多芯光纤交织器、光纤放大器、传输系统以及传输方法与流程

1.本公开的各实施例涉及光纤领域，更具体地涉及一种多芯光纤交织器、一种多芯光纤放大器、一种单纤式双向传输系统以及一种多芯光纤传输方法。


背景技术：

2.随着光纤通信系统技术和产品的发展，单纤容量已经接近香农极限，容量持续提升遇到瓶颈。通过空分复用(sdm)将若干数据信号复用到多芯光纤的纤芯中或少量模式光纤的模式中，或将两者组合为少量模式多芯光纤，从而利用了空间信道的多样性，从而达成增加光通信中的信道容量的目的。空间域和模态域被认为是空分复用技术方向的两个分支。从模态域方向来看，虽然光纤的设计、制造是相对简单的，但是对链路上所使用的各种光器件以及模式色散导致收端多路输入多路输出(mimo)接收电路/芯片实现复杂度非常巨大，相关的模分复用器件还远不成熟。多芯光纤为代表的空间域空分复用方向越来越受到重视，并逐步向产业成熟推进。空间域和模态域理论上也可以结合使用，但是需要同时解决两个技术分支所有的问题，技术实现难度最为复杂。


技术实现要素：

3.本公开的目的至少在于提供一种多芯光纤交织器、基于该多芯光纤交织器的光纤放大器、多芯光纤传输系统以及相应的方法。借助于本公开的多芯光纤交织器，本公开的光纤放大器和多芯光纤传输系统可以实现单纤式的双向传输，这有助于克服未来光纤传输系统所面临单纤容量增加的技术难题。
4.根据本公开的第一方面，其提供了一种多芯光纤交织器。该多芯光纤交织器可以包括：第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中第一端口、第二端口、第三端口和第四端口分别适于耦接至多芯光纤交织器外部的第一多芯光纤、第二多芯光纤、第三多芯光纤和第四多芯光纤；其中所述第一多芯光纤在所述第一端口处的多个第一纤芯的第一子集被耦接至所述第二多芯光纤在所述第二端口处的多个第二纤芯的第一子集；其中所述第三多芯光纤在所述第三端口处的多个第三纤芯的第一子集被耦接至所述第四多芯光纤在所述第四端口处的多个第四纤芯的第一子集；其中所述第四多芯光纤在所述第四端口处的多个第四纤芯的第二子集被耦接至所述第二多芯光纤在所述第二端口处的多个第二纤芯的第二子集；其中所述第三多芯光纤在所述第三端口处的多个第三纤芯的第二子集被耦接至所述第一多芯光纤在所述第一端口处的所述多个第一纤芯的第二子集；以及其中各个多芯光纤的第一子集所包含的纤芯数目相同，以及各个多芯光纤的第二子集所包含的纤芯数目相同。
5.将会理解，利用本公开的多芯光纤交织器，单一多芯光纤放大器的双向传输成为可能。同时，本公开的多芯光纤交织器的结构简单，易于制造。
6.在一些实施例中，各个多芯光纤的第一子集所包含的纤芯数目也可以等于各个多芯光纤的所述第二子集所包含的纤芯数目。这意味着可以以相同数量的通信信道来实现上
下行链路的传输。
7.在一些实施例中，同一多芯光纤中的所述第一子集的纤芯可以与所述第二子集的纤芯彼此处于交替间插的位置，或者同一多芯光纤中的第一子集内的纤芯或第二子集内的纤芯处于互不相邻的位置。以这种方式，可以减少同向传输的相邻纤芯之间的串扰。
8.在一些实施例中，同一多芯光纤中的第一子集的纤芯数目和第二子集的纤芯数目之和可以小于或等于所述同一多芯光纤所包含的纤芯的总数目。在小于同一多芯光纤所包含的纤芯的总数目的情况下，这允许同一多芯光纤可以包括除第一子集和第二子集之外的第三子集的纤芯，从而可以实现辅助的通信信号的传输。
9.在一些实施例中，多个第一纤芯的第一子集可以在所述第一端口处被扇出，并且与在所述第二端口处扇出的所述多个第二纤芯的第一子集直接耦合或经由第一辅助交织器件耦合；多个第三纤芯的第一子集可以在所述第三端口处被扇出，并且与在所述第四端口处扇出的所述多个第四纤芯的第一子集直接耦合或经由第二辅助交织器件耦合；所述多个第一纤芯的第二子集在所述第一端口处被扇出，并且与在所述第三端口处扇出的所述多个第三纤芯的第二子集直接耦合或经由第三辅助交织器件耦合；以及所述多个第四纤芯的第二子集在所述第四端口处被扇出，并且与在所述第二端口处扇出的所述多个第二纤芯的第二子集直接耦合或经由第四辅助交织器件耦合。以这种方式，可以简单地实现各个端口处的纤芯之间的交织。
10.在一些实施例中，所述第一辅助交织器件、所述第二辅助交织器件、所述第三辅助交织器件和所述第四辅助交织器件可以选自包括以下各项的组：单芯光纤、空间波导芯片和空间光路结构。在这些实施例中，多种辅助交织器件可以提供交织操作的灵活性和自由度。
11.在一些实施例中，第一多芯光纤和所述第四多芯光纤各自所包含的纤芯数目可以彼此相同，以及所述第二多芯光纤和所述第三多芯光纤各自所包含的纤芯数目可以彼此相同。在这些实施例中，第一多芯光纤、所述第四多芯光纤可以相对于第二多芯光纤、第三多芯光纤有不同的纤芯数目，由此额外的纤芯数目例如可以作为辅助的通信信道。
12.在一些实施例中，所述第一多芯光纤、所述第二多芯光纤、所述第三多芯光纤和所述第四多芯光纤各自所包含的纤芯数目可以相同，所述纤芯数目在2-30的范围内。在这些实施例中，多芯光纤交织器可以具有广泛的适用范围。
13.在一些实施例中，多芯光纤交织器还可以包括以下至少一项：第五端口，所述第一多芯光纤的多个第一纤芯的第三子集适于经由所述第五端口从所述多芯交织器中耦出；以及第六端口，所述第四多芯光纤的多个第四纤芯的第三子集适于经由所述第六端口从所述多芯光纤交织器中耦出。以这种方式，可以利用第一多芯光纤和第四多芯光纤中的第三子集的纤芯来实现辅助的通信信道。
14.根据本公开的第二方面，提供了一种多芯光纤放大器。该放大器可以包括：根据第一方面所述的多芯光纤交织器，以及增益介质，其耦接在所述第二端口和所述第三端口之间；其中所述第一端口和所述第四端口适于分别作为所述多芯光纤放大器的第一输入/输出端口和第二输入/输出端口；其中光信号适于在所述多芯光纤放大器的所述第一输入/输出端口和所述第二输入/输出端口之间双向传输，并且适于经由所述增益介质进行增益放大。
15.将会理解，利用本公开的多芯光纤放大器，可以实现单一多芯光纤放大器的双向传输，这有助于建立单纤式连接的光纤传输系统。
16.在一些实施例中，所述增益介质可以包括多芯掺杂光纤。以这种方式，可以方便地实现从多芯光纤耦合出的光信号的增益放大。
17.在一些实施例中，还可以包括第一泵浦/信号波分复用器，其耦接在所述第二端口和所述增益介质之间，并且被配置成接收来自第一泵浦激光器的泵浦光。在这些实施例中，可以方便地实现从第二端口耦出的光信号的增益放大。
18.在一些实施例中，还可以包括第二泵浦/信号波分复用器，其耦接在所述增益介质和所述第三端口之间，并且被配置成耦出残余的来自第一泵浦激光器的泵浦光。这可以避免残余的泵浦光的不利影响。
19.在一些实施例中，还可以包括第一光隔离器，其耦接在所述第三端口和所述增益介质之间，以用于单向隔离从所述第三端口朝向所述增益介质传输的光。在这些实施例中，可以避免反射光对增益介质的性能指标的影响。
20.在一些实施例中，还可以包括第二光隔离器，其耦接在所述第二端口和所述增益介质之间，以用于单向隔离从所述增益介质朝向所述第二端口传输的光。以这种方式，可以有助于避免增益介质所产生的反向ase噪声光从输入端的泄露。
21.在一些实施例中，还可以包括第一探测耦合器和/或第二探测耦合器，所述第一探测耦合器耦合在第二端口和所述增益介质之间，以便探测从所述第二端口输出的光；所述第二探测耦合器耦合在第三端口和所述增益介质之间，以便探测耦入至第三端口的光。以这种方式，可以方便地实现对输入光和经放大后的输出光的检测。
22.在一些实施例中，还可以包括增益平坦滤波器，其耦合在所述增益介质和所述第三端口之间。在这些实施例中，该增益平坦滤波器有助于把放大器增益介质对信号的波长相关增益均衡到基本一致。
