CN110915227B - 分插结构 - Google Patents

Abstract

一种光电路，包括：多播选择(MCS)开关以及耦合到MCS开关的输出端口的多个光选择性器件。所述选择性器件可以通过阻挡一些波长的光从其通过以及使至少一个其他波长的光从其通过来选择单个光信道。所述选择性器件可以是阻波器或可调谐滤光器。所述光电路还包括光放大阵列，其中每一个放大器具有光学耦合到所述选择性器件中的一个的输入端口。至少一些放大器具有泵浦光端口，用于从一个或多个激光泵浦或从另一个光放大器接收至少一部分泵浦光，其中，所述泵浦光能够提供足以使阵列中的所有稀土掺杂光纤完全饱和的泵浦光。

Description

分插结构

技术领域

本发明涉及光通信系统，并且具体地涉及一种可重构的光分插模块。

背景技术

对数据日益增长的需求要求进一步提高光通信系统的容量，包括每根光纤所支持的波长数以及每个波长的数据速率。光信道通常使用可重构的光分插模块（reconfigurable optical add/drop module，ROADM）来路由。ROADM系统目前的设计是为了实现或促进无色、无方向和无冲突（colorless，directionless and contentionless，CDC）特性。无方向特性可以理解为跨越网络中的任何可行路径路由波长的能力，无色特性可以理解为在任何端口上接收任何波长的能力，而无冲突特性允许插入或分出重复波长。然而，完全的CDC需要数量非常多的发射器和接收器，而且行业使用的术语“CDC”是包括几乎无色、无方向和无冲突的ROADM。为了实现或进一步接近完全的CDC，对于相同数量的插入/分出端口，期望支持尽可能多的发射器和接收器。

传统的CDC分插结构是设计用来插入和分出单波长信道的。然而，为了增加每个收发器的容量，行业中正在朝向支持超级信道的发射器发展，该超级信道可能具有更宽的信道带宽或者包括由单个发射器发射的多个波长。

因此，期望提供一种高性能、有成本效益的CDC分插结构，其满足单波长信道和超级信道两者的无冲突、无方向和无色多路复用的实际需求。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种光学系统，其包括第一分出侧光电路。该第一分出侧光电路包括：多播选择（MCS）开关，其具有多个输入端口和多个输出端口；多个选择性器件，每一个选择性器件用于阻挡一些波长的光从其通过，并且用于使至少一个其他波长的光从其通过，以向所述选择性器件的输出端口提供输出，其中，所述多个选择性器件中的每一个具有光学耦合到所述MCS开关的输出端口的输入端口；以及光放大阵列，其包括多个光放大器，每一个光放大器具有光学耦合到其中一个选择性器件的输入端口，用于接收将被放大的光信号，其中，所述多个光放大器中的每一个包括一个或多个稀土掺杂的光纤，并具有用于提供放大的光信号的输出端口，所述光纤用于放大通过其传播的光信号。所述光放大阵列包括一个或多个激光泵浦，用于提供足以使所述光放大阵列中的所有稀土掺杂光纤完全饱和的泵浦光；其中所述一个或多个激光泵浦的数目小于所述多个光放大器的数目。至少一些所述光放大器中的每一个具有泵浦光端口，用于接收来自所述一个或多个激光泵浦或者来自其它光放大器的所述泵浦光的至少一部分。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括第一分出侧光电路的光学系统。所述第一分出侧光电路包括：多播选择开关，其具有多个输入端口和多个输出端口；以及多个选择性器件，每一个选择性器件用于阻挡一些波长的光从其通过，并且用于使至少一个其他波长的光从其通过，以向所述选择性器件的输出端口提供输出，其中，所述多个选择性器件中的每一个具有光学耦合到所述MCS开关的多个输出端口之一的输入端口。所述选择性器件可以是可调谐滤光器或阻波器（wave blocker）。一个或多个增益平坦滤波器可用于在第一分出侧光电路中沿每一个光路进行分布式增益平衡。所述光学系统还可以包括功率分配电路（power-splitting circuit）和第二分出侧光电路，其中所述第二分出侧光电路的MCS开关的所述输入端口中的一个或多个输入端口耦合到所述功率分配电路的所述输出端口中的一个或多个输出端口。所述光学系统可以包括插入侧光电路。

根据本发明的又一个方面，提供了一种光学系统，其包括插入侧光电路，其中，所述插入侧光电路包括插入侧光放大阵列，该插入侧光放大阵列包括多个光放大器，每一个光放大器具有用于接收将被放大的光信号的输入端口。所述光放大器中的每一个包括一个或多个稀土掺杂的光纤，并具有用于提供放大的光信号的输出端口，所述光纤用于放大通过其传播的光信号。所述插入侧光放大阵列包括一个或多个激光泵浦，用于向所述插入侧光放大阵列中的所有稀土掺杂光纤提供泵浦光，其中所述插入侧光放大阵列中的所述一个或多个激光泵浦的数目小于所述插入侧光放大阵列中的所述多个光放大器的数目。所述插入侧光放大阵列中的至少一些光放大器中的每一个具有泵浦光端口，用于接收来自所述插入侧光放大阵列的一个或多个激光泵浦的或者来自所述插入侧光放大阵列的所述多个光放大器中的另一个光放大器的所述泵浦光的至少一部分。

所述插入侧光电路还包括：多个插入侧选择性器件，每一个插入侧选择性器件用于阻挡一些波长的光从其通过，并用于使至少一个其他波长的光从其通过，以向所述选择性器件的输出端口提供输出，其中，所述多个插入侧选择性器件中的每一个具有光学耦合到所述插入侧光放大阵列中的所述多个放大器中的一个放大器的输出端口的输入端口；以及插入侧多播选择开关，其具有多个输入端口和多个输出端口，其中，所述多个输入端口中的每一个光学耦合到所述多个插入侧选择性器件中的一个插入侧选择性器件的输出端口。

