×N WADM节点；图3(a)是一曲线图，示出了依照本发明在没有PDLE的情况下对于不同信号信道数的两条增益-波长曲线；图3(b)是一曲线图，示出了依照本发明在具有PDLE的情况下对于不同信号信道数的两条增益-波长曲线；图4是一示意图，示出了依照本发明一实施例的具有OFRC的放大器，其中OFRC包括一PDLE；图5示出了与功率有关的损耗对输入激光功率的关系，此关系针对于依照本发明一实施例的PDLE，而输入激光功率来自于OGC激光器；图6示出了依照本发明一实施例，当固定OGC腔损耗(只对VOA)并且OGC腔包含PDLE时，由OGC放大器放大的光信号的两组增益对波长的数据点；
图7示出了依照本发明一实施例在放大器具有固定损耗并在OGC腔中具有PDLE的情况下，当分别去除7个信道和1个信道时，关于由OGC放大器放大的8个光信号信道的增益误差对波长的关系；图8具有两条比较曲线，示出了当依照本发明对具有或没有PDLE的OGC放大器去除和添加剩余信道时，1533nm信号信道的瞬态增益误差对时间的关系；图9具有三条比较曲线，示出了当对PEA添加功率为-6dBm的1557.2nm信道时，在不受控制、用固定损耗进行光反馈控制，以及用OFRC中的PDLE进行光反馈控制的情况下，单信道放大器(PEA)的输出功率与时间的关系。
较佳实施例的详细描述现在详细参照本发明目前较佳的实施例，附图对此作了例示。在任何可能的地方，附图中相同的标号始终表示相同或相似的部件。图4示出了本发明光放大器的一个例示性实施例，并一般始终用标号10表示。
在描述本发明之前，先参照两种本文描述的光控制，即光功率控制(OPC)和光增益控制(OGC)，以弄明白根本的物理原理，这将有助于读者理解本发明及其许多特征。光功率控制本文使用的功率均衡放大器(PEA)是工作于饱和状态下的单光信号信道放大器，它不同于WDM放大器(以下在光增益控制中将对此描述)。当去除该信号信道时，PEA中不再有任何饱和信号，结果PEA的反转会相对较高。如果随后在此高反转状态下通过输入放大器添加一信号信道，那么将出现一瞬态功率尖峰，大家知道这是有害的。通过光反馈谐振腔(OFRC)进行光功率控制的想法是，当去除信号时“接通”OPC激光器，致使OPC激光器的功率增加，从而调节放大器的反转。“接通”OPC激光器可以通过控制光反馈腔中的损耗来实现。如果在去信号状态下OPC激光器波长处的放大器增益大于光反馈腔的损耗，那么当去除该信号时OPC激光器将接通(发射激光)，并且降低放大器增益，使其值等于腔损耗。然后，OPC激光器使放大器饱和，并调节放大器反转。理想情况下，当对放大器添加一信号信道时，OPC激光器将“关断”；否则，OPC激光器抽取泵源提供的部分能量，并且废除了只通过该信号使PEA饱和的功率均衡思想。另外，由于信号功率可以改变例如YdB因子，所以在添加具有最低可能信道功率的信号信道时关断OPC激光器是很重要的。这可以通过在光反馈腔中设置一个固定(较高的)损耗来实现。在OPC激光器波长处，损耗必须大于由最小可能信号功率饱和的放大器的增益，致使当该信号出现时，OPC激光器停止发射激光。但是，较高的腔损耗意味着当去除信号时会出现较低的OPC激光功率和较高的放大器反转。假如增加的信道有较高的功率，那么由于高的放大器反转会产生瞬态功率尖峰。为了降低瞬态功率尖峰，必须降低光反馈腔中的固定损耗。如果腔损耗固定，那么就存在具有高或低光反馈腔损耗的矛盾。
