专利名称：Optical amplifier bandwidth alteration的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学放大器带宽的变更(alternation)。
背景技术：
传统的光学通信系统通常实现一个或多个分立的串列(in-line)放大器，以在光 学通信信号穿行于通信跨度(span)或传输光纤上时对该信号进行放大。由于光学放大器 的成本较高，所以光学通信系统的费用可能成为进入通信市场的障碍。在某些情况下，一个 公司可能希望安装仅具有较为有限的带宽的系统，该带宽足以用最低的成本满足公司的当 前需要。这种途径的不利之处在于，在传统的系统中，当该公司希望扩展其带宽以处理更多 的业务时，这种扩展可能是昂贵的。由于带宽扩展通常需要更换光学放大器或者添加光学 放大器来对增大的带宽提供支持，所以这种费用可能上升。
发明内容
本申请中所述的实施例涉及光学放大器的带宽变更。在变更之前，经过光学放大 器的增益介质提供具有第一组波长的光学信号。另外，还使具有一组泵浦波长的第一泵浦 经过增益介质传播，从而对该光学信号进行放大。在变更之后，能够通过将第二泵浦耦合到 光学介质中来对具有至少部分地不同的一组波长的光学信号进行光学放大。第二泵浦至少 部分地与第一泵浦不同，这在于第二泵浦包括第一泵浦中不包括的至少一个泵浦波长。在 一种实施例中，带宽的变更是带宽的扩展，在扩展之后使用第一和第二泵浦来对光学信号 的更多波长通道进行放大。尽管不是必需的，但是光学放大可以是拉曼放大。发明内容部分并非标示了所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不应认为 用来确定所要求保护的主题的范围。
为了对能够获得上述的以及其他的优点和特征的方式进行说明，将参考附图对各 种实施例进行更加具体的说明。应当理解，附图仅图示了示例性实施例，因此不应认为是对发明范围的限制；通过使用附图，这些实施例将以更加详细具体的方式来解释和说明，在附 图中图1图示的框图示出了光学通信系统的至少一部分，该系统能够便于一个或多个 多波长信号的的通信；图2是对于已扩展了放大带宽的光学放大器的光学泵浦和信号波长方案；图3是对于已扩展了放大带宽的光学放大器的光学泵浦和信号波长方案；图4图示的框图示出了能够使带宽扩展的光学放大器的至少一部分；图5-图7图示了图4所示部件和/或功能的实施例；图8a图示了能够使带宽扩展的模块式光学放大器一种示例的框图；图8b示出了图8a的示例性放大器的带宽扩展的示例性增益和噪声指数特性，该 放大器包括传输光纤；图9是能够使带宽扩展的模块式光学放大器一种示例的框图；图10是能够使带宽扩展的模块式光学放大器一种示例的框图；图Ila是能够使带宽扩展的分立模块式光学放大器一种示例的框图；图lib示出了图Ila的示例性放大器的带宽扩展的示例性增益和噪声指数特性， 该放大器包括传输光纤；
具体实施例方式这份文件中指出的特定示例和数值(例如尺度和波长)只是为了举例说明的目 的，而不是意图对本发明的范围进行限制。尤其是，本发明不限于任何特定类型的光学通信 系统。本发明的教导可以用在希望对已有的放大方案进行带宽扩展的任何光学通信系统 中。此外，图1至图lib的图示不一定是按照比例绘制的。图1的框图示出了光学通信系统10的示例的至少一部分，该系统能够便于一个或 多个多波长信号16的的通信。在某些实施例中，系统10可以包括整个光通信系统。在其 他实施例中，系统10可以包括更大的光通信系统的一部分。在这种示例中，系统10包括多个发送器12a-12n，这些发送器能够产生多个光学 信号(或通道)15a-15n，每个信号包括光的中心波长。在某些实施例中，每个光学通道15 包括的中心波长与其他通道15的中心波长显著不同。这份文件中所用的术语“中心波长” 指的是光学信号的谱分布的、对时间进行了平均的均值。中心波长周围的谱不一定要关于 该中心波长对称。此外，也不要求中心波长代表载波的波长。发送器12可以包括能够产生 一个或多个光学通道的任何器件。发送器12可以包括受到外部调制的光源，或者也可以包 括受到直接调制的光源。在一种实施例中，这些发送器12包括一个或多个独立的光源，每个光源具有相关 联的调制器，每个源能够产生一个或多个光学通道15。或者，这些发送器12可以包括由多 个调制器共享的一个或多个光源。例如，发送器12可以包括连续体(continuum)源发送器， 该发送器能够产生多个光学信号。在该实施例中，信号分割器接收该连续体并将该连续体 分成各自具有中心波长的一些单独通道。在某些实施例中，这些发送器12还可以包括脉冲 速率复用器(例如时分复用器)，该复用器能够对从锁模源或调制器接收的脉冲进行复用， 以提高系统的比特率。
