CN1292506A - 光放大器 - Google Patents

Abstract

在其传输路径内采用光放大器的一种WDM光传输系统中,用于监视并控制放大器运行并从数据传输中作光谱分离的一个监控信号信道,可以与数据复用。披露了一种放大器的结构,它能随传输系统为增加数据处理能力的升级而升级,例如增加波段内和/或沿反方向的数据传输,但不必断开通过该放大器的准备升级的数据传输路径。这种结构是使用信道分出和插入滤波器来实现的,这些滤波器的配置,要使放大的数据传输路径伸延,通过这些滤波器的分出/插入信道。

Description

光放大器

本发明涉及光放大传输系统用的光放大器，具体说，是涉及用掺铒光纤放大的光放大器。

在用掺铒光纤放大器(EDFA)的传输系统中，光数据信号可以与维护传输系统所用光维护信号一起传送，此维护信号至少部分用来监视和控制系统光放大器的运行。传送光维护信号的信道，即光维护信道，无需在光放大器的放大带宽之内。这是因为维护信号必须能在这些放大器上使用，从而能在这些放大器上立刻再生(重建)。事实上，对光维护信道，选取放大的波段以外的波段，不至于占据传送数据可能用到的带宽，一般说是有利的。因此，一个在其传输路径上使用EDFA的、简单的单向波分复用(WDM)传输系统，其WDM数据信号通常都落在EDFA的常规放大波段(C-波段)之内，这个波段从约1525nm到约1565nm，此WDM数据与光维护信道中的光维护信号进行波长复用，而通常光维护信道的标称波长是1480nm、1510nm、或1610nm。

在每个放大器上，在数据被放大之前，把维护信道摘出，然后在数据被放大之后，一个新的维护信道信号再与被放大了的数据复用。摘出旧的维护信道信号，又把新的插入，通常是用若干斜向介质滤波器完成的，这些滤波器是按透过光维护信道，但反射光维护信道以外一切信道而设计的。(从原理上说，相反的结构也是可行的，即其中的滤波器反射光维护信道，但透过光维护信道以外一切信道。但是，因为反射损耗一般总能做得比透射损耗小，而通常宁可使数据的衰减为最小，而不是使维护信道信号的衰减为最小，所以这种相反的结构一般不是较佳的选择。)

对一给定的路由，通信容量的预期需求，在开始时可能太少，难以保证安装一个更高容量的系统的额外费用。但是，以后为了满足通信容量需求的增长，系统的升级可能变得迫切。这一升级可能包括把一个单向传输系统变换为一个载运双向通信容量的传输系统。换种办法，或除此之外，可以把一个或多个附加的放大波段，例如把EDFA位于约1565nm到约1610nm间的扩展放大波段(E-波段)，引入系统中，以增加通信容量。

本发明的一个目的，是提供一种光放大器，它能升级，但不必断开已有的通过该放大器的数据传输路径。

按照本发明的第一方面，是提供一种光放大器，它在一对光谱匹配滤波器之间有一增益单元，这一对滤波器由一个波长分用信道分出滤波器和一个波长复用信道插入滤波器组成，其中的增益单元包括一定长度的光放大光波导和供其使用的光泵，其中的信道分出滤波器带有一个输入端口，一个输出端口和一个信道分出端口，其中的信道插入滤波器带有一个输入端口，一个输出端口和一个信道插入端口，以及，其中信道分出滤波器的信道分出端口，通过增益单元在光学上与信道插入滤波器的信道插入端口耦合。

