CN112953640A - 级联遥泵放大系统、远程增益单元及信号光放大方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了级联遥泵放大系统、远程增益单元及信号光放大方法，所述系统包括站内泵浦单元、一级远程增益单元、二级远程增益单元、第一传输光纤和第二传输光纤；一级远程增益单元将一阶泵浦光和高阶泵浦光分离，让一阶泵浦光和信号光进入第一掺铒光纤，一阶泵浦光利用第一掺铒光纤放大信号光，分离出来的高阶泵浦光在第一掺铒光纤输出端和信号光、残余的一阶泵浦光合波，这样高阶泵浦光又可以继续放大残余的一阶泵浦光，直至达到二级远程增益单元。本发明能避免增益饱和效应对高阶泵浦光的浪费，从而提高泵浦利用率，延长了系统传输距离，且高阶泵浦光不会被第一掺铒光纤损耗掉，进一步保证了传输过程中高阶泵浦光的能量，泵浦利用率高。

Description

级联遥泵放大系统、远程增益单元及信号光放大方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及级联遥泵放大系统、远程增益单元及信号光放大方法。

背景技术

随着光纤通信距离逐渐加长，中继站的建设、管理和运行维护会变得更加困难，由于超长跨距全光传输系统减少了光/电转换次数，降低了长距离传输的成本，同时增加了系统的可靠性和传输质量，被越来越多的应用在通信系统中。遥泵技术能极大地提升单跨距距离，是实现超长跨距传输的重要技术之一。

目前在长跨距无中继光传输系统中广泛使用的遥泵技术，如图1所示，一种遥泵放大系统至少包括站内泵浦单元1、传输光纤2、远程增益单元3。站内泵浦单元包括一阶泵浦和高阶泵浦，其中一阶泵浦主要用于放大信号光光功率，包括传输链路过程中的拉曼放大以及为远程增益单元提供泵浦源进行掺铒光纤放大；高阶泵浦主要利用拉曼效应放大一阶泵浦光，使得进入远程增益单元的一阶泵浦光更大。由于激光器增益饱和效应，当一阶泵浦光功率强度达到一定值时，高阶泵浦光对一阶泵浦光的放大倍数、转换效率大幅下降，这将大大浪费在传输过程中高阶泵浦光的能量。

另外，远程增益单元中的增益介质为掺铒光纤，但由于掺铒光纤只能吸收一阶泵浦光放大信号光，高阶泵浦光在掺铒光纤内损耗极大，泵浦利用率低。

发明内容

鉴于上述问题，有必要提出一种级联遥泵放大系统以解决或部分解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

一种级联遥泵放大系统，至少包括站内泵浦单元、一级远程增益单元、二级远程增益单元、第一传输光纤和第二传输光纤，站内泵浦单元通过第一传输光纤与一级远程增益单元连接，一级远程增益单元通过第二传输光纤和二级远程增益单元连接；

所述站内泵浦单元用于输出泵浦光，所述泵浦光包括一阶泵浦光和高阶泵浦光；

所述第一传输光纤用于利用泵浦光对传输的信号光进行放大，将泵浦光、信号光传送至一级远程增益单元；

所述一级远程增益单元包括第一掺铒光纤，所述一级远程增益单元用于分离信号光和泵浦光，并将泵浦光分离成一阶泵浦光和高阶泵浦光，使信号光、分离出的一阶泵浦光通过第一掺铒光纤，并使高阶泵浦光在第一掺铒光纤输出端与信号光、残余的一阶泵浦光合波后经第二传输光纤传输；

