CN112652938B - 谱和功率可调谐的ase光源 - Google Patents

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Abstract

提供一种放大自发发射(ASE)光源以及一种用于采用所述ASE光源的方法。所述ASE光源可包括：一种子阶段光源，用于提供将被放大的一光束。所述装置可包括：一可调谐的元件，耦接于所述种子阶段光源，配置成用于过滤来自所述种子阶段光源的光束的一部分。所述装置可包括：一回环线路，耦接于所述可调谐的元件，所述回环线路包括用于将来自所述可调谐的元件的光放大的一助推阶段元件。

Description

谱和功率可调谐的ASE光源
技术领域
本公开涉及用于光纤系统中的光源的领域，且更特别地但不是排他性地涉及放大自发发射(ASE)。
背景技术
包括激光设备、发光二极管(LED)、ASE光源等的可靠的且多种多样的光源为光纤通信系统的一一体的部分。近年来，数据中心和其它用户已对光纤通信系统提出了(placed)更多(ever greater)的要求。诸如可重新配置的光分插复用器(ROADM)配置的开发已为网络性能和稳定性上的更多的作用提供了一些灵活性。进一步地，ROADM日益是采用无栅格或灵活栅格(flex grid)设计的无色、无方向和无冲突(CDC)。在一些情况下，包括采用大量的分插(add-drop)过滤器的配置的复杂性已将所不希望的振荡引入到设备中。随着更多的要求被置于网络设备上，存在有针对能够解决网络运营者(network operator)的灵活设计的目的的改进设备的日益更强的需求。
相应地，存在有对驱动这些通信系统的改进的灵活的光源的需求。
发明内容
在本公开的一方面，提供一种放大自发发射(ASE)光源。所述光源可包括：一种子阶段光源，用于提供将被放大的一光束。所述光源可包括：一可调谐的元件，耦接(coupled)于所述种子阶段光源，配置成用于过滤来自所述种子阶段光源的光束的一部分。所述光源可包括：一回环线路，耦接于所述可调谐的元件，所述回环线路包括用于将来自所述可调谐的元件的过滤后的光束放大的一助推阶段元件。
在本公开的另一方面，提供一种方法，用于在一放大自发发射(ASE)光源处产生光输出。所述方法可采用一介质来产生种子阶段光，所述介质配置成用于提供将被放大的一光束。所述方法可包括：在一可调谐的元件处过滤所述种子阶段光束，所述可调谐的元件配置成过滤所述种子阶段光束的至少一部分。所述方法可包括：在一回环线路处将所述可调谐的元件的过滤后的光输出放大，所述回环线路包括一助推阶段元件。
附图说明
图1是一示意图，示出根据本公开的一个以上的方面的采用多个泵浦源的一示例性的光源。
图2是一示意图，示出根据本公开的一个以上的方面的采用一单个泵浦源的一示例性的光源。
图3是一示意图，示出根据本公开的一个以上的方面的采用一单个泵浦源和一反馈回路的放大光源的一示例性的光源。
图4包括示出经过例如图3的光源实施例的多个阶段的信号的示例性的特性的多个图表。
图5是一图表，示出本公开的例如图3的一实施例的在不同衰减水平下的示例性的输出信号谱。
图6是一图表，示出在本公开的例如图3的一实施例的通道负载下的示例性的输出信号谱。
图7是一流程图，示出根据本公开的一个以上的方面的用于一放大自发发射光源的一示例性的方法。
具体实施方式
以下结合附图阐述的详细说明旨在作为对各种配置的说明而并意欲表示可以实践本文所述的构思的唯一配置。出于提供对各种构思的透彻理解，详细说明包括特定的细节。然而，对本领域技术人员显然的是，这些构思可以无需这些具体细节来被实践。在一些情况下，熟知的结构和部件以框图形式示出，以避免造成这些构思不清楚。
