CN1453603A - 用于光纤放大器的集成双泵浦组合器 - Google Patents

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Abstract

一种集成光纤放大器系统，包括一单向组合装置和一光纤放大器。该单向组合装置包括一第一双折射光楔、一第二双折射光楔和一单向旋转元件。该光纤放大器与该第一双折射光楔光耦合，用于从该单向组合装置接收组合的泵浦光。

Description

用于光纤放大器的集成双泵浦组合器
本发明概括来说涉及光学技术
发明背景
光纤放大器普遍应用于通信系统中。光纤放大器的例子包括掺铒光纤放大器(“EDFA”)以及其他类型的掺稀土光纤放大器。一般由发光二极管(LED)或者激光器对这些光纤放大器进行泵浦。图1a和1b均表示，由两个偏振光源如两个偏振激光器对EDFA100进行光泵浦。
图1a说明反向泵浦机制。在反向泵浦机制下，待放大的光信号和泵浦光沿相反方向传播。从泵浦激光器一接收的第一泵浦光P1和从泵浦激光器二接收的第二泵浦光P2由偏振保持(“PM”)组合器124组合。PM组合器124的输出光通过隔离器125传输到波分复用(“WDM”)耦合器126，成为组合的泵浦光。该组合的泵浦光从WDM耦合器126射出，并进入EDFA100。输入光信号Si与EDFA100光耦合，并沿与该泵浦光传播方向相反的方向传播。输入光信号Si在EDFA100中被放大，通过WDM耦合器126和隔离器127，变成输出光So。
图1b说明正向泵浦机制。在正向泵浦机制下，待放大的光信号与泵浦光沿相同方向传播。从泵浦激光器一接收的第一偏振光P1和从泵浦激光器二接收的第二偏振光P2被PM组合器134组合。PM组合器134的输出光通过隔离器135传输到WDM耦合器136，成为组合的泵浦光。该组合的泵浦光从WDM耦合器136射出，并进入EDFA100。输入光信号Si，在通过隔离器137和WDM耦合器136之后进入EDFA100，并沿与该泵浦光传播方向相同的方向传播。输入光信号Si在EDFA100中被放大，变成输出光So。
发明概述
按照一个方面，本发明提供一种集成光纤放大器系统。该集成光纤放大器系统包括一单向组合装置和一光纤放大器。该单向组合装置具有一主方向。该单向组合装置包括一第一双折射光楔、一第二双折射光楔和一单向旋转元件。该第一双折射光楔具有一垂直于该主方向的第一光轴。该第二双折射光楔具有一垂直于该主方向的第二光轴，并且该第二光轴相对该第一光轴成第一角度。该单向旋转元件光耦合在该第一与第二双折射光楔之间。该单向旋转元件是这样一种光学装置，它将通过该光学装置的光的偏振态旋转一第二角度。该光纤放大器与该第一双折射光楔光耦合，用于接收来自该单向组合装置的沿与该主方向相反方向的组合的泵浦光。
按照另一方面，本发明提供一种集成光纤放大器系统。该集成光纤放大器系统包括一单向组合装置和一光纤放大器。该单向组合装置具有一主方向。该单向组合装置包括一第一双折射光楔、一第二双折射光楔和一单向旋转元件。该光纤放大器与该第一双折射光楔光耦合，用于沿与该主方向相反的方向从该单向组合装置接收组合的泵浦光。该单向组合装置被成形为能实现至少下列功能：(1)沿第一输入方向进入该第二双折射光楔的e-光线，沿该主方向从该第二双折射光楔射出成为o-光线；(2)沿第二输入方向进入该第一双折射光楔的o-光线，沿该主方向从该第二双折射光楔射出成为e-光线；(3)沿与该主方向相反方向进入该第二双折射光楔的e-光线，沿与该主方向相反的方向从该第一双折射光楔射出成为e-光线；以及(4)沿与该主方向相反方向进入该第二双折射光楔的o-光线，沿与该主方向相反的方向从该第一双折射光楔射出成为o-光线。
按照又一方面，本发明提供一种集成双泵浦组合器。该集成双泵浦组合器包括一单向组合装置和一波分复用滤波器。该单向组合装置具有一主方向。该单向组合装置包括一第一双折射光楔、一第二双折射光楔和一单向旋转元件。该第一双折射光楔具有一垂直于该主方向的第一光轴。该第二双折射光楔具有一垂直于该主方向的第二光轴，并且该第二光轴相对该第一光轴成第一角度。该单向旋转元件光耦合在该第一与第二双折射光楔之间。该单向旋转元件是这样一种光学装置，它将通过该光学装置的光的偏振态旋转一第二角度。该波分复用滤波器与该第二双折射光楔光耦合。
按照再一方面，本发明提供一种集成双泵浦组合器。该集成双泵浦组合器包括一单向组合装置和一波分复用滤波器。该单向组合装置具有一主方向。该单向组合装置包括一第一双折射光楔、一第二双折射光楔和一单向旋转元件。该单向旋转元件是这样一种光学装置，它将通过该光学装置的光的偏振态旋转一第二角度。该波分复用滤波器与该第二双折射光楔光耦合。该单向组合装置被成形为能实现至少下列功能：(1)沿第一输入方向进入该第二双折射光楔的e-光线，沿该主方向从该第二双折射光楔射出成为o-光线；(2)沿第二输入方向进入该第一双折射光楔的o-光线，沿该主方向从该第二双折射光楔射出成为e-光线；(3)沿与该主方向相反方向进入该第二双折射光楔的e-光线，沿与该主方向相反的方向从该第一双折射光楔射出成为e-光线；以及(4)沿与该主方向相反方向进入该第二双折射光楔的o-光线，沿与该主方向相反的方向从该第一双折射光楔射出成为o-光线。
