專利名稱：用于光纖放大器的集成雙泵浦組合器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明概括來說涉及光學技術發(fā)明背景光纖放大器普遍應用于通信系統(tǒng)中。光纖放大器的例子包括摻鉺光纖放大器(“EDFA”)以及其他類型的摻稀土光纖放大器。一般由發(fā)光二極管(LED)或者激光器對這些光纖放大器進行泵浦。

圖1a和1b均表示，由兩個偏振光源如兩個偏振激光器對EDFA100進行光泵浦。
圖1a說明反向泵浦機制。在反向泵浦機制下，待放大的光信號和泵浦光沿相反方向傳播。從泵浦激光器一接收的第一泵浦光P1和從泵浦激光器二接收的第二泵浦光P2由偏振保持(“PM”)組合器124組合。PM組合器124的輸出光通過隔離器125傳輸到波分復用(“WDM”)耦合器126，成為組合的泵浦光。該組合的泵浦光從WDM耦合器126射出，并進入EDFA100。輸入光信號Si與EDFA100光耦合，并沿與該泵浦光傳播方向相反的方向傳播。輸入光信號Si在EDFA100中被放大，通過WDM耦合器126和隔離器127，變成輸出光So。
圖1b說明正向泵浦機制。在正向泵浦機制下，待放大的光信號與泵浦光沿相同方向傳播。從泵浦激光器一接收的第一偏振光P1和從泵浦激光器二接收的第二偏振光P2被PM組合器134組合。PM組合器134的輸出光通過隔離器135傳輸到WDM耦合器136，成為組合的泵浦光。該組合的泵浦光從WDM耦合器136射出，并進入EDFA100。輸入光信號Si，在通過隔離器137和WDM耦合器136之后進入EDFA100，并沿與該泵浦光傳播方向相同的方向傳播。輸入光信號Si在EDFA100中被放大，變成輸出光So。
發(fā)明概述按照一個方面，本發(fā)明提供一種集成光纖放大器系統(tǒng)。該集成光纖放大器系統(tǒng)包括一單向組合裝置和一光纖放大器。該單向組合裝置具有一主方向。該單向組合裝置包括一第一雙折射光楔、一第二雙折射光楔和一單向旋轉元件。該第一雙折射光楔具有一垂直于該主方向的第一光軸。該第二雙折射光楔具有一垂直于該主方向的第二光軸，并且該第二光軸相對該第一光軸成第一角度。該單向旋轉元件光耦合在該第一與第二雙折射光楔之間。該單向旋轉元件是這樣一種光學裝置，它將通過該光學裝置的光的偏振態(tài)旋轉一第二角度。該光纖放大器與該第一雙折射光楔光耦合，用于接收來自該單向組合裝置的沿與該主方向相反方向的組合的泵浦光。
按照另一方面，本發(fā)明提供一種集成光纖放大器系統(tǒng)。該集成光纖放大器系統(tǒng)包括一單向組合裝置和一光纖放大器。該單向組合裝置具有一主方向。該單向組合裝置包括一第一雙折射光楔、一第二雙折射光楔和一單向旋轉元件。該光纖放大器與該第一雙折射光楔光耦合，用于沿與該主方向相反的方向從該單向組合裝置接收組合的泵浦光。該單向組合裝置被成形為能實現至少下列功能(1)沿第一輸入方向進入該第二雙折射光楔的e-光線，沿該主方向從該第二雙折射光楔射出成為o-光線；(2)沿第二輸入方向進入該第一雙折射光楔的o-光線，沿該主方向從該第二雙折射光楔射出成為e-光線；(3)沿與該主方向相反方向進入該第二雙折射光楔的e-光線，沿與該主方向相反的方向從該第一雙折射光楔射出成為e-光線；以及(4)沿與該主方向相反方向進入該第二雙折射光楔的o-光線，沿與該主方向相反的方向從該第一雙折射光楔射出成為o-光線。
按照又一方面，本發(fā)明提供一種集成雙泵浦組合器。該集成雙泵浦組合器包括一單向組合裝置和一波分復用濾波器。該單向組合裝置具有一主方向。該單向組合裝置包括一第一雙折射光楔、一第二雙折射光楔和一單向旋轉元件。該第一雙折射光楔具有一垂直于該主方向的第一光軸。該第二雙折射光楔具有一垂直于該主方向的第二光軸，并且該第二光軸相對該第一光軸成第一角度。該單向旋轉元件光耦合在該第一與第二雙折射光楔之間。該單向旋轉元件是這樣一種光學裝置，它將通過該光學裝置的光的偏振態(tài)旋轉一第二角度。該波分復用濾波器與該第二雙折射光楔光耦合。
按照再一方面，本發(fā)明提供一種集成雙泵浦組合器。該集成雙泵浦組合器包括一單向組合裝置和一波分復用濾波器。該單向組合裝置具有一主方向。該單向組合裝置包括一第一雙折射光楔、一第二雙折射光楔和一單向旋轉元件。該單向旋轉元件是這樣一種光學裝置，它將通過該光學裝置的光的偏振態(tài)旋轉一第二角度。該波分復用濾波器與該第二雙折射光楔光耦合。該單向組合裝置被成形為能實現至少下列功能(1)沿第一輸入方向進入該第二雙折射光楔的e-光線，沿該主方向從該第二雙折射光楔射出成為o-光線；(2)沿第二輸入方向進入該第一雙折射光楔的o-光線，沿該主方向從該第二雙折射光楔射出成為e-光線；(3)沿與該主方向相反方向進入該第二雙折射光楔的e-光線，沿與該主方向相反的方向從該第一雙折射光楔射出成為e-光線；以及(4)沿與該主方向相反方向進入該第二雙折射光楔的o-光線，沿與該主方向相反的方向從該第一雙折射光楔射出成為o-光線。
