CN101283531B - 用于增益平整wdm信号的光学元件和包括该元件的光学放大器 - Google Patents

用于增益平整wdm信号的光学元件和包括该元件的光学放大器 Download PDF

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Abstract

一种对以光学泵浦功率放大后的多路复用通带信号进行增益平整的光学元件，包括：载入端光学波导，其可操作为传送通带波长范围内的多路复用通带信号和不同波长范围内的光学泵浦功率；薄膜去复用滤波器，其被设置为接收来自所述载入端光学波导的组合的多路复用通带信号和光学泵浦功率，并可操作为使所述多路复用通带信号通过，并反射所述光学泵浦功率；旁路端光学波导，其可操作且被设置为接收并传送由所述多路滤波器反射的光学泵浦功率；增益平整滤波器，其被设置为从所述薄膜去复用滤波器接收所述多路复用通带信号，并可操作为以期望衰减分布使所述多路复用通带信号通过，以进行增益平整；和输出端光学波导，其被设置为接收并可操作为至少承载被所述增益平整滤波器通过的多路复用通带信号。还公开了包括这种GFF元件的光学放大器。还公开了光学滤波器，其包括光学衬底、在所述光学衬底的第一表面上的薄膜去复用滤波器和在所述光学衬底的对立表面上的增益平整滤波器，其中所述去复用滤波器可操作为使通带波长范围内的多路复用信号通过，并反射不同波长范围内的光学泵浦功率，并且所述增益平整滤波器可操作为使所述多路复用通带信号通过，并向所述多路复用通带信号提供期望衰减分布。

Description

用于增益平整WDM信号的光学元件和包括该元件的光学放大器
技术领域
本发明涉及一种改进的增益平整元件，其采用薄膜多路复用(mux)和去复用(demux)滤波器和增益平整滤波器(GFF)。本发明还涉及一种采用这种增益平整元件的改进的光学放大器，其包括适合于在诸如电信系统或采用多路复用光学信号并需要增益平整的其它系统的光学系统中用来例如补偿多路复用信号的非均匀放大的光学放大器。本发明还涉及一种适合于在这些GFF元件中的一GFF元件中使用的滤波器镀层的光学芯片。本发明还涉及生产和使用这些光学芯片、GFF元件和光学放大器的改进的方法。
背景技术
已知地，光学系统用于通过光纤及相关联的光学设备承载多路复用光学信号信道。在某些情况下，已知这些系统采用光学放大器来成批放大系统所传送的多路复用信号，即同时放大处于诸如C波段、L波段、S波段等的通带的波长范围内的所有不同信号信道。诸如掺杂光纤放大器的商用光学放大器通常提供横跨其通带的不均匀的增益水平，例如，工作在C波段(通常为1525nm到1575nm)中的掺铒光纤放大器(EDFA)可产生公知的两个峰值的光谱增益分布。因此，已知地，可以采用增益平整放大器，例如增益平整光纤放大器或其它增益平整光学放大器。
已知地，例如把介质薄膜增益平整滤波器用在光学放大器，例如EDFA或其它掺杂光纤放大器以构成增益平整放大器。薄膜增益平整滤波器具有有益的特性，包括低插入损耗、小尺寸、经济的设计和制造成本、容许的环境稳定性等。结果是，通过放大器的一个以上增益级和增益平整滤波器(这里为了方便起见，在某一些情况下称为GFF)组合的光学信号的光谱可实现均匀放大，即接近平坦的增益。在这种类型的已知光学放大器中，通常采用泵浦激光器作为用于放大的光功率源，即在合适泵浦波长下的光功率，作为替代地，称为光泵浦能量，以向光输入信号提供光增益。在适当的多路复用器(或“mux”)，例如，熔融光纤多路复用器(或“s-mux”)等处，放大波长与被传递到放大器的掺杂光纤的光学输入信号被多路复用。通常，这种类型的光学放大器将具有至少两个增益级，例如，通过放大器沿光纤通路串行排布的多个掺铒光纤滤波器绕组。为了使各增益级具有光泵浦能量，可以使用相应数目的泵浦激光器。作为替代地，已知地，在多个增益级的各增益级均采用来自单个泵浦激光器的放大波长。由于放大波长可能无法合适地通过位于增益级之间的典型GFF，已知地的是，可以采用熔融光纤解多路复用器来在第一增益级之后，将放大波长从信号波长中移除。在GFF的下游，放大波长与用于随后的增益级的信号波长被多路复用回光学通路。
存在对提供改进的光学放大器的增长需求。另外，存在对减少光学元件的成本、重量和/或复杂度的重大需求，所述光学元件例如光学放大器，特别是那些在通信系统等中使用的光学放大器。相应地，本发明一方面的目的在于提供应对这些存在的需求中的一个以上需求的改进的光学放大器。根据某些示例性实施例的目的在于提供比已知的光学放大器能更加经济地生产、更紧凑和/或更轻或更小的光学放大器。本发明另一方面的目的在于提供改进的增益平整元件，其包括适合于在这些光学放大器中使用的增益平整元件。本发明又一方面的目的在于提供改进的滤波器镀层的光学芯片，其包括适合于在这些增益平整元件中使用的光学芯片。本发明再一方面的目的在于提供制造和使用这些光学放大器、GFF元件及光学芯片的改进方法。本发明的附加目的和优势将从以下公开内容和对某些示例性实施例的消息描述中变得清楚。
发明内容
根据一方面，用于对通带波长范围内的多路复用通带信号进行增益平整的光学元件，所述信号可以以不同波长范围内的光学泵浦功率被放大，所述光学元件包括：载入端光学波导、薄膜去复用滤波器、泵浦功率光学波导、增益平整滤波器(或GFF)和输出端光学波导。在某些情况下，根据本公开内容的光学元件在以下称为GFF元件(并且不应当与它所并入的刚才提到的增益平整滤波器子元件混淆)。载入端光学波导、泵浦功率光学波导和输出端光学波导各自可以是光纤或其它合适波导。根据另一方面，光学放大器包括至少一个这种用于对放大后的多路复用通带信号进行增益平整的光学元件。在根据本公开内容的光学放大器的某些实施例中，光学泵浦功率被载入端光学波导从增益级传送到去复用滤波器，连同被这种增益级放大的多路复用通带信号，所述增益级例如EDFA。在这种实施例中，在增益级之前，所述光学泵浦功率与通带信号被多路复用，然后，所述光学泵浦功率被所述载入端光学波导传送到去复用滤波器，在该处被反射到所述泵浦功率光学波导以旁路所述GFF子元件。所述去复用滤波器还可操作为将所述多路复用通带信号传递到用于增益平整的所述GFF子元件。
在根据本公开内容的光学放大器的某些其它实施例中，光学泵浦功率可以由所述载入端光学波导向上传送，即从所述去复用滤波器传递到载入端光学波导，并被所述载入端光学波导运送到对所述多路复用通带信号进行放大的增益级，放大后的多路复用通带信号被所述GFF元件处理，用于增益平整。例如，在以下更详细地讨论的某些实施例中，光学泵浦功率被所述泵浦功率光学波导从泵浦激光器或适合于放大所述通带信号的其它光学功率源传送到所述多路复用滤波器，并被所述去复用滤波器反射入所述载入端光学波导。在这些实施例中，所述载入端光学波导可操作为在所述去复用滤波器和所述放大器的第一增益级，例如EDFA等之间传送所述多路复用通带信号和在不同波长范围内的光学泵浦功率。因此，在这些实施例中，所述薄膜去复用滤波器的被设置并可操作为(i)从所述载入端光学波导接收多路复用通带信号，并将这种信号传递到所述GFF子元件，并且(ii)从所述泵浦功率光学波导接收光学泵浦功率，并将这种泵浦功率反射到所述载入端光学波导，以待运送到接收所述放大后信号的增益级。在这些实施例中，所述泵浦功率光学波导可操作并且设置为将光学泵浦功率传送到所述去复用滤波器，以待被所述去复用滤波器反射到所述载入端光学波导。
