CN107293933A

CN107293933A - 光学放大器

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Publication number: CN107293933A
Application number: CN201710230108.3A
Authority: CN
Inventors: 乔立杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Accelink Technologies Co Ltd
Priority date: 2016-04-10
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2017-10-24
Anticipated expiration: 2037-04-10
Also published as: US10297970B2; US20170294759A1; CN107293933B; CN107293932B; US20170294758A1; US20170294756A1; CN107293934B; CN107293934A; US10297972B2; CN107293932A; US10297971B2

Abstract

多级光学放大器具有用于接收光学信号的输入端口，以及被耦合到所述输入端口的相对短的掺铒光纤。不需要复杂昂贵的泵浦反馈，因为配置了恒定不变的饱和泵浦来提供适合于激发所述铒离子并且适合于完全饱和的铒离子的预定波长的输出功率不变的泵浦光，使得发生全部粒子数反转。所述短掺铒光纤的长度和所述掺铒光纤的稀土掺杂浓度使得当通过所述泵浦进行输送时，提供小于15dB的光学信号的放大。在所述短掺铒光纤之后，定位增益平坦滤光器以提供相对平坦的放大输出信号。通过同一个泵浦信号对多级类似的短掺铒光纤进行泵激和饱和，从而经济地提供信号放大率的增加，并且在每个状态后提供过滤器以平滑增益。

Description

光学放大器

相关申请的交叉引用

本发明要求2016年4月10日提交的美国专利申请No.62/320,559的优先权，以及2016年4月19日提交的美国专利申请62/324,433的优先权，其通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种光学放大器，特别涉及突发模式的光学放大器以及抑制光学放大器内的暂态性能的方法。

背景技术

在波分多路复用(WDM)的光学传输系统中，利用数字信息流对多个波长的光学信号进行编码。这些已编码的光学信号或光学信道被组合在一起并通过包括WDM光纤网络的传输链路的一系列跨距的光纤传输。在传输链路的接收机端处，光学信道被分离，由此光学接收机可以检测每条光学信道。

光在通过光纤传播时趋向失去功率。然而，在接收机端需要一些最小水平的光学信道功率来将已经在发射机端的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，沿着传输链路将光学放大器部署在称为节点的多个位置处。光学放大器通过将光学信号的功率水平放大到接近发射机端的原始光功率水平，将链路的最大可能长度在某些情况下从几百公里拓展到几千公里。

诸如掺铒光纤放大器(EDFA)的稀土掺杂光纤是在许多现代光纤网络中最实际使用的光学放大器之一。单个EDFA模块可以一次放大多达一百个光学信道，从而显着降低成本。当传输连续波信号时，例如在PON系统中，通常使用常规的光学放大器。然而，在光线路终端(OLT)和每个光网络单元(ONU)之间的距离不同的系统中，OLT必须能够从ONU中接收具有不同强度的光突发信号。此外，基于光学放大器的PON中继器必须能够在没有任何失真的情况下放大这些信号。遗憾的是，光突发信号放大导致了光浪涌，这可能正好造成光接收机的故障以及由于增益动态而干扰在OLT处的正常信号的接收。

因此，需要抑制这些光浪涌并且提供增益稳定的突发模式的光学放大器。

已经做了许多工作来减轻所述效应或降低EDFA的暂态响应，以及减少不需要的效应的一种方法通过增益钳位来实现。在突发模式下使用EDFA是非常理想的，例如在诸如NG-PON2的通信系统中。

存在许多与增益钳位的光纤放大器相关的专利和出版物，但是它们往往是昂贵的，并且没有一种是暂态效应的完美解决方案，特别是由突发模式传输引起的暂态效应的完美解决方案。

本发明的目的是提供一种成本有效的光学放大器，其不需要昂贵的复杂泵浦控制或反馈电路来控制输出的泵浦功率。

发明内容

根据本发明的广泛方面，提供了一种光学放大器，包括：

输入端口，用于接收为了放大的光学信号并且沿着第一稀土掺杂的光路在稀土掺杂材料中引导所述光学信号；

泵浦，被配置成当光学信号横穿第一稀土掺杂光路时，将泵浦光提供到光学信号，其中泵浦被配置为提供具有基本上恒定的输出功率的光泵浦光，其中所述光泵浦光具有足够使沿着第一稀土掺杂光路的稀土掺杂离子过饱和的输出功率，使得发生全部粒子数反转，并且其中第一稀土掺杂光路具有长度和掺杂浓度，使得当通过所述泵浦进行泵激时，所述第一稀土掺杂光路具有小于约10db至约15dB的放大；以及滤光器，光学耦合到第一稀土掺杂路径，用于提供增益平坦和/或用于去除剩余的泵浦光。光路可以在光波导内体现或者可以是透光材料的掺杂块内的自由空间路径。尽管完全饱和时，光学材料内的放大段的光路内的稀土离子的长度和掺杂浓度被限制为最大放大率。

