CN114122897A - 多波段光放大器 - Google Patents

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Abstract

在一些实施方式中，放大器设备可以包括第一放大器，该第一放大器被配置为放大光波长的第一范围中的信号。第一放大器可以包括第一部分和第二部分，该第一部分包括一个或多个第一光学增益组件，该第二部分包括一个或多个第二光学增益组件和可变光学衰减器。该放大器设备可以包括第二放大器，该第二放大器被配置为放大光波长的第二范围中的信号。放大器设备可以包括用于光波长的第一范围和光波长的第二范围的滤波器。滤波器可以位于第一放大器的第一部分和第二部分之间。

Description

多波段光放大器
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2020年8月26日提交的、题为“INTEGRATED C-BAND AND L-BANDERBIUM DOPED FIBER AMPLIFIERS”的美国临时专利申请第62/706,583号的优先权。在先申请的公开内容被认为是本专利申请的一部分，并通过引用结合到本专利申请中。
技术领域
本公开总体上涉及光放大器和用于多波段的光放大器。
背景技术
光放大器是接收信号光并生成放大的信号光(即，具有相对较高光功率的信号光)的设备。典型地，光放大器使用所谓的增益介质提供光放大，该增益介质由诸如泵浦激光器的源“泵浦”(即，提供能量)。在一些情况下，光放大器可以利用光纤作为增益介质(这种设备可以被称为光纤放大器)。在这种情况下，增益介质可以是掺杂有稀土离子(诸如铒、钕、镱、镨、铥等)的玻璃纤维。这种纤维可以称为有源光纤。在操作中，信号光通过有源光纤与泵浦光一起传播，以及有源光纤输出从信号光和泵浦光生成的放大的信号光。通常，这种光放大器包括与控制、启用和/或监控光放大相关联的其他分立组件。这种分立组件可以包括例如一个或多个隔离器、组合器(例如波分复用器(wavelength division multiplexer，WDM))、可调谐滤波器、抽头、光电二极管等。
发明内容
在一些实施方式中，放大器设备包括第一放大器，其被配置为放大光波长的第一范围中的信号，其中第一放大器包括：包括一个或多个第一光学增益组件的第一部分，以及包括一个或多个第二光学增益组件和可变光学衰减器(variable optical attenuator，VOA)的第二部分；第二放大器，被配置为放大光波长的第二范围中的信号；以及用于光波长的第一范围和光波长的第二范围的滤波器，其中滤波器位于第一放大器的第一部分和第二部分之间。
在一些实施方式中，掺铒光纤(erbium doped fiber，EDF)放大器(EDFamplifier，EDFA)设备包括被配置为放大光波长的第一范围中的信号的第一EDFA，其中第一EDFA包括：包括一个或多个第一EDF的第一部分，以及包括一个或多个第二EDF的第二部分；第二EDFA，被配置为放大光波长的第二范围中的信号；以及用于光波长的第一范围和光波长的第二范围的滤波器，其中该滤波器位于第一EDFA的第一部分和第二部分之间。
在一些实施方式中，放大器设备包括被配置为放大光波长的第一范围中的信号的放大器，其中该放大器包括：包括一个或多个第一光学增益组件的第一部分，以及包括一个或多个第二光学增益组件和VOA的第二部分；以及用于光波长的第一范围和光波长的第二范围的滤波器，其中滤波器位于放大器的第一部分和第二部分之间。
附图说明
图1是本文描述的示例放大器设备的图。
图2是本文描述的示例放大器设备的图。
图3是本文描述的示例放大器设备的图。
具体实施方式
示例实施方式的以下详细描述参考了附图。不同附图中的相同附图标号可以标识相同或类似的元件。
典型的光放大器可以使用光纤作为增益介质。例如，掺铒光纤(EDF)可以用作EDF放大器(EDFA)的增益介质。EDFA是光通信的重要使能技术。EDFA提供约40纳米(nm)的放大带宽，这可以在常规波段(C波段)(例如1530nm至1570nm)或长波段(L波段)(例如1570nm至1610nm)中实现。在一些情况下，为了满足带宽需求并增加容量，采用了C波段和L波段中的联合传输。在这种情况下，集成的C波段EDFA和L波段EDFA可以用于两个波段的放大。
