CN107193171A - 双向光学放大器 - Google Patents

Abstract

双向光学放大器，将从两个方向输入的具有信号波长和信号功率的光学信号进行放大。所述放大器被设置为使得两个反向传播信号在通过下游的其它放大器之前先通过第一泵浦稀土掺杂的预放大器。光学循环器将所述两个反向传播信号路由，使得它们以反向传播的方式通过下游的后续泵浦稀土掺杂放大器。

Description

双向光学放大器

技术领域

本发明涉及光学放大器，特别涉及低噪声指数(NF)的双向光学放大器和抑制双向光学放大器的噪声指数的方法。

背景技术

在波分复用(WDM)光学传输系统中，利用信息数字流对光学信号在多个波长上进行编码。这些编码的光学信号或光信道被组合在一起，并且通过包括WDM光纤网络的传输链路的一系列光纤跨段进行传输。在传输链路的接收端，光学信道被分离，由此每个光学信道可以由光学接收器检测到。

当通过光纤传播时，光易于损失功率。然而，在接收器端需要一些最小电平的光学信道功率来在接收端对已经在发送端在光学信道中编码的信息进行解码。为了增强在光纤中传播的光学信号，沿着传输链路在被称为节点的多个位置部署光学放大器。光学放大器通过将光学信号放大到接近发送端的原始光功率水平的功率水平，在某些情况下将链路的最大可能长度扩展到从几百公里到几千公里。

掺铒光纤放大器(EDFA)是许多现代光纤网络中采用的最实用类型的光学放大器之一。单个EDFA模块可以一次放大多达大约上百个光学通道，从而显著节约成本。

众所周知，双向光纤光通信系统会节省约50％的成本，因此非常需要双向光学放大器。双向光学放大器在制造通常称为阵列放大器的放大器阵列中也是有用的，因为双向放大器实际上用作两个放大器。

双向光纤放大器是众所周知的；它们在两个相反的或反向传播的方向上传递光学信号。实际上，使EDFA在许多DWDM系统中不可行的是噪声指数(NF)对输入功率有非常高的依赖性。在双向放大器中来自一个方向的输入功率远远高于来自相反方向的输入功率的实例中，具有较低输入功率的信号的NF将非常高，并且通常是不可接受的。

发明内容

根据本发明，提供了一种双向光学放大器，用于将从两个方向输入的具有信号波长和信号功率的光学信号进行放大，所述光学放大器具有用于两个方向的放大器增益，包括：

光学增益介质，包括掺杂有稀土元素的第一光学增益介质；

一个或多个光泵浦，用于利用泵浦光泵浦所述光学增益介质，由此在存在泵浦光的情况下当所述光学信号反向传播通过时，在光学增益介质中产生在所述信号波长的光学增益；

两个光学循环器，被配置为在相反方向上引导两个输入光束通过第一光学增益介质，使得它们通过第一光学增益介质反向传播，并且被配置为将由第一光学增益介质放大的光在被第一光学增益介质放大之后，从相反方向引导到一个或多个其他的增益介质。

根据本发明，进一步提供了一种双向光学放大器，其具有多个双向放大级，其中所述多个双向放大级中的一个是具有两个端口的双向预放大级，每个端口用于接收和发送从另一端口接收到的光，如此配置使得从任意方向通过所述预放大级传递的光首先由预放大级放大，然后由一个后续光学放大器或串联布置的多个光学放大器放大，光耦合到所述预放大级的两个端口。

根据本发明的另一方面，提供了一种将第一光学信号和第二光学信号放大以便减小噪声指数的差异的方法，否则所述噪声指数会与通过多个串联的放大级后具有显著不同功率电平的反向传播信号相关联，包括：

将所述第一光学信号发射到光纤的第一端中，所述光纤的第一端具有稀土掺杂光纤的第一有源泵浦跨段；

将所述第二光学信号发射到所述光纤的第二端，并允许所述两个信号通过稀土族掺杂光纤的有源泵浦跨段传递；

仅在第一信号和第二信号通过掺铒光纤的有源泵浦跨段由反向传播放大之后，从而所述第一信号和第二信号被预放大，通过第二放大级将被预放大的所述第一信号和所述第二信号反向传播。