优选的是光泵浦光的输出功率足够使稀土掺杂光路过饱和，从而发生全部粒子数反转，并且其中稀土路径具有长度和掺杂浓度，使得当通过所述泵浦进行泵激时，提供小于15dB的信号放大，在某些情况下小于10dB，其中所述滤光器用于从被放大的信号中去除剩余的泵浦信号。

在更优选的实施例中，多个附加的稀土掺杂光路被彼此串联地光耦合，使得当光进入到输入端口中并且沿着第一稀土掺杂光路时，通过增益平坦滤光器进行滤光随后横穿一个或多个其他稀土掺杂光路；其中泵浦被配置成提供基本上恒定的泵浦光，以便当信号穿过其传播时，使一个或多个其它稀土掺杂的光路完全饱和，因此在所述一个或多个光路中发生全部粒子数反转。理想地第一稀土掺杂的光路是一段掺饵光纤。优选地，在稀土掺杂放大路径之间设置一个或多个增益平坦滤光器。

根据本发明的一个方面，提供了一种光学放大器，包括：

输入端口，用于接收光学信号；第一稀土掺杂的光波导，具有长度L，光学地耦合到所述输入端口；泵浦，被配置成提供适合于激发稀土离子的预定波长的泵浦光，所述泵浦具有基本上不变的输出功率并且被光学耦合到第一稀土掺杂的光波导，所述泵浦被配置为在第一稀土掺杂的波导中使稀土掺杂的离子完全饱和，从而发生全部粒子数反转，其中第一稀土掺杂的波导的长度L和稀土掺杂浓度为：当通过所述泵浦进行泵激时，提供小于15dB的光学信号的放大；以及滤光器，光学耦合到第一稀土掺杂波导，用于提供增益平坦和/或用于去除剩余的泵浦光。

根据本发明，提供了一种光学放大器，包括：

多个稀土掺杂的波导，被彼此串联地光耦合，使得当光进入到第一稀土掺杂波导时，光通过多个其他的稀土掺杂的波导传播；泵浦，具有恒定的使第一稀土掺杂的光波导完全饱和并且使多个其他稀土掺杂的光波导饱和的输出功率，使得在所述波导中发生全部粒子数反转；以及滤光器，光学耦合到稀土掺杂波导，用于提供增益平坦和/或用于去除剩余的泵浦信号。

根据本发明，进一步提供了一种光学放大器阵列，包括：多个稀土掺杂的波导；泵浦，光学耦合到光波导，被配置为稀土掺杂的光波导提供基本上恒定的输出功率光泵浦光，其中输出功率光泵浦光足够使稀土掺杂的波导完全饱和，使得发生全部粒子数反转并且其中稀土掺杂的光波导具有长度和掺杂，使得当通过所述泵浦进行泵激时，完全饱和具有小于15dB的放大；以及光学滤光器，设置在至少一些稀土掺杂的波导之间，用于提供增益平坦和/或用于去除剩余的泵浦信号。

根据本发明的广泛方面，提供了一种光学放大器，包括玻璃块，掺杂有稀土离子，具有用于将输入光束引导到所述块中的输入准直透镜，并且其中输入准直透镜或所述块的端面成角度，使得进入到输入准直透镜中的光在所述块内遵循锯齿形路径多次从玻璃块的端面之间反射；泵浦，用于提供在块内使稀土离子饱和的恒定输出功率的光。

根据本发明的另一方面，提供了一种当被耦合到泵浦信号时，用于将一个或多个光学信号放大的放大模块，包括：增益平坦滤光器；掺杂有稀土离子的“n个放大光波导用于存在泵浦光时，将通过其传播的一个或多个光学信号放大，所述n个放大光波导光学耦合到所述增益平坦滤光器，其中n/2对的放大波导被串联布置，一对中的每个放大波导与该对中的另外一个放大波导位于所述增益平坦滤光器的相反侧上，其中存在泵浦光时，当待放大的信号光进入到每对放大波导中时，所述放大的信号光中的一些由滤光器衰减，剩余的放大信号光被传递到在所述对中的另一个放大光波导，其中正等于或大于4。

