光放大器及相關(guān)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)電信領(lǐng)域，具體地，涉及具有較大帶寬(S卩，大于40nm)的光放大器及光放大器的相關(guān)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]已知光放大器(OA)基于摻鉺光纖(EDF)并且能夠在具有約35nm的帶寬的所謂典型放大波段(C波段)(通常，從約1530nm至約1565nm)上光學(xué)放大波分復(fù)用(WDM)光信號(hào)。
[0003]除至少C波段的部分外，對(duì)于大于40nm的總放大帶寬，已知能夠在所謂長(zhǎng)波段(L波段)(通常，從約1570nm至約1605nm)的至少一部分上光學(xué)放大WDM光信號(hào)的大帶寬光放大器。
[0004]接著，總放大波段(可以連續(xù)或者獨(dú)立的兩個(gè)或者更多個(gè)子波段，通常，C波段內(nèi)的一個(gè)子波段和L波段內(nèi)的一個(gè)子波段)提供整合OA的光通信系統(tǒng)的極高傳輸功能，例如，WDM信號(hào)可以包括高達(dá)至160個(gè)信道，其中，信道間隔50GHz，每個(gè)WDM信道均具有例如100Gb/s或者更高的位率。
[0005]已知，大帶寬光放大器基于并行方案，其中，兩個(gè)EDF光程放置在兩個(gè)大帶寬?cǎi)詈掀髦g的并行配置中，一個(gè)EDF光程對(duì)C波段最佳并且另一個(gè)對(duì)L波段最佳，且兩個(gè)EF光程彼此獨(dú)立。
[0006]就光部件數(shù)目而言，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)基于并行方案(包括其類(lèi)似雙向OA的變形)的這些OA較復(fù)雜、具有較大的總波長(zhǎng)波段占用率(通常，至少約1565nm與1570nm之間的波段不可用于WDM信道)、遭受中間帶干擾并且需要更多的監(jiān)測(cè)信道。
[0007]已知，大帶寬光放大器還基于具有單一 EDF光程的串聯(lián)方案。
[0008]例如，V.Sinivasagam, K.Dimyati, R.D.Singh, A.Mustafa - TENC0N2004 的文章“C+L band EDFA with over 70nm operating range”中的第 78 頁(yè)至第 81 頁(yè)公開(kāi)了在 C 波段和L波段區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的寬帶硅基EDFA設(shè)計(jì)。由980nm同向栗浦的雙級(jí)構(gòu)造放大器設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的較大帶寬光放大器具有一些缺點(diǎn)。例如，根據(jù)申請(qǐng)人，其示出了在功率轉(zhuǎn)換效率和/或光譜(即，在整個(gè)放大波段內(nèi))增益平坦度和/或光譜噪聲系數(shù)和/或光譜增益形狀在輸入功率變化時(shí)的強(qiáng)健性方面的性能限制，具體地，對(duì)于飽和輸入功率操作，當(dāng)WDM信號(hào)包括極多個(gè)WDM信道(即，多于約30個(gè)信道)時(shí)，存在這種性能限制。
[0010]表達(dá)‘飽和操作’是指OA操作，其中，在輸入光放大器的其輸入端處的(WDM)光信號(hào)具有大于飽和輸入功率的總光功率，后者被定義為放大器的總增益低于小信號(hào)增益3dB時(shí)的輸入功率。通常，在飽和操作中，輸入至光放大器的輸入端處的(WDM)光信號(hào)具有大于-1OdBm的總光功率。
[0011]功率轉(zhuǎn)換效率被定義為飽和操作時(shí)的總OA輸出功率與總栗功率之間的比率。
[0012]光譜增益平坦度被定義為光譜增益在整個(gè)放大波段內(nèi)的最大變化量。
[0013]噪聲系數(shù)被定義為各個(gè)波長(zhǎng)的輸入信噪比與輸出信噪比之間的比率(以分貝表示)O