附图说明

图1是现有技术的双向放大器的光学示意图；

图2A是现有技术的双向放大器沿光纤长度的增益分布；

图2B是现有技术的双向放大器在来自左端的输入信号的功率高于来自右端的功率的情况下的噪声指数(NF)；

图3是根据本发明的双向成对的光学放大器的框图；

图4是根据本发明的双向成对的光学放大器的噪声指数；

图5是根据本发明的双向成对的光学放大器的另一个框图；

图6是根据本发明的双向成对的光学放大器的另一个框图；

图7是根据本发明的双向成对的光学放大器的另一个框图；

图8是根据本发明的双向成对的光学放大器的另一个框图；所述两个方向的增益可以是不同的；以及

图9是根据本发明的双向成对的光学放大器的另一个框图；所述两个方向的Gain可以是不同的。

具体实施方式

虽然结合各种实施例和示例描述了本教导，但是并不旨在将本教导局限于这样的实施例。相反，本教导包含本领域技术人员将理解的各种替代、修改和等同物。

现在参考图1，示出了传统的双向放大器，其具有两个光学循环器102a和102b，所述光学循环器102a和102b分别具有输入端口101a和101b，并分别具有输出端口103b和103a。在光学循环器之间示出了光纤108和110的两个稀土掺杂(优选为掺铒的)的跨段，以及泵104a和104b、WDM滤波器106a和106b允许将泵浦光与输入到输入端口101a和101b的信号光进行组合。增益平整滤波器109设置在光纤108和110的掺铒跨段之间。沿着掺铒光纤的增益分布高度依赖于发射到端口101a和101b中的光的输入功率电平。如果来自光学电路的两侧的输入功率基本相同并且泵浦功率相同，则沿着光纤的增益分布将基本对称。然而，在来自一端的输入功率显着高于来自另一端的输入功率的情况下，沿着光纤的增益分布主要由较高功率信号确定，并且变得类似于单向放大器。当参考图2A时，这可被容易地理解，图2A示出了增益分布，在其中从左端进入端口101a的输入功率高于从右端进入端口101b的输入功率。众所周知，发射到光学放大器的具有较高增益的信号导致在放大器的输出处的较低噪声指数(NF)，并且相反地，发射到光学放大器的具有低增益的信号导致具有较高NF的放大信号。这在图2B中可以容易地理解。当然，对于低功率的信号不期望具有高NF。

现在参考图3，示出了本发明的光学放大器的框图。光学放大器是两个单级双向放大器的级联，其中在两个输入端之间的掺铒光纤的长度比图1所示出的短得多；很容易从图2A中发现在两端的开始处的增益足够高以实现低噪声指数。在图3中，光301在第一端口被发射到光学循环器302中，并且同时光310在放大器的相对端处被发射到光学循环器311的第一端口。在操作中，光从循环器302的端口1循环到如303所示的端口2，并且光被引导到短跨段的泵浦掺铒光纤307，所述泵浦掺铒光纤307在通向光学循环器311的路径上通过WDM305和308传递。发射到光学循环器311中的共同传播的光310被引导出端口2(表示为309)，并通过进入循环器302的端口303的WDM 308、EDFA 307和WDM 305传递。LD 306提供泵浦光以放大通过EDFA 307传递的光。用304表示的循环器302的端口2携带被发射到循环器311中并由EDFA 307预放大的光310，并且该光穿过由WDM 317、EDFA 316、GFF 315、EDFA314、WDM 313和光学循环器311的进入端口3组成的下分支。反向传播的光从相反方向穿过相同的路径到达。在LD 319处产生的泵浦光在功率分配器(PS)318处被分路并且被引导到WDM 317和WDM 313。光学循环器302和311确保在放大器的相对端处的输入信号首先由EDFA307进行预放大。这导致两个信号的相似的噪声指数，无论它们在放大器的输入端的功率的差异；然后预放大的信号被316和314进一步放大。掺杂的ED光纤的短跨段的长度相对于约7dB/m吸收的EDF掺杂密度，应优选小于4米。或者，所述长度可以被描述为足够短，以使得即使利用饱和泵，预放大级的增益也小于10dB。

图4是示出了输入信号的增益(dB)和噪声指数(dB)的表。

现在参考图5，示出了与图3类似的放大器，其具有更经济的泵浦方案的。WDM 308提供了一种装置来分出多余的未吸收的980nm的泵浦光，并将该光提供到50:50的功率分配器318。WDM 317和WDM 313从功率分配器318接收泵浦光，并且将所述泵浦光与入射信号多路复用以激励两个EDFA 314和316，使得信号光被放大。循环器310和302以与上述310和302类似的方式工作。

图6示出了替代实施例，其中所述下分支包括了图3所示的泵浦中缺少的EDFA 313和314。在图6中，下分支中的EDF不被泵浦。通常在泵浦掺铒光纤的输出端几乎总是存在一些未泵浦的区域。然而，在EDF 307的非常短的长度中，可能不是这种情况，如图5中所示。然而，在图6中，未泵浦的掺铒光纤长度用于平衡增益谱，从而使得高于较低波长的增益被放大。因为未泵浦的EDF316和314吸收较短的波长并且放大较长的波长，所以增益基本上是平衡的。