附图说明

现在将参考附图描述示例性实施例，其中：

图1A是具有增益平坦滤光器的常规现有技术的放大器的示意图；

图1B是常规的增益平坦滤光器响应的曲线图；

图2A和2B图示了没有增益平坦滤光器的现有技术常规放大器的泵吸收和增益谱。

图3图示了图1A的常规放大器的增益压缩；

图4A是根据本发明具有过泵浦的短掺铒光纤的增益钳位放大器的示意图。

图4B是根据本发明的具有2个过泵浦的短掺铒光纤长度的增益钳位双级放大器的示意图。

图4C是在放大的信号穿过增益平坦滤光器之后，图4A和图4B的输出谱的曲线图。

图4D和4E是图4A的放大器的钳位增益谱和噪声因数的曲线图。

图4F是共掺杂元件的理想吸收谱的曲线图。

图5是描绘了具有过泵浦的短跨距的掺铒光纤的图4A和图4B的放大器的增益压缩的曲线图。

图6是根据本发明的具有分布式增益平坦滤光器布置的增益钳位放大器的示意图。

图7是图示了在图6中示出的实施例如何在分布式平坦增益介质(DFGM)的实施例中实现的示意图。

图7A是根据本发明的实施例的集成的多级放大器的透视图。

图7B是根据本发明的实施例的使用两个柱面透镜来加宽泵浦光的集成的多级放大器的透视图。

图7C是基于使用单个饱和泵浦的放大器阵列的示意图。

图7D是基于使用单个饱和泵浦的放大器阵列的示意图。

图7E是通过单个泵浦激光器泵浦的连续泵浦的放大器阵列的示意图。

图7F是分布式增益平坦介质(DFGM)的示意图。

图8是在图7A和7B中示出的玻璃块放大器的横截面的俯视图。

图9是在两个玻璃块之间具有增益平坦滤光器的放大模块的等距图。

图10是在两个玻璃块之间具有增益平坦滤光器的双向放大模块的侧视图。

图11是具有在图7中所示的8个输入端口和8个输出端口的阵列式光学放大模块的等距视图。

图12是横向泵浦的光学放大器的侧视图。

具体实施方式

虽然结合各种实施例和示例描述了本教导，但是本教导并不旨在局限于这些实施例。相反，如本领域技术人员将理解的，本教导包含各种替代、修改和等同物。例如，以下描述了掺铒放大器，然而在放大器中可以使用其他稀土元素代替铒。

现在参考图1A，示出了光学放大器，所述光学放大器具有通过WDM 106耦合在一起的隔离器102、标记为LD的激光二极管光泵浦104。在WDM 106和WDM 112之间示出了一段EDF108。示出了第三WDM 114，增益平坦滤光器(GFF)115和隔离器116设置在WDM 112和WDM 114之间。第二泵浦长度的EDF 120进一步将通过放大器的信号放大，然后所述信号穿过隔离器122传播。WDM 112和WDM 114的目的是允许泵浦信号旁路所述滤光器115，并且泵浦信号可用于泵浦EDF 120。常规的掺铒光纤放大器(EDFA)通常具有用于均衡的增益谱的相对较长的掺铒光纤(EDF)跨距或长度，并具有如图1A和图2所示的高泵浦效率。这些光学放大器以增益饱和模式工作。泵浦功率被完全吸收，具有恒定泵浦功率的增益随着导致增益压缩的不同信号功率而变化。在这种现有技术中，放大器恒定增益是根据使用反馈的信号功率通过动态调整泵浦功率来实现。如图3示出的这种类型的放大器具有带有恒定的泵浦功率的强增益压缩；然而随着输入功率的增加，增益显着降低。这意味着对于具有变化的输入功率的恒定增益，泵浦功率必须相应地改变和变化。遗憾地，在该泵浦调整期间，发生了不需要的增益超调和增益欠调。图1B示出了增益平坦滤光器(GFF)的衰减谱，并示出了增益是均衡的。

即使在最高输入功率下，通过将泵浦功率超过EDF可以吸收的泵浦功率的EDF过泵浦，可以实现增益钳位，以获得具有恒定泵浦功率的恒定增益。在这种情况下，掺杂剂离子的粒子数反转大约为100％并且在特定应用输入功率范围内是恒定的。这种情况下，当输入信号功率改变时，增益保持恒定。