通信系统的若干方面现在将参照各种装置和方法来呈现。这些装置和方法将在下面的详细说明中进行说明并在附图中通过各种框、模块、部件、线路(circuit)、步骤、过程、算法等(统称为“元素(elements)”)示出。这些元素可采用电子硬件、计算机软件或它们的任意的组合来实施。这些元素是以硬件还是以软件来实施取决于特定的应用和施加于整个系统上的设计约束。
举例来说，一元素或一元素的任意部分或多个元素的任意组合都可以用包括一个以上的处理器的“处理系统”来实施。处理器的示例包括微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备(PLD)、状态机、门控逻辑、分立(discrete)硬件电路和其它合适的配置为执行贯穿本公开说明的各种功能的硬件。处理系统中的一个以上的处理器可以执行软件。软件应宽泛地解释为指的是指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用程序(applications)、软件应用程序、软件包、例程(routine)、子例程、对象、可执行文件(executables)、执行的线程、过程、函数等等，不管是被称为软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言还是被称为其它。软件可以驻留在计算机可读介质上。该计算机可读介质可以是非暂时性的计算机可读介质。非暂时性的计算机可读介质例如包括磁存储设备(例如硬盘、软盘、磁条)、固态设备(例如固态驱动器或固态磁盘(SSD))、光盘(例如致密盘(CD)、数字通用磁盘(DVD))、智能卡、闪存设备(例如卡、棒、键驱动器)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除的PROM(EPROM)、电可擦除的PROM(EEPROM)、寄存器、可移动磁盘以及任何其它合适的用于存储可被一计算机访问和读取的软件和/或指令的介质。计算机可读介质可以驻留在处理系统中、处理系统外或分布在包括处理系统的多个实体中。计算机可读介质可以以计算机程序产品来被体现。例如，计算机程序产品可包括封装材料内的一计算机可读介质。
下文讨论的示例性的方法和装置能够适用于诸如放大自发发射(ASE)光源的各种光源中的任一种。为了简化讨论，所述示例性的方法和装置在这些示例性的实施例的上下文中进行讨论。然而，本领域普通技术人员将理解的是，所述示例性的方法和装置更一般性地能够适用于各种其它的光源。
本文公开的是用于在采用一个以上的泵浦的光源处产生激励(excite)放大器的光输出(或一光束)的系统和方法。执行所述方法的装置或模块可以指的是光源的一子模块或光源自身或光源的任何部分。光源可以是光纤通信系统的提供用于信号在光纤通信系统内传输的手段的一重要构件。
一ASE光源的操作可包括光信号的放大。ASE光源可包括可基于光的自发发射和受激(stimulated)发射来操作的一增益介质或放大器。放大器可由泵浦供给功率(powered)，泵浦将能量提供给增益介质中的材料，以在所述材料中产生粒子数反转(populationinversion)来引起光的发射。粒子数反转是系统的处于高级别的粒子(members)的数量低于处于低级别的的粒子的数量情况。针对激光器和ASE光源，粒子数反转可以指的是处于高能级别的原子的数量低于处于低能级别的原子的数量的状态。例如，光纤可以掺杂有对泵浦的能量(诸如光子泵浦能量)作出响应的一材料(例如一稀土材料，诸如铒)。当粒子数反转在该材料内被创建时，可产生光的发射。
随着网络运营者期望更高水平的带宽和在操作网络中的更多的灵活性，对光源设备提出了更多的要求。一些网络方案可包括用于可重新配置的光分插模块的可以是无色、无方向、无冲突(CDC)的ROADM。此外，网络运营者可能期望无栅格配置。随着对网络系统和构件提出的需求不断增加，存在为光纤系统提供更灵活的ASE光源的机遇。如下所述，ASE光源的实施例可提供对于ROADM或其它部署(deployments)可以是优选的卓越的功能性、紧凑的尺寸、低功耗。