集成的EDFA可以包括第一滤波器，用于在C波段信号在C波段放大器处放大和L波段信号在L波段放大器处放大之前分离C波段和L波段信号。放大的C波段和L波段信号由第二滤波器组合。滤波器可能会引起插入损耗，导致噪声系数(NF)处罚。此外，C波段放大器和L波段放大器可能需要产生更大的输出功率来补偿插入损耗。例如，使用高功率泵可以产生更大的输出功率，这增加了集成的EDFA的复杂性和/或增加了功耗等等。
本文描述的一些实施方式在减少的NF处罚的情况下在多个波段中启用放大。在一些实施方式中，放大器设备可以包括被配置为放大光波长的第一范围(例如，C波段波长)中的信号的第一放大器和被配置为放大光波长的第二范围(例如，L波段波长)中的信号的第二放大器。也就是说，放大器设备可以集成用于光波长的第一范围和光波长的第二范围的放大器。
第一放大器可以包括第一部分和第二部分，第一部分包括一个或多个第一光学增益组件(例如，EDF)，第二部分包括一个或多个第二光学增益组件(例如，EDF)。放大器设备可以包括位于第一放大器的第一部分和第二部分之间的用于光波长的第一范围和光波长的第二范围的滤波器(例如，C波段和L波段滤波器)。例如，C波段和L波段滤波器(C/L滤波器)可以位于C波段放大器的架构内(例如，在C波段放大器的输入和输出之间)。以此方式，可以减少与滤波器插入损耗相关联的NF处罚。此外，相对于用于C波段和L波段放大的传统集成EDFA，本文描述的放大器设备较不复杂和/或消耗更少的功率。
在一些实施方式中，采用控制系统用于控制第一放大器和第二放大器的增益。控制系统可以在第一放大器的第一部分中采用用于光波长的第一范围和光波长的第二范围的附加滤波器(例如，附加C/L滤波器)。此外，控制系统可以采用接收光波长的第一范围中的信号的第一输入光电二极管(例如，用于C波段信号的输入光电二极管)和接收光波长的第二范围中的信号的第二输入光电二极管(例如，用于L波段信号的输入光电二极管)。例如，在C波段放大器的架构中，控制系统可以对C波段信号和L波段信号采用分离的输入光电二极管。以此方式，控制系统可以提供光波长的第一范围中的信号(例如，C波段信号)和光波长的第二范围中的信号(例如，L波段信号)的独立功率监控，从而启用对光波长的第一范围中和光波长的第二范围中的信号的独立增益控制。
图1是示例放大器设备100的图。特别地，图1示出了放大器设备100的放大架构。放大器设备100可以提供集成的C波段和L波段放大。
放大器设备100包括第一C/L滤波器102，其将输入信号分离成C波段和L波段信号。C波段放大器104接收C波段信号并放大C波段信号。L波段放大器106接收L波段信号并放大L波段信号。放大的信号在第二C/L滤波器108处被接收，并组合成输出信号。因此，放大器设备100使用可以被称为分割-放大-组合的方法。如上所述，分割-放大-组合方法可能导致显著的NF处罚。
如上文指出的，提供图1作为示例。其他示例可以与关于图1所描述的不同。
图2是示例放大器设备200的图。特别地，图2示出了放大器设备200的放大架构。放大器设备200可以提供在放大器设备200处接收的光信号的放大。光信号可以由发射器发射，并且包括针对接收器的数据。因此，放大器设备200可以是发射机和接收机之间的光学系统(例如，网络)的组件。
放大器设备200可以为光波长的多个范围提供集成放大。例如，放大器设备200可以提供集成的C波段和L波段放大。虽然放大器设备200可以被描述为包括用于C波段和L波段的放大器，但是放大器设备200可以包括用于光波长的其他范围的放大器。此外，放大器设备200(本文使用用于光波长的不同范围的两个放大器的示例来描述)可以包括用于光波长的不同范围的两个以上的放大器。因此，放大器设备200可以包括用于C波段、L波段、原始波段(O波段)(例如，1260nm至1360nm)、扩展波段(E波段)(例如，1360nm至1460nm)或短波段(S波段)(例如，1460nm至1530nm)的任何组合的放大器。