附图说明

现在将结合附图来描述示例性的实施例，其中：

图1是示出了选择和选择架构的节点图；

图2是示出了广播和选择架构的节点图；

图3是ROADM功能图；

图4示出了分插模块的实施例；

图5是MCS开关的示意图；

图6是一个分插模块的示例性的实施方式的示意图。

图7为EDFA增益频谱的绘图；

图8是分出侧分布式放大器的示意图；

图9是插入侧分布式放大器的一个实施例的示意图；

图10是放大阵列的示意图；

图11是插入侧放大阵列的一个实施例的示意图；

图12是基于使用单个饱和泵浦的放大器阵列的示意图。

具体实施方式

本文公开的分插系统可以代替图1和图2中示出的常规的分插模块30来使用。

图1示出了选择和选择架构，包括2度（即具有可用于在多路复用或线路侧上路由波长的2个可能的方向）的ROADM节点。当然，2度（degree）仅用于说明性目的，并且ROADM节点可以具有更高的度数。该节点包括波长选择性开关（wavelength selective switch，WSS）块11、分插块30、发射器42和接收器41，发射器42和接收器41也一起被标记为TR 40。WSS块11包括线路侧的输入光放大器15和输出光放大器16以及WSS 20，WSS 20可以将线路侧波长路由到分插结构30或者到另一线路方向。分插块30包括波长复用器/解复用器模块31和光放大器32，用于克服与波长复用器/解复用器模块相关联的损耗。

图2示出了可替代的节点架构，即广播和选择架构，其中WSS解复用器20被功率分配器120所取代。

参考图3，分插模块230是CDC或近似CDC的ROADM。所期望的是分插模块230提供尽可能多的分插容量，尽可能满足CDC需求，并且能够与图1所示的选择和选择架构以及图2所示的广播和选择架构两者工作，换句话说，与WSS块11（图1）或WSS/分配块（split block）12（图2）一起工作。同样，模块11和模块12的度数不是必须为2，而是可以改变。输入光束（其是通过光通信系统传输的光的一部分）被提供到模块230的分出侧，用于进一步选择所期望的一个或多个波长。在插入侧，模块230提供一束或多束光进入通信系统。在这里和其他场景中，光束可以是引导光束或非引导光束。

图4示出了本文所公开的分插系统230的实施例，分插系统230也被称为分插模块230。图的左侧示出了插入功能，右侧示出了分出功能。

分出侧可以包括可选的分配电路380和一个或多个开关电路381。在一个实施例中，分配电路380包括功率分配器321，功率分配器321具有一个输入端口和多个输出端口。分配器321为1×N分配器；例如，N可以是2、4或8。在操作中，分配器的输入端口接收输入光束，该输入光束是光通信系统承载的光的一部分。可以使用WSS 211或者分配器（例如图2中的分配器121）将光束与快速信道（图3）分离。参考图4，分配器321将接收到的光束分成N个子光束，并将它们提供至分配器的输出端口。

分配器321之前可以设有可选的光放大器32（图3），该光放大器在输入光束被提供至分配器321的输入端口之前放大该输入光束。分配器321之后可以设有放大器332，放大器332被连接以从分配器321接收多个子光束，每个放大器332接收一个子光束，用于放大特定的子光束。换句话说，分配器321和放大器32和/或332形成执行功率分配以及放大的分配电路380。

在一个实施例中，放大器32和332可以在同一个电路中使用，使得光束在分配前被放大并且子光束在分配后被放大。在另一个实施例中，分配电路380包括级联的功率分配器。例如，在分配器321的输出端口提供的至少一些并且优选地所有的子光束可由放大器332中的一个放大器放大，并可由二级功率分配器进一步分配，并且可以被进一步放大。换句话说，功率分配电路380包括至少一个光功率分配器，用于在功率分配电路的输入端口接收光束，将光束进行分配以获得多个子光束，并且将所述多个子光束提供至功率分配电路的输出端口。光功率分配器在产业中是已知的，并且是商购可获得的。在一个实施例中，功率分配电路380可以用放大器32来替代。

在分配电路380之后可以设有一个或多个开关电路381。该模块的分出侧的每一个开关模块381包括具有多个输入端口和多个输出端口的多播选择（multicast-and-select，MCS）开关340。

每一个MCS开关340的输入端口中的一个或多个可以耦合到分配块的输出端口，其中，该开关的一个输入端口可以接收在分配电路380（本文也称之为分配块380）的输出端口处提供的子光束中的一个子光束。在一个实施例中，开关的数量等于由分配块提供的子光束的数量。可替代地，MCS开关340可接收来自WSS 21的输入光束，其中，该光束可以由放大器32放大。换句话说，分配块380是可选的。

MCS开关（例如开关340）在光通信领域是已知的。图5是MCS开关的示意图。在分出侧，多播选择开关可以包括多个分配器410，该分配器410对输入端口420处接收的子光束进行多播。每一个开关430可以将在其中一个输入端口420处接收的光引导至其中一个输出端口440。在特定的实施例中，开关有8个输入端口和16个输出端口。当然，MCS开关的端口数量可以改变。

模块的分出侧的开关电路381还包括多个光选择性器件350，每一个光选择性器件350用于阻挡一些波长的光从其通过，以及用于使至少一个波长的光从其通过，以向所述选择性器件的输出端口提供输出。每一个选择性器件350可选择特定的信道，其允许一定的波长或一定范围的波长。每一个选择性器件350具有光学耦合到MCS开关的多个输出端口中的一个输出端口的输入端口。通常，每一个选择性器件350（也被称为选择性部件或元件）具有单个输入端口和单个输出端口。