另一方面，本發(fā)明提供一種將由第一偏振泵浦光和第二偏振泵浦光產生的組合泵浦光耦合到一光纖放大器上的方法。該方法包括提供一具有一主方向和一與該主方向相反方向的單向組合裝置的步驟。該方法包括引導該第一偏振泵浦光，使其沿第一輸入方向作為e-光線進入該單向組合裝置，并沿該主方向從該單向組合裝置射出成為該組合泵浦光的第一偏振分量的步驟。該方法包括引導該第二偏振泵浦光，使其沿第二輸入方向作為o-光線進入該單向組合裝置，并沿該主方向從該單向組合裝置射出成為該組合泵浦光的第二偏振分量的步驟。該方法包括引導該組合泵浦光的該第一和第二偏振分量，使其進入該光纖放大器的步驟。
又一方面，本發(fā)明提供一種使用一具有輸入端和輸出端的光纖放大器放大光輸入信號的方法。該方法包括提供一具有一主方向和一與該主方向相反的方向的單向組合裝置的步驟。該方法包括提供一第一偏振泵浦光和一第二偏振泵浦光，用于產生組合泵浦光的步驟。該方法包括引導該第一偏振泵浦光使其沿第一輸入方向作為e-光線進入該單向組合裝置，并沿該主方向從該單向組合裝置射出成為該組合泵浦光的第一偏振分量的步驟。該方法包括引導該第二偏振泵浦光使其沿第二輸入方向作為o-光線進入該單向組合裝置，并沿該主方向從該單向組合裝置射出成為該組合泵浦光的第二偏振分量的步驟。該方法包括引導該組合泵浦光的該第一與第二偏振分量，使其進入該光纖放大器的該輸出端的步驟。該方法包括引導該光輸入信號使其從該輸入端通過該光纖放大器到達該輸出端，并沿與該主方向相反的方向通過該單向組合裝置的步驟。
再一方面，本發(fā)明提供一種將由一第一偏振泵浦光和一第二偏振泵浦光產生的組合泵浦光耦合到一光纖放大器上的方法。該方法包括提供一具有一主方向和一與該主方向相反的方向的單向組合裝置的步驟。該方法包括引導該第一偏振泵浦光使其沿第一輸入方向作為e-光線進入該單向組合裝置，并沿該主方向從該單向組合裝置射出成為第一中間泵浦光的步驟。該方法包括反射該第一中間泵浦光，使其沿與該主方向相反方向通過該單向組合裝置成為該組合泵浦光的第一偏振分量的步驟。該方法包括引導該第二偏振泵浦光使其沿第二輸入方向作為o-光線進入該單向組合裝置，并且沿該主方向從該單向組合裝置射出成為第二中間泵浦光的步驟。該方法包括反射該第二中間泵浦光，使其沿與該主方向相反方向通過該單向組合裝置成為該組合泵浦光的第二偏振分量的步驟。該方法包括引導該組合泵浦光的該第一與第二偏振分量，使其進入該光纖放大器的步驟。該方法可以包括使用一波分復用濾波器反射該第一中間泵浦光的步驟。該方法可以包括使用一波分復用濾波器反射該第二中間泵浦光的步驟。
另一方面，本發(fā)明提供一種使用一具有輸入端和輸出端的光纖放大器放大光輸入信號的方法。該方法包括提供一第一偏振泵浦光和一第二偏振泵浦光，用于產生組合泵浦光的步驟。該方法包括提供一具有一主方向和一與該主方向相反方向的單向組合裝置的步驟。該方法包括引導該第一偏振泵浦光使其沿第一輸入方向作為e-光線進入該單向組合裝置，并沿該主方向從該單向組合裝置射出成為第一中間泵浦光的步驟。該方法包括反射該第一中間泵浦光，使其沿與該主方向相反方向通過該單向組合裝置成為該組合泵浦光的第一偏振分量的步驟。該方法包括引導該第二偏振泵浦光使其沿第二輸入方向作為o-光線進入該單向組合裝置，并沿該主方向從該單向組合裝置射出成為第二中間泵浦光的步驟。該方法包括反射該第二中間泵浦光，使其沿與該主方向相反方向通過該單向組合裝置成為該組合泵浦光的第二偏振分量的步驟。該方法包括引導該組合泵浦光的該第一與第二偏振分量，使其進入該光纖放大器的該輸入端的步驟。該方法包括引導該光輸入信號使其沿與該主方向相反方向通過該單向組合裝置，并從該輸入端進入該光纖放大器的步驟。
本發(fā)明的各個方面可以包括一或多個下述優(yōu)點。使用單向組合裝置的集成雙泵浦組合器，可具有小插入損耗，尺寸緊湊且制造成本降低。使用單向組合裝置的集成雙泵浦組合器，還可以起光隔離器的作用。根據附圖和下面的描述，其它優(yōu)點將是顯而易見的。
附圖簡要描述圖1a說明在反向泵浦機制中，通過組合由兩個泵浦激光器發(fā)出的光，產生用于泵浦摻鉺光纖放大器的泵浦光。
圖1b說明在正向泵浦機制中，通過組合由兩個泵浦激光器發(fā)出的光，產生用于泵浦摻鉺光纖放大器的泵浦光。
圖2說明用于反向泵浦機制的集成雙泵浦組合器200。
圖3說明用于正向泵浦機制的集成雙泵浦組合器300。
圖4a說明單向組合裝置的一種實現方式。
圖4b說明圖4a中雙折射光楔和法拉第旋轉器的具體結構。
圖4c-4e說明圖4a中雙折射光楔和法拉第旋轉器的其他結構。
圖5a說明沿主方向進入圖4a中單向組合裝置的光的傳播路徑。
圖5b說明沿主方向進入第一雙折射光楔的e-光線，沿第一輸出方向從第二雙折射光楔射出成為o-光線。
圖5c說明沿主方向進入第一雙折射光楔的o-光線，沿第二輸出方向從第二雙折射光楔射出成為e-光線。
圖6a說明沿第一和第二輸入方向進入圖4a中單向組合裝置的光的傳播路徑。
圖6b說明沿第一輸入方向進入第二雙折射光楔的e-光線，沿主方向從該第二雙折射光楔射出成為o-光線。
圖6c說明沿第二輸入方向進入第一雙折射光楔的o-光線，沿主方向從第二雙折射光楔射出成為e-光線。
圖7a說明沿與主方向相反方向進入圖4a中單向組合裝置的光的傳播路徑。
圖7b說明沿與主方向相反方向進入第二雙折射光楔的e-光線，沿與主方向相反的方向從第一雙折射光楔射出成為e-光線。
