CN1162856A - 光放大器 - Google Patents

Abstract

一种多波长、多级的光放大器和光放大器串行连接，具有至少两个光谱不同的串联连接的增益介质(GM)，用于放大具有至少两个波长的信号。当在第一波长的信号功率大于在第二波长的信号功率时，在第一波长上的增益小于第二波长上的增益，反之亦然。该光放大器及其串行连接可以在多波长上不用任何外部的电子电路自动地实现功率和增益控制并且自动地补偿损耗斜率。该增益介质可以是均匀展宽的。

Description

光放大器

本发明涉及光放大器，和具体地涉及多波长光放大器。

光放大器(OA)预计在未来的电信系统中将要被广泛地应用。具体地讲，目前已使用了掺铒光纤放大器(EDFA)。这些放大器有可能在复杂的网络中周期性地放大通过长距离经光纤传输的光信号，而不需要再生以补偿由于长距离的传输引起的光信号的损耗。

然而，对于周期地放大的传输链路，随着高数据速率和/或长距离传输出现了一些新的特有的问题(例如，色散)。波分复用(WDW)代表了克服这些问题的一种方法。在WDM中，高数据速率是通过若干个光载波进行传输的，每个光载波具有不同的光波长，因此增加了传输的速度和容量。

我们假设一个光载波代表一个信道，以便使描述更清楚。代表信号强度的光功率在不同的信道中可以有不同的演变。如果信号被衰减和被重复地再放大，或如果它们在光网络中通过不同的路径传输，则在光放大系统中这些功率的差别可能相当地大。

这种功率的差别可以来自以下原因。

(1)在不同的信道中增益可能不同。一个进一步的困难在于：像EDFA这类均匀展宽的OA的增益变化对不同的波长是不同的。很难或几乎不可能知道OA工作在什么增益水平。尤其是因为该水平可能随着时间而改变。不过，已经论证了与波长无关的增益平坦或增益均等的EDFA，包括那些与工作条件无关的增益平坦或增益均等的EPFA。但是，增益并不是完美地平坦或均等的。在具有许多串接而联在一起级的OA的系统中，即使各个信道之间的小的增益差都是将损害系统，和导致明显的功率差别。

(2)各放大器之间的信号衰减(例如损耗)在不同的信道中是不同的，因此导致明显的功率差别。作为放大来说，衰减也会随着时间改变，而这种改变是不可预测的，并随着不同的波长而不同。

可以得出结论，在多数工作条件下，增益和衰减在若干波长上同时互相匹配是非常不可能的(相反，对于单一波长的系统只要衰减不超过各个OA的可用增益，在某些波长上这种匹配是自动实现的)。因为，可以想像，随着波长属性不同，由于不同的原因，放大器之间的损耗是变化的这种情况特别是如此。例如：这些原因可以是连接的不良、在传输通道中加入功率分路器或其它光元件、设置色散补偿光纤和增加的微弯曲损耗。事实上，由于信号功率损耗取决于波长而导致预测信号功率的不确定性，所以不可能利用类似于EDFA的均匀展宽放大器来保证提供一在放大器间损耗变化的情况下能保持平坦的增益。

即使，对于所有信道增益和损耗都总是平衡的，即，增益和损耗(包括负符号)的和对于所有信道都是0分贝，这也不能保证在所有信道上的功率是相等的。各个功率不相等可以是由于下列原因引起的。

(1)输入到系统的信号功率在不同波长上可能是不同的。

(2)在复杂的网络中利用择径，不同的信号可能通过不同的信道进行传输。除非对每个单独的信号采用某种形式的功率控制，否则当这些信号再一次组成时，它们的功率彼此将是不同的。

(3)在光路中可能使用了可调谐的光分路，它可以以一种不预定的方式有选择性地衰减各信道。

对于许多应用，如果OA能够使不同信道的功率相等(自动功率均衡)，而不是使增益相等，这将是更好的。至少，功率差应当保持在某个限度范围内。这要求具有对限度范围外的输入功率的信道的增益应当高于具有对限度范围内的功率的各信道的增益。这种作用被称为多信道自动功率控制(MAPC)。如果在一种周期放大的传输系统中获得了MAPC，则该增益能够被偿每个信道的损耗并且使每个信道得到了适当的信道功率。这被称为多信道自动增益控制MAGC。因此，该系统得到了相应的保护以阻止放大器之间损耗的变化，虽然各均衡信号功率很可能变化。

众所周知，MAPC可以在非均匀展宽的放大器中实现。但是，商品化的EDFA大多数是在室温下均匀展宽的，因此，在相当好的程度上，某一波长的增益可以唯一的与所有其它波长的增益相关联起来。所以，不能说高功率信道的增益低于低功率信道的增益。即增益取决于各个信道的波长。

相反，在非均匀展宽的放大器中，在一个波长上的增益部分地独立于其它各波长的增益。在长距离WDM中，如果在其他波长上的增益不受影响，那么至少在某种程度上在一个波长的功率变大，则导致该波长上的增益减少。这叫做增益压缩或增益饱和。另一方面，如果在另外一个波长上有压缩增益的强信号，在第一波长上可仍然能保持高增益。

在EDFA中已经建议了若干用于MAPC和MAGC的方法。

1.一种方法是依靠在非常低的温度下冷却增益介质如(EDF)。虽然这种方法被报告说工作的相当好，由冷却带来的设备上的附加的复杂性却是一个相当明显的缺点。

2.在另外一种方法中，一种双芯EDFA被用于在空间上分离不同波长通过的路径，作为整体上是有效地不均匀展宽的增益介质，但每个增益介质和每个增益介质上的各个点本身是均匀展宽的。这种方法也存在着某些缺点，例如，已经知道双芯EDFA比单芯的要产生更多的噪声，可能出现一种不希望的极化关系，可观的功率损耗量，以及双芯光纤的制造可能是困难的。

3.在另外一种方法中，被复用的各个波长被分路进入波长选择耦合器(WSC)中，并且在不同的EDF中放大。因此不同信道的增益可以被彼此分离了，它相当于一种不均匀的展宽。这种方法的缺点是放大器变得非常复杂，并且泵浦功率没有在一种有效的方式下被利用。

为了克服上述的各个问题，本发明的各优选实施例的一个目的是在引起大的损耗的系统中，例如用于长距离传输的系统中，提供能够利用不同类型的增益介质实现MAPC/MAGC的一种多波长多级光放大器。

本发明的另一个目的是提供一串行连接光放大器，在该串行连接光放大器中，用于多波长光信号传输的光放大器以串联方式连接，这样能够使串行连接放大器中的MAPC/MAGC作为一介整体。