选择性器件350可用于选择意图要在给定端口上分出的一个或多个期望的信道并且阻挡不期望的信道。这允许使用要求每个信道滤波的相干接收器和/或直接检测接收器。所述选择性器件可以是可调谐滤光器（如参考图6所进一步讨论的）或者是阻波器。选择性器件可以是可重构的或者可调谐的，以便可以改变所选择通过的一个或多个波长。选择性器件增加了分插系统的灵活性，该分插系统可以在MCS开关处以及在选择性器件350处重构。

优选地，所述多个选择性器件350包括阻波器（wave blocker，WB）阵列。阻波器是允许选定的一个或多个波长通过并且阻挡所有其他不期望的波长的光模块。“阻挡”被理解为包括对频谱的非期望部分的实质性衰减，至少衰减10 dB。

阻波器可以是仅允许特定信道尺寸和间距的信道化阻波器，或者可以是柔性网格阻波器（flex grid wave blocker），以便使任何尺寸和光谱位置的所选信道能够具有特定频率粒度。阻波器阵列可以由共同封装成单个封装的多个单芯片器件构成，或者由可以支持阵列中所需数量的信道的多信道芯片构成。

阻波器可以包括色散元件，该色散元件根据自由空间（如光栅或棱镜）中的波长来分离光信号，或者例如通过阵列波导光栅（arrayed waveguide grating，AWG）来将光信号分离成不同的波导。阻波器可以包括光学导向元件，例如硅上液晶（liquid crystal onsilicon，LCoS）、微机反射电镜（microelectromechanical mirror）阵列、液晶（liquidcrystal，LC）开关阵列等，以将选定的信号导向至第二色散元件，使得第二色散元件可以将信号再次组合并且使它们进入输出光学端口。通常，第一和第二色散元件是同一片光栅或共用的一个或多个棱镜。

任何在C或L波段（即在1530 nm（纳米）和1625 nm之间）工作的阻波器，都可用作选择性器件350。

分出侧开关模块381还包括多个放大器360，每一个放大器连接到多个滤光器中的一个，并且可以形成放大阵列，用于放大输出光束。分插模块的放大器，例如放大器331、332、360和361，优选是铒掺杂光纤放大器（erbium-doped fiber amplifier，EDFA），然而也可以使用任何其他类型的放大器。放大器的输出端口可以耦合到接收器41。在一些实施例中，放大器360可以被省略。

有利地，与传统的分插模块相比，对于WSS 20和21（图3）上的相同数量的分插端口，本文公开的分插模块可以支持更多数量的TR。在该示例中，功率分配器321以1×2的分光比（splitting ratio）示出，然而，也可以使用其他的功率分光比，例如，从2到8的功率分光比。较高的功率分光比使得能够以略微增加由于功率分配器中的损耗增加而导致的分出路径上的光信噪比降低为代价，来增加可以支持的TR 40的数量。选择性器件350通过阻挡不需要的波长并且仅选择所需的波长来减少噪声。

在操作中，在选择和选择架构中，一个或多个WSS开关20和21（图3）可以从通过光通信系统传播的光中选择M个光束。在选择M个光束之后，可以使用M个功率分配器（例如分配器321（图4））对M个光束中的每一个进行分配，不同的分配器分配不同的信道。分配器321可以是1×N分配器，在每一个分配器的输出端口处提供N个子光束，总共N×M个子光束，每一个子光束可能由MCS开关340中的一个开关引导至阻波器350中的一个阻波器，以便能够向特定的接收器41提供特定波长或窄范围的波长。例如，N可以是2、4或8。M可以是1到Mmax，其中，Mmax受限于可用的WSS，而当前可用的WSS端口的最大数量是32个。每一个MCS开关可以被耦合，以接收来自特定分配器321的一个或多个子光束。在一个实施例中，N×M个子光束可以通过N个开关340来切换，其中，每一个开关被耦合，以接收M个子光束，从M个分配器321中的每一个分配器中接收一个子光束。在另一个实施例中，MCS开关中的一个开关可以被耦合，以从特定分配器321接收多于一个子光束。所切换的MCS开关的输出端口可以耦合到选择性器件350，该选择性器件350可以选择特定的信道（波长），以便由放大阵列360进行进一步放大，并且向接收器41提供输出光束。当然，光束可以在模块380和381（图4）内的ROADM模块230的分出侧的各个位置处被放大。

分出侧光放大阵列360可以包括多个段，本文也称其为光放大器，每一段具有输入端口，该输入端口光学耦合到选择性器件350中的一个选择性器件，用于接收将要放大的光信号。每一段具有一片或多片稀土掺杂光纤（即光纤片），用于放大通过其传播的光信号。放大器（段）具有用于提供放大的光信号的输出端口。光放大阵列可以包括一个或多个激光泵浦（laser pump），用于提供足以使光放大阵列中的所有稀土掺杂光纤完全饱和的泵浦光，其中，激光泵浦的数量小于光放大器的数量。至少一些光放大器可以各自具有泵浦光端口，用于接收来自一个或多个激光泵浦或者来自所述光放大器中的另一个光放大器（段）的所述泵浦光的至少一部分。优选地，阵列的每一段具有用于接收所述泵浦光的至少一部分的激光泵浦端口。这种放大阵列（其中可以用泵浦光使稀土掺杂光纤完全饱和）在本文被称为过泵浦阵列，并参考图10至图12被进一步讨论。分插模块的插入侧也可以包括这种放大阵列。