图1是一示意图，示出根据本公开的一个以上的方面的采用多个泵浦源的一示例性的ASE光源100。ASE光源100可包括用于分别给增益介质、放大器104、106供能(energizing)的泵浦102a、102b。放大器104、106可包括一长度的光纤且可称为一增益介质或激光介质，增益介质或激光介质可包括或掺杂有诸如稀土金属的材料。例如，增益介质可为一跨度(span)的掺杂有铒的光纤(EDF)。传送给所述放大器的泵浦能量可为光、一电流的形式或包括化学的、原子核的等的其它形式。放大器104可为配置成从所述泵浦能量产生光的一增益介质。例如，光的自发的且受激的发射可在增益介质104处产生。在一些实施例中，所述放大器的输出可敏感于泵浦能量水平，从而泵浦能量水平的变化可急剧地改变所述放大器的增益形状。在这样的情况下，可能在光源100内引起所不希望的振荡。
反射器110可为光源100的一可选的元件。反射器110可为允许来自所述源的光能量被反射或弹回的例如返回至放大器104的一镜子或其它合适的部件。在这样的情况下，反射器110可将一额外的信号强度提供给放大器104。
光源100可包括一光衰减器108。在一些实施例中，光衰减器108可一光谱可调谐的衰减器(OSTA)。来自放大器104的光输出可在光衰减器108处被减少。例如，在一些实施例中，放大器104可产生涵盖(encompassing)全部的合适的光频率的全谱光输出。增益介质104可基于包括谱输出的频率响应特性来选择。
光源100可包括放大器106。放大器106可为配置成基于来自泵浦102b的泵浦动作将来自OSTA 108的光输出放大的一增益介质。放大器106的增益可为来自泵浦102b的能量的量和OSTA 108输出的功率的一函数或与来自泵浦102b的能量的量和OSTA 108输出的功率成比例。光源100可包括用于耦接(coupling)于一网络设备的一元件112。在一些实施例中，光源100可包括提供反馈的一反射器或部分反射器(partial reflector，未示出)。
激光器100示出为具有用于向放大器104、106供给功率(powering)的两个泵浦。因为所述两个泵浦需要功率并占用空间，这限制了一激光器的紧凑性，所以存在有希望使用仅一个泵浦的一些情况。下面给出针对图2的采用仅一个泵浦的这样一种实施例。
图2是一示意图，示出根据本公开的一个以上的方面的采用一单个泵浦源的一示例性的光源。与图1类似的部件可包括类似的功能且说明可出于简洁而省略。
光源200可包括用于给放大器204、206供能的泵浦202。在该实施例中，所述泵浦提供功率给两放大器，从而一分路器(splitter)203可用于分割功率。在一些实施例中，功率可均等地或基于系统设计来分割。放大器206可将放大器204的输出放大。放大器206的输出可为经由分路器203提供的能量202和来自放大器204的功率的一函数。在一些实施例中，放大器204可为全谱，其中放大全谱输出(amplified full spectrum output)在放大器206处被放大。与图1的光源相比，放大器206接收来自放大器204的未衰减的信号。来自放大器206的信号随后被OSTA 208过滤。衰减器208可配置成基于系统设计对光进行过滤。光源200可包括用于耦接于一网络设备的一元件212。在一些实施例中，光源200可包括提供反馈的一反射器或部分反射器(未示出)。
图3是一示意图，示出根据本公开的一个以上的方面的采用一单个泵浦源和一反馈回路的放大光源的一示例性的ASE光源。与图1和图2类似的部件可包括类似的功能且说明可出于简洁省略。