如图2所示，放大器设备200可以包括第一放大器202、第一滤波器204(例如，第一C/L滤波器)、第二放大器206和第二滤波器208(例如，第二C/L滤波器)。第一放大器202可以被配置成放大光波长的第一范围(本文可以称为“第一范围”)中的信号。例如，第一放大器202可以是C波段放大器。第二放大器206可以被配置成放大光波长的第二范围(本文可以称为“第二范围”)中的信号。例如，第二放大器206可以是L波段放大器。在一些实施方式中，第一放大器202可以是L波段放大器，第二放大器206可以是C波段放大器。在一些实施方式中，如上所述，第一放大器202和第二放大器206可以是C波段放大器、L波段放大器、O波段放大器、E波段放大器和S波段放大器中的不同放大器。
如所示出的，第一放大器202可以包括第一部分202a和第二部分202b。也就是说，第一部分202a和第二部分202b一起可以为第一范围提供放大器的功能(例如，第一部分202a和第二部分202b可以在第一范围上提供放大)。例如，第一部分202a和第二部分202b一起可以提供C波段放大器的功能(例如，第一部分202a和第二部分202b可以提供C波段上的放大)。
在一些实施方式中，第一部分202a和第二部分202b可以彼此不同。例如，第一部分202a可以包括第一放大器202的第一多个组件，第二部分202b可以包括第一放大器202的第二多个组件，并且第一多个组件可以不同于第二多个组件。作为示例，除了其他示例之外，第一部分202a和第二部分202b可以包括一个或多个不同的组件和/或可以包括不同数量的组件，等等。
在使用中，第一放大器202的第一部分202a可以接收光信号。光信号可以包括第一范围中的信号和第二范围中的信号。例如，光信号可以包括C波段信号和L波段信号。第一部分202a可以放大第一范围中和第二范围中的光信号。也就是说，第一部分202a可以被配置为传递第一范围中的信号和传递第二范围中的信号。在一些方面，在通过C波段放大器的第一部分202a传递之后，L波段信号可以实现4-5dB的增益。
第一滤波器204可以位于第一放大器202的第一部分202a和第二部分202b之间。此外，第一滤波器204可以位于第一放大器202的第一部分202a和第二放大器206之间。也就是说，在第一放大器202之前(例如，在第一部分202a之前)，放大器设备200可以不包括用于第一和第二范围的滤波器。以此方式，可以减少由在第一放大器202之前放置滤波器而引起的插入损耗，导致减少的NF处罚。
第一滤波器204可以被配置成将光信号分离成第一范围(例如，C波段)中的信号和第二范围(例如，L波段)中的信号。第一滤波器204可以将第一范围中的信号提供给第二部分202b，并将第二范围中的信号提供给第二放大器206。第二部分202b可以接收第一范围中的信号，并进一步放大第一范围中的信号。第二放大器206可以接收第二范围中的信号，并进一步放大第二范围中的信号。第二滤波器208可以被配置成将第一范围中的放大信号与第二范围中的放大信号组合成放大的光信号。放大器设备200可以向接收器提供放大的光信号，可以向在放大器设备200和接收器之间的一个或多个中间组件(例如，附加放大器)提供放大的光信号，和/或可以执行放大的光信号的进一步处理，以及其他示例。
如上文指出的，提供图2作为示例。其他示例可以与关于图2所描述的不同。
图3是示例放大器设备200的图。特别地，图3示出了第一放大器202的第一部分202a和第二部分202b的示例组件。如图3所示，并且如上所述，第一滤波器204可以位于第一部分202a和第二部分202b之间。
第一部分202a可以包括第一放大器202的一个或多个第一光学增益组件210，第二部分202b可以包括第一放大器202的一个或多个第二光学增益组件210。光学增益组件210可以是光纤(例如，有源光纤)。例如，光学增益组件210可以是EDF(例如EDF线圈)。也就是说，放大器设备200可以是EDFA设备。
