专利名称：具有误差校正的光纤放大器的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及光学技术。
背景技术：
光纤放大器通常用于通信系统中。光纤放大器的例子包括掺铒光纤放大器(“EDFA”)和其它类型的掺稀土(Rare Earth doped)光纤放大器。通常由一个或多个发光二极管(LED)或激光器来泵激光纤放大器。图1说明了由诸如激光器的光源发光泵激的EDFA 100的配置。
图1说明了前向泵激方案。利用前向泵激方案，要被放大的光信号和泵激光在相同的方向上行进。从泵激激光器102接收的第一泵激光P1被发送到波分复用(WDM)耦合器108来作为泵激光。输入光信号Si，在通过抽头104和隔离器106之后被耦合到WDM耦合器108。WDM耦合器108将输入光信号Si和泵激光P1进行组合并且将输出提供到EDFA100。输入光信号Si在EDFA100中被放大，并且成为输出光So。输出光So耦合到抽头112，它的初级输出(primary output)是输入信号Si的放大版本。抽头104和抽头112的抽头端口耦合到检测器110和114，该检测器110和114的输出耦合到反馈电路，例如，PCB 120。通过使用在检测器110测量的输入功率和在检测器114检测的输出功率，能调节EDFA 100的增益。
在图1中所示出的例子中，使用在EDFA 100的各个输入和输出端口处的两个光电二极管(检测器110和114)来分别检测输入功率Pin和输出功率Pout。EDFA 100的增益能由与泵激光P1相关联的泵激功率来控制。更具体地说，检测器110测量与提供到EDFA的信号Si相关联的整个输入功率Pin。检测器114检测EDFA 100的整个输出功率Ptol，其包含信号功率Ps、放大自发发射(ASE)功率Pase以及泵激剩余功率Ppr。在本示例中，信号增益是Pout/Pin＝(Ptol-Pase-Ppr)/Pin。传统的系统采用用于ASE功率和泵激剩余功率的校正因子，以便例如在需要恒定增益的系统中产生精确的增益控制。如果输入信号的波长为已知，则能精确地确定校正因子，因此增益控制是精确的。但是如果输入信号的波长为未知，则在某些应用中就会存在问题。更具体地说，不同的波长信号产生用于给定增益设置的不同的ASE功率和泵激剩余功率。当在诸如线放大器和调压器(booster)的应用中使用EDFA 100时，输出信号功率通常远大于ASE功率和泵激剩余功率。因此，能使用近似恒定校正因子来提供精确的增益控制。要是没有(but for)诸如具有小输入功率(例如-38dBm)和较小的输出功率(例如-14dBm)的前置放大器的EDFA应用，则在EDFA的输出端口处的ASE功率大于输出信号功率。在这些应用中，使用恒定校正因子将不会产生精确的增益控制。另外，泵激剩余信号Ppr的量取决于众多的因素，这些因素包括输入信号的功率、输入信号的波长、以及放大器和WDM分配器的性能。再者，当在不同的应用中使用EDFA时，恒定校正因子将不会产生精确的增益控制。所期望的是一种不论在任何应用中都能自动地补偿输出信号中的泵激剩余和ASE的放大器。
发明内容
在一个方面中，本发明提供了一种集成光纤放大系统。该集成光纤放大系统包括光放大器，该光放大器包括光信号输入端，用于接收要放大的输入光信号；泵激激光输入端，用于接收在放大所述输入光信号中所使用的泵激激光输入信号；用于测量泵激激光输入信号的功率的装置；组合器，用于将所述泵激激光输入信号和所述输入光信号进行组合；EDFA，具有耦合到所述组合器的输出端的输入端和耦合到分配器的输出端，所述分配器分配从所述EDFA输出并且属于在由EDFA放大之后的泵激激光的泵激剩余功率的信号的一部分；用于测量泵激剩余功率的装置；以及反馈装置，用于通过使用剩余功率和泵激激光输入信号功率来调节泵激激光的电流。