现在参考图7，示出了类似于图3中的双向EDFA。然而不同之处在于，图3中所示的两个4端口的循环器302和311被四个3端口循环器702a、702b、711a和711b所替代。

图8示出了对图7的修改，其中衰减器801被设置在3端口的循环器711a和711b之间。在操作中，只有在702a的输入端口处进入所述放大器的信号发生衰减。这会在预知需要衰减的输入信号的情况下使用。

图9是类似于图8的实施例的图示，然而4端口的循环器302与两个2端口的循环器711a和711b一起使用。

为了说明和描述的目的，已经呈现了本发明的一个或多个实施例的前述描述。这并不旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。意图是本发明的范围不由该详细描述所限制，而是由所附的权利要求限制。

Claims (13)

1.一种双向光学放大器，具有多个双向放大级，其中所述多个双向放大级中的一个是具有两个端口的双向预放大级，每个端口用于接收和传输从另一端口接收到的光，如此配置使得从任意方向通过所述预放大级传递的光首先由预放大级放大，然后被一个后续光学放大器或串联布置的光耦合到所述预放大级的两个端口的多个光学放大器放大。

2.如权利要求1中所述的双向光学放大器，包括第一光学循环器和第二光学循环器，所述第一光学循环器具有输入端口和将所述预放大级的端口中的一个端口光学耦合到所述后续光学放大器或多个光学放大器的至少另一个端口，所述第二光学循环器具有输入端口和将所述预放大级的另一个端口光学耦合到所述后续光学放大器或多个光学放大器的至少另一个端口。

3.如权利要求2中所述的双向光学放大器，其中每个所述放大级包括一稀土掺杂光纤的长度段，并且其中所述预放大级包括比所述后续光学放大器和所述多个光学放大器中的一个光学放大器中的至少一个更短的稀土掺杂光纤的长度段。

4.如权利要求2中所述的双向光学放大器，其中所述预放大级包括用于为所述更短的稀土掺杂光纤的长度段提供泵浦信号的泵，并且其中所述预放大级提供了比其他光学放大器更低的放大率。

5.如权利要求4中所述的双向光学放大器，其中至少一个单独的泵被光学耦合到下列放大器其中之一：所述后续光学放大器和一个或多个所述多个光学放大器中。

6.一种双向光学放大器，用于将从两个方向输入的具有信号波长和信号功率的光学信号进行放大，所述光学放大器具有用于两个方向的放大器增益，包括：

光学增益介质，包括掺杂有稀土元素的第一光学增益介质；

一个或多个光泵，用于利用泵浦光泵浦所述光学增益介质，由此在泵浦光存在的情况下当所述光学信号反向传播通过其时，在光学增益介质中产生在所述信号波长的光学增益；

光学循环器，被配置为在相反方向上引导两个输入光束通过所述第一光学增益介质，使得它们通过所述第一光学增益介质反向传播，并且被配置为将由所述第一光学增益介质放大的光在被所述第一光学增益介质放大之后从相反方向，引导到一个或多个其他的增益介质，使得由所述第一光学增益介质放大的所述光通过一个或多个其他的增益介质反向传播。

7.如权利要求6中所述的双向光学放大器，其中所述光学循环器是3个或4个端口的循环器。

8.如权利要求7中所述的双向光学放大器，其中所述稀土元素是铒。

9.一种将第一光学信号和第二光学信号放大以便减小噪声指数的差异的方法，否则所述噪声指数会与通过多个串联的放大级后具有显著不同功率电平的反向传播信号相关联，包括：

将所述第一光学信号发射到光纤的第一端中，所述光纤的第一端具有稀土族掺杂光纤的第一有源泵浦跨段；

将所述第二光学信号发射到所述光纤的第二端，并允许所述两个信号通过稀土掺杂光纤的有源泵浦跨段传递；

仅在所述第一信号和第二信号通过掺铒光纤的有源泵浦跨段通过反向传播放大之后，从而所述第一信号和第二信号被预放大，通过第二放大级将预放大的所述第一信号和所述第二信号反向传播。

10.如权利要求9中所述的方法，其中所述第一信号和所述第二信号被发射到同时具有稀土掺杂光纤的第一有源泵浦跨段的所述光纤中。

11.如权利要求10中所述的方法，其中所述稀土掺杂光纤的有源泵浦跨段短于所述第二放大级中的稀土掺杂光纤的有源泵浦跨段。

12.如权利要求10中所述的方法，其中提供循环器以允许已经通过稀土掺杂光纤的所述第一有源泵浦跨段的预放大信号循环并且通过所述第二放大级。

13.如权利要求12中所述的方法，其中所述第一光学信号和第二光学信号的增益在通过所述放大器之后是不相等的。