本发明的另外一个目的是提供不同于常规放大的WDM系统的用于在预定波长范围内自动损耗斜率补偿(ALTC)的多波长串行连接光放大器。

本发明的一个方面，是提供一种光放大器系统，该系统包括多个串联连接的增益介质并被排列以放大具有多个波长的信号，其中所述增益介质至少有一些工作在饱和状态，并且不同的增益介质的光谱特性是不同的，所以它们主要作用于各个不同的波长。因此在对波长均衡分布的信号功率受到扰动的情况下，该放大器的作用能够使信号功率返回到原来所说的均衡分布。

如上所述的一种光放大器可包括一个单一的光放大器，其中所述的多个增益介质是串联连接的。

如上所述的一种光放大器可包括以串联连接的多个光放大器，每个光放大器具有所述多个增益介质中的至少一个。

最好是，所述增益介质中的一个介质包括掺铒光纤。

所述增益介质中的一个介质可以包括硅铝酸盐(aluminosilicate)掺铒光纤。

该掺铒光纤不需要是绝对纯的硅铝酸盐型，因为在硅铝酸盐光纤中少量的锗可能不会明显地影响光谱。

所述增益介质中的一个介质可以包括硅锗酸盐(germanosilicate)掺铒光纤。

该掺铒光纤不需要是绝对纯的硅锗酸盐型，因为在硅锗酸盐光纤中少量的铝可能不会明显地影响光谱。

所述增益介质中的一个介质可以包括硅磷酸盐(phosphosilicate)或硅铝磷酸盐(alumino-phosphosilicate)掺铒光纤。

可选择地，对于所述增益介质之一，在第一波长上的增益幅度大于第二波长上的增益幅度，而在另外一个所述增益介质中是相反的情况。

最好是，所述增益介质的第一个和第二个是交替串联连接的。

如上所述的光放大器系统可以被安排成在一个波长范围内进行多波长传输，其中所述增益介质的第一和第二主要与在波长范围的相对两端的波长相互作用。

最好是，所述增益介质是均匀展宽的。

如上所述的光放大器系统可以包括光限制放大器(OLA)，以增强信号功率引起的增益压缩。

如上所述的光放大器系统可以包括滤光器，以便在不同的增益介质中提供不同的增益。从而使与增益介质相关联的损失在增益幅度小的波长上较大。

最好是，在预定的各波长或各波长范围中，各个不同的增益介质的增益幅度的光谱依赖关系实质上是彼此抵消的。

一种增益介质可以是具有少量铝或不含铝的硅锗酸盐掺铒光纤，增益幅度g_p-p在1543-1549nm范围内随着波长增加，而至少另外一个增益介质的增益幅度在相同范围内减少。

这样一种光放大器系统可以适合于发送在1540-1552nm范围的波长。

其它的增益介质可以从含铝量高的硅铝锗酸盐(alumino-germanosilicate)掺铒光纤，掺磷硅酸盐掺铒光纤和磷酸盐掺铒光纤中进行选择。

为了更好地理解本发明，和表示如何使本发明的实施例可以有效地予以实施，现在将通过例子参照附图进行说明，其中：

图1表示具有多增益介质的光放大器或系统的一个例子；

图2表示基于掺铒光纤放大器(EDFA)的一种双波长环形激光器的例子；

图3表示在图2的激光器中的较低部分从输入端14到输出端19的滤光器-衰减器组合的传输光谱；

图4表示以铝含量高的硅铝锗酸盐掺铒光纤(EDF)为基质将两个EDFA组合在一起的双波长环激光器的输出光谱；

图5表示当图4所示的装置的所有衰减器的衰减降低3dB时双波长环形激光器的输出光谱；

图6表示当图4所示的装置的所有衰减器的衰减增加2dB时双波长环形激光器的输出光谱；

图7表示包括图4-6的光谱的复合输出光谱；

图8表示以两个采用铝含量高的硅铝锗酸盐EDF的EDFA组成的双波长环形激光器中当所有衰减器被均匀地变化时，两个不同波长1551.8nm和1559.8nm的输出功率；

图9表示以一个采用铝含量高的硅铝锗酸盐EDF的EDFA和一个采用高度无铝的硅锗酸盐EDF的EDFA组成的双波长环形激光器中，当所有衰减器被均匀地变化时，两个不同波长1551.8nm和1559.8nm的输出功率；

图10表示以一个采用铝含量高的硅锗酸盐EDF的EDFA和一个采用无铝硅锗酸盐EDF的EDFA组成的双波长环形激光器中，当所有衰减器被均匀地变化时，两个不同波长1541.9nm和1549.9nm的输出功率；

图11表示以两个采用铝含量高的硅锗酸盐EDF的EDFA组合而成的双波长环形激光器中，当所有衰减器被均匀地变化时，两个不同波长1541.9nm和1549.9nm的输出功率；

图12是图8-11的输出功率曲线的一个组合曲线；

图13表示在如图10所示的装置中设置的(对应于在所有衰减器中衰减器变化为0dB)参考衰减器的输出光谱；

图14表示在如图10所示的装置的所有衰减器的衰减被改变-3.0dB时的输出光谱；

图15表示在如图10所示的装置的所有衰减器被改变+3.0dB时的输出光谱；

图16表示在如图10所示的装置的所有衰减器中衰减分别变化1.0dB和2.0dB时，结合图13-15的输出光谱的双波长环形激器的组合输出光谱；

图17表示一台基于用两个高含铝量的硅铝锗酸盐EDF的EDFA的双波长环形激光器在1551.8nm和1559.8nm两个不同波长的输出功率，当只有一个图2中所示的衰减器从参考位置变化时，其仅影响两个波长中的一个。

图18表示一台基于用一个高含铝量的硅铝锗酸盐EDF的EDFA和用一个无铝的硅锗酸盐EDF的EDFA的双波长环形激光器在1551.8nm和1559.8nm两个不同波长的输出功率，当只有一个图2中所示的衰减器从参考位置变化时，其仅影响两个波长中的一个。

图19表示一台基于用一个高含铝量的硅铝锗酸盐EDF的EDFA和用一个无铝的硅锗酸盐EDF的EDFA的双波长环形激光器在1541.9nm和1549.8nm两个不同波长的输出功率，当只有一个图2中所示的衰减器从参考位置变化时，其仅影响两个波长中的一个。

图20表示一台基于用两个高含铝量的硅铝锗酸盐EDF的EDFA的双波长环形激光器在1541.9nm和1549.8nm两个不同波长的输出功率，当只有一个图2中所示的衰减器从参考位置变化时，其仅影响两个波长中的一个。

图21表示一台基于用一个高含铝量的硅铝锗酸盐EDF的EDFA和用一个无铝的硅锗酸盐EDF的EDFA的双波长环形激光器在1529.4nm和1536.2nm两个不同波长的输出功率，当只有一个图2中所示的衰减器从参考位置变化时，其仅影响两个波长中的一个。