另一方面，本发明提供一种将由第一偏振泵浦光和第二偏振泵浦光产生的组合泵浦光耦合到一光纤放大器上的方法。该方法包括提供一具有一主方向和一与该主方向相反方向的单向组合装置的步骤。该方法包括引导该第一偏振泵浦光，使其沿第一输入方向作为e-光线进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出成为该组合泵浦光的第一偏振分量的步骤。该方法包括引导该第二偏振泵浦光，使其沿第二输入方向作为o-光线进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出成为该组合泵浦光的第二偏振分量的步骤。该方法包括引导该组合泵浦光的该第一和第二偏振分量，使其进入该光纤放大器的步骤。
又一方面，本发明提供一种使用一具有输入端和输出端的光纤放大器放大光输入信号的方法。该方法包括提供一具有一主方向和一与该主方向相反的方向的单向组合装置的步骤。该方法包括提供一第一偏振泵浦光和一第二偏振泵浦光，用于产生组合泵浦光的步骤。该方法包括引导该第一偏振泵浦光使其沿第一输入方向作为e-光线进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出成为该组合泵浦光的第一偏振分量的步骤。该方法包括引导该第二偏振泵浦光使其沿第二输入方向作为o-光线进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出成为该组合泵浦光的第二偏振分量的步骤。该方法包括引导该组合泵浦光的该第一与第二偏振分量，使其进入该光纤放大器的该输出端的步骤。该方法包括引导该光输入信号使其从该输入端通过该光纤放大器到达该输出端，并沿与该主方向相反的方向通过该单向组合装置的步骤。
再一方面，本发明提供一种将由一第一偏振泵浦光和一第二偏振泵浦光产生的组合泵浦光耦合到一光纤放大器上的方法。该方法包括提供一具有一主方向和一与该主方向相反的方向的单向组合装置的步骤。该方法包括引导该第一偏振泵浦光使其沿第一输入方向作为e-光线进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出成为第一中间泵浦光的步骤。该方法包括反射该第一中间泵浦光，使其沿与该主方向相反方向通过该单向组合装置成为该组合泵浦光的第一偏振分量的步骤。该方法包括引导该第二偏振泵浦光使其沿第二输入方向作为o-光线进入该单向组合装置，并且沿该主方向从该单向组合装置射出成为第二中间泵浦光的步骤。该方法包括反射该第二中间泵浦光，使其沿与该主方向相反方向通过该单向组合装置成为该组合泵浦光的第二偏振分量的步骤。该方法包括引导该组合泵浦光的该第一与第二偏振分量，使其进入该光纤放大器的步骤。该方法可以包括使用一波分复用滤波器反射该第一中间泵浦光的步骤。该方法可以包括使用一波分复用滤波器反射该第二中间泵浦光的步骤。
另一方面，本发明提供一种使用一具有输入端和输出端的光纤放大器放大光输入信号的方法。该方法包括提供一第一偏振泵浦光和一第二偏振泵浦光，用于产生组合泵浦光的步骤。该方法包括提供一具有一主方向和一与该主方向相反方向的单向组合装置的步骤。该方法包括引导该第一偏振泵浦光使其沿第一输入方向作为e-光线进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出成为第一中间泵浦光的步骤。该方法包括反射该第一中间泵浦光，使其沿与该主方向相反方向通过该单向组合装置成为该组合泵浦光的第一偏振分量的步骤。该方法包括引导该第二偏振泵浦光使其沿第二输入方向作为o-光线进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出成为第二中间泵浦光的步骤。该方法包括反射该第二中间泵浦光，使其沿与该主方向相反方向通过该单向组合装置成为该组合泵浦光的第二偏振分量的步骤。该方法包括引导该组合泵浦光的该第一与第二偏振分量，使其进入该光纤放大器的该输入端的步骤。该方法包括引导该光输入信号使其沿与该主方向相反方向通过该单向组合装置，并从该输入端进入该光纤放大器的步骤。
本发明的各个方面可以包括一或多个下述优点。使用单向组合装置的集成双泵浦组合器，可具有小插入损耗，尺寸紧凑且制造成本降低。使用单向组合装置的集成双泵浦组合器，还可以起光隔离器的作用。根据附图和下面的描述，其它优点将是显而易见的。
附图简要描述
图1a说明在反向泵浦机制中，通过组合由两个泵浦激光器发出的光，产生用于泵浦掺铒光纤放大器的泵浦光。
图1b说明在正向泵浦机制中，通过组合由两个泵浦激光器发出的光，产生用于泵浦掺铒光纤放大器的泵浦光。
图2说明用于反向泵浦机制的集成双泵浦组合器200。
图3说明用于正向泵浦机制的集成双泵浦组合器300。
图4a说明单向组合装置的一种实现方式。
图4b说明图4a中双折射光楔和法拉第旋转器的具体结构。
图4c-4e说明图4a中双折射光楔和法拉第旋转器的其他结构。
图5a说明沿主方向进入图4a中单向组合装置的光的传播路径。
图5b说明沿主方向进入第一双折射光楔的e-光线，沿第一输出方向从第二双折射光楔射出成为o-光线。
图5c说明沿主方向进入第一双折射光楔的o-光线，沿第二输出方向从第二双折射光楔射出成为e-光线。
图6a说明沿第一和第二输入方向进入图4a中单向组合装置的光的传播路径。