23.在一些实施例中，所述多芯光纤交织器可以包括适于耦出多个第一纤芯的第三子集的第五端口，以及适于耦出多个第四纤芯的第三子集的第六端口，并且其中所述第五端口和第六端口适于作为所述多芯光纤放大器的第一辅助通信端口和第二辅助通信端口。在这些实施例中，从该第一辅助通信端口和第二辅助通信端口耦合的光信号可以例如用于控制其他相关(譬如下游)的网元设备或与之通信。
24.根据本公开的第三方面，提供了一种单纤式双向传输系统。该系统可以包括：光放站点，其包括根据第二方面中任一项所述的多芯光纤放大器；以及第一光终端站点和第二光终端站点，其中所述光放站点被单纤式串联布置在所述第一光终端站点和第二光终端站点之间，其中光信号适于经由所述光放站点在所述第一光终端站点和第二光终端站点之间进行双向传输。
25.将会理解，借助于本公开的多芯光纤放大器，本公开的光纤双向传输系统可以有利地利用单纤来实现光信号的双向传输。同时，由于使用的是单纤式传输，这保证了上下行链路的时延一致，避免了现有技术使用双纤式的光纤连接所导致的双向时延不一致的问题。
26.在一些实施例中，第一光终端站点和所述第二光终端站点可以均各自包括复用器、解复用器和光转发器单元中的至少一者。在这些实施例中，光终端站点由此可以实现光
信号的发送和接收。
27.在一些实施例中，所述光放站点可以包括多个所述光放站点，多个所述光放站点彼此以单纤进行串接，每个所述光放站点均包括单个的所述多芯光纤放大器。通过这些光放站点，可以实现光信号的中继放大。
28.根据本公开的第四方面，提供了一种多芯光纤的交织方法。该方法包括将第一多芯光纤的多个第一纤芯的第一子集耦接至第二多芯光纤中的多个第二纤芯的第一子集；将第三多芯光纤的多个第三纤芯的第一子集耦接至第四多芯光纤的多个第四纤芯的第一子集；将所述多个第一纤芯的第二子集耦接至所述多个第三纤芯的第二子集；以及将所述多个第四纤芯的第二子集耦接至所述多个第二纤芯的第二子集，其中各个多芯光纤的第一子集所包含的纤芯数目相同，以及各个多芯光纤的第二子集所包含的纤芯数目相同。以这种方式，可以实现多个多芯光纤的交织。
29.在一些实施例中，还可以包括将所述多个第二纤芯的所述第一子集经由增益介质耦接至所述多个第三纤芯的所述第一子集，以及将所述多个第二纤芯的所述第二子集经由增益介质耦接至所述多个第三纤芯的所述第二子集。在这些实施例中，借助于增益介质，可以实现输入光经由增益介质的增益放大。
30.根据本公开的第五方面，提供了一种适用于多芯光纤的光放方法。该光放放放包括经由第一多芯光纤的第一子集接收第一光信号；将所述第一光信号传输至所述第二多芯光纤的第一子集；将来自所述第二多芯光纤的所述第一子集的所述第一光信号经由增益介质传输至第三多芯光纤的第一子集；将经放大的所述第一光信号传输至第四多芯光纤的第一子集；以及经由所述第四多芯光纤的所述第一子集输出经放大的所述第一光信号，其中各个多芯光纤的第一子集所包含的纤芯数目彼此相同。以这种交织的方式，可以实现从第一多芯光纤至第四多芯光纤的光信号的增益放大。
31.在一些实施例中，还可以包括：经由所述第四多芯光纤的第二子集接收第二光信号，所述第二光信号的传输方向与所述第一光信号的传输方向相反；将所述第二光信号传输至所述第二多芯光纤的第二子集；将来自所述第二多芯光纤的所述第二子集的所述第二光信号经由增益介质传输至第三多芯光纤的第二子集；将经放大的所述第二光信号传输至所述第一多芯光纤的第二子集；以及经由所述第一多芯光纤的所述第二子集输出经放大的所述第二光信号，其中各个多芯光纤的第二子集所包含的纤芯数目彼此相同。以这种交织的方式，可以另外地实现从第四多芯光纤至第一多芯光纤的光信号的增益放大。
32.在一些实施例中，还可以包括：经由所述第一多芯光纤的第三子集接收作为辅助通信信号的第三光信号，所述第一多芯光纤的所述第三子集与所述第一多芯光纤的所述第一子集和所述第二子集没有交集；和/或经由所述第四多芯光纤的第三子集接收作为辅助通信信号的第四光信号，所述第四多芯光纤的所述第三子集与所述第四多芯光纤的所述第一子集和所述第二子集没有交集。在这些实施例中，第一多芯光纤的第三子集和第四多芯光纤的第三子集可以实现辅助光通信信号的传输。
33.根据本公开的第六方面，提供了一种单纤式双向传输方法。该方法可以包括从第一光终端站点向光放站点传输第一光信号；以及从所述光放站点向第二光终端站点传输经放大的所述第一光信号，其中所述光放站点被单纤式串联布置在所述第一光终端站点和所述第二光终端站点之间，并且所述光放站点包括根据第二方面任一项所述的多芯光纤放大
器。利用该方法，借助于本公开的多芯光纤放大器，可以实现光信号以单纤式的方式在第一方向上进行传输。
34.在一些实施例中，还可以包括从所述第二光终端站点向所述光放站点传输第二光信号；以及从所述光放站点向所述第二光终端站点传输经放大的所述第二光信号。以这种方式，可以实现光信号以单纤式的方式在与第一方向相反的第二方向上进行传输。
35.应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开实施例的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
36.结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
37.图1示出了常规的第一类型多芯光纤放大器的结构示意图；
38.图2示出了常规的第二类型多芯光纤放大器的结构示意图；
39.图3示出了常规的多芯光纤放大器在光纤通信系统中的应用示意图；
40.图4示出了根据本公开的第一实施例的多芯光纤放大器的结构示意图；
41.图5示出了在本公开的示例实施例的多芯光纤放大器中使用的多芯光纤交织器的第一示例的交织示意图；
42.图6a示出了本公开的示例实施例的多芯光纤交织器的第二示例的交织示意图；
43.图6b以另一方式示出了图6a所示的多芯光纤交织器的第二示例的交织示意图；
44.图7以纤芯扇出的方式示出了图6b所示的多芯光纤交织器的变型示例的交织示意图；
45.图8示出了图4所示的多芯光纤放大器的示例实施例的第一变型的示意图。
46.图9示出了图4所示的多芯光纤放大器的示例实施例的第二变型的示意图；
47.图10示出了根据本公开的示例实施例的多芯光纤放大器在光纤通信系统中的应用；
48.图11示出了根据本公开的示例实施例的多芯光纤的交织方法的流程示意图；
49.图12示出了本公开的示例实施例的适用于多芯光纤的光放方法的流程示意图；以及
50.图13示出了本公开的示例实施例的适用于多芯光纤的单纤式双向传输方法的流程示意图。
具体实施方式
51.术语说明：
[0052][0053][0054]
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非旨在限制本公开的保护范围。
[0055]
在光纤通信领域，多芯光纤作为空间域空分复用的代表越来越受技术人员的重视。多芯光纤放大器是构建光纤通信系统的核心部件，其适合对多芯光纤所传输的光进行增益放大，从而实现光纤的远程通信传输。这里需要说明的是，本文所指的多芯光纤是指在同一个包层里存在多个纤芯的光纤，而与带状光纤(ribbon fiber)不同，后者是指多根光纤用特殊材料(比如胶水)粘成一组(一带)的光纤，也称为集束光纤/光缆。此外，在上下文不矛盾的情况下，本文的多芯光纤可以是指任何大于等于2芯的多芯光纤，包括但不限于4芯、6芯、7芯、12芯、13芯、19芯等的多芯光纤。
[0056]