如上所述，由于存在大量未使用的泵浦功率，所以泵浦效率显著低于在常规的EDFA中的泵浦效率。此外，增益谱是不均衡的，其中在较短波长的增益远高于在较长波长的增益。

现在转换到图4A，示出了具有过泵浦的短掺铒光纤的增益钳位放大器。选择掺铒光纤的长度和掺杂，使得增益被限制在10dB或大约小于15dB。在图4A中，输入信号进入到放大器的输入端并穿过隔离器102。具有来自LD 104的恒定泵浦光的信号被WDM 106复用到EDF 408的短跨距中。术语“恒定不变的泵浦光”是指当放大器工作时，泵浦提供基本上不变的输出功率。在图4A中，泵浦提供足够功率的光以使EDF 408过饱和。WDM 415允许任何剩余的泵浦光从放大的信号中分离，并且GFF 420将放大的信号进行增益平坦化。图4B中示出的双级放大器以相似的方式工作。在该电路中，输入信号横穿隔离器102和WDM 106，在WDM106中泵浦信号与输入信号相结合。该电路的一个差异在于泵浦光与一次放大号分离，并且在其后泵浦光旁路GFF 420和隔离器424,它通过WDM 422与放大信号复用返回。将一次放大信号和剩余的泵浦信号提供给短跨距的EDF 418，在EDF 418中发生输入信号的二次放大。两个EDF具有长度和掺杂浓度，使得在每级发生不超过大约10dB至大约15dB的放大。提供WDM430以去除任何剩余的泵浦信号。

提供图4A和图4B中示出的增益平坦滤光器以将增益谱平坦化，并且放大器在没有反馈的情况下工作以控制输出恒定不变的输出信号的泵需求很少，即使存在输出控制电路。然而，在两个EDF段之间设置GFF会导致小于理想噪声因数的性能，因为在短波长存在高损耗。在所有EDF之后设置GFF会导致良好的噪声因数(NF)性能，但进一步降低了泵浦效率。一个忧虑是在制造GFF时具有如此高的插入损耗峰值。下面的实施例解决了这些忧虑并且是优选的实施例。

对于图4A和图4B中示出的并且参考图5的放大器操作，当与通常在典型跨距的EDF所提供的相比，使用相对短跨距的EDF和较高的泵浦功率时，放大器处于泵浦饱和状态，在泵浦饱和状态中粒子数反转相对恒定，不同的信号输入功率在合理的工作范围内，从而实现了增益钳位。在该系统中，无需闭环反馈泵浦控制，基本上消除了增益过调和增益欠调。泵浦被简单地设定为足够提供EDF长度的至少全部粒子数反转的恒定不变的功率。

该过泵浦机构的缺点之一是增益谱不均衡；即对于不同的波长，增益改变，如图4C中所示，图4C图示了在短波长的增益明显高于较长波长的光的增益。

使用常规的单个增益平坦滤光器，在短波长的噪声因数(NF)通常太高而不能被接受或者泵浦功率消耗过大。尽管图4A和4B中示出的实施例由于上述局限性是本发明次优选的实施例，如果目标增益不太高，例如小于10dB或者在某些情况下小于15dB，利用全部粒子数反转，实施例运行良好。在这种情况下，使用常规的GFF。

具有6.5dB/m吸收的MP980光学放大EDF可从OFS光学器件购得。可以获得具有高达150dB/m的非常高吸收的用于激光器的光纤。在饱和泵浦状态下，增益与光纤长度成比例。因此，为了在长波长具有10dB的增益，使用MP980 EDF的纤维长度应当大约为3.5米。

现在转换到图4D和4E，在曲线图中示出了增益谱和噪声因数性能。在图4D中，可以看出放大器的增益谱不会随着输入功率而显著变化，并且放大器被增益钳位。即使当输入功率达到-5dB时，增益谱变化小于0.3dB。

在图6中示出的优选实施例中，使用具有分布式GFF的EDFA。放大器由分布式GFF(DGFF)615a至615e分隔的串行短EDF放大级608a、608b、608c、608d和608e组成。在一个实施例中，使用多个EDF段，然后是低峰值GFF，如图6中所示。分布式GFF峰值插入损耗可被减少到1/N，其中N是EDF段的数量。图6图示了使用DGFF消除或减少插入损耗，但成本可能过高。