本发明的各方面能包括一个或多个下列特征。所述光放大器能包括泵激激光器，具有第一频率并且耦合到泵激激光输入端。用于测量功率的装置能为光电二极管。所述光放大器还能包括增益平坦滤波器，耦合到分配器的输出端，用于接收和滤波属于从所述分配器接收的已放大的输入信号的剩余信号并且提供所平坦的输出信号。所述光放大器还能包括可变光衰减器，耦合到增益平坦滤波器(GFF)的输出端，用于可变地调节所接收的信号以获得恒定的功率输出。所述组合器可为波分复用(WDM)组合器。该WDM组合器能将基本上为1550nm的输入信号和基本上为980nm的泵激激光输入组合起来。所述分配器可为波分复用(WDM)分配器。该WDM分配器能将EDFA的输出分割成具有第一频率的第一信号和具有第二频率的第二信号，其中第一信号具有基本上为1550nm的频率以及第二频率基本上为980nm。所述WDM分配器能将EDFA的输出分割成具有第一频率并且与输入信号的放大版本相关联的第一信号以及具有第二频率并且与泵激激光信号相关联的第二信号。
在另一个方面中，提供了一种光放大器，该光放大器包括光信号输入端，用于接收要放大的输入光信号；泵激源输入端，用于接收在放大所述输入光信号中所使用的泵激源输入信号；组合器，用于将所述泵激源输入信号和所述输入光信号进行组合；EDFA，具有耦合到所述组合器的输出端的输入端和耦合到分配器的输出端，所述分配器分配从所述EDFA输出并且属于在由EDFA放大之后的泵激激光的泵激剩余的信号的一部分；以及误差校正装置，用于测量泵激剩余以及调节由泵激源提供的泵激输入信号。
本发明的各方面能包括一个或多个下列优点。所述光放大器能包括泵激激光器，具有第一频率并且耦合到泵激源输入端。所述误差校正装置能包括用于测量泵激剩余的功率的光电二极管。增益平坦滤波器(GFF)能被耦合到分配器的输出端，用于接收和滤波属于从所述分配器接收的已放大的输入信号的剩余信号并且提供所平坦的输出信号。所述光放大器还能包括可变光衰减器，耦合到GFF的输出端，用于可变地调节所接收的信号以获得恒定的功率输出。所述组合器可为波分复用(WDM)组合器。该WDM组合器能将基本上为1550nm的输入信号和基本上为980nm的泵激源输入组合起来。所述分配器可为波分复用(WDM)分配器。该WDM分配器能将EDFA的输出分割成具有第一波长的第一信号和具有第二波长的第二信号，其中第一信号能具有基本上为1550nm的波长以及第二波长能基本上为980nm。所述WDM分配器能将EDFA的输出分割成具有第一频率并且与输入信号的放大版本相关联的第一信号和具有第二频率并且与泵激源信号相关联的第二信号。
在另一个方面中，提供了一种光放大器，该光放大器包括光信号输入端，用于接收要放大的输入光信号；泵激源输入端，用于接收在放大所述输入光信号中所使用的泵激源输入信号；EDFA，用于使用所述泵激源输入信号来放大用于产生输出光信号的输入光信号；以及误差校正控制器，用于测量泵激剩余以及调节由泵激源所提供的泵激输入信号。
在另一个方面中，提供了一种用于使用EDFA来放大光信号的方法，该方法包括通过使用用于产生放大的输出信号的EDFA来放大输入信号；测量所放大的输出信号的泵激剩余功率分量；以及使用所测量的泵激剩余功率分量来调节EDFA的性能。
本发明的各方面能包括一个或多个下列优点。提供了一种用于当确定增益时自动地对泵激剩余功率进行补偿的集成光纤放大系统。所建议的放大系统能自动地对由于泵激剩余所导致的误差进行补偿。所建议的放大系统在不需要重新配置的情况下就能用于恒定的增益应用以便补偿误差。所建议的放大系统能自动地对当不同电平的信号输入被放大时所导致的误差校正进行补偿。
在一种使用EDFA的实现中，本发明能包括一个或多个下列优点。通过将泵激剩余对注入的泵激功率的比率保持在放大器谐振常数上，保存EDFA的光谱增益分布(spectral gain profile)，而不管在EDFA中注入的输入通道分布。增益控制的精度仅仅取决于EDFA的输出光谱分布，并且该增益控制的精度能为1dB的平坦性，而与输入信号的波长和功率无关。在所示出的本实现中的所检测的参数为输入功率、泵激功率以及泵激剩余功率。这些参数与ASE无关并且能被精确地检测到。增益控制精度仅仅取决于输出光谱的平坦性，这是因为所述比率仅仅取决于所述平坦度。因此，能消除ASE对增益控制精度的影响。从下面的附图和描述中，其它优点将是非常明显的。
图1说明了一种掺铒光纤放大器。
图2说明了一种用于光信号的集成放大系统。
图3说明了用于图2中的集成放大系统的电控制器的操作的流程图。
具体实施例方式