图1示出了常规的第一类型多芯光纤放大器10’的结构示意图。将会理解，该第一类型多芯光纤放大器的原理在于首先将多芯光纤的多个纤芯解复用为多路单模单芯光纤，然后在单模单芯光纤上把泵浦光与信号光复用，再通过纤芯复用器复用到多芯光纤，最后进入多芯掺杂光纤进行放大。
[0057]
具体地，如图1所示，常规的多芯光纤放大器10’可以包括多芯光纤输入端11’和多芯光纤输出端12’，其分别适于耦接至作为输入光纤的第一多芯光纤21’和作为输出光纤的第二多芯光纤22’。第一多芯光纤21’和第二多芯光纤22’可分别适于传输空间复用多路信
号。
[0058]
第一多芯光纤21’在作为输入端的第一端口11’被连接至多芯光纤扇出器13’，后者将第一多芯光纤21’扇出为多路单芯光纤23
’-
1，
…
，23
’-
n。
[0059]
泵浦/信号波分复用器14
’-
1，
…
，14
’-
n可以分别与多路单芯光纤23
’-
1，
…
，23
’-
n连接，并且适于分别将从泵浦激光器18
’-
1，
…
，18
’-
n经由单芯光纤输出的泵浦光与多路单芯光纤23
’-
1，
…
，23
’-
n中的信号光耦合在一起，其中泵浦光的作用是使得后面的多芯掺杂光纤16’中的增益介质(诸如掺铒离子等)可以吸收泵浦光，以便对信号光产生放大作用。
[0060]
为了将泵浦/信号波分复用器14
’-
1，
…
，14
’-
n耦合到多芯掺杂光纤16’，泵浦/信号波分复用器14
’-
1，
…
，14
’-
n将首先耦接至多芯光纤扇入器15’，然后多芯光纤扇入器15’再耦合至多芯掺杂光纤16’，以实现光的增益放大。
[0061]
多芯掺杂光纤16’可以经由光隔离器17’耦合至作为输出端的第二端口12’，其中光隔离器17’可以使得光单向性通过器件，从而隔离放大器的输出端反射光的影响。
[0062]
多芯光纤放大器10’的信号流总结如下：
[0063]
源于上游传输光纤或传输设备的信号光经由第一多芯光纤21’从输入端11’输入，然后依次经过多芯光纤扇出器13’、泵浦/信号波分复用器14
’-
1，
…
，14
’-
n、多芯光纤扇入器15’后，进入多芯掺杂光纤16’进行放大。接着，经放大的光经过光隔离器17’在输出端12’通过第二多芯光纤22’输出，从而进入下游传输光纤或被传输设备接收。另外，多路泵浦光源18
’-
1，
…
，18
’-
n输出的泵浦光可以通过泵浦/信号波分复用器14
’-
1，
…
，14
’-
n、多芯光纤扇入器15’后进入多芯掺杂光纤16’而被吸收。
[0064]
然而，上述第一类型多芯光纤放大器10’的缺点在于：其仅可支持多路信号光同向传输的光纤通信系统。另外，如果传输设备使用siso方式接收，则需要设计多芯光纤，并且需要使其纤芯距离足够大，以避免纤芯之间的信号耦合串扰，这意味着限制了相同尺寸光纤中最大纤芯数量。另一方面，如果为了追求单纤容量，纤芯之间的距离可以缩小，但是传输设备须使用mimo接收，纤芯数量越多则需要的mimo矩阵越大。这样，器件、算法、芯片复杂度与mimo矩阵规模成指数规律增加，由此带来功耗、时延、集成度等多方面的缺点。
[0065]
图2示出了常规的第二类型多芯光纤放大器30’的结构示意图。将会理解，该第二类型多芯光纤放大器30’的原理在于：基于多芯泵浦与信号波分复用，从而把泵浦光与信号耦合在一起，再通过空间纤芯复用器复用，进入掺杂光纤放大的一种技术方案
[0066]
具体地，如图2所示，多芯光纤放大器30’可以包括多芯光纤输入端31’和多芯光纤输出端32’，其分别适于耦接至作为输入光纤的第一多芯光纤37’和作为输出光纤的第二多芯光纤38’。第一多芯光纤37’和第二多芯光纤38’适于传输空间复用多路信号。
[0067]
泵浦/信号波分复用器33’可以直接与第一多芯光纤37’连接，并且适于接收从泵浦激光器34’经由单芯光纤输出的泵浦光，并且将第一多芯光纤37’中的多路信号光和单芯光纤中的泵浦光耦合复用在一起，或者把泵浦光和信号光解复用。
[0068]
多芯光纤放大器30’还包括双包层多芯掺杂光纤35’，其耦接至泵浦/信号波分复用器33’的输出。该双包层多芯掺杂光纤35’的纤芯被内包层所覆盖，其中纤芯提供掺杂(如掺铒离子)，掺杂离子可以在吸收泵浦光后对输入的信号光产生放大作用；内包层用于耦合传输多模泵浦光，当泵浦光经过内包层中的纤芯时会被掺杂离子吸收。
[0069]
多芯光纤光隔离器36’耦接至双包层多芯掺杂光纤35’，其作为光单向性通过器
件，可以用于隔离放大器输出端反射光的影响，
[0070]
多芯光纤放大器30’的信号流如下：
[0071]
源于传输光纤或传输设备的信号光经由第一多芯光纤37’从输入端31’输入，然后经过泵浦/信号波分复用器33’后进入双包层掺杂光纤35’的纤芯中进行放大。接着，经放大的信号光再经过光隔离器36’后经由第二多芯光纤38’从输出端32’输出，从而进入下游传输光纤或被传输设备接收。此外，从泵浦激光器34’输出的泵浦光可以从泵浦/信号波分复用器33’的泵浦输入端输入，然后进入双包层掺杂光纤35’的内包层传输。当泵浦光经过双包层掺杂光纤35’的纤芯时，其可以被掺杂离子吸收。
[0072]
然而，上述第二类型多芯光纤放大器30’的缺点在于：类似于上述第一类型多芯光纤放大器10’，其同样仅能支持多路信号光同向传输的光纤通信系统。另外，同样地，如果传输设备使用siso方式接收，则需要控制多芯光纤的纤芯距离足够大，以避免芯间信号耦合串扰，这意味着限制了最大纤芯数量；如果传输设备使用mimo接收，则需要更大的mimo矩阵，器件和芯片复杂度以及由此导致的功耗、时延、集成度等多方面的缺点；
[0073]
为了更加清楚地理解上述第一类型多芯光纤放大器10’和第二类型多芯光纤放大器30’所能支持的光纤通信系统，图3示出了常规的多芯光纤放大器在光纤通信系统40’中的应用示意图。
[0074]
如图3所示，光纤通信系统40’可以包括第一光终端站点41’和第二光终端站点42’，以及位于和第一光终端站点41’和第二光终端站点42’之间的至少一个的光放站点43’。光放站点43’可以包括上述第一类型多芯光纤放大器10’或第二类型多芯光纤放大器30’中的任意类型的光放大器(oa)。第一光终端站点41’和第二光终端站点42’可以包括复用器(mux)和解复用器(dmux)、光纤扇入/扇出器(fi/fo)、光转发器单元(otu)、以及诸如上述第一类型多芯光纤放大器10’或第二类型多芯光纤放大器30’的光放大器(oa)，等等。
[0075]
将会理解，由于第一类型多芯光纤放大器10’或第二类型多芯光纤放大器30’仅能支持光信号的同向传输。因此，为了实现光纤通信系统40’的双向传输，这意味着需要铺设用于上下行链路的两条光纤45’、46’，并且在每条链路的光纤45’、46’分别使用各自的光纤放大器。也就是说，即便在初始运营实际承载的业务不是很多时，也需要东西向两套光放设备，这导致系统的初期投资增加。
[0076]
本公开的构思在于提供一种能够支持双向传输的多芯光纤放大器，从而可以避免在光纤通信系统中使用两套光放设备，由此可以显著地降低光纤通信系统的搭建成本。
[0077]
图4示出了根据本公开的第一实施例的可支持双向传输的多芯光纤放大器50的结构示意图。
[0078]
如图4所示，多芯光纤放大器50可以包括第一输入/输出端口51和第二输入/输出端口52，其中第一输入/输出端口51可以连接至第一多芯传输光纤53，以便接收/输出信号光，第二输入/输出端口52例如可以连接至第二多芯传输光纤54，以便输出/接收信号光。
[0079]
为了实现多芯光纤放大器50支持光信号双向传输的功能，多芯光纤放大器50特别地包括多芯光纤交织器10。将会理解，正是借助于多芯光纤交织器10，才使得多芯光纤放大器50的双向传输成为可能。
[0080]