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在某些情况下，发送器12可以包括光学再生器(regenerator)的一部分。S卩，发 送器12可以根据从其他的光学通信链路(link)接收的电通道或光学通道的电表示形式， 来产生光学通道15。在其他情况下，发送器12可以根据从相对于发送器12而言位于本地 的源而接收的信息，来产生光学通道15。发送器12还可以包括应答器(transponder)组 件的一部分，该应答器组件包含多个发送器和多个接收器。在各种实施例中，发送器12可 以包括前向纠错(FEC)编码器/解码器模块，该模块能够改善通道15的Q因子和系统10 的比特误差率。例如，FEC模块可以对FEC序列进行编码，例如Reed Solomon编码、Turbo Product Codes编码、Concatenated Reed-Solomon编码或能够改善通道15的Q因子及系 统10的比特误差率的其他算法。在本申请中所用的术语“Q因子”指的是用于确定从发送 器传送的信号的质量的度量。与从发送器12传送的光学通道15相关联的“Q因子”指的 是与光信号相关联的高信号值(Mh)的均值与低信号值(MJ的均值的差除以多个高值(Δη) 和多个低值(Δ J的标准差的总和。Q因子的值可以以dB2(l的方式来表示。这种关系可以 用公式的形式表示如下Q = [Mh-Ml] ^ [ΔΗ+Δ J在某些情况下，多波长信号16可以携带处于较宽的带宽范围上的波长信号 15a-15n。在某些实施方式中，波长信号15a-15n的范围甚至可以跨不同的通信频带(例如 短波带(S-band)、传统波带(C-band)和/或长波带(L-band))。在所示的实施例中，系统10还包括组合器14，这些组合器能够接收光学通道 15a-15n，并将这些信号组合成多波长通道16。作为一种具体示例，组合器14可以包括波分 复用器(WDM)。本申请中所用的术语“波分复用器”和“波分去复用器”可以包括能够对受到 波分复用的信号进行处理的设备和/或能够对受到密集波分复用的信号进行处理的设备。系统10在光学通信跨度20a-20n上传送多波长信号16。通信跨度20例如可以 包括标准单模光纤(SMF)、色散位移光纤(DSF)、非零色散位移光纤(NZDSF)、色散补偿光纤 (DCF)、纯硅芯光纤(PSCF)或者其他的光纤类型或光纤类型组合。在各种实施例中，跨度 20a-20n可以包括任何跨度长度。在某些实施例中，通信跨度20例如可以包括单向跨度或 双向跨度。跨度20可以包括点对点通信链路，或者也可以包括更大的通信网络(例如环形 网络、网状网络、星形网络或任何其他网络配置)的一部分。例如，通信跨度20可以包括多 链路系统的一个跨度或链路，在所述系统中，每个链路例如通过光学再生器或波长选择开 关而耦合到其他链路。链路指的是一个或多个跨度构成的组，两点之间通过这些跨度而进 行光学通信。通信介质的一个或多个跨度20可以一起形成光学链路。在所示的示例中，通信介 质20包括单一的光学链路25，该链路25分别包括多个跨度20a-20n。系统10可以包括与 链路25耦合的任何数目的额外链路。例如，光学链路25可以包括多链路系统的一个光学 链路，在所述系统中，每个链路例如通过光学再生器或波长选择开关而耦合到其他链路。光学链路25可以包括点对点通信链路，或者也可以包括更大的通信网络(例如环 形网络、网状网络、星形网络或任何其他网络配置)的一部分。系统10还可以包括一个或多个访问(access)元件27。例如，访问元件27可以包 括插分复用器、十字连接件、或者能够向/从光学链路25及另一光学链路或通信器件进行 终止、十字连接、切换、路由(route)、处理和/或提供访问的其他器件。系统10还可以包括一个或多个有损耗元件(未具体示出)和/或增益元件，这些增益元件能够至少部分地对 耦合在链路25的跨度20之间的有损耗元件进行补偿。例如，有损耗元件可以包括信号分 割器、信号组合器、隔离器、色散补偿元件、循环器(circulator)或增益均衡器。在这种实施例中，分割器26从链路25的末端处接收的多波长信号16分割各个单 独光学信号15a-15n。分割器26例如可以包括波分去复用器(WDM)。分割器26将各个单独 信号波长或各个波长范围传送到一排(bank)接收器28和/或其他光学通信路径。接收器 28中的一个或多个可以包括光学收发器的一部分，所述收发器能够在光学形式与电形式之 间接收和转换信号。在所示的实施例中，发送器12和接收器28分别位于终端11和13内。在本发明 的范围内，终端11和13可以既包括发送器又包括接收器。另外，在本发明的范围内，终端 11和13还可以包括其他光学元件，例如组合器14、升压放大器(boost amplifier) 18、预放 大器24和/或分割器26。在某些情况下，终端11和13可以称为末终端。短语“末终端” 指的是能够执行光至电和/或电至光的信号转换和/或发生的器件。系统10包括耦合至通信跨度20的多个光学放大器。在这种示例中，系统10包括 升压放大器18，该放大器能够对多波长信号16进行接收和放大，以备在通信跨度20上传 送。在通信系统10包括多个光纤跨度20a-20n的情况下，系统10还可以包括一个或多个 串列放大器22a-22m，这些放大器可以带有、也可以不带同向传播和/或反向传播(相对于 信号方向)的分布式拉曼放大。串列放大器22耦合到一个或多个跨度20a-20n，并用来在 信号16在通信跨度20上传播时对其进行放大。所示的示例还实现了预放大器24，用于在 将信号16传送到分割器26之前对从最终光纤跨度20η接收的信号16b进行放大。尽管所 示的光学链路25包括一个或多个升压放大器18和预放大器24，但在其他实施例中可以不 带有一种或多种放大器类型。放大器18、22和24可以各自包括例如分立拉曼放大级、分布式拉曼放大级、掺稀 土放大级(例如掺铒的或掺铥的级)、半导体放大级或者这些放大级类型或其他放大级类 型的组合中的一个或多个级。在这份文件中，术语“放大器”表示能够至少部分地对由信号 在光学链路25的全部或部分上传送时引起的损耗中的至少一些进行补偿的器件或器件组 合。同样，术语“进行放大”和“放大”指的是对否则可能被引起的损耗中的至少一部分进 行弥补。