本发明涉及一种对光学技术的改进。下面的描述被呈现来使得本领域技术人员能够制造和使用本发明并且被提供在专利申请和其需求的当前文本(context)中。对本发明的各种修改对于本领域技术人员来说将是非常明显的，并且这里的通用原理可以被应用到其它的实施例。因此，未打算将本发明限制到所示出的实施例上，而是将本发明适合于与这里所描述的原理和特征相一致的最宽的范围上。
将根据具有特定部件的集成放大器来描述本发明，该特定部件具有特定的配置。类似地，将根据具有诸如部件之间的相互连接关系的特定关系的部件来描述本发明。但是，本领域技术人员将容易地认识到，所描述的设备和系统能包括具有相似特性的其它部件、其它配置以及在各部件之间的其它关系。
图2说明了一种用于光信号的集成放大系统200。所示出的集成放大系统被配置来用于前向泵激应用。该集成放大系统包括隔离器204和214、波分复用器(WDM)206和210、放大器208和泵激源228。此外，提供了各种监视和控制部件，其包括光电检测器220、224和226、抽头202和222以及电控制器230。在所示出的本实现中，同样也提供了增益平坦滤波器212。下面将更加详细地描述增益平坦滤波器212的操作。
集成放大系统200包括用于接收输入信号Si的第一端口和用于提供输出信号So的第二端口。输入信号被提供来作为到抽头202的输入。在一个实现中，抽头202是包括初级输出(primary output)和抽头输出的1550nm抽头。抽头202的初级输出耦合到隔离器204的输入。来自抽头202的抽头输出被提供来作为到光电检测器220的输入，其输出被提供来作为到电控制器230的输入。光电检测器220能为光电二极管并且测量输入信号Si的输入功率。
隔离器204的输出耦合到WDM 206的输入，其第二输入由泵激源228来提供。泵激源228能为泵激激光器、光电二极管或其它的源。泵激源228接收来自电控制器230的控制信号，以便用于改变泵激源的性能。控制信号可以为用于增加或减少泵激电流的信号。泵激源228的输出被提供来作为到抽头222的输入。抽头222的初级输出耦合到WDM 206的第二输入。来自抽头222的抽头输出被提供来作为到光电检测器224的输入，其输出被提供来作为到电控制器230的输入。光电检测器224可为光电二极管并且测量注入的泵激信号功率。
WDM 206为组合器且运行来将输入信号Si和从泵激源228提供的注入的泵激信号进行组合，并且将输出信号提供到放大器208。在一个实现中，WDM206将例如1550nm的输入信号与例如980nm的注入泵激信号进行组合。放大器208可为EDFA。
来自放大器208的输出被提供来作为到WDM 210的输入。WDM 210被配置来将泵激剩余信号与所放大的输出信号(以及任何噪声，即，ASE)隔离开并且包括两个输出端口。在一个例子中，WDM 210将从放大器208接收的信号分离成两个分量，例如，反映泵激剩余信号的980nm的第一分量和反映放大的输出信号和噪声分量(ASE)的1550nm的第二分量。WDM 210的第一输出端口(剩余输出)耦合到光电检测器226的输入，其输出被提供来作为到电控制器230的输入。光电检测器226可为光电二极管并且测量在放大器208使用之后的泵激信号的泵激剩余功率。在所示出的本实现中，没有直接的测量值由放大信号So的输出功率组成。
WDM 210的第二输出将带有ASE(但是没有剩余泵激功率)的放大信号提供给隔离器214。隔离器214的输出耦合到用于提供输出信号So的放大系统200的第二端口。在所示出的本实现中，WDM 210的一个输出耦合到增益平坦滤波器212的输入，其输出依次被耦合到隔离器214的输入。增益平坦滤波器212能被用于如下的实现中，该实现需要在放大系统的性能中的特别的平坦度，例如，在给定频谱上的1db平坦度之内。
操作输入信号Si被提供来作为到抽头202的输入。抽头202抽出(tap off)一小部分输入信号以便允许输入信号的输入功率的测量。剩余信号被提供来作为到隔离器204的输入。隔离器204阻止信号流回流出(flow back out)输入端口。从隔离器204的输出提供输入信号来作为到WDM 206的输入，其中它被与来自泵激源228的注入泵激信号进行组合。通过使用抽头222和光电二极管224来测量由泵激源228提供的注入泵激信号并且将其提供来作为到电控制器230的输入。将所组合的注入泵激和输入信号提供给放大器208，其的输出产生放大信号，该放大信号具有两个分量，输入信号(和ASE)的放大版本和泵激剩余信号。使用WDM 210来抽取该泵激剩余信号以及使用光电检测器226来测量该泵激剩余信号。由隔离器214(提供进入输出端口的各信号的隔离)隔离输入信号(和ASE)的放大版本并且将其提供来作为输出信号So。电控制器230能被用来根据从与输入功率、注入泵激功率和泵激剩余功率相关联的测量中推导出的数据来调节泵激源的性能。