多芯光纤交织器10可以包括第一端口11、第二端口12、第三端口13和第四端口14，它们可以分别耦合至第一多芯光纤21、第二多芯光纤22、第三多芯光纤23和第四多芯光纤
24。第一端口21可以用作上述第一输入/输出端口51，而第四端口24可以用作上述第二输入/输出端口52。第一多芯光纤21可以直接作为多芯光纤放大器50的上述第一多芯传输光纤53，第四多芯光纤24可以直接作为多芯光纤放大器50的上述第二多芯传输光纤54。进一步地，第二端口22需要经由连接至增益介质61连接至第三端口23。增益介质61例如能够使得经过其的光信号可以放大，从而实现多芯光纤放大器的经增益放大的光输出。
[0081]
多芯光纤交织器10的设计构思在于：使得在第一端口21处耦接的第一多芯光纤21中的多个纤芯的第一子集交织耦接到第二端口12处耦接的第二多芯光纤21中的多个纤芯的第一子集，以及在第四端口24处耦接的第四多芯光纤24的多个纤芯的第一子集耦接到第三端口13处耦接的第三多芯光纤23的第一子集；同时使得第一多芯光纤21中的多个纤芯的第二子集耦接到第三端口13处耦接的第三多芯光纤23的第二子集；以及在第四端口24处耦接的第四多芯光纤24的多个纤芯的第二子集耦接到第二端口12处耦接的第二多芯光纤22的第二子集，其中各个多芯光纤的第一子集所包含的纤芯数目彼此相同(例如，均为第一数目)，各个多芯光纤的第二子集所包含的纤芯数目彼此相同(例如，均为第二数目)。将会理解，借助于上述多芯光纤交织器，可以实现单纤式的光纤放大器以及后面的单纤式光纤传输系统。
[0082]
为了更加清楚地理解多芯光纤交织器10的设计构思，下面将仅以2芯光纤、6芯光纤和7芯光纤为示例来详细地描述多芯光纤交织器10的交织结构。将会理解，本公开的多芯光纤交织器10并不限于下面所示出的2芯光纤、6芯光纤和7芯光纤的交织示例，而是可以适用于包含任意数目纤芯的多芯光纤，即适用于具有大于等于2的纤芯数目的光纤。
[0083]
图5示出了以2芯光纤作为示例的多芯光纤交织器10的交织示意图。如图5所示，在2芯光纤的情况下，第一多芯光纤21耦接至第一端口11，第二多芯光纤22耦接至第二端口12，第三多芯光纤23耦接至第三端口13，第四多芯光纤24耦接至第四端口14。作为示例，第一多芯光纤21可以包括2个纤芯21-1、21-2，第二多芯光纤22可以包括2个纤芯22-1、22-2，第三多芯光纤23可以包括2个纤芯23-1、23-2，而第四多芯光纤24可以包括2个纤芯24-1、24-2。
[0084]
在该2芯光纤的示例中，例如可以以如下方式实现交织：使得第一多芯光纤21中的两个纤芯中的纤芯21-1(即，作为第一多芯光纤21中的多个纤芯的第一子集)耦接至第二多芯光纤22中的纤芯22-1(即，作为第二多芯光纤22中的多个纤芯的第一子集)，以及使得第四多芯光纤24的纤芯24-1(即，作为第四多芯光纤24中的多个纤芯的第一子集)耦接到第三多芯光纤23的纤芯23-1(即，作为第三多芯光纤23中的多个纤芯的第一子集)。同时，使得第一多芯光纤21中的纤芯21-2(即，作为第一多芯光纤21中的多个纤芯的第二子集)耦接到第三多芯光纤23的纤芯23-2(即，作为第三多芯光纤23中的多个纤芯的第二子集)；以及使得第四多芯光纤24的纤芯24-2(即，作为第四多芯光纤24中的多个纤芯的第二子集)耦接到第二多芯光纤22的纤芯22-2(即，作为第二多芯光纤22中的多个纤芯的第二子集)。
[0085]
在应用2芯光纤交织器作为多芯光纤交织器10的情况下，图4中的多芯光纤放大器50可以进一步地布置成：将第二多芯光纤22的纤芯22-1(即，第二多芯光纤22中的第一子集)经由多芯光纤交织器10外部的增益介质61连接至将第三多芯光纤23的纤芯23-1(即，第三多芯光纤23中的第一子集)。同时，将第二多芯光纤22的纤芯22-2(即，第二多芯光纤22中的第二子集)经由多芯光纤交织器10外部的增益介质61连接至将第三多芯光纤23的纤芯
23-2(即，第三多芯光纤23的第二子集)。
[0086]
当第一端口21作为输入端口，第四端口24作为输出端口以及第一多芯光纤中的纤芯21-1作为信号输入纤芯时，那么光信号流可以沿以下第一光传输路径传输：位于第一端口11的纤芯21-1
→
位于第二端口12的纤芯22-1
→
位于交织器50外部的增益介质61
→
位于第三端口13的纤芯23-1
→
位于第四端口14的纤芯24-1。
[0087]
相反，当第一端口21作为输出端口，第四端口24作为输入端口以及第四多芯光纤中的纤芯24-2作为信号输入纤芯时，那么光信号流可以沿以下第二光传输路径传输：位于第四端口14的纤芯24-2
→
位于第二端口12的纤芯22-2
→
位于交织器50外部的增益介质61
→
位于第三端口13的纤芯23-2
→
位于第一端口11的纤芯21-2。
[0088]
从以上的描述可知，从多芯光纤交织器和增益介质两者整体的外部来看，第一光传输路径和第二光传输路径是相反的，但从内部来看，它们均沿经过增益介质的相同路径进行增益放大。此外，还将会理解，沿第一光传输路径和第二光传输路径的光信号传输可以是同时进行的，因为针对同一多芯光纤所限定的第一子集和第二子集之间没有交集，这使得第一光传输路径和第二光传输路径不使用相同的纤芯进行传输。
[0089]
为了实现不同端口之间的纤芯之间的交织，在一些实施例中，可以直接在各个端口扇出相应的纤芯，并且将不同端口的纤芯直接耦合(例如，熔接)在一起。例如，多个第一纤芯中的作为第一子集的纤芯(例如21-1)可以在第一端口11处被扇出，并且与在第二端口12处扇出的多个第二纤芯中的作为第一子集的纤芯(22-1)直接耦合。同时，多个第三纤芯中的作为第一子集的纤芯(例如23-1)可以在第三端口13处被扇出，并且与在第四端口14处扇出的多个第四纤芯中的作为第一子集的纤芯24-1直接耦合。此外，多个第一纤芯中的作为第二子集的纤芯(例如21-2)可以在第一端口11处被扇出，并且与在第三端口13处扇出的多个第三纤芯中的作为第二子集的纤芯(例如23-2)直接耦合。同时，多个第四纤芯中的作为第二子集的纤芯(例如24-2)可以在第四端口14处被扇出，并且与在第二端口12处扇出的多个第二纤芯中的作为第二子集的纤芯(例如22-2)直接耦合。这种直接耦合的方式使得交织变得相对简单。
[0090]
在一些实施例中，可以经由辅助交织器件将各个端口的相应纤芯耦接在一起。例如，多个第一纤芯中的作为第一子集的纤芯(例如，21-1)可以在第一端口11处被扇出，然后经由第一辅助交织器件与在第二端口12处扇出的多个第二纤芯中的作为第一子集的纤芯(例如22-1)耦合。同时，多个第三纤芯中的作为第一子集的纤芯(例如23-1)可以在第三端口13处被扇出，然后经由第二辅助交织器件与在第四端口14处扇出的多个第四纤芯中的作为第一子集的纤芯(例如24-1)耦合。此外，多个第一纤芯中的作为第二子集的纤芯(例如21-2)可以在第一端口11处被扇出，然后经由第三辅助交织器件与在第三端口13处扇出的多个第三纤芯中的作为第二子集的纤芯(例如23-2)耦合。同时，多个第四纤芯中的作为第二子集的纤芯(例如24-2)可以在第四端口14处被扇出，然后经由第四辅助交织器件与在第二端口12处扇出的多个第二纤芯中的作为第二子集的纤芯(例如22-2)耦合。作为示例，第一辅助交织器件、第二辅助交织器件、第三辅助交织器件和第四辅助交织器件可以选自由以下各项构成的组：单芯光纤，空间波导芯片、空间光路结构。类似的，在这些实施例中，使用第一辅助交织器件、第二辅助交织器件、第三辅助交织器件和第四辅助交织器件，提供了多个端口的纤芯的备选交织方案，从而可以在不同的空间条件或环境条件下实现交织。
[0091]