ASE光源300可包括用于给放大器304、306供能的泵浦302。在该实施例中，所述泵浦提供功率给两放大器，从而一分路器303可用于将功率分割。泵浦302可为采用一恒定电流的一恒定的能量源。放大器304可为一增益介质，当泵浦能量在放大器304的增益介质中创建一粒子数反转时，该增益介质自发地发出光。光能量可被衰减器308过滤或衰减。放大器306可称为一助推阶段(booster stage)，该助推阶段将来自OSTA 308的光放大且还利用反馈来提供一所希望的增益输出。放大器304可称为一种子阶段(seed stage)光源，其可产生全谱(或全带)低功率ASE种子光。光源300可选地可包括反射器310，反射器310可提供来自放大器304的信号的反射。光源300可包括用于耦接于一网络设备的一元件312。
放大器306周围的部件(元件350、352、354)可称为一反馈回路、一回环线路、一环型振荡器或谐振器。例如，反馈回路可产生在相位上和在时间上针对输入的相干振荡(coherent oscillation)。装置300的增益可等于信号的功率输入乘以信号的增益，其中增益在反馈回路内产生。组合的输入信号和反馈的功率输出可与泵浦机构的功率成比例，其可说明平均泵浦效率。
反馈回路可包括一顺时针模式下和一逆顺时针模式下的光。从元件350到元件354(左到右)的反馈回路的增益可等于或成比例于从元件354到元件350(右到左)的插入损耗。信号可成比例于从元件350到元件354(左到右)的损耗。
当反馈回路的增益处于1(unity)(放大精确地等于损耗)时，装置300可在稳定的状态下操作。损耗可包括光衍射损耗、耦合损耗等。在一些实施例中，助推阶段可维持一恒定的增益。在一些实施例中，恒定的增益可被维持，而不管在装置300处装载的通道的(channels)的数量如何。如果存在有谱或功率错误，所述错误可被反馈以调整衰减器308。
反馈回路的元件可配置为一抽头(tap)350、衰减器/接头器(splice)352和过滤器354。抽头350可配置成用于将来自衰减器308和衰减器352的光组合。抽头350的输出可被提供给放大器306。衰减器/接头器(splicer)352可过滤或衰减光信号。过滤器354可将光的一部分分路返回给反馈回路。元件350、352、354中的至少一个可实施为一过滤器。其它两个元件可为一衰减器、抽头或隔离器等。因为在反馈回路内存在有一过滤器(元件350、352、354中的任一个)，所以仅过滤后的光穿过反馈回路以被放大。
光谱可调谐的衰减器(OSTA)可采用各种技术来实施且可以一连续谱调谐或者以采用固定栅格(grid)或灵活栅格(flexible grid)或灵活栅格设定中的波长通道的一波长通道化(channelized)调谐来操作。在另一实施例中，OSTA 308可实施为一波长选择开关(WSS)装置或一波长阻断器(WB)。
如所示出的，光源300可提供包括支持谱调谐和功率调谐两者的一些优点。实施例300采用仅一个泵浦而无需一第二泵浦，从而同一泵浦提供激励能量(excitation energy)给两放大器304、306。这可节省能量和空间，这导致有益更低成本和一更紧凑的设备尺寸。
图4包括示出经过图3的ASE光源的实施例的多个阶段的信号的示例性的特性的多个图表。图表410示出在种子阶段的放大器304的输出处的一全谱信号。全谱输出可以使针对接口于一光纤系统的灵活的网络设计能够实现具有灵活性。x轴412为波长，而y轴414为信号的功率。谱输出的曲线416示出横跨所需的带宽的一全谱(或全带)信号。
图表420示出来自图表410的在信号经过OSTA 308被过滤之后的信号。OSTA 308为频率和功率可调谐的，这提供了调整功率输出和频率选择的能力。在图表420中，OSTA 308配置成选择三组波长426(或频率范围)。信号被OSTA 308衰减以使曲线426变平。
图表430示出来自图表420的在信号已由反馈回路放大之后的信号。放大器网络使所有的频率通过同时使信号的强度增加。增益也可以是可调谐的。信号示出为针对所选择的多个频率具有一致的增益。