所述第二传输光纤用于传输合波的信号光、残余的一阶泵浦光、高阶泵浦光至所述二级远程增益单元，并利用高阶泵浦光放大残余的一阶泵浦光；

所述二级远程增益单元用于利用残余的一阶泵浦光作为泵浦对信号光进行再次放大。

进一步的，所述一级远程增益单元还包括第一波分复用器、第二波分复用器、第三波分复用器、第四波分复用器、第五波分复用器、第六波分复用器，其中：

第一波分复用器，用于分离第一传输光纤传输而来的信号光和泵浦光，信号光进入第三波分复用器，泵浦光进入第二波分复用器；

第二波分复用器，用于将进入的泵浦光分离成一阶泵浦光和高阶泵浦光，一阶泵浦光进入第三波分复用器，高阶泵浦光进入第五波分复用器；

第三波分复用器，用于对第一波分复用器输出的信号光和第二波分复用器36输出的一阶泵浦光进行合波并输入到第一掺铒光纤；

第四波分复用器，用于分离掺铒光纤输出的残余一阶泵浦光和放大后的信号光，残余一阶泵浦光进入第五波分复用器，放大后的信号光进入第六波分复用器；

第五波分复用器，用于对第二波分复用器输出的高阶泵浦光和第四波分复用器输出的残余一阶泵浦光进行合波；

第六波分复用器，用于对第四波分复用器输出的放大后的信号光和第五波分复用器输出的高阶泵浦光、残余一阶泵浦光进行合波后输入到第二传输光纤。

进一步的，第一波分复用器公共端和第一传输光纤连接，第一波分复用器反射端和第二波分复用器公共端连接，用于将分离的泵浦光输入到第二波分复用器公共端，第一波分复用器透射端和第三波分复用器透射端连接，用于将分离的信号光输入到第三波分复用器透射端；

第二波分复用器透射端和第三波分复用器反射端连接，用于将分离的一阶泵浦光输入至第三波分复用器反射端，第二波分复用器反射端和第五波分复用器反射端连接，用于将分离的高阶泵浦光输入至第五波分复用器反射端；

第三波分复用器透射端用于接收第一波分复用器透射端发来的信号光，第三波分复用器反射端用于接收第二波分复用器透射端输出的一阶泵浦光，第三波分复用器公共端用于对信号光和一阶泵浦光进行合波并输入到第一掺铒光纤；

第四波分复用器公共端和第一掺铒光纤连接，用于接收信号光和一阶泵浦光的合波，第四波分复用器反射端和第五波分复用器透射端连接，用于将分离的一阶泵浦光输入至第五波分复用器透射端，第四波分复用器透射端和第六波分复用器透射端连接，用于将分离的信号光输入至第六波分复用器透射端；

第五波分复用器反射端用于接收第二波分复用器反射端传输的高阶泵浦光，第五波分复用器透射端用于接收第四波分复用器反射端传输的一阶泵浦光，第五波分复用器公共端和第六波分复用器反射端连接，用于对高阶泵浦光和一阶泵浦光进行合波形成泵浦光；

第六波分复用器透射端用于接收第四波分复用器透射端传输的信号光，第六波分复用器反射端用于接收第五波分复用器公共端传输的泵浦光，第六波分复用器公共端用于将信号光和泵浦光合波后输入到第二传输光纤。

进一步的，二级远程增益单元包括第一隔离器、第二掺铒光纤，反射镜；

第一隔离器一端与第二传输光纤连接，另一端与第二掺铒光纤连接，用于隔离第二掺铒光纤产生的自发辐射噪声与信号光的反向传输，隔离器隔离方向为信号光传输的反方向；

第二掺铒光纤一端与隔离器相连，另一端与反射镜相连，用于利用泵浦光放大信号光；

反射镜用于对泵浦光进行反射。

进一步的，所述第一传输光纤的长度L1满足关系式：

其中，Ppump为发送端一阶泵浦的设置功率，α为光纤损耗系数，β为泵浦光相对信号光附加损耗，MIN为取小函数；Loss1、Loss2为系统传输距离最远时第一传输光纤损耗的两个极值，其中Loss1<Loss2；P1、P2为对一级远程增益单元预设理想增益值时泵浦光功率的两个极值，其中P1>P2。

进一步的，所述第二传输光纤的长度L2满足关系式：

其中，α为光纤损耗系数，β为泵浦光相对信号光附加损耗，Loss3、Loss4为系统传输距离最远时第二传输光纤损耗的两个极值，其中Loss3<Loss4。

进一步的，级联遥泵放大系统包括预设数量的一级远程增益单元，该一级远程增益单元的数量由高阶泵浦光的初始量及传输中的衰减量确定。

进一步的，反射镜的反射中心波长与一阶泵浦光的中心波长一致。

进一步的，第三波分复用器、第四波分复用器为带隔离器的波分复用器，用于隔离第一掺铒光纤产生的自发辐射噪声。

第二方面，本发明还公开了一种远程增益单元，包括第一掺铒光纤、波分复用器组，所述波分复用器组用于分离信号光和泵浦光，并将泵浦光分离成一阶泵浦光和高阶泵浦光，使信号光、分离出的一阶泵浦光通过第一掺铒光纤，并使高阶泵浦光在第一掺铒光纤输出端与信号光、残余的一阶泵浦光合波后输出。

