專利名稱：光放大器的制作方法
技術領域：
本發明涉及光放大傳輸系統用的光放大器，具體說，是涉及用摻鉺光纖放大的光放大器。
在用摻鉺光纖放大器(EDFA)的傳輸系統中，光數據信號可以與維護傳輸系統所用光維護信號一起傳送，此維護信號至少部分用來監視和控制系統光放大器的運行。傳送光維護信號的信道，即光維護信道，無需在光放大器的放大帶寬之內。這是因為維護信號必須能在這些放大器上使用，從而能在這些放大器上立刻再生(重建)。事實上，對光維護信道，選取放大的波段以外的波段，不至于占據傳送數據可能用到的帶寬，一般說是有利的。因此，一個在其傳輸路徑上使用EDFA的、簡單的單向波分復用(WDM)傳輸系統，其WDM數據信號通常都落在EDFA的常規放大波段(C-波段)之內，這個波段從約1525nm到約1565nm，此WDM數據與光維護信道中的光維護信號進行波長復用，而通常光維護信道的標稱波長是1480nm、1510nm、或1610nm。
在每個放大器上，在數據被放大之前，把維護信道摘出，然后在數據被放大之后，一個新的維護信道信號再與被放大了的數據復用。摘出舊的維護信道信號，又把新的插入，通常是用若干斜向介質濾波器完成的，這些濾波器是按透過光維護信道，但反射光維護信道以外一切信道而設計的。(從原理上說，相反的結構也是可行的，即其中的濾波器反射光維護信道，但透過光維護信道以外一切信道。但是，因為反射損耗一般總能做得比透射損耗小，而通常寧可使數據的衰減為最小，而不是使維護信道信號的衰減為最小，所以這種相反的結構一般不是較佳的選擇。)對一給定的路由，通信容量的預期需求，在開始時可能太少，難以保證安裝一個更高容量的系統的額外費用。但是，以后為了滿足通信容量需求的增長，系統的升級可能變得迫切。這一升級可能包括把一個單向傳輸系統變換為一個載運雙向通信容量的傳輸系統。換種辦法，或除此之外，可以把一個或多個附加的放大波段，例如把EDFA位于約1565nm到約1610nm間的擴展放大波段(E-波段)，引入系統中，以增加通信容量。
本發明的一個目的，是提供一種光放大器，它能升級，但不必斷開已有的通過該放大器的數據傳輸路徑。
按照本發明的第一方面，是提供一種光放大器，它在一對光譜匹配濾波器之間有一增益單元，這一對濾波器由一個波長分用信道分出濾波器和一個波長復用信道插入濾波器組成，其中的增益單元包括一定長度的光放大光波導和供其使用的光泵，其中的信道分出濾波器帶有一個輸入端口，一個輸出端口和一個信道分出端口，其中的信道插入濾波器帶有一個輸入端口，一個輸出端口和一個信道插入端口，以及，其中信道分出濾波器的信道分出端口，通過增益單元在光學上與信道插入濾波器的信道插入端口耦合。
本發明還包括引入前一段規定類型放大器的光傳輸系統。
按照本發明的第二方面，提出一種提供光放大器的方法，該放大器放大在第一光譜波段內的數據，帶有一種功能(facility)，以便放大不重疊的第二光譜波段上的數據，該放大器在一個波長分用第一光譜波段信道分出濾波器和一個波長復用第一光譜波段信道插入濾波器之間，并行地連接著一個增益單元和監控線路，其中的增益單元包括一定長度的光放大光波導和供其使用的光泵，其中的信道分出濾波器帶有一個輸入端口，一個輸出端口和一個信道分出端口，其中的信道插入濾波器帶有一個輸入端口，一個輸出端口和一個信道插入端口，其中的增益單元有一個輸入和一個輸出，分別與信道分出濾波器的信道分出端口和信道插入濾波器的信道插入端口連接，以及，其中的監控線路有一個輸入和一個輸出，分別與信道分出濾波器的輸出端口和信道插入濾波器的輸入端口連接，該方法包括變更監控線路的步驟，以提供監控第二光譜波段放大情況的附加功能，斷開連接的步驟，斷開監控線路的輸入和輸出之間的連接，并且斷開信道分出濾波器和信道插入濾波器的各個輸出端口和輸入端口的連接，恢復斷開的連接的步驟，通過第二光譜波段信道分出和信道插入濾波器分別恢復斷開的連接，其中的第二光譜波段信道分出濾波器帶有一個輸入端口，一個輸出端口和一個信道分出端口，而其中的第二光譜波段信道插入濾波器帶有一個輸入端口，一個輸出端口和一個信道插入端口，以及連接又一個增益單元的步驟，在第二光譜波段信道分出和信道插入濾波器的信道分出和信道插入端口之間，連接又一個增益單元。
