CN104966985B - 可切换增益的光放大器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及可切换增益的光放大器。包括在计算机存储介质上编码的计算机程序的方法、系统、和设备，用于光通信。一种光放大器，包括：输入端口；光学耦合至输入端口的纵横‑交叉开关；光学耦合在输出端口和纵横‑交叉开关的第一端口之间的第一增益级；以及光学耦合在纵横‑交叉开关的第二端口和第三端口之间的第二增益级，其中，在纵横‑交叉开关的纵横状态下，第二增益级被旁路，以及在交叉状态下，第二增益级和第一增益级被应用到输入光束。

Description

可切换增益的光放大器

技术领域

本说明书涉及光通信。

背景技术

传统的光通信系统通常包括光放大器以沿着光纤链路提供足够的光功率。典型地，光放大器展示了(demonstrate)放大自发发射(ASE)噪声，其可通过噪声系数(NF)值进行描述，该NF值测量输入和输出之间的信噪比的变化。为了在接收机端保持足够高的光信噪比(OSNR)，期望高增益和底噪声系数。

发明内容

总的来说，本说明书中描述的主题的一个创新方面可在光放大器中实现，所述光放大器包括：输入端口；光学耦合至输入端口的纵横-交叉开关；光学耦合在输出端口和纵横-交叉开关的第一端口之间的第一增益级；以及光学耦合在纵横-交叉开关的第二端口和第三端口之间的第二增益级，其中，在纵横-交叉开关的纵横状态下，第二增益级被旁路，以及在交叉状态下，第二增益级和第一增益级被应用到输入光束。

前述的和其他的实施例的每个都可可选地单独的或以结合的方式包括一个或多个下列特征。第二增益级包括增益平坦滤波器和稀土掺杂光纤。第一增益级包括增益平坦滤波器和稀土掺杂光纤。光放大器还包括控制器，其中控制器控制纵横-交叉开关的状态。第二增益级包括多个级联的增益级，每个都包括单独的增益平坦滤波器和稀土掺杂光纤。每个级联的增益级都包括泵浦源。一个或多个级联的增益级使用来自前面的级残留的泵浦光。纵横-交叉开关被构造为传输泵浦光和传输光信号二者，从而可以使用残留的泵浦光来泵浦后面的增益级的稀土掺杂光纤。放大器可被用于S波段、C波段、和L波段的光信号。

第一增益级和第二增益级被构造为在大的增益范围上提供平坦增益。第二增益级还包括泵浦旁路结构，所述泵浦旁路结构包括隔离器、泵浦波长WDM、和旁路插入损耗点。光放大器还包括串联耦合在纵横-交叉开关的第一端口和第一增益级之间的一个或多个另外的纵横-交叉开关，并且其中所述一个或多个另外的纵横-交叉开关中的每一个都被耦合至相应的第二增益级。光放大器还包括：用于检测输入信号功率的输入光电二极管；用于检测输出信号功率的输出光电二极管；以及用于将输入光电二极管和输出光电二极管的测量值提供给控制器的电通信线路。

总的来说，本说明书中描述的主题的一个创新方面可在光放大器中实现，所述光放大器包括：输入端口；耦合至泵浦源和纵横-交叉开关的波分多路复用光纤；光学耦合在输出端口和纵横-交叉开关的第一端口之间的第一增益级，所述第一增益级包括第一增益平坦滤波器；以及光学耦合在纵横-交叉开关的第二端口和第三端口之间的第二增益级，所述第二增益级包括第二增益平坦滤波器，其中，在纵横-交叉开关的纵横状态下，第二增益级被旁路，以及在交叉状态下，第二增益级和第一增益级被应用到输入光束。

本说明书中描述的主题的具体实施例可被实施，以实现一个或多个下述的优点。提供一种可切换增益的放大器，该放大器能在大的增益范围上维持低噪声系数。与使用一对1×N或N×1开关的传统系统不同的是，使用了一个单独的2×2纵横-交叉开关以获得可切换的增益。类似地，使用单独的2×2纵横-交叉开关避免了对提供增益切换功能的可切换滤波器的需求。

本说明书中主题的一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐述。该主题的其它特征、方面和优点将基于说明书、附图和权利要求而变得清晰。