本发明还包括引入前一段规定类型放大器的光传输系统。

按照本发明的第二方面，提出一种提供光放大器的方法，该放大器放大在第一光谱波段内的数据，带有一种功能(facility)，以便放大不重叠的第二光谱波段上的数据，该放大器在一个波长分用第一光谱波段信道分出滤波器和一个波长复用第一光谱波段信道插入滤波器之间，并行地连接着一个增益单元和监控线路，其中的增益单元包括一定长度的光放大光波导和供其使用的光泵，其中的信道分出滤波器带有一个输入端口，一个输出端口和一个信道分出端口，其中的信道插入滤波器带有一个输入端口，一个输出端口和一个信道插入端口，其中的增益单元有一个输入和一个输出，分别与信道分出滤波器的信道分出端口和信道插入滤波器的信道插入端口连接，以及，其中的监控线路有一个输入和一个输出，分别与信道分出滤波器的输出端口和信道插入滤波器的输入端口连接，

该方法包括变更监控线路的步骤，以提供监控第二光谱波段放大情况的附加功能，

断开连接的步骤，断开监控线路的输入和输出之间的连接，并且断开信道分出滤波器和信道插入滤波器的各个输出端口和输入端口的连接，

恢复断开的连接的步骤，通过第二光谱波段信道分出和信道插入滤波器分别恢复断开的连接，其中的第二光谱波段信道分出滤波器带有一个输入端口，一个输出端口和一个信道分出端口，而其中的第二光谱波段信道插入滤波器带有一个输入端口，一个输出端口和一个信道插入端口，

以及连接又一个增益单元的步骤，在第二光谱波段信道分出和信道插入滤波器的信道分出和信道插入端口之间，连接又一个增益单元。

或者，也可以互换第二光谱波段信道分出和信道插入滤波器的位置。

本发明的其他特性和优点，从下面本发明的优选实施例的说明中，从各个图中，和从权利要求书中，将可立即明白。

图1是一个在其传输路径内采用光放大器的WDM传输系统示意图，

图2是图1中放大器之一的一个增益单元的示意图，

图3是图2增益单元的一个简化表示图，

图4是一个示意图，表明引入图3表示的增益单元后图1的一个放大器，

图5和6是示意图，表明图4放大器的别的升级形式，

图7是一个示意图，表明图1的一个放大器，以一种变化的方案引入图3的增益单元，和

图8和9是示意图，表明图7放大器升级的改进形式。

图1画出引入光放大器的一种WDM单向光传输系统的示意图。在此系统的发送端，若干个光源11的数据调制输出，在某些类型的波长复用装置12中组合起来，并进入把系统发送端连接到其接收端的传输路径13。在接收端，波长复用数据调制信号在某些类型的波长分用器14中被分用，于是它们能被各个检测器15独立地检测。沿传输路径13的一定间隔上放有光泵的光放大器16。

虽然在图1上没有单独画出，但传输系统引入了某种监控系统，它在光维护信道中以光的形式传送，光维护信道在传输路径13上与数据进行波长复用。对每个放大器，数据在增益单元内被放大之前，摘出维护信道信号，然后，数据在增益单元内已经被放大之后，一个重建的维护信道信号与数据再复用。

一个典型的增益单元的各种部件，示意地画在图2。此增益单元有第一和第二信号强度监视抽头20a，20b，光隔离器21a，21b，光泵激光二极管22a，22b，光泵复用器23a，23b，和一定长度的以链路25串联连接的掺铒光放大光纤24a，24b。通常，组装增益单元时，要使链路在以后阶段能够完整地连接，以便链路的结构从形式上及实用上，都适应增益单元所在的特定工作环境。举例说，链路可以包含或包括一个光衰减器、一个色散补偿器、或一个信道分出与插入设施。此类增益单元的组装，有时也称为一种“非约束(uncommitted)的中阶段接入”式增益单元，而且，为了便于本说明后面各图的表示，这种非约束中阶段接入的增益单元，将用图3以30表示的符号代表。

