相關(guān)申請的交叉引用

本發(fā)明要求2016年4月10日提交的美國專利申請no.62/320,559的優(yōu)先權(quán)，以及2016年4月19日提交的美國專利申請62/324,433的優(yōu)先權(quán)，其通過引用并入本文。

本發(fā)明涉及一種光學(xué)放大器，特別涉及突發(fā)模式的光學(xué)放大器以及抑制光學(xué)放大器內(nèi)的暫態(tài)性能的方法。

背景技術(shù)：

在波分多路復(fù)用(wdm)的光學(xué)傳輸系統(tǒng)中，利用數(shù)字信息流對多個波長的光學(xué)信號進行編碼。這些已編碼的光學(xué)信號或光學(xué)信道被組合在一起并通過包括wdm光纖網(wǎng)絡(luò)的傳輸鏈路的一系列跨距的光纖傳輸。在傳輸鏈路的接收機端處，光學(xué)信道被分離，由此光學(xué)接收機可以檢測每條光學(xué)信道。

光在通過光纖傳播時趨向失去功率。然而，在接收機端需要一些最小水平的光學(xué)信道功率來將已經(jīng)在發(fā)射機端的光學(xué)信道中編碼的信息進行解碼。為了增強在光纖中傳播的光學(xué)信號，沿著傳輸鏈路將光學(xué)放大器部署在稱為節(jié)點的多個位置處。光學(xué)放大器通過將光學(xué)信號的功率水平放大到接近發(fā)射機端的原始光功率水平，將鏈路的最大可能長度在某些情況下從幾百公里拓展到幾千公里。

諸如摻鉺光纖放大器(edfa)的稀土摻雜光纖是在許多現(xiàn)代光纖網(wǎng)絡(luò)中最實際使用的光學(xué)放大器之一。單個edfa模塊可以一次放大多達一百個光學(xué)信道，從而顯著降低成本。當(dāng)傳輸連續(xù)波信號時，例如在pon系統(tǒng)中，通常使用常規(guī)的光學(xué)放大器。然而，在光線路終端(olt)和每個光網(wǎng)絡(luò)單元(onu)之間的距離不同的系統(tǒng)中，olt必須能夠從onu中接收具有不同強度的光突發(fā)信號。此外，基于光學(xué)放大器的pon中繼器必須能夠在沒有任何失真的情況下放大這些信號。遺憾的是，光突發(fā)信號放大導(dǎo)致了光浪涌，這可能正好造成光接收機的故障以及由于增益動態(tài)而干擾在olt處的正常信號的接收。

因此，需要抑制這些光浪涌并且提供增益穩(wěn)定的突發(fā)模式的光學(xué)放大器。

已經(jīng)做了許多工作來減輕所述效應(yīng)或降低edfa的暫態(tài)響應(yīng)，以及減少不需要的效應(yīng)的一種方法通過增益鉗位來實現(xiàn)。在突發(fā)模式下使用edfa是非常理想的，例如在諸如ng-pon2的通信系統(tǒng)中。

存在許多與增益鉗位的光纖放大器相關(guān)的專利和出版物，但是它們往往是昂貴的，并且沒有一種是暫態(tài)效應(yīng)的完美解決方案，特別是由突發(fā)模式傳輸引起的暫態(tài)效應(yīng)的完美解決方案。

本發(fā)明的目的是提供一種成本有效的光學(xué)放大器，其不需要昂貴的復(fù)雜泵浦控制或反饋電路來控制輸出的泵浦功率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的廣泛方面，提供了一種光學(xué)放大器，包括：

輸入端口，用于接收為了放大的光學(xué)信號并且沿著第一稀土摻雜的光路在稀土摻雜材料中引導(dǎo)所述光學(xué)信號；

泵浦，被配置成當(dāng)光學(xué)信號橫穿第一稀土摻雜光路時，將泵浦光提供到光學(xué)信號，其中泵浦被配置為提供具有基本上恒定的輸出功率的光泵浦光，其中所述光泵浦光具有足夠使沿著第一稀土摻雜光路的稀土摻雜離子過飽和的輸出功率，使得發(fā)生全部粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，并且其中第一稀土摻雜光路具有長度和摻雜濃度，使得當(dāng)通過所述泵浦進行泵激時，所述第一稀土摻雜光路具有小于約10db至約15db的放大；以及濾光器，光學(xué)耦合到第一稀土摻雜路徑，用于提供增益平坦和/或用于去除剩余的泵浦光。光路可以在光波導(dǎo)內(nèi)體現(xiàn)或者可以是透光材料的摻雜塊內(nèi)的自由空間路徑。盡管完全飽和時，光學(xué)材料內(nèi)的放大段的光路內(nèi)的稀土離子的長度和摻雜濃度被限制為最大放大倍數(shù)。

優(yōu)選的是光泵浦光的輸出功率足夠使稀土摻雜光路過飽和，從而發(fā)生全部粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，并且其中稀土路徑具有長度和摻雜濃度，使得當(dāng)通過所述泵浦進行泵激時，提供小于15db的信號放大，在某些情況下小于10db，其中所述濾光器用于從被放大的信號中去除剩余的泵浦信號。