在操作中，在广播和选择架构中，被定位为分配器120（图2）的分配器分接包括有通过光通信系统传播的所有波长的光束。另一个分配器321（图4）可以将输入光束分流成子光束。一个或多个MCS开关340中的每一个开关具有多个输入端口，其中，一个或多个输入端口耦合到分配器321的输出端口，以接收一个或多个子光束，并且将所述子光束引导到开关的输出端口，每一个输出端口光学耦合到多个选择性器件350中的一个选择性器件，使得特定的波长或者一定范围的波长可以被提供给耦合到其中一个选择性器件350的输出端口的特定的接收器41。同样，光束可以在模块380和381（图4）内的ROADM模块230的分出侧的各个位置处被放大。

因此，本文公开的分插模块可用于选择和选择架构以及广播和选择架构中。

在这些示例中，如上面所讨论的那样，分配器321可以用包括有由几个功率分配器组成的级联的分配电路来替代。

进一步参考图4，在该图中的左半部分示出了分插模块230的插入侧。

在插入侧，在输入端处可以使用过泵浦（over pumped）放大器阵列，该阵列耦合到分插模块的输入端口，所述端口用于连接发射器42。由于这些放大器中的每一个只需支持来自单个发射器的一个或多个信道，因此与多波长放大器相比，大大降低了复杂度以及所需的泵浦功率。在输入放大器后面的选择性器件可以均衡信道功率，如果需要，也可以阻挡来自输入放大器的任何不需要的ASE（amplified spontaneous radiation，放大自发辐射）。将光放大器361放置在如图4所示的分插结构的输入端，而不是像传统设计那样放置在MCS之后，从而放松了用于发射器的输出功率要求，并且显著改善了噪声性能。

参考图4，模块的插入侧包括一个或多个开关电路370以及可选的组合电路371。开关电路370的至少一些输入端口可以被耦合，以接收来自发射器42（图3）的输入子光束，其中，每一个发射器可具有可调谐激光器，所述可调谐激光器可在任何方向上在任何波长上被动态地路由，而不会与其他波长冲突。开关电路370可以包括多个输入放大器361，优选以阵列的形式，其中，每一个放大器被耦合，以接收来自发射器42中的一个发射器的输入子光束。

多个光选择性器件351中的每一个光选择性器件可以被耦合，以接收来自放大器361中的一个放大器的放大的输入子光束。波长选择性器件351（例如阻波器）衰减了带外噪声，包括有来自其他放大器的放大自发辐射（ASE）。由于接收的子光束可以在开关341和一个或多个组合器320处被组合，因此由放大器361引入的噪声将被组合并且由其他放大器进一步放大。选择性器件351仅允许通过所期望的信道，并且可以以与分出侧的选择性器件350相同的方式来实施。特别地，选择性器件351可以包括可调谐滤光器和/或包括有选择性吸收器的滤波器。在插入侧的选择性器件351是可选的，但是它们的使用提供了改进的光信噪比（optical signal to noise ratio，OSNR）性能的优点。如图6所示，初始放大器361也是可选的，即如果发射器42的输出功率足够高，则不需要放大器361。

开关电路370包括一个或多个MCS开关341。MCS开关341的输入端口被光学耦合，以接收来自发射器42（图3）的输入子光束，其中，在发射器42和MCS开关341的输入端口之间的路途中，输入子光束可由放大器361放大和/或由阻波器和/或滤光器351进行滤波。MCS开关341的输出端口可以被光学耦合到放大器331。

图5示出了插入侧MCS开关341（图4）。端口440用作分插模块的插入侧处的MCS开关的输入端口，并且端口420用作输出端口。分插MCS开关优选具有相同的尺寸。图5示出8×16MCS开关作为示例。

用作光组合器（optical combiner）的一个或多个功率分配器320优选地与分出侧的一个或多个分配器321具有相同的比率。每一个MCS开关341可以将每一个接收的输入子光束引导到开关的输出端口，所述开关的输出端口耦合到分配器/组合器320中的一个。举例来说，模块230的插入侧如图3所示提供两个输入光束，一个被引导至WSS 23，另一个被引导至WSS 22。因此，在该示例中，组合模块371（图4）包括两个分配器/组合器320。分配器/组合器320和放大器331可以是组合电路371的组成部分。可替代地，一个或多个分配器320可以被省略，并且组合电路371可以被缩减为放大器331，则放大器36是不需要的。

图6示出了参考图4的本文公开的分插模块结构的示例性的实施方式。WSS开关620和622对应于WSS开关20和22（图3）。WSS开关620和622被示出为1×9 WSS，然而这种结构适用于任意尺寸的WSS模块。

在分出侧，在图的左侧，一个或多个输入光束可以被提供至分插系统。虽然示出了4个光束，但WSS 620和/或622可以选择不同数量的光束。

示例性的分插实施方式包括光放大器632，每一个光放大器用于放大其中一个输入光束。每一个放大器632光学耦合到其中一个功率分配器621。该模块还包括一个或多个多播选择开关640（例如图6所示），以及以可调谐滤光器（tunable optical filter，TOF）650形式的多个选择性器件，用于阻挡一些波长的光束从选择性器件通过并且使至少一个其他波长的光从该选择性器件通过，以向该选择性器件的输出端口提供输出光束。

在C或L波段工作的任何可调谐滤波器都可用作分插模块230中的选择性器件，所述可调谐滤波器包括基于光栅、电机上或微机电系统（MEMS）上的Etalon、Etalon、波导Mach-Zehnder干涉仪和光纤环。可调谐滤光器通常通过（或阻挡）单波长或具有高达5nm带宽的一组相邻波长。

图6所示的模块还包括光放大器660的阵列，如图4中的放大器360所示。

如图6所示，放大器632可以沿着分出信道的光路位于分配器621之前。可替代地，放大器632可被替换或者与多个放大器同时使用，所述多个放大器位于分配器621之后（如同放大器332（图4）位于分配器321之后）。换句话说，分配模块625的分出侧包括用于分配分出的信道的分配器632以及用于在分配之前和/或之后放大所提取的信道的一个或多个放大器621，其中，分配器和放大器形成分配电路，如上面所讨论的那样。分配模块625可以在如图6所示的OPS-4卡中实施。