图22是从图17-21得到的仅在一个波长上耦合输出功率按照衰减变化的组合图。

图23表示其输出如图21所示的装置中设置的(对应于在所有衰减器中衰减器变化为0dB)参考衰减器的输出光谱；

图24表示在图21中的所有衰减器的衰减被变化-5.0dB时的输出光谱；

图25表示在图21中的所有衰减器的衰减被变化+3.0dB时的输出光谱；

图26表示从图23-25得到的双波长环形激光器的输出光谱的组合图；

图27表示一个被研究的串行连接的示意图，示出k个不同波长通过150个不同链部件(CE)的串行连接，每个链部件包括两个子链部件(CE)，因此总的串行连接是300个EDFA长；

图28表示最坏信道的SNR与损耗斜率变化之间的关系，其中，用点线表示有损耗斜率偏置的系统C的结果，虚线表示没有损耗斜率偏置的系统C的结果，实线表示没有损耗斜率偏置的系统B的结果；

图29表示最坏信道的SNR与链路损耗之间的关系，其中用点线表示有损耗斜率偏置的系统C的结果，虚线表示没有损耗斜率偏置的系统C的结果，实线和点划虚线分别表示没有损耗斜率偏置的系统B和系统A的结果；

图30表示典型的OA和光限制放大器(OLA)的输出相对于输入功率的特性曲线；

图31表示在正常运转下典型的、非OLA型的交替OA的串行连接中双波长的传输；

图32表示在扰动运转下典型的、非OLA型的交替OA的串行连接中双波长的传输；

图33表示在正常运转下交替OLA的串行连接中双波长的传输；

图34表示在扰动运转下交替OLA的串行连接中双波长的传输。

以下将要描述按照本发明的一些例子通过利用不同类型的增益介质从而实现MAPC/MAGC的光传输链路、光传输网络、光放大器、和多波长激光器。

图1是本发明的一个例子的示意图。它包括至少两种不同的依赖于至少两种不同波长的增益介质(GM)。该增益介质由光学或其它方式分开地或集中地泵浦，并通过线性或非线性衰减介质如传输光纤而彼此分离。而且，各个衰减部件被有选择地插入到该增益介质中。

图1是一个概括图。可以认为其所有部件是作为一个单一光放大器的一部分。这样，图1代表了一个用于MAPC/MAGC的光放大器。该放大器可以被认为是一个单一的物理单元。换句话说，我们可以把图1中的所有部件放到一个盒子里，该盒子将是一个用于MAPC/MAGC的OA。另外一种情况下，至少增益介质之间的部分损耗是由传输光纤引起的。在这种情况下，图1可以代表由两个延伸的传输光纤分隔开的三个光放大器(其中每个典型地构成一个单独泵浦的物理单元)。这样，图1实际上等效于具有固有MAGC/MAPC/ALTC能力的传输链路或网络的一部分。另一方面，如果图1的信号输出口连接到其信号输入口(在二者之间利用一个输出耦合器和或许另一个衰减部件)，这样就形成了一个环形激光器腔，图1代表一个具有MAPC的多波长激光器。

为了规定或改变运转条件，在不同增益介质之间发生增益自动分配或再分配，使得该装置对于激光器实现MAPC以及对于WDM实现MAPC或ALTC。对于本发明的一个例子的主要的要求如下。

1.对于WDM的MAPC或ALTC

如果图1的构型(或不同构型的组合)是串行连接的(在其间有传输光纤)，则产生的传输链路将能够同时支持至少两个波长的传输。具体地，在该串行连接中的传输在某种程度上，不受各放大器之间的与波长无关和与波长有关的损耗的变化的影响。另外，它具有某些功率均衡的能力。

2.对于激光器MAPC

如果图1的OA或按照图1的不同OA的组合构成一个激光器的基本部分，则该激光器能够同时在多于一个波长发射(激光)。具体地，该激光器在某种程度上，不受腔中与波长无关和与波长有关的损耗变化的影响。

规范要求，在一个波长上的增益并不唯一地与另外的波长上的增益有关。假设该增益介质是均匀展宽的，下面将描述在均匀展宽的增益介质中，增益是怎样计算的。基于这种描述，将表示出装置是怎样构成的，以至于总增益能够在不同的均匀展宽的增益介质之间重新分配从而以这种方式实现上面的规范。

对于基于单个的均匀展宽的增益介质的OA，在波长为λ的增益G(以dB为单位)可以写为

G(n₂，λ)=[g^*(λ)n₂-α(λ)(1-n₂)]L-f(λ)=g_p-p(λ)n₂L-α(λ)L-f(λ)                                       ……(1)

其中L是增益介质的长度，α(λ)是以分贝/米表示的增益介质的吸收光谱系数，g^*(λ)以分贝/米为单位是介质在完全反转的情况下的增益，g_p-p(λ)=[g^*(λ)+α(λ)]是以分贝/米为单位的增益幅度，n₂是激励程度，即被激发的亚稳态的放大中心数(例如Er³⁺离子)与总的中心数的比，f(λ)是由例如在OA之前、之后或该OA内部的滤光器引起的附加损耗。在网络中，f(λ)还可以代表在OA之前或之后的光纤中的传输损耗，以及分路损耗和其它损耗。如果n₂在传播光束的横向和纵向坐标上被适当地平均，方程(1)将等于更精确然而更复杂的包括显含纵横坐标积分的表达式。为当前的目的，对于一个给定的OA，L、α、(λ)、和g^*(λ)是不随时间改变的固有特性。因此，对于一个给定的均匀展宽的OA，对任何的和所有的波长的增益是由n₂值确定的，而n₂取决于输入的泵浦和信号功率光谱。在n₂的一个固定值上的增益(光谱)被称为锁定反转(L1)增益(光谱)。在方程(1)中已假设只有基状和亚稳态布居了。对于许多实际的增益介质，这是一个合理的近似。如果其它的能级可以明显地布居，则应引入额外的自由度。这个额外的自由度并不明显地影响增益的均匀特性，这里给出的主要结果仍是有效的。

虽然在上面的描述中假设损耗改变而α和g^*都是常数，本专业的技术人员将认识到，所描述的例子将不受如温度变化所引起的α和g^*的变化的影响。从下面的方程6和7明显看出，α和g^*也可以有一些量的变化不致使G_2，1或G_1，2变为小于0。

在本说明书中，我们将假设n₂与波长无关。如果进行放大的铒离子被限制在单模光纤的芯中，这对于实际的EDFA是一个很好的假设。由与波长有关的n₂引入的不均匀性像其它所有不均匀性一样改善MAPC。

因此，利用与波长无关的n₂，由方程(1)得到对于一个波长上的信号给定增益值，在另外一个波长上仅有一个取决于波长的增益值是有可能的。这个增益可能高于或低于在第一波长上的增益，并且只要在第一波长上的增益是固定的，则各个信道之间的功率分布就无关紧要。所以MAPC、MAGC、和ALTC是不可能的。