这里公开的所述GFF光学元件的增益平整滤波器被设置为接收多路复用通带信号，并且可操作为以期望衰减分布通过所述通带波长范围内的多路复用通带信号，用于增益平整。所述衰减分布可以补偿所述多路复用信号的不同信道的非均匀放大，例如，它可以补偿两级放大器中的一个或两个增益级。在某些实施例中，所述GFF可以提供适合于补偿由两个、三个或更多增益级非均匀放大的组合效果以及光学放大器的其它元件和子元件的衰减分布。所述输出端光学波导的被设置为至少接收被所述增益平整滤波器通过的多路复用通带信号。在这里所公开的光学放大器的某些实施例中，增益级中使用的光学泵浦功率被所述泵浦功率光学波导传送到所述输出端光学波导以旁路所述GFF子元件，并被运送到随后的增益级，例如所述放大器的第二增益级。在某些这种实施例中，来自第一增益级的光学泵浦功率被所述载入端光学波导运送到所述去复用滤波器，并被所述去复用滤波器反射到所述泵浦功率光学波导以旁路所述GFF子元件，如以上所讨论的。然后所述光学泵浦功率可以与被所述GFF通过的所述多路复用光信号重新组合，用于通过在多路复用器/去复用器处多路复用所述泵浦功率光学波导(或通过随后的波导，例如所述泵浦功率光学波导被接合或以其它方式多路复用的光纤)在第二增益级进一步放大所述信号，所述多路复用器/去复用器位于沿所述输出端光学波导远离所述GFF光学元件的地方。在某些其它实施例中，这种来自第一增益级的光学泵浦功率，被所述载入端光学波导运送到所述去复用滤波器，并被所述去复用滤波器反射到所述泵浦功率光学波导以旁路所述GFF子元件，所述光学泵浦功率可以与所述多路复用光学信号通过所述GFF元件输出端的反射器滤波器(充当多路复用器/去复用器)进行重新组合(被所述GFF子元件通过)。在这种实施例中，光学泵浦功率被所述泵浦功率光学波导(或随后的波导，例如所述泵浦功率光学波导已经被接合或以其它方式多路复用的光纤)供应或载入到所述GFF元件的这种反射器滤波器，以待在这里被反射入所述输出端光学波导，以待与所述多路复用信号一起被运送到所述放大器的第二或随后增益级。
在这里公开的光学放大器的某些其它实施例中，用于随后增益级的光学泵浦功率从泵浦激光器或其它源通过所述GFF元件的输入端和输出端单独地供应给第一和第二增益级。在这种中心泵浦实施例中，第一泵浦功率光学波导将光学泵浦功率从所述泵浦激光器或其它源传送到所述去复用滤波器，以待被反射入所述载入端光学波导，然后被向上传送到第一增益级。第二泵浦功率光学波导将光学泵浦功率从所述泵浦激光器或其它源传送到所述GFF元件的输出端的反射器(即，远离所述GFF子元件的点)，以待被反射入所述输出端光学波导，然后与所述多路复用信号一起被运送到所述放大器的第二或随后增益级。在某些其它实施例中，这种光学泵浦功率与被在多路复用器/去复用器处的GFF通过的所述多路复用光学信号进行重新组合，所述多路复用器/去复用器位于沿所述输出端光学波导(或沿随后的波导，例如所述输出端光学波导已经被接合或以其它方式多路复用的光纤)远离所述GFF光学元件的地方。
根据另一方面，用于对带有光学泵浦功率的放大后多路复用通带信号增益平整的光学元件包括载入端光学波导、薄膜去复用滤波器、旁路端光学波导、增益平整滤波器和输出端光学波导。如以上提到的，在某些情况下，为了方便起见，将这里公开的光学元件称为GFF元件或GFF光学元件。所述载入端光学波导、所述旁路端光学波导和所述输出端光学波导各自可以为光纤或其它合适波导。在某些示例性实施例中，所述载入端光学波导和所述旁路端光学波导一起容纳在适配于壳体的双光纤套箍中，所述壳体中装有所述薄膜去复用滤波器和所述增益平整滤波器。这里公开的所述GFF元件的所述载入端光学波导可操作为传送通带波长范围内的多路复用通带信号和不同波长范围内的光学泵浦功率。所述薄膜去复用滤波器被设置为从所述载入端光学波导接收组合的多路复用通带信号和光学泵浦功率，并且可操作为通过所述多路复用通带信号，并反射所述光学泵浦功率。例如，在某些实施例中，所述薄膜去复用滤波器可操作为通过处于C波段、L波段、S波段、其它通信波段或通信波段的组合的多路复用通带信号，并反射光学泵浦功率，例如标称980nm波长的泵浦功率。所述旁路端光学波导可操作并设置为接收并传送被所述去复用滤波器反射的光学泵浦功率。在某些这种实施例中，所述旁路端光学波导可操作为对所述通带波长范围内的信号进行衰减，从而进一步降低所述通带中的信号的强度。所述增益平整滤波器被设置为接收被所述薄膜去复用滤波器通过的所述多路复用通带信号，并且可操作为以期望衰减分布通过所述多路复用通带信号，以用于增益平整。所述输出端光学波导被设备为至少接收被所述增益平整滤波器通过的多路复用通带信号，并可操作为传送所述多路复用通带信号。在某些实施例中，所述输出端光学波导也以接收光学泵浦功率，并可操作为传送所述光学泵浦功率。
根据本公开内容的GFF元件可以在光学放大器中采用，或与光学放大器一起采用，例如，位于多个增益级之间，例如在第一和第二EDFA绕组之间。例如在具有所述增益平整滤波器和所述GFF元件的其它子元件的共用壳体中，所述GFF元件本身可以包括这种增益级。在以下更详细讨论的某些4端实施例中，被所述薄膜去复用滤波器反射的光学泵浦功率被所述旁路端光学波导运送到所述GFF元件的输出表面，所述GFF元件的输出表面可反射所述光学泵浦功率，使得所述光学泵浦功率被反射入所述输出端光学波导，并且因此与被所述增益平整滤波器通过的所述增益平整多路复用信号重新组合。所述重新组合的多路复用通带信号和光学泵浦功率可以被运送到增益级，用于进一步放大。在以下更详细讨论的某些3端实施例中，被所述薄膜去复用滤波器反射到所述旁路端光学波导的光学泵浦功率被运送到远离所述GFF元件的多路复用器，或所述GFF元件的(光“下游”)的多路复用器，例如，光纤接头多路复用器(s-mux)等，从而待与被所述增益平整滤波器通过的所述增益平整多路复用通带信号重新组合。应当理解，为了方便起见，使用光“上游”和“下游”方向基准，并且可以参见来理解，其中，就一切情况而论，上游是指左侧，或朝向图示的GFF元件和放大器的左侧，而下游是右侧或朝向图示的GFF元件和放大器的右边。
这里公开的光学元件的某些实施例，用于对以光学泵浦功率放大后的多路复用通带信号进行增益平整，所述光学元件进一步包括其它子元件，例如透镜、套箍、瞄准仪等。在某些示例性实施例中，第一透镜被设置并可操作为将来自所述载入端光学波导的组合多路复用通带信号和光学泵浦功率聚焦到所述去复用滤波器，并将被所述薄膜去复用滤波器反射的光学泵浦功率聚焦到所述旁路端光学波导。在某些示例性实施例中，第二透镜被设置并可操作为将被所述增益平整滤波器通过的多路复用通带信号聚焦到所述输出端光学波导。例如，所述第一透镜可以位于所述载入端光学波导和所述薄膜去复用滤波器之间，并且所述第二镜头可以位于所述增益平整滤波器和所述输出端光学波导之间。所述透镜均可以是球状透镜、GRIN透镜、非球面透镜或其它合适透镜。
在这里公开的GFF元件和光学放大器的某些实施例中，所述GFF元件中沿光通路的光学表面(即，接收并通过或反射通带信号或光学泵浦功率与光束的方向不正交(即，所述光束的轴向)。同样，这里公开的GFF元件和光学放大器的某些实施例的面向光学表面彼此不平行。特别地，例如，在某些示例性实施例中承载所述薄膜去复用滤波器的所述光学芯片的表面，与所述载入端光学波导的末端表面和所述旁路端光学波导的末端表面不平行，并且承载所述增益平整滤波器的所述光学芯片的表面或面向所述输出端光学波导的所述GFF元件的其它输出表面，与所述输出端光学波导的末端表面不平行。更一般地说，在面向光纤或其它波导的GFF元件中使用的光学衬底芯片的所述滤波器表面或其它镀层表面可以被设置为与光束的轴向不正交。这里公开的GFF光学元件的可选和附加特征对于本领域技术人员而言，将从以下讨论中显而易见。
根据又一方面，为了以光学泵浦功率放大多路复用通带信号，提供光学放大器。根据这一方面的光学放大器包括：
第一增益级，可操作为接收通带波长范围内的与不同波长范围内的光学泵浦功率组合的多路复用通带信号，并且放大并使所述与光学泵浦功率组合的多路复用通带信号通过；
根据前述公开内容的光学增益平整元件，可操作为从第一增益级接收放大后的与光学泵浦功率组合的多路复用通带信号，并向所述多路复用通带信号提供期望衰减分布，用于增益平整；和
第二增益级，可操作为从所述光学元件接收所述多路复用通带信号，并接收光学泵浦功率，以进一步放大所述多路复用通带信号，由所述光学增益平整元件提供的衰减分布补偿所述第一和第二增益级的非均匀放大。
可选地，所述光学放大器进一步包括在所述光学增益平整元件和所述第二增益级之间的隔离器，和/或随所述第二增益级之后的隔离器。在某些示例性实施例中，所述第一和第二增益级各自包括掺杂光纤增益级，例如掺铒光纤放大器(EDFA)或其它合适增益级。在某些示例性实施例中，这里公开的光学放大器中采用的光学增益平整元件包括载入端光学波导、薄膜去复用滤波器、泵浦功率光学波导、增益平整滤波器和输出端光学波导。在某些示例性实施例中，所述光学增益平整元件包括：