图6b说明沿第一输入方向进入第二双折射光楔的e-光线，沿主方向从该第二双折射光楔射出成为o-光线。
图6c说明沿第二输入方向进入第一双折射光楔的o-光线，沿主方向从第二双折射光楔射出成为e-光线。
图7a说明沿与主方向相反方向进入图4a中单向组合装置的光的传播路径。
图7b说明沿与主方向相反方向进入第二双折射光楔的e-光线，沿与主方向相反的方向从第一双折射光楔射出成为e-光线。
图7c说明沿与主方向相反方向进入第二双折射光楔的o-光线，沿与主方向相反的方向从第一双折射光楔射出成为o-光线。
图8说明用于反向泵浦机制的集成双泵浦组合器200的一种实现方式。
图9a说明用于正向泵浦机制的集成双泵浦组合器300的一种实现方式。
图9b说明用于正向泵浦机制的集成双泵浦组合器300的另一种实现方式。
图10a说明使用折射率ne大于no的双折射晶体材料构成的单向组合装置400的一种实现方式。
图10b说明使用折射率ne小于no的双折射晶体材料构成的单向组合装置400的一种实现方式。
本发明详细说明
本发明涉及光学技术的改进。给出下面的描述，使本领域普通技术人员能制造和使用本发明，并且按专利申请和其权利要求的前后关系提供下面的描述。对本领域技术人员而言本发明的多种变型是显而易见的，并且可以将此处的普遍原理应用于其他实施例。因此，本发明不限于所示实施例，而与符合此处所述原理和特征的最宽范围一致。
将通过具有特定结构的特定元件的集成双泵浦组合器描述本发明。同样，将通过具有特定关系的元件来描述本发明，诸如元件之间的距离或角度。不过，本领域普通技术人员很容易想到所述装置和系统可以包括具有类似性质、其他结构或者元件之间具有其他关系的其他元件。
图2和3分别表示用于反向泵浦机制的集成双泵浦组合器200和用于正向泵浦机制的集成双泵浦组合器300。
如图2所示，集成双泵浦组合器200包括两个用于接收泵浦光P1和P2的端口280和290，一个用于产生输出光信号的端口220，以及一个用于将组合的泵浦光Po耦合到EDFA100上的端口210。通过EDFA100的输入光信号Si在EDFA100中得到放大，并且通过集成双泵浦组合器200，成为输出光信号So。集成双泵浦组合器200还起到光隔离器的作用，从而光不能从端口220传播到端口210。下面将更加详细地描述该双泵浦组合器200的光隔离器特性。
如图3所示，集成双泵浦组合器300包括两个用于接收泵浦光P1和P2的端口380和390，一个用于接收输入光信号的端口310，以及一个用于将组合泵浦光Po耦合到EDFA100上的端口320。端口320也用于将从端口310接收的输入光信号传输到EDFA100。通过集成双泵浦组合器300的输入光信号Si在EDFA100中得到放大，并成为输出光信号So。集成双泵浦组合器300也起到光隔离器的作用，从而光不能从端口320传播到端口310。
本发明的实现提供以使用单向组合装置的集成双泵浦组合器200和300。下面更详细地描述该单向组合装置的结构和操作。单向组合装置通常包括两个双折射光楔和一诸如法拉第旋转器的单向旋转元件。
图4a和4b说明单向组合装置400的一种实现方式，该单向组合装置400包括一双折射光楔15，一双折射光楔17和一诸如法拉第旋转器16的单向旋转元件。双折射光楔15和17为楔形平板。双折射光楔15的表面11面对双折射光楔17的表面12。在单向组合装置400的一种实现方式中，双折射光楔15的表面11基本平行于双折射光楔17的表面12。
图示的坐标系统包括x-方向，y-方向和z-方向。双折射光楔15的光轴为沿x-方向。双折射光楔17的光轴为沿x-y方向。以这样一种方式设计法拉第旋转器16，当光沿正z-或负z-方向通过该法拉第旋转器16时，该光的偏振态将相对正z-轴大体上旋转45°。单向组合装置400具有一沿正z-方向的主方向，和一沿负z-方向的与该主方向相反的方向。单向组合装置400还具有一沿z-αy方向的第一输入方向，一沿z+βy方向的第二输入方向，一沿z+γy方向的第一输出方向，和一沿z-δy方向的第二输出方向。其中α，β，γ和δ为正数。
通常，将包括第一和第二双折射光楔的单向组合装置400构造成可实现下面六个功能中的一或多个：
(1)沿主方向进入第一双折射光楔的e-光线，沿第一输出方向从第二双折射光楔射出成为o-光线；
(2)沿主方向进入第一双折射光楔的o-光线，沿第二输出方向从第二双折射光楔射出成为e-光线；
(3)沿第一输入方向进入第二双折射光楔的e-光线，沿主方向从该第二双折射光楔射出成为o-光线；
(4)沿第二输入方向进入第一双折射光楔的o-光线，沿主方向从第二双折射光楔射出成为e-光线；
(5)沿与主方向相反方向进入第二双折射光楔的e-光线，沿与主方向相反的方向从第一双折射光楔射出成为e-光线；
(6)沿与主方向相反方向进入第二双折射光楔的o-光线，沿与主方向相反的方向从第一双折射光楔射出成为o-光线。
图5a和5b详细说明第一功能。图5a和5c详细说明第二功能。图6a和6b详细说明第三功能。图6a和6c详细说明第四功能。图7a和7b详细说明第五功能。图7a和7c详细说明第六功能。