本发明解决了此矛盾，其方法是如本文所述将一PDLE并入光反馈激光腔内。当信号出现时，OPC激光功率因能量转换而降低。结果，来自PDLE的腔内损耗增加。在光反馈腔内增加的、与功率相关的损耗进一步降低OPC激光功率。于是，在PDLE和OPC激光功率之间的反馈作用将OPC激光器关断。利用PDLE，可以用较弱的信号功率关断OPC激光器。换句话说，当去除信号时，放大器反转(放大器增益)和放大的自发发射(ASE)增加。当围绕波长选择部件之中心波长的更多ASE被馈送到腔内并送达PDLE时，PDLE的损耗降低。因此，腔损耗降低，导致更多的腔内反馈，并增加了馈送到腔内的ASE的强度。最后，与功率有关的损耗变得足够低，致使OPC激光器接通，并且OPC激光器驱动PDLE，使之达到较低的损耗状态。利用本发明的PDLE，一旦OPC激光器接通并且增益介质具有较低的反转，腔便具有较低的损耗。另外，当OPC激光器接通时，放大器反转可以与由最高可能添加信号功率所饱和的反转相比拟。因此，降低了因添加高功率信号而产生的瞬态功率尖峰。光增益控制一般来说，EDFA工作于饱和状态。因此，多信道(WDM)EDFA的增益谱随诸如输入功率或泵功率等放大器输入条件的变化而变化。此特征与其它特征一起会导致增益偏移，大家知道这是有害的。通过光反馈谐振腔(OFRC)进行光增益控制(OGC)的想法是，当输入条件改变时，动态改变OGC激光器的功率，以便补偿所产生的增益偏移。但是，由于铒增益介质是非均匀的，所以OGC激光器会在增益谱的OGC激光发射波长处烧一个光谱孔。结果，例如当通过去除信道或增加泵功率而增加OGC激光器的功率时，激光发射波长处的光谱孔变深。如果固定激光腔损耗，那么必须增大受泵激的铒增益介质的反转，以便将光谱孔底部的光增益保持为等于光损耗的一个值。因此，信道上正被放大的增益增加，产生一DC增益误差。图3(a)(腔内没有PDLE)示出了该情况。相反，如图3(b)所示，当在激光腔内包含本发明的PDLE致使腔损耗随入射OGC激光光强增加而降低时，与功率有关的损耗会减小放大器反转，并补偿增大反转的作用，因此反转是由OGC激光器进行光谱烧孔而产生的。因此，降低了DC增益误差。
参照图4，本发明的光纤放大器10包括一段掺铒光纤(EDF)12形式的增益介质，掺铒光纤12与放大器的输入端14和输出端16耦合。光反馈激光谐振腔(OFRC)30最好呈环腔形式，通过分别位于EDF12下游和上游的波长选择耦合器24和26与放大器相连。进出耦合器24和26的耦合波长基本上决定了OFRC30的激光器波长。光隔离器28最好确定激光器信号的方向(OGC激光器或OPC激光器的方向)，如图所示，激光器信号沿顺时针方向与输入信号同向传播。用于激励EDF增益介质的泵源18通过耦合器20与EDF12的输入端耦合，其中耦合器20最好是WDM耦合器。泵源18最好是980nm或1480nm激光器二极管。图4所示的结构可以共同传播信号和泵(在图4中，从左到右)；但是，应该理解，还可以将泵源18安排在EDF12之输出端的附近，使其相对信号作反向传播。另一种方法是，如本领域众所周知的，放大器10使用侧激励(side excitation)或包层泵激(cladding pumping)。在图4所示的例示性实施例中，可变光衰减器(VOA)32和与功率有关的损耗元件(PDLE)34一起位于OFRC30内，PDLE34与VOA32串接。
依照本发明，PDLE34的特征是，随着来自OGC激光器或OPC激光器的入射光强的增大，其损耗值(以至腔损耗)降低。图5对此作了图示，概要显示出了PDLE34中的功率有关的损耗特性。如图所示，当PDLE的入射光强增大时，PDLE的损耗非线性减小。在一较佳实施例中，PDLE是一个无源结构，诸如可饱和的吸收器。本领域的熟练技术人员应该理解，EDF非常适用于本应用，因为电子动态发生在I13/2态和基态之间。最好，可饱和吸收器是一段具有较短I13/2态铒离子寿命的EDF12，寿命小于1ms。诸如染料或半导体可饱和吸收器等其它可饱和吸收器也是合适的。在另一个实施例中，PDLE34是一个用于调制激光强度的有源器件，诸如声光调制器，它利用反馈控制根据放大器的负载状态动态调节腔损耗。
依照本发明，将几何形状为环形的OFRC30与PDLE34相结合，此做法分别有效地为WDM放大器或PEA提供了光增益控制(OGC)或光功率控制(OPC)。但是，应该理解，一种替代结构可以包括线性几何形状的OFRC(未图示)，它具有合适的端部反射器，诸如反射镜、光栅、滤光器或其它合适的部件。