或者，也可以互換第二光譜波段信道分出和信道插入濾波器的位置。
本發明的其他特性和優點，從下面本發明的優選實施例的說明中，從各個圖中，和從權利要求書中，將可立即明白。


圖1是一個在其傳輸路徑內采用光放大器的WDM傳輸系統示意圖，圖2是圖1中放大器之一的一個增益單元的示意圖，圖3是圖2增益單元的一個簡化表示圖，圖4是一個示意圖，表明引入圖3表示的增益單元后圖1的一個放大器，圖5和6是示意圖，表明圖4放大器的別的升級形式，圖7是一個示意圖，表明圖1的一個放大器，以一種變化的方案引入圖3的增益單元，和圖8和9是示意圖，表明圖7放大器升級的改進形式。
圖1畫出引入光放大器的一種WDM單向光傳輸系統的示意圖。在此系統的發送端，若干個光源11的數據調制輸出，在某些類型的波長復用裝置12中組合起來，并進入把系統發送端連接到其接收端的傳輸路徑13。在接收端，波長復用數據調制信號在某些類型的波長分用器14中被分用，于是它們能被各個檢測器15獨立地檢測。沿傳輸路徑13的一定間隔上放有光泵的光放大器16。
雖然在圖1上沒有單獨畫出，但傳輸系統引入了某種監控系統，它在光維護信道中以光的形式傳送，光維護信道在傳輸路徑13上與數據進行波長復用。對每個放大器，數據在增益單元內被放大之前，摘出維護信道信號，然后，數據在增益單元內已經被放大之后，一個重建的維護信道信號與數據再復用。
一個典型的增益單元的各種部件，示意地畫在圖2。此增益單元有第一和第二信號強度監視抽頭20a，20b，光隔離器21a，21b，光泵激光二極管22a，22b，光泵復用器23a，23b，和一定長度的以鏈路25串聯連接的摻鉺光放大光纖24a，24b。通常，組裝增益單元時，要使鏈路在以后階段能夠完整地連接，以便鏈路的結構從形式上及實用上，都適應增益單元所在的特定工作環境。舉例說，鏈路可以包含或包括一個光衰減器、一個色散補償器、或一個信道分出與插入設施。此類增益單元的組裝，有時也稱為一種“非約束(uncommitted)的中階段接入”式增益單元，而且，為了便于本說明后面各圖的表示，這種非約束中階段接入的增益單元，將用圖3以30表示的符號代表。
以較可取的形式體現本發明的一種放大器，示意地畫在圖4。此放大器是為單向WDM傳輸系統設計的，它使用EDFA，且其數據信道落在鉺的C-波段之內。此放大器有一個增益單元40，位于3-端口介質濾波器41和42之間，這兩個濾波器分別用作信道分出和信道插入濾波器。兩個濾波器都有端口‘a’‘b’和‘c’。凡經過兩個濾波器中任一個的端口‘a’入射的光，其在C-波段(約在1525nm-1565nm)內的部分都被反射而經端口‘c’出射，同時，在此波段之外的光波長則被傳送至濾波器的端口‘b’出射。因此，當用作信道分出濾波器時，端口‘a’的作用像輸入端口，端口‘c’的作用像信道分出端口，而端口‘b’的作用像直達路徑輸出端口。當用作信道插入濾波器時，端口‘b’的作用像直達路徑輸入端口，端口‘c’的作用像信道插入端口，而端口‘a’的作用像輸出端口。