第三方面，本发明还公开了一种信号光放大方法，包括以下步骤：

接收信号光及合波的泵浦光；

将合波的泵浦光分离成一阶泵浦光和高阶泵浦光；

将信号光、分离出的一阶泵浦光通过一掺铒光纤；

将高阶泵浦光在所述掺铒光纤的输出端与信号光、残余的一阶泵浦光合波后输出。

基于上述技术方案，本发明较现有技术而言的有益效果为：

本发明的远程增益单元包括级联的一级远程增益单元、二级远程增益单元，一级远程增益单元将一阶泵浦光和高阶泵浦光分离，让一阶泵浦光和信号光进入第一掺铒光纤，高阶泵浦光不进入第一掺铒光纤，避免了增益饱和效应对高阶泵浦光的浪费，从而提高泵浦利用率，延长了系统传输距离；一阶泵浦光利用第一掺铒光纤放大信号光，分离出来的高阶泵浦光不经第一掺铒光纤，而在第一掺铒光纤输出端和信号光、残余的一阶泵浦光合波，这样高阶泵浦光不会被第一掺铒光纤损耗掉，高阶泵浦光又可以继续放大残余的一阶泵浦光，直至达到二级远程增益单元，极大保证了传输过程中高阶泵浦光的能量，泵浦利用率高。

另外，本发明综合了拉曼放大和掺铒光纤放大器的特点，第一传输光纤、第二传输光纤都利用了拉曼放大原理，一级远程增益单元中将一阶泵浦光作为泵浦光放大信号光，二级远程增益单元利用残余的一阶泵浦光作为泵浦对输入信号光再次放大则采用的是掺铒光纤放大原理。本申请能对信号光进行多次放大，有利于用于传输一阶泵浦光、高阶泵浦光及输入的信号光，并对所述信号光进行放大，进一步提升了光纤通信系统的传输距离。

附图说明

图1是现有技术中，一种遥泵放大系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一中，一种级联遥泵放大系统的结构示意图；

图3是本发明实施例二中，一级远程增益单元的具体结构示意图；

图4是本发明实施例二中，二级远程增益单元的具体结构示意图；

图5是本发明实施例三中，另一种级联遥泵放大系统的结构示意图；

图6是本发明实施例五中，一种信号光放大方法的流程图。

具体实施方式

现对本发明实施例涉及的技术原理做些简单介绍。

拉曼放大是一种在光纤介质的传输过程中，低波段的泵浦光实现对高波段信号光放大的效应。多阶拉曼光纤放大是利用了不同波长泵浦之间的交扰，实现增益的。假设输入光信号为λ_s，泵浦光的信号分别为λ_p1和λ_p2(λ_p1>λ_p2),波长为λ_p1的泵浦光为一阶泵浦，是用来放大信号光的，波长为λ_p2的泵浦光为二阶泵浦，用来放大一阶泵浦，以便泵浦输入对信号产生更多的增益。二阶泵浦的功率大于一阶泵浦的功率，使最大增益的位置向远处延伸，延长系统的传输距离。将遥泵技术与拉曼放大技术同时应用到光纤通信系统中可以有效延长光纤通信系统传输距离。

掺铒光纤放大原理：光纤中掺杂的稀土族元素Er(3+)其亚稳态和基态的能量差相当于1550nm光子的能量。当吸收适当波长的泵浦光能量(980nm或1480nm)后，电子会从基态跃迁到能阶高的激发态。接着释放少量能量转移到较稳定的亚稳态，在泵浦光源足够时铒离子的电子会发生巨量反转。即高能阶的亚稳态比能阶低的基带电子数量多。当适当的光信号通过时，亚稳态电子会发生受激辐射效应，放射出大量同波长光子。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

一种级联遥泵放大系统，如图2所示，至少包括站内泵浦单元10、一级远程增益单元30、二级远程增益单元50、第一传输光纤20和第二传输光纤40，站内泵浦单元10通过第一传输光纤20与一级远程增益单元30连接，一级远程增益单元30通过第二传输光纤40和二级远程增益单元50连接。具体的：

站内泵浦单元10用于输出泵浦光，所述泵浦光包括合波传输的一阶泵浦光和高阶泵浦光。本实施例中以高阶泵浦包括二阶泵浦光、三阶泵浦光为例进行说明。一阶泵浦光波长范围为1470nm～1490nm，二阶泵浦光波长范围为1420nm～1445nm，三阶泵浦光波长范围为1330nm～1360nm。

第一传输光纤20用于传输泵浦光(一阶泵浦光、高阶泵浦光)及输入的信号光，并对所述信号光进行放大。光通信系统的发送端信号光和站内泵浦单元10发射的泵浦光一同进入第一传输光传输，信号光在第一传输光纤20中经过拉曼放大后，进入一级远程增益单元30。