载入端光学波导，可操作为传送所述多路复用通带信号和所述光学泵浦功率；
薄膜去复用滤波器，被设置为从所述载入端光学波导接收组合的多路复用通带信号和光学泵浦功率，并且可操作为通过所述多路复用通带信号并反射所述光学泵浦功率；
旁路端光学波导，可操作为并被设置为接收并传送被所述去复用滤波器反射的所述光学泵浦功率；
增益平整滤波器，被设置为接收在通带波长范围内的多路复用通带信号，并且可操作为以期望衰减分布通过所述多路复用通带信号，以用于增益平整；和
输出端光学波导，被设置为至少接收被所述增益平整滤波器通过的多路复用通带信号，并可操作为将其传递到所述第二增益级。
这里公开的用于放大多路复用通带信号的光学放大器的某些示例性实施例进一步包括光学泵浦功率源，例如泵浦激光器或其它合适的功率信号源。这里公开的光学放大器的可选和附加特征对于本领域技术人员而言可以从以下讨论中显而易见。
根据又一方面，光学滤波器包括光学衬底、在所述光学衬底的第一表面上的薄膜去复用滤波器和在所述光学衬底的背立表面上的增益平整滤波器，其中所述去复用滤波器可操作为通过在通带波长范围内的多路复用信号，并反射在不同波长范围内的光学泵浦功率，并且所述增益平整滤波器可操作为通过所述多路复用通带信号，并向所述多路复用通带信号提供期望衰减分布。如以下进一步讨论的，根据本公开内容的光学滤波器可以用做以上公开的GFF元件和光学放大器的各种实施例中的子元件。例如，所述增益平整滤波器可以操作为向处于C波段、L波段、S波段或其它通信波段的多路复用通带信号提供期望或预定的衰减分布，并且所述多路复用滤波器可以操作为通过这种多路复用通带信号，并反射泵浦功率，例如标称980nm的波长信号或波长范围不同于通带的波长范围的其它泵浦功率。在某些示例性实施例中，所述光学滤波器采用楔形光学衬底。也就是说，例如，在以上刚刚公开的光学滤波器的某些示例性实施例中，承载所述薄膜去复用滤波器的表面和承载所述增益平整滤波器的背立表面彼此不平行，例如，它们可以以1°的角度彼此不平行，例如以0.25°的角度彼此不平行。另外，在某些示例性实施例中，所述光学表面与经过光纤的光束方向(例如预期方向)不正交。这里公开的光纤的可选和附件特征对于本领域技术人员而言，将从以下的讨论中显而易见。
给定本公开内容的利益，本领域技术人员将意识到，存在若干根据本方面原理的光学放大器的替代实施例。各种特别优选的实施例在光纤光通信系统或其它光学信号系统中具有有利的用途。各种示例性实施例的附加特征和优势将从以下公开内容中显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的多增益级光学放大器的一个实施例的示意图，所述多增益级光学放大器包括根据本发明一方面的一个实施例的GFF元件。
图2是针对图1所示的光学放大器的GFF元件的元件布局示意图。
图3是图2所示的GFF元件的光学芯片布局的示意性图示，示出放大后的通频带信号的通路和光泵浦功率。
图4是针对根据作为替代的实施例的GFF元件的元件布局示意性图示。
图5是针对根据本发明的3端GFF元件的元件布局示意性图示。
图6是图5所示的GFF元件的芯片布局的示意性图示，示出放大后的通频带信号的通路和光泵浦功率。
图7是根据本发明另一实施例的光学放大器的光学放大器示意性图示，所述光学放大器包括根据本发明一方面的一个实施例的4端GFF元件。
图8是图7所示的GFF元件的元件布局的示意性图示。
图9是4端GFF元件的作为替代的实施例的元件布局示意性图示，所述4端GFF元件适合于在诸如图7的光学放大器的光学放大器中使用。
图10是图9所示的4端GFF元件的光学芯片布局的示意性图示，示出放大后的通频带信号的通路和光泵浦功率。
图11是针对根据作为替代的实施例的GFF元件的芯片布局示意性图示，示出放大后的通频带信号的通路和光泵浦功率。
图12是根据本发明又一实施例的光学放大器的示意性图示，所述光学放大器包括根据本发明一方面的实施例的4端GFF元件。
图13是根据本发明再一实施例的光学放大器的示意性图示，所述光学放大器包括根据本发明一方面的实施例的4端GFF元件。
具体实施方式
以下对本发明某些实施例的讨论主要集中在诸如通信系统等的多路复用光信号系统。然而，这里公开的增益平整放大器的某些合适的实施例通常可用于光学系统。为了方便讨论，在这里公开的某些实施例中，放大器被设计为用于工作于C波段并采用EDFA放大器的密集波分复用通信系统。然而，给定该公开内容的利益，根据这里公开的原理的光学放大器具有在本发明范围内对其它系统的应用，包括工作于其它波段和利用其它元件的通信系统，和要求增益平整光学增益的其它光学系统，这对于本领域技术人员是显而易见的。因此，根据这里公开的增益平整光信号放大器的某些示例性实施例，光信号放大器是掺杂光纤放大器，例如光信号波长范围为C波段的掺铒光纤放大器。在光信号波长范围处于L波段、S波段或其它波段的情况下，可以使用根据这些放大器的其它实施例的掺杂光纤放大器。另外，根据某些示例性实施例的光学放大器可以用来结合这些波段和/或其它波长范围中的任何波段和/或波长范围来放大信号。
如这里和所附的权利要求中所使用的，根据本公开内容的光学放大器(或这光学放大器的子组件)的光学元件，例如，诸如增益平整滤波器、掺铒光纤线圈、隔离器、熔融光纤多路复用器或其它多路复用器、瞄准仪等的光学元件或特征，在其彼此光连接时，沿光学通路“光串联”，以便一个元件可以将光信号传递到其它元件，或可以接收由其它元件传递的光信号。当这些元件彼此光连接时，它们沿放大器的光学通路彼此光串联，以便可操作为沿光信号通过放大器所经过的光通路，将光信号从一个元件传递或传播到其它元件(直接或间接)。无论光学元件是沿光学通路处于彼此的上游还是下游，它们例如在根据本公开内容的光学放大器的输入端和输出端之间彼此光串联。光学元件在以下排布中彼此直接光连接：一个元件可以在与其它元件之间没有插入光学元件(除自由空间或无源波导等之外)的情况下，将光信号传递到其它元件，或接收由其它元件传递的光信号。光学元件可以在以下排布中彼此间接光连接：一个元件可以在与其它元件之间有一个以上串联插入光学元件的情况下，将光信号传递到其它元件，或接收由其它元件传递的光信号，所述串联插入的光学元件例如隔离器、有源波导(例如，掺铒光纤绕组)、熔融光纤多路复用器或其它多路复用器等。因此，当元件被排布或操作为将放大器所处理的光信号直接或间接传递到其它元件(或再次，直接或间接地从其它元件接收光信号)时，元件与另一元件光串联。进一步，应当理解，在这里公开的光学放大器的至少某些示例性实施例中，GFF元件与第一光学增益级或第一放大器级串联，尽管那些泵浦激光器波长被将这些泵浦激光器波长反射到泵浦功率光波导的去复用滤波器从主光通路去复用。因此，当在这里使用时，即使存在插入多路复用器或去复用器等，至少三个元件沿主光通路串联。
光信号放大技术领域的技术人员将理解，给定本公开内容的利益，在按照光学信号通过放大器沿光学通路行进的方向，上游增益级，例如掺铒光纤绕组或增益级的其它操作元件处于增益平整滤波器之前的意义上，这种操作元件处于增益平整元件的“上游”，其中所述放大后光学信号从所述增益级的操作元件传递到增益平整元件。同样，增益平整元件将增益校正后的光信号直接或间接地传递到的第二或随后的增益级，处于增益平整元件的“下游”。
光学放大器等领域的技术人员还将理解，给定该公开内容的利益，诸如可以用在这里公开的放大器的某些示例性实施例中的“980nm泵浦激光器”，是在在大约980nm的波长(或波段)下被激励或激发以发出光学能量(在某些情况下，在这里和所附的权利要求中称为放大波长)的时候操作的激光器设备。相似地，1480nm泵浦激光器被操作为载入一个以上大约为1480nm的放大波长。980nm或1480nm的选择可以是关键的，也可以是不关键的，这取决于，例如光学放大器所处于的特定应用场合(如果已知)。同样，泵浦激光器所发出的精确波长(待在掺铒光纤绕组或以其它方式排布长度中与待放大的光信号多路复用)可以对光学放大器的特定用途是关键的或不关键的。980nm泵浦激光器和1480nm泵浦激光器在很多情况下都适合于在掺铒光纤放大器中使用。泵浦激光器通常所发出的实际波长可以是其标称980nm±20nm以上或1480nm±20nm以上。对于意在通信应用中利用多个掺铒光纤绕组来放大C波段(通常大约为1530nm-1565nm)中的多路复用光信号的光学放大器，泵浦激光器通常在标称980nm±10nm以内或1480nm±10nm以内。在根据本公开内容原理的光学放大器的作为替代的实施例中，将使用不同的放大波长，采用光学增益级而不是(例如，除了)掺铒光纤。给定该公开内容的利益，本领域技术人员将能够选择适合于选择光学增益级和放大器的预期用途的放大波长的替代源。