如图5a和5b所示，沿主方向(即正z-方向)传播具有x偏振的e-光线520(e)，进入双折射光楔15。光520(e)在表面11上折射。在通过法拉第旋转器16之后，光520(e)的偏振态相对正z-轴大体上旋转正45°，并且光520(e)变成具有x+y偏振的光521(o)。光521(o)在表面12上也发生折射，并进入双折射光楔17成为o-光线。光521(o)通常沿第一输出方向(即z+γy方向)传播而从双折射光楔17射出。
如图5a和5c所示，沿主方向(即正z-方向)传播具有y偏振的o-光线510(o)，进入双折射光楔15。光510(o)在表面11上折射。在通过法拉第旋转器16之后，光510(o)的偏振态相对正z-轴大体上旋转正45°，并且光510(o)成为具有x-y偏振的光511(e)。光511(e)在表面12上也发生折射，并进入双折射光楔17成为e-光线。光511(e)通常沿第二输出方向(即z-δy方向)传播而从双折射光楔17射出。
如图6a和6b所示，沿第一输入方向(即z-αy方向)传播具有x-偏振的e-光线620(e)，进入双折射光楔15。光620(e)在表面11上折射。在通过法拉第旋转器16之后，光620(e)的偏振态相对正z-轴大体上旋转正45°，并且光620(e)变成具有x+y偏振的光621(o)。光621(o)在表面12上也发生折射，并进入双折射光楔17成为o-光线。光621(o)沿主方向(即正z-方向)传播而从双折射光楔17射出。
如图6a和6c所示，沿第二输入方向(即z+βy方向)传播具有y偏振的o-光线610(o)，进入双折射光楔15。光610(o)在表面11上折射。在通过法拉第旋转器16之后，光610(o)的偏振态相对正z-轴大体上旋转正45°，并且光610(o)变成具有x-y偏振的光611(e)。光611(e)在表面12上也发生折射，并进入双折射光楔17成为e-光线。光611(e)沿主方向(即正z-方向)传播而从双折射光楔17射出。
如图7a和7b所示，沿与主方向相反的方向(即负z-方向)传播具有x-y偏振的e-光线720(e)，进入双折射光楔17。光720(e)在表面12上折射。在通过法拉第旋转器16之后，光720(e)的偏振态相对正z-轴大体上旋转正45°，并且光720(e)成为具有x偏振的光721(e)。光721(e)在表面11上也发生折射，并进入双折射光楔15成为e-光线。光721(e)沿与主方向相反的方向(即负z-方向)传播而从双折射光楔15射出。
如图7a和7c所示，沿与主方向相反方向(即负z-方向)传播的具有x+y偏振的o-光线710(o)，进入双折射光楔17。光710(o)在表面12上折射。在通过法拉第旋转器16之后，光710(o)的偏振态相对正z-轴大体上旋转正45°，并且光710(o)变成具有y偏振的光711(o)。光710(o)在表面11上也发生折射，并进入双折射光楔15成为o-光线。光711(o)沿与主方向相反的方向(即负z-方向)传播而从双折射光楔15射出。
由于o-光线与e-光线之间的折射率差异，光721(e)和711(o)能沿不同路径从双折射光楔15射出。不过，当721(e)和711(o)的路径基本平行时，可以使用一准直器将光721(e)和711(o)耦合到单根光纤。
在图4b所示单向组合装置400的实现方式中，双折射光楔15和17的光轴分别为沿x方向和x-y方向。以这样一种方式设计法拉第旋转器16，使通过该法拉第旋转器16的光的偏振态将相对正z-轴旋转正45°。
在单向组合装置400的另一种实现方式中，如图4c所示，双折射光楔15和17的光轴分别为沿x方向和x+y方向。以这样一种方式设计法拉第旋转器16，使通过该法拉第旋转器16的光的偏振态将相对正z-轴大体上旋转负45°。
在单向组合装置400的第三种实现方式中，如图4d所示，双折射光楔15和17的光轴分别为沿y方向和x+y方向。以这样一种方式设计法拉第旋转器16，使通过该法拉第旋转器16的光的偏振态将相对正z-轴大体上旋转正45°。
在单向组合装置400的第四种实现方式中，如图4e所示，双折射光楔15和17的光轴分别为沿cos()x+sin()y方向和cos(-45)x+sin(-45)y方向。以这样一种方式设计法拉第旋转器16，使通过该法拉第旋转器16的光的偏振态将相对正z-轴大体上旋转正45°。
在如图4a所示单向组合装置400的实现方式中，双折射光楔15和17基本上与法拉第旋转器16接触。在其他实现方式中，可以在双折射光楔15与法拉第旋转器16之间，以及在双折射光楔17与法拉第旋转器16之间插入其他光学介质(包括空气)。
图8说明用于反向泵浦机制的集成双泵浦组合器200的一种实现方式。集成双泵浦组合器200包括一单向组合装置400，以及透镜840和850。单模光纤820和PM光纤880及890与透镜840光耦合。可以使用毛细管(a capillary)830来固定单模光纤820和PM光纤880及890的位置。单模光纤810与透镜850光耦合。可用毛细管860固定单模光纤810的位置。
图8表示泵浦激光器一和泵浦激光器二分别向集成双泵浦组合器200的端口280和290提供偏振的泵浦光P1和P2，并且从端口210射出组合的泵浦光Po。具体来说，由PM光纤880射出的偏振泵浦光P1通过透镜840耦合到单向组合装置400上，并沿第一输入方向(即z-αy方向)作为e-光线620(e)进入单向组合装置400。在通过单向组合装置400之后，e-光线620(e)变成沿该主方向(即正z-方向)传播的o-光线621(o)。o-光线621(o)通过透镜850耦合到单模光纤810，并成为组合泵浦光Po的第一偏振分量。