图7自上而下示出了一系列三个附图，示出了动态增益平坦滤光器(DGFF)的组件设计。上图的一部分、元件608a至615e作为块705被示出，所述块705通过具有分布式增益平坦介质DFGM 701的短EDF段的串联耦合来体现。通过在每个短放大段的EDF之后/之间使用较短跨距的EDF和增益平坦滤光器或DFGM，每个放大器比单个较长段的EDF提供较小的放大，可以以相当小的噪声因数实现相同的放大。在该放大方案中，泵浦提供连续的泵浦功率，其将使第一放大器过饱和，并且使串行内联的后续放大器至少完全饱和或过饱和。短放大段的EDF 608a至608f被示出耦合到DFGM 701。相同的滤光器元件在每个短放大段的EDF之后提供滤光。

图7F是迄今描述的DFGM的变型。输入掺铒波导780a至780f通过grin透镜790、792被光学地耦合以分别输出掺铒波导782a至782f。放大光纤具有长度和掺杂浓度，使得当待放大的光学信号穿过每个掺铒放大波导时，提供不超过15dB的放大。使用恒定的输出功率来泵浦这些光纤，使得放大纤维完全饱和。

图7A是图7中示出的实施例的变型，其中透光材料(优选玻璃)的稀土元素掺杂块为进入其的光束提供放大介质，以在块内沿着自由空间中的路径传播所述光束。图7B中更详细地示出了实施例。稀土掺杂玻璃块700具有输入端，所述输入端具有输入光纤702，所述输入光纤用于激励待放大的光学信号耦合到准直透镜，所述准直透镜诸如用于将在光纤702中传播的输入信号光变换为准直光束的渐变折射率(GRIN)透镜703。反射膜701涂覆在相对的端面上。如果块比波束宽得多，波束将基本上在块内的自由空间中传播，所述块内的自由空间不受块自身的限制。然而，如果块足够窄，在块的外部的块空中接口将用作光的引导件，从而所述块由在空中块接口之间的折射率差值限制。这也适用于在块内传播的泵浦光。在透光块700的输出端，通过准直器705耦合的输出光纤704接收所述放大的输出信号。在图7A中，限制在光纤702内的传播进入块700的信号光由渐变折射率(GRIN)透镜703进行准直，并被作为零线707示出，所述信号光以锯齿形图案从表面701和反射镜708阵列来回反射N次，并且在由准直器705射出和重新聚焦之前，通过穿过泵浦掺杂玻璃所述信号被放大N倍。每次往返的增益是

g₁,g₂,…gN

其中总增益是：

由于掺铒离子是处于饱和的，每次往返的增益相同，所以：

G＝Ng_rt

其中每次往返的增益与玻璃块的长度和掺杂密度成比例：

g_rt·LD

因此，优选高掺杂密度，否则玻璃块的所需长度将太长而不可用，并且将需要太多的反射以实现期望的放大。可以实现非常高的掺杂密度，并且掺杂Er/Yt的共掺杂允许L是短的，例如10mm。市售的EDF在150dB/m是可用的，Er/Yt共掺杂光纤额定功率可达3000dB/m。

根据具体要求，反射镜708可以是凹面镜阵列或平面反射面。如果掺杂密度不够高并且需要更多次往返，则可能需要重新聚焦光，使得所有光功率可以由输出光纤准直器聚集。在这种情况下，反射面可以制成凹面镜或重聚焦镜。可替代地，如果掺杂密度足够，则反射面可以是平面。

在图7A中，来自泵浦激光器712的光被引导到用于通过玻璃块700均匀地分配泵浦光的柱面透镜713中。在某些情况下，可以使用反射镜代替透镜。由于玻璃块700基本上均匀地被掺杂，随着980nm波长的泵浦光使铒离子饱和，以锯齿方式通过其传播的信号光所采用的任何光路将被放大。

正如图7B中所示，玻璃块700的相对端是反射增益平坦滤光器710。泵浦激光器712通过柱面透镜720和柱面透镜722被耦合到玻璃块。在本实施例中，泵浦光通过柱面透镜变宽并垂直于信号光。可以使用具有高输出功率的多模泵浦激光器。多模泵浦激光器的最小功率大约为6瓦特，泵浦激光器可用于提供数十瓦特。在透光稀土掺杂块700内，是示为707的路径，其后是输入光束，所述光束以在图8中更清楚示出的锯齿形光路横穿块700。后面是准直光束的路径限定了在块的端面处由增益平坦滤光器分隔的多个放大光路。凹面镜重新聚焦光束并保持光束的尺寸。反射膜被设计成对具有较高增益的波长具有较低的反射，并且因此用作增益平坦滤光器。由于光束具有长度，即在每次穿过块的长度，以及光束具有直径，即准直光束的横截面的直径，这限定了在放大器阵列中由滤光器分离的单个放大器的光放大路径。人们可以想到通过横穿块的自由空间区域的光束裁剪裁幅如作为放大区域，然而限制不是由波导所限定的；在这种情况下，它是光束被准直并且作为准直光束通过材料的自由空间移动的功能。