给定本公开内容的利益，光信号放大技术领域人员还将理解，由于这些波长以放大器的预期目的容许的插入损耗和期望衰减分布通过增益平整滤波器，GFF元件的上述增益平整滤波器“可传送”从第一增益级沿光学通路传递至其的放大后的多路复用光信号。相似地，给定本公开内容的利益，光信号放大技术领域人员将理解，由于出于预期目的，这些波长与多路复用信号波长充分隔离，薄膜去复用器“可反射”从第一增益级传递至其的光学泵浦功率波长。
给定该公开内容的利益，本领域技术人员还将意识到，在这里所公开的GFF元件的某些实施例中可以采用作为替代和/或附加的子元件，并且在这里所公开的光学放大器的某些实施例中可以采用作为替代和/或附加的子元件。作为替代和附加的元件和子元件包括那些目前已知以及未来随时间发展的元件和子元件。已知多种套箍设计，例如，并且给定该公开内容的利益，本领域技术人员能够选择并采用，如果存在的话，这里所公开的GFF元件和放大器的各种不同的实施例中的合适套箍。同样地，对于准直透镜和其它可能使用的透镜，包括球状透镜、GRIN透镜、鼓形透镜、非球面透镜等，已知有多种可选设计。包括增益级、增益平整元件和任何其它元件等的光学放大器，针对光学放大器或连接入光学系统等所必需或有用的透镜、套箍等，可以安置在单个壳体中作为单个设备或安置在多个壳体中。作为替代地，根据某些示例性实施例，某些或所有元件可以不被安置。第一和第二增益级或放大器级以及可选地位于它们之间的增益平整元件被封装在紧接的光学组合中，这里所使用的术语意思是这些元件被封装在通常是气密或环境密封壳体的通用壳体中，并且/或者增益平整滤波器用在对承载被放大和增益平整的通带信号的光学通路中增益级的光学邻近中，即除了可选地，为了添加或移除泵浦激光器等的光学输出的光学放大器组件的元件或子元件，例如隔离器、透镜、套箍、分接头或其它信号监视元件、光多路复用器或去复用器元件等，它们之间不存在其它光学元件。为了方便制造或使用等，某些放大器元件可选地单独封装以便于接入放大器的不同级之间的信号或出于其它原因。在放大器壳体内部，元件的子组件被封装在子壳体内。通常，给定该公开内容的利益，本领域技术人员将理解，这里公开的GFF元件和光学放大器的各种实施例的封装通常可以采用例如与当前用于其它光纤设备，例如商用密集波分复用(DWDM)滤波器等的壳体相似的壳体。
如这里和所附的权利要求中所使用的，除非上下文另有说明，在描述根据本公开内容的GFF元件或光学放大器时，将子元件或元件或特征被称为“第一”(例如，指的是以上“第一光增益级”)是为了方便，并不意味着所述元件必需是这里公开的光学放大器的所有实施例中的这种第一元件。相似地，除非上下文另有说明，在描述根据本公开内容的光学放大器时，引用特定类型元件的第一类型和第二类型(例如，指的是“第一和第二光增益级”等)并不意在必需将所公开的光学放大器的所有或任何特定实施例只限制在这两个元件。
可以根据适合于生产其传输曲线具有与光学放大器的增益分布充分精确地相对应的损耗分布的滤波器的、目前已知或将来公知的、任何适当方法、设备和技术，来设计和制造这里公开的GFF元件所采用的薄膜滤波器，例如增益平整滤波器、去复用滤波器、抗反射(A/R)镀层等。可以根据当前技术，例如利用诸如Essential Macleod软件、用于设计和分析光学薄膜的综合软件包、来自软件光谱(Software Spectra)公司的TFClac等的商用软件来设计适当的滤波器。可以根据诸如溅射蒸发、电子束枪蒸发、离子辅助蒸发镀膜技术等的各种当前已知技术来制造适当的滤波器。给定本公开内容的利益，多种适当的材料是可商用的，并且对于本领域技术人员将是显而易见的。
可选地，第一放大级和第二放大级可以单独封装，即在单独的壳体中。这是有利地，例如以允许辅助信号处理在两级之间可以接入。这种在多级光学放大器的各级之间的辅助信号处理可以包括，例如色散补偿，这可以通过使被部分放大的信号通过色散补偿光纤或其它合适器件的合适长度来进行。多级光学放大器的各级之间的辅助信号处理还可以包括，例如多路复用/去复用处理以增加和/或丢弃信号等。出于本公开内容的目的，该实施例中的两个放大级可以被视为是包括光纤绕组以及GFF和辅助元件以及子元件的相同光学放大器的部分。
可选地，一个或一个以上诊断特征可以合并入这里所公开的光学放大器和GFF元件。例如，可以合并一个或一个以上光学分接头(optical tap)用于性能监视。这种光学分接头可以包括，例如光敏二极管或仅仅是光纤，以向远方即光学放大器的壳体(如果存在的话)外部或从放大器中移除的接收机供应光信息。给定该公开内容的利益，本领域技术人员将很容易理解信号强度和/或其它光学分接头对于性能监视或其它诊断或控制目的的用途。这种信号强度和/或其它信息可以，例如由通过放大器的光通路上的光学分接头得到，或由传送来自泵浦激光器的泵浦能量的光纤或其它波导上的光学分接头得到，或在光纤或其它波导上得到，所述光纤或其它波导传送由去复用滤波器所反射的放大波长，以与增益平整滤波器的对立侧上的光学通路多路复用。
这里所公开的用于增益平整以光学泵浦功率放大后的多路复用通带信号的光学元件的某些示例性实施例包括：壳体，其中装有薄膜去复用滤波器和增益平整滤波器。第一透镜位于载入端光学波导和薄膜去复用滤波器之间，可操作为(i)将从载入端光学波导发出的组合多路复用通带信号和光学泵浦功率投影到薄膜去复用滤波器，以及(ii)由薄膜去复用滤波器反射的光学泵浦功率聚焦到输出端光学波导。第二透镜位于增益平整滤波器和输出端光学波导之间，并可操作为将由增益平整滤波器传递的多路复用通带信号聚焦到输出端光学波导。在第一透镜和第二透镜的某些实施例中，各透镜选自球状透镜、GRIN透镜、鼓形透镜、非球面透镜。在某些实施例中，载入端光学波导和旁路端光学波导各自为一起容纳在适配于壳体的双光纤套箍中的光纤。在某些实施例中，薄膜去复用滤波器(即，承载滤波器的光学衬底的表面)与传递至或通过滤波器的光束的方向不是正交的。相似地，表面与载入端光学波导的末端表面(例如光纤末端表面)和旁路端光学波导(再次，例如光纤末端表面)不平行。在某些实施例中，输出端光学波导为容纳在适配于壳体的套箍中的光纤。在某些实施例中，增益平整滤波器与输出端光学波导的光纤末端表面不平行。在某些实施例中，光纤末端表面和透镜具有抗反射镀层。
在GFF元件的某些示例性3端实施例中，薄膜去复用滤波器位于第一光学衬底的第一表面，而增益平整滤波器位于第二光学衬底的第二表面。在GFF元件的某些其它3端实施例中，可选地，根据以下进一步讨论的某些实施例，可以在同一光学芯片上，即在同一光学衬底的对立侧的合适衬底上提供GFF元件的各去复用滤波器和增益平整滤波器。因此，在这些实施例中，薄膜去复用滤波器位于光学衬底的第一表面上，而增益平整滤波器位于光学衬底的第二表面上。可选地，光学衬底为楔形，即第一表面与第二表面彼此之间成大于0°的角度，例如成偏离平行1°或更多的角度，例如大约0.25°的角度。GFF元件的某些3端实施例进一步包括多路复用器，其光连接旁路端光学波导和输出端光学波导，以将去复用滤波器所反射的光学泵浦功率与增益平整滤波器所通过的多路复用通带信号进行重新组合。
在GFF元件的某些示例性3端实施例中，包括：薄膜去复用滤波器，在与载入端光学波导面对的光学衬底的第一表面上；和增益平整滤波器，在与输出端光学波导面对的光学衬底的第二表面上，第一表面与第二表面以1°或更多的角度彼此不平行。某些实施例进一步包括：
壳体，其中装有承载薄膜去复用滤波器和增益平整滤波器的光学衬底；