圖7c說明沿與主方向相反方向進入第二雙折射光楔的o-光線，沿與主方向相反的方向從第一雙折射光楔射出成為o-光線。
圖8說明用于反向泵浦機制的集成雙泵浦組合器200的一種實現方式。
圖9a說明用于正向泵浦機制的集成雙泵浦組合器300的一種實現方式。
圖9b說明用于正向泵浦機制的集成雙泵浦組合器300的另一種實現方式。
圖10a說明使用折射率ne大于no的雙折射晶體材料構成的單向組合裝置400的一種實現方式。
圖10b說明使用折射率ne小于no的雙折射晶體材料構成的單向組合裝置400的一種實現方式。
本發(fā)明詳細說明本發(fā)明涉及光學技術的改進。給出下面的描述，使本領域普通技術人員能制造和使用本發(fā)明，并且按專利申請和其權利要求的前后關系提供下面的描述。對本領域技術人員而言本發(fā)明的多種變型是顯而易見的，并且可以將此處的普遍原理應用于其他實施例。因此，本發(fā)明不限于所示實施例，而與符合此處所述原理和特征的最寬范圍一致。
將通過具有特定結構的特定元件的集成雙泵浦組合器描述本發(fā)明。同樣，將通過具有特定關系的元件來描述本發(fā)明，諸如元件之間的距離或角度。不過，本領域普通技術人員很容易想到所述裝置和系統(tǒng)可以包括具有類似性質、其他結構或者元件之間具有其他關系的其他元件。
圖2和3分別表示用于反向泵浦機制的集成雙泵浦組合器200和用于正向泵浦機制的集成雙泵浦組合器300。
如圖2所示，集成雙泵浦組合器200包括兩個用于接收泵浦光P1和P2的端口280和290，一個用于產生輸出光信號的端口220，以及一個用于將組合的泵浦光Po耦合到EDFA100上的端口210。通過EDFA100的輸入光信號Si在EDFA100中得到放大，并且通過集成雙泵浦組合器200，成為輸出光信號So。集成雙泵浦組合器200還起到光隔離器的作用，從而光不能從端口220傳播到端口210。下面將更加詳細地描述該雙泵浦組合器200的光隔離器特性。
如圖3所示，集成雙泵浦組合器300包括兩個用于接收泵浦光P1和P2的端口380和390，一個用于接收輸入光信號的端口310，以及一個用于將組合泵浦光Po耦合到EDFA100上的端口320。端口320也用于將從端口310接收的輸入光信號傳輸到EDFA100。通過集成雙泵浦組合器300的輸入光信號Si在EDFA100中得到放大，并成為輸出光信號So。集成雙泵浦組合器300也起到光隔離器的作用，從而光不能從端口320傳播到端口310。
本發(fā)明的實現提供以使用單向組合裝置的集成雙泵浦組合器200和300。下面更詳細地描述該單向組合裝置的結構和操作。單向組合裝置通常包括兩個雙折射光楔和一諸如法拉第旋轉器的單向旋轉元件。
圖4a和4b說明單向組合裝置400的一種實現方式，該單向組合裝置400包括一雙折射光楔15，一雙折射光楔17和一諸如法拉第旋轉器16的單向旋轉元件。雙折射光楔15和17為楔形平板。雙折射光楔15的表面11面對雙折射光楔17的表面12。在單向組合裝置400的一種實現方式中，雙折射光楔15的表面11基本平行于雙折射光楔17的表面12。
圖示的坐標系統(tǒng)包括x-方向，y-方向和z-方向。雙折射光楔15的光軸為沿x-方向。雙折射光楔17的光軸為沿x-y方向。以這樣一種方式設計法拉第旋轉器16，當光沿正z-或負z-方向通過該法拉第旋轉器16時，該光的偏振態(tài)將相對正z-軸大體上旋轉45°。單向組合裝置400具有一沿正z-方向的主方向，和一沿負z-方向的與該主方向相反的方向。單向組合裝置400還具有一沿z-αy方向的第一輸入方向，一沿z+βy方向的第二輸入方向，一沿z+γy方向的第一輸出方向，和一沿z-δy方向的第二輸出方向。其中α，β，γ和δ為正數。
通常，將包括第一和第二雙折射光楔的單向組合裝置400構造成可實現下面六個功能中的一或多個(1)沿主方向進入第一雙折射光楔的e-光線，沿第一輸出方向從第二雙折射光楔射出成為o-光線；(2)沿主方向進入第一雙折射光楔的o-光線，沿第二輸出方向從第二雙折射光楔射出成為e-光線；(3)沿第一輸入方向進入第二雙折射光楔的e-光線，沿主方向從該第二雙折射光楔射出成為o-光線；(4)沿第二輸入方向進入第一雙折射光楔的o-光線，沿主方向從第二雙折射光楔射出成為e-光線；(5)沿與主方向相反方向進入第二雙折射光楔的e-光線，沿與主方向相反的方向從第一雙折射光楔射出成為e-光線；(6)沿與主方向相反方向進入第二雙折射光楔的o-光線，沿與主方向相反的方向從第一雙折射光楔射出成為o-光線。
圖5a和5b詳細說明第一功能。圖5a和5c詳細說明第二功能。圖6a和6b詳細說明第三功能。圖6a和6c詳細說明第四功能。圖7a和7b詳細說明第五功能。圖7a和7c詳細說明第六功能。
如圖5a和5b所示，沿主方向(即正z-方向)傳播具有x偏振的e-光線520(e)，進入雙折射光楔15。光520(e)在表面11上折射。在通過法拉第旋轉器16之后，光520(e)的偏振態(tài)相對正z-軸大體上旋轉正45°，并且光520(e)變成具有x+y偏振的光521(o)。光521(o)在表面12上也發(fā)生折射，并進入雙折射光楔17成為o-光線。光521(o)通常沿第一輸出方向(即z+γy方向)傳播而從雙折射光楔17射出。