如果在链路或网络中所有的OA是由具有相同光谱特性g^*(λ)和α(λ)的增益介质制成的，则方程(1)能够应用到所有的链路和网络。因此，在以相同类型的均匀展宽增益介质进行放大的网络中没有MAPC、MAGC、或ALTC是可能的。

从方程(1)得到随n₂的增益变化：

δG(n₂，λ)/δn₂=[g^*(λ)+α(λ)]L=g_p-p(λ)L  …(2)

因此，(锁定反转)的增益在一个波长λ₁的变化△G₁按照下式与在另外的波长λ₂上增益的变化△G₂(LI)有关：

△G₁/△G₂=g_p-p(λ₁)/g_p-p(λ₂)                       ……(3)

在使用若干不同类型均匀展宽增益介质的情况下，总增益不能由方程(1)或者由单一的n₂值来描述。而代之以k个不同的增益介质或增益介质类型中每一个来描述。该增益可以写为：G(λ、n_2，1、n_2，2、…、n_2，i…、n_2，k)= $\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}[{g_i}^{*}\left(\mathrm{\λ}\right)n_{2,i}-{\mathrm{\α}}_i\left(\mathrm{\λ}\right)(1-n_{2,i})]L_i-f\left(\mathrm{\λ}\right)...\left(4\right)$

其中各个符号具有和方程(1)中相同的含义，除了加上下标以区分涉及各个不同增益介质的类型。例如f(λ)，以分贝为单位，是对所考虑的传输路径中各种可能的滤波器和/或背景损耗等的总和。从基本的线性代数，方程(4)一般的说允许在K个不同的波长(只要条件0＜n₂，i＜1对所有的i∈[1，k]满足)有任意个独立的增益值。在增益介质中的激励程度是由输入该介质的信号和泵浦功率确定的。在OA的串行连接中，这些功率又取决于各个OA的本身和它们之间的损耗。

本发明的当前例子的核心是提供一种在不同增益介质之间自动地(再)分配增益的OA系统，使得MAPC和ALTC的规范得到满足，而且不依赖于任何光功率的监视或某些部件的电子控制。

下面，将描述这样一种系统。

图2表示基于EDFA的一种环形激光器。两个可调谐带通滤光器15和16控制激光的波长，并且通过调节各衰减器，可以在一个或两个予定的波长下得到激光或根本没有激光。图3表示从图2的下部的Y分支14到Y分支19的滤光器--衰减器组合的传输结果。

对各衰减器进行调整，使得同时在两个波长上产生激光并在两个波长以近似于相同的耦合输出功率。然后，对若干衰减器的衰减进行调整，并且对耦合输出的功率的变化进行测量。图4-6表示当所有的衰减器以相同的量一起被改变时输出光谱是怎样改变的。在这种情况下，两个EDFA是基于相同类型的增益介质，即，铝含量高的硅锗酸盐EDF。激光波长是1551.8nm和1559.8nm。在图4中，各功率是近似相等的。在图5中，在所有衰减器中的衰减量被减少3.0dB，这导致在长波长(1559.8nm)上的功率增加，而在短波长(1551.8nm)上的功率大大减少。另一方面，在图6中，在所有衰减器中的衰减量从图4的位置被减少2.0dB，这导致在相应功率上的相反的影响。在图7中表示包括图4-6的双波长环形激光器的输出光谱。

在图8中，描绘出两个波长上的功率随着衰减量的变化。所有的衰减器的衰减量是从图4的参考位置上以相等的量变化。应当注意，腔体损耗的增加使产生的激光EDFA的峰值增益向短波长方向移动。这是基于类似的增益介质的串行连接EDFA的一种正常效应。这意味着不能在各EDFA之间的不同衰减值的整个范围内保持发射两个不同波长的激光。

图9表示基于不同的增益介质，即基于铝含量高的硅铝锗酸盐EDF的EDFA A和基于无铝硅锗酸盐EDF的EDFA B的情况下，当双波长环形激光器的衰减变化时的输出功率。图9的曲线类似于图8甚至比图8的更差。

图10表示当激光的波长已经变化到1541.9nm和1549.9nm时的输出功率。这里，虽然衰减改变了，但是直到大约同时在两个波长上的功率变得可以忽略地小而激光却一直保持在两个波长上。

图12表示按照衰减变化的对应于图8-10的各个装置的耦合光输出功率。

图13-15表示图10的装置的耦合输出光谱的一些例子。图13表示当各衰减器的衰减量被调整到使在两个波长上给出几乎相同的功率时产生的输出功率光谱。在图14中，各个衰减器的衰减量被一致地递减3dB，在图15中则被从图13的位置上增加3dB。在图15中，虽然实际已不发射激光但并不表示象图8和图9那样激光将在较低的衰减下停止。这是一个新的和意想不到的结果。

图11表示基于两个铝含量高的EDF的如图10和图13-15所示的保持相同波长的结果。虽然不像在图10中那样明显但是与图8比较可以看出有一个改善。

图16表示双波长环形激光器在对应于图13--15的装置的所有衰减器的衰减量变化为1.0和2.0dB时的输出光谱。

总之，对于图10和对于图13--16的装置，如果在两个波长上各放大器的衰减变化相等的量，则在两个波长上的功率保持大致相同。该装置代表了得到这个重要特性的一种新的方法。

为了了解如果衰减量仅在一个波长变化时会发生什么现象，在与图8相同条件下测量到如图17中的曲线，在这里仅一个衰减器被改变，该变化影响两个激光波长中的一个波长上的衰减。明显地在两个波长上的显著的功率输出在衰减变化1dB的范围上没有变化。对应于图9的图18与图17比较没有改善。但是，对应于图10的图19表现出明显的改善，在两个波长上产生激光的衰减范围是大约在图17和图18中的两倍那么大。与图7一样，在波长1541.9nm和1549.8nm上交替的EDFA方案表示出明显比较好的特性。对应于图11的图20和波长移位再次表示出一种改善，但是没有象图19那样显著。

最后，使用了与对应于图9、10、18和19的装置相同的EDFA组合，但是是在波长1529.4nm和1536.2nm上。这意味着在一个EDF中近似地得到在一个波长的增益幅度最大值，而在其它波长增益幅度的峰值是在其它EDF中得到的。因此，如图21所示，可以看出一个明显的改善。即使在一个信道衰减量被改变8dB，激光功率变化也不大于9dB。这是对于均匀展宽增益介质的一种新的和意想不到的结果，该结果清楚地表示出该装置补偿取决于波长的损耗的潜在能力。

或许可能注意到，图22的组合曲线代表了在增加衰减一侧的G_2，1的直接测量(G_2，1结合方程(5)在下面定义)