放大器可以对正被放大的信号施加(也可以不施加)净增益。此外，这份文件中 所用的术语“增益”和“放大”并不要求净增益(除非明确指明)。换言之，在放大器级中经 历了“增益”或“放大”的信号所经历的增益并不一定足以克服在该放大器级中或在与该放 大器级连接的光纤中的全部损耗。作为一种具体示例，分布式拉曼放大器级经常不经历足 够的增益以对用作增益介质的传输光纤中的全部损耗进行弥补。不过，由于这些器件对传 输光纤中经历的损耗的至少一部分进行了弥补，所以它们被认为是“放大器”。取决于所选择的放大器类型，放大器18、22和/或24中的一个或多个可以包括宽 带放大器，该放大器能够对所接收的全部信号波长15a-15n进行放大。或者，这些放大器中 的一个或多个可以包括多个窄带放大器组件的并联组合，其中，该并联组合中的各个放大 器能够对多波长信号16的部分波长进行放大。在此情况下，系统10可以包含信号分割器 和/或信号组合器，它们围绕这些放大器组件的并联组合，以便于对多组波长进行放大，以
8对这些波长进行分割和/或组合或重新组合来经过系统10传送。在这种实施例或其他实施例中，系统10可以实现一个或多个色散管理技术，以对 信号16的色散进行补偿。例如，系统10可以实现预补偿、内在补偿和/或后补偿技术。这 些色散补偿技术例如可以包括电子色散补偿技术、光学色散补偿技术或任何其他合适的色 散补偿技术。在各种实施例中，终端11和13可以包括一个或多个色散补偿元件，这些元件 能够至少部分地对与信号16相关联的色散进行补偿。在某些实施例中，色散补偿元件可以 包括色散长度积(dispersion length product)，其大致对光学信号16在系统10的跨度 20上传送时所积累的色散进行补偿。在其他实施例中，放大器24的增益介质的至少一部分 可以包括色散补偿光纤，该光纤能够至少部分地对与信号16相关联的色散进行补偿。在这 些实施例中，色散补偿光纤可以包括色散斜率，该色散斜率与跟跨度20中的多波长信号16 相关联的色散的斜率等大反向。在某些实施例中，可以通过给放大器18、22和/或24添加一个或多个泵浦源，来 扩展系统10的带宽。泵浦源可以包括能够以所需的功率水平和波长来产生一个或多个泵 浦波长的任何器件或器件组合。例如，泵浦源可以包括固态激光器(例如Nd:YAG或Nd:YLF 激光器)、半导体激光器、激光二极管、包层泵浦的光纤激光器、或者这些光源或其他光源的 任意组合。在这些实施例中，各个泵浦源可以能产生一个或多个泵浦波长。这些泵可以各自 包括一个或多个泵浦波长，这一个或多个泵浦波长各自包括光的中心波长。在某些实施例 中，某个泵浦内的这一个或多个泵浦波长各自包括的中心波长可以与该泵浦的其他泵浦波 长的中心波长显著不同。这些新的泵浦波长可以比初始的(即“芯层”的)泵浦波长更短、 更长或处于其间。在某些实施例中，这些新的泵浦相对于信号16而言可以在跨度20上同向传播。 在其他实施例中，这些新的泵浦相对于信号16而言可以在跨度20上反向传播。在另外的 实施例中，这些新的泵浦中的一些相对于信号16而言可以在跨度20上同向传播，而其他新 的泵浦可以在跨度20上反向传播。在这份文件中，所用的术语“同向传播”或“同向传播 的”指的是这样的状况对于至少一些时候，该泵浦的至少一部分在与正被放大的光学信号 的至少一个波长相同的方向上经过增益介质传播。另外，术语“反向传播”或“反向传播的” 指的是这样的状况泵浦的至少一部分在与正被放大的光学信号的方向相反的方向上经过 光学器件的增益介质传播。本发明的一个方面认识到，通过添加比最长的芯层泵浦波长还短的至少一个新的 泵浦波长，能够有利地扩展放大器18、22、24中一个或多个放大器的带宽。本发明的另一个 方面提出了一种用于带宽扩展的算法，其中，随着放大器的带宽从最小值向最大值的增大， 信号功率波纹和噪声指数(noise figure)的劣化尽可能小。本发明的另一个优点是对于 最小带宽构造使泵浦功率尽可能小，从而降低了初始安装成本。本发明的另一个方面认为 到，在增益盘架(spool)的与芯层泵浦相反那侧增加新的泵浦波长可以使波长选择有更多 的灵活性，因为这会产生彼此独立的两个泵浦复用器段。这种泵浦扩展能够通过多种不同 的泵浦构造来实现，如下文中更详细地说明的那样。图2是对于已扩展了放大带宽的光学放大器200的光学泵浦和信号波长方案。光 学放大器200可以在结构和功能上与图1的放大器18、22和/或24大体类似。图2所示的具体波长和/或波长组合只是为了举例说明的目的，而不是意图对本发明的范围进行限 制。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用其他实施例或波长组合。在这种实施例中，放大器200包括分立的或分布式的拉曼放大器，该放大器能够 对带宽Bl中的一个或多个光学信号进行放大。尽管这种示例中的放大器200包括拉曼放大 器，但是也可以使用任何其他光学放大器而不脱离本发明的范围。例如，放大器200可以包 括多级分立放大器，该多级分立放大器具有一个或多个掺稀土的放大级和一个或多个拉曼 放大级。系统200还包括第一泵浦源，该泵浦源产生一个或多个泵浦Pl以引入放大器200 的拉曼增益光纤。尽管图2图示了两个泵浦P1，但是也可以使用一个或任意数目个泵浦而 不脱离本发明的范围。在这种示例中，希望将放大器200的放大带宽扩展以包括新的放大带宽B2。因 此，放大器组件200还包括新的第二泵浦源，该泵浦源产生一个或多个泵浦P2以引入放大 器200的拉曼增益光纤。