本發(fā)明涉及光學(xué)放大器，特別涉及低噪聲指數(shù)(nf)的雙向光學(xué)放大器和抑制雙向光學(xué)放大器的噪聲指數(shù)的方法。

背景技術(shù)：

在波分復(fù)用(wdm)光學(xué)傳輸系統(tǒng)中，利用信息數(shù)字流對(duì)光學(xué)信號(hào)在多個(gè)波長(zhǎng)上進(jìn)行編碼。這些編碼的光學(xué)信號(hào)或光信道被組合在一起，并且通過(guò)包括wdm光纖網(wǎng)絡(luò)的傳輸鏈路的一系列光纖跨段進(jìn)行傳輸。在傳輸鏈路的接收端，光學(xué)信道被分離，由此每個(gè)光學(xué)信道可以由光學(xué)接收器檢測(cè)到。

當(dāng)通過(guò)光纖傳播時(shí)，光易于損失功率。然而，在接收器端需要一些最小電平的光學(xué)信道功率來(lái)在接收端對(duì)已經(jīng)在發(fā)送端在光學(xué)信道中編碼的信息進(jìn)行解碼。為了增強(qiáng)在光纖中傳播的光學(xué)信號(hào)，沿著傳輸鏈路在被稱為節(jié)點(diǎn)的多個(gè)位置部署光學(xué)放大器。光學(xué)放大器通過(guò)將光學(xué)信號(hào)放大到接近發(fā)送端的原始光功率水平的功率水平，在某些情況下將鏈路的最大可能長(zhǎng)度擴(kuò)展到從幾百公里到幾千公里。

摻鉺光纖放大器(edfa)是許多現(xiàn)代光纖網(wǎng)絡(luò)中采用的最實(shí)用類(lèi)型的光學(xué)放大器之一。單個(gè)edfa模塊可以一次放大多達(dá)大約上百個(gè)光學(xué)通道，從而顯著節(jié)約成本。

眾所周知，雙向光纖光通信系統(tǒng)會(huì)節(jié)省約50％的成本，因此非常需要雙向光學(xué)放大器。雙向光學(xué)放大器在制造通常稱為陣列放大器的放大器陣列中也是有用的，因?yàn)殡p向放大器實(shí)際上用作兩個(gè)放大器。

雙向光纖放大器是眾所周知的；它們?cè)趦蓚€(gè)相反的或反向傳播的方向上傳遞光學(xué)信號(hào)。實(shí)際上，使edfa在許多dwdm系統(tǒng)中不可行的是噪聲指數(shù)(nf)對(duì)輸入功率有非常高的依賴性。在雙向放大器中來(lái)自一個(gè)方向的輸入功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于來(lái)自相反方向的輸入功率的實(shí)例中，具有較低輸入功率的信號(hào)的nf將非常高，并且通常是不可接受的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種雙向光學(xué)放大器，用于將從兩個(gè)方向輸入的具有信號(hào)波長(zhǎng)和信號(hào)功率的光學(xué)信號(hào)進(jìn)行放大，所述光學(xué)放大器具有用于兩個(gè)方向的放大器增益，包括：

光學(xué)增益介質(zhì)，包括摻雜有稀土元素的第一光學(xué)增益介質(zhì)；

一個(gè)或多個(gè)光泵浦，用于利用泵浦光泵浦所述光學(xué)增益介質(zhì)，由此在存在泵浦光的情況下當(dāng)所述光學(xué)信號(hào)反向傳播通過(guò)時(shí)，在光學(xué)增益介質(zhì)中產(chǎn)生在所述信號(hào)波長(zhǎng)的光學(xué)增益；

兩個(gè)光學(xué)循環(huán)器，被配置為在相反方向上引導(dǎo)兩個(gè)輸入光束通過(guò)第一光學(xué)增益介質(zhì)，使得它們通過(guò)第一光學(xué)增益介質(zhì)反向傳播，并且被配置為將由第一光學(xué)增益介質(zhì)放大的光在被第一光學(xué)增益介質(zhì)放大之后，從相反方向引導(dǎo)到一個(gè)或多個(gè)其他的增益介質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)一步提供了一種雙向光學(xué)放大器，其具有多個(gè)雙向放大級(jí)，其中所述多個(gè)雙向放大級(jí)中的一個(gè)是具有兩個(gè)端口的雙向預(yù)放大級(jí)，每個(gè)端口用于接收和發(fā)送從另一端口接收到的光，如此配置使得從任意方向通過(guò)所述預(yù)放大級(jí)傳遞的光首先由預(yù)放大級(jí)放大，然后由一個(gè)后續(xù)光學(xué)放大器或串聯(lián)布置的多個(gè)光學(xué)放大器放大，光耦合到所述預(yù)放大級(jí)的兩個(gè)端口。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種將第一光學(xué)信號(hào)和第二光學(xué)信號(hào)放大以便減小噪聲指數(shù)的差異的方法，否則所述噪聲指數(shù)會(huì)與通過(guò)多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)后具有顯著不同功率電平的反向傳播信號(hào)相關(guān)聯(lián)，包括：