兩個濾波器41和42相對于增益單元40的排列，應使增益單元的輸入取自濾波器41的信道分出端口‘c’，而增益單元40的輸出，應從濾波器42的信道插入端口‘c’送出。圖4放大器接收的任何光監控信道信號，以及落在C-波段外的信號，如1510nm的信號，均由濾波器41引導，經直達路徑的輸出端口‘b’出射，再由此引導至監控線路48。然后，此監控線路產生一個重建的監控信號，加到濾波器42的直達路徑輸入端口‘b’。
其放大器具有上述形式，特別是圖4所示形式的一種光放大傳輸系統，在安裝了這種系統之后，遲早會遇到要求系統升級的機會。系統升級的一種方法，是使該系統維持為一個單向系統，而在不同的波段上，例如在E-波段(約在1565nm-1610nm)上提供增加的數據信道。
圖5表示如何用圖4的放大器，處理增加的信道。從濾波器41的端口‘a’、經過其端口‘c’、增益單元40、濾波器42的端口‘c’、再經過濾波器42的端口‘a’，這一通過放大器的光路保留不動。
從濾波器41的端口‘b’到監控線路，和從監控線路到濾波器42的端口‘b’，這兩條光路要斷開，分別插入另外兩個濾波器51和52。這兩個濾波器51和52，與對應的濾波器41和42的差別，僅在于它們各自的分出和插入波段不同，它們以E-波段替換C-波段。在濾波器51和52的兩個端口‘c’之間，連接一個增益單元50，它與增益單元40的差別在于，增益單元50是用來放大E-波段的信號，而不是C-波段的信號。原先的監控線路48，可以用新的監控線路58代替，其上裝有監控E-波段數據的必要的附加設施。
圖6畫出使用圖4放大器的一種不同方式，在這個用于傳輸系統的例子中，傳輸系統已經升級為雙向數據傳輸。在C-波段內的數據傳輸沒有改變，但這個例子增加了沿反方向的更多的數據傳輸，增加的數據落在E-波段的信道內。這一不同使用方式，類似保留從濾波器41的端口‘a’，到濾波器42的端口‘a’的經過增益單元40的光路不動，同時，類似于前面圖5關于放大器的描述，還要插入添加的濾波器51和52，以及增益單元50。對于圖6的放大器，增益單元50的連接是反接的，所以它沿反方向放大，且兩個濾波器51和52的位置互換，雖然這一互換自然是無效的，因為一般情況下，這兩個濾波器51和52在物理上是全同的。原先的監控線路48，用新的監控線路68代替，其上裝有監控E-波段數據的必要的附加設施，E-波段數據通常包括在每個傳輸方向上的一個獨立監控信號，例如某個方向的監控信號為1510nm，而另一個方向為1480nm。
圖7是一個放大器的示意圖，它與圖4的差別，僅在增益單元70上。此增益單元70與圖4的增益單元40的差別，在于用第一和第二3-端口環行器73和74，代替第一和第二隔離器21a和21b(圖2)。環行器73和74的端口‘a’和‘b’分別代替隔離器21a和21b的輸入和輸出端口，而環行器73和74的端口‘c’依舊不用。
一種具有上述圖7所示特定形式放大器的光放大傳輸系統，其特征是，不必斷開通過放大器原先的數據路徑，便能從一個單向系統升級為沿兩個方向在相同波段內載運數據的雙向系統。這一點與圖6的雙向放大器不同，在圖6的雙向放大器中，沿一個方向的數據流所用整個波段，與另一個方向的數據流所用波段，在光譜上是分離的。該放大器的升級可按圖8完成。保留從濾波器41的端口‘a’、經過其端口‘c’、增益單元70、濾波器42的端口‘c’、再經過濾波器42的端口‘a’，這一通過放大器的光路不動。但是，由于增加了增益單元80而增設了一條沿反方向的光路，即增設從濾波器42的端口‘a’，通到濾波器41的端口‘a’的路徑。增益單元80連接在環行器73和74的端口‘c’之間。該增益單元80與圖4增益單元40的差別，通常，但不是必須，是沒有隔離器21a和21b，隔離器的功能由增益單元70的環行器73和74完成，而增益單元80就連接在這兩個環行器之間。原先的監控線路48，可以用新的監控線路88代替，其上有附加的設施，以監控反方向傳播的新數據。