激光器	λ1[nm]	λ2[nm]	G2.1[dB]
				I(LF)	1541.9	1549.8	0.4
II(LE)	1559.9	1551.8	0.9
				III(LA)	1541.9	1549.8	1.0
IV(LD)	1559.9	1551.8	0.6
				V(LG)	1529.4	1536.2	＞2.5

图23-25表示在对应于图21的装置中应用不同的衰减器设置时的一些输出光谱。

总之，我们可以归纳出，双波长激光对腔损耗的不敏感性可以通过采用两个基于不同类型EDF的EDFA而大大地改善并且强烈地依赖于波长的选择。

同时，将要描述在双波长激光的情况下利用两种不同的增益介质构成OA的方式。在这个例子中，每个OA仅由一种类型的增益介质构成。图2表示这样一种系统的例子，虽然各放大器之间的损耗可以是任何光谱形状的。假设系统可以在所讨论的两个波长中的一个、两个或者一个都没有上发射激光，并且导出系统必须在两个波长发射激光的条件。为了抑制在其它各波长的功率，进行滤波可能是需要的，从而保证系统在那些波长不发射激光。

当在增益介质中的小信号增益大到足以补偿在两个波长的损耗时，该激光器的增益高于阀值，并将在至少一个波长和有可能在两个波长发射激光。假设该激光器仅在λ₁发射激光。我们希望找到这个不是稳定状态的腔体。这是在如果λ₂的增益高于损耗的情况。因此，我们希望找到这种腔体，在这些腔体中仅在λ₁发射激光将意味着在λ₂的增益高于发射激光的阀值，反之亦然。利用方程(1)，以f(λ)代表从一个OA的输出端到下一个OA的输出端的所有剩余损耗，激励程度n₂可以按照下式分别在两个OA中得到：

n₂ ^A，B＝(f₁ ^A，B+α₁ ^A，BL^A，B+G_1，1 ^A，B)/L^A，Bg_p-p，1 ^A，B  …(5)

其中下标“1”表示涉及λ₁的值。这里，G_1，1 ^A，B是从OA(A)的输出端到OA(B)的输出端的以dB表示的总增益。因此G_1，1 ^A表示在OA A和OA B之间的以dBm表示的输出功率差。这对于两个增益介质在等泵浦功率的典型情况下，工作在饱和状态下的各放大器来说，可以认为是很小的。另外，因为我们假设该激光器在λ₁产生激光，为了在λ₁增益等于损耗G_1，1 ^A必须等于-G_1，1 ^B。

这里，“剩余损耗”意味着不包括在谐振Er³⁺吸收αL中的所有损耗。

假设在λ₁发射激光的情况下，在两个串行连接OA中在λ₂的腔增益G_2，1由下面公式给出：

G_2、1＝G_2，1 ^A+G_2，1 ^B

     ＝(f₁ ^A+α₁ ^AL^A)g_p-p，2^A/g_p-p，1^A-(f₂ ^A+α₂ ^AL^A)

     +(f₁ ^B+α₁ ^BL^B)g_p-p，2^B/g_p-p，1^B-(f₂ ^B+α₂ ^BL^B)

     +G_1，1 ^A，(g_p-p，2^A/g_p-p，1^A-g_p-p，2^B/g_p-p，1^B)     ……(6)

这里，如果G_2，1＜0，则λ₂的光将被放大，而仅在λ₁发射激光的假设将无效。然后再假设激光器在λ₂下发射激光。

在λ₂的环路增益G_1，2由下式给出：

G_1、2＝(f₂ ^A+α₂ ^AL^A)g_p-p，1^A/g_p-p，2^A-(f₁ ^A+α₁ ^AL^A)

    +(f₂ ^B+α₂ ^BL^B)g_p-p，1^B/g_p-p，2^B-(f₁ ^B+α₁ ^BL^B)

    +G_2，2 ^A，(g_p-p，1^A/g_p-p，2^A-g_p-p，1^B/g_p-p，2^B)      ……(7)

这里，如果G_1，2也＞0，在λ₁发射的激光将被放大，并且在λ₂发射激光的假设也将不是一个稳定解。因此，明显看出该激光器必须在两个波长发射激光。清楚地看到，若两个波长都产生激光则方程(6)和(7)的值应大于零。

下面接着描述如何使G_1、2和G_2、1做的大。对于G_1，2和G_2，1值大的腔，其它参数(损耗)可以在不使G_1，2或G_2，1为负的情况下充分地改变，在此情况下仅一个波长能够发射激光。下面是可使G_1，2和G_2，1增加的一些方式。

1.等于单一增益介质的情况下，如果其增益幅度小于在其它波长上的增益幅度，在一个波长上的吸收系数α应该是大的。而且，如果存在这样的情况，则长度L应该大。否则从这个观点来看长度应小。

2.在g_p-p是小的情况下，在一个OA前和内部的损耗f应该大。这可以利用一个滤光器来实现。这意味着应当利用滤光器得到在不同放大器中具有峰值的增益而不是使每一个放大器有平坦的增益。这个峰值将发生在不同放大器中的不同波长上。

3.如果该激光器被制成仅在一个波长上发射激光，例如，通过挡住其它波长的光，在g_{p-p发射激光的}/g_{p-p被阻挡的}大的(与其它的OA比较)OA中，发射激光的波长上的增益应会增加，而在其它OA中增益降低。换句话说，增益应重新分配给在发射激光的波长上增益幅度相对小的OA，数学上这可以被表示为在方程6中的

G_1，1 ^A(g_p-p，2 ^A/g_p-p，1 ^A-g_p-p，2 ^B/g_p-p，1 ^B)

=G_1，1 ^Ag_p-p，2 ^A/g_p-p，1 ^A+G_1，1 ^Bg_p-p，2 ^B/g_p-p，1 ^B

要尽可能的大。

(在方程7中的等效表达式也尽可能地大)。但是，对于许多放大器的设计，这个量将是负的。在这样一些情况下，通过衰减进入放大器途中的信号，可以修改放大器的设计使其成为所谓光限制放大器(OLA)。因此，OLA可以被用于增强信号一功率所引入的增益压缩。

4.当仅存在一个信号时，使不同类型的OA之间的增益相等的非常简单的一种方法是将一种类型的若干OA与紧接着的另外一种类型的若干OA串行连接。如已经描述的那样，对于许多放大器的串行连接来说，G_1，1 ^A(g_p-p,2 ^A/g_p-p，1 ^A-g_p-p，2 ^B/g_p-p，1 ^B)值将是负的。如果这样一些放大器以十个放大器为周期串行连接而不是以两个放大器为周期(OA A-OA B-OA A-OA B…序列)串行连接，则增益G_1，1 ^A在每一个放大器中的差别变得更小，因为这时输出功率的差变成被分成五份。

5.增益介质的光谱将满足下列不等式：

(g_p-p，2 ^A/g_p-p，1 ^A)(g_p-p，2 ^B/g_p-p，1 ^B)＜0    …(8)