一级远程增益单元30包括第一掺铒光纤，所述一级远程增益单元30用于分离信号光和泵浦光，并在第一掺铒光纤前将泵浦光分离成一阶泵浦光和高阶泵浦光，使一阶泵浦光和信号光通过第一掺铒光纤以放大信号光，高阶泵浦光不通过第一掺铒光纤，而在第一掺铒光纤输出端与信号光、残余的一阶泵浦光合波后通过第二传输光纤40传输。

第二传输光纤40用于接收一级远程增益单元30放大后的信号光、残余的一阶泵浦光和分离的高阶泵浦光，利用高阶泵浦光放大残余的一阶泵浦光。

二级远程增益单元50用于接收第二传输光纤40传输的信号光、残余的一阶泵浦光，利用残余的一阶泵浦光作为泵浦对输入信号光再次放大后输出。

本发明的远程增益单元包括级联的一级远程增益单元30、二级远程增益单元50，一级远程增益单元30将一阶泵浦光和高阶泵浦光分离，让一阶泵浦光和信号光进入第一掺铒光纤，不让高阶泵浦光进入第一掺铒光纤，避免了增益饱和效应对高阶泵浦光的浪费，从而提高泵浦利用率，延长了系统传输距离；一阶泵浦光利用第一掺铒光纤放大信号光，分离出来的高阶泵浦光在第一掺铒光纤输出端和信号光、残余的一阶泵浦光合波，这样高阶泵浦光又可以继续放大残余的一阶泵浦光，直至达到二级远程增益单元50。本发明中高阶泵浦光不会被第一掺铒光纤损耗掉，极大保证了传输过程中高阶泵浦光的能量，泵浦利用率高。

另外，本发明综合了拉曼放大和掺铒光纤放大器的特点，第一传输光纤20、第二传输光纤40都利用了拉曼放大原理，一级远程增益单元30中将一阶泵浦光作为泵浦光放大信号光，二级远程增益单元50利用残余的一阶泵浦光作为泵浦对输入信号光再次放大则采用的是掺铒光纤放大原理。本申请能对信号光进行多次放大，有利于用于传输一阶泵浦光、高阶泵浦光及输入的信号光，并对所述信号光进行放大，进一步提升了光纤通信系统的传输距离。

实施例二

在另一些实施例中，结合图3所示，本一级远程增益单元30的具体结构还包括第一波分复用器31、第二波分复用器36、第三波分复用器32、第四波分复用器34、第五波分复用器37、第六波分复用器35，其中：

第一波分复用器31用于分离第一传输光纤20传输而来的信号光和泵浦光，信号光进入第三波分复用器32，泵浦光进入第二波分复用器36。

第二波分复用器36用于将进入的泵浦光分离成一阶泵浦光和高阶泵浦光，一阶泵浦光进入第三波分复用器32，高阶泵浦光进入第五波分复用器37。

第三波分复用器32用于对第一波分复用器31输出的信号光和第二波分复用器36输出的一阶泵浦光进行合波并输入到第一掺铒光纤33。

第四波分复用器34用于分离掺铒光纤33输出的残余一阶泵浦光和放大后的信号光，残余一阶泵浦光进入第五波分复用器37，放大后的信号光进入第六波分复用器35。

第五波分复用器37用于对第二波分复用器36输出的高阶泵浦光和第四波分复用器34输出的残余一阶泵浦光进行合波。

第六波分复用器35用于对第四波分复用器34输出的放大后的信号光和第五波分复用器37输出的高阶泵浦光、残余一阶泵浦光进行合波后输入到第二传输光纤40。

具体的连接关系可以如图3所示，即第一波分复用器公共端31a和第一传输光纤20连接，第一波分复用器反射端31c和第二波分复用器公共端连接36a，用于将分离的泵浦光输入到第二波分复用器公共端36a，第一波分复用器透射端31b和第三波分复用器透射端32a连接，用于将分离的信号光输入到第三波分复用器透射32a端。

第二波分复用器透射端36c和第三波分复用器反射端32c连接，用于将分离的一阶泵浦光输入至第三波分复用器反射端32c，第二波分复用器反射端36b和第五波分复用器反射端37a连接，用于将分离的高阶泵浦光输入至第五波分复用器反射端37a。

第三波分复用器透射端32a用于接收第一波分复用器透射端31b发来的信号光，第三波分复用器反射端32c用于接收第二波分复用器透射端36c输出的一阶泵浦光，第三波分复用器公共端32b用于对信号光和一阶泵浦光进行合波并输入到第一掺铒光纤33。

第四波分复用器公共端34a和第一掺铒光纤33连接，用于接收信号光和一阶泵浦光的合波，第四波分复用器反射端34c和第五波分复用器透射端37c连接，用于将分离的一阶泵浦光输入至第五波分复用器透射端37c，第四波分复用器透射端34b和第六波分复用器透射端35a连接，用于将分离的信号光输入至第六波分复用器透射端35a。