现在转换到图7C、7D和7E，图中示出了实施例，其中单个大功率激光二极管泵浦有利地为放大段提供恒定不变的光，而不需要类似于本发明的另一个实施例的用于泵浦控制的反馈回路。图7C示出了使用单个饱和泵浦的放大器阵列。元件102a、106a、705a、430a和116a与迄今描述的元件相同，方位数字102、106、705、430和116以及索引“a”至“n”通过相同的光学元件简单地指示n个输入。值得注意的是在图7C中，由激光二极管104提供的泵浦信号在WDM430a被提取，并且被路由到放大阵列的输入b中，用于放大第b个输入信号。可以看出，泵浦信号被去除并向下循环到放大阵列的每个后续输入行。以这种方式，n个输入信号由n个DGFF+EDF模块705a至705n进行放大和滤光。就这点而言术语过饱和可能是最好的理解，因为恒定功率泵浦信号必须超过所需的输出功率，以在705a内使EDF完全饱和，如果在705n内使EDF完全饱和，因为它是从ath到nth被引导到下一个放大输入行的剩余未使用抽头的980nm的泵浦光。

图7D是类似放大器的另一个图示，其中每个放大器使用单个短回路的EDF。元件“a”到“p”是迄今示出的相同元件，而不是索引“a”到“p”。放大器阵列具有单个饱和泵浦104，其通过WDM“a”至“o”被向下馈送到阵列中的其它放大行。该放大器用于单信道应用，其中图7C的放大阵列用于多信道输入信号。

图7E示出了本发明的另一实施例，其中提供单个泵浦104，在其中放大器阵列中的每个放大器都是双向放大器。现在转换到图7E，在放大器阵列的左侧示出了双端口的光学循环器760a至760d，在放大器阵列的右侧示出了双端口的光学循环器762a至762d。与迄今描述的另一个实施例类似，单个饱和泵浦被耦合到所述阵列中，其中所述单个饱和泵浦提供能够在每个EDF光纤内使铒离子完全饱和的不变的大功率泵浦光104。光学循环器760a至760d和762a至762d中的每个光学循环器提供了在其中输入待放大的光学信号并允许在两个端口中的另一个端口上放大的信号将被输出的工具。短EDF段或跨距768a和769a由GFF滤光器分离，增益平坦信号在相反方向上传播。EDF段768b、768c和768c和769b、769c和769d类似地将在相反方向上传播的信号放大，各自GFF提供所需的增益平坦。WDM滤光器提供了相同的功能，允许将泵浦信号与待放大的信号组合，并且WDM滤光器用于去除将被路由到阵列中的另一个放大器的过度的泵浦光。

图9中示出了与图7A、7B和图8的放大玻璃块700共用一些相似性的可替代的实施例。然而，在该放大模块中，增益平坦滤光器909被设置在玻璃块900和玻璃块902之间，反射涂层912在块902的端面上被示出。由从准直器703进入的输入光束的内部锯齿形路径所限定的多个放大长度部分地由反射镜915的反射器阵列所限定，所述反射镜阵列将入射到其上的光束折回到不同位置的相反侧，除了最后折回的光束。反射镜915被设置在输入光纤702和输出光纤704之间，并且将入射在其上的光束重新聚焦，使得光束基本上保持准直。反射面912确保入射到其上的光束被反射回到阵列915上的不同位置。应理解所述块可能具有不同的形式。例如，可以通过提供不同形状的块来提供比其他放大长度更长的放大长度。跨越块的长度可以通过使用阶梯块来改变。本文使用的术语块不限于矩形块。可以使用其它形状的块。

现在转换到图10，示出了自由空间放大模块的两块构造1006,1008。然而，图10的放大模块10是可变增益放大器。在图10的左侧，示出了将光学耦合到块1006的凹面重准直器进行反射的线性阵列。然而，在块1008的右侧是反射/透射挡板1001a、1001b、1001c、1001d和1001e的间隔开的微机电(MEM)阵列。在一个实施例中，MEMs挡板可被热激活或在另一个实施例中，它们可被静电致动。工作时，通过准直器703进入到放大器的信号在穿过挡板1001e之后，通过准直器1002从放大器射出，所述挡板1001e被示为打开，以便光通过其中传递并且随后穿过透镜1004。为了增强放大当期望更多光穿过放大器时，挡板1001e被关闭并且挡板1001c或1001d中的一个被打开或处于透射状态。