尽管图2图示了两个泵浦P2，但是也可以使用一个或任意数目个 泵浦而不脱离本发明的范围。在这种具体实施例中，通过引入比Pl的最短波长(由Pla表 示)还短的至少一个泵浦波长P2a，来将新的泵浦波长P2引入到放大器200的拉曼增益介 质。可选地，也可以添加比Pl的最长波长(由Plb表示)还长的泵浦波长P2b。在这种具体实施例中，所添加的放大带宽B2包括比带宽Bl中的波长更长的多个 波长。在其他实施例中，所添加的放大带宽可以包括比带宽Bl中的波长更短的多个波长。 在某些实施例中，所添加的放大带宽B2可以包括比带宽Bl中的波长更长的多个波长以及 比带宽Bl中的波长更短的多个波长。在各种实施例中，泵浦的实际构造可以取决于优化算法，并涉及诸如下述的因素 实现低的噪声指数、使通道功率波纹尽可能小、使泵浦功率尽可能小。此外，在某些实施例 中可能还需要在带宽扩展过程中将某些泵浦波长切断，以满足上述优化因素之一或者任意 其他的优化因素。图3是对于已扩展了放大带宽的光学放大器300的光学泵浦和信号波长方案。光 学放大器300可以在结构和功能上与图1的放大器18、22和/或24大体类似。图3所示 的具体波长和/或波长组合只是为了举例说明的目的，而不是意图对本发明的范围进行限 制。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用其他实施例或波长组合。在这种实施例中，放大器300包括分立的或分布式的拉曼放大器，该放大器能够 对带宽Bl中的一个或多个光学信号进行放大。尽管这种示例中的放大器300包括拉曼放大 器，但是也可以使用任何其他光学放大器而不脱离本发明的范围。例如，放大器300可以包 括多级分立放大器，该多级分立放大器具有一个或多个掺稀土的放大级和一个或多个拉曼 放大级。系统300还包括第一泵浦源，该泵浦源产生一个或多个泵浦Pl以引入放大器300 的拉曼增益光纤。尽管图3图示了两个泵浦P1，但是也可以使用一个或任意数目个泵浦而 不脱离本发明的范围。在这种示例中，希望将放大器300的放大带宽扩展以包括新的放大带宽B2。因此， 放大器组件300还包括新的第二泵浦源，该泵浦源产生一个或多个泵浦P2以引入放大器 300的拉曼增益光纤。尽管图300图示了两个泵浦P2，但是也可以使用一个或任意数目个 泵浦而不脱离本发明的范围。在这种具体实施例中，通过引入介于Pi的最短泵浦波长(由 Pla表示)与Pl的最长泵浦波长(由Plb)表示的至少一个泵浦波长P2a，来将新的泵浦波长P2引入到放大器300的拉曼增益介质。可选地，也可以添加比最长泵浦波长Plb还长的 泵浦波长P2b。在这种具体实施例中，所添加的放大带宽B2包括比带宽Bl中的波长更长的多个 波长。在其他实施例中，所添加的放大带宽可以包括比带宽Bl中的波长更短的多个波长。 在某些实施例中，所添加的放大带宽B2可以包括比带宽Bl中的波长更长的多个波长以及 比带宽Bl中的波长更短的多个波长。在各种实施例中，泵浦的实际构造可以取决于优化算法，并涉及诸如下述的因素 实现低的噪声指数、使通道功率波纹尽可能小、使泵浦功率尽可能小。此外，在某些实施例 中可能还需要在带宽扩展过程中将某些泵浦波长切断，以满足上述优化因素之一或者任意 其他的优化因素。图4的款图示出了能够将带宽扩展的光学放大器2000的至少一部分。光学放大 器2000可以在结构和功能上与图1的放大器18、22和/或24大体上类似。图4示出了能 够将扩展泵浦2091添加到光学放大器2000的装置的一种示例，并示出了怎样可以用扩展 泵浦2091来扩展光学放大器2000的带宽的一种示例。放大器2000包括至少一个光纤单元2010a。可选地，光纤单元2010b和/或2010c 可以与扩展泵浦2091相作用，在某些实施例中也可以被除去。光纤单元2010在图7中有进 一步的图示。放大器2000包括位于光纤单元2010a后方的、沿后向方向(WDM_b)的至少一 个WDM单元2020，和/或位于光纤单元2010a前方的、沿前向方向(WDM_f)的至少一个WDM 单元2025。术语“前向”和“后向”是相对于信号方向2001而言的。每个WDM单元2020和 /或2025还分别包括至少一个WDM功能2021和/或2026。WDM功能在图6中有进一步的 图示。每个WDM功能2021和/或2026接收泵浦复用器(mux)功能2050的输出，泵浦复用 器功能2050在图5中有进一步的图示。光学放大器2000具有位于初始泵浦mux段2090 内的至少一个泵浦mux功能2050，还可以可选地添加来自扩展泵浦段2091的至少一个泵 浦mux功能。扩展泵浦段2091所示的泵浦可以被添加到光学放大器2000以将光学放大器 2000的带宽扩展。泵浦功能2050在图5中有进一步的图示。其他所示的元件和功能是某 些实施例中可选的，包括泵浦反射器2030、泵浦去复用器(dmux)2027、泵浦dumx2022、泵浦 终止器2040以及扩展泵浦连接器2060。相对于信号路径2001以及它们各自所依赖的泵浦 mux 2050输入，各个WDM-b功能2021和可选的泵浦反射器2030在WDM_b单元2020内的位 置可以是任何顺序。相对于信号路径2001以及它们各自所依赖的泵浦mux 2050输入，各 个WDM-f功能2026和可选的泵浦反射器2030在WDM_f单元2025内的位置可以是任何顺 序。扩展泵浦部分2091中的泵浦mux 2050可以直接连接到WDM功能2021和/或2026，或 者也可以连接到初始泵浦部2090内的其他泵浦mux功能2050。