第五波分复用器反射端37a用于接收第二波分复用器反射端36b传输的高阶泵浦光，第五波分复用器透射端37c用于接收第四波分复用器反射端34c传输的一阶泵浦光，第五波分复用器公共端37b和第六波分复用器反射端35c连接，用于对高阶泵浦光和一阶泵浦光进行合波。

第六波分复用器透射端35a用于接收第四波分复用器透射端34b传输的信号光，第六波分复用器反射端35c用于接收第五波分复用器公共端37b传输的泵浦光，第六波分复用器公共端35b用于将信号光和泵浦光合波后输入到第二传输光纤40。

各波分复用器关键指标参数主要包括中心波长、插损、隔离度。在进行中心波长选择时若一阶泵浦光波长范围为1470nm～1490nm，二阶泵浦光波长范围为1420nm～1445nm，三阶泵浦光波长范围为1330nm～1360nm，则第一波分复用器31和第六波分复用器35透射中心波长为1550nm，反射波长范围1320nm～1370nm/1420nm～1510nm。第二波分复用器36和第五波分复用器37透射中心波长为1480nm，反射波长范围为1320nm～1370nm/1420nm～1450nm。第三波分复用隔离器和第四波分复用隔离器透射中心波长为1550nm，反射波长范围为1460nm～1490nm。

理论上插损越小越好，目前波分复用系统插损普遍在0.4—0.8dB之间，优选值为0.3dB。优选的，各波分复用器的反射端和透射端隔离度大于50dB。

优选的，第三波分复用器、第四波分复用器为带隔离器的波分复用器，用于隔离第一掺铒光纤产生的自发辐射噪声，让一级远程增益单元30的性能更优，放大后的信号光噪声指数更小。第三波分复用器、第四波分复用器为波分复用隔离器。

在一些实施例中，结合图4所示，二级远程增益单元50包括第一隔离器51、第二掺铒光纤52，反射镜53。第一隔离器51一端与第二传输光纤40连接，另一端与第二掺铒光纤52连接，用于隔离第二掺铒光纤52产生的自发辐射噪声、信号光的反向传输，第一隔离器51隔离方向为信号光传输的反方向，让二级远程增益单元50的性能更优，放大后的信号光噪声指数更小。第二掺铒光纤52一端与隔离器相连，另一端与反射镜相连，用于利用泵浦光放大信号光。反射镜53用于对泵浦光进行反射。反射镜53的反射中心波长优选与一阶泵浦光的中心波长一致，有利于提高泵浦效率。因此，在本实施例中，反射镜53的反射中心波长为1480nm。

可以理解的，保证一级远程增益单元30、二级远程增益单元50在最佳工作状态，才更有利于提高泵浦效率，延长光纤系统传输距离。可通过调整第一传输光纤20、第二传输光纤40的长度也即是确定一级远程增益单元30、二级远程增益单元50的放置位置来保证一级远程增益单元30、二级远程增益单元50的工作性能最佳，满足增益要求。另外，第一传输光纤20、第二传输光纤40的拉曼开关增益也需要信号光和泵浦光的配合才能确定，一般在工程开通中会调节信号光和泵浦光功率，使得光纤通信系统性能最优。

优选的，第一传输光纤20的长度L1满足关系式(1)：

其中，Ppump为发送端一阶泵浦的设置功率，可以为链路系统设计师提供。α为光纤损耗系数，可以为光缆实测或光缆熔接人员提供，β为泵浦光相对信号光附加损耗，一般取值为0.023，MIN为取小函数。Loss1、Loss2为系统传输距离最远时第一传输光纤20损耗的两个极值，单位均为dB，其中Loss1<Loss2；P1、P2为对一级远程增益单元30预设理想增益值时泵浦光功率的两个极值，其中P1>P2。

第二传输光纤40的长度L2满足关系式(2)：

其中，α为光纤损耗系数，β为泵浦光相对信号光附加损耗，Loss3、Loss4为系统传输距离最远时第二传输光纤40损耗的两个极值，其中Loss3<Loss4。

为保证光纤通信系统工作状态最佳，既要满足传输链路状态好，又要满足一级远程增益单元30、二级远程增益单元50工作状态好。因此可以利用此理论依据求出公式(1)、公式(2)中的未知参数。具体的：

光纤通信传输系统末端OSNR值为最佳状态时即能说明传输链路状态好。因此可以利用光纤通信传输系统末端OSNR(光信噪比)计算公式，如公式(3)所示，来求得Loss1、Loss2、Loss3、Loss4。