如果不等式(8)被满足，则容易同时优化G_1，2和G_2，1。非常重要的一点是，如果g_p-p，2 ^A/g_p-p，1 ^A=g_p-p，2 ^B/g_p-p，1 ^B，则各个放大器之间不依赖于波长的损耗可以以非常的量(但相等的)变化，而不使方程6或者方程7变为负的。因此，应当如此选择增益介质，使得每个波长，对比其它波长的增益幅度，在一个增益介质中增益幅度最大的，而在其它增益介质中增益幅度是小的。

实现这个的一种方法是让一个波长处于一种增益介质的峰值增益幅度附近而另一个波长处于另外一介质的峰值增益幅度附近。

2)对于EDFA，希望其工作在小信号增益峰值的长波长一侧。这里，大多数类型的EDF中增益是随着波长的增加而稳定地减少。但是，这种情况不适合硅锗酸盐EDF；硅锗酸盐EDF在1550nm具有第二增益幅度峰值。比如说1542nm和1550nm之间，增益幅度是随着波长增加的。因此，如果波长位于，比如说1540nm和1552nm之间，且其中有一个EDF是硅锗酸盐EDF类型的情况下，不等式(8)可以满足。其它增益介质可以是，例如，铝含量高的硅铝锗酸盐EDF或磷共同搀杂的EDF。

3)一般来说，基于晶体基质呈现一种“峰值”光谱的OA可能适合于MAPC。如果一个信号与一个峰值相一致同时另外一个信号落在两峰值之间，而相反的状态普遍发生在另外一个增益介质中，在两个波长的增益就会大大的去耦合。峰值的尖锐特性能使得通过不同的、不重合的峰来使用多种不同基质。

上述讨论中是假设对于所有类型的OA的泵浦功率是相等的。但是，这样做并不是必要的。不同的泵浦功率也可以用于不同类型的EDFA。在这种情况下，  G_1，1 ^A、G_1，1 ^B、G_2，2 ^A和G_2，2 ^B将不再是小的数量，因为饱和输出功率很强地取决于(在dBm范围内近似线性)泵浦功率。如果适当地考虑了饱和功率的不同，则在这样一种情况下上述的分析也是可以利用的。事实上，在优化方程6和7的设计中，饱和输出功率和OA的泵浦功率将非常可能是不同的。为了简单起见，在任何情况下我们都假设饱和功率是相等的。

此时，将讨论高损耗，即长距离WDM传输。对于WDM传输的情况传输通路中的损耗将是高的，许多OA需要被串联以补偿这种损耗。为了保持信号的功率水平，增益必须精确地补偿损耗，就像在上述的环形激光器一样。因此，用于实现增强的多波长激光的方法也可以应用到WDM传输。然后，图1的OA以近似周期性方式被重复。如果OA是不同类型的，则它们可以以近似于交替变换的形式被插入到传输通路中。例如，图2的环形激光器可以被在任意点“切开”。然后，得到的所谓链单元(CE)可以被串行连接到传输链路。然后，由衰减器带来的衰减的一些或全部将被在传输光纤中的衰减代替。

除了结合激光器所讨论的问题以外，还必须考虑一些其它的问题。首先，在系统中可能出现信号功率的差别，因为信号被在系统中交换进入和送出，或者具有不同功率的信号被输入。不同的功率在低功率的信道中导致小的信噪比(SNR)，这是所不希望的。因此，信号功率应当相等。如果在弱信道中的信号功率是如此的弱以至于它不能使放大器饱和，同时在另外的波长上信号功率强的足以使在两个增益介质的增益在该波长上一致，则在一对增益介质中功率均衡的量是直接由方程(6)和(7)给出的。

而且，在信号传输中，噪声应当是低的。此外，当信号在OA的串行连接中的传播类似于信号在环形激光器中一圈接一圈地传输时，OA和中间介质的损耗不再是完美地周期性的。尽管如此，还是假设该系统是完美地周期性的。这样，对于环形激光器的设计准则也可以应用到这种情况。虽然来自周期性方案的偏差干扰信号的功率，但是来自上述技术的MAPC或ALTC会复制这种干扰。在任何情况下，噪声都将增加。

即使利用一种完美的周期性方案，与一个波长的传输相比较，SNR都将会增加。一般来说，SNR主要是由输入OA的功率确定的。首先，假设总的信号功率是限定的，在WDM的情况下该功率不得不在，比如说，两个信道分配。这使每个信道的信号功率降低3dB，并且SNR也降低大约同样的值。另外，如果信号功率不是同等地分配到各个信道的话，SNR的恶化则更为严重。如果两个信道中的功率差是一个常数并且信号功率在两个信道之间振荡时就正是这种情况。

最后，在OA中的剩余噪声可能有点增加。这里，WDM传输对OA提出了一些额外的要求，因此在放大器的设计中的自由度有些下降。与单一波长传输相比这可能导致较高的剩余噪声。尽管如此，可以利用一些已知的方法降低噪声，包括较小的间隔、即，各个放大器之间的较低的损耗。

现在，将要描述如何使功率变化保持在一个最小值。

如前所述，当一个信道开始衰弱时，双波长激光器正常工作是通过在各个OA之间重新分配增益来保证的。在仅一个信道的情况下，在处于强信道波长上(G_1，1 ^A、G_1，1 ^B、G_2，2 ^A和G_2，2 ^B全都是很小的值)的情况下，两个OA中的增益变得近似相等。因为重新分配使增益相等，所以在没有信道衰弱的正常运转条件下的增益必须不相等。这又意味着，对于一个给定信道在正常运转条件下，从各个OA的输出功率对于类型A和类型B的OA必须不同。对于一个给定的在各放大器之间的最小损耗，这意味着加到一个OA的输入功率要低于在其它情况下的输入功率。这降低了SNR。如果对于两种类型的OA在两个波长的增益是相同的，这将是更好的。但是，当仅有一个信号占优势时，只要OA之间增益近似相等的这种典型情况存在，则当一个信号衰弱时，则增益的重新分配不可能发生。OLA代表了一种打破正常规律的方式：随着一个信号逐渐衰落(可以被忽略不计)和因此仅有一个强信号保持，一个较大的输入功率在一个具有有效限制的OA(比如说A)中产生一个较小的输出功率，相反情况出现在OA B中。因此，OLA允许在主要功率信道上在OA之间发展不等同的增益，并且因此，OLA可以允许所需要的增益分配，即使是在正常运转条件下增益在各OA之间被均匀分配。

然而OLA还存在一些缺点：首先，仅存在一个信号增益的振荡行为使链路比其它情况的噪声大。由于同样的原因，当一个信道变弱时，两个信道的噪声比其它情况要大。此外，OLA取决于引入到OA的额外的损耗。在一个OLA中，主要的功率量就这样丢失了。较低的功率水平将导致噪声更大的系统。