附图说明

图1为示例性光放大器的示意图。

图2A和2B是2×2纵横-交叉开关的开关状态的示意图。

图3是具有串联的纵横-交叉开关的示例性光放大器的示意图。

图4是包括泵浦旁路结构的示例性光放大器的示意图。

各种不同的附图中相同的参考数字和命名表示相同的元件。

具体实施方式

在光通信网络中，波长路由和拓扑变化通常是必需的。在这些情况中，光放大器需要大的增益范围。为了在贯穿整个增益范围内维持低的噪声系数，在本说明书中描述了可切换增益的放大器结构。对于在光网络环境中的放大应用，可切换增益的放大器使用2×2纵横-交叉开关(bar-cross switch)。

图1为示例性光放大器100的示意图。该光放大器包括通向输入抽头耦合器(tapcoupler)104的输入光纤102。具有一个或多个信号波长的输入光束可通过输入光纤102被输入。输入抽头耦合器104被构造为分出小部分输入光束，例如在1％和5％之间，并将分出的光束导入输入光电二极管106。输入光电二极管106测量光束的输入功率并将其作为输入提供给控制器108。

大部分的光束离开第一抽头耦合器104并被光学耦合至泵浦波分多路复用光纤110。泵浦波分多路复用器110将该光束与从泵浦源112进入的泵浦光结合。泵浦源112由控制器108控制。在一些实施方式中，泵浦源112发出具有980nm波长的光束。在一些其他的实施方式中，泵浦源112发出具有1480nm波长的光束。

在一些实施方式中，输入光信号和泵浦光在组合器元件处多路复用。多路复用的光束穿过第一稀土掺杂光纤114，例如，铒掺杂光纤。第一稀土掺杂光纤114吸收泵浦光以通过受激发射提供光放大，对输入光束实现增益。

第一稀土掺杂光纤114被光学耦合至纵横-交叉开关116。该纵横-交叉开关116包括四个端口A、B、C和D。端口A被光学耦合至第一稀土掺杂光纤114。端口B被光学耦合至第一增益平坦滤波器(GFF)118。由光纤放大器提供的增益可具有波长相关度，从而一些波长的放大程度大于其他波长。增益平坦滤波器在光束的信号波长之间提供增益均衡。增益平坦滤波器可使用例如光纤布拉格光栅。

端口C被光学耦合至端口D以及第二增益级101。特别地，第二增益级101包括沿端口C和端口D之间的光纤路径放置的第二GFF120和第二稀土掺杂光纤122。纵横-交叉开关116的状态由控制器108控制，这将结合图2A和2B进行更详细的描述。

第一GFF 118被光学耦合在纵横-交叉开关116和第三稀土掺杂光纤124之间。第三稀土掺杂光纤124被光学耦合至第二抽头耦合器126。第二抽头耦合器126被构造为分离部分输入光束，例如1％至5％，并将该分离出的光束导入输出光电二极管128。输出光电二极管128测量光束的输出功率，并将其作为输入提供给控制器108。控制器108可利用输入光束功率和输出光束功率的测量值来控制例如一个或多个泵浦源以及纵横-交叉开关116的开关状态。

光束的大部分从第二抽头耦合器126离开并被光学耦合至输出光纤130。从而，放大的输出光束穿过光纤130离开光放大器100。然而，如下文将描述的，输出光束相对于输入光束的增益量可以是可变的。

图2A和2B是2×2纵横-交叉开关200的开关状态的示意图。特别地，图2A示出了处于纵横状态(bar state)202的纵横-交叉开关200。在该纵横状态202，在端口A输入的光直接从端口A向端口B传输。此外，端口C与端口D光学耦合。然而，没有信号光在端口C和D之间通过。

图2B示出了处于交叉状态204的纵横-交叉开关200。在该交叉状态204，在端口A输入的光从端口A向端口D传输。此外，在端口C输入的光被传输至端口B。从纵横状态202向交叉状态204的变化是通过从微控制器，例如图1中的控制器108，接收的电信号控制的。

回到图1中的光放大器100，当纵横-交叉开关116处于纵横状态时，光学耦合至端口C和D的第二增益级被旁路。当该第二增益级被旁路时，第一GFF118提供整形的、典型平坦的、增益光谱。通过第一稀土掺杂光纤114和第三稀土掺杂光纤124，较小程度的放大被应用到输入光束上。