將所述第一光學(xué)信號(hào)發(fā)射到光纖的第一端中，所述光纖的第一端具有稀土摻雜光纖的第一有源泵浦跨段；

將所述第二光學(xué)信號(hào)發(fā)射到所述光纖的第二端，并允許所述兩個(gè)信號(hào)通過(guò)稀土族摻雜光纖的有源泵浦跨段傳遞；

僅在第一信號(hào)和第二信號(hào)通過(guò)摻鉺光纖的有源泵浦跨段由反向傳播放大之后，從而所述第一信號(hào)和第二信號(hào)被預(yù)放大，通過(guò)第二放大級(jí)將被預(yù)放大的所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)反向傳播。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的雙向放大器的光學(xué)示意圖；

圖2a是現(xiàn)有技術(shù)的雙向放大器沿光纖長(zhǎng)度的增益分布；

圖2b是現(xiàn)有技術(shù)的雙向放大器在來(lái)自左端的輸入信號(hào)的功率高于來(lái)自右端的功率的情況下的噪聲指數(shù)(nf)；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的雙向成對(duì)的光學(xué)放大器的框圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的雙向成對(duì)的光學(xué)放大器的噪聲指數(shù)；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的雙向成對(duì)的光學(xué)放大器的另一個(gè)框圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的雙向成對(duì)的光學(xué)放大器的另一個(gè)框圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的雙向成對(duì)的光學(xué)放大器的另一個(gè)框圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明的雙向成對(duì)的光學(xué)放大器的另一個(gè)框圖；所述兩個(gè)方向的增益可以是不同的；以及

圖9是根據(jù)本發(fā)明的雙向成對(duì)的光學(xué)放大器的另一個(gè)框圖；所述兩個(gè)方向的gain可以是不同的。

具體實(shí)施方式

雖然結(jié)合各種實(shí)施例和示例描述了本教導(dǎo)，但是并不旨在將本教導(dǎo)局限于這樣的實(shí)施例。相反，本教導(dǎo)包含本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的各種替代、修改和等同物。

現(xiàn)在參考圖1，示出了傳統(tǒng)的雙向放大器，其具有兩個(gè)光學(xué)循環(huán)器102a和102b，所述光學(xué)循環(huán)器102a和102b分別具有輸入端口101a和101b，并分別具有輸出端口103b和103a。在光學(xué)循環(huán)器之間示出了光纖108和110的兩個(gè)稀土摻雜(優(yōu)選為摻鉺的)的跨段，以及泵104a和104b、wdm濾波器106a和106b允許將泵浦光與輸入到輸入端口101a和101b的信號(hào)光進(jìn)行組合。增益平整濾波器109設(shè)置在光纖108和110的摻鉺跨段之間。沿著摻鉺光纖的增益分布高度依賴于發(fā)射到端口101a和101b中的光的輸入功率電平。如果來(lái)自光學(xué)電路的兩側(cè)的輸入功率基本相同并且泵浦功率相同，則沿著光纖的增益分布將基本對(duì)稱。然而，在來(lái)自一端的輸入功率顯著高于來(lái)自另一端的輸入功率的情況下，沿著光纖的增益分布主要由較高功率信號(hào)確定，并且變得類(lèi)似于單向放大器。當(dāng)參考圖2a時(shí)，這可被容易地理解，圖2a示出了增益分布，在其中從左端進(jìn)入端口101a的輸入功率高于從右端進(jìn)入端口101b的輸入功率。眾所周知，發(fā)射到光學(xué)放大器的具有較高增益的信號(hào)導(dǎo)致在放大器的輸出處的較低噪聲指數(shù)(nf)，并且相反地，發(fā)射到光學(xué)放大器的具有低增益的信號(hào)導(dǎo)致具有較高nf的放大信號(hào)。這在圖2b中可以容易地理解。當(dāng)然，對(duì)于低功率的信號(hào)不期望具有高nf。