例如，在空间波导芯片的示例中，交织器10的第一端口11、第二端口12、第三端口13和第四端口14可以分别耦接至空间波导芯片的第一端口、第二端口、第三端口、第四端口，然后借助于空间波导芯片上的波导结构来实现各个端口的相应纤芯的交织，这有可能简化纤芯交织的操作。
[0092]
例如，在空间光路结构的示例中，空间光路结构可以包括光纤准直器和反射镜。譬如，可以在第一端口11、第二端口12、第三端口13和第四端口14处各自地布置第一光纤准直器、第二光纤准直器、第三光纤准直器、第四光纤准直器，然后利用反射镜将从某一端口的纤芯准直器耦出的光反射至相应的另一端口处的光纤准直器中，从而使得光进入该另一端口的纤芯中，从而实现纤芯的交织。以空间光路结构来实现纤芯的交织，可以扩展纤芯交织的应用场景，提高纤芯交织操作的自由度。
[0093]
在一些实施例中，各个端口的纤芯的交织还可以采用上面各个端口的纤芯的直接耦合、单芯光纤，空间波导芯片、空间光路结构的任意组合来实现各个端口纤芯的交织。将会理解，以这种方式，可以进一步提高纤芯交织的自由度。
[0094]
上面以2芯光纤为示例详细介绍了多芯光纤交织器10的交织原理和实现。下面将以6芯光纤作为另一示例介绍多芯光纤交织器10的交织原理和实现。图6a示出了以6芯光纤作为另一示例的多芯光纤交织器的交织示意图，以及图6b以纤芯扇出的方式示出了图6a所示的多芯光纤交织器的交织示意图。
[0095]
如图6a和图6b所示，在6芯光纤示例的情况下，耦接至第一端口11的第一多芯光纤21包括6个纤芯21-1、21-2、21-3、21-4、21-5、21-6，耦接至第二端口12的第二多芯光纤22包括6个纤芯22-1、22-2、22-3、22-4、22-5、22-6、耦接至第三端口13的第三多芯光纤23包括6个纤芯23-1、23-2、23-3、23-4、23-5、23-6；耦接至第四端口14的第四多芯光纤24包括3个纤芯24-1、24-2、24-3、24-4、24-5、24-6。
[0096]
在该6芯光纤的示例中，其交织例如可以以如下方式实现：使得第一多芯光纤21中6个纤芯中的3个纤芯(例如，纤芯21-1、21-3、21-5)作为第一子集，并将该第一子集耦接至第二多芯光纤21中的6个纤芯的第一子集(例如，纤芯22-1、22-3、22-5)，以及将第四多芯光纤24的6个纤芯的3个纤芯(例如，纤芯24-1、24-3、24-5)作为第一子集，并将该第一子集耦合到第三多芯光纤23的6个纤芯的第一子集(例如，纤芯23-1、23-3、23-5)；同时使得第一多芯光纤21中的6个纤芯的另外3个纤芯(例如，纤芯21-2、21-4、21-6)作为第二子集，并将该第二子集耦合到第三多芯光纤23的第二子集(例如，纤芯23-2、23-4、23-6)；以及第四多芯光纤24的6个纤芯的第二子集(例如，纤芯24-2、24-4、24-6)耦合到第二多芯光纤22的第二子集(例如，纤芯22-2、22-4、22-6)。
[0097]
在应用6芯光纤交织器作为多芯光纤交织器10的情况下，图4中的多芯光纤放大器50可以进一步地布置成：将第二多芯光纤21的第一子集(例如，纤芯22-1、22-3、22-5)经由多芯光纤交织器10外部的增益介质61连接至将第三多芯光纤23的第一子集(例如，纤芯23-1、23-3、23-5)；以及将第二多芯光纤21的第二子集(例如，纤芯22-2、22-4、22-6)经由多芯光纤交织器10外部的增益介质61连接至将第三多芯光纤23的第二子集(例如，纤芯23-2、23-4、23-6)。
[0098]
当第一端口21作为输入端口，第四端口24作为输出端口以及第一多芯光纤中的纤芯22-1、22-3、22-5作为信号输入纤芯时，那么光信号流可以沿以下第一光传输路径传输：
位于第一端口11的纤芯22-1、22-3、22-5
→
位于第二端口12的纤芯22-1、22-3、22-5
→
位于交织器50外部的增益介质61
→
位于第三端口13的，纤芯23-1、23-3、23-5
→
位于第四端口14的纤芯24-1、23-4、23-6。
[0099]
相反，当第一端口21作为输出端口，第四端口24作为输入端口以及第四多芯光纤中的纤芯24-2、24-4、24-6作为信号输入纤芯时，那么光信号流可以沿以下第二光传输路径传输：位于第四端口14的纤芯24-2、24-4、24-6
→
位于第二端口12的纤芯22-2、22-4、22-6
→
位于交织器50外部的增益介质61
→
位于第三端口13的纤芯23-2、23-4、23-6
→
位于第一端口11的纤芯21-2、21-4、21-6。从以上的描述可知，第一光传输路径和第二光传输路径是相反的，并且均经过增益介质的增益放大。此外，还将会理解，沿第一光传输路径和第二光传输路径的光信号传输可以是同时进行的，因为针对同一多芯光纤所限定的第一子集和第二子集之间没有交集，这使得第一光传输路径和第二光传输路径所使用的纤芯是彼此不同的。
[0100]
为了实现不同端口之间的纤芯之间的交织，类似于上面的2芯光纤，在一些实施例中，可以直接在各个端口扇出相应的纤芯，并且将不同端口的纤芯直接耦合(例如，熔接)在一起。例如，多个第一纤芯中的作为第一子集的纤芯21-1、21-3、21-5可以在第一端口11处被扇出，并且与在第二端口12处扇出的多个第二纤芯中的作为第一子集的纤芯22-1、22-3、22-5直接耦合。同时，多个第三纤芯中的作为第一子集的纤芯23-1、23-3、23-5可以在第三端口13处被扇出，并且与在第四端口14处扇出的多个第四纤芯中的作为第一子集的纤芯24-1、24-3、24-5直接耦合。此外，多个第一纤芯中的作为第二子集的纤芯21-2、21-4、21-6可以在第一端口11处被扇出，并且与在第三端口13处扇出的多个第三纤芯中的作为第二子集的纤芯23-2、23-4、23-6直接耦合。同时，多个第四纤芯中的作为第二子集的纤芯24-2、24-4、24-6可以在第四端口14处被扇出，并且与在第二端口12处扇出的多个第二纤芯中的作为第二子集的22-2、22-4、22-6直接耦合。这种直接耦合的方式使得交织变得相对简单。
[0101]
在一些实施例中，可以经由辅助交织器件将各个端口的相应纤芯耦接在一起。例如，多个第一纤芯中的作为第一子集的纤芯21-1、21-3、21-5可以在第一端口11处被扇出，然后经由第一辅助交织器件与在第二端口12处扇出的多个第二纤芯中的作为第一子集的纤芯22-1、22-3、22-5耦合。同时，多个第三纤芯中的作为第一子集的纤芯23-1、23-3、23-5可以在第三端口13处被扇出，然后经由第二辅助交织器件与在第四端口14处扇出的多个第四纤芯中的作为第一子集的纤芯24-1、24-3、24-5耦合。此外，多个第一纤芯中的作为第二子集的纤芯21-2、21-4、21-6可以在第一端口11处被扇出，然后经由第三辅助交织器件与在第三端口13处扇出的多个第三纤芯中的作为第二子集的纤芯23-2、23-4、23-6耦合。同时，多个第四纤芯中的作为第二子集的纤芯24-2、24-4、24-6可以在第四端口14处被扇出，然后经由第四辅助交织器件与在第二端口12处扇出的多个第二纤芯中的作为第二子集的纤芯22-2、22-4、22-6耦合。同样地，作为示例，第一辅助交织器件、第二辅助交织器件、第三辅助交织器件和第四辅助交织器件可以选自由以下各项构成的组：单芯光纤，空间波导芯片、空间光路结构，其中空间波导芯片、空间光路结构可以以类似于上面2芯光纤描述的耦接方式进行连接。
[0102]
将会理解，在这些实施例中，使用第一辅助交织器件、第二辅助交织器件、第三辅助交织器件和第四辅助交织器件，提供了多个端口的纤芯的备选交织方案，从而可以在不
同的空间条件或环境条件下实现交织。
[0103]