尽管将泵源18与EDF12结合可以在1500nm电信窗口中提供一种信号放大介质(约1520-1565nm的C带，和约1565-1625nm的L带)，但是本发明不限于此；而是，如本领域的熟练技术人员所理解的，可以使用任何合适的光谱适宜的增益介质。例子包括具有电流泵源或掺不同稀土波导的半导体光放大器，其中所述波导可以由玻璃、玻璃陶瓷、混合物，或者其它具有合适激励源的成份或形式构成。
以下参照图4描述本发明的一个例示性的OGC实施例。图4示出了一个带OFRC30的EDFA10，其中OFRC30包括一个与功率有关的损耗元件34。PDLE34是1米长的EDF12，它具有如图5所示的与功率有关的损耗特性。VOA32设置在8.3dB，在激光发射波长1527nm处为激光腔30提供固定损耗，并且还设置了放大器的增益谱。用8个饱和信号测量8个波长(信道)处的光谱增益，每信道功率为-10dBm。为了比较，还表征了OFRC30在没有PDLE34但具有9.5dB VOA32情况下的性能。图6示出了两种条件下的增益谱，它们基本上是相同的，并且平均增益约为16dB。在存在PDLE的情况下，为提供增益谱所需要的泵功率是20.8dBm。每个饱和信道实际表示4个信道的等价功率，对于实际的都市WADM系统，假设每信道输出功率为0dBm。结果，即使只使用了8个信道，但为具有32信道功率负载的EDFA作了两个OGC方案的等效评估。图7为具有和没有PDLE的OGC方案提供了因去除信号信道而产生的增益误差，其中增益误差定义为相对EDFA满负载增益的增益最大偏移。当OGC腔30中没有PDLE34时，由于OGC激光功率增益会产生光谱孔深度的增加，所以续存信道(未被去除)的增益随去除信道数而增大。对于同时去除7个信道的最坏情况，对于1533nm信道，增益误差约为1.3dB。在腔内有PDLE的情况下，当去除一个信道时，所有信道都获得负的增益误差。当去除更多信道时，信道增益增加。最后，当去除7个信道时，续存信道的增益误差达到正的最大值。当去除7个信道时，对于1533nm续存信道，最坏情况下的增益误差约为+0.4dB。
如以下所述，对于具有PDLE34的OGC，增益误差的符号随去除信道的数目而变化。图5示出了依照该例示性实施例时与功率有关的损耗对入射PDLE的OGC激光功率，以及PDLE工作状态的关系。当放大器满负载时，入射PDLE的OGC激光功率大约为-4dBm，而PDLE的损耗约为1.4dB。但是，在只有一个续存信号信道输入放大器的点上，与功率有关的损耗减小到约0.4dB。由图5中的数据曲线可以理解，与功率有关的损耗相对入射OGC激光功率是非线性的(对于更多续存信道的情况，斜率更大)。当去除第一信道时，与功率有关的损耗减少过多，以致于不能过补偿OGC激光功率和光谱孔深度的较小变化，导致产生负的增益误差。
还表征了1533nm信道因添加或去除其它7个信道而产生的瞬态响应，图8示出了结果。放大器10的输出经带通滤波(在3nm带宽上约-20dB)，确保了只测量一个续存信道的功率偏移。对于没有PDLE34(只有VOA)的OGC，在经过100μs的去除瞬态(去除剩余的7个信道)后，1533nm信道的增益超过零值大约1dB。然后，增益误差逐渐增大到约1.3dB的稳态值。当把7个被去除的信道回加到放大器中致使放大器满负载时，1533nm信道的增益误差回到零稳定下来。续存信道上还反映出OGC激光器的驰豫振荡。在比较时，还示出了在OGC腔30中具有PDLE34的情况下续存信道的瞬态响应。当去除7个信道时，续存信道的增益增加0.5dB(从纵值的零值开始)，然后预计在其0.4dB的稳态增益误差处稳定下来。当把7个信道回加到放大器中时，续存信道增益应该恢复到满负载放大器的增益值，并按定义具有零增益误差。