从PM光纤890射出的偏振泵浦光P2通过透镜840耦合到单向组合装置400上，并沿第二输入方向(即z+βy方向)作为o-光线610(o)进入单向组合装置400。在通过单向组合装置400之后，o-光线610(o)变成沿该主方向(即正z-方向)传播的e-光线611(e)。e-光线611(e)通过透镜850耦合到单模光纤810，并成为组合泵浦光Po的第二偏振分量。
组合泵浦光Po的该第一与第二偏振分量均传输到EDFA100中。EDFA100中的组合泵浦光Po使输入光信号Si能在EDFA100中被放大。
图8还说明输入光信号Si进入集成双泵浦组合器200的端口210，并从集成双泵浦组合器200的端口220射出。具体来说，输入光信号Si在EDFA100中被放大之后，通过单模光纤810进入集成双泵浦组合器200的端口210。从单模光纤810射出的输入光信号Si，通过透镜850，并沿与该主方向相反的方向(即负z-方向)进入单向组合装置400。输入光信号Si的某些光作为e-光线720(e)进入单向组合装置400，而输入光信号Si的另一些光作为o-光线710(o)进入单向组合装置400。光720(e)通过单向组合装置400成为光721(e)。光721(e)通过透镜840，并进入单模光纤820成为输出光信号So的第一偏振分量。光710(o)通过单向组合装置400成为光711(o)。光711(o)通过透镜840，并进入单模光纤820成为输出光信号So的第二偏振分量。输出光信号So的该第一与第二偏振分量在单模光纤820中被组合。
图9a说明用于正向泵浦机制的集成双泵浦组合器300的一种实现方式。集成双泵浦组合器300包括一单向组合装置400、WDM滤波器900和透镜840与850。单模光纤820和PM光纤880及890与透镜840光耦合。可以用毛细管830固定单模光纤820和PM光纤880及890的位置。单模光纤810与透镜850光耦合。可用毛细管860固定单模光纤810的位置。
WDM滤波器900被设计成可实现下列功能：(1)当从单向组合装置400射出的泵浦光入射在WDM滤波器900上时，该泵浦光将被反射回单向组合装置400中；(2)当从透镜850射出的光信号入射在WDM滤波器900上时，该光信号将通过该WDM滤波器900，并进入单向组合装置400。
在一种实现方式中，WDM滤波器900反射具有该泵浦光波长的光，并透过具有该光信号波长的光。对于掺铒光纤放大器，该光信号可以具有1550nm波长，该泵浦光可具有980nm波长。该泵浦光还可具有1480nm波长或者几种其他波长。可以将WDM滤波器900设计成透过1550nm的光信号，并反射980nm或1480nm的泵浦光。还可以将WDM滤波器900设计成能同时反射980nm和1480nm的泵浦光。
图9a说明偏振泵浦光P1和P2分别进入集成双泵浦组合器300的端口380和390，并从端口320射出成为组合泵浦光Po。具体来说，从PM光纤880射出的偏振泵浦光P1，通过透镜840耦合到单向组合装置400，并且沿第一输入方向(即z-αy方向)作为e-光线620(e)进入单向组合装置400。在通过该单向组合装置400之后，e-光线620(e)变成沿该主方向(即正z-方向)传播的o-光线621(o)。o-光线621(o)在被WDM滤波器900反射之后，沿与主方向相反的方向(即负z-方向)通过单向组合装置400，并通过透镜840进入单模光纤820成为组合泵浦光Po的第一偏振分量。
从PM光纤890射出的偏振泵浦光P2，通过透镜840耦合到单向组合装置400，并且沿第二输入方向(即z+βy方向)作为o-光线610(o)进入单向组合装置400。在通过单向组合装置400之后，o-光线610(o)变成沿该主方向(即正z-方向)传播的e-光线611(e)。e-光线611(e)在被WDM滤波器900反射之后，沿与主方向相反的方向通过单向组合装置400，并通过透镜840进入单模光纤820成为组合泵浦光Po的第二偏振分量。
组合泵浦光Po的该第一与第二偏振分量均被传输到EDFA100中。EDFA100中的组合泵浦光Po使输入光信号Si能在EDFA100中被放大。
图9a还说明输入光信号Si进入集成双泵浦组合器300的端口310，并从集成双泵浦组合器300的端口320射出。具体来说，输入光信号Si通过单模光纤810进入集成双泵浦组合器300的端口310。从单模光纤810射出的输入光信号Si通过透镜850和WDM滤波器900，并沿与该主方向相反的方向(即负z-方向)进入单向组合装置400。输入光信号Si的某些光作为e-光线720(e)进入单向组合装置400，而输入光信号Si的另一些光作为o-光线710(o)进入单向组合装置400。光720(e)通过单向组合装置400成为光721(e)。光721(e)通过透镜840，并进入单模光纤820成为输出光信号So的第一偏振分量。光710(o)通过单向组合装置400成为光711(o)。光711(o)通过透镜840，并进入单模光纤820成为输出光信号So的第二偏振分量。输出光信号So的该第一与第二偏振分量在单模光纤820中被组合。然后输出光信号So被EDFA100放大。