[0014]此處，光譜增益形狀在輸入功率變化時(shí)的強(qiáng)健性也被稱(chēng)之為光譜增益斜率(單位:dB/dB)，可被定義為整個(gè)放大波段的相對(duì)端處的每dB的總輸入信號(hào)功率變化時(shí)的光譜增益(單位:dB)相對(duì)于最佳輸入信號(hào)功率(其中，光譜增益平坦)的絕對(duì)差。
[0015]本發(fā)明的目的是提供一種適用于克服現(xiàn)有技術(shù)中較大帶寬OA的一個(gè)或者多個(gè)缺點(diǎn)的光放大器。
[0016]本發(fā)明的一方面涉及光放大器，包括:光程，該光程具有輸入端和輸出端、被定義為從輸入端至輸出端的光信號(hào)的傳播方向；第一摻鉺光纖，該第一摻鉺光纖沿著光程放置；第一增益平坦濾波器，該第一增益平坦濾波器沿著光程放置在第一摻鉺光纖的下游；第二摻鉺光纖，該第二摻鉺光纖沿著光程放置在第一增益平坦濾波器的下游；第二增益平坦濾波器，該第二增益平坦濾波器沿著光程放置在第二摻鉺光纖的下游；第三摻鉺光纖，該第三摻鉺光纖沿著光程放置在第二增益平坦濾波器的下游；以及光栗，該光栗光學(xué)耦接至光程，以光學(xué)栗浦至少第一摻鉺光纖和第三摻鉺光纖。
[0017]根據(jù)申請(qǐng)人，包括第一 EDF、第二 EDF以及第三EDF的級(jí)聯(lián)與第一增益平坦濾波器(GFF)和第二增益平坦濾波器(GFF)的級(jí)聯(lián)的方案(至少光學(xué)栗浦第一 H)F和第三EDF)已證明通過(guò)非常靈活的方式(具體特征取決于實(shí)際放大波段、總輸入功率和/或目標(biāo)總增益)提供光譜噪聲系數(shù)和/或光譜增益平坦度和/或功率轉(zhuǎn)換效率和/或總輸入信號(hào)功率變化的強(qiáng)健性方面的良好性能。
[0018]在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中，參考所述傳播方向使用諸如‘下游’、‘上游’、‘輸入端’、‘輸出端’等表達(dá)。
[0019]定義為第一波長(zhǎng)包括在1555nm至1565nm之間、第二波長(zhǎng)包括在1535nm至1545nm之間以及第三波長(zhǎng)包括在1575nm至1585nm之間。優(yōu)選地，第一波長(zhǎng)等于1560nm，第二波長(zhǎng)等于1540nm，并且第三波長(zhǎng)等于1580nm。
[0020]通常，第一增益平坦濾波器和第二增益平坦濾波器中的每個(gè)均具有光譜損耗曲線，光譜損耗曲線在第一波長(zhǎng)處具有第一損耗值、在第二波長(zhǎng)處具有第二損耗值并且在第三波長(zhǎng)處具有第三損耗值。
[0021]優(yōu)選地，第一增益平坦濾波器的第一損耗大于或者等于-16dB，更優(yōu)選地，大于或者等于-14dB和/或小于或者等于_8dB，更優(yōu)選地，小于或者等于-10dB。
[0022]優(yōu)選地，第一增益平坦濾波器的第二損耗和/或第三損耗大于或者等于_8dB，更優(yōu)選地，大于或者等于_6dB和/或小于或者等于-ldB。
[0023]優(yōu)選地，第一增益平坦濾波器的第二損耗與第三損耗之間的單位為dB的差的絕對(duì)值小于或者等于6dB，更優(yōu)選地，小于或者等于4dB。
[0024]優(yōu)選地，第一 GFF和/或第二 GFF的光譜損耗曲線具有1555nm與1565nm之間的絕對(duì)最小值。
[0025]優(yōu)選地，第二增益平坦濾波器的第一損耗大于或者等于-10dB，更優(yōu)選地，大于或者等于-SdB和/或小于或者等于_3dB，更優(yōu)選地，小于或者等于_5dB。
[0026]優(yōu)選地，第二增益平坦濾波器的第二損耗和/或第三損耗大于或者等于_6dB，更優(yōu)選地，大于或者等于_4dB和/或小于或者等于-0.5dB。
[0027]優(yōu)選地，第二增益平坦濾波器的第二損耗與第三損耗之間的單位為dB的差的絕對(duì)值小于或者等于4dB，更優(yōu)選地，小于或者等于3dB。
[0028]如下面更為詳細(xì)的說(shuō)明，根據(jù)本申請(qǐng)人，就光譜噪聲系數(shù)和/或光譜增益平坦度和/或功率轉(zhuǎn)換效率和/或總輸入功率變化的強(qiáng)健性方面而言，上述光譜損耗曲線的各個(gè)獨(dú)立特征或者各種不同組合的特征在操作時(shí)提供了卓越的性能。