第一透镜，位于载入端光学波导和薄膜去复用滤波器之间，可操作为(i)将从载入端光学波导发出的组合多路复用通带信号和光学泵浦功率投影到薄膜去复用滤波器，并(ii)由薄膜去复用滤波器反射的光学泵浦功率聚焦到输出端光学波导；和
第二透镜，位于增益平整滤波器和输出端光学波导之间，并可操作为将被增益平整滤波器通过的多路复用通带信号聚焦到输出端光学波导。
在GFF元件的某些实施例中：
第一透镜和第二透镜各自选自球状透镜、GRIN透镜、鼓形透镜、非球面透镜，
载入端光学波导和旁路端光学波导各自为一起容纳在适配于壳体的双光纤套箍中的光纤，
承载薄膜去复用滤波器的光学衬底的表面、载入端光学波导的光纤末端表面和旁路端光学波导的光纤末端表面各自与光束，即光通路不是正交的，
输出端光学波导为容纳在适配于壳体的套箍中的光纤，
增益平整滤波器与输出端光学波导的光纤末端表面不平行，并且
光纤末端表面和透镜具有抗反射镀层。
在GFF元件的某些示例性3端实施例中，薄膜去复用滤波器位于第一光学衬底的反射体表面，而增益平整滤波器位于第二光学衬底上。第二光学衬底具有与输出端光学波导面对的输出表面，并可操作为反射光学泵浦功率。某些实施例进一步包括：
隔离器，位于第一光学衬底和第二光学衬底之间的光通路中，所述光通路可操作为为泵浦能量提供高回波损耗，其中第二光学衬底的第二表面面对所述隔离器；和
泵浦功率光学波导，可操作为传送光学泵浦功率，并以朝向第二光学衬底的输出表面的发出光学泵浦功率，其中输出端光学波导、泵浦功率光学波导和第二光学衬底的输出表面被设置为将泵浦功率从泵浦功率光学波导反射到输出端光学波导。在某些实施例中，第一光学衬底的反射体表面面向载入端光学波导，并且第一光学衬底的相对立第二表面面向隔离器。可选地，第一光学衬底可以为楔形，使得反射体表面和相对立的第二表面以偏离平行1°的角度彼此不平行。本领域技术人员将从该公开内容中理解到，上述实施例中的隔离器和这里所公开的GFF元件和光学放大器的其它实施例，其中采用的一个以上隔离器只在前进的方向通过通带，并且在任一方向上通过的光学泵浦功率很少或根本没有。
在GFF元件的某些示例性3端实施例中：
增益平整滤波器位于第二光学衬底的输出表面，从而第二光学衬底的输出表面既可以反射光学泵浦功率，并且也可操作为向通带波长范围内的多路复用通带信号提供期望衰减分布；并且
第二光学衬底的相对立第二表面面向隔离器。这里，再次如这里所公开的GFF元件的其它实施例中的，第二光学衬底可选为楔形，使得第二光学衬底的输出表面和相对立的第二表面以偏离平行1°或更多的角度彼此不平行。
在GFF元件的某些示例性3端实施例中，增益平整滤波器被承载在第二光学衬底的相对立第二表面上，其面向隔离器。这里，再次，第二光学衬底可选为楔形，使得第二光学衬底的输出表面和相对立的第二表面以偏离平行1°或更多的角度彼此不平行。某些实施例进一步包括：
壳体，其中装有第一和第二光学衬底和隔离器；
第一透镜，位于(i)载入端光学波导和旁路端光学波导与(ii)第一光学衬底的反射体表面之间，所述第一透镜可操作为：
将来自载入端光学波导的组合的多路复用通带信号和光学泵浦功率聚焦到去复用滤波器，并且
将去复用滤波器所反射的光学泵浦功率聚焦到旁路端光学波导；和
第二透镜，位于(i)第二光学衬底与(ii)输出端光学波导和泵浦功率光学波导之间，所述第二透镜可操作为：
将被增益平整滤波器通过的多路复用通带信号聚焦到输出端光学波导，
将光学泵浦功率从泵浦功率光学波导投影到第二光学衬底的输出表面，并且
将第二光学衬底的输出表面所反射的光学泵浦功率聚焦到输出端光学波导。
在某些实施例中：
第一透镜和第二透镜各自选自球状透镜、GRIN透镜、鼓形透镜、非球面透镜，
载入端光学波导和旁路端光学波导各自为一起容纳在适于壳体的双光纤套箍中的光纤，
薄膜去复用滤波器与载入端光学波导的光纤末端表面和旁路端光学波导的光纤末端表面不平行，
输出端光学波导和泵浦功率光学波导各自为一起容纳在适配于壳体的双光纤套箍中的光纤，并且
第二光学衬底的输出表面、输出端光学波导的光纤末端表面和泵浦功率光学波导的光纤末端表面各自与通带信号的光通路不是正交的。
在这里公开的GFF元件和光学放大器的这些实施例以及其它实施例中，给定该公开内容的利益，光纤末端表面、透镜、以其它方式未镀层的光学芯片表面等，可以具有根据已知设计技术的AR镀层，这里其适用性对于本领域技术人员将是显而易见的。
可选地，在这些实施例中，旁路端光学波导和泵浦功率光学波导均是同一光纤通路的部分，被薄膜去复用滤波器反射到旁路端光学波导的光学泵浦功率被传送到泵浦功率光学波导，以待被第二光学衬底的输出表面反射到输出端光学波导。光纤通路可以是连续的光纤段或其它合适的波导。在某些实施例中，光纤通路包括接头多路复用器/去复用器，其可操作为提供对多路复用通带信号与光纤通路所承载的光学泵浦功率的进一步隔离。
现在参见图1-3，图1示意性地图示出根据本公开内容的光学放大器的一个实施例。具体地说，光学放大器20包括EDFA 22和EDFA 24这两个增益级以及位于这两个增益级之间的GFF元件26。本领域技术人员将意识到，通常将采用附加元件和子元件，并且在这方面，示出隔离器27、28和29。诸如C波段的通带中的多路复用光信号由合适的光纤30传送，光纤30可以是，例如Smg28(康宁(Corning))。对于本公开内容的利益，诸如其它合适光纤之类的合适替代波导对于本领域技术人员将是显而易见的。光学泵浦功率是从泵浦激光器34通过光纤32供应的。在示例的实施例中，泵浦激光器可以是例如980nm泵浦激光器。合适的这些泵浦激光器可商用，并且对于阅览本公开内容后的本领域技术人员将是显而易见的。用于传送泵浦功率的合适光纤包括，例如HI 1060Flex(康宁(Corning))和OCS 980-20(可从OFC，古河(Furakawa)公司获得)。这里，再次，对于本公开内容的利益，合适的替代光纤和其它波导对于本领域技术人员将是显而易见的。多路复用器36可以是用于对来自波导30的通带信号与波导32的泵浦功率进行组合的s-mux或其它合适多路复用器。组合后的信号被供应给EDFA22，在EDFA 22中，通带信号被放大，然后供应给用于增益平整的3端GFF元件26。最好如图2和图3所见，GFF元件在单个光学芯片上组合了980nm的反射器和GFF滤波器。更具体地说，光学芯片38包括光学衬底40，其可以是，例如多种可商用光学玻璃或其它这些对多路复用通带信号透明的衬底中的任意一种。衬底40在其输入或上游表面上具有980nm的反射器42，并在其输出或下游表面上具有增益平整滤波器44。最好如图3所见，光学芯片38为楔形(即楔子形状)，以防止或禁止信号被反射端捕获。载入端光学波导46将与光学泵浦功率组合的多路复用通带信号从第一或上游增益级22传送到GFF元件。波导46可以是，例如以上提到的980nm光纤或其它合适波导中的任意一种。在示例的实施例中，光纤46连同在本实施例中称为旁路端光学波导50的泵浦功率光纤一起位于双光纤套箍48中，旁路端光学波导50也可以是任何合适的波导，包括以上提到的980nm光纤。可以看到根据已知技术，套箍48的载入表面49成一角度，使得它与光束的方向不是正交的。GFF元件26进一步包括分别在合适支架56、58中的输入球状透镜52和输出球状透镜54。GFF元件26的输出端或部分包括容纳在光纤62的输出套箍60。套箍62的面63成一角度，类似于套箍48的表面49。由于光纤62传送没有光学泵浦功率的通带信号(光学泵浦功率已经被980nm的反射器42反射到光通路之外)，因此光纤62可以是，例如Smf 28光纤等。因此，GFF元件26可见为3端元件。被980nm的反射器42反射的光学泵浦功率在多路复用器64处与通带信号重新组合，多路复用器64可以是，例如接头多路复用器(s-mux)或其它合适的多路复用器。组合后的信号和光学泵浦功率被供应给第二增益级EDFA 24，以用于进一步放大通带信号，随后，信号输出可以被传递到进一步的包括隔离器29之类的处理装置。
根据图1-3的实施例的有利方面，增益平整滤波器44提供适合于补偿第一、第二增益级22、24的一些或所有不均匀放大的衰减分布。另外，增益平整滤波器可以针对其它系统元件和子元件来补偿光学放大器20中的其它增益影响。