在一些实施方式中，第二部分202b可以包括第一放大器202的可变光学衰减器(VOA)212，并且第一部分202a可以不包括VOA。也就是说，放大器设备200可以包括在第二部分202b中的单个VOA。第二部分202b的VOA212可以位于第一部分202a的一个或多个第一光学增益组件210和第二部分202b的一个或多个第二光学增益组件210之间。换句话说，在传播方向250上，第二部分202b的光学增益组件210不在VOA 212之前。
在一些实施方式中，第一部分202a可以包括第一放大器202的第一光学增益组件210(例如，在传播方向250上)，以及与第一光学增益组件210相关的组件。这里，第二部分202b可以包括第一放大器202的剩余组件。例如，第二部分202b可以包括第二光学增益组件210和/或第三光学增益组件210(例如，在传播方向250上)，以及第二和/或第三光学增益组件210的相关组件。在一些实施方式中，第一部分202a可以包括第一光学增益组件210和第二光学增益组件210，以及第一和第二光学增益组件210的相关组件。这里，第二部分202b可以包括第一放大器202的剩余组件。例如，第二部分202b可以包括第三光学增益组件210，以及第三光学增益组件210的相关组件。因此，第一滤波器204可以位于至少第一放大器202的第一光学增益组件210之后(例如，在传播方向250上)。
光学增益组件210的相关组件可以包括抽头214、隔离器216、泵218、波分复用器(WDM)220或监控光电二极管222等等中的一个或多个。第一部分202a中的相关组件可以被配置为传递第一范围中和第二范围中的信号。例如，第一部分202a可以包括用于第一范围和第二范围的抽头214(例如，C波段和L波段抽头)、用于第一范围和第二范围的WDM 220(例如，C波段和L波段WDM)等。然而，第一部分202a中的光学增益组件210可以被配置为(例如，基于EDF的长度)放大第一范围中的信号而不是第二范围中的信号(尽管如上所述，第二范围中信号的放大可以发生)。第二部分202b中的相关组件可以被配置为仅传递第一范围中的信号。另外，第二部分202b中的光学增益组件210可以被配置成放大第一范围中的信号，而不是第二范围中的信号。
此外，第一滤波器204可以位于VOA 212之前(例如，在传播方向250上)。以此方式，放大器设备200可以启用第一范围中和第二范围中的独立增益控制，如下所述。此外，第一放大器202的组件是包括在第一部分202a中(例如，在第一滤波器204之前)还是包括在第二部分202b中(例如，在第一滤波器204之后)可以基于VOA212的位置。例如，如果VOA212位于第一放大器202的第一光学增益组件210和第二光学增益组件210之间，则第一部分202a可以包括第一光学增益组件210，第二部分202b可以包括第二光学增益组件210。作为另一示例，如果VOA 212位于第一放大器202的第二光学增益组件210和第三光学增益组件210之间，那么第一部分202a可以包括第一和第二光学增益组件210，第二部分202b可以包括第三光学增益组件210。
第二放大器206可以包括类似于第一放大器202的架构的架构。也就是说，第二放大器206的架构可以类似于如上所描述的第一部分202a和第二部分202b的组合，但是在第一部分202a和第二部分202b之间没有滤波器。例如，如上所描述，第二放大器206可以包括一个或多个光学增益组件(例如，EDF)和相关组件。第二放大器206的相关组件可以被配置为仅传递第二范围中的信号(例如，L波段信号)。此外，第二放大器206中的光学增益组件可以被配置(例如，基于EDF的长度)来放大第二范围中而不是第一范围中的信号。
在一些实施方式中，放大器设备200可以包括控制系统。控制系统可以包括第一部分202a中的附加滤波器224(例如，C/L滤波器)。附加滤波器224可以被配置成将在第一部分202a处接收的光信号分离成第一范围(例如，C波段)中的信号和第二范围(例如，L波段)中的信号。例如，可以在位于第一部分202a的输入的抽头214处接收光信号，并且抽头214可以向附加滤波器224提供光信号。