反馈操作参照图2和3，显示了一种用于使用本发明的一个实现来调节泵激源的方法300。
在步骤302中，例如使用光电检测器202来检测输入信号的输入功率。在步骤304中，为给定的应用定义泵激信号的剩余泵激功率和注入的泵激功率的比率R。比率R是一个通常与给定EDFA的性能相关联的设计特征。这样，比率R能被看作反映放大器的设计性能的期望比率。当设计和制造EDFA时，已经假定了(assume)比率R。通常，能使用拟合线性方程式来计算当考虑不同的输入功率时的比率。可以需要校准来拟合该线性方程式。在一个实现中，R是用于专用增益的设计参数。例如，当EDFA的增益被设计为G(期望的增益)时，剩余功率对初始泵激功率的比率应该为R，其被设置作为基准。如下面将讨论的，如果所测量的实际比率RR不等于R(或在容差之内)，则泵激功率将被调节，直到所测量的比率在该容差之内为止。
在步骤306中，接通泵激源(即，泵激源228)的功率。在步骤308中，测量注入泵激功率Pp和泵激剩余Ppr的实际比率。在所示出的例子中，分别使用注入泵激功率Pp和泵激剩余Ppr的光电检测器224和226来进行测量。泵激剩余对注入泵激功率的实际比率RR是RR＝Ppr/Pp。
在步骤310中，进行检查以便确定实际比率RR与比率R的差值是否小于容差值(例如，使用差值的绝对值和容差量的正变量)。如果不小于，则处理进行到步骤312。如果在步骤310中的差值小于容差级(tolerance level)，那么处理在步骤318结束。能在电控制器230中预设和存储该容差级。
如果差值不小于容差，则处理继续进行步骤312，其中进行检查以便确定比率R或实际比率RR哪一个是较大的。如果实际比率大于比率R，则处理继续进行步骤314，其中减少泵激源电流(例如，电控制器230调节或发送控制信号到泵激源228以便减少泵激电流)。或者，如果实际比率小于比率R，则处理继续进行步骤316，其中增加泵激源电流(例如，电控制器230调节或发送控制信号到泵激源228以便增加泵激电流)。在步骤314和316中的每一步之后，控制进行到步骤308，在那里基于新的泵激条件来再次确定实际比率RR。
已经公开了一种用于提供集成放大系统的方法和系统。虽然已经根据所示出的实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将容易地认识到，能对实施例作出改变并且这些改变将在本发明的精神和范围之内。例如，对于掺铒光纤放大器EDFA来说，输入光信号能具有1550nm的波长，以及泵激光能具有980nm的波长。泵激光信号也能具有1480nm的波长或几个其它波长。虽然仅仅示出前向泵激实现，但是本发明能应用到后向(backward)泵激应用上。在后向泵激应用中，将泵激剩余与放大信号隔离开并且在调节放大系统的性能的过程中使用泵激剩余。因此，在没有脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以做出很多的修改。
权利要求
1.一种光放大器，包括光信号输入端，用于接收要放大的输入光信号；泵激激光输入端，用于接收在放大所述输入光信号中所使用的泵激激光输入信号；用于测量泵激激光输入信号的功率的装置；组合器，用于将所述泵激激光输入信号和所述输入光信号进行组合；掺铒光纤放大器(EDFA)，具有耦合到所述组合器的输出端的输入端和耦合到分配器的输出端，所述分配器分配从所述EDFA输出并且属于在由所述EDFA放大之后的泵激激光的泵激剩余功率的信号的一部分；用于测量泵激剩余功率的装置；以及反馈装置，用于通过使用剩余功率和泵激激光输入信号功率来调节泵激激光的电流。
2.根据权利要求1所述的光放大器，还包括泵激激光器，具有第一频率并且耦合到所述泵激激光输入端。
3.根据权利要求1所述的光放大器，其中，用于测量功率的装置为光电二极管。