可选的泵浦dmux 2027位 于WDM-f单元2025前方，并可以位于光纤单元2010c (这样可以使一个或更多个后向泵浦 经过光纤单元2010c行进)前方或光纤单元2010c后方。可选的泵浦dmux2022位于WDM-b 单元2020后方，并可以位于光纤单元2010b前方或光纤单元2010b后方(这样可以使一个 或更多个前向泵浦经过光纤单元2010b行进)。部分2091 (扩展泵浦)中的扩展泵浦mux 2050可以经过可选的光学连接器2060或者通过其他方式附装到光学放大器2000。在下面对扩展泵浦路径的示例说明中应当注意，如果存在WDM-b，则WDM-f是可选 的；而如果存在WDM-f，则WDM-b是可选的；也可以既使用WDM-b也可以使用WDM-f。在下面的示例中，初始泵浦mux部分2090中的这一个或多个泵浦mux 2050可以安装到WDM_b和 /或WDM-f，而与扩展泵浦部分2091中的泵浦mux 2050的位置无关。最终连接到WDM-b单元的扩展泵浦可以经过光纤单元2010a相对于信号方向2001 沿后向方向行进，并可能(1)经过可选的WDM-f单元，或者⑵反射离开WDM-f内的可选 泵浦反射器2030或者经过任何可选的WDM-f功能2026 (向着所依赖的泵浦mux 2050)而 耦合，其路径可以包含能够对一个或多个扩展泵浦波长进行反射的泵浦反射器2030。在可 行的情况下，所反射的扩展泵浦然后可以被沿前向方向导入光纤单元2010a。如果采用上 述路径(1)，则扩展泵浦(3)还可以由可选的泵浦dmux 2027导入能够对一个或多个扩展 泵浦波长进行反射的可选泵浦反射器2030。如果可行，则所反射的扩展泵浦然后可以被沿 前向方向导入光纤单元2010a，或者(4)可以经过可选的光纤单元2010c行进，或者(5)可 以经过可选的光纤单元2010c行进然后由可选的泵浦dmux 2027导入能够对一个或多个 扩展泵浦波长进行反射的可选泵浦反射器2030。如果可行，则经过反射的扩展泵浦然后可 以被沿前向方向的光纤单元2010c导向回去，经过可选的WDM-f，并被沿前向方向导入光纤 单元2010a。这样，来自WDM-b的扩展泵浦可以经过光纤单元2010a沿后向方向行进，可选 地经过光纤单元2010c沿后向方向行进，和/或可选地被沿前向方向反射而经过光纤单元 2010a或经过两个光纤单元2010c及2010a。来自WDM_b的扩展泵浦(其被反射到前向方 向并沿前向方向经过了光纤单元2010a)可以(1)沿其路径返回泵浦mux 2050(可能终止 于隔离器)，或者(2)如果与扩展泵浦耦合的WDM功能2021是图6的循环器2221b并且是 相对于信号方向2001的最后一个WDM-b功能2021η，则扩展泵浦将继续沿前向方向行进，并 且(2a)从泵浦dmux 2022被导入泵浦终止器2040，或者(2b)沿前向方向经过可选的光纤 单元2010b，在此情况下，一个或多个扩展泵浦波长可以在光纤单元2010b后面接着反射离 开可选的泵浦dmux2022和泵浦反射器2030到后向方向进入光纤单元2010b，并最终终止于 所述循环器。这样，来自WDM-b的扩展泵浦(其被反射到前向方向并沿前向方向经过了光 纤单元2010a)可以经过可选的光纤单元2010b，并可选地经过光纤单元2010b沿后向方向 反射。最终连接到WDM-f的扩展泵浦可以经过光纤单元2010a相对于信号方向2001沿 前向方向行进。这些扩展泵浦可以采用与前一段中所述对称的路径，注意除了循环器之外， 光学放大器2000的各个功能和部件与光纤单元2010a是关于信号方向2001对称的。这样， 来自WDM-f的扩展泵浦将经过光纤单元2010a沿前向方向行进，可选地经过光纤单元2010b 沿前向方向行进，和/或可选地沿后向方向反射而经过光纤单元2010a或者经过两个光纤 单元 2010b 和 2010a。应当注意，在本发明的范围内，可以用执行与图4所述功能类似的功能的替换部 件的任意组合来代替图4中的那些。作为一种示例，泵浦dmux 2022和泵浦dmux 2022下 方的泵浦反射器2030可以由该信号路径中的泵浦FBG反射器来代替。图5图示了图4的泵浦mux功能2050的一些示例性实施例。泵浦mux功能2050具 有一个或多个泵浦波长和/或一组或多组泵浦波长(可能来自其他的泵浦mux功能2050) 的输入。泵浦mux功能2050可以包括波分复用器(WDM) 2150a，其将泵浦1和泵浦2组合 成一个输出，其中泵浦1和泵浦2是一个或多个泵浦波长；偏振分割复用器(PDM) 2150b，其 将偏振态1的泵浦1和偏振态2的泵浦2组合成一个输出，其中泵浦1和泵浦2是一个或多个泵浦波长；时间分割复用器(TDM) 2150d，其将一个脉冲形式的泵浦1与另一脉冲形式 的泵浦2组合成一个输出，其中泵浦1和泵浦2是一个或多个泵浦波长；一段光纤2150c，用 于发射泵浦；光学隔离器2150e，用于保护泵浦发送器不受后向反射的影响；和/或消偏振 器2150f，其降低泵浦的偏振度。应当理解，可以将部件2150以及本领域技术人员所知的类 似部件的任意组合进行组合以执行泵浦mux功能2050，其一个示例是泵浦mux组合2151， 泵浦mux组合2151具有来自一个或多个泵浦波长的五个泵浦输入，以及对这些输入进行复 用的一个泵浦输出。应当理解，在某些实施例中，其他的mux部件可以具有多于两个输入。 在泵浦mux 2050的输入处添加泵浦波长。