以较可取的形式体现本发明的一种放大器，示意地画在图4。此放大器是为单向WDM传输系统设计的，它使用EDFA，且其数据信道落在铒的C-波段之内。此放大器有一个增益单元40，位于3-端口介质滤波器41和42之间，这两个滤波器分别用作信道分出和信道插入滤波器。两个滤波器都有端口‘a’‘b’和‘c’。凡经过两个滤波器中任一个的端口‘a’入射的光，其在C-波段(约在1525nm-1565nm)内的部分都被反射而经端口‘c’出射，同时，在此波段之外的光波长则被传送至滤波器的端口‘b’出射。因此，当用作信道分出滤波器时，端口‘a’的作用像输入端口，端口‘c’的作用像信道分出端口，而端口‘b’的作用像直达路径输出端口。当用作信道插入滤波器时，端口‘b’的作用像直达路径输入端口，端口‘c’的作用像信道插入端口，而端口‘a’的作用像输出端口。

两个滤波器41和42相对于增益单元40的排列，应使增益单元的输入取自滤波器41的信道分出端口‘c’，而增益单元40的输出，应从滤波器42的信道插入端口‘c’送出。图4放大器接收的任何光监控信道信号，以及落在C-波段外的信号，如1510nm的信号，均由滤波器41引导，经直达路径的输出端口‘b’出射，再由此引导至监控线路48。然后，此监控线路产生一个重建的监控信号，加到滤波器42的直达路径输入端口‘b’。

其放大器具有上述形式，特别是图4所示形式的一种光放大传输系统，在安装了这种系统之后，迟早会遇到要求系统升级的机会。系统升级的一种方法，是使该系统维持为一个单向系统，而在不同的波段上，例如在E-波段(约在1565nm-1610nm)上提供增加的数据信道。

图5表示如何用图4的放大器，处理增加的信道。从滤波器41的端口‘a’、经过其端口‘c’、增益单元40、滤波器42的端口‘c’、再经过滤波器42的端口‘a’，这一通过放大器的光路保留不动。

从滤波器41的端口‘b’到监控线路，和从监控线路到滤波器42的端口‘b’，这两条光路要断开，分别插入另外两个滤波器51和52。这两个滤波器51和52，与对应的滤波器41和42的差别，仅在于它们各自的分出和插入波段不同，它们以E-波段替换C-波段。在滤波器51和52的两个端口‘c’之间，连接一个增益单元50，它与增益单元40的差别在于，增益单元50是用来放大E-波段的信号，而不是C-波段的信号。原先的监控线路48，可以用新的监控线路58代替，其上装有监控E-波段数据的必要的附加设施。

图6画出使用图4放大器的一种不同方式，在这个用于传输系统的例子中，传输系统已经升级为双向数据传输。在C-波段内的数据传输没有改变，但这个例子增加了沿反方向的更多的数据传输，增加的数据落在E-波段的信道内。这一不同使用方式，类似保留从滤波器41的端口‘a’，到滤波器42的端口‘a’的经过增益单元40的光路不动，同时，类似于前面图5关于放大器的描述，还要插入添加的滤波器51和52，以及增益单元50。对于图6的放大器，增益单元50的连接是反接的，所以它沿反方向放大，且两个滤波器51和52的位置互换，虽然这一互换自然是无效的，因为一般情况下，这两个滤波器51和52在物理上是全同的。原先的监控线路48，用新的监控线路68代替，其上装有监控E-波段数据的必要的附加设施，E-波段数据通常包括在每个传输方向上的一个独立监控信号，例如某个方向的监控信号为1510nm，而另一个方向为1480nm。

图7是一个放大器的示意图，它与图4的差别，仅在增益单元70上。此增益单元70与图4的增益单元40的差别，在于用第一和第二3-端口环行器73和74，代替第一和第二隔离器21a和21b(图2)。环行器73和74的端口‘a’和‘b’分别代替隔离器21a和21b的输入和输出端口，而环行器73和74的端口‘c’依旧不用。