十分清楚，各放大器增益的必要的重新分配意味着该链路与在某些运转条件下相比噪声更大。从这一观点来看，如果增益在每个放大器中的不同增益介质之间重新分配，将会更好。因此，使用至少包括两种类型的增益介质的OA(所谓混合OA)在这里是有益的。增益介质可以以不同的方式有选择性地组合，从而形成至少两种类型的不同OA。该OA可以以一种交替变化的方式有选择性地串行连接。

文献中有许多混合EDFA的例子。但是，对于这些混合EDFA来说，除了利用某种电子控制，例如通过改变它们的泵浦功率来改变不同增益介质中的增益外，在这些装置中还没有证实MAPC/MAGC的。而且，它们并没有按照这个文件中的描述进行设计，从而不能期望有MAPC/MAGC。

上述描述了波长个数和增益介质个数一样多情况下的MAPC。方程(4)提供了一个良好的原因，即：根据方程(4)，增益不能在多于增益介质的波长上独立地改变。当波长的数量增长时，对于每个波长来说具有一合适类型的增益介质，并将它们组合到一个链路中，用于稳定的WDM传输或产生激光是一件困难的事情。然而，即使用例如两种增益介质，多波长传输和发射激光也能从所描述的方案中得到裨益。即使，方程(4)不能使增益在所有的波长上获得完美的补偿，但在传输中增益和损耗之间的差异也小于先有技术的情况。例如，在一个波长范围内以一恒定的速率随着波长变化的损耗(一种恒定的损耗斜率)可以在该范围内的所有波长上利用其中增益随着波长以恒定的速率变化(一种恒定的增益斜率)的增益介质完美地补偿。公开在这里的OA可以补偿各种损耗，即使是取决于波长变化的损耗。由于这种或那种原因，损耗斜率可能偏离系统设计的假设的损耗斜率。在传统的均匀展宽的OA的串行连接中，这将破坏在所述整个波长范围内增益-损耗匹配的要求，从而它们不能被用于WDM的传输中。与基于均匀展宽增益介质的先有技术的OA不同，公开在这里的OA可以自动地调整它们(全部的)的增益斜率，以补偿任何损耗斜率的偏移。我们称这种特点为“自动损耗斜率补偿”(ALTC)。

因此，按照本发明的优选实施例，光放大器及其串行连接能够不需要任何外部电子电路而自动地实现在多波长下的功率和增益控制以及自动补偿损耗斜率。

为了进一步说明这一点，考虑图27的例子。它描述了长距离、多波长的光放大传输链路。一组信号被发射由300个EDFA组成的链路中，每个EDFA前有一段传输光纤。在每个EDFA中包括一个光隔离器，从而防止从给定的EDFA中的任何光到达前面的各EDFA。另外，带通和增益平滑滤光器位于各个EDFA之前。各EDFA或者是相同的(基于无锗硅铝酸盐EDF)，或者每个第二EDFA是基于硅锗酸盐EDF，而硅铝酸盐EDF被用于其它的EDFA中。传输链路是在每个或每第二个EDFA精确地重复。我们将该链路划分为各个链元件(CE)，所以一个CE始于一个EDFA的输出且结束于紧接着的第二个EDFA的输出。因此，该串行连接包括150个CE，每个CE包括两段传输光纤、两个EDFA、和多个滤光器。同样，我们将每个CE划分为两个子-CE，每个子-CE包括一段传输光纤、选择的滤光器和紧接着的EDFA。我们按照下面表ALTC1的三种可能的组态进行研究。

                                  表ALTC1

系统	串行连接的类型	带通滤波器的波长范围	增益平滑滤光器的位置
				A	硅铝酸盐EDFA的同类串行连接	1553-1559nm	在每个子-CE中
B	硅铝酸盐-和硅锗酸盐-EDFA交替的串行连接	1553-1559nm	在每个子-CE中
				C	硅铝酸盐-和硅锗酸盐-EDFA交替的串行连接	1553-1559nm	仅在具有硅铝酸盐EDFA的子-CE中

这里，系统A是一种典型的非交替的先有技术的系统。系统B是具有交替类型的EDFA的系统，但是在该串行连接所发射的波长范围内的任何两个波长上系统B不能使方程6和7同时大于零，尤其是，它不能满足方程8。最后，系统C是本说明书所建议的交替EDFA类型的串行连接。它对于在其发射的波长范围内的所有波长都满足方程8。所有系统被设计成10dB的链路损耗，没有任何链路损耗斜率。在所有的情况下，发射到该串行连接的信号功率是每信道0.2mW。信道的分离是50GHz。取决于使用的带通滤光器的宽度，总的输入信号功率是3mW或3.2mW(对于系统A和B发射15个信道，对于系统C发射16个信道)。

图28表示所接收到的15或16信道的最大噪声的光SNR是怎样取决于系统B和C的链路损耗的斜率的模拟结果。(系统A的性能类似于系统B.)。与波长无关的链路损耗的部分是10dB。对于系统B，图28表示由损耗斜率的变化引入的最差一信道SNR的恶化在损耗斜率仅为0.028dB/nm的范围内小于10dB。对于系统，该范围是0.053dB/nm，即，大约是两倍那么大。再有，系统C的结果通过以适合ALTC的形式实现第26页的第2点可以进一步改善。我们称这为“损耗斜率偏置”。具体地，图28表示损耗斜率的范围，利用损耗斜率偏置可以得到0.88dB/nm那么大的斜率范围，在该范围内最差信道恶化低于10dB。这表示比系统B三倍的改善。

图29表示最差信道SNR对与波长无关的链路损耗变化的依赖关系。系统C和系统A和B之间的性能变化是十分明显的：当以前系统的最差SNR随着链路损耗的增加缓慢降低时，当链路损耗偏离设计值10dB时，系统A和B的SNR迅速降低。这“证明”在第26页第32行到第27页第2行的“要求”。

其结论是：

*先有技术的串行连接(系统A)对与波长无关的链路损耗的变化和损耗的斜率都非常敏感。

*交替EDFA的串行连接对于实现ALTC(参照系统B)是不够的；还要求有这里描述的附加测量(没有或特别具有损耗斜率偏置的系统C)。

因为OLA提供令人感兴趣的可能性和优点，现在将参照图27到31描述一些例子。OLA的一个优点是它可以使增益介质之间的增益重新分配比其它情况更便利。

图30表示对于典型的OA和光限制放大器(OLA)的输出对输入功率的特性曲线。对于OLA，输出功率在某一范围内可以随着输入功率的增加而减小。对于典型的OA，输出功率总是随着输入功率的增加而增加。