在迄今描述的所有实施例中，通过将放大波导或块与镱共掺杂实现了增益均衡。

现在转换到图11，示出了具有8个输入端口1112a至1112h和8个输出端口1114a至1114h的放大模块。在块1110的背面是增益平坦滤光器1131，其将入射到其上的增益平坦光束向后反射到输入端面上的反射面。工作时，在1112a处进入放大器的光束以锯齿形的方式被反射11次，从而使得24穿过稀土掺杂的放大介质1110，并且每当光束撞击在背面时进行增益平坦。泵浦激光器1116和透镜1118、1119提供了具有将确保块1110内的铒离子完全饱和的功率的光束。每个剩余端口在阵列中的功能类似。

图12示出了与迄今所示的垂直泵浦方案相反的横向泵浦方案，例如在图11中。与Yt共掺杂的透光掺铒玻璃块1120在其端部上具有薄膜GFF滤光器1141，并且在相对端部上具有重聚焦光束成型透镜1143。隔离器1165和1166确保单向光传播进入块1120和从块1120中传播出来。GRIN透镜1143和1162分别提供准直光和聚焦光进入块和离开块。横向泵浦1148和透镜1150提供平行泵浦和较小的形状因数，因为所述泵浦可被设置在通过准直器获得的空间中。例如，如果输入端口和输出端口在玻璃块的同一侧，则泵浦激光器和透镜可被设置在输入光纤和准直透镜之间。增加了复杂性，因为在玻璃端部处的薄膜涂层必须设计成反射1550nm的信号波长并传递980nm的泵浦光。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以设想许多其他实施例。

Claims

1.一种第一光学放大器包括：

输入端口，用于接收光学信号；

第一稀土掺杂光波导，具有长度L，光耦合到所述输入端口；

泵浦，被配置成提供适合于激发稀土离子的预定波长的泵浦光，并且被配置为具有基本上不变的输出功率并且被光耦合到第一稀土掺杂的光波导，所述泵浦被配置为使在第一稀土掺杂光波导中的稀土掺杂的离子完全饱和，以使得发生全部粒子数反转并且其中第一稀土掺杂的波导的长度L和稀土掺杂浓度为：当通过所述泵浦进行泵激时，提供小于15dB的光学信号的放大倍数；以及,

滤光器，光耦合到所述第一稀土掺杂波导，用于提供增益平坦和/或用于去除剩余的泵浦光。

2.根据权利要求1所述的第一光学放大器，其中所述滤光器是增益平坦滤光器，所述光学放大器进一步包括至少一个附加的稀土掺杂光波导，所述光波导串联地光耦合到所述第一稀土掺杂光波导，以在存在泵浦光时进一步放大所述光学信号，其中所述增益平坦滤光器设置在所述第一稀土掺杂光波导和所述至少一个附加的稀土掺杂光波导之间；以及其中所述泵浦被配置成提供基本上不变的泵浦光，以便当所述信号穿过其传播时，使至少一个附加的稀土掺杂光波导完全饱和，使得在所述至少一个附加的光波导中发生全部粒子数反转。

3.根据权利要求2所述的第一光学放大器，包括光耦合到所述输入端口的光学循环器和耦合到输出端的光学循环器，从而形成了双向放大器。

4.根据权利要求3所述的多个光学放大器，被配置为共享所述泵浦光。

5.根据权利要求2所述的第一光学放大器，进一步包括滤光器，用于将与所述信号一起传播的不需要的多余泵浦光分离和耦合出去。

6.根据权利要求5所述的第一光学放大器，包括第二光学放大器，其具有光耦合的稀土掺杂的光波导，以接收所述不需要的多余泵浦光，其中所述多余泵浦光足以在所述稀土掺杂波导中提供所述稀土离子的全部粒子数反转，以便将进入到所述第二光学放大器中的第二光学信号放大，其中所述稀土掺杂的波导的长度L和稀土掺杂浓度为：当通过所述剩余泵浦光进行泵激时，提供小于15dB的第二光学信号的放大倍数；以及,