如图3所见，由载入端光学波导46传送的组合后的通带信号和光学泵浦功率与980nm的反射器42传通，980nm的反射器42将通带信号传递到增益平整滤波器44，并将光学泵浦功率反射到旁路端光学波导50。因此，图3中示出的光通路46’包括组合后的通带信号和光学泵浦功率(从第一EDFA 22处起由载入端光学波导42传送)。光学泵浦功率50’被980nm的反射器42反射入旁路端光学波导50。980nm的反射器是薄膜去复用滤波器，在某些实施例中可以提供对通带信号与光学泵浦功率的极好的去复用。通带信号51’被980nm的反射器42传递到光学芯片38的背立表面上的GFF滤波器44。那里的通带信号被提供以上述衰减分布，并沿光通路段62’被传递到输出端光学波导62。增益平整滤波器44对通带信号44’的较小反射并不恰好对准地插入旁路端光学波导50，并且因此，无法否认地影响性能质量。对于该公开内容的利益，本领域技术人员将认知到，图1-3的实施例有利地便于在没有通带信号的明显反射部分的情况下对准980nm的光学泵浦功率，以产生更少或不产生多通路间干扰。
现在参见图4，针对单个芯片，3端GFF元件示出作为替代的元件布局。与图1-3的实施例相同的元件利用相同的附图标记来标注。在图4的实施例中，光学芯片70在其上游或输入表面具有组合后的镀层72。镀层72可作为980nm的反射器和作为增益平整滤波器来操作。背立表面74被提供以抗反射镀层。
现在参见图5，针对适合于在这里所公开的光学放大器中使用的3端GFF元件的作为替代的实施例，图示出元件布局。图5的实施例是双芯片GFF元件，其包括输入或上游芯片76和下游或输出芯片78。光学芯片76的输入或上游面承载980nm的反射器80。芯片的背立面具有抗反射镀层81。第二光学芯片78的上游或输入面承载增益平整滤波器82，而背立面承载抗反射镀层84。图5的GFF元件大致根据以上公开的原理来操作，以在将光学泵浦功率旁路到随后的增益级时，提供衰减分布，从而补偿多路复用通带信号的非均匀放大。
图6示意性地图示出根据作为替代的实施例的双芯片3端GFF元件的芯片布局。输入芯片90在其输入表面上具有980nm的反射器92，在其输出表面93上具有AR镀层(未示出)。第二芯片94在其输出表面(与图5的实施例相反，在图5中，增益平整滤波器被承载在第二光学芯片的输入表面97上)上承载平整滤波器96。第二芯片94的背立表面，即输入表面具有AR镀层(未示出)。由此可见，光学芯片90、94均为楔形。针对各光学芯片，输入表面和输出表面与光束的方向不是正交的，以减小标准具效应。组合的通带信号和光学泵浦功率46’(这里使用与图3中使用的附图标记相同的附图标记)被传送到980nm的反射器92。光学泵浦功率50’被980nm的反射器92反射到诸如旁路端光学波导的光学功率波导，而被980nm的反射器92通过的通带信号51’传递到增益平整滤波器96。以期望衰减分布被增益平整滤波器通过的通带信号62’被传递到输出端光学波导，而通带信号的任何反射44’被简单地丢弃或清除。
现在参见图7和图8，图7图示出根据本公开内容的光学放大器的作为替代的实施例。具体地说，图7图示出根据本公开内容的4端多增益级光学放大器。图7图示出适合于图7的光学放大器的GFF元件的元件布局。为了便于引用，相同的附图标记用于与图1-3实施例相同的特征和元件。图7的光学放大器100包括在第一增益级22和第二增益级24之间的4端GFF元件102。如图8所见，GFF元件102是合并了隔离器的双芯片设计。隔离器可以与GFF元件的光学芯片一起封装在壳体中(未示出)。如以上提到的，由于980nm泵浦功率和其它放大波长可能不能合适地通过位于增益级之间的典型GFF元件，已知在第一增益级之后，采用熔融光纤去复用器来将放大波长从信号波长中移除。协同设置的隔离器不能很好地或根本不能通过980nm信号(例如-70dB的衰减)。图7和图8的实施例中，将隔离器定位在增益级之间提供极好的噪声性能。这样从随后的辅助级抑制向后的ASE以维持高前端第一级反转(＝低NF)。GFF元件被方便地协同设置，并且根据本领域技术人员来阅览本公开内容后，将清楚对这里所公开的光学放大器的实施的适用性的技术，可以通过小心的噪声对泵浦功率消耗对MPI折衷来找到用于组合的最佳位置。可以以太短的第一级可能削弱第一增益级和因此整个噪声性能，而太长的第一级长度将产生过度向后的ASE等的认识来完成这样的实施。针对根据该公开内容的有效放大器制作泵浦旁路，其中剩余的第一增益级泵浦功率可以被传送至第二级。
给定本公开内容的利益，可以根据本领域技术人员清楚的光学元件和子元件技术来装配和封装如图7的光学放大器和图8的GFF元件以及在附图中图示出的其它实施例。再次参见图7，可以看出根据以上公开内容的原理，旁路端光学波导104将光学泵浦功率从GFF元件的输入传达至输出GFF元件，从第一增益级22运送到GFF元件的光学泵浦功率在GFF元件102的输入端被反射入旁路端光学波导104，被波导104运送到GFF元件的输出端。在输出端，光学泵浦功率被第二980nm的反射器反射入输出光学波导62。因此，由充当多路复用器的这个第二980nm反射器对光学泵浦功率与旁路信号进行组合。将认知到，在这个实施例中，如其它实施例中所公开的和这里所讨论的，单个泵浦激光器或其它合适源为两增益级光学放大器的第一和第二增益级提供光学泵浦功率。在那点上，参见图8可见，良好的设计效率可以通过这样利用GFF元件来实现。输入光学芯片106在其输入表面具有第一980nm反射器108，并在其输出或下游表面具有AR镀层110。第二光学芯片112在其输入表面具有增益平整滤波器，并在其输出表面具有第二980nm反射器116。隔离器118位于GFF元件的两个光学芯片之间。图7的GFF元件102通常根据以上讨论的原理来操作。
图9和图10分别图示出针对根据本公开内容的4端GFF元件的作为替代的实施例的元件布局和芯片布局。针对相同元件，图9和图10中使用的附图标记与图7和图8中使用的附图标记相同。图9中所见的GFF元件120包括双光纤套箍48，其具有适合于传送与来自EDFA或光学放大器的其它增益级的光学泵浦功率组合的多路复用通带信号的载入端光学波导46。套箍48还具有光学泵浦功率波导104的上游或输入端。透镜52可操作为将来自波导46的组合的通带信号和泵浦功率传递到承载980nm反射器108的第一光学芯片106的输入表面。被反射器108反射的泵浦功率被透镜52聚焦到波导104中。通带信号被980反射器108通过隔离器传递到第二光学芯片112。芯片112的输出或下游表面具有组合的980nm反射器和增益平整滤波器124。光学芯片106在其面向隔离器118的输出表面上具有抗反射镀层110。相似地，光学芯片112的输入表面在其面向隔离器118的输入表面上具有抗反射镀层125(抗反射镀层在图10中示出，并未在图9中示出)。双光纤套箍60具有泵浦功率波导104的输出端和波导62的输入端。泵浦功率从波导104通过透镜54传递到组合的980nm反射器/待被反射的GFF 124，并且然后与GFF元件所处理的通带信号一起被透镜54聚焦到波导62，以提供期望衰减分布。根据以上讨论的原理，组合的通带信号和泵浦功率可以被波导62传递到随后的增益级。除了以上结合其它实施例所讨论的，图10中示出的光通路包括，从波导104的输出端载入的用于泵浦功率(和残留通带信号)的光通路104’。
图11示意性地图示出根据本公开内容的GFF元件的作为替代的4端实施例的芯片布局。图11的4端GFF元件采用与承载980nm反射器和增益平整滤波器的单个光学芯片一起的隔离器。更具体地说，在图11的实施例的芯片布局中，光学芯片130在其输入面具有980nm反射器132，并在其面向隔离器118的输出面具有增益平整滤波器134。图11的4端芯片布局提供低成本和高封装效率，并且适合于在诸如图7中的GFF元件实施例中使用，其中光学泵浦功率被供应给GFF元件的输出端，以待反射入输出端光学波导(与GFF所通过的多路复用通带信号一起)，然后被运送到随后的放大级。这那点上，在图11的实施例中，在隔离器118的输出表面上提供980nm反射器136。图11中示出针对包括这种芯片布局的GFF元件的光通路。