在图6所示的示例中，插入侧没有例如图4所示的滤光器或阻波器。该模块可以包括一个或多个MCS开关，例如MCS开关641，该MCS开关641之后设有光放大阵列661，之后设有功率分配器635（优选地该功率分配器与分出侧上的分配器621具有相同的比率），之后设有光放大器645。

本文所公开的分插模块的各个实施例可以包括沿每个光路的若干分配器和放大器。但是，不同的波长可能不是以相同的系数进行放大。图7表示EDF（erbium-doped fiber，铒掺杂光纤）放大器的典型的增益频谱图。该频谱呈现出各种问题，包括增加的串扰（cross-talk）。因此，希望在分插系统中沿每一条光路能够将特定的放大器或者分布式放大器的增益频谱平坦化。换句话说，期望从分出端口到接收器的总增益对于所有波长是相同的。还期望从接收器到插入端口的总增益对于所有波长都应该是相同的。

在分出路径上的放大器可以被设计为具有增益补偿的分布式放大器。图8提供了一个示例，其中，第一光放大器820的增益分布810被设计以补偿最终放大器840的增益分布830，最终放大器可以是放大器阵列中的一段，该段被耦合以接收来自其中一个选择性器件350（图4）的子光束。第一放大器820的频谱810具有正倾斜，并且第二放大器840的频谱830具有负倾斜，而总增益频谱是平坦的。第一光放大器820可以包括增益平衡滤波器850，该增益平衡滤波器850被设计以沿着模块的分出侧上的每一个光路补偿增益的不均匀性。增益平衡（或补偿）可以通过利用钇共掺杂放大波导来实现。图8所示的第一光放大器820可以对应于放大器32（图3）或者放大器332中的一个放大器，或它们的组合。换句话说，沿每一条分出光路的所有放大器组合在一起，被配置用于平衡沿每一条路径的增益。增益补偿滤波器（在本文也被称为增益平坦滤波器）可以是放大器32（图3）和/或放大器332的一部分。

参考图4和图8，在一个实施例中，光学系统可以包括分出侧光电路，例如电路381。该电路包括具有多个输入端口和多个输出端口的MCS开关，例如开关340。该电路还包括选择性器件，例如器件350，每一个选择性器件用于阻挡一些波长的光从其通过，并用于使至少一个其它波长的光从其通过，以向所述选择性器件的输出端口提供输出。优选地，每一个选择性器件具有光学耦合到MCS开关的输出端口的单个输入端口，以及可以耦合到接收器41的单个输出端口。可替代地，分出侧光电路还可以包括输出放大器，使得选择性器件中的一个选择性器件的输出端口耦合到放大器中的一个放大器，所述放大器可以是但不必须是过泵浦放大阵列的一部分。

耦合到选择性器件的输出放大器在放大器840（图8）中示出。分出侧光电路还可以包括光学耦合到MCS开关的输入端口并且在放大器820中示出的输入放大器，包括被配置用于沿分出侧光电路中的所有分出路径进行增益平衡的GFF（gain flattening filter，增益平坦滤波器），其中，该GFF是第一分出侧光电路中的单个GFF。

该系统还可以包括分配电路和更多的分出侧光电路，如上文参考图4所讨论的那样。一个或多个输入放大器中的每一个输入放大器可以包括GFF，例如GFF 850。

插入侧放大器也可以被设计以平衡模块的插入侧的所有光路上的增益。图9提供了一个示例，其中，顶头的（top）光放大器920的增益分布910包括GFF 950，其被设计用以补偿放大器阵列中的放大器段940的增益曲线930，所述放大器阵列可以如图11和图12中所示的以级联方式来实施。增益平衡（或补偿）可以通过用钇共掺杂放大波导或块来实现。图9所示的顶头的光放大器920可对应于放大器36（图3）或放大器331（图4）中的一个放大器，或者它们的组合。换句话说，沿每一条分出光路的所有放大器组合在一起，被配置用于沿每一条路径平衡增益。增益补偿滤波器（在本文也被称为增益平坦滤波器）可以是放大器36（图3）和/或放大器331的一部分。当与传统设计相比时，插入侧上的放大的分布式特性也导致了改进的OSNR性能以及较低的成本。

增益平衡方法可以与使用过泵浦放大阵列相结合，如进一步所讨论的那样。但是，这两种方法可以被单独使用。

回到图6所示的模块的分出侧，TOF带宽可以被选择为在几纳米（例如5纳米）范围内，这允许低成本制造，同时仍然滤除了大部分光功率并仅通过所期望的信道。

通常，通过阻波器的波长范围不是必须像TOF的带宽那样窄。然而，分插模块230包括用于选择单波长信道或超级信道的阻波器，其典型的特征为窄带宽。换句话说，包括有阻波器的每一个选择性器件优选地具有窄带宽，或者可以被配置以具有这种带宽。如果阻波器使若干个波长范围内的光能通过，则它们的累积带宽仍然是窄的。

因此，在经过若干分配并仅被提供频谱的一个或多个窄部分之后，在任何选择性器件350的情况下，最终的光放大器阵列660（图6）和阵列360（图4）仅需要支持低功率输入。

有利地，该分插系统与超级信道兼容，所述超级信道可以是多个单独信道的组合，以支持更高的带宽TR。窄带宽降低了载入最终放大器并因此载入接收器的光功率，其也降低了提供给接收器的带外噪声，解决了接收器过载的问题，并且改善了接收器的噪声性能。由于通过选择性器件350的滤波，最终的光放大器阵列360或660仅需要支持低功率输入，因此可以使用过泵浦放大器阵列来大大简化设计并且降低成本。