如圖5a和5c所示，沿主方向(即正z-方向)傳播具有y偏振的o-光線510(o)，進入雙折射光楔15。光510(o)在表面11上折射。在通過法拉第旋轉器16之后，光510(o)的偏振態(tài)相對正z-軸大體上旋轉正45°，并且光510(o)成為具有x-y偏振的光511(e)。光511(e)在表面12上也發(fā)生折射，并進入雙折射光楔17成為e-光線。光511(e)通常沿第二輸出方向(即z-δy方向)傳播而從雙折射光楔17射出。
如圖6a和6b所示，沿第一輸入方向(即z-αy方向)傳播具有x-偏振的e-光線620(e)，進入雙折射光楔15。光620(e)在表面11上折射。在通過法拉第旋轉器16之后，光620(e)的偏振態(tài)相對正z-軸大體上旋轉正45°，并且光620(e)變成具有x+y偏振的光621(o)。光621(o)在表面12上也發(fā)生折射，并進入雙折射光楔17成為o-光線。光621(o)沿主方向(即正z-方向)傳播而從雙折射光楔17射出。
如圖6a和6c所示，沿第二輸入方向(即z+βy方向)傳播具有y偏振的o-光線610(o)，進入雙折射光楔15。光610(o)在表面11上折射。在通過法拉第旋轉器16之后，光610(o)的偏振態(tài)相對正z-軸大體上旋轉正45°，并且光610(o)變成具有x-y偏振的光611(e)。光611(e)在表面12上也發(fā)生折射，并進入雙折射光楔17成為e-光線。光611(e)沿主方向(即正z-方向)傳播而從雙折射光楔17射出。
如圖7a和7b所示，沿與主方向相反的方向(即負z-方向)傳播具有x-y偏振的e-光線720(e)，進入雙折射光楔17。光720(e)在表面12上折射。在通過法拉第旋轉器16之后，光720(e)的偏振態(tài)相對正z-軸大體上旋轉正45°，并且光720(e)成為具有x偏振的光721(e)。光721(e)在表面11上也發(fā)生折射，并進入雙折射光楔15成為e-光線。光721(e)沿與主方向相反的方向(即負z-方向)傳播而從雙折射光楔15射出。
如圖7a和7c所示，沿與主方向相反方向(即負z-方向)傳播的具有x+y偏振的o-光線710(o)，進入雙折射光楔17。光710(o)在表面12上折射。在通過法拉第旋轉器16之后，光710(o)的偏振態(tài)相對正z-軸大體上旋轉正45°，并且光710(o)變成具有y偏振的光711(o)。光710(o)在表面11上也發(fā)生折射，并進入雙折射光楔15成為o-光線。光711(o)沿與主方向相反的方向(即負z-方向)傳播而從雙折射光楔15射出。
由于o-光線與e-光線之間的折射率差異，光721(e)和711(o)能沿不同路徑從雙折射光楔15射出。不過，當721(e)和711(o)的路徑基本平行時，可以使用一準直器將光721(e)和711(o)耦合到單根光纖。
在圖4b所示單向組合裝置400的實現方式中，雙折射光楔15和17的光軸分別為沿x方向和x-y方向。以這樣一種方式設計法拉第旋轉器16，使通過該法拉第旋轉器16的光的偏振態(tài)將相對正z-軸旋轉正45°。
在單向組合裝置400的另一種實現方式中，如圖4c所示，雙折射光楔15和17的光軸分別為沿x方向和x+y方向。以這樣一種方式設計法拉第旋轉器16，使通過該法拉第旋轉器16的光的偏振態(tài)將相對正z-軸大體上旋轉負45°。
在單向組合裝置400的第三種實現方式中，如圖4d所示，雙折射光楔15和17的光軸分別為沿y方向和x+y方向。以這樣一種方式設計法拉第旋轉器16，使通過該法拉第旋轉器16的光的偏振態(tài)將相對正z-軸大體上旋轉正45°。
在單向組合裝置400的第四種實現方式中，如圖4e所示，雙折射光楔15和17的光軸分別為沿cos()x+sin()y方向和cos(-45)x+sin(-45)y方向。以這樣一種方式設計法拉第旋轉器16，使通過該法拉第旋轉器16的光的偏振態(tài)將相對正z-軸大體上旋轉正45°。
在如圖4a所示單向組合裝置400的實現方式中，雙折射光楔15和17基本上與法拉第旋轉器16接觸。在其他實現方式中，可以在雙折射光楔15與法拉第旋轉器16之間，以及在雙折射光楔17與法拉第旋轉器16之間插入其他光學介質(包括空氣)。
圖8說明用于反向泵浦機制的集成雙泵浦組合器200的一種實現方式。集成雙泵浦組合器200包括一單向組合裝置400，以及透鏡840和850。單模光纖820和PM光纖880及890與透鏡840光耦合?？梢允褂妹毠?a capillary)830來固定單模光纖820和PM光纖880及890的位置。單模光纖810與透鏡850光耦合?？捎妹毠?60固定單模光纖810的位置。
圖8表示泵浦激光器一和泵浦激光器二分別向集成雙泵浦組合器200的端口280和290提供偏振的泵浦光P1和P2，并且從端口210射出組合的泵浦光Po。具體來說，由PM光纖880射出的偏振泵浦光P1通過透鏡840耦合到單向組合裝置400上，并沿第一輸入方向(即z-αy方向)作為e-光線620(e)進入單向組合裝置400。在通過單向組合裝置400之后，e-光線620(e)變成沿該主方向(即正z-方向)傳播的o-光線621(o)。o-光線621(o)通過透鏡850耦合到單模光纖810，并成為組合泵浦光Po的第一偏振分量。