一種采用上述圖8放大器的雙向C-波段傳輸系統，可以通過增加一個另外的放大波段，如E-波段而升級。為了用系統的每個放大器來處理增設的波段，不一定要斷開現有的、通過該放大器的C-波段的傳輸路徑。可以采用圖9所示的改變來實現升級。保留從濾波器41的端口‘a’、經過其端口‘c’、增益單元40、濾波器42的端口‘c’、再經過濾波器42的端口‘a’，這一通過放大器的光路不動，對沿反方向通過增益單元80的光路也一樣。從濾波器41的端口‘b’到監控線路，和從監控線路到濾波器42的端口‘b’，這兩條光路要斷開，分別再插入另外兩個濾波器51和52，這兩個濾波器與圖5的E-波段濾波器51和52完全相同。在濾波器51和52的兩個端口‘c’之間連接增益單元90，它與增益單元70的差別是，增益單元90用于放大E-波段的信號，而不是C-波段信號。與增益單元70的環行器73和74對應，增益單元90也有兩個環行器93和94，且在增益單元90的兩個環行器93和94之間還連接一個增益單元95，增益單元95與增益單元80不同，它也是用于放大E-波段信號，而不是C-波段信號。原先的監控線路48，可以用新的監控線路98代替，其上有附加的設施，以監控增加的數據。
圖5、6、和9的已升級的放大器，每一個都不必斷開準備升級的數據傳輸路徑，便能增加另外的放大波段。顯而易見，此種增加方法還能進一步推廣，用于增加更多的數據放大波段，如在光譜區1450nm和／或1310nm附近，增加一段Raman放大波段。
圖3至圖8中每一個介質濾波器，都描述為一種光譜選擇反射濾波器，它反射某個限于特定波長范圍的光，而透過該范圍以外的波長。然而必須指出，對反射鏡的布局作適當的、簡單的改變，任一個或所有這些光譜選擇反射濾波器，能夠由對應的逆濾波器替代，即光譜選擇透射濾波器，它透過某個限于特定波長范圍的光，而反射該范圍以外的波長。
權利要求
1．一種光放大器，在一對光譜匹配濾波器之間有一增益單元，這一對濾波器由一個波長分用信道分出濾波器和一個波長復用信道插入濾波器組成，其中，該增益單元包括一定長度的光放大光波導和供其使用的一個光泵，其中的信道分出濾波器帶有一個輸入端口，一個輸出端口和一個信道分出端口，其中的信道插入濾波器帶有一個輸入端口，一個輸出端口和一個信道插入端口，以及，其中信道分出濾波器的信道分出端口，通過增益單元在光學上與信道插入濾波器的信道插入端口耦合。
2．一種光傳輸系統，在其光路內至少包含一個權利要求1所述的光放大器。
3．一種提供光放大器的方法，該放大器放大在第一光譜波段內的數據，帶有放大不重疊的第二光譜波段上的數據的功能，該放大器在一個波長分用第一光譜波段信道分出濾波器和一個波長復用第一光譜波段信道插入濾波器之間，并行地連接著一個增益單元和監控線路，其中的增益單元包括一定長度的光放大光波導和供其使用的光泵，其中的信道分出濾波器帶有一個輸入端口，一個輸出端口和一個信道分出端口，其中的信道插入濾波器帶有一個輸入端口，一個輸出端口和一個信道插入端口，其中的增益單元有一個輸入和一個輸出，分別與信道分出濾波器的信道分出端口和信道插入濾波器的信道插入端口連接，以及，其中的監控線路有一個輸入和一個輸出，分別與信道分出濾波器的輸出端口和信道插入濾波器的輸入端口連接，該方法包括變更監控線路的步驟，以提供附加的功能，監控第二光譜波段的放大情況，斷開連接的步驟，以斷開監控線路的輸入和輸出之間的連接，和斷開信道分出濾波器和信道插入濾波器的各個輸出端口和輸入端口的連接，恢復斷開的連接的步驟，通過第二光譜波段信道分出和信道插入濾波器分別恢復斷開的連接，其中的第二光譜波段信道分出濾波器帶有一個輸入端口，一個輸出端口和一個信道分出端口，和其中的第二光譜波段信道插入濾波器帶有一個輸入端口，一個輸出端口和一個信道插入端口，以及連接又一個增益單元的步驟，在第二光譜波段信道分出和信道插入濾波器的信道分出和信道插入端口之間，連接又一個增益單元。