当纵横-交叉开关116处于交叉状态时，第二增益级被包括在光路中，用于提供额外的光学增益。如上所述，第二增益级包括第二GFF 120和第二稀土掺杂光纤122。第二GFF120为第二增益级提供整形的、典型平坦的、增益光谱。

从而，使用第一GFF 118和第二GFF 120允许大增益范围上的平坦的增益光谱。在纵横状态下，仅使用第一GFF 118以在光放大器100提供相对小的增益的情况下提供平坦输出。在交叉状态下，使用包括第二GFF 120的第二增益级，从而两个GFF的增益被结合以提供具有相对大的整体增益的整形的、典型平坦的、增益光谱。

在一些实施方式中，光放大器100可以使用相同的泵浦源112以向第一稀土掺杂光纤114和第二稀土掺杂光纤122提供泵浦功率。特别地，纵横-交叉开关116可用于泵浦波长和信号波长两者，这允许信号和泵浦光的共同传播(co-propagation)，即使是在纵横状态或交叉状态下。从而，当纵横-交叉开关116处于交叉状态下时，来自第一稀土掺杂光纤114残留的泵浦光被导入第二增益级，进入第二稀土掺杂光纤122，以在没有额外的泵浦源的情况下提供额外的增益。类似地，当纵横-交叉开关116处于纵横状态时，来自第一稀土掺杂光纤114残留的泵浦光被导入第三稀土掺杂光纤124。纵横-交叉开关116的插入损耗对于泵浦光束和信号光束这两者都可被优化。替代地，在一些实施方式中，可使用单独的泵浦源，以对各个稀土掺杂光纤提供泵浦光。

在一些实施方式中，第二增益级可包括多个串联的增益级。这些增益级中的每个都包括各自的GFF和稀土掺杂光纤。在一些情况下，每个增益级包括单独的泵浦源。在一些其他情况下，该增益级使用前面的级的残留的泵浦光。如上所述，第一增益级可包括泵浦源或可使用泵浦源112的残留的泵浦光。

此外，在一些实施方式中，可包括串联的第二增益级。每个第二增益级可通过用于每个第二增益级的各自的纵横-交叉开关串联。从而，基于图1所示的示例，纵横-交叉开关116与第二纵横-交叉开关串联耦合，并且具有相应的第二增益级。该第二纵横-交叉开关可与第三纵横-交叉开关和第二增益级等串联耦合。这允许对应用到输入光信号的增益范围的更大的灵活性和更好的控制。

图3是具有串联的纵横-交叉开关的示例性光放大器300的示意图。该光放大器300类似于图1的光放大器100。然而，在这个例子中，纵横-交叉开关116的端口B被耦合到第二纵横-交叉开关302在端口A处的输入。纵横-交叉开关302以与纵横-交叉开关116类似的方式耦合到第二个第二增益级。该第二个第二增益级包括第四稀土掺杂光纤304和第四GFF306。第二纵横-交叉开关302的输出端口B被光学耦合至第一GFF 118。尽管只示出了一个第二纵横-交叉开关，但是任何适当数量的类似的开关和第二增益级可被串联级联在第一纵横-交叉开关116和第一GFF 118之间。在一些实施方式中，在每个纵横-交叉开关之间耦合稀土掺杂光纤。

图4是包括泵浦旁路(bypass)结构的示例性光放大器400的示意图。该光放大器400类似于图1的光放大器100。然而，光放大器400的第二增益级已经被修改。特别地，第二增益级401包括被耦合至端口D的隔离器402、第二GFF 120、和第二稀土掺杂光纤122。特别地，在光放大器400中，第二GFF 120被光学耦合在隔离器402和第二稀土掺杂光纤122之间。第二增益级401还包括泵浦波长WDM 404和408，以及旁路插入损耗点406。隔离器402、泵浦波长WDM 404和408以及旁路插入损耗点406用于泵浦旁路结构。该泵浦旁路结构有助于抑制自发发射噪声(ASE)。