图9b说明用于正向泵浦机制的集成双泵浦组合器300的另一种实现方式。图9b的集成双泵浦组合器300包括一设置在透镜850与WDM滤波器900之间的分支滤波器(tap filter)950。使用分支滤波器950，能将输入信号Si的一小部分光耦合到监测单模光纤910。在其他实现方式中，可以在透镜850的表面851上涂覆反射材料，并向监测器单模光纤910提供反射信号。
通常，可由双折射晶体材料，如方解石、金红石、铌酸锂或原钒酸钇(yttrium orthvanadate)构成双折射光楔15和双折射光楔17。
双折射晶体材料通常具有对于e-光线的折射率ne和对于o-光线的折射率no。可以使用折射率ne大于no的双折射晶体材料，或折射率ne小于no的双折射晶体材料构成单向组合装置400。
图10a和10b说明单向组合装置400的实现方式，单向组合装置400包括楔形平板形式的双折射光楔15和17。双折射光楔15的表面11基本平行于双折射光楔17的表面12。双折射光楔15和17的锥角为χ。
图10a说明使用折射率ne大于no的双折射晶体材料构成的单向组合装置400的一种实现方式。图10a还说明e-光线620(e)和o-光线610(o)的传播路径。e-光线620(e)沿cos(θe)z-sin(θe)y方向入射在双折射光楔15的表面11上，并沿正z-方向从双折射光楔17射出。此处θe满足公式nesin(χ-θe)＝nosin(χ)。o-光线610(o)沿cos(θo)z+sin(θo)y方向入射在双折射光楔15的表面11上，并沿正z-方向从双折射光楔17射出。此处θo满足公式nosin(χ+θo)＝nesin(χ)。
图10b说明使用折射率ne小于no的双折射晶体材料构成的单向组合装置400的一种实现方式。图10b还说明e-光线620(e)和o-光线610(o)的传播路径。e-光线620(e)沿cos(θe)z-sin(θe)y方向入射在双折射光楔15的表面11上，并沿正z-方向从双折射光楔17射出。此处θe满足公式nesin(χ+θe)＝nosin(χ)。o-光线610(o)沿cos(θo)z+sin(θo)y方向入射在双折射光楔15的表面11上，并沿正z-方向从双折射光楔17射出。此处θo满足公式nosin(χ-θo)＝nesin(χ)。
已经公开了一种用于提供集成双泵浦组合器的方法和系统。虽然根据所示实施例描述了本发明，不过本领域普通技术人员很容易想到，可以对实施例进行变型，并且这些变型处于本发明精神和范围之内。因此，在不偏离所附权利要求的精神和范围的条件下，本领域普通技术人员可以作出多种改变。

Claims (49)

1.一种集成光纤放大器系统，包括：
一具有一主方向和一与该主方向相反方向的单向组合装置，该单向组合装置包括：
(a)一第一双折射光楔，其具有一垂直于该主方向的第一光轴，
(b)一第二双折射光楔，其具有一垂直于该主方向的第二光轴，且该第二光轴相对该第一光轴成第一角度，和
(c)一光耦合在该第一与第二双折射光楔之间的单向旋转元件，适用于将通过它的光的偏振态旋转一第二角度；以及
一与该第一双折射光楔光耦合的光纤放大器，用于接收来自该单向组合装置的沿与该主方向相反方向的组合的泵浦光。
2.如权利要求1所述的集成光纤放大器系统，还包括：
一光耦合在该光纤放大器与该第一双折射光楔之间的第一透镜；以及
一与该第二双折射光楔光耦合的第二透镜。
3.如权利要求2所述的集成光纤放大器系统，其中该第一透镜可成形为用于耦合一第一、一第二和一第三光纤，且该第二透镜可成形为用于耦合一第四光纤。
4.如权利要求3所述的集成光纤放大器系统，还包括一毛细管，用于支撑该第一、第二与第三光纤，使其贴近该第一透镜。
5.如权利要求3所述的集成光纤放大器系统，还包括一毛细管，用于支撑该第四光纤，使其贴近该第二透镜。
6.如权利要求3所述的集成光纤放大器系统，其中该第一透镜适用于引导
从该第一光纤接收的光沿第一输入方向进入该单向组合装置，且具有第一偏振，
从该第二光纤接收的光沿第二输入方向进入该单向组合装置，且具有第二偏振，以及
沿与该主方向相反的方向从该单向组合装置接收的光进入该第三光纤。
7.如权利要求3所述的集成光纤放大器系统，其中该第二透镜适用于引导
沿该主方向从该单向组合装置接收的光进入该第四光纤，以及
从该第四光纤接收的光沿与该主方向相反的方向进入该单向组合装置。
8.如权利要求1所述的集成光纤放大器系统，其中该第一角度大体上为45°，且该第二角度大体上为45°。
9.如权利要求1所述的集成光纤放大器系统，其中该单向旋转元件为一法拉第旋转器。
10.一种集成双泵浦组合器，包括：
一具有一主方向和一与该主方向相反方向的单向组合装置，该单向组合装置包括一第一双折射光楔、一第二双折射光楔和一单向旋转元件，该单向组合装置被成形为至少能使：
(1)沿第一输入方向进入该第二双折射光楔的e-光线，沿该主方向从该第二双折射光楔射出成为o-光线，
(2)沿第二输入方向进入该第一双折射光楔的o-光线，沿该主方向从该第二双折射光楔射出成为e-光线，
(3)沿与主方向相反方向进入该第二双折射光楔的e-光线，沿与主方向相反方向从该第一双折射光楔射出成为e-光线，和
(4)沿与主方向相反方向进入该第二双折射光楔的o-光线，沿与主方向相反方向从该第一双折射光楔射出成为o-光线；以及