图12是根据作为替代的实施例的光学放大器的稍微简化的示意性图示。图12的光学放大器与图7中图示出的实施例相似。在图12的实施例中，在光学功率波导104中提供多路复用器/去复用器140，例如s-mux/demux等，以向GFF元件的输出端提供对通带信号与波导104所传送的光学泵浦功率的增强隔离。
图13中示意性地图示出根据本公开内容的光学放大器的作为替代的实施例。图13的实施例可以称为中心泵浦光学放大器，并采用根据本公开内容的4端GFF元件，例如图8或图9的4端GFF元件或这里公开的GFF元件的其它合适实施例。在图13的中心泵浦实施例中，泵浦激光器34，例如980nm泵浦激光器，向GFF元件102的输入端和输出端提供光学泵浦功率。980nm分路器142用来将光学泵浦功率通过980nm光纤144传递到GFF元件102的输入端，并通过光纤146传递到GFF元件102的输出端。光纤144和146可以是参见以上或其它合适波导的任意一种980nm光纤。980nm反射器在GFF元件102的输入端将光学功率反射入载入端光学波导46，以被传递到第一增益级22。相似地，波导146向GFF元件102的输出端的980nm反射器供应光学泵浦功率，所述光学泵浦功率待被反射到输出端光学波导62，然后被传递到第二增益级24。因此，光学泵浦功率被向上传送到第一增益级，并向下传送到第二增益级。图10的芯片布局实施例和图11的作为替代的芯片布局实施例各自在其输入和输出表面提供980nm反射器，并适合于在图13的光学放大器实施例的GFF元件中使用。以其它方式陈述的，第一增益级22可以以980nm的光学泵浦功率反泵浦，并且第二增益级24可以以光学泵浦功率共泵浦。
给定该公开内容的利益，设计和装配根据本公开内容的GFF元件和采用根据本公开内容的这些GFF元件的光学放大器，将在本领域技术人员的能力范围内。对于图10的芯片布局，例如，可以利用980nm反射器芯片在反射时利用适合于该目的的980nm尾光纤来对准第一瞄准仪。静态对准可以添加隔离器，随后利用GFF光学芯片反射和适合于该目的的980nm尾光纤来对准第二瞄准仪。最后，在角度调谐针对最小峰-峰误差函数(PPEF)的GFF中心波长时，在传输中对准瞄准仪。鉴于本公开内容，再次根据适用性对于本发明将是显而易见的可用设计和技术，GFF元件的子元件，包括光学芯片、隔离器(如果存在的话)等，可以被封装在任何合适的壳体中。
应当理解，在本公开内容和随后的权利要求中对单一不定冠词或定冠词(例如，“一个”、“一”、“那个”、“这个”等)的使用遵循意指“至少一个”专利传统方法，除非在特定情况下，从上下文中可以清楚在那个特定情况下术语意指特定的一个或只有一个。
虽然已经结合特定示例性实施例描述了本发明，本领域技术人员将认知到，根据本公开内容，在不脱离如随后的权利要求书中所阐述的本发明的精神和保护范围的情况下进行各种修改和替换是显而易见的。

Claims (33)

1.一种对以光学泵浦功率放大后的多路复用通带信号进行增益平整的集成光学元件，该集成光学元件包括：
壳体，具有载入端、旁路端和输出端；
载入端光学波导，其连接至所述载入端并可操作为传送通带波长范围内的多路复用通带信号和不同波长范围内的光学泵浦功率；
薄膜去复用滤波器，其被设置为从所述载入端光学波导接收组合后多路复用通带信号和光学泵浦功率，并且可操作为使所述多路复用通带信号通过并反射所述光学泵浦功率；
旁路端光学波导，其连接至所述旁路端并被设置为接收和可操作为传送由所述去复用滤波器反射的光学泵浦功率；
增益平整滤波器，其被设置为从所述薄膜去复用滤波器接收所述多路复用通带信号，并可操作为以期望衰减分布使所述多路复用通带信号通过，以进行增益平整；以及
输出端光学波导，其连接至所述输出端并被设置为至少接收并可操作为至少传送由所述增益平整滤波器通过的所述多路复用通带信号。
2.根据权利要求1所述的集成光学元件，进一步包括：
第一透镜，其可操作为将组合后多路复用通带信号和光学泵浦功率从所述载入端光学波导聚焦到所述去复用滤波器，并将由所述薄膜去复用滤波器反射的光学泵浦功率聚焦到所述旁路端光学波导；以及
第二透镜，其可操作为将由所述增益平整滤波器通过的多路复用通带信号聚焦到所述输出端光学波导。
3.根据权利要求2所述的集成光学元件，其中：
所述第一透镜被设置在所述载入端光学波导和所述薄膜去复用滤波器之间，
所述第二透镜被设置在所述增益平整滤波器和所述输出端光学波导之间，并且
所述第一透镜和第二透镜均从球状透镜、GRIN透镜和非球面透镜中选出。
4.根据权利要求1所述的集成光学元件，其中所述载入端光学波导、所述旁路端光学波导和所述输出端光学波导均为光纤。
5.根据权利要求4所述的集成光学元件，其中所述载入端光学波导和所述旁路端光学波导一起容纳在与所述壳体适配的双光纤套箍中，所述壳体中安置有所述薄膜去复用滤波器和所述增益平整滤波器。
6.根据前述任一权利要求所述的集成光学元件，其中所述旁路端光学波导可操作为对所述通带波长范围内的信号进行衰减。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的集成光学元件，其中所述薄膜去复用滤波器可操作为使处于C波段、L波段、S波段、其它通信波段或通信波段组合的多路复用通带信号通过，并反射标称980nm波长的光学泵浦功率。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的集成光学元件，其中：
所述载入端光学波导的末端表面、所述旁路端光学波导的末端表面和所述薄膜去复用滤波器均与所述通带信号的光通路方向不正交，并且
所述输出端光学波导的末端表面和所述增益平整滤波器均与所述通带信号的光通路方向不正交。
9.根据权利要求1、4或5任一项所述的集成光学元件，进一步包括：
第一透镜，该第一透镜被设置在所述载入端光学波导和所述薄膜去复用滤波器之间，并可操作为(i)将从所述载入端光学波导发出的组合后多路复用通带信号和光学泵浦功率投射到所述薄膜去复用滤波器，以及(ii)将由所述薄膜去复用滤波器反射的光学泵浦功率聚焦到所述输出端光学波导；以及
第二透镜，该第二透镜被设置在所述增益平整滤波器和所述输出端光学波导之间，并可操作为将由所述增益平整滤波器通过的多路复用通带信号聚焦到所述输出端光学波导；
其中：
所述第一透镜和第二透镜均从球状透镜、GRIN透镜和非球面透镜中选出，
所述载入端光学波导、所述旁路端光学波导均为一起容纳在与所述壳体适配的双光纤套箍中的光纤，
所述薄膜去复用滤波器、所述载入端光学波导的光纤末端表面和所述旁路端光学波导的光纤末端表面均与通带信号的方向不正交，
所述输出端光学波导为容纳在与所述壳体适配的套箍中的光纤，
所述输出端光学波导的光纤末端表面和所述增益平整滤波器均与通带信号的方向不正交，并且
所述光纤末端表面和透镜具有抗反射镀层。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的集成光学元件，其中所述薄膜去复用滤波器位于光学衬底的第一表面上，并且所述增益平整滤波器位于所述光学衬底的第二表面上。
11.根据权利要求10所述的集成光学元件，其中所述光学衬底为楔形，所述第一表面和第二表面彼此偏离平行成1°的角度。
12.根据权利要求10所述的集成光学元件，进一步包括多路复用器，该多路复用器光学连接所述旁路端光学波导和所述输出端光学波导，以对由所述去复用滤波器反射的光学泵浦功率和由所述增益平整滤波器通过的多路复用通带信号进行重新组合。
13.根据权利要求1所述的集成光学元件，其中所述薄膜去复用滤波器位于第一光学衬底的第一表面上，并且所述增益平整滤波器位于第二光学衬底的第二表面上。
14.根据权利要求1所述的集成光学元件，其中所述薄膜去复用滤波器位于光学衬底的第一表面上并面向所述载入端光学波导，并且所述增益平整滤波器位于所述光学衬底的第二表面上并面向所述输出端光学波导，所述第一表面和第二表面以1°的角度彼此不平行，其中所述壳体中安置有承载所述薄膜去复用滤波器和所述增益平整滤波器的光学衬底，并且所述集成光学元件进一步包括：