此外，同样地，在一些实施例中，各个端口的纤芯的交织还可以采用上面各个端口的纤芯的直接耦合、单芯光纤，空间波导芯片、空间光路结构的任意组合来实现各个端口纤芯的交织。将会理解，以这种方式，可以进一步提高纤芯交织的自由度。
[0104]
在上面描述的2芯光纤、6芯光纤的示例中，同一多芯光纤的第一子集所包含的纤芯数目(例如，称为第一数目)和第二子集所包含的纤芯数目(例如，称为第二数目)被示例为相同，即都为1个纤芯或者3个纤芯，并且第一子集和第二子集所包含的纤芯数目之和被示例为等于同一纤芯所包含的纤芯总数，即2或6。然而，将会理解，上述2芯光纤、6芯光纤，以及所选择第一子集和第二子集所包含纤芯数目都仅仅是示例，它们不构成对本公开的范围的任何限制。在其他实施例中，多芯光纤所包含的纤芯总数、第一子集和第二子集各自所包含纤芯数目，都可以随应用的需求而调整或变化。
[0105]
例如，在一些实施例中，同一多芯光纤中的第一子集的纤芯数目和第二子集的纤芯数目之和可以小于或等于所述同一多芯光纤所包含的纤芯的总数目。此外，在一些实施例中，同一多芯光纤中的第一子集所包含的纤芯数目(例如，第一数目)可以等于或不等于(例如，大于或小于)和第二子集的纤芯数目(例如，第二数目)。譬如，在6芯光纤的示例中，第一子集所包含的纤芯数目可以是4，第二子集所包含的纤芯数据可以是2。又譬如，在6芯光纤的示例中，第一子集所包含的纤芯数目可以是3，第二子集所包含的纤芯数据可以是2，它们之后可以小于总纤芯数目6。将会理解，以上述方式选择第一子集和第二子集的数目，可以进一步增加光纤交织的自由度，并且可以满足不同方向的光通信容量要求。
[0106]
又例如，在一些实施例中，同一多芯光纤中除了包括第一子集和第二子集之外，还可以包括第三子集，其中第三子集所包含的纤芯可以作为辅助通信信道。
[0107]
为了更加清楚地展示上述第三子集是如何交织的，图7以纤芯扇出的方式示出了图6b所示的多芯光纤交织器的变型示例的交织示意图。如图7所示，第一端口11和第四端口14所分别耦接的第一多芯光纤21和第四多芯光纤24各自包括7个纤芯，而第二端口12和第三端口13所分别耦接的第二多芯光纤22和第三多芯光纤23则各自包括6个纤芯。
[0108]
在该示例实施例中，第一多芯光纤21、第二多芯光纤22、第三多芯光纤23和第四多芯光纤24各自的6个纤芯可以以与图6a和图6b所示的相同方式进行交织，在此不再赘述。同时，第一多芯光纤21中的第7个纤芯21-7以及第四多芯光纤24中的第7个纤芯可以分别作为第三子集从多芯交织器10的第五端口15和第六端口16耦出，其耦出方式可以以上面所述直接耦出的方式，或者借助于辅助交织器件的方式耦出。进一步地，多芯交织器10的第五端口15和第六端口16可以作为光纤放大器50的第三端口53和第四端口54(参见图9)。
[0109]
该第三子集或者第五端口15、第六端口16的作用可以是用作多芯光纤的辅助通信信道。例如，可以使用第三子集的纤芯来传输辅助控制信号，以便控制上下游的网元，诸如上下游的接收机(譬如，光转发器单元)；该第三子集或者第五端口15、第六端口16的作用也可以是用作多芯光纤故障的检测信道。例如，可以使用第三子集的纤芯作为otdr探测光信号的探测信道，以探测多芯光纤的故障点。
[0110]
尽管上面以7芯光纤作为示例描述了第三子集中的纤芯的用途，但将会理解，7芯光纤仅仅是示例，第三子集也可以适用于包含其他纤芯数目的多芯光纤(譬如，3芯光纤、6芯光纤)。另外，不仅仅第一多芯光纤21和第四多芯光纤24可以包含第三子集的纤芯，第二
多芯光纤22、和第三多芯光纤23也可以包含第三子集的纤芯，以用于诸如控制信号或故障探测等辅助通信信道的用途。此外，第三子集的纤芯可以包括多于1个的纤芯，第三子集的纤芯的数目可以根据实际需要来选择。
[0111]
以上以2芯、6芯和7芯光纤作为示例描述了多芯光纤交织器的交织原理。将会理解，上述纤芯数目的示例不构成对本公开的多芯光纤交织器的应用的任何限制，本公开的多芯光纤交织器可以适用于任意大于2芯的多芯光纤，而且第一多芯光纤、第二多芯光纤、第三多芯光纤和第四多芯光纤各自所包含的纤芯总数可以不必相同，只要各个第一子集所包含的纤芯数目(即，第一数目)彼此相同，各个第二子集所包含的纤芯数目(即，第二数目)彼此相同即可。
[0112]
在一些实施例中，同一多芯光纤所限定的第一子集和第二子集之间没有交集。这使得多芯光纤传感器在进行双向传输所使用的纤芯是不同的，这有助于简化通信电路的设计。但这不是必须地，在其他一些实施例中，同一多芯光纤所限定的第一子集和第二子集之间有交集也是可能的，这意味着交集内的纤芯既用作上行链路的纤芯，也用作下行链路的纤芯。这种有交集的设计虽然使得通信电路的设计变得复杂，但可能会适用于一些对纤芯数量有限制的特殊场景。
[0113]
为了减少上行或下行链路的多个纤芯之间的光信号的串扰，在一些实施例中，同一多芯光纤中的第一子集内的纤芯之间或第二子集内的纤芯处于不相邻的位置，这可以增加第一子集内或第二子集内的纤芯之间的距离，从而降低相同方向的光信号的串扰。
[0114]
在又一些实施例中，同一多芯光纤中的所述第一子集的纤芯和所述第二子集的纤芯彼此处于交替间插的位置。以这种方式可以使得第一子集和第二子集的选择变得简单，同时可以保证同一多芯光纤中的第一子集或第二子集内的纤芯的距离，由此来降低相同方向的光信号的串扰。
[0115]
返回参见图3，如前所述，增益介质61被布置在第二端口12和第三端口13之间，其目的在于使得经过其的光信号可以放大，从而实现多芯光纤放大器的经增益放大的光输出。在一些实施例中，增益介质例如可以为稀土元素离子，譬如er、nd和yb等，其作用是对从第二端口22输出的光信号可以进行增益放大。在一些实施例中，增益介质61可以被实施为多芯掺杂光纤的形式，其中诸如铒离子等的稀土元素离子可以被掺杂到多芯光纤中，从而实现该多芯掺杂光纤。多芯掺杂光纤的结构和作用是本领域公知的，在此不再赘述。
[0116]
为了更好地实现增益介质61的增益放大，类似于常规的第一类型多芯光纤放大器和第二类型多芯光纤放大器，在一些实施例中，可以在增益介质61和第二端口22之间提供泵浦/信号波分复用器62，后者可以将泵浦光耦合到经由第二端口22输出的信号光中，然后供给至诸如被实施为多芯掺杂光纤的增益介质61，增益介质61可以通过吸收泵浦光而对输入的信号光产生放大作用。在一些实施例中，可以通过泵浦激光器63经由单芯光纤向泵浦/信号波分复用器62提供泵浦光。以这种方式提供泵浦光，可以简单方式提供泵浦光。
[0117]
在一些实施例中，可以提供第一光隔离器64，其可以被布置在增益介质61和第三端口13之间，以便光信号单向地通过器件，这有助于避免反射光进入增益介质(例如掺铒光纤)，从而影响放大器的增益、噪声指数等关键性能指标。
[0118]
将会理解，图4所示出的多芯光纤放大器的示例实施例实际上提供了最简单功能的多芯光纤放大器的设计。因此，本领域技术人员可以在不背离本发明的精神范围的情况
下，对图4的示例实施例进行一些修改和变型。
[0119]
图8示出了图4所示的多芯光纤放大器的示例实施例的第一变型的示意图。如图8所示，与图4的示例实施例相比，在该变型的实施例中，多芯光纤放大器50除了包括多芯光纤交织器10、第一泵浦/信号波分复用器62、泵浦激光器63、第一光隔离器64之外，还可以包括其他的光学功能单元。
[0120]
在一些实施例中，该光学功能单元可以包括第二光隔离器65，该第二光隔离器65可以设置在增益介质61和第二端口12之间，特别地，可以设置在在泵浦/信号波分复用器61和第二端口12之间，以便光信号单向地通过器件，这有助于隔离从增益介质61(或多芯掺铒光纤)产生的反向ase噪声光从输入端泄露出去。