一种具有上述图7所示特定形式放大器的光放大传输系统，其特征是，不必断开通过放大器原先的数据路径，便能从一个单向系统升级为沿两个方向在相同波段内载运数据的双向系统。这一点与图6的双向放大器不同，在图6的双向放大器中，沿一个方向的数据流所用整个波段，与另一个方向的数据流所用波段，在光谱上是分离的。该放大器的升级可按图8完成。保留从滤波器41的端口‘a’、经过其端口‘c’、增益单元70、滤波器42的端口‘c’、再经过滤波器42的端口‘a’，这一通过放大器的光路不动。但是，由于增加了增益单元80而增设了一条沿反方向的光路，即增设从滤波器42的端口‘a’，通到滤波器41的端口‘a’的路径。增益单元80连接在环行器73和74的端口‘c’之间。该增益单元80与图4增益单元40的差别，通常，但不是必须，是没有隔离器21a和21b，隔离器的功能由增益单元70的环行器73和74完成，而增益单元80就连接在这两个环行器之间。原先的监控线路48，可以用新的监控线路88代替，其上有附加的设施，以监控反方向传播的新数据。

一种采用上述图8放大器的双向C-波段传输系统，可以通过增加一个另外的放大波段，如E-波段而升级。为了用系统的每个放大器来处理增设的波段，不一定要断开现有的、通过该放大器的C-波段的传输路径。可以采用图9所示的改变来实现升级。保留从滤波器41的端口‘a’、经过其端口‘c’、增益单元40、滤波器42的端口‘c’、再经过滤波器42的端口‘a’，这一通过放大器的光路不动，对沿反方向通过增益单元80的光路也一样。从滤波器41的端口‘b’到监控线路，和从监控线路到滤波器42的端口‘b’，这两条光路要断开，分别再插入另外两个滤波器51和52，这两个滤波器与图5的E-波段滤波器51和52完全相同。在滤波器51和52的两个端口‘c’之间连接增益单元90，它与增益单元70的差别是，增益单元90用于放大E-波段的信号，而不是C-波段信号。与增益单元70的环行器73和74对应，增益单元90也有两个环行器93和94，且在增益单元90的两个环行器93和94之间还连接一个增益单元95，增益单元95与增益单元80不同，它也是用于放大E-波段信号，而不是C-波段信号。原先的监控线路48，可以用新的监控线路98代替，其上有附加的设施，以监控增加的数据。

图5、6、和9的已升级的放大器，每一个都不必断开准备升级的数据传输路径，便能增加另外的放大波段。显而易见，此种增加方法还能进一步推广，用于增加更多的数据放大波段，如在光谱区1450nm和／或1310nm附近，增加一段Raman放大波段。

图3至图8中每一个介质滤波器，都描述为一种光谱选择反射滤波器，它反射某个限于特定波长范围的光，而透过该范围以外的波长。然而必须指出，对反射镜的布局作适当的、简单的改变，任一个或所有这些光谱选择反射滤波器，能够由对应的逆滤波器替代，即光谱选择透射滤波器，它透过某个限于特定波长范围的光，而反射该范围以外的波长。

Claims (5)

1．一种光放大器，在一对光谱匹配滤波器之间有一增益单元，这一对滤波器由一个波长分用信道分出滤波器和一个波长复用信道插入滤波器组成，其中，该增益单元包括一定长度的光放大光波导和供其使用的一个光泵，其中的信道分出滤波器带有一个输入端口，一个输出端口和一个信道分出端口，其中的信道插入滤波器带有一个输入端口，一个输出端口和一个信道插入端口，以及，其中信道分出滤波器的信道分出端口，通过增益单元在光学上与信道插入滤波器的信道插入端口耦合。

2．一种光传输系统，在其光路内至少包含一个权利要求1所述的光放大器。

3．一种提供光放大器的方法，该放大器放大在第一光谱波段内的数据，带有放大不重叠的第二光谱波段上的数据的功能，该放大器在一个波长分用第一光谱波段信道分出滤波器和一个波长复用第一光谱波段信道插入滤波器之间，并行地连接着一个增益单元和监控线路，其中的增益单元包括一定长度的光放大光波导和供其使用的光泵，其中的信道分出滤波器带有一个输入端口，一个输出端口和一个信道分出端口，其中的信道插入滤波器带有一个输入端口，一个输出端口和一个信道插入端口，其中的增益单元有一个输入和一个输出，分别与信道分出滤波器的信道分出端口和信道插入滤波器的信道插入端口连接，以及，其中的监控线路有一个输入和一个输出，分别与信道分出滤波器的输出端口和信道插入滤波器的输入端口连接，