第一透镜，该第一透镜被设置在所述载入端光学波导和所述薄膜去复用滤波器之间，并可操作为(i)将从所述载入端光学波导发出的组合后多路复用通带信号和光学泵浦功率投射到所述薄膜去复用滤波器，以及(ii)将由所述薄膜去复用滤波器反射的光学泵浦功率聚焦到所述输出端光学波导；以及
第二透镜，该第二透镜被设置在所述增益平整滤波器和所述输出端光学波导之间，并可操作为将由所述增益平整滤波器通过的多路复用通带信号聚焦到所述输出端光学波导；
并且其中：
所述第一透镜和第二透镜均从球状透镜、GRIN透镜和非球面透镜中选出，
所述载入端光学波导和所述旁路端光学波导均为一起容纳在与所述壳体适配的双光纤套箍中的光纤，
所述载入端光学波导的光纤末端表面、所述旁路端光学波导的光纤末端表面和所述薄膜去复用滤波器均与通带信号的方向不正交，
所述输出端光学波导为容纳在与所述壳体适配的套箍中的光纤，
所述增益平整滤波器与所述输出端光学波导的光纤末端表面不平行，并且
所述光纤末端表面和透镜具有抗反射镀层。
15.根据权利要求13所述的集成光学元件，其中：
所述薄膜去复用滤波器位于所述第一光学衬底的反射器表面上，并且
所述第二光学衬底具有面向所述输出端光学波导的输出表面，并可操作为反射所述光学泵浦功率，
并且所述光学元件进一步包括：
隔离器，该隔离器设置在所述第一光学衬底和所述第二光学衬底之间的光通路中，并可操作为为泵浦功率提供高回波损耗，其中所述第二光学衬底的第二表面面向所述隔离器；以及
泵浦功率光学波导，其可操作为传送光学泵浦功率，并被设置为向所述第二光学衬底的输出表面发出光学泵浦功率，其中所述第二光学衬底的输出表面、所述输出端光学波导和所述泵浦功率光学波导被设置为将泵浦功率从所述泵浦功率光学波导反射到所述输出端光学波导。
16.根据权利要求15所述的集成光学元件，其中：
所述第一光学衬底的反射器表面面向所述载入端光学波导，并且
所述第一光学衬底的背对第二表面面向所述隔离器，所述第一光学衬底为楔形，使得所述反射器表面和所述背对第二表面以偏离平行1°的角度彼此不平行。
17.根据权利要求15所述的集成光学元件，其中：
所述增益平整滤波器位于所述第二光学衬底的输出表面，从而所述第二光学衬底的输出表面既可反射所述光学泵浦功率，也可操作为给所述通带波长范围内的多路复用通带信号提供期望衰减分布；并且
所述第二光学衬底的背对第二表面面向所述隔离器，所述第二光学衬底为楔形，使得所述第二光学衬底的输出表面和背对第二表面以偏离平行1°的角度彼此不平行。
18.根据权利要求15所述的集成光学元件，其中：
所述增益平整滤波器位于所述第二光学衬底的面向所述隔离器的背对第二表面；并且
所述第二光学衬底为楔形，使得所述第二光学衬底的输出表面和背对第二表面以偏离平行1°的角度彼此不平行。
19.根据权利要求15所述的集成光学元件，其中所述壳体中安置有所述第一、第二光学衬底和所述隔离器，并且所述集成光学元件进一步包括：
第一透镜，该第一透镜被设置在(i)所述载入端光学波导和旁路端光学波导与(ii)所述第一光学衬底的反射器表面之间，所述第一透镜可操作为：
将组合后多路复用通带信号和光学泵浦功率从所述载入端光学波导聚焦到所述去复用滤波器，并且
将由所述去复用滤波器反射的光学泵浦功率聚焦到所述旁路端光学波导；以及
第二透镜，该第二透镜被设置在(i)所述第二光学衬底与(ii)所述输出端光学波导和泵浦功率光学波导之间，所述第二透镜可操作为：
将由所述增益平整滤波器通过的多路复用通带信号聚焦到所述输出端光学波导，
将光学泵浦功率从所述泵浦功率光学波导投射到所述第二光学衬底的输出表面，并且
将由所述第二光学衬底的输出表面反射的光学泵浦功率聚焦到所述输出端光学波导；
其中：
所述第一透镜和第二透镜均从球状透镜、GRIN透镜和非球面透镜中选出，
所述载入端光学波导和所述旁路端光学波导均为一起容纳在与所述壳体适配的双光纤套箍中的光纤，
所述载入端光学波导的光纤末端表面、所述旁路端光学波导的光纤末端表面和所述薄膜去复用滤波器均与通带信号的方向不正交，
所述输出端光学波导和泵浦功率光学波导均为一起容纳在与所述壳体适配的双光纤套箍中的光纤，
所述第二光学衬底的输出表面与所述输出端光学波导的光纤末端表面、所述泵浦功率光学波导的光纤末端表面不平行，并且
至少所述光纤末端表面和透镜具有抗反射镀层。
20.根据权利要求15-19中任一项所述的集成光学元件，其中所述旁路端光学波导和所述泵浦功率光学波导均是同一光纤通路的部分，由所述薄膜去复用滤波器反射到所述旁路端光学波导的光学泵浦功率被传送到所述泵浦功率光学波导，以待由所述第二光学衬底的输出表面反射到所述输出端光学波导。
21.根据权利要求20所述的集成光学元件，其中所述光纤通路是连续的光纤段。
22.根据权利要求20所述的集成光学元件，其中所述光纤通路包括接头多路复用器/去复用器，该接头多路复用器/去复用器可操作为提供对多路通带信号与由所述光纤通路传送的光学泵浦功率的进一步隔离。
23.一种以光学泵浦功率放大多路复用通带信号的光学放大器，包括沿光学通路按以下顺序光学连接的：
第一增益级，其可操作为接收通带波长范围内的与不同波长范围内的光学泵浦功率组合的多路复用通带信号，并放大和使所述与光学泵浦功率组合的多路复用通带信号通过；
集成光学增益平整元件，其可操作为从所述第一增益级接收放大后的与光学泵浦功率组合的多路复用通带信号，并向所述多路复用通带信号提供期望衰减分布，以进行增益平整；以及
第二增益级，其可操作为从所述光学元件接收所述多路复用通带信号以及接收光学泵浦功率，以进一步放大所述多路复用通带信号，由所述光学增益平整元件提供的所述衰减分布补偿所述第一增益级和第二增益级的不均匀放大，其中所述集成光学增益平整元件包括：
壳体，具有载入端、旁路端和输出端；
载入端光学波导，其连接至所述载入端并可操作为传送所述多路复用通带信号和所述光学泵浦功率；
薄膜去复用滤波器，其被设置为从所述载入端光学波导接收组合后多路复用通带信号和光学泵浦功率，并可操作为使所述多路复用信号通过和反射所述光学泵浦功率；
旁路端光学波导，其连接至所述旁路端并被设置为接收并可操作为传送由所述去复用滤波器反射的所述光学泵浦功率；
增益平整滤波器，其被设置为接收并可操作为以期望衰减分布使通带波长范围内的多路复用通带信号通过，以进行增益平整；以及
输出端光学波导，其连接至所述输出端并被设置为至少接收由所述增益平整滤波器通过的多路复用通带信号，并可操作为将所述多路复用通带信号传送到所述第二增益级。
24.根据权利要求23所述的光学放大器，进一步包括：位于所述光学增益平整元件和所述第二增益级之间的隔离器；和跟随所述第二增益级之后的隔离器。
25.根据权利要求23所述的光学放大器，其中所述第一增益级和第二增益级均包括一掺杂光纤段。
26.根据权利要求25所述的光学放大器，其中所述第一增益级和第二增益级均包括掺铒光纤放大器。
27.根据权利要求23所述的光学放大器，其中所述多路复用通带信号处于C波段，并且所述光学泵浦功率具有标称980nm的波长。
28.根据权利要求23-27中任一项所述的光学放大器，进一步包括光学泵浦功率源。
29.根据权利要求28所述的光学放大器，其中所述光学泵浦功率源为泵浦激光器。
30.一种光学滤波器，包括：
光学衬底，
位于所述光学衬底的第一表面上的薄膜去复用滤波器，以及
位于所述光学衬底的背对表面上的增益平衡滤波器，
其中所述去复用滤波器可操作为使通带波长范围内的多路复用通带信号通过，并反射不同波长范围内的光学泵浦功率，并且所述增益平整滤波器可操作为使所述多路复用通带信号通过，并向所述多路复用通带信号提供期望衰减分布。
31.根据权利要求30所述的光学滤波器，其中所述光学衬底为楔形，并且所述第一表面和所述背对表面以1°的角度彼此不平行。
32.根据权利要求30或31所述的光学滤波器，其中所述多路复用通带信号处于C波段，并且所述光学泵浦功率具有标称980nm的波长。
33.根据权利要求32所述的光学滤波器，其中所述增益平整滤波器的衰减分布对应于多个EDFA增益级。
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