但是，并非马上恢复到零增益误差，而是1533nm信道的增益低于零增益值约0.6dB，然后最终恢复到零增益误差。未达目标和慢恢复现象是由于EDF-PDLE的慢动态特性。当所有信道出现时，OGC激光功率降低，并且PDLE损耗应该变大，从而增大了放大器的增益。但是，由于EDF-PDLE具有较长的I13/2态铒离子寿命，所以在OGC激光功率降低时，与功率有关的损耗保持较低。然后，PDLE34的损耗增大约10ms的时间恒量(EDF-PDLE的I13/2态寿命时间)，并使放大器增益恢复到其满负载值。具有快速动态特性的PDLE(诸如寿命较短的铒光纤，或者半导体可饱和吸收器)会减小被观察到的负尖峰，并改善瞬态响应。
在第二个例示性的实施例中，表征了三种状况下PEA10的瞬态响应，这三种状况是没有瞬态功率控制、在固定腔损耗情况下进行光反馈控制，以及腔内具有PDLE34时进行光反馈控制，如图9所示。添加/去除信号的波长为1557.2nm，信号功率为-6dBm。将约12m长的一段EDF12用作PDLE。VOA32的插入损耗约为0.3dB，用于精调光反馈腔30中的总损耗。如图9中“信号添加”区域所示，当把功率为-6dBm的信号添加到PEA10中时，输出功率约为6dBm。如果不对PEA作功率控制，那么当去除该信号时，由于放大器中只有ASE没有饱和信号，所以放大器的反转较高。结果，如图所示，当把功率为-6dBm的信号回加到放大器中时，瞬态功率尖峰高达约17dBm。光反馈控制可以降低此瞬态功率尖峰。但是，它仍然有12dBm，被认为仍高出了6dBm。当出现最低可能输入信号功率(本例中为-12dBm)时，必须关断OPC激光器。如果光反馈腔具有一固定损耗，那么该损耗必须足够大；换句话说，当放大器具有-12dBm输入信道作为其饱和信号时，光反馈腔的总损耗必须大于OPC激光器波长处的光增益。光反馈腔损耗较大意味着OPC激光功率较低。结果，当去除该信号并用低功率的OPC激光器使放大器饱和时，放大器反转很高，事实上要高于当用-6dBm信号信道使其饱和时的反转。因此，当把功率为-6dBm的信号添加到放大器中时，存在一瞬态尖峰。可以清楚地看出，如上所述，用光反馈腔30中的PDLE34可以几乎消除该瞬态尖峰，因为腔损耗被动态调节。在本发明的另一个方面，可以将良好校准且良好表现的偏置(off-set)分接头用作损耗元件，来代替光反馈腔中的VOA。
参照图2说明本发明的另一个实施例，它是对传统的1×N×N波长添加/去除多路复用(WADM)光传输节点110的改进。图示的光传输节点110包括Min×Nout去多路复用器101，其中Min≥1，Nout＞1，它将具有波长范围Δλin的光信号去复用成N个光信号(为清楚起见，示出了2个)，每个光信号具有一个离散的波长λj(i＝1至N)，或者每个具有一个波长范围Δλj(j＝1至N-1)。N条添加/去除信号传播路径103与一端105耦连，每条路径通向去多路复用器101的Nout，其中每条路径103包括如图4所示的光放大器10，但是泵源18通过泵路径121在N个光放大器10之间共享。将Nin×Zout多路复用器107与N条添加/去除信号传播路径中每条路径的另一端109耦连，其中Zout≥1，多路复用器107用于多路复用Nin个光信号中的至少一些信号。至少有一些光放大器10都包含OFRC30，且OFRC30具有如上所述的PDLE34，由此解决了因添加/去除信号而加于放大器的动态可变信号输入条件的问题。根据应用情况，N个光放大器10中的所有或一些放大器是单信道PEA或WDM放大器。如果放大器是PEA，那么改变输入条件会产生输出功率的变化。同样，如果放大器是WDM放大器，那么改变输入条件会在放大器输出端产生增益误差。在该实施例的一个方面，输入放大器121最好是WDM放大器，它在节点输入端与去多路复用器105相连。放大器121最好依照本发明配备具有PDLE34的OFRC30。在另一个方面，为节点110配备一个输出放大器123，该放大器最好是增益受控的WDM放大器。