该方法包括变更监控线路的步骤，以提供附加的功能，监控第二光谱波段的放大情况，

断开连接的步骤，以断开监控线路的输入和输出之间的连接，和断开信道分出滤波器和信道插入滤波器的各个输出端口和输入端口的连接，

恢复断开的连接的步骤，通过第二光谱波段信道分出和信道插入滤波器分别恢复断开的连接，其中的第二光谱波段信道分出滤波器带有一个输入端口，一个输出端口和一个信道分出端口，和其中的第二光谱波段信道插入滤波器带有一个输入端口，一个输出端口和一个信道插入端口，

以及连接又一个增益单元的步骤，在第二光谱波段信道分出和信道插入滤波器的信道分出和信道插入端口之间，连接又一个增益单元。

4．一种提供光放大器的方法，该放大器放大在第一光谱波段内的数据，带有放大不重叠的第二光谱波段上的数据的功能，该放大器在一个波长分用第一光谱波段信道分出滤波器和一个波长复用第一光谱波段信道插入滤波器之间，并行地连接着一个增益单元和监控线路，其中的增益单元包括一定长度的光放大光波导和供其使用的光泵，其中的信道分出滤波器带有一个输入端口，一个输出端口和一个信道分出端口，其中的信道插入滤波器带有一个输入端口，一个输出端口和一个信道插入端口，其中的增益单元有一个输入和一个输出，分别与信道分出滤波器的信道分出端口和信道插入滤波器的信道插入端口连接，以及，其中的监控线路有一个输入和一个输出，分别与信道分出滤波器的输出端口和信道插入滤波器的输入端口连接，

该方法包括变更监控线路的步骤，以提供附加的功能，监控第二光谱波段的放大情况，

断开连接的步骤，以断开监控线路的输入和输出之间的连接，和断开信道分出滤波器和信道插入滤波器的各个输出端口和输入端口的连接，

恢复断开的连接的步骤，通过第二光谱波段信道插入和信道分出滤波器分别恢复断开的连接，其中的第二光谱波段信道分出滤波器带有一个输入端口，一个输出端口和一个信道分出端口，和其中的第二光谱波段信道插入滤波器带有一个输入端口，一个输出端口和一个信道插入端口，

以及连接又一个增益单元的步骤，在第二光谱波段信道分出和信道插入滤波器的信道分出和信道插入端口之间，连接又一个增益单元。

5．一种提供光放大器的方法，该放大器单向放大在第一光谱波段内的数据，带有双向放大不重叠的第二光谱波段上的数据的功能，该放大器在一个波长分用第一光谱波段信道分出滤波器和一个波长复用第一光谱波段信道插入滤波器之间，并行地连接着一个增益单元和监控线路，其中在第一和第二光环行器之间的增益单元包括一定长度的光放大光波导和供其使用的光泵，其中的信道分出滤波器带有一个输入端口，一个输出端口和一个信道分出端口，其中的信道插入滤波器带有一个输入端口，一个输出端口和一个信道插入端口，其中的增益单元带有一个输入和一个输出，分别与信道分出滤波器的信道分出端口和信道插入滤波器的信道插入端口连接，以及，其中的监控线路有一个输入和一个输出，分别与信道分出滤波器的输出端口和信道插入滤波器的输入端口连接，

该方法包括变更监控线路的步骤，以提供附加的功能，监控第二光谱波段的放大情况，

以及连接又一个增益单元的步骤，在第一和第二光环行器之间连接又一个增益单元。

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