图6图示了图4的WDM-b功能2021、WDM-f功能2026以及泵浦反射器功能2030 的一些示例性实施例。WDM-b功能2021对一个或多个泵浦波长的泵浦1、一个或多个信号 波长的信号、以及零个或更多个泵浦波长的泵浦2进行组合和/或分离。WDM-b功能2021 可以包括WDM 2221a和/或循环器2221b。如果用循环器2221b作为WDM_b功能2021，则 在某些实施例中它必须是WDM-b中相对于图4的信号方向2001的最后一个WDM功能，因为 它不允许任何泵浦沿后向方向透射(即，它将使沿后向方向行进到循环器中的任何泵浦终 止)。WDM-f功能2026对一个或多个泵浦波长的泵浦1、一个或多个信号波长的信号、以及 零个或更多个泵浦波长的泵浦2进行组合和/或分离。WDM-b功能2026可以包括WDM2226。 在某些实施例中，泵浦反射功能2030使零个或更多个泵浦波长的泵浦1沿第一方向透射， 使从第二方向行进的一个或多个泵浦波长的泵浦2反射回该第一方向；并使沿这两个方向 中任一者而行进的零个或更多个信号波长透射。泵浦反射功能2030可以包括对泵浦2的 (一个或多个)波长进行反射的光纤布拉格光纤2030a、与2221a类似的WDM、以及宽带反射 器2230b。应当理解，可以将本领域技术人员所知的类似部件的任意组合进行组合以执行泵 浦反射功能2030。图7图示了图4的光纤单元2010的一些示例性实施例。光纤单元2010包括一个 或多个光纤段，这些光纤段能够在一个或多个泵浦波长沿任意方向经过该光纤段行进了至 少部分路程的时候提供增益；每个段可以包括一个或多个光纤类型和/或长度。光纤单元 2010例如可以包括拉曼增益光纤、色散补偿光纤、掺稀土的光纤(例如掺铒的或掺铥的光 纤)和/或传输(或“线”)光纤(其示例包括标准单模光纤(SMF)、色散位移光纤(DSF)、 非零色散位移光纤(NZDSF)、色散补偿光纤(DCF)和纯硅芯光纤(PSCF))。光纤单元2010的 光纤段可以包括分立光纤盘架、混合光纤盘架和/或成缆的(cabled)传输光纤以用于光学 通信。光纤单元2010的示例如图7所示单一的光纤段2310 ；可能彼此各异的多个光纤段 2311 ；和/或光纤段与连接器式(cormectorized)光纤盘架2312的组合，该光纤盘架2312 可以被添加(2312b)也可以被除去(2312a)。另外，光纤单元2010还可以包括其他光学部 件，例如隔离器和/或WDM。在某些实施例中，可以优选地将这些光学元件置于两个或更多 个光纤段之间。这种情况的示例2313是将隔离器置于各盘架之间，在隔离器的每一侧带有 WDM，以使一个或多个波长的泵浦能够绕过隔离器并沿两个方向中的任一者行进，而使一个 或多个波长的信号能够仅沿一个方向行进。2313的一个优点是泵浦可以经过两个光纤段从 右向左行进，而信号只能从左向右行进。这样做的一个优点是可以减小信号波长范围内的 多路干涉，另一个优点可以是使来自右侧光纤段的放大自发发射不会行进到左侧光纤段。图8a图示了能够将带宽扩展的模块式光学放大器422的一种示例的框图。在各种实施例中，光学放大器422的结构和功能可以与图1的放大器18、22和/或24的结构和功 能大体上类似。在这种示例中，初始带宽(图2和图3中的Bi)约为1543. 33至1567. 13nm, 扩展带宽(图2和图3中的B2)约为1567. 54nm至1592. lOnm。放大器422包括初始泵浦 源150、152、154和156，它们分别能够产生1441nm、1460nm、1434nm和1468nm的泵浦波长。 尽管在这种示例中泵浦源150、152、154和156各自产生特定的泵浦波长，但是在本发明的 范围内也可以使用其他泵浦波长。另外，尽管在这种示例中泵浦源150、152、154和156各 自产生一个泵浦波长，但是在本发明的范围内泵浦源150、152、154和156可以产生一个或 多个泵浦波长。泵浦源150、152、154和156可以包括能够以所需的功率水平和波长产生一 个或多个泵浦波长的任意器件或器件组合。例如，泵浦源150、152、154和156可以包括去 偏振器、具有两个正交偏振本光谱的偏振分割复用器(PDM)、固态激光器(例如Nd: YAG或 NdiYLF激光器)、半导体激光器、激光二极管、包层泵浦的光纤激光器、或者这些光源或其 他光源的任意组合。在这种具体实施例中，泵浦源150、152、154和156包括带有PDM或去 偏振器的激光二极管。放大器422还包括组合器104a-104n，这些组合器能够接收由泵浦源150、152、154 和156产生的泵浦并将这些泵浦组合成多波长泵浦170。作为一种具体示例，组合器104可 以包括波分复用器(WDM)。在这种示例中，放大器422还包括耦合器106a和106b，这些耦 合器分别能够将泵浦170a和170b耦合到增益介质172。在这种示例中，泵浦170经过增 益介质172相对于光学信号方向116反向传播。尽管在这种示例中泵浦170经过增益介质 172反向传播，但是在本发明的范围内，泵浦170的各个泵浦波长中的一个或多个可以经过 增益介质172同向传播。为了扩展放大器422的带宽，新的泵浦源160和162被添加到放大器422。在这种 示例中，新的泵浦源160a引入1425nm的泵浦波长，泵浦源160b引入1480nm的泵浦波长， 泵浦源162a引入1454nm的泵浦波长，泵浦源162b引入1494nm的泵浦波长。尽管在这种 示例中泵浦源160和162各自产生特定的泵浦波长，但是在本发明的范围内，也可以使用其 他的泵浦波长。