從PM光纖890射出的偏振泵浦光P2通過透鏡840耦合到單向組合裝置400上，并沿第二輸入方向(即z+βy方向)作為o-光線610(o)進入單向組合裝置400。在通過單向組合裝置400之后，o-光線610(o)變成沿該主方向(即正z-方向)傳播的e-光線611(e)。e-光線611(e)通過透鏡850耦合到單模光纖810，并成為組合泵浦光Po的第二偏振分量。
組合泵浦光Po的該第一與第二偏振分量均傳輸到EDFA100中。EDFA100中的組合泵浦光Po使輸入光信號Si能在EDFA100中被放大。
圖8還說明輸入光信號Si進入集成雙泵浦組合器200的端口210，并從集成雙泵浦組合器200的端口220射出。具體來說，輸入光信號Si在EDFA100中被放大之后，通過單模光纖810進入集成雙泵浦組合器200的端口210。從單模光纖810射出的輸入光信號Si，通過透鏡850，并沿與該主方向相反的方向(即負z-方向)進入單向組合裝置400。輸入光信號Si的某些光作為e-光線720(e)進入單向組合裝置400，而輸入光信號Si的另一些光作為o-光線710(o)進入單向組合裝置400。光720(e)通過單向組合裝置400成為光721(e)。光721(e)通過透鏡840，并進入單模光纖820成為輸出光信號So的第一偏振分量。光710(o)通過單向組合裝置400成為光711(o)。光711(o)通過透鏡840，并進入單模光纖820成為輸出光信號So的第二偏振分量。輸出光信號So的該第一與第二偏振分量在單模光纖820中被組合。
圖9a說明用于正向泵浦機制的集成雙泵浦組合器300的一種實現方式。集成雙泵浦組合器300包括一單向組合裝置400、WDM濾波器900和透鏡840與850。單模光纖820和PM光纖880及890與透鏡840光耦合?？梢杂妹毠?30固定單模光纖820和PM光纖880及890的位置。單模光纖810與透鏡850光耦合?？捎妹毠?60固定單模光纖810的位置。
WDM濾波器900被設計成可實現下列功能(1)當從單向組合裝置400射出的泵浦光入射在WDM濾波器900上時，該泵浦光將被反射回單向組合裝置400中；(2)當從透鏡850射出的光信號入射在WDM濾波器900上時，該光信號將通過該WDM濾波器900，并進入單向組合裝置400。
在一種實現方式中，WDM濾波器900反射具有該泵浦光波長的光，并透過具有該光信號波長的光。對于摻鉺光纖放大器，該光信號可以具有1550nm波長，該泵浦光可具有980nm波長。該泵浦光還可具有1480nm波長或者幾種其他波長?？梢詫DM濾波器900設計成透過1550nm的光信號，并反射980nm或1480nm的泵浦光。還可以將WDM濾波器900設計成能同時反射980nm和1480nm的泵浦光。
圖9a說明偏振泵浦光P1和P2分別進入集成雙泵浦組合器300的端口380和390，并從端口320射出成為組合泵浦光Po。具體來說，從PM光纖880射出的偏振泵浦光P1，通過透鏡840耦合到單向組合裝置400，并且沿第一輸入方向(即z-αy方向)作為e-光線620(e)進入單向組合裝置400。在通過該單向組合裝置400之后，e-光線620(e)變成沿該主方向(即正z-方向)傳播的o-光線621(o)。o-光線621(o)在被WDM濾波器900反射之后，沿與主方向相反的方向(即負z-方向)通過單向組合裝置400，并通過透鏡840進入單模光纖820成為組合泵浦光Po的第一偏振分量。
從PM光纖890射出的偏振泵浦光P2，通過透鏡840耦合到單向組合裝置400，并且沿第二輸入方向(即z+βy方向)作為o-光線610(o)進入單向組合裝置400。在通過單向組合裝置400之后，o-光線610(o)變成沿該主方向(即正z-方向)傳播的e-光線611(e)。e-光線611(e)在被WDM濾波器900反射之后，沿與主方向相反的方向通過單向組合裝置400，并通過透鏡840進入單模光纖820成為組合泵浦光Po的第二偏振分量。
組合泵浦光Po的該第一與第二偏振分量均被傳輸到EDFA100中。EDFA100中的組合泵浦光Po使輸入光信號Si能在EDFA100中被放大。
圖9a還說明輸入光信號Si進入集成雙泵浦組合器300的端口310，并從集成雙泵浦組合器300的端口320射出。具體來說，輸入光信號Si通過單模光纖810進入集成雙泵浦組合器300的端口310。從單模光纖810射出的輸入光信號Si通過透鏡850和WDM濾波器900，并沿與該主方向相反的方向(即負z-方向)進入單向組合裝置400。輸入光信號Si的某些光作為e-光線720(e)進入單向組合裝置400，而輸入光信號Si的另一些光作為o-光線710(o)進入單向組合裝置400。光720(e)通過單向組合裝置400成為光721(e)。光721(e)通過透鏡840，并進入單模光纖820成為輸出光信號So的第一偏振分量。光710(o)通過單向組合裝置400成為光711(o)。光711(o)通過透鏡840，并進入單模光纖820成為輸出光信號So的第二偏振分量。輸出光信號So的該第一與第二偏振分量在單模光纖820中被組合。然后輸出光信號So被EDFA100放大。