OSNR(dB)＝P_in(dB)-10lg(hvB₀)-F_sys(dB) (3)

其中Pin为输入信号光功率，h为普朗克常量，v为信号光频率，B₀为光带宽一般为0.1nm，Fsys为系统等效噪声指数，可参考现有技术中的相关公式，在本实施例中以公式(4)为例进行说明：

其中，NF_B、NF_DR1、T₁、NF₁、T₂、NF_DR2、NF₂分别是光纤通信系统中功率放大器、第一段分布式拉曼放大、第一传输光纤、一级远程增益单元30、第二传输光纤、第二段分布式拉曼放大、二级远程增益单元50的噪声指数，一般工程应用中，NF_B的取值对长距通信系统末端OSNR影响不大，一般取5.5dB，NF_DR1和NF_DR2为-1dB，NF₁和NF₂为6dB。

G_B是线路功率放大器的增益，该值可通过网管根据实际链路状况自己设定，一般链路开通初期工程师会给出参考值；G_DR1是第一传输光纤的拉曼增益一般取值在20dB；G_DR2为第二传输光纤的拉曼增益一般取值在5dB。另外，此处T1和T2为第一传输光纤和第二传输光纤损耗的倒数，即：

Loss1～Loss2＝1/T1

Loss3～Loss4＝1/T2

将各值依次代入公式(4)、公式(3)中，可以得到系统输出OSNR，在保证OSNR不变的情况下，对公式(3)仿真计算，可以得出第一传输光纤20损耗为6～8dB、第二传输光纤40损耗为8～9dB时系统传输距离最远。也即Loss1＝6dB、Loss2＝8dB、Loss3＝8dB、Loss4＝9dB时，链路传输性能就可得到保障。

根据实验可以得到，当泵浦光功率大于10dBm时，一级远程增益单元30工作性能较好，而超过13dBm后随着功率的提升，增益效果不明显，因此一级远程增益单元30泵浦功率在10到13dBm之间时，一级远程增益单元的增益和噪声指数性能较优。也即一级远程增益单元30泵浦光功率的两个极值P1为13dBm，P2为10dBm。综合考虑，一级远程增益单元30放置位置在

和

之间。

同理，二级远程增益单元50距离一级远程增益单元30

的位置。

实施例三

在另一些实施例中，结合图5所示，该级联遥泵放大系统与实施例一相比还包括预设数量的一级远程增益单元30，该一级远程增益单元30的数量由高阶泵浦光的初始量及在通信线路中的衰减量确定。比如高阶泵浦光的初始量为W，高阶泵浦光经第一传输光纤、一级远程增益单元、第二传输光纤后衰减了50％，则还可以再设置一个一级远程增益单元30、第二传输光纤40。在实际应用中一般还需结合具体的仪器判断最后一级远程增益单元30是否还有部分高阶泵浦，如果还有高阶泵浦可以继续在后面级联一级远程增益单元30、第二传输光纤40，以使得高阶泵浦光经过最后一个一级远程增益单元30后被消耗完全，以免浪费高阶泵浦。

实施例四

本发明还公开了一种远程增益单元，可参考图3所示，包括掺铒光纤33、由第一波分复用器31、第二波分复用器36、第三波分复用器32、第四波分复用器34、第五波分复用器37、第六波分复用器35组成的波分复用器组，所述波分复用器组用于分离信号光和泵浦光，并将泵浦光分离成一阶泵浦光和高阶泵浦光，使信号光、分离出的一阶泵浦光通过第一掺铒光纤，并使高阶泵浦光在第一掺铒光纤输出端与信号光、残余的一阶泵浦光合波后输出。具体的：