另外，尽管在这种示例中泵浦源160和162各自产生一个泵浦波长，但是在 本发明的范围内，泵浦源160和162可以产生一个或多个泵浦波长。泵浦源160和162的 结构和功能可以与泵浦源150-156的结构和功能大体上类似。在这种具体实施例中，来自泵浦源160的新的泵浦波长与泵浦源150和152的泵 浦波长组合，以使放大器422的传输线172b中的分布式拉曼放大带宽加宽。另外，来自泵 浦源162的新的泵浦波长与泵浦源154和156的泵浦波长组合，以使放大器422的分立光 纤172a中的离散拉曼放大带宽加宽。另外，泵浦还可以经过泵浦隔离器108a-108n。泵浦 隔离器可以用来防止反馈造成泵浦串扰或不稳定性。图8b示出了图8a的示例性放大器的带宽扩展的示例性增益和噪声指数特性，该 放大器包括80km的传输光纤。所示的初始(扩展前的)增益和噪声指数针对的是60个通 道的放大。还对于经过扩展的120个通道的放大示出了增益和噪声指数，其具有与60个通 道的情况下类似的增益、增益波纹和噪声指数。图9是能够使带宽扩展的模块式光学放大器522的一种示例的框图。放大器522 与图8a的放大器422的功能类似。但是，本发明中的这一附图以及其他附图中所用的泵 浦波长仅仅是示例；在各种实施例中也可以使用其他泵浦波长值。图9的设计在其设计实现方式中使用了附加的复用器106，但是使用了更少数目的泵浦连接器102和泵浦隔离器 108。初始的和扩展的泵浦波长信号经过一个或多个端口 102和/或一个或多个泵浦复用 器(mux) 104。与其他设计一样，扩展泵浦波长可以高于、低于初始泵浦波长或处于初始泵浦 波长之间。图10是能够使带宽扩展的模块式光学放大器622的一种示例的框图。放大器622 在功能上与图8a的放大器422类似。初始的和/或扩展的泵浦可以经过多个泵浦mux 104、 隔离器108、端口 102和/或复用器106。另夕卜，在某些实施例中，可以用泵浦mux(例如mux 106a)来组合两个或更多个泵浦，对于信号路径，这提供了比图9的复用器106a更小的部件 损耗。图Ila是分立模块式光学放大器1022的一种示例的框图，该放大器能够通过在 增益盘架的与初始泵浦相反那侧添加泵浦波长，来使带宽扩展。这种示例的一个好处是 彼此独立的两个泵浦复用段使得在波长选择方面更加灵活，并减少了芯层放大器中的耦合 器104的数目。放大器1022在功能上与图8a的放大器422类似。在这种示例中，初始带 宽约为1543. 33至1567. 13nm,经扩展的带宽约为1531. 51至1542. 94nm以及1567. 54至 1592. lOnm。放大器1022包括初始泵浦源150和152，这些泵浦源分别能够产生1440nm和 1471nm的泵浦波长。尽管在这种示例中泵浦源150和152各自产生特定的泵浦波长，但是 在本发明的范围内可以使用其他的泵浦波长。在需要进行带宽扩展时，可以添加泵浦波长160、162、164和166。在这种示例中， 160、162、164和166分别引入1432nm、1450nm、1481nm和1498nm的泵浦波长。初始的和/ 或新的泵浦波长可以经过一个或多个耦合器104、隔离器116和复用器116。在这种实施例 以及其他实施例中，可以用一个或多个泵浦反射器118在一个方向上反射泵浦的一个或多 个泵浦波长并将其导向相反方向。光学循环器120是单向器件，沿仅一个方向将光从端口 至端口依次进行重定向。具体而言，来自端口 1的泵浦在这种示例中沿后向方向被导向端 口 2，进入端口 2的泵浦和/或信号在这种示例中沿前向方向被传送到端口 3，而端口 2至1 以及3至1被隔离。光学循环器是3端口耦合器件，被制成与偏振态无关并具有低的插入 损耗。图lib示出了图Ila的示例性放大器的带宽扩展的示例性增益和噪声指数特性， 该放大器包括80km的传输光纤。所示的初始(扩展前的)增益和噪声指数针对的是60个 通道的放大。还对于经过扩展的150个通道的放大示出了增益和噪声指数，其具有与60个 通道的情况下类似的增益、增益波纹和噪声指数。尽管已经通过几种实施例对本发明进行了说明，但是本领域技术人员可能想到许 多变更、修改、替代、变形和改变形式，本发明应当认为涵盖了落在所附权利要求范围内的 这些变更、修改、替代、变形和改变形式。
1权利要求
一种光学放大器，包括光学放大器的增益介质，所述增益介质适于接收第一光学信号，所述第一光学信号包括第一组多个光学信号波长；第一泵浦源，其在第一时间段中耦合到所述增益介质，并适于向所述增益介质至少引入包括一个或多个第一泵浦波长的第一泵浦，其中，所述第一泵浦在所述第一时间段中对所述第一光学信号进行放大；第二泵浦源，其在晚于第一时间段的第二时间段中耦合到所述增益介质，所述第二泵浦源适于向所述增益介质至少引入包括一个或多个第二泵浦波长的第二泵浦，所述一个或多个第二泵浦波长中的至少一个波长与所述一个或多个第一泵浦波长中的任意波长都不同，所述第二泵浦在所述第二时间段中至少帮助对第二光学信号进行放大，所述第二光学信号包括第二组多个光学信号波长，所述第二组多个光学信号波长中的至少一个波长与所述第一组多个光学信号波长都不同。
2.根据权利要求1所述的光学放大器，其中，所述第二泵浦波长中的至少一个波长比所述一个或多个第一泵浦波长中最长的 波长更短，其中，所述第二组多个光学信号波长中的至少一个波长比所述第一组多个光学信号波 长中最长的波长更长。
3.根据权利要求2所述的光学放大器，其中，所述增益介质包括拉曼增益介质。