圖9b說明用于正向泵浦機制的集成雙泵浦組合器300的另一種實現方式。圖9b的集成雙泵浦組合器300包括一設置在透鏡850與WDM濾波器900之間的分支濾波器(tap filter)950。使用分支濾波器950，能將輸入信號Si的一小部分光耦合到監(jiān)測單模光纖910。在其他實現方式中，可以在透鏡850的表面851上涂覆反射材料，并向監(jiān)測器單模光纖910提供反射信號。
通常，可由雙折射晶體材料，如方解石、金紅石、鈮酸鋰或原釩酸釔(yttrium orthvanadate)構成雙折射光楔15和雙折射光楔17。
雙折射晶體材料通常具有對于e-光線的折射率ne和對于o-光線的折射率no?？梢允褂谜凵渎蕁e大于no的雙折射晶體材料，或折射率ne小于no的雙折射晶體材料構成單向組合裝置400。
圖10a和10b說明單向組合裝置400的實現方式，單向組合裝置400包括楔形平板形式的雙折射光楔15和17。雙折射光楔15的表面11基本平行于雙折射光楔17的表面12。雙折射光楔15和17的錐角為χ。
圖10a說明使用折射率ne大于no的雙折射晶體材料構成的單向組合裝置400的一種實現方式。圖10a還說明e-光線620(e)和o-光線610(o)的傳播路徑。e-光線620(e)沿cos(θe)z-sin(θe)y方向入射在雙折射光楔15的表面11上，并沿正z-方向從雙折射光楔17射出。此處θe滿足公式nesin(χ-θe)＝nosin(χ)。o-光線610(o)沿cos(θo)z+sin(θo)y方向入射在雙折射光楔15的表面11上，并沿正z-方向從雙折射光楔17射出。此處θo滿足公式nosin(χ+θo)＝nesin(χ)。
圖10b說明使用折射率ne小于no的雙折射晶體材料構成的單向組合裝置400的一種實現方式。圖10b還說明e-光線620(e)和o-光線610(o)的傳播路徑。e-光線620(e)沿cos(θe)z-sin(θe)y方向入射在雙折射光楔15的表面11上，并沿正z-方向從雙折射光楔17射出。此處θe滿足公式nesin(χ+θe)＝nosin(χ)。o-光線610(o)沿cos(θo)z+sin(θo)y方向入射在雙折射光楔15的表面11上，并沿正z-方向從雙折射光楔17射出。此處θo滿足公式nosin(χ-θo)＝nesin(χ)。
已經公開了一種用于提供集成雙泵浦組合器的方法和系統(tǒng)。雖然根據所示實施例描述了本發(fā)明，不過本領域普通技術人員很容易想到，可以對實施例進行變型，并且這些變型處于本發(fā)明精神和范圍之內。因此，在不偏離所附權利要求的精神和范圍的條件下，本領域普通技術人員可以作出多種改變。
權利要求
1.一種集成光纖放大器系統(tǒng)，包括一具有一主方向和一與該主方向相反方向的單向組合裝置，該單向組合裝置包括(a)一第一雙折射光楔，其具有一垂直于該主方向的第一光軸，(b)一第二雙折射光楔，其具有一垂直于該主方向的第二光軸，且該第二光軸相對該第一光軸成第一角度，和(c)一光耦合在該第一與第二雙折射光楔之間的單向旋轉元件，適用于將通過它的光的偏振態(tài)旋轉一第二角度；以及一與該第一雙折射光楔光耦合的光纖放大器，用于接收來自該單向組合裝置的沿與該主方向相反方向的組合的泵浦光。
2.如權利要求1所述的集成光纖放大器系統(tǒng)，還包括一光耦合在該光纖放大器與該第一雙折射光楔之間的第一透鏡；以及一與該第二雙折射光楔光耦合的第二透鏡。
3.如權利要求2所述的集成光纖放大器系統(tǒng)，其中該第一透鏡可成形為用于耦合一第一、一第二和一第三光纖，且該第二透鏡可成形為用于耦合一第四光纖。
4.如權利要求3所述的集成光纖放大器系統(tǒng)，還包括一毛細管，用于支撐該第一、第二與第三光纖，使其貼近該第一透鏡。
5.如權利要求3所述的集成光纖放大器系統(tǒng)，還包括一毛細管，用于支撐該第四光纖，使其貼近該第二透鏡。
6.如權利要求3所述的集成光纖放大器系統(tǒng)，其中該第一透鏡適用于引導從該第一光纖接收的光沿第一輸入方向進入該單向組合裝置，且具有第一偏振，從該第二光纖接收的光沿第二輸入方向進入該單向組合裝置，且具有第二偏振，以及沿與該主方向相反的方向從該單向組合裝置接收的光進入該第三光纖。
7.如權利要求3所述的集成光纖放大器系統(tǒng)，其中該第二透鏡適用于引導沿該主方向從該單向組合裝置接收的光進入該第四光纖，以及從該第四光纖接收的光沿與該主方向相反的方向進入該單向組合裝置。
8.如權利要求1所述的集成光纖放大器系統(tǒng)，其中該第一角度大體上為45°，且該第二角度大體上為45°。
9.如權利要求1所述的集成光纖放大器系統(tǒng)，其中該單向旋轉元件為一法拉第旋轉器。
10.一種集成雙泵浦組合器，包括一具有一主方向和一與該主方向相反方向的單向組合裝置，該單向組合裝置包括一第一雙折射光楔、一第二雙折射光楔和一單向旋轉元件，該單向組合裝置被成形為至少能使(1)沿第一輸入方向進入該第二雙折射光楔的e-光線，沿該主方向從該第二雙折射光楔射出成為o-光線，(2)沿第二輸入方向進入該第一雙折射光楔的o-光線，沿該主方向從該第二雙折射光楔射出成為e-光線，(3)沿與主方向相反方向進入該第二雙折射光楔的e-光線，沿與主方向相反方向從該第一雙折射光楔射出成為e-光線，和(4)沿與主方向相反方向進入該第二雙折射光楔的o-光線，沿與主方向相反方向從該第一雙折射光楔射出成為o-光線；以及一與該第一雙折射光楔光耦合的光纖放大器，用于接收來自該單向組合裝置的沿與該主方向相反方向的組合的泵浦光。