4.根据权利要求1所述的光放大器，还包括增益平坦滤波器(GFF)，耦合到所述分配器的输出端，用于接收和滤波属于从所述分配器接收的已放大的输入信号的剩余信号并且提供所平坦的输出信号。
5.根据权利要求4所述的光放大器，还包括可变光衰减器，耦合到GFF的输出端，用于可变地调节所接收的信号以获得恒定的功率输出。
6.根据权利要求1所述的光放大器，其中，所述组合器为波分复用(WDM)组合器。
7.根据权利要求6所述的光放大器，其中，所述WDM组合器将基本上为1550NM的输入信号与基本上为980NM的泵激激光输入组合起来。
8.根据权利要求1所述的光放大器，其中，所述分配器为波分复用(WDM)分配器。
9.根据权利要求1所述的光放大器，其中，所述WDM分配器将EDFA的输出分割成具有第一波长的第一信号和具有第二波长的第二信号，其中第一信号具有基本上为1550nm的波长以及第二波长基本上为980nm。
10.根据权利要求1所述的光放大器，其中，所述WDM分配器将EDFA的输出分割成具有第一频率并且与输入信号的放大版本相关联的第一信号和具有第二频率并且与泵激激光信号相关联的第二信号。
11.一种光放大器，包括光信号输入端，用于接收要放大的输入光信号；泵激源输入端，用于接收在放大所述输入光信号中所使用的泵激源输入信号；组合器，用于将所述泵激源输入信号和所述输入光信号进行组合；掺铒光纤放大器(EDFA)，具有耦合到所述组合器的输出端的输入端和耦合到分配器的输出端，所述分配器分配从所述EDFA输出并且属于在由所述EDFA放大之后的泵激激光的泵激剩余的信号的一部分；以及误差校正装置，用于测量泵激剩余以及调节由泵激源提供的泵激输入信号。
12.根据权利要求11所述的光放大器，还包括泵激激光器，具有第一频率并且耦合到所述泵激源输入端。
13.根据权利要求11所述的光放大器，其中，所述误差校正装置包括用于测量泵激剩余的功率的光电二极管。
14.根据权利要求11所述的光放大器，还包括增益平坦滤波器(GFF)，耦合到所述分配器的输出端，用于接收和滤波属于从所述分配器接收的已放大的输入信号的剩余信号并且提供所平坦的输出信号。
15.根据权利要求14所述的光放大器，还包括可变光衰减器，耦合到GFF的输出端，用于可变地调节所接收的信号以获得恒定的功率输出。
16.根据权利要求11所述的光放大器，其中，所述组合器为波分复用(WDM)组合器。
17.根据权利要求16所述的光放大器，其中，所述WDM组合器将基本上为1550NM的输入信号与基本上为980NM的泵激源输入组合起来。
18.根据权利要求11所述的光放大器，其中，所述分配器为波分复用(WDM)分配器。
19.根据权利要求11所述的光放大器，其中，所述WDM分配器将EDFA的输出分割成具有第一波长的第一信号和具有第二波长的第二信号，其中第一信号具有基本上为1550nm的波长以及第二波长基本上为980nm。
20.根据权利要求11所述的光放大器，其中，所述WDM分配器将EDFA的输出分割成具有第一频率并且与输入信号的放大版本相关联的第一信号和具有第二频率并且与泵激源信号相关联的第二信号。
21.一种光放大器，包括光信号输入端，用于接收要放大的输入光信号；泵激源输入端，用于接收在放大所述输入光信号中所使用的泵激源输入信号；掺铒光纤放大器(EDFA)，用于使用所述泵激源输入信号来放大用于产生输出光信号的输入光信号；以及误差校正控制器，用于测量泵激剩余以及调节由泵激源所提供的泵激输入信号。
22.一种用于使用掺铒光纤放大器(EDFA)来放大光信号的方法，包括通过使用用于产生放大的输出信号的EDFA来放大输入信号；以及测量所放大的输出信号的泵激剩余功率分量以及使用所测量的泵激剩余功率分量来调节EDFA的性能。
全文摘要
本发明提供了一种用于放大信号的方法和装置。在一个方面中，提供了一种用于使用EDFA(208)放大光信号的方法，且该方法包括通过使用产生放大的输出信号(So)的EDFA(208)来放大输入信号(Si)；测量所放大的输出信号的泵激剩余功率分量；以及使用所测量的泵激剩余功率分量来调节EDFA(208)的性能。
文档编号H01S3/00GK1839521SQ200480023836
公开日2006年9月27日 申请日期2004年6月16日 优先权日2003年6月20日
发明者陈冠三 申请人:奥普林克通讯股份有限公司