現(xiàn)在參考圖3，示出了本發(fā)明的光學(xué)放大器的框圖。光學(xué)放大器是兩個(gè)單級(jí)雙向放大器的級(jí)聯(lián)，其中在兩個(gè)輸入端之間的摻鉺光纖的長(zhǎng)度比圖1所示出的短得多；很容易從圖2a中發(fā)現(xiàn)在兩端的開(kāi)始處的增益足夠高以實(shí)現(xiàn)低噪聲指數(shù)。在圖3中，光301在第一端口被發(fā)射到光學(xué)循環(huán)器302中，并且同時(shí)光310在放大器的相對(duì)端處被發(fā)射到光學(xué)循環(huán)器311的第一端口。在操作中，光從循環(huán)器302的端口1循環(huán)到如303所示的端口2，并且光被引導(dǎo)到短跨段的泵浦摻鉺光纖307，所述泵浦摻鉺光纖307在通向光學(xué)循環(huán)器311的路徑上通過(guò)wdm305和308傳遞。發(fā)射到光學(xué)循環(huán)器311中的共同傳播的光310被引導(dǎo)出端口2(表示為309)，并通過(guò)進(jìn)入循環(huán)器302的端口303的wdm308、edfa307和wdm305傳遞。ld306提供泵浦光以放大通過(guò)edfa307傳遞的光。用304表示的循環(huán)器302的端口2攜帶被發(fā)射到循環(huán)器311中并由edfa307預(yù)放大的光310，并且該光穿過(guò)由wdm317、edfa316、gff315、edfa314、wdm313和光學(xué)循環(huán)器311的進(jìn)入端口3組成的下分支。反向傳播的光從相反方向穿過(guò)相同的路徑到達(dá)。在ld319處產(chǎn)生的泵浦光在功率分配器(ps)318處被分路并且被引導(dǎo)到wdm317和wdm313。光學(xué)循環(huán)器302和311確保在放大器的相對(duì)端處的輸入信號(hào)首先由edfa307進(jìn)行預(yù)放大。這導(dǎo)致兩個(gè)信號(hào)的相似的噪聲指數(shù)，無(wú)論它們?cè)诜糯笃鞯妮斎攵说墓β实牟町悾蝗缓箢A(yù)放大的信號(hào)被316和314進(jìn)一步放大。摻雜的ed光纖的短跨段的長(zhǎng)度相對(duì)于約7db/m吸收的edf摻雜密度，應(yīng)優(yōu)選小于4米。或者，所述長(zhǎng)度可以被描述為足夠短，以使得即使利用飽和泵，預(yù)放大級(jí)的增益也小于10db。

圖4是示出了輸入信號(hào)的增益(db)和噪聲指數(shù)(db)的表。

現(xiàn)在參考圖5，示出了與圖3類(lèi)似的放大器，其具有更經(jīng)濟(jì)的泵浦方案的。wdm308提供了一種裝置來(lái)分出多余的未吸收的980nm的泵浦光，并將該光提供到50:50的功率分配器318。wdm317和wdm313從功率分配器318接收泵浦光，并且將所述泵浦光與入射信號(hào)多路復(fù)用以激勵(lì)兩個(gè)edfa314和316，使得信號(hào)光被放大。循環(huán)器310和302以與上述310和302類(lèi)似的方式工作。

圖6示出了替代實(shí)施例，其中所述下分支包括了圖3所示的泵浦中缺少的edfa313和314。在圖6中，下分支中的edf不被泵浦。通常在泵浦摻鉺光纖的輸出端幾乎總是存在一些未泵浦的區(qū)域。然而，在edf307的非常短的長(zhǎng)度中，可能不是這種情況，如圖5中所示。然而，在圖6中，未泵浦的摻鉺光纖長(zhǎng)度用于平衡增益譜，從而使得高于較低波長(zhǎng)的增益被放大。因?yàn)槲幢闷值膃df316和314吸收較短的波長(zhǎng)并且放大較長(zhǎng)的波長(zhǎng)，所以增益基本上是平衡的。

現(xiàn)在參考圖7，示出了類(lèi)似于圖3中的雙向edfa。然而不同之處在于，圖3中所示的兩個(gè)4端口的循環(huán)器302和311被四個(gè)3端口循環(huán)器702a、702b、711a和711b所替代。

圖8示出了對(duì)圖7的修改，其中衰減器801被設(shè)置在3端口的循環(huán)器711a和711b之間。在操作中，只有在702a的輸入端口處進(jìn)入所述放大器的信號(hào)發(fā)生衰減。這會(huì)在預(yù)知需要衰減的輸入信號(hào)的情況下使用。

圖9是類(lèi)似于圖8的實(shí)施例的圖示，然而4端口的循環(huán)器302與兩個(gè)2端口的循環(huán)器711a和711b一起使用。

為了說(shuō)明和描述的目的，已經(jīng)呈現(xiàn)了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的前述描述。這并不旨在窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制為所公開(kāi)的精確形式。鑒于上述教導(dǎo)，許多修改和變化是可能的。意圖是本發(fā)明的范圍不由該詳細(xì)描述所限制，而是由所附的權(quán)利要求限制。