11.如權利要求10所述的集成光纖放大器系統(tǒng)，還包括一光耦合在該光纖放大器與該第一雙折射光楔之間的第一透鏡；以及一與該第二雙折射光楔光耦合的第二透鏡。
12.如權利要求11所述的集成光纖放大器系統(tǒng)，其中該第一透鏡可成形為用于耦合一第一，一第二和一第三光纖，且該第二透鏡可成形為用于耦合一第四光纖。
13.如權利要求12所述的集成光纖放大器系統(tǒng)，還包括一毛細管，用于支撐該第一、第二與第三光纖，使其貼近該第一透鏡。
14.如權利要求12所述的集成光纖放大器系統(tǒng)，還包括一毛細管，用于支撐該第四光纖，使其貼近該第二透鏡。
15.如權利要求12所述的集成光纖放大器系統(tǒng)，其中該第一透鏡適用于引導從該第一光纖接收的光沿第一輸入方向進入該單向組合裝置，且具有第一偏振，從該第二光纖接收的光沿第二輸入方向進入該單向組合裝置，且具有第二偏振，以及沿與該主方向相反的方向從該單向組合裝置接收的光進入該第三光纖。
16.如權利要求12所述的集成光纖放大器系統(tǒng)，其中該第二透鏡適用于引導沿該主方向從該單向組合裝置接收的光進入該第四光纖，以及從該第四光纖接收的光沿與該主方向相反的方向進入該單向組合裝置。
17.如權利要求10所述的集成光纖放大器系統(tǒng)，其中該第一角度大體上為45°，且該第二角度大體上為45°。
18.如權利要求10所述的集成光纖放大器系統(tǒng)，其中該單向旋轉元件為一法拉第旋轉器。
19.一種集成雙泵浦組合器，包括一具有一主方向和一與該主方向相反方向的單向組合裝置，該單向組合裝置包括(a)一第一雙折射光楔，其具有一垂直于該主方向的第一光軸，(b)一第二雙折射光楔，其具有一垂直于該主方向的第二光軸，且該第二光軸相對該第一光軸成第一角度，和(c)一光耦合在該第一與第二雙折射光楔之間的單向旋轉元件，適用于將通過它的光的偏振態(tài)旋轉一第二角度；以及一與該第二雙折射光楔光耦合的波分復用濾波器。
20.如權利要求19所述的集成雙泵浦組合器，還包括一與該第一雙折射光楔光耦合的第一透鏡；以及一與該波分復用濾波器光耦合的第二透鏡。
21.如權利要求20所述的集成雙泵浦組合器，其中該第一透鏡可成形為用于耦合一第一，一第二和一第三光纖，且該第二透鏡可成形為用于耦合一第四光纖。
22.如權利要求21所述的集成雙泵浦組合器，還包括一毛細管，用于支撐該第一、第二與第三光纖，使其貼近該第一透鏡。
23.如權利要求21所述的集成雙泵浦組合器，還包括一毛細管，用于支撐該第四光纖，使其貼近該第二透鏡。
24.如權利要求21所述的集成雙泵浦組合器，其中該第一透鏡適用于引導從該第一光纖接收的光沿第一輸入方向進入該單向組合裝置，且具有第一偏振，從該第二光纖接收的光沿第二輸入方向進入該單向組合裝置，且具有第二偏振，以及沿與該主方向相反的方向從該單向組合裝置接收的光進入該第三光纖。
25.如權利要求21所述的集成雙泵浦組合器，其中該第二透鏡適用于引導沿該主方向從該單向組合裝置接收的光進入該第四光纖，以及從該第四光纖接收的光沿與該主方向相反的方向進入該單向組合裝置。
26.如權利要求19所述的集成雙泵浦組合器，其中該第一角度大體上為45°，且該第二角度大體上為45°。
27.如權利要求19所述的集成雙泵浦組合器，其中該單向旋轉元件為一法拉第旋轉器。
28.如權利要求20所述的集成雙泵浦組合器，還包括一光耦合在該波分復用濾波器與該第二透鏡之間的分支濾波器。
29.如權利要求20所述的集成雙泵浦組合器，其中該第二透鏡的一表面涂覆有反射材料。
30.一種集成雙泵浦組合器，包括一具有一主方向和一與該主方向相反方向的單向組合裝置，該單向組合裝置包括一第一雙折射光楔、一第二雙折射光楔和一單向旋轉元件，該單向組合裝置被成形為至少能使(1)沿第一輸入方向進入該第二雙折射光楔的e-光線，沿該主方向從該第二雙折射光楔射出成為o-光線，(2)沿第二輸入方向進入該第一雙折射光楔的o-光線，沿該主方向從該第二雙折射光楔射出成為e-光線，(3)沿與主方向相反方向進入該第二雙折射光楔的e-光線，沿與主方向相反方向從該第一雙折射光楔射出成為e-光線，和(4)沿與主方向相反方向進入該第二雙折射光楔的o-光線，沿與主方向相反方向從該第一雙折射光楔射出成為o-光線；以及一與該第二雙折射光楔光耦合的波分復用濾波器。
31.如權利要求30所述的集成雙泵浦組合器，還包括一與該第一雙折射光楔光耦合的第一透鏡；以及一與該波分復用濾波器光耦合的第二透鏡。
32.如權利要求31所述的集成雙泵浦組合器，其中該第一透鏡可成形為用于耦合一第一，一第二和一第三光纖，且該第二透鏡可成形為用于耦合一第四光纖。
33.如權利要求32所述的集成雙泵浦組合器，還包括一毛細管，用于支撐該第一、第二與第三光纖，使其貼近該第一透鏡。
34.如權利要求32所述的集成雙泵浦組合器，還包括一毛細管，用于支撐該第四光纖，使其貼近該第二透鏡。