图10示出了用于分出侧的过泵浦放大器阵列的示例。两个激光泵浦880和882连接在由16个稀土掺杂光纤870（优选地为铒掺杂光纤（EDF））的短片（short pieces）组成的级联的两侧。在该阵列的一个实施例中，只使用一个泵浦。在其它的实施例中，可以有两个以上的泵浦，然而数量少于放大器870。在多个放大器之间共用泵浦功率，简化了设计并且降低了成本。

光放大阵列，例如阵列660（图6）和阵列360（图4），包括多个光放大器。每一个放大器具有光学耦合到器件350（图4）和650（图6）中所示的其中一个选择性器件的输入端口，用于接收将被放大的光信号。在这里和其他场景中，端口可以是任何的连接，包括光纤、耦合器、组合器等的交叉部分。每一个放大器可以包括一个或多个稀土掺杂光纤670，用于放大通过其传播的光信号。在操作中，放大的光信号被提供至放大器的输出。此外，每一个放大器可以具有泵浦光端口，用于接收来自一个或多个激光泵浦或来自多个光放大器中的另一个光放大器的泵浦光的至少一部分。

在操作中，一个或多个激光泵浦提供不变的泵浦光，该泵浦光足以使光放大阵列中的所有稀土掺杂光纤670完全饱和。在一个实施例中，铒掺杂光纤中的每一个的长度以及铒离子浓度使得在光纤被完全饱和时，每一个放大器将小于15dB的放大提供给通过每一个放大器时将被放大的信号。

由于相对于信号功率的高泵浦功率，光放大器工作在线性状态，并且横跨所有波长的平均增益是固定的，而不需要任何复杂的控制电路。参考图10，第一（左上）放大器通过二向色镜（dichroic mirror）881从泵浦880接收泵浦光，该二向色镜用作第一放大器的泵浦光输入端口。二向色镜872用于将剩余的泵浦功率从第一放大器引导到第二放大器；反射镜872用作第一放大器中的泵浦光输出端口。二向色镜874用作第二放大器中的泵浦光输入端口。在特定放大器的输入端口接收的光信号（子光束）在被放大的同时从该放大器的输入端口传播到输出端口，基本上不被引导到另一个放大器，这与泵浦光不同。

在一些情况下，在放大器332（图4）或放大器32（图3）中可以使用单个增益平坦滤波器（GFF）来实现所有可能的分出路径上的增益平坦化。这就无需在放大器阵列360（或在一些实施例中多个单独的最终放大器）的每一个放大器段中的GFF，从而进一步降低了成本和复杂度。以这种方式分配增益也降低了分出结构的OSNR降级，并降低了第一放大器所需的输出功率。与传统设计相比，该设计的最终结果是一种性能更高、成本更低的分出结构。

参见图3和图4，阵列360优选地为如上所述的过泵浦阵列，然而也可以使用其他类型的放大器360。如果分插模块包括放大器32和/或放大器332，则这些放大器中的每一个可以包括GFF，用于在分插模块的分出侧中平坦化增益频谱。

图11提供了过泵浦的插入侧放大器阵列的示例。与分出侧类似，两个反向传播泵浦884和886提供相对于每一个放大器段中的信号功率的高水平泵浦功率，这导致固定增益并且不需要控制电路。泵浦884和886以由16个铒（erbium）光钎的短片（例如光钎片888）组成的级联来连接。由于相对于信号功率的高泵浦功率，光放大器工作在线性状态并且光放大器的增益是固定的，而不需要任何复杂的控制电路。该阵列可以包括二向色镜890，以在由多个TOF或阻波器提供的多个输出子光束之间共享增益功率，如在上文参考图10所讨论的那样。在特定的放大器的输入端口接收的光信号（子光束）被提供、放大到该放大器的输出端口，基本上不被引导入另一个放大器，这与泵浦光不同。

现在转到图12，其示出了放大阵列，其中，单个高功率激光二极管泵浦向放大部分提供恒定的不变光。

该放大阵列包括多个放大器。在图12中，索引a到n只是指示通过相同光学元件的n个输入，或者换句话来说，指示n个放大器。该放大阵列包括隔离器102a、标记为LD的激光二极管光泵浦104和隔离器116a，激光二极管光泵浦104和隔离器102a通过波分复用器（wavelength division multiplexer，WDM）106a耦合在一起。块702a表示具有可选的分布式增益平坦介质（也被称为上文所讨论的增益平坦滤波器）的串联耦合的多个短EDF部分。提供WDM 430a来去除任何剩余的泵浦信号。

应当注意的是，在图12中，由激光二极管104提供的泵浦信号在WDM 430a处被提取，并被路由进入放大阵列的输入端b，用于放大第b个输入信号。可以看出，泵浦信号被移除并且被向下循环到放大阵列的每一个后续的输入线。以这种方式，n个输入信号被n个GFF+ EDF模块705a至705n放大和滤波。在这方面，也许对术语“过饱和（oversaturation）”可以有最好的理解，因为如果要使705n内的EDF完全饱和，恒定功率泵浦信号必须具有超过所要求的输出功率才能使模块705a内的EDF完全饱和，因为是剩余的未使用的分接的980 nm泵浦光被引导至从第1到第n个的下一个放大输入线。

在参考图10和图11所示的示例中，每一个阵列包括两个激光泵浦，而在图12的示例中，具有一个泵浦。换句话说，放大阵列可能包括一个或多个泵浦，而泵浦的数量可能保持较低，比阵列中的放大器数量少，这将降低成本。由一个或多个泵浦提供的泵浦光的功率应足够使稀土掺杂光纤饱和，即大于光纤所能吸收的功率，这很容易根据掺杂光纤的总长度和稀土离子浓度计算出来。