图31表示在典型的非OLA型的交替OA的一种串行连接中的双波长传输。该图描述了一种正常的运转。对于信道1(实线)，OA B中的增益大于OA A的增益(而对于信道2反之亦然)。但是，对于两个信道，最小功率小于最小总功率的一半。这个“不必要”的低的最小信道功率与理想状态(图33中描述的)相比较降低了信噪比。

图32表示在在典型的非OLA型的交替OA的一种串行连接中的双波长传输。该图描述了当一个信道(#2)中的信道由于某种原因被衰弱时受到扰动的运转。现在，由于OA A和OA B的相似的输出功率，信道1的增益在两个不同类型的OA中近似相等。因此，在不影响信道1(在该串行连接的两个OA期间它的功率是常数)的总增益的情况下，增益从OA B向OA A重新分配。比如说，这个重新分配是2dB。信道2的功率也被粗略地表示。利用在两个OA中的两个波长上的适当的增益幅度特性，该增益重新分配结果是：在OA B中信道2的增益增加2.5dB，而在OA A中信道2的增益降低1.8dB。因此如图所示，在信道2中的功率增加了。

图33表示在交替OLA的串行连接中的双波长传输。该图表示了在两个OA和在两个信道中增益相等的条件下的正常运转。因此，总功率在各个信道之间总是被均匀地分配，从信-噪比的观点来看总是最好的状态。

图34表示在交替OLA的串行连接中的双波长传输。该图表示当在一个信道(#2)中的信道由于某种原因被衰弱时受到扰动的运转。OLA的特性(图37)导致从OA B到OA A的功率占优势的信道1的增益重新分配，正如图32所示，在功率欠缺的信道2中产生纯平均增益。从SNR的观点上，OLA的优点则是在正常条件下SNR被“最大化”。正如这个图中所示，一个小的缺点是在不正常的条件下该串行连接变得有噪声了。这是由于当信道1的输入功率变高时，OA B的较低的输出功率所至。(这里，我们还假设OA B主要地限制信道1，和OA A主要地限制信道2)。这样一个取决于信道的限制(实际上，取决于波长的限制)在实际中容易实现。

应很高兴地看到一般来说，这里用于离散波长传输所采用的和建议的设计和工艺可以适用于在一个特定波长范围的所有频率范围的传输。另外，一般来说，这里用于多波长传输所采用的和建议的设计和工艺可以容易地适用于多波长激光器。

在本说明书中，动词“包括(comprise)”具有其标准的字典含义，表示不排它地包含。也就是说，该“包括”一词的使用(或任何它的导出词)包括一个特征或多个特征，但是不排除还包括另外的一些特征的可能性。

读者的注意力被引导到与这份申请相关且与这份说明书同时或在其之前提交的所有的文章和文献中，这些文章和文献与这份说明书一起公开以利于公众监督。所有这些文章和文献的内容被援引在此，以资参考。

在这份说明书中所公开的所有特征(包括任何从属权利要求、摘要和各个附图)，和/或所公开的任何方法或工艺的所有步骤可以以任何的组合方式进行组合，但是除了至少这样的特征和/或步骤是相互排它的那样一些组合以外。

在本说明书中所公开的每个特征(包括任何从属权利要求、摘要和各个附图)可以被用于相同的、等效的或类似目的的可替换的特征来代替，除非明显地说明是另外一种目的。因此，除非明显地说明是另外一种目的，所公开的每个特征都仅仅是一系列等效或类似的特征的一个例子。

本发明不限制于上述各个实施例的细节。本发明意欲包括公开在本说明书中(包括任何从属权利要求、摘要和各个附图)的各个特征的任何新颖的一个，或任何新颖的组合，或者所公开的任何方法和工艺的步骤的任何新颖的一个，或任何新颖的组合。

Claims (18)

1.一种光放大器包括：以串联连接并被安置以放大具有多个波长的信号的多个增益介质，其中至少一些所述增益介质工作在饱和状态，并且不同增益介质在光谱上是不同的，所以这些增益介质主要与不同的波长相互作用，使得在来自各波长之间均匀分布的信号功率受到扰动的情况下，该光放大器系统起到使信号功率朝着所述均匀分布的方向返回的作用。

2.按照权利要求1的光放大器系统，包括：一个单一的光放大器，在该光放大器中所述多个增益介质是被串联连接的。

3.按照权利要求1的光放大器系统，包括多个串联连接的光放大器，每个光放大器至少具有所述多个增益介质中的一个。

4.按照权利要求1、2或3的光放大器系统，其中所述增益介质中的一个包括一个掺铒光纤。

5.按照权利要求4的光放大器系统，其中所述增益介质中的一个包括硅铝酸盐掺铒光纤。

6.按照权利要求4或5的光放大器系统，其中所述增益介质中的一个包括硅锗酸盐掺铒光纤。

7.按照权利要求4、5或6的光放大器系统，其中所述增益介质中的一个包括硅磷酸盐或硅铝磷酸盐掺铒光纤。

8.按照前面任何一个权利要求的光放大器系统，其中，对于所述各增益介质中的一个，在第一波长的增益幅度大于在第二波长的增益幅度，而在所述增益介质的另外一个，在第二波长的增益幅度大于在第一波长的增益幅度。

9.按照前面任何一个权利要求的光放大器系统，其中，所述第一和第二增益介质是以串联形式交替地被连接在一起的。

10.按照前面任何一个权利要求的光放大器系统，被安置用于在一个波长范围内多波长传输，其中所述第一和第二增益介质主要与该波长范围中相反的各个对应端的波长相互作用。

11.按照前面任何一个权利要求的光放大器系统，其中所述增益介质是均匀展宽的。

12.按照前面任何一个权利要求的光放大器系统，包括光限制放大器(OLA)以增强信号功率引起的增益压缩。

13.按照前面任何一个权利要求的光放大器系统，包括一些滤光器，用于在不同的增益介质中提供不同的增益特性，使得与这些增益介质的每一个相联系的各自的损耗在相应增益幅度小的波长上是大的。

14.按照前面任何一个权利要求的光放大器系统，其中在预定的各个波长或范围上，在各不同的增益介质中依赖于增益幅度的光谱基本上是相互抵消的。

15.按照权利要求14的光放大器系统，其中各增益介质中的一个是具有少量或没有铝含量的硅锗酸盐掺铒光纤，这样使得增益幅度g_p-p在1543到1549nm范围内随着波长增加而增加，而该g_p-p至少在另外一个增益介质中在相同的范围内随着波长增加而减少。

16.按照权利要求14或15的光放大器系统，适合于传输在1540到1552范围内的波长。

17.按照权利要求14、15或16的光放大器系统，其中所述另外的增益介质是从一组包括铝含量高的硅铝锗酸盐掺铒光纤、掺磷硅酸盐掺铒光纤和磷酸盐掺铒光纤中挑选的。

18.一种基本上参照各个附图所描述的光放大器系统。

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