4．一種提供光放大器的方法，該放大器放大在第一光譜波段內的數據，帶有放大不重疊的第二光譜波段上的數據的功能，該放大器在一個波長分用第一光譜波段信道分出濾波器和一個波長復用第一光譜波段信道插入濾波器之間，并行地連接著一個增益單元和監控線路，其中的增益單元包括一定長度的光放大光波導和供其使用的光泵，其中的信道分出濾波器帶有一個輸入端口，一個輸出端口和一個信道分出端口，其中的信道插入濾波器帶有一個輸入端口，一個輸出端口和一個信道插入端口，其中的增益單元有一個輸入和一個輸出，分別與信道分出濾波器的信道分出端口和信道插入濾波器的信道插入端口連接，以及，其中的監控線路有一個輸入和一個輸出，分別與信道分出濾波器的輸出端口和信道插入濾波器的輸入端口連接，該方法包括變更監控線路的步驟，以提供附加的功能，監控第二光譜波段的放大情況，斷開連接的步驟，以斷開監控線路的輸入和輸出之間的連接，和斷開信道分出濾波器和信道插入濾波器的各個輸出端口和輸入端口的連接，恢復斷開的連接的步驟，通過第二光譜波段信道插入和信道分出濾波器分別恢復斷開的連接，其中的第二光譜波段信道分出濾波器帶有一個輸入端口，一個輸出端口和一個信道分出端口，和其中的第二光譜波段信道插入濾波器帶有一個輸入端口，一個輸出端口和一個信道插入端口，以及連接又一個增益單元的步驟，在第二光譜波段信道分出和信道插入濾波器的信道分出和信道插入端口之間，連接又一個增益單元。
5．一種提供光放大器的方法，該放大器單向放大在第一光譜波段內的數據，帶有雙向放大不重疊的第二光譜波段上的數據的功能，該放大器在一個波長分用第一光譜波段信道分出濾波器和一個波長復用第一光譜波段信道插入濾波器之間，并行地連接著一個增益單元和監控線路，其中在第一和第二光環行器之間的增益單元包括一定長度的光放大光波導和供其使用的光泵，其中的信道分出濾波器帶有一個輸入端口，一個輸出端口和一個信道分出端口，其中的信道插入濾波器帶有一個輸入端口，一個輸出端口和一個信道插入端口，其中的增益單元帶有一個輸入和一個輸出，分別與信道分出濾波器的信道分出端口和信道插入濾波器的信道插入端口連接，以及，其中的監控線路有一個輸入和一個輸出，分別與信道分出濾波器的輸出端口和信道插入濾波器的輸入端口連接，該方法包括變更監控線路的步驟，以提供附加的功能，監控第二光譜波段的放大情況，以及連接又一個增益單元的步驟，在第一和第二光環行器之間連接又一個增益單元。
全文摘要
在其傳輸路徑內采用光放大器的一種WDM光傳輸系統中,用于監視并控制放大器運行并從數據傳輸中作光譜分離的一個監控信號信道,可以與數據復用。披露了一種放大器的結構,它能隨傳輸系統為增加數據處理能力的升級而升級,例如增加波段內和/或沿反方向的數據傳輸,但不必斷開通過該放大器的準備升級的數據傳輸路徑。這種結構是使用信道分出和插入濾波器來實現的,這些濾波器的配置,要使放大的數據傳輸路徑伸延,通過這些濾波器的分出/插入信道。
文檔編號H01S3/06GK1292506SQ00117978
公開日2001年4月25日 申請日期2000年6月6日 優先權日1999年6月30日
發明者凱文·P·瓊斯, 羅杰·M·吉布, 羅伯特·A·貝克, 馬丁·P·皮埃特克, 馬克·E·布雷, 巴里·布林泰, 詹姆斯·里根, 托比·J·雷德, 阿倫·A·索海姆, 羅伯特·W·基斯, 馬克·R·海因斯, 約瑟夫·芒, 奈杰爾·E·喬利, 阿倫·魯賓遜, 喬納森·P·金, 西蒙·P·帕里 申請人:諾泰爾網絡公司