图5是一图表500，示出在本公开的一实施例的不同的衰减水平下的示例性的输出信号谱。示例性的图表500可示出图3的光源300的输出。x轴为以纳米(nm)的光波长；y轴为以分贝-毫瓦每纳米(dBm/nm)的光功率输出(或形状)。当OSTA设定为0db衰减时，示例性的实施例示出在给定的OSTA衰减下的一相对平的功率输出曲线502。曲线502处于0dBm/nm与5dBm/nm之间。当在OSTA处的衰减设定为-5db时，功率输出曲线504下移(shifted)如曲线504所示。当在OSTA处的衰减设定为-10db时，功率输出曲线506下移，如曲线506所示。曲线502、504、506示出在OSTA处的输出为大体平的，同时在OSTA处衰减输出与衰减设定一致(matching)。
图6是一图表600，示出在本公开的一实施例的不同的通道负载下的示例性的输出信号谱。示例性的图表600可示出图3的光源300的输出。x轴为以nm的光波长；y轴为以毫瓦每纳米(mW/nm)的光功率输出(或形状)。当装置300具有全通道负载时，输出功率曲线602可以是相对平的、具有如图表600所示的小峰和大峰(minor and major peaks)。曲线604示出在更短的波长(例如在约1531nm)下的单个通道负载的情况下的功率输出。曲线606示出在更长的波长(例如在约1562nm)下的单个通道负载的情况下的功率输。
图7是一流程图，示出根据本公开的一个以上的方面的用于一放大自发发射光源的一示例性的方法。例如，所述方法可示出在诸如图3的光源300的一装置处光的产生和发射。
在步骤710，所述方法可采用针对光的自发的发射配置的一介质产生种子阶段光。例如，所述方法可包括从单个泵浦源经由一分路器泵浦能量给种子阶段和助推阶段元件。种子阶段和助推阶段之间的能量分割可基于系统设计被调整。
在步骤720，所述方法可在一可调谐的元件处过滤种子阶段光，所述可调谐的元件配置成过滤至少一部分的种子阶段光。所述可调谐的元件可为能够阻断(block)光的多个频率的一过滤器或其它合适元件。一旦光被所述可调谐的元件过滤，光就进入在步骤1030的下一阶段。
在步骤730，所述方法可包括在一回环线路处将所述可调谐的元件的光输出放大，所述回环线路包括一助推阶段元件。所述方法可示出用于所述装置的所述多个步骤连续地重复的一连续操作。在其它实施例中，所述方法可在一些时间之后停止。
理解的是，在所公开的过程中步骤的具体的顺序或层次是示例性的方法的例举。基于设计偏好，理解的是，所述过程中的步骤的具体的顺序或层次可以重新布置。此外，一些步骤可以组合或省略。随附的方法权利要求以一样版的顺序给出了各个步骤的要素但不意味着局限于所给出的具体的顺序或层次。
前述的说明提供为使本领域的任何技术人员能够实践本文所说明的各个方面。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且本文定义的一般性的原理可以应用于其它方面。因此，权利要求书不意欲限制到本文中所给出的方面，而是应被赋予与权利要求的语言一致的完整的范围，其中以单数形式提及一元素并不旨在指的是“一个且仅一个”(除非如此明确指出)而是“一个以上”。除非另有明确指出，术语“某(some)”指的是一个以上。针对贯穿本公开所说明的各个方面的元素的本领域普通技术人员已知的或以后将知道的所有结构和功能等同物均通过援引明确地并入本文并且旨在由权利要求书涵盖。此外，而不管这种公开的内容是否明确列举在权利要求书中，本文所公开的没有任何东西将意欲对于公众是专门的。权利要求的要素绝不应被解释为手段加功能，除非采用短语“用于……的手段”来明确地列举该要素。

Claims (20)

1.一种放大自发发射光源，包括：
一种子阶段光源，用于提供将被放大的一光束；
一可调谐的元件，耦接于所述种子阶段光源，配置成用于过滤所述光束的一部分并输出过滤后的光束；以及