一与该第一双折射光楔光耦合的光纤放大器，用于接收来自该单向组合装置的沿与该主方向相反方向的组合的泵浦光。
11.如权利要求10所述的集成光纤放大器系统，还包括：
一光耦合在该光纤放大器与该第一双折射光楔之间的第一透镜；以及
一与该第二双折射光楔光耦合的第二透镜。
12.如权利要求11所述的集成光纤放大器系统，其中该第一透镜可成形为用于耦合一第一，一第二和一第三光纤，且该第二透镜可成形为用于耦合一第四光纤。
13.如权利要求12所述的集成光纤放大器系统，还包括一毛细管，用于支撑该第一、第二与第三光纤，使其贴近该第一透镜。
14.如权利要求12所述的集成光纤放大器系统，还包括一毛细管，用于支撑该第四光纤，使其贴近该第二透镜。
15.如权利要求12所述的集成光纤放大器系统，其中该第一透镜适用于引导
从该第一光纤接收的光沿第一输入方向进入该单向组合装置，且具有第一偏振，
从该第二光纤接收的光沿第二输入方向进入该单向组合装置，且具有第二偏振，以及
沿与该主方向相反的方向从该单向组合装置接收的光进入该第三光纤。
16.如权利要求12所述的集成光纤放大器系统，其中该第二透镜适用于引导
沿该主方向从该单向组合装置接收的光进入该第四光纤，以及
从该第四光纤接收的光沿与该主方向相反的方向进入该单向组合装置。
17.如权利要求10所述的集成光纤放大器系统，其中该第一角度大体上为45°，且该第二角度大体上为45°。
18.如权利要求10所述的集成光纤放大器系统，其中该单向旋转元件为一法拉第旋转器。
19.一种集成双泵浦组合器，包括：
一具有一主方向和一与该主方向相反方向的单向组合装置，该单向组合装置包括：
(a)一第一双折射光楔，其具有一垂直于该主方向的第一光轴，
(b)一第二双折射光楔，其具有一垂直于该主方向的第二光轴，且该第二光轴相对该第一光轴成第一角度，和
(c)一光耦合在该第一与第二双折射光楔之间的单向旋转元件，适用于将通过它的光的偏振态旋转一第二角度；以及
一与该第二双折射光楔光耦合的波分复用滤波器。
20.如权利要求19所述的集成双泵浦组合器，还包括：
一与该第一双折射光楔光耦合的第一透镜；以及
一与该波分复用滤波器光耦合的第二透镜。
21.如权利要求20所述的集成双泵浦组合器，其中该第一透镜可成形为用于耦合一第一，一第二和一第三光纤，且该第二透镜可成形为用于耦合一第四光纤。
22.如权利要求21所述的集成双泵浦组合器，还包括一毛细管，用于支撑该第一、第二与第三光纤，使其贴近该第一透镜。
23.如权利要求21所述的集成双泵浦组合器，还包括一毛细管，用于支撑该第四光纤，使其贴近该第二透镜。
24.如权利要求21所述的集成双泵浦组合器，其中该第一透镜适用于引导：
从该第一光纤接收的光沿第一输入方向进入该单向组合装置，且具有第一偏振，
从该第二光纤接收的光沿第二输入方向进入该单向组合装置，且具有第二偏振，以及
沿与该主方向相反的方向从该单向组合装置接收的光进入该第三光纤。
25.如权利要求21所述的集成双泵浦组合器，其中该第二透镜适用于引导：
沿该主方向从该单向组合装置接收的光进入该第四光纤，以及
从该第四光纤接收的光沿与该主方向相反的方向进入该单向组合装置。
26.如权利要求19所述的集成双泵浦组合器，其中该第一角度大体上为45°，且该第二角度大体上为45°。
27.如权利要求19所述的集成双泵浦组合器，其中该单向旋转元件为一法拉第旋转器。
28.如权利要求20所述的集成双泵浦组合器，还包括一光耦合在该波分复用滤波器与该第二透镜之间的分支滤波器。
29.如权利要求20所述的集成双泵浦组合器，其中该第二透镜的一表面涂覆有反射材料。
30.一种集成双泵浦组合器，包括：
一具有一主方向和一与该主方向相反方向的单向组合装置，该单向组合装置包括一第一双折射光楔、一第二双折射光楔和一单向旋转元件，该单向组合装置被成形为至少能使：
(1)沿第一输入方向进入该第二双折射光楔的e-光线，沿该主方向从该第二双折射光楔射出成为o-光线，
(2)沿第二输入方向进入该第一双折射光楔的o-光线，沿该主方向从该第二双折射光楔射出成为e-光线，
(3)沿与主方向相反方向进入该第二双折射光楔的e-光线，沿与主方向相反方向从该第一双折射光楔射出成为e-光线，和
(4)沿与主方向相反方向进入该第二双折射光楔的o-光线，沿与主方向相反方向从该第一双折射光楔射出成为o-光线；以及
一与该第二双折射光楔光耦合的波分复用滤波器。
31.如权利要求30所述的集成双泵浦组合器，还包括：
一与该第一双折射光楔光耦合的第一透镜；以及
一与该波分复用滤波器光耦合的第二透镜。
32.如权利要求31所述的集成双泵浦组合器，其中该第一透镜可成形为用于耦合一第一，一第二和一第三光纤，且该第二透镜可成形为用于耦合一第四光纤。
33.如权利要求32所述的集成双泵浦组合器，还包括一毛细管，用于支撑该第一、第二与第三光纤，使其贴近该第一透镜。
34.如权利要求32所述的集成双泵浦组合器，还包括一毛细管，用于支撑该第四光纤，使其贴近该第二透镜。
35.如权利要求32所述的集成双泵浦组合器，其中该第一透镜适用于引导：
从该第一光纤接收的光沿第一输入方向进入该单向组合装置，且具有第一偏振，
从该第二光纤接收的光沿第二输入方向进入该单向组合装置，且具有第二偏振，以及
沿与该主方向相反的方向从该单向组合装置接收的光进入该第三光纤。