控制系统还可以包括第一部分202a中用于第一范围中的信号(例如，C波段信号)和第二范围中的信号(例如，L波段信号)的分离的输入监控光电二极管。例如，控制系统的第一输入光电二极管222a可以从附加滤波器224仅接收第一范围中的信号，并且控制系统的第二输入光电二极管222b可以从附加滤波器224仅接收第二范围中的信号。光电二极管222a和222b可以用于在第一部分202a的输入处分别监控第一范围中和第二范围中的信号的功率水平(例如，获得与功率水平相关的信息)。
此外，控制系统可以包括用于第一范围中的信号(例如，C波段信号)和第二范围中的信号(例如，L波段信号)的分离的输出监控光电二极管。例如，第一输出光电二极管222c可以从第一放大器202的第二部分202b仅接收第一范围中的信号，第二输出光电二极管222d可以从第二放大器206仅接收第二范围中的信号。光电二极管222c和222d可以用于分别在第二部分202b和第二放大器206的相应输出处监控第一范围中和第二范围中的信号的功率水平(例如，获得与功率水平相关的信息)。以此方式，可以独立地监控和控制第一范围中的信号增益和第二范围中的信号增益。
如上所指出，提供图3作为示例。其他示例可以与关于图3所描述的不同。
前述公开提供了说明和描述，但不旨在穷举或将实施方式限制于所公开的精确形式。可以鉴于上述公开进行修改和变化，或者可以从实施方式的实践中获取修改和变化。此外，本文描述的任何实施方式都可以被组合，除非前述公开明确地提供了一个或多个实施方式不能被组合的理由。
如本文所使用的，术语“组件”旨在被广义地解释为硬件、固件和/或硬件和软件的组合。
显而易见的是，本文描述的系统和/或方法可以以硬件、固件或硬件和软件的组合的不同形式来实施。用于实施这些系统和/或方法的实际专用控制硬件或软件代码不是这些实施方式的限制。因此，本文描述的系统和/或方法的操作和行为没有参考特定的软件代码——应当理解，可以基于本文的描述设计软件和硬件来实施系统和/或方法。
即使特征的特定组合在权利要求中被叙述和/或在说明书中被公开，这些组合并不旨在限制各种实施方式的公开。事实上，这些特征中的许多可以以权利要求中没有具体叙述和/或说明书中没有公开的方式组合。尽管所列出的每个从属权利要求可以直接仅依赖于一个权利要求，但是各种实施方式的公开包括每个从属权利要求以及权利要求集中的每个其他权利要求的组合。
除非明确描述为关键或必要，否则本文使用的元件、动作或指令不应被解释为关键或必要的。另外，如本文所用，冠词“一”和“一个”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。此外，如本文所使用，冠词“该”旨在包括冠词“该”联系引用的一个或多个项目，并且可以与“该一个或多个”互换使用。此外，如本文所使用，术语“集合”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目、相关和不相关项目的组合等)，并且可以与“一个或多个”互换使用。在只打算一个项目的情况下，使用短语“仅一个”或类似的语言。此外，如本文所使用，术语“有”“具有”“含有”等旨在是开放式术语。此外，短语“基于”旨在意味着“至少部分基于”，除非另有明确说明。此外，如本文所使用，术语“或”在序列中使用时旨在包括在内，并且可以与“和/或”互换使用，除非另有明确说明(例如，如果与“任一”或“仅其中之一”结合使用)。

Claims (20)

1.一种放大器设备，包括:
第一放大器，被配置为放大光波长的第一范围中的信号，
其中，所述第一放大器包括：
第一部分，包括一个或多个第一光学增益组件，以及
第二部分，包括一个或多个第二光学增益组件和可变光学衰减器(VOA)；
第二放大器，被配置为放大光波长的第二范围中的信号；以及
滤波器，用于所述光波长的第一范围以及所述光波长的第二范围，
其中，所述滤波器位于所述第一放大器的第一部分和第二部分之间。
2.根据权利要求1所述的放大器设备，其中，所述光波长的第一范围包括常规波段，以及所述光波长的第二范围包括长波长波段。
3.根据权利要求1所述的放大器设备，其中，所述一个或多个第一光学增益组件和所述一个或多个第二光学增益组件包括光纤。