第一波分复用器31用于分离第一传输光纤20传输而来的信号光和泵浦光，信号光进入第三波分复用器32，泵浦光进入第二波分复用器36。

第二波分复用器36用于将进入的泵浦光分离成一阶泵浦光和高阶泵浦光，一阶泵浦光进入第三波分复用器32，高阶泵浦光进入第五波分复用器37。

第三波分复用器32用于对第一波分复用器31输出的信号光和第二波分复用器36输出的一阶泵浦光进行合波并输入到第一掺铒光纤33。

第四波分复用器34用于分离掺铒光纤33输出的残余一阶泵浦光和放大后的信号光，残余一阶泵浦光进入第五波分复用器37，放大后的信号光进入第六波分复用器35。

第五波分复用器37用于对第二波分复用器36输出的高阶泵浦光和第四波分复用器34输出的残余一阶泵浦光进行合波。

第六波分复用器35用于对第四波分复用器34输出的放大后的信号光和第五波分复用器输出的高阶泵浦光、残余一阶泵浦光进行合波后输入到第二传输光纤40。

可以理解的，该波分复用器组的结构不限于上述方案，本发明实施例对波分复用器组的结构不做具体限制。

本实施例的远程增益单元将泵浦光中的一阶泵浦光和高阶泵浦光分离，让一阶泵浦光和信号光进入第一掺铒光纤，不让高阶泵浦光进入第一掺铒光纤，避免了增益饱和效应对高阶泵浦光的浪费，从而提高泵浦利用率，延长了系统传输距离；一阶泵浦光利用掺铒光纤放大信号光，分离出来的高阶泵浦光在第一掺铒光纤输出端和信号光、残余的一阶泵浦光合波，这样高阶泵浦光又可以继续放大残余的一阶泵浦光。本发明中高阶泵浦光不会被掺铒光纤损耗掉，极大保证了传输过程中高阶泵浦光的能量，泵浦利用率高。

实施例五

在另一些实施例中，还公开了一种信号光放大方法，该方法可以应用于实施例一至实施例三中的一级远程增益单元中，该信号光放大方法，包括以下步骤(如图6所示)：

S01，将信号光及泵浦光分离。

S02，将泵浦光分离成一阶泵浦光和高阶泵浦光。

S03，将信号光、分离出的一阶泵浦光通过一掺铒光纤。

S04，将高阶泵浦光在所述掺铒光纤的输出端与信号光、残余的一阶泵浦光合波后输出。

本实施例的信号光放大方法的具体实施过程可以参见实施例一至实施例三，在此不再赘述。本实施例的信号光放大方法将泵浦光中的一阶泵浦光和高阶泵浦光分离，让一阶泵浦光和信号光进入第一掺铒光纤，不让高阶泵浦光进入第一掺铒光纤，避免了增益饱和效应对高阶泵浦光的浪费，从而提高泵浦利用率，延长了系统传输距离；一阶泵浦光利用掺铒光纤放大信号光，分离出来的高阶泵浦光在第一掺铒光纤输出端和信号光、残余的一阶泵浦光合波，这样高阶泵浦光又可以继续放大残余的一阶泵浦光，而残余的一阶泵浦光还可作为泵浦对信号光进行再次放大。本发明中高阶泵浦光不会被掺铒光纤损耗掉，极大保证了传输过程中高阶泵浦光的能量，泵浦利用率高。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式级似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

Claims (10)

1.一种级联遥泵放大系统，其特征在于，至少包括站内泵浦单元、一级远程增益单元、二级远程增益单元、第一传输光纤和第二传输光纤，站内泵浦单元通过第一传输光纤与一级远程增益单元连接，一级远程增益单元通过第二传输光纤和二级远程增益单元连接；

所述站内泵浦单元用于输出泵浦光，所述泵浦光包括一阶泵浦光和高阶泵浦光；

所述第一传输光纤用于利用泵浦光对传输的信号光进行放大，将泵浦光、信号光传送至一级远程增益单元；

所述一级远程增益单元包括第一掺铒光纤，所述一级远程增益单元用于分离信号光和泵浦光，并将泵浦光分离成一阶泵浦光和高阶泵浦光，使信号光、分离出的一阶泵浦光通过第一掺铒光纤，并使高阶泵浦光在第一掺铒光纤输出端与信号光、残余的一阶泵浦光合波后经第二传输光纤传输；

所述第二传输光纤用于传输合波的信号光、残余的一阶泵浦光、高阶泵浦光至所述二级远程增益单元，并利用高阶泵浦光放大残余的一阶泵浦光；

所述二级远程增益单元用于利用残余的一阶泵浦光作为泵浦对信号光进行再次放大。

2.如权利要求1所述级联遥泵放大系统，其特征在于，所述一级远程增益单元还包括第一波分复用器、第二波分复用器、第三波分复用器、第四波分复用器、第五波分复用器、第六波分复用器，其中：