36.如权利要求32所述的集成双泵浦组合器，其中该第二透镜适用于引导：
沿该主方向从该单向组合装置接收的光进入该第四光纤，以及
从该第四光纤接收的光沿与该主方向相反的方向进入该单向组合装置。
37.如权利要求30所述的集成双泵浦组合器，其中该第一角度大体上为45°，且该第二角度大体上为45°。
38.如权利要求30所述的集成双泵浦组合器，其中该单向旋转元件为一法拉第旋转器。
39.如权利要求31所述的集成双泵浦组合器，还包括一光耦合在该波分复用滤波器与该第二透镜之间的分支滤波器。
40.如权利要求31所述的集成双泵浦组合器，其中该第二透镜的一表面涂覆有反射材料。
41.一种将由第一偏振泵浦光和第二偏振泵浦光产生的组合泵浦光耦合到一光纤放大器上的方法，该方法包括：
提供一单向组合装置，该单向组合装置具有一主方向和一与该主方向相反的方向；
引导该第一偏振泵浦光使其沿第一输入方向作为e-光线进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出成为该组合泵浦光的第一偏振分量；
引导该第二偏振泵浦光使其沿第二输入方向作为o-光线进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出成为该组合泵浦光的第二偏振分量；以及
引导该组合泵浦光的该第一与该第二偏振分量使其进入该光纤放大器。
42.一种使用光纤放大器放大光输入信号的方法，该光纤放大器具有一输入端和一输出端，该方法包括：
提供一单向组合装置，该单向组合装置具有一主方向和一与该主方向相反的方向；
提供一第一偏振泵浦光和一第二偏振泵浦光，用于产生组合的泵浦光；
引导该第一偏振泵浦光使其沿第一输入方向作为e-光线进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出成为该组合泵浦光的第一偏振分量；
引导该第二偏振泵浦光使其沿第二输入方向作为o-光线进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出成为该组合泵浦光的第二偏振分量；
引导该组合泵浦光的该第一与第二偏振分量使其均进入该光纤放大器的该输出端；以及
引导该光输入信号使其从该输入端通过该光纤放大器到达该输出端，并沿与该主方向相反的方向通过该单向组合装置。
43.一种将由第一偏振泵浦光和第二偏振泵浦光产生的组合泵浦光耦合到一光纤放大器上的方法，该方法包括：
提供一单向组合装置，该单向组合装置具有一主方向和一与该主方向相反的方向；
引导该第一偏振泵浦光使其沿第一输入方向作为e-光线进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出成为第一中间泵浦光；
反射该第一中间泵浦光，使其沿与该主方向相反的方向通过该单向组合装置成为该组合泵浦光的第一偏振分量；
引导该第二偏振泵浦光使其沿第二输入方向作为o-光线进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出成为第二中间泵浦光；
反射该第二中间泵浦光，使其沿与该主方向相反的方向通过该单向组合装置成为该组合泵浦光的第二偏振分量；以及
将该组合泵浦光的该第一与第二偏振分量均引导进入该光纤放大器。
44.如权利要求43所述的方法，其中该反射第一中间泵浦光的步骤包括使用一波分复用滤波器反射该第一中间泵浦光。
45.如权利要求43所述的方法，其中该反射第二中间泵浦光的步骤包括使用一波分复用滤波器反射该第二中间泵浦光。
46.一种使用光纤放大器放大光输入信号的方法，该光纤放大器具有一输入端和一输出端，该方法包括：
提供一第一偏振泵浦光和一第二偏振泵浦光，用于产生组合的泵浦光；
提供一单向组合装置，该单向组合装置具有一主方向和一与该主方向相反的方向；
引导该第一偏振泵浦光使其沿第一输入方向作为e-光线进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出成为第一中间泵浦光；
反射该第一中间泵浦光，使其沿与该主方向相反的方向通过该单向组合装置成为该组合泵浦光的第一偏振分量；
引导该第二偏振泵浦光使其沿第二输入方向作为o-光线进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出成为第二中间泵浦光；
反射该第二中间泵浦光，使其沿与该主方向相反的方向通过该单向组合装置成为该组合泵浦光的第二偏振分量；
引导该组合泵浦光的该第一与第二偏振分量使其均进入该光纤放大器的该输入端；并且
引导该光输入信号使其沿与该主方向相反的方向通过该单向组合装置，并从该输入端进入该光纤放大器。
47.如权利要求46所述的方法，其中该反射第一中间泵浦光的步骤包括使用一波分复用滤波器反射该第一中间泵浦光。
48.如权利要求46所述的方法，其中该反射第二中间泵浦光的步骤包括使用一波分复用滤波器反射该第二中间泵浦光。
49.如权利要求46所述的方法，其中该引导光输入信号的步骤包括引导该光输入信号，使其沿与该主方向相反的方向顺序通过一波分复用滤波器和该单向组合装置。
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