4.根据权利要求3所述的放大器设备，其中，所述光纤包括掺铒光纤。
5.根据权利要求1所述的放大器设备，其中，所述第一部分还包括所述第一放大器的第一多个组件，以及所述第二部分还包括所述第一放大器的第二多个组件，以及
其中，所述第一多个组件不同于所述第二多个组件。
6.根据权利要求1所述的放大器设备，其中，所述第一部分被配置为传递光波长的第一范围和光波长的第二范围中的信号。
7.根据权利要求1所述的放大器设备，其中，所述第二部分的所述VOA位于所述第一部分的一个或多个第一光学增益组件和所述第二部分的一个或多个第二光学增益组件之间。
8.根据权利要求1所述的放大器设备，其中，所述第一部分还包括:
附加滤波器，用于所述光波长的第一范围以及所述光波长的第二范围；
第一输入光电二极管，用于从所述附加滤波器接收所述光波长的第一范围中的信号；以及
第二输入光电二极管，用于从所述附加滤波器接收所述光波长的第二范围中的信号。
9.根据权利要求1所述的放大器设备，还包括:
第一输出光电二极管，用于从所述第二部分接收所述光波长的第一范围中的信号；以及
第二输出光电二极管，用于从所述第二放大器接收所述光波长的第二范围中的信号。
10.根据权利要求1所述的放大器设备，其中，所述滤波器将所述光波长的第一范围中的信号提供给所述第一放大器的第二部分，以及将所述光波长的第二范围中的信号提供给所述第二放大器。
11.一种掺铒光纤(EDF)放大器(EDFA)设备，包括:
第一EDFA，被配置为放大光波长的第一范围中的信号，
其中，所述第一EDFA包括：
第一部分，包括一个或多个第一EDF，以及
第二部分，包括一个或多个第二EDF；
第二EDFA，被配置为放大光波长的第二范围中的信号；以及
滤波器，用于所述光波长的第一范围以及所述光波长的第二范围，
其中，所述滤波器位于所述第一EDFA的第一部分和第二部分之间。
12.根据权利要求11所述的EDFA设备，其中，所述第二EDFA包括一个或多个第三EDF。
13.根据权利要求11所述的EDFA设备，其中，所述第一EDFA还包括在所述第二部分中的单个可变光学衰减器。
14.根据权利要求11所述的EDFA设备，其中，所述第一部分还包括:
附加滤波器，用于光波长的第一范围以及光波长的第二范围；
第一输入光电二极管，用于从所述附加滤波器接收所述光波长的第一范围中的信号；以及
第二输入光电二极管，用于从所述附加滤波器接收所述光波长的第二范围中的信号。
15.根据权利要求11所述的EDFA设备，还包括:
第一输出光电二极管，用于从所述第二部分接收所述光波长的第一范围中的信号；以及
第二输出光电二极管，用于从所述第二EDFA接收所述光波长的第二范围中的信号。
16.一种放大器设备，包括:
放大器，被配置为放大光波长的第一范围中的信号，
其中，所述放大器包括:
第一部分，包括一个或多个第一光学增益组件，以及
第二部分，包括一个或多个第二光学增益组件和可变光学衰减器(VOA)；以及
滤波器，用于光波长的第一范围以及光波长的第二范围，
其中，滤波器位于所述放大器的第一部分和第二部分之间。
17.根据权利要求16所述的放大器设备，其中，所述一个或多个第一光学增益组件和所述一个或多个第二光学增益组件包括掺铒光纤。
18.根据权利要求16所述的放大器设备，其中，所述第一部分还包括所述放大器的第一多个组件，以及所述第二部分还包括所述放大器的第二多个组件，以及
其中，所述第一多个组件不同于所述第二多个组件。
19.根据权利要求16所述的放大器设备，其中，所述VOA位于所述第一部分的一个或多个第一光学增益组件和所述第二部分的一个或多个第二光学增益组件之间。
20.根据权利要求16所述的放大器设备，其中，所述第一部分还包括:
附加滤波器，用于所述光波长的第一范围和所述光波长的第二范围；
第一输入光电二极管，用于从所述附加滤波器接收所述光波长的第一范围中的信号；以及
第二输入光电二极管，用于从所述附加滤波器接收所述光波长的第二范围中的信号。
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