[0121]
在一些实施例中，该光学功能单元可以包括第一探测/耦合器68和/或第二探测/耦合器69，其中第一探测/耦合器68和第二探测/耦合器69的作用是把多芯光纤中的每个纤芯耦合一小部分光功率出来用于探测器阵列检测。特别地，其中第一探测/耦合器68可以被布置在第二端口12和增益介质61之间，以便与探测从第二端口12输出的光信号的强度，而第二探测/耦合器69可以被布置在增益介质61和第三端口13之间，以便探测经增益放大之后的光信号的强度。
[0122]
在进一步的一些实施例中，第一探测/耦合器68可以由耦合器1和探测器阵列1构成，其中耦合器1连接在与第二端口12耦接的第二多芯光纤22上，而探测器阵列1经由多芯光纤来探测从耦合器1耦接出的信号光；第二探测/耦合器69可以由耦合器2和探测器阵列2构成，其中耦合器2连接在与第三端口13耦接的第三多芯光纤23上，探测器阵列2经由多芯光光纤来探测从耦合器2耦出的经增益放大的信号光。由于耦合器1耦合出来的为放大前的信号，通常功率较低，因此耦合器1通常采用耦合比例略大，比如5％；而耦合器2耦合出来的为放大后的信号，通常功率较高，因此耦合器通常采用耦合比例较小，比如1％。
[0123]
在一些实施例中，该光学功能单元还可以包括增益平坦滤波器70，其耦接在第三端口13和增益介质61之间，特别地，其可以耦接在第一光隔离器64和第三端口13之间，以用于把放大器增益介质对信号的波长相关增益均衡到基本一致。
[0124]
在一些实施例中，该光学功能单元还可以包括第二泵浦/信号波分复用器66，可以被布置在第三端口13和增益介质61之间，特别地，可以被布置在增益平坦滤波器70和/或第二探测/耦合器69与增益介质61之间，以经过增益介质(例如掺铒光纤)吸收后的残余泵浦光耦合输出。注意，尽管这里可以使用第一泵浦/信号波分复用器62和第二泵浦/信号波分复用器66，但两者的功能有所不同，其中第一泵浦/信号波分复用器62构成前向泵浦结构，使得其在增益介质(例如掺铒光纤)的输入侧提供充分的泵浦功率，从而具有高的粒子数反转率，可获得比较低的噪声指数，而第二泵浦/信号波分复用器66仅用于耦出残余泵浦光。然而，上述布置不是必须的，在其他的实施例中，当系统对光放的噪声指数指标要求不高的时候，也可以把泵浦激光器连接在增益介质(例如掺铒光纤)的输出侧的第二泵浦/信号波分复用器66上，从而构成反向泵浦结构，反向泵浦结构的好处是具有比较高的泵浦功转换效率，节约泵浦功耗。此外，在又一些实施例中，也可以增加一组泵浦激光器，从而构成双向泵浦结构，以平衡噪声系数和功率转换效率，但是成本会有所增加。
[0125]
在又一些实施例中，为了降低多芯光纤放大器内部纤芯之间的串扰，在多芯光纤放大器内部所使用的光纤、增益介质(例如掺杂光纤)都可以通过波导设计来降低相邻纤芯
之间的串扰，比如特殊的折射率分布设计，或者纤芯间距设计来降低串扰影响。
[0126]
图9示出了图4所示的多芯光纤放大器的示例实施例的第二变型的示意图。与图6所示的第一变型的示例实施例相比，图9所示的多芯光纤放大器中采用了图7所示的多芯光纤交织器，后者具有六个端口，即第一端口11、第二端口12、第三端口13、第四端口14、第五端口15和第六端口17，其中第一端口11可以作为光纤放大器50的第一输入/输出端口51、第二端口12可以作为光纤放大器50的第二输出输入/输出端口52，第五端口15可以作为光纤放大器50的第一辅助通信端口55，第六端口16可以作为光纤放大器50的第二辅助通信端口56，其中第一辅助通信端口55和第二辅助通信端口56可以用于提供辅助的通信信道，以通过otdr检测光纤故障点和/或提供控制上下游网元的光信号。
[0127]
下面简单地介绍一下本公开的多芯光纤放大器50的信号流。将会理解，第一输入/输出端口51和第二输入/输出端口52两者均既可以作为信号输入端口，也可以作为信号输出端口。因此，本公开的多芯光纤放大器可以实现光信号的双向传输。
[0128]
具体地，当第一输入/输出端口51所耦接的第一多芯光纤21中的第一子集接收到输入光信号时，由于多芯光纤交织器10的交织，光信号将经过多芯光纤放大器60的增益介质61的放大，然后从第二输入/输出端口52所耦接的第四多芯光纤24中的第一子集耦出，从而实现光信号从第一输入/输出端口51到第二输入/输出端口52的方向的光传输。当第二输入/输出端口52所耦接的第四多芯光纤24中的第二子集接收到输入光信号时，由于多芯光纤交织器10的交织，光信号将经过多芯光纤放大器60的增益介质61的放大，然后从第一输入/输出端口51所耦接的第一多芯光纤21中的第二子集耦出，从而实现光信号从第二输入/输出端口52到第一输入/输出端口51的方向的光传输。
[0129]
在如图9所示的多芯光纤放大器具有第一辅助通信端口55和第二辅助通信端口56的情况下，第一辅助通信端口55可以用于从第一输入/输出端口51所耦接的第一多芯光纤21中的第三子集接收光信号，第二辅助通信端口56可以用于从第二输入/输出端口52所耦接的第四多芯光纤24中的第三子集接收光信号。第一辅助通信端口55和第二辅助通信端口56所接收的光信号可以用于进行光强度的检测和/或作为上下游网元的控制光信号。
[0130]
以上已经详细地介绍了本公开的多芯光纤放大器各个示例实施例和变型。将会理解，与常规的第一类型光纤放大器和第二类型光纤放大器，本公开的多芯光纤放大器具有以下优点：
[0131]
·
与第一类型光纤放大器相比，不需要每根纤芯都提供单独的泵浦激光器和泵浦/信号波分复用器，这有利于提升集成度，降低成本。
[0132]
·
与第一类型光纤放大器和第二类型光纤放大器两者相比，把单纤单向放大器改进为单纤双向放大器，除了纤芯交织器外未增加其他器件，但收益了单纤双向传输的优势，包括：
[0133]
a.缓解了光转发器单元(otu)的复杂度，多芯单向传输通常需要使用mimo技术接收规避串扰问题，而本公开的不相邻(或间隔)纤芯的双向传输技术显著降低了芯间串扰，对otu的技术复杂度要求降低，有利于降低综合的单比特传输成本；
[0134]
b.网络部署的集成度提升，一个放大器支持双向信号放大，线路光放减少一半；c.单纤双向传输，技术上双向信号可以维持较为一致的时延，时钟同步功能的复杂度可以得到降低，或时钟同步精度可以得到提升。
[0135]
在具有第一辅助通信端口55和第二辅助通信端口56的实施例中，这两个辅助通信端口可以作为用于耦合与上下游站点之间的辅助通道，该辅助通道的用途例如可以是作为传输设备管理网络中的各个站点的网元的自带dcn通信通道。这使得其本公开的多芯光纤放大器的应用场景更为广泛，例如可以通过该辅助通信信道来管理陆缆系统纯光放站点。
[0136]
以下将参照图10来描述本公开的多芯光纤放大器在光纤通信系统100中的示意性应用。
[0137]
如图10所示，至少一个光放站点90可以被布置在第一光终端站点80和第二光终端站点81之间，其中光放站点90可以包括本公开的多芯光纤放大器50。作为示例，第一光终端站点80或第二光终端站点81可以包括复用器或解复用器和光转发器单元中的至少一者。将会理解，这里第一光终端站点80或第二光终端站点81的示例并非限制，在其他的实施例中，第一光终端站点80或第二光终端站点81也可以包括其他的光通信单元，譬如也可以包括本公开的光纤放大器50。
[0138]
如前所述的，本公开的多芯光纤放大器50本身适于双向传输，所以光放站点90也适合于双向传输。由于这种双向传输的特性，本公开的光放站点90因此可以被单纤式串联布置在上述第一光终端站点80和第二光终端站点81之间。
[0139]
注意，本文的“单纤式”是指在与传输方向相垂直的纵向无线延伸的平面上有且仅有单根的光纤。