插入侧放大器可以被设计以在所有插入路径上实现增益平坦性，同时在顶头的放大器中仅需要一个GFF，如图9所示。由于阻波器的信道均衡能力，放松了增益平坦化的要求。在MCS开关341和一个或多个分配器320之间使用多个放大器331的实施例中，每一个放大器331可以包括GFF滤波器。放大器36还可以包括GFF滤波器。

根据特定应用所需的性能和成本权衡，可以修改实施方式以配置本文所公开的分插模块。例如，在分出结构的输入处的功率分配器321以及在插入结构的输出处的功率分配器320可以省略。当光通信系统在WSS 21上有足够数量的分插端口并且不需要由功率分配器提供的端口聚合时，这可以改善光信噪比并且降低成本。

依据噪声性能要求和进出分插结构的功率水平要求，在分出侧可以不存在输入放大器32（图3）或放大器阵列332（图4）。对于不需要图4所示的完整架构的性能水平的应用，这种配置可以降低成本、尺寸和功率。

最后，在插入侧，如果放松了性能要求，在插入侧可以不存在输入放大器阵列361和阻波器351或输出放大器36（图3）。对于不需要图4所示的实施方式的性能水平的应用，这又可以降低成本、尺寸和功率要求。由于过泵浦放大器的最大输出功率有限制（小于12dBm以保持恒定增益），如果需要较高的输出功率，则可采用其它类型的放大器用于插入路径。

有利地，所提出的分插模块支持比传统设计更多数量的分插TR。由于阻波器或滤光器的噪声抑制，本文所公开的分插系统提供了更好的OSNR性能，并且与竞争的N×M WSS技术相比还提供了更好的隔离性。本文所公开的技术方案还能够实现无冲突，并且与竞争的设计相比以更低的成本来提供所有这些优点。本文所公开的分插结构与在一侧的线路上使用功率分配器或WSS模块的WSS块相兼容。因此，其适合被部署为对现有ROADM部署的升级，其中，大多数的现有的ROADM部署在一侧的线路上使用功率分配器。此外，由于需要较少的WSS端口来进行分插，所以可以用较低的端口计数WSS模块来支持较高度数的节点，从而进一步扩展了较低成本和较低端口计数的WSS模块的实用性。

值得注意的是，任何实施例的分出侧光电路和插入侧光电路可以在同一光学系统中连接在一起，或者可以是单独的器件，并且在特定情况下可以仅使用其中一种。

虽然结合各个实施例和示例描述了本发明，但并不旨在将本发明限于在这些实施例中。相反，本发明涵盖对于本领域技术人员将是能够理解的各种替代、修改和等同。

Claims (10)

1.一种光学系统，包括第一分出侧光电路，所述第一分出侧光电路包括：

多播选择MCS开关，其具有多个输入端口和多个输出端口；

多个选择性器件，每一个选择性器件用于阻挡一些波长的光从其通过，并且用于使至少一个其他波长的光从其通过，以向所述选择性器件的输出端口提供输出，其中，所述多个选择性器件中的每一个具有光学耦合到所述MCS开关的输出端口的输入端口；和

光放大阵列，其包括多个光放大器，每一个光放大器具有光学耦合到其中一个所述选择性器件的输入端口，用于接收将被放大的光信号，其中，所述多个光放大器中的每一个包括一个或多个稀土掺杂的光纤，并具有用于提供放大的光信号的输出端口，所述光纤用于放大通过其传播的光信号；

其中所述光放大阵列具有单个激光泵浦或两个反向传播激光泵浦，用于提供足以使所述光放大阵列中的所有稀土掺杂光纤完全饱和的恒定泵浦光，并且用于使所述光放大阵列成为过泵浦放大器阵列；

其中至少一些所述光放大器中的每一个具有泵浦光端口，用于接收来自所述单个激光泵浦或所述两个反向传播激光泵浦的或者来自所述光放大器中的另一个光放大器的泵浦光的至少一部分；

其中所述光放大器中的至少一个被连接以接收来自所述另一个光放大器的泵浦光的一部分；和

其中所述第一分出侧光电路包括光学耦合到所述MCS开关的输入端口的输入放大器，其中所述输入放大器包括增益平坦滤波器GFF。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述多个选择性器件包括阻波器或可调谐滤光器。

3.根据权利要求2所述的光学系统，包括插入侧光电路，其中，所述插入侧光电路包括：

（a）插入侧光放大阵列，所述插入侧光放大阵列包括多个光放大器，每一个光放大器具有输入端口，用于接收将被放大的光信号；

其中所述多个光放大器中的每一个包括一个或多个稀土掺杂的光纤，并具有用于提供放大的光信号的输出端口，所述光纤用于放大通过其传播的光信号；

其中所述插入侧光放大阵列具有单个激光泵浦或两个反向传播激光泵浦，用于提供足以使所述光放大阵列中的所有稀土掺杂光纤完全饱和的恒定泵浦光，并且用于使所述插入侧光放大阵列成为过泵浦放大器阵列，以及用于使所述光放大阵列成为过泵浦放大器阵列；

其中所述插入侧光放大阵列的至少一些光放大器中的每一个光放大器具有泵浦光端口，用于接收来自所述插入侧光放大阵列的所述单个激光泵浦或所述两个反向传播激光泵浦的或者来自所述插入侧光放大阵列的所述多个光放大器中的另一个光放大器的所述泵浦光的至少一部分；

其中所述插入侧光电路还包括：

多个插入侧选择性器件，每一个插入侧选择性器件用于阻挡一些波长的光从其通过，并用于使至少一个其他波长的光从其通过，以向所述选择性器件的输出端口提供输出，其中，所述多个插入侧选择性器件中的每一个具有光学耦合到所述插入侧光放大阵列中的所述多个放大器中的一个放大器的输出端口的输入端口；和