在本发明的另一个实施例中，一种用于控制单信道光放大器中瞬态功率变化或者用于减小WDM光放大器中DC增益误差的方法，其中所述放大器的输入端处于动态可变的工作条件，并且放大器包括一个与其增益介质耦合的OFRC，放大器的输出功率动态地依赖于工作条件，所述方法包括下述步骤，即当OFRC的输出功率增大时降低OFRC的腔损耗或者反之亦然，从而动态改变放大器增益介质的反转，以降低放大器中增益或功率的变化。
DC增益误差是由光谱烧孔产生的，光谱烧孔是添加或去除光信号或者向放大器增加/降低泵功率的人为现象，因为铒不是纯均匀介质。如上所述，OFRC30对放大器10起光增益控制(OGC)作用。在依照本发明的腔内没有PDLE的情况下，固定腔损耗，并且EDF增益介质12的反转必须增大，以保持光谱孔底部的光增益等于OGC激光波长处的光损耗。因此，正被放大信道的增益增加，产生DC增益误差。依照本发明为激光腔30提供与功率有关的损耗可以降低EDF12的反转，从而进一步补偿因OGC激光器最初光谱烧孔所引起的反转增大的影响。同样，如果放大器10是PEA，本方法提供光功率控制，以降低因改变放大器输入条件而产生的瞬态功率尖峰。
本领域的熟练技术人员应该理解，可以不脱离本发明的精神或范围对本发明进行各种变化和改变。因此，只要处于所附权利要求及其等效技术方案的范围内，本发明试图包罗这些改变和变化。
权利要求
1.一种波长添加/去除多路复用(WADM)的放大光传输节点，该节点包括Min×Nout端口去多路复用器，Min≥1，Nout＞1；N条添加和/或去除信号传播路径，每条路径的一端与Nout个端口中的一个耦连；光放大器，它具有一种增益介质，该增益介质位于N条添加和/或去除信号传播路径中的至少一条路径内；和Nin×Zout端口多路复用器，Zout≥1，N条路径中每条路径的另一端与Zout个端口中的一个端口耦连；其特征在于，每个光放大器包括一个与增益介质耦合的光反馈激光谐振腔；和与功率有关的损耗元件，该元件位于每个光反馈激光谐振腔内，当入射该损耗元件的激光强度增大时其损耗降低。
2.如权利要求1所述的节点，其特征在于，与功率有关的损耗元件包括有源装置和无源装置中的至少一个。
3.如权利要求2所述的节点，其特征在于，有源装置包括一个光强调节器和一个反馈控制器。
4.如权利要求2所述的节点，其特征在于，无源装置包括一个可饱和吸收器。
5.如权利要求4所述的节点，其特征在于，可饱和吸收器是掺稀土光纤。
6.如权利要求4所述的节点，其特征在于，可饱和吸收器是一段掺铒光纤。
7.如权利要求2所述的节点，其特征在于，光反馈激光谐振腔是环形腔。
8.如权利要求2所述的节点，其特征在于，光反馈激光谐振腔是线状腔。
9.如权利要求7所述的节点，其特征在于，光反馈激光谐振腔通过波长选择耦合器与增益介质耦合，其中波长选择耦合器将激光发射波长耦合到光反馈激光谐振腔中。
10.如权利要求9所述的节点，其特征在于，激光发射波长在光反馈激光谐振腔中与输入放大器的光信号同向传播。
11.如权利要求1所述的节点，其特征在于，增益介质是掺稀土光纤。
12.如权利要求11所述的节点，其特征在于，掺稀土光纤是掺铒光纤。
13.如权利要求1所述的节点，其特征在于，还包括一泵源，它与多个光放大器耦合，每个光放大器位于一条传播路径中，用于向所述放大器提供激发能量。
14.如权利要求13所述的节点，其特征在于，泵源是光源。
15.如权利要求13所述的节点，其特征在于，泵源是电流源。
16.如权利要求1所述的节点，其特征在于，还包括一个WDM光放大器，该放大器在节点的输入端与去多路复用器耦连，并且该WDM光放大器包括多个光反馈激光腔中的一个和多个与功率有关的损耗元件中的一个。
17.如权利要求1所述的节点，其特征在于，光放大器是单信道放大器。