光放大器100可被用于各种放大应用中。此外，光放大器100可被用于对各种信号波长包括C波段、S波段和L波段的信号提供放大。

虽然本说明书包括多个特定实施细节，但这些不应该被理解对为任何发明范围的限制或要求保护的范围的限制，而是作为可能对于特定发明的特定实施方式的特殊特征的描述。本说明书中在分离的实施例的语境中描述的某些特征也可在单个实施例中以组合方式实现。反之，在单个实施例的语境中描述的各种特征也可在多个实施例中分离地或者以任何合适的子组合实现。并且，虽然有些特征如上所述以某些组合运行并其最初甚至要求这样保护，但是来自要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况中可从组合中删除，并且要求保护的细合可指向子组合或子组合的变种。

类似地，虽然附图中以特定的顺序描述操作，但这不应该被理解为要求这些操作以所示的特定次序或相继次序执行，或者执行所有的操作来获得想要的结果。在某些环境中，多任务和并行处理是有利的。而且上面描述的实施方式中的各种系统模块和组件的分离不应该被理解为在所有的实施方式中要求这种分离，并且应该被理解为所描述的程序组件和系统通常可一起集成在单个软件产品中或打包成多个软件产品。

已经描述了主题的特定的实施例。其他实施例落入接下来的权利要求的范围内。例如，权利要求中列举的动作可以不同的次序执行并且仍能实现想要的结果。作为示例，附图中描绘的过程不一定需要所示的特定次序或相继次序来获得想要的结果。在一些实现方式中，多任务和并行处理可能是有利的。

Claims (11)

1.一种光放大器，包括：

输入端口；

光学耦合至输入端口的纵横-交叉开关；

光学耦合在输出端口和纵横-交叉开关的第一端口之间的第一增益级；以及

光学耦合在纵横-交叉开关的第二端口和第三端口之间的第二增益级，

其中，在纵横-交叉开关的纵横状态下，第二增益级被旁路，以及在交叉状态下，第二增益级和第一增益级被应用到输入光束，

其中，第二增益级包括多个级联的增益级，每个级联的增益级都包括单独的增益平坦滤波器和稀土掺杂光纤，并且

其中，一个或多个级联的增益级使用来自前面的级的残留的泵浦光。

2.根据权利要求1所述的光放大器，其中第一增益级包括增益平坦滤波器和稀土掺杂光纤。

3.根据权利要求1所述的光放大器，还包括控制器，其中控制器控制纵横-交叉开关的状态。

4.根据权利要求1所述的光放大器，其中每个级联的增益级都包括泵浦源。

5.根据权利要求1所述的光放大器，其中纵横-交叉开关被构造为传输泵浦光和光信号，从而能够使用残留的泵浦光来泵浦后面的增益级的稀土掺杂光纤。

6.根据权利要求1所述的光放大器，其中放大器能够被应用于S波段、C波段、和L波段的光信号。

7.根据权利要求1所述的光放大器，其中第一增益级和第二增益级被构造为在大的增益范围上提供平坦增益。

8.根据权利要求1所述的光放大器，其中第二增益级还包括泵浦旁路结构，所述泵浦旁路结构包括隔离器、泵浦波长WDM、和旁路插入损耗点。

9.根据权利要求1所述的光放大器，还包括串联耦合在纵横-交叉开关的第一端口和第一增益级之间的一个或多个另外的纵横-交叉开关，并且其中所述一个或多个另外的纵横-交叉开关中的每一个都被耦合至相应的第二增益级。

10.根据权利要求1所述的光放大器，还包括：

用于检测输入信号功率的输入光电二极管；

用于检测输出信号功率的输出光电二极管；以及

用于将输入光电二极管和输出光电二极管的测量值提供给控制器的电通信线路。

11.一种光放大器，包括：

输入端口；

耦合至泵浦源和纵横-交叉开关的波分多路复用光纤；

光学耦合在输出端口和纵横-交叉开关的第一端口之间的第一增益级，所述第一增益级包括第一增益平坦滤波器；以及

光学耦合在纵横-交叉开关的第二端口和第三端口之间的第二增益级，所述第二增益级包括第二增益平坦滤波器，

其中，在纵横-交叉开关的纵横状态下，第二增益级被旁路，以及在交叉状态下，第二增益级和第一增益级被应用到输入光束，

其中，第二增益级包括多个级联的增益级，每个级联的增益级都包括单独的增益平坦滤波器和稀土掺杂光纤，并且

其中，一个或多个级联的增益级使用来自前面的级的残留的泵浦光。