第一波分复用器，用于分离第一传输光纤传输而来的信号光和泵浦光，信号光进入第三波分复用器，泵浦光进入第二波分复用器；

第二波分复用器，用于将进入的泵浦光分离成一阶泵浦光和高阶泵浦光，一阶泵浦光进入第三波分复用器，高阶泵浦光进入第五波分复用器；

第三波分复用器，用于对第一波分复用器输出的信号光和第二波分复用器输出的一阶泵浦光进行合波并输入到第一掺铒光纤；

第四波分复用器，用于分离掺铒光纤输出的残余一阶泵浦光和放大后的信号光，残余一阶泵浦光进入第五波分复用器，放大后的信号光进入第六波分复用器；

第五波分复用器，用于对第二波分复用器输出的高阶泵浦光和第四波分复用器输出的残余一阶泵浦光进行合波；

第六波分复用器，用于对第四波分复用器输出的放大后的信号光和第五波分复用器输出的高阶泵浦光、残余一阶泵浦光进行合波后输入到第二传输光纤。

3.如权利要求2所述级联遥泵放大系统，其特征在于，第一波分复用器公共端和第一传输光纤连接，第一波分复用器反射端和第二波分复用器公共端连接，用于将分离的泵浦光输入到第二波分复用器公共端，第一波分复用器透射端和第三波分复用器透射端连接，用于将分离的信号光输入到第三波分复用器透射端；

第二波分复用器透射端和第三波分复用器反射端连接，用于将分离的一阶泵浦光输入至第三波分复用器反射端，第二波分复用器反射端和第五波分复用器反射端连接，用于将分离的高阶泵浦光输入至第五波分复用器反射端；

第三波分复用器透射端用于接收第一波分复用器透射端发来的信号光，第三波分复用器反射端用于接收第二波分复用器透射端输出的一阶泵浦光，第三波分复用器公共端用于对信号光和一阶泵浦光进行合波并输入到第一掺铒光纤；

第四波分复用器公共端和第一掺铒光纤连接，用于接收信号光和一阶泵浦光的合波，第四波分复用器反射端和第五波分复用器透射端连接，用于将分离的一阶泵浦光输入至第五波分复用器透射端，第四波分复用器透射端和第六波分复用器透射端连接，用于将分离的信号光输入至第六波分复用器透射端；

第五波分复用器反射端用于接收第二波分复用器反射端传输的高阶泵浦光，第五波分复用器透射端用于接收第四波分复用器反射端传输的一阶泵浦光，第五波分复用器公共端和第六波分复用器反射端连接，用于对高阶泵浦光和一阶泵浦光进行合波形成泵浦光；

第六波分复用器透射端用于接收第四波分复用器透射端传输的信号光，第六波分复用器反射端用于接收第五波分复用器公共端传输的泵浦光，第六波分复用器公共端用于将信号光和泵浦光合波后输入到第二传输光纤。

4.如权利要求1所述级联遥泵放大系统，其特征在于，二级远程增益单元包括第一隔离器、第二掺铒光纤，反射镜；

第一隔离器一端与第二传输光纤连接，另一端与第二掺铒光纤连接，用于隔离第二掺铒光纤产生的自发辐射噪声；

第二掺铒光纤一端与隔离器相连，另一端与反射镜相连，用于利用泵浦光放大信号光；

反射镜用于对泵浦光进行反射。

5.如权利要求1所述级联遥泵放大系统，其特征在于，所述第一传输光纤的长度L1满足关系式：

其中，Ppump为发送端一阶泵浦的设置功率，α为光纤损耗系数，β为泵浦光相对信号光附加损耗，MIN为取小函数；Loss1、Loss2为系统传输距离最远时第一传输光纤损耗的两个极值，其中Loss1<Loss2；P1、P2为对一级远程增益单元预设理想增益值时泵浦光功率的两个极值，其中P1>P2。

6.如权利要求1所述级联遥泵放大系统，其特征在于，所述第二传输光纤的长度L2满足关系式：

其中，α为光纤损耗系数，β为泵浦光相对信号光附加损耗，Loss3、Loss4为系统传输距离最远时第二传输光纤损耗的两个极值，其中Loss3<Loss4。

7.如权利要求1所述级联遥泵放大系统，其特征在于，级联遥泵放大系统包括预设数量的一级远程增益单元，该一级远程增益单元的数量由高阶泵浦光初始量及传输中的衰减量确定。

8.如权利要求2所述级联遥泵放大系统，其特征在于，第三波分复用器、第四波分复用器为带隔离器的波分复用器。

9.一种远程增益单元，其特征在于，包括掺铒光纤、波分复用器组，所述波分复用器组用于将泵浦光分离成一阶泵浦光和高阶泵浦光，使信号光、分离出的一阶泵浦光通过第一掺铒光纤，并使高阶泵浦光在第一掺铒光纤输出端与信号光、残余的一阶泵浦光合波后输出。

10.一种信号光放大方法，其特征在于，包括以下步骤：

分离信号光及泵浦光；

将泵浦光分离成一阶泵浦光和高阶泵浦光；

将信号光、分离出的一阶泵浦光通过一掺铒光纤；

将高阶泵浦光在所述掺铒光纤的输出端与信号光、残余的一阶泵浦光合波后输出。

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