插入侧多播选择开关，其具有多个输入端口和多个输出端口，其中，所述多个输入端口中的每一个光学耦合到所述多个插入侧选择性器件中的一个插入侧选择性器件的输出端口；或

（b）插入侧MCS开关和耦合到所述插入侧MCS开关的输出端口的放大器。

4.根据权利要求2所述的光学系统，其中，所述第一分出侧光电路包括：第一功率分配电路，所述第一功率分配电路包括一个或多个功率分配器以及一个或多个放大器，其中，所述第一功率分配电路具有输入端口和输出端口，并且其中所述第一功率分配电路的一个或多个所述输出端口光学耦合到所述MCS开关的所述多个输入端口中的一个或多个输入端口。

5. 根据权利要求4所述的光学系统，其中，所述第一功率分配电路的输入端口是：

（a）所述一个或多个放大器中的一个放大器的输入端口，其中所述放大器的输出端口光学耦合到所述功率分配器中的一个功率分配器的输入端口，或

（b）所述功率分配器中的一个功率分配器的输入端口，其中所述功率分配器的每一个输出端口耦合到所述一个或多个放大器中的一个放大器的输入端口。

6. 根据权利要求4所述的光学系统，其中，所述一个或多个放大器中的每一个放大器包括：

（a）增益平坦滤波器；或

（b）一个或多个稀土掺杂的光纤，所述光纤被配置用于在所述第一分出侧光电路中沿每一个分出光路平衡增益。

7.根据权利要求4所述的光学系统，包括第二分出侧光电路；

其中，所述第二分出侧光电路包括：

多播选择MCS开关，其具有多个输入端口和多个输出端口；

多个选择性器件，每一个选择性器件用于阻挡一些波长的光从其通过，并且用于使至少一个其他波长的光从其通过，以向所述选择性器件的输出端口提供输出，其中，所述多个选择性器件中的每一个具有光学耦合到所述MCS开关的输出端口的输入端口；和

光放大阵列，其包括多个光放大器，每一个光放大器具有光学耦合到其中一个所述选择性器件的输入端口，用于接收将被放大的光信号，其中，所述多个光放大器中的每一个包括一个或多个稀土掺杂的光纤，并具有用于提供放大的光信号的输出端口，所述光纤用于放大通过其传播的光信号；

其中所述第二分出侧光电路的所述光放大阵列具有单个激光泵浦或两个反向传播激光泵浦，用于提供足以使所述光放大阵列中的所有稀土掺杂光纤完全饱和的恒定泵浦光，并且用于使所述光放大阵列成为过泵浦放大器阵列；

其中所述光放大阵列的至少一些所述光放大器中的每一个光放大器具有泵浦光端口，用于接收来自所述光放大阵列的所述单个激光泵浦或所述两个反向传播激光泵浦的或者来自所述光放大阵列的所述多个光放大器中的另一个光放大器的所述泵浦光的至少一部分；和

其中所述第二分出侧光电路的MCS开关的所述多个输入端口中的一个或多个输入端口耦合到所述第一功率分配电路的所述输出端口中的一个或多个输出端口。

8.根据权利要求7所述的光学系统，包括第二功率分配电路，所述第二功率分配电路包括一个或多个功率分配器以及一个或多个放大器，其中，所述第二功率分配电路具有输入端口和输出端口；

其中，所述第一分出侧光电路的MCS开关的所述多个输入端口中的一个或多个输入端口耦合到所述第二功率分配电路的所述输出端口中的一个或多个输出端口，并且其中所述第二分出侧光电路的MCS开关的所述多个输入端口中的一个或多个输入端口耦合到所述第二功率分配电路的所述输出端口中的一个或多个输出端口。

9.一种光学系统，包括插入侧光电路；

其中，所述插入侧光电路包括插入侧光放大阵列，所述插入侧光放大阵列包括多个光放大器，每一个光放大器具有用于接收将被放大的光信号的输入端口；

其中所述多个光放大器中的每一个包括一个或多个稀土掺杂的光纤，并且具有用于提供放大的光信号的输出端口，所述光纤用于放大通过其传播的光信号；

其中所述插入侧光放大阵列具有单个激光泵浦或两个反向传播激光泵浦，用于提供足以使所述插入侧光放大阵列中的所有稀土掺杂光纤完全饱和的恒定泵浦光，并且用于使所述光放大阵列成为过泵浦放大器阵列；

其中所述插入侧光放大阵列中的至少一些光放大器中的每一个具有泵浦光端口，用于接收来自所述插入侧光放大阵列的所述单个激光泵浦或所述两个反向传播激光泵浦的或者来自所述插入侧光放大阵列的所述多个光放大器中的另一个光放大器的所述泵浦光的至少一部分；

其中所述光放大器中的至少一个被连接以接收来自所述另一个光放大器的泵浦光的一部分；

其中所述插入侧光电路还包括：

多个插入侧选择性器件，每一个插入侧选择性器件用于阻挡一些波长的光从其通过，并用于使至少一个其他波长的光从其通过，以向所述选择性器件的输出端口提供输出，其中，所述多个插入侧选择性器件中的每一个具有光学耦合到所述插入侧光放大阵列中的所述多个放大器中的一个放大器的输出端口的输入端口；

插入侧多播选择开关，其具有多个输入端口和多个输出端口，其中，所述多个输入端口中的每一个光学耦合到所述多个插入侧选择性器件中的一个插入侧选择性器件的输出端口；和

其中所述插入侧光电路包括增益平坦滤波器GFF。

10.根据权利要求9所述的光学系统，还包括：另一个插入侧光电路和组合电路，所述组合电路包括功率分配器和一个或多个放大器，其中，所述组合电路的输入端口被耦合，以接收来自两个插入侧光电路的光。

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