35.如權利要求32所述的集成雙泵浦組合器，其中該第一透鏡適用于引導從該第一光纖接收的光沿第一輸入方向進入該單向組合裝置，且具有第一偏振，從該第二光纖接收的光沿第二輸入方向進入該單向組合裝置，且具有第二偏振，以及沿與該主方向相反的方向從該單向組合裝置接收的光進入該第三光纖。
36.如權利要求32所述的集成雙泵浦組合器，其中該第二透鏡適用于引導沿該主方向從該單向組合裝置接收的光進入該第四光纖，以及從該第四光纖接收的光沿與該主方向相反的方向進入該單向組合裝置。
37.如權利要求30所述的集成雙泵浦組合器，其中該第一角度大體上為45°，且該第二角度大體上為45°。
38.如權利要求30所述的集成雙泵浦組合器，其中該單向旋轉元件為一法拉第旋轉器。
39.如權利要求31所述的集成雙泵浦組合器，還包括一光耦合在該波分復用濾波器與該第二透鏡之間的分支濾波器。
40.如權利要求31所述的集成雙泵浦組合器，其中該第二透鏡的一表面涂覆有反射材料。
41.一種將由第一偏振泵浦光和第二偏振泵浦光產生的組合泵浦光耦合到一光纖放大器上的方法，該方法包括提供一單向組合裝置，該單向組合裝置具有一主方向和一與該主方向相反的方向；引導該第一偏振泵浦光使其沿第一輸入方向作為e-光線進入該單向組合裝置，并沿該主方向從該單向組合裝置射出成為該組合泵浦光的第一偏振分量；引導該第二偏振泵浦光使其沿第二輸入方向作為o-光線進入該單向組合裝置，并沿該主方向從該單向組合裝置射出成為該組合泵浦光的第二偏振分量；以及引導該組合泵浦光的該第一與該第二偏振分量使其進入該光纖放大器。
42.一種使用光纖放大器放大光輸入信號的方法，該光纖放大器具有一輸入端和一輸出端，該方法包括提供一單向組合裝置，該單向組合裝置具有一主方向和一與該主方向相反的方向；提供一第一偏振泵浦光和一第二偏振泵浦光，用于產生組合的泵浦光；引導該第一偏振泵浦光使其沿第一輸入方向作為e-光線進入該單向組合裝置，并沿該主方向從該單向組合裝置射出成為該組合泵浦光的第一偏振分量；引導該第二偏振泵浦光使其沿第二輸入方向作為o-光線進入該單向組合裝置，并沿該主方向從該單向組合裝置射出成為該組合泵浦光的第二偏振分量；引導該組合泵浦光的該第一與第二偏振分量使其均進入該光纖放大器的該輸出端；以及引導該光輸入信號使其從該輸入端通過該光纖放大器到達該輸出端，并沿與該主方向相反的方向通過該單向組合裝置。
43.一種將由第一偏振泵浦光和第二偏振泵浦光產生的組合泵浦光耦合到一光纖放大器上的方法，該方法包括提供一單向組合裝置，該單向組合裝置具有一主方向和一與該主方向相反的方向；引導該第一偏振泵浦光使其沿第一輸入方向作為e-光線進入該單向組合裝置，并沿該主方向從該單向組合裝置射出成為第一中間泵浦光；反射該第一中間泵浦光，使其沿與該主方向相反的方向通過該單向組合裝置成為該組合泵浦光的第一偏振分量；引導該第二偏振泵浦光使其沿第二輸入方向作為o-光線進入該單向組合裝置，并沿該主方向從該單向組合裝置射出成為第二中間泵浦光；反射該第二中間泵浦光，使其沿與該主方向相反的方向通過該單向組合裝置成為該組合泵浦光的第二偏振分量；以及將該組合泵浦光的該第一與第二偏振分量均引導進入該光纖放大器。
44.如權利要求43所述的方法，其中該反射第一中間泵浦光的步驟包括使用一波分復用濾波器反射該第一中間泵浦光。
45.如權利要求43所述的方法，其中該反射第二中間泵浦光的步驟包括使用一波分復用濾波器反射該第二中間泵浦光。
46.一種使用光纖放大器放大光輸入信號的方法，該光纖放大器具有一輸入端和一輸出端，該方法包括提供一第一偏振泵浦光和一第二偏振泵浦光，用于產生組合的泵浦光；提供一單向組合裝置，該單向組合裝置具有一主方向和一與該主方向相反的方向；引導該第一偏振泵浦光使其沿第一輸入方向作為e-光線進入該單向組合裝置，并沿該主方向從該單向組合裝置射出成為第一中間泵浦光；反射該第一中間泵浦光，使其沿與該主方向相反的方向通過該單向組合裝置成為該組合泵浦光的第一偏振分量；引導該第二偏振泵浦光使其沿第二輸入方向作為o-光線進入該單向組合裝置，并沿該主方向從該單向組合裝置射出成為第二中間泵浦光；反射該第二中間泵浦光，使其沿與該主方向相反的方向通過該單向組合裝置成為該組合泵浦光的第二偏振分量；引導該組合泵浦光的該第一與第二偏振分量使其均進入該光纖放大器的該輸入端；并且引導該光輸入信號使其沿與該主方向相反的方向通過該單向組合裝置，并從該輸入端進入該光纖放大器。
47.如權利要求46所述的方法，其中該反射第一中間泵浦光的步驟包括使用一波分復用濾波器反射該第一中間泵浦光。
48.如權利要求46所述的方法，其中該反射第二中間泵浦光的步驟包括使用一波分復用濾波器反射該第二中間泵浦光。
49.如權利要求46所述的方法，其中該引導光輸入信號的步驟包括引導該光輸入信號，使其沿與該主方向相反的方向順序通過一波分復用濾波器和該單向組合裝置。
全文摘要
一種集成光纖放大器系統(tǒng)，包括一單向組合裝置和一光纖放大器。該單向組合裝置包括一第一雙折射光楔、一第二雙折射光楔和一單向旋轉元件。該光纖放大器與該第一雙折射光楔光耦合，用于從該單向組合裝置接收組合的泵浦光。
文檔編號G02B6/26GK1453603SQ0312222
公開日2003年11月5日 申請日期2003年4月23日 優(yōu)先權日2002年4月23日
發(fā)明者李偉中, 郭慶東 申請人:奧普林克通信公司