[0140]
在一些实施例中，至少一个光放站点90可以包括多个光放站点90，该多个光放站点90同样地可以被单纤式地串接在一起，然后可以被耦接到第一光终端站点80和第二光终端站点81之间。
[0141]
将会理解，与图3所示的使用上下链路双纤的常规光纤通信系统40’相比，本公开的光纤通信系统100可以仅利用单纤式的光纤来部署完成双向的传输系统。此外，本公开的每个光放站点90可以仅部署单个的多芯光纤放大器。因此，在传输容量不大的情况下，本公开的光纤通信系统节约了工程部署成本(比如设备安装数量、光纤租用数量等等)和运营成本(如耗电)。
[0142]
此外，由于本公开的光纤通信系统的双向传输信号使用的是单纤式传输，这保证了上下行链路的时延一致，巧妙化解了现有技术遇到的双向时延不一致难题。
[0143]
此外，在上述第一子集或第二子集内的多个纤芯被选择为不相邻(例如，第一子集的纤芯和第二子集的纤芯交替间插)的实施例中，由于同向传输纤芯之间的间距增加，纤芯之间的串扰可以有效地得以降低，而纤芯间隔反向传输耦合系数本身也可以很低，因此本公开的作为传输光纤的多芯光纤可以近似地看作无耦合光纤，从而接收机可以不需要采用mimo接收技术，这显著地降低了接收机的复杂度，而且串扰代价可以忽略。
[0144]
以下将参照图11至图13以方法流程作为示例来简单地描述本公开的多芯光纤的交织方法、多芯光纤的光放方法和单纤式双向传输方法。
[0145]
将会理解，上面描述的多芯光纤交织器、多芯光纤放大器和单纤式双向传输系统的各个实施例在互不矛盾的情况下可以适用于以下多芯光纤的交织方法、多芯光纤的光放方法或单纤式双向传输方法。
[0146]
图11示出了本公开的示例实施例的多芯光纤的交织方法的流程示意图。
[0147]
如图11所示，在框110，将第一多芯光纤21的多个第一纤芯的第一子集(例如，纤芯
21-1、21-3、21-5)耦接至第二多芯光纤22中的多个第二纤芯的第一子集(例如，纤芯22-1、22-3、22-5)；
[0148]
在框111，将第三多芯光纤23的多个第三纤芯的第一子集(例如，纤芯23-1、23-3、23-5)耦接至第四多芯光纤24的多个第四纤芯的第一子集(例如，纤芯24-1、24-3、24-5)。
[0149]
在框112，将多个第一纤芯的第二子集(例如，纤芯21-2、21-4、21-6)耦接至多个第三纤芯的第二子集(例如，纤芯23-2、23-4、23-6)。
[0150]
在框113，将多个第四纤芯的第二子集(例如，纤芯24-2、24-4、24-6)耦接至多个第二纤芯的第二子集(例如，纤芯22-2、22-4、22-6)，其中各个多芯光纤的第一子集所包含的纤芯数目彼此相同，各个多芯光纤的第二子集所包含的纤芯数目彼此相同。
[0151]
利用上面描述的交织方法，可以实现第一多芯光纤21、第二多芯光纤22、第三多芯光纤23和第四多芯光纤24之间交织。
[0152]
在一些附加实施例中，上述交织方法还可以与增益介质相关联。例如在框114，多个第二纤芯的第一子集(例如，纤芯22-1、22-3、22-5)经由增益介质61耦接至多个第三纤芯的第一子集(例如，纤芯23-1、23-3、23-5)。在框115，将多个第二纤芯的第二子集(例如，纤芯22-2、22-4、22-6)经由增益介质61耦接至多个第三纤芯的第二子集(例如，纤芯23-2、23-4、23-6)。
[0153]
通过上述框114和框115的交织操作，可以进一步地将第一子集和第二子集两者的纤芯均与增益介质关联起来，从而可以实现输入光信号的增益放大。
[0154]
以上简单地描述了本公开的多芯交织光纤的交织方法。将会理解，在一些实施例中，该多芯光纤的交织方法可以直接用于生产/装配上述多芯光纤交织器，由此实现作为部件或产品的光纤交织器的生产。在又一些实施例中，该多芯光纤的交织方法可以直接应用于生产/装配多芯光纤放大器，由此实现作为产品的多芯光纤放大器，并且可以省略对光纤交织器进行封装的操作。此外，还应当理解，本公开的多芯光纤的交织方法可以由机器自动完成，也可以由人工来完成，例如生产或者制造该多芯交织器的工厂的工人。
[0155]
图12示出了本公开的示例实施例的适用于多芯光纤的光放方法的流程示意图。
[0156]
如图12所示，在框120，经由第一多芯光纤21的第一子集(例如，纤芯21-1、21-3、21-5)接收第一光信号。
[0157]
在框121，将第一光信号传输至第二多芯光纤22的第一子集(例如，纤芯22-1、22-3、22-5)。
[0158]
在框122，将来自第二多芯光纤22的第一子集(例如，纤芯22-1、22-3、22-5)的第一光信号经由增益介质61传输至第三多芯光纤23的第一子集(例如，纤芯23-1、23-3、23-5)。
[0159]
在框123，将经放大的第一光信号传输至第四多芯光纤24的第一子集(例如，纤芯24-1、24-3、24-5)。
[0160]
在框124，经由第四多芯光纤24的第一子集(例如，纤芯24-1、24-3、24-5)输出第一光信号，其中各个多芯光纤的第一子集所包含的纤芯数目彼此相同。
[0161]
附加地，在根据本公开的进一步实施例中，上述光放方法还可以包括以下操作：
[0162]
可以经由第四多芯光纤24的第二子集(例如，纤芯24-2、24-4、24-6)接收第二光信号，第二光信号的传输方向与第一光信号的传输方向相反。然后，可以将第二光信号传输至第二多芯光纤(22)的第二子集(例如，纤芯22-2、22-4、22-6)。
[0163]
将来自第二多芯光纤(22)的第二子集(例如，纤芯22-2、22-4、22-6)的第二光信号经由增益介质61传输至第三多芯光纤23的第二子集(例如，纤芯23-2、23-4、23-6)。
[0164]
将经放大的第二光信号传输至第一多芯光纤21的第二子集(例如，纤芯21-2、21-4、21-6)。
[0165]
经由第一多芯光纤21)的第二子集(例如，纤芯21-2、21-4、21-6)输出第二光信号；其中各个多芯光纤的第二子集所包含的纤芯数目彼此相同。
[0166]
图13示出了本公开的示例实施例的适用于多芯光纤的单纤式双向传输方法的流程示意图。
[0167]
在框130，从第一光终端站点80向光放站点90传输第一光信号。
[0168]
在框131，从光放站点90向第二光终端站点81传输经放大的第一光信号，其中光放站点90可以被单纤式串联布置在第一光终端站点80和第二光终端站点81之间，并且包括前面所述的多芯光纤放大器50。
[0169]
在进一步的实施例中，上述单纤式双向传输方法还可以包括以下操作：
[0170]
从第二光终端站点81向光放站点90传输第二光信号；以及从光放站点90向第二光终端站点80传输经放大的第二光信号。
[0171]
虽然已经在附图和前述描述中详细说明和描述了本发明，但这些说明和描述应被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所请求保护的发明中，通过研究附图、公开和所附权利要求可以理解并且实践所公开的实施例的其它变体。
[0172]
在权利要求中，词语“包括”并不排除其它元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可以满足在权利要求中阐述的多个项目的功能。仅在互不相同的实施例或从属权利要求中记载某些特征的仅有事实，并不意味着不能有利地使用这些特征的组合。在不脱离本技术的精神和范围的情况下，本技术的保护范围涵盖在各个实施例或从属权利要求中记载的各个特征任何可能组合。
[0173]
在权利要求中的任何参考标记不应被理解为限制本发明的范围。