增益平坦滤光器，光耦合到所述稀土掺杂光波导，用于平整己被放大的所述第二光学信号的增益。

7.根据权利要求6所述的第二光学放大器，进一步包括抽头，用于将任何剩余的泵浦光从被放大的光学信号中分离。

8.根据权利要求7所述的第一光学放大器，其中所述第一稀土掺杂光波导和另一个稀土掺杂光波导是掺铒光纤。

9.根据权利要求1所述的光学放大器，包括多个其它稀土掺杂的波导，被设置为从足够使在每个所述稀土掺杂波导内的稀土离子完全饱和的泵浦中接收泵浦光，其中每个波导是光纤，并且在每个稀土掺杂光纤之间设置有增益平坦滤光器，其中穿过每个稀土掺杂光纤的光学信号的增益为15dB或更小。

10.根据权利要求9所述的光学放大器，其中在所述每个稀土掺杂光纤之间设置的是相同增益的平坦滤光器。

11.一种光学放大阵列，包括：

多个光学放大器，其中在所述阵列中每个光学放大器在所述阵列中的耦合到另一个光学放大器，并且其中每个放大器都具有一个或多个掺铒光纤和一个增益平坦滤光器，并且其中每个光学放大器具有用于接收不同的待放大的光学信号的输入端口；

单个泵浦，用于提供足够使所述放大阵列中的所有掺铒光纤完全饱和的不变的输出光，并且其中每个掺铒光纤具有长度和铒离子浓度，使得当完全饱和时，且当所述待放大的光学信号穿过每个放大器时，由每个放大器提供将会小于15dB的放大增益。

12.根据权利要求11所述的光学放大阵列，其中在所述阵列中来自第一放大器的泵浦光在穿过所述第一放大器中的一个或多个掺铒光纤之后，被提供至所述阵列中的第二放大器，在所述阵列中来自所述第二放大器的泵浦光在穿过所述第二放大器中的一个或多个掺铒光纤之后，被提供至所述阵列中的第三放大器，其中所述泵浦光具有足够的功率以使在放大器阵列中的所有掺铒光纤完全饱和。

13.根据权利要求12所述的光学放大阵列，进一步包括用于双向操作的多个光学循环器，其中每个循环器为多个放大器阵列中的放大器提供一个输入端口和一个输出端口。

14.根据权利要求11所述的光学放大阵列，其中所述增益平坦滤光器是分布式增益平坦滤光器，所述分布式增益平坦滤光器能够使从所有掺铒光纤中接收到的入射到所述分布式增益平坦滤光器上的放大信号的增益平坦。

15.根据权利要求11所述的光学放大阵列，其中所述一个或多个掺铒光纤包括多个掺铒光纤和形成一个DFGM的增益平坦滤光器。

16.根据权利要求11所述的光学放大阵列，其中所述阵列中的多个放大器包括抽头，所述抽头用于提取存在于放大掺铒光纤的邻近输出端剩余泵浦信号，并将提取的泵浦光提供给所述多个放大器中的另一个放大器。

17.根据权利要求11所述的光学放大阵列，进一步包括旁路波导，用于提供从光信号中去除所述泵浦信号的单独路径，使得在没有泵浦信号的情况下，光学信号可以被增益平坦滤光器滤光，并且所述旁路波导用于随后将被去除的泵浦信号和所述光学信号耦合在一起，使其可以被提供到掺铒波导的随后的下游的长度。

18.一种光学放大阵列，包括：

输入端口，用于接收光学信号并且用于沿着第一稀土掺杂的光路引导在稀土掺杂材料中的所述光学信号；

泵浦，被配置为沿着所述第一稀土掺杂光路将具有基本上恒定的输出功率的泵浦光提供给所述稀土掺杂材料，并且被配置为沿着所述第一稀土掺杂光路使所述稀土掺杂离子完全饱和，使得发生全部粒子数反转，其中所述第一稀土掺杂光路具有长度和掺杂浓度，使得当通过所述泵浦进行泵激时，具有小于15dB的输入信号放大倍；以及,

滤光器，光耦合到所述第一稀土掺杂路径，用于提供增益平坦和/或用于去除剩余的泵浦光。

19.根据权利要求18所述的光学放大阵列，其中所述光学泵浦光的输出功率足够使所述第一稀土掺杂光路过饱和，从而发生全部粒子数反转并且其中所述稀土路径具有长度和掺杂浓度，使得当通过所述泵浦进行泵激时，提供小于11dB的信号放大倍数，其中所述滤光器是增益平坦滤光器。