4.根据权利要求3所述的光学放大器，其中，所述一个或多个第二泵浦波长中的至少 一个波长比所述一个或多个第一泵浦波长中最短的波长更长。
5.根据权利要求3所述的光学放大器，其中，所述一个或多个第二泵浦波长中的至少 一个波长相对于所述一个或多个第一泵浦波长中的至少一个波长是反向传播的。
6.根据权利要求3所述的光学放大器，其中，所述一个或多个第二泵浦波长中的至少 一个波长相对于所述一个或多个第一泵浦波长中的至少一个波长是同向传播的。
7.根据权利要求3所述的光学放大器，还包括第一复用器，其处于所述信号的路径中，并接收所述第一泵浦的可能输入路径作为输 入之一；以及第二复用器，其处于所述信号的路径中，并接收所述第二泵浦的可能输入路径作为输 入之一。
8.根据权利要求3所述的光学放大器，还包括第一复用器，其将所述第二泵浦的可能输入路径组合到所述第一泵浦的可能输入路径 中，以形成所述第一泵浦和所述第二泵浦的组合可能输入路径；以及第二复用器，其处于所述信号的路径中，并接收所述第一泵浦和所述第二泵浦的组合 可能输入路径作为输入之一。
9.根据权利要求3所述的光学放大器，还包括光学连接器，其构造成将所述第二泵浦的可能输入路径耦合到所述增益介质。
10.根据权利要求1所述的光学放大器，其中，所述第二泵浦波长中的至少一个波长比所述一个或多个第一泵浦波长中最短的 波长更长，其中，所述第二组多个光学信号波长中的至少一个波长比所述第一组多个光学信号波 长中最短的波长更短。
11.根据权利要求10所述的光学放大器，其中，所述增益介质包括拉曼增益介质。
12.根据权利要求11所述的光学放大器，其中，所述第二泵浦波长中的至少一个波长 比所述一个或多个第一泵浦波长中最长的波长更短。
13.根据权利要求11所述的光学放大器，其中，所述一个或多个第二泵浦波长中的至 少一个波长相对于所述一个或多个第一泵浦波长中的至少一个波长是反向传播的。
14.根据权利要求11所述的光学放大器，其中，所述一个或多个第二泵浦波长中的至 少一个波长相对于所述一个或多个第一泵浦波长中的至少一个波长是同向传播的。
15.一种用于对光学信号进行光学放大的方法，所述方法包括在第一时间段中将第一光学信号提供到光学放大器的增益介质中，所述第一光学信号 包括第一组多个光学信号波长；在所述第一时间段中将包括一个或多个第一泵浦波长的第一泵浦提供到所述增益介 质中，从而在所述第一时间段中在所述增益介质中对所述第一光学信号进行放大；在比所述第一时间段晚的第二时间段之前将第二泵浦源耦合到所述增益介质，使得所 述第二泵浦源可以将第二泵浦提供到所述增益介质中，所述第二泵浦包括一个或多个第二 泵浦波长；以及在所述第二时间段中用所述第二泵浦源将所述第二泵浦提供到所述增益介质中，其 中，所述一个或多个第二泵浦波长中的至少一个波长与所述一个或多个第一泵浦波长中的 任意波长都不同，所述第二泵浦在所述第二时间段中至少帮助对第二光学信号进行放大， 所述第二光学信号包括第二组多个光学信号波长，所述第二组多个光学信号波长中的至少 一个波长与所述第一组多个光学信号波长都不同。
16.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第二泵浦波长中的至少一个波长比所述一个或多个第一泵浦波长中最长的 波长更短，其中，所述第二组多个光学信号波长中的至少一个波长比所述第一组多个光学信号波 长中最长的波长更长。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述增益介质包括拉曼增益介质，使得所述第 一泵浦和所述第二泵浦有助于拉曼放大。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述一个或多个第二泵浦波长中的至少一个 波长比所述一个或多个第一泵浦波长中最短的波长更长。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述一个或多个第二泵浦波长中的至少一个 波长相对于所述一个或多个第一泵浦波长中的至少一个波长是反向传播的。
20.根据权利要求17所述的光学放大器，其中，所述一个或多个第二泵浦波长中的至 少一个波长相对于所述一个或多个第一泵浦波长中的至少一个波长是同向传播的。
21.根据权利要求17所述的方法，其中，将第一泵浦提供到所述增益介质中的动作是通过下述方式执行的将所述第一 泵浦沿可能路径提供到处于所述信号的路径中的第一复用器，并且其中，将第二泵浦提供到所述增益介质中的动作是通过下述方式执行的将所述第二泵浦沿可能路径提供到也处于所述信号的所述路径中的第二复用器。
22.根据权利要求17所述的方法，其中，将第一泵浦提供到所述增益介质中的动作是通过下述方式执行的将所述第一 泵浦沿所述第一泵浦的可能路径提供到处于所述信号的路径中的第一复用器，并且其中，将第二泵浦提供到所述增益介质中的动作是通过下述方式执行的将所述第二 泵浦沿可能路径提供到第二复用器，所述第二复用器将所述第二泵浦组合到所述第一泵浦 的可能路径中。
23.根据权利要求17所述的方法，其中，将第二泵浦提供到所述增益介质中的动作是通过使用可以在所述第一时间段之 后连接的光学连接器来执行的。
全文摘要
文档编号H01S3/30GK101953037SQ20098010178
公开日2011年1月19日 申请日期2009年1月7日 优先权日2008年1月7日
发明者Chang Do-Il, Herve A Fevrier, Wayne S Pelouch 申请人:Xtera Comm Inc