18.如权利要求1所述的节点，其特征在于，光放大器是WDM放大器。
19.一种光放大器，其特征在于，包括增益介质；泵源，它与增益介质耦连；光反馈激光谐振腔，它与增益介质耦连；和与功率有关的损耗元件，它位于光反馈激光谐振腔内，当入射到与功率有关的损耗元件中的激光光强增大时，其损耗降低。
20.如权利要求19所述的放大器，其特征在于，所述放大器是WDM放大器，该放大器在其输入端处于动态可变的工作条件，致使在放大器输出端产生增益误差，因此光反馈激光谐振腔呈现出动态可变的损耗或增益，它是动态可变工作条件的函数，用以改善增益误差。
21.如权利要求19所述的放大器，其特征在于，所述放大器是单信道放大器，该放大器在其输入端处于动态可变的工作条件，致使在放大器输出端造成输出功率的变化，因此光反馈激光谐振腔呈现出动态可变的损耗或增益，它是动态可变工作条件的函数，用以补偿输出功率的变化。
22.如权利要求19所述的放大器，其特征在于，与功率有关的损耗元件包括有源装置和无源装置中的至少一个。
23.如权利要求22所述的放大器，其特征在于，有源装置包括一个光强调制器和一个反馈控制器。
24.如权利要求22所述的放大器，其特征在于，无源装置包括一个可饱和吸收器。
25.如权利要求24所述的放大器，其特征在于，可饱和吸收器是掺稀土光纤。
26.如权利要求24所述的放大器，其特征在于，可饱和吸收器是一段掺铒光纤。
27.如权利要求19所述的放大器，其特征在于，光反馈激光谐振腔是环形腔。
28.如权利要求19所述的放大器，其特征在于，光反馈激光谐振腔是线状腔。
29.如权利要求19所述的放大器，其特征在于，光反馈激光谐振腔通过一个波长选择部件与增益介质耦合，其中波长选择部件将激光发射波长耦合到光反馈激光谐振腔中。
30.如权利要求27所述的放大器，其特征在于，激光发射波长与输入的光信号同向传播。
31.如权利要求19所述的放大器，其特征在于，增益介质是掺稀土光纤。
32.如权利要求31所述的放大器，其特征在于，掺稀土光纤是掺铒光纤。
33.如权利要求19所述的放大器，其特征在于，泵源是光源。
34.如权利要求19所述的放大器，其特征在于，泵源是电流源。
35.如权利要求19所述的放大器，其特征在于，增益介质是半导体。
36.一种用于控制单信道光放大器中瞬态功率变化或者用于降低WDM光放大器中DC增益误差的方法，其中所述放大器在其输入端处于动态可变的工作条件，包括一个与放大器增益介质耦合的OFRC，放大器的输出功率动态地依赖于工作条件，其特征在于，所述方法包括以下步骤当OFRC的入射输出功率增大时降低OFRC的腔损耗或者反之亦然，从而动态改变放大器增益介质的反转，以降低放大器中增益或功率的变化。
37.如权利要求36所述的方法，其特征在于，分别随OFRC入射输出功率的增大或减小而降低或增大OFRC腔损耗的步骤包括以下步骤在OFRC内提供一个可饱和吸收器，致使当入射到可饱和吸收器上的OFRC输出功率增大时，吸收器损耗降低。
全文摘要
一种光放大器包括具有与功率有关的损耗元件(PDLE)的光反馈激光谐振腔(OFRC),当入射到PDLE上的激光功率增大时,腔损耗降低。具有PDLE的OFRC分别为WDM放大器或单信道功率均衡放大器(PEA)提供了光增益控制或光功率控制。还揭示了包含不止一个这些放大器的1×N×NWADM节点,其中所述放大器中至少有一些放大器共享一个泵源,并揭示了用于控制单信道光放大器中瞬态功率改变或者用于降低WDM光放大器中DC增益误差的方法,其中放大器的输入端处于动态可变的工作条件下。
文档编号H04B10/296GK1357180SQ99815151
公开日2002年7月3日 申请日期1999年12月14日 优先权日1999年1月6日
发明者G·J·考尔, D·W·霍尔, T·W·姆克纳马拉, C·C·王 申请人:康宁股份有限公司