一回环线路，耦接于所述可调谐的元件，所述回环线路包括：(i)用于将所述过滤后的光束放大的一助推阶段元件，(ii)耦接于所述助推阶段元件的输出的过滤器，所述过滤器(a)将所述过滤后的光束的第一部分路由到所述回环线路，以及(b)将所述过滤后的光束的第二部分路由到所述回环线路外部的元件。
2.如权利要求1所述的放大自发发射光源，还包括：
一分路器元件；
一泵浦能量源，经由所述分路器元件耦接于所述种子阶段光源和所述助推阶段元件，所述分路器元件将所述泵浦能量源的输出的第一部分引导至所述种子阶段光源以及将所述输出的第二部分引导至所述助推阶段元件。
3.如权利要求1所述的放大自发发射光源，其中，所述回环线路还包括用于修改所述回环线路内的光的一可变衰减器。
4.如权利要求1所述的放大自发发射光源，其中，所述回环线路还包括抽头耦合器，所述抽头耦合器置于所述可调谐的元件和所述助推阶段元件之间，且配置成将来自所述可调谐的元件的所述过滤后的光束和来自所述回环线路的光组合。
5.如权利要求3所述的放大自发发射光源，其中，所述回环线路包括第二过滤器，所述第二过滤器置于所述可调谐的元件和所述助推阶段元件之间，且配置成将来自所述可调谐的元件的光的至少一部分阻断。
6.如权利要求1所述的放大自发发射光源，其中，光在所述回环线路内包括一顺时针模式和一逆顺时针模式。
7.如权利要求1所述的放大自发发射光源，其中，所述可调谐的元件包括一波长选择开关或一波长阻断器中的一种。
8.如权利要求7所述的放大自发发射光源，其中，所述可调谐的元件配置成针对用户定义的波长进行过滤。
9.如权利要求1所述的放大自发发射光源，其中，所述种子阶段光源配置成产生全谱光输出。
10.如权利要求1所述的放大自发发射光源，还包括：一反射元件，耦接于所述种子阶段光源，用于朝向所述可调谐的元件反射光束。
11.如权利要求2所述的放大自发发射光源，其中，所述输出处于光和电流中的一种的形式。
12.如权利要求2所述的放大自发发射光源，其中，所述泵浦能量源配置成在一恒定的电流输入下操作。
13.如权利要求2所述的放大自发发射光源，其中，所述分路器元件配置成将超过一半的功率引导至所述助推阶段元件。
14.如权利要求4所述的放大自发发射光源，其中，所述抽头耦合器配置成使来自所述可调谐的元件的信号的功率的部分比来自所述回环线路的信号的功率的部分多地经过。
15.如权利要求1所述的放大自发发射光源，其中，所述种子阶段光源是部分基于光的自发的发射。
16.一种用于在一放大自发发射光源处产生光输出的方法，所述方法包括：
采用一介质来产生种子阶段光束，所述介质配置成用于提供将被放大的一光束；
在一可调谐的元件处过滤所述种子阶段光束，所述可调谐的元件配置成过滤所述种子阶段光束的至少一部分以产生过滤后的光束；以及
通过在一回环线路的助推阶段元件处将所述过滤后的光束放大产生放大的光束；以及
通过过滤器将所述放大的光束的第一部分路由到所述回环线路并将所述放大的光束的第二部分路由到所述回环线路外部的元件。
17.如权利要求16所述的方法，还包括：将能量从一单个泵浦源经由一分路器泵浦给种子阶段和所述助推阶段元件，所述分路器耦接于所述种子阶段和所述助推阶段元件。
18.如权利要求16所述的方法，还包括：在一抽头耦合器处将来自所述过滤后的光束和来自所述回环线路的光组合，以用于由所述助推阶段元件放大。
19.如权利要求16所述的方法，还包括：沿所述回环线路以一顺时针方向路由光，其中，所述光在置于所述可调谐的元件和所述助推阶段元件之间的一分路器处被路由。
20.如权利要求16所述的方法，还包括：沿所述回环线路以一逆时针方向路由光，其中，所述光在耦接于所述助推阶段元件的输出的一分路器处被路由。
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