[0029]優(yōu)選地，第一摻鉺光纖在1530nm處具有大于或者等于10dB的總吸收損耗(即，在1530nm處，考慮了整個(gè)光纖長(zhǎng)度的累積損耗，總吸收損耗與沿著整個(gè)光纖長(zhǎng)度的鉺的累積含量有關(guān)，反之，一旦光學(xué)栗浦光纖，其則與放大能力有關(guān))，更優(yōu)選地，大于或者等于120dB和/或小于或者等于180dB，更優(yōu)選地，小于或者等于160dB。
[0030]優(yōu)選地，第二摻鉺光纖在1530nm處具有大于或者等于1dB的總吸收損耗，更優(yōu)選地，大于或者等于15dB和/或小于或者等于40dB，更優(yōu)選地，小于或者等于35dB。
[0031]優(yōu)選地，第三摻鉺光纖在1530nm處具有大于或者等于20dB的總吸收損耗，更優(yōu)選地，大于或者等于30dB和/或小于或者等于70dB，更優(yōu)選地，小于或者等于60dB。
[0032]優(yōu)選地，第一摻鉺光纖和/或第二摻鉺光纖和/或第三摻鉺光纖在1530nm處具有大于或者等于5dB/m的吸收(與鉺的摻雜濃度有關(guān))。
[0033]優(yōu)選地，第一摻鉺光纖具有大于或者等于5m的長(zhǎng)度，更優(yōu)選地，大于或者等于7m和/或小于或者等于30m，更優(yōu)選地，小于或者等于25m。
[0034]優(yōu)選地，第二摻鉺光纖具有大于或者等于Im的長(zhǎng)度，更優(yōu)選地，大于或者等于2m和/或小于或者等于10m，更優(yōu)選地，小于或者等于Sm。
[0035]優(yōu)選地，第三摻鉺光纖具有大于或者等于2m的長(zhǎng)度，更優(yōu)選地，大于或者等于3m和/或小于或者等于12m，更優(yōu)選地，小于或者等于10m。
[0036]根據(jù)本申請(qǐng)人，上述摻鉺光纖的獨(dú)立特征或者各種不同組合特征在操作時(shí)(具體地，在飽和操作時(shí))提供最佳光譜增益。有利地，上述摻鉺光纖的獨(dú)立特征或者各種不同組合特征被優(yōu)化為符合GFF的光譜損耗曲線的上述特征。
[0037]優(yōu)選地，光栗包括適于以栗波長(zhǎng)發(fā)射光栗輻射的光源，更優(yōu)選地，包括在970nm與990nm之間的波長(zhǎng)。
[0038]優(yōu)選地，光栗包括被配置為用于(電力)驅(qū)動(dòng)光源的驅(qū)動(dòng)器。
[0039]優(yōu)選地，光源和驅(qū)動(dòng)器被配置為使得已發(fā)射的光栗輻射具有大于或者等于300mW的光功率，更優(yōu)選地，大于或者等于400mW和/或小于或者等于1000mW，更優(yōu)選地，小于或者等于800mW。
[0040]優(yōu)選地，光栗被配置為用于利用大于或者等于200mW的光功率將光栗輻射輸入至第一摻鉺光纖的輸入端，更優(yōu)選地，大于或者等于300mW和/或小于或者等于700mW，更優(yōu)選地，小于或者等于500mW。
[0041]優(yōu)選地，光栗被配置為用于將光栗輻射輸入至與傳播方向同向傳播的第一摻鉺光纖中。
[0042]優(yōu)選地，光栗被配置為用于利用大于或者等于50mW的光功率將光栗輻射輸入至第三摻鉺光纖的輸出端，更優(yōu)選地，大于或者等于10mW和/或小于或者等于400mW，更優(yōu)選地，小于或者等于300mW。
[0043]優(yōu)選地，光栗被配置為用于利用小于或者等于150mW的光功率將光栗輻射輸入至第二摻鉺光纖的輸出端，更優(yōu)選地，小于或者等于100mW。
[0044]優(yōu)選地，光栗被配置為用于將光栗輻射輸入至與傳播方向?qū)ο騻鞑サ牡谌龘姐s光纖和/或第二摻鉺光纖中。
[0045]優(yōu)選地，光栗包括第一光親合器，該第一光親合器沿著光程放置在第一摻鉺光纖的上游并且被配置為用于將光源耦接至光程，以使得光栗輻射與傳播方向同向傳播。
[0046]優(yōu)選地，光栗包括第二光親合器，該第二光親合器沿著光程放置在第三摻鉺光纖的下游并且被配置為用于將光源耦接至光程，以使得光栗輻射與傳播方向?qū)ο騻鞑ァ?br>[0047]優(yōu)選地，光栗包括分光器，該分光器具有光學(xué)連接至光源的輸入端口和分別光學(xué)連接至第一光親合器和第二光親合器的第一輸出端口和第二輸出端口，從而使光源光學(xué)連接至第一光親合器和第二光親合器。
[0048]優(yōu)選地，光源包括并行配置的兩個(gè)激光栗，更優(yōu)選地，兩個(gè)激光栗連