在更優(yōu)選的實施例中，多個附加的稀土摻雜光路被彼此串聯(lián)地光耦合，使得當(dāng)光進入到輸入端口中并且沿著第一稀土摻雜光路時，通過增益平坦濾光器進行濾光隨后橫穿一個或多個其他稀土摻雜光路；其中泵浦被配置成提供基本上恒定的泵浦光，以便當(dāng)信號穿過其傳播時，使一個或多個其它稀土摻雜的光路完全飽和，因此在所述一個或多個光路中發(fā)生全部粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。理想地第一稀土摻雜的光路是一段摻餌光纖。優(yōu)選地，在稀土摻雜放大路徑之間設(shè)置一個或多個增益平坦濾光器。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種光學(xué)放大器，包括：

輸入端口，用于接收光學(xué)信號；第一稀土摻雜的光波導(dǎo)，具有長度l，光學(xué)地耦合到所述輸入端口；泵浦，被配置成提供適合于激發(fā)稀土離子的預(yù)定波長的泵浦光，所述泵浦具有基本上不變的輸出功率并且被光學(xué)耦合到第一稀土摻雜的光波導(dǎo)，所述泵浦被配置為在第一稀土摻雜的波導(dǎo)中使稀土摻雜的離子完全飽和，從而發(fā)生全部粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，其中第一稀土摻雜的波導(dǎo)的長度l和稀土摻雜濃度為：當(dāng)通過所述泵浦進行泵激時，提供小于15db的光學(xué)信號的放大；以及濾光器，光學(xué)耦合到第一稀土摻雜波導(dǎo)，用于提供增益平坦和/或用于去除剩余的泵浦光。

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光學(xué)放大器，包括：

多個稀土摻雜的波導(dǎo)，被彼此串聯(lián)地光耦合，使得當(dāng)光進入到第一稀土摻雜波導(dǎo)時，光通過多個其他的稀土摻雜的波導(dǎo)傳播；泵浦，具有恒定的使第一稀土摻雜的光波導(dǎo)完全飽和并且使多個其他稀土摻雜的光波導(dǎo)飽和的輸出功率，使得在所述波導(dǎo)中發(fā)生全部粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；以及濾光器，光學(xué)耦合到稀土摻雜波導(dǎo)，用于提供增益平坦和/或用于去除剩余的泵浦信號。

根據(jù)本發(fā)明，進一步提供了一種光學(xué)放大器陣列，包括：多個稀土摻雜的波導(dǎo)；泵浦，光學(xué)耦合到光波導(dǎo)，被配置為稀土摻雜的光波導(dǎo)提供基本上恒定的輸出功率光泵浦光，其中輸出功率光泵浦光足夠使稀土摻雜的波導(dǎo)完全飽和，使得發(fā)生全部粒子數(shù)反轉(zhuǎn)并且其中稀土摻雜的光波導(dǎo)具有長度和摻雜，使得當(dāng)通過所述泵浦進行泵激時，完全飽和具有小于15db的放大；以及光學(xué)濾光器，設(shè)置在至少一些稀土摻雜的波導(dǎo)之間，用于提供增益平坦和/或用于去除剩余的泵浦信號。

根據(jù)本發(fā)明的廣泛方面，提供了一種光學(xué)放大器，包括玻璃塊，摻雜有稀土離子，具有用于將輸入光束引導(dǎo)到所述塊中的輸入準(zhǔn)直透鏡，并且其中輸入準(zhǔn)直透鏡或所述塊的端面成角度，使得進入到輸入準(zhǔn)直透鏡中的光在所述塊內(nèi)遵循鋸齒形路徑多次從玻璃塊的端面之間反射；泵浦，用于提供在塊內(nèi)使稀土離子飽和的恒定輸出功率的光。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種當(dāng)被耦合到泵浦信號時，用于將一個或多個光學(xué)信號放大的放大模塊，包括：增益平坦濾光器；摻雜有稀土離子的“n個放大光波導(dǎo)用于存在泵浦光時，將通過其傳播的一個或多個光學(xué)信號放大，所述n個放大光波導(dǎo)光學(xué)耦合到所述增益平坦濾光器，其中n/2對的放大波導(dǎo)被串聯(lián)布置，一對中的每個放大波導(dǎo)與該對中的另外一個放大波導(dǎo)位于所述增益平坦濾光器的相反側(cè)上，其中存在泵浦光時，當(dāng)待放大的信號光進入到每對放大波導(dǎo)中時，所述放大的信號光中的一些由濾光器衰減，剩余的放大信號光被傳遞到在所述對中的另一個放大光波導(dǎo)，其中正等于或大于4。

附圖說明

現(xiàn)在將參考附圖描述示例性實施例，其中：

圖1a是具有增益平坦濾光器的常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)的放大器的示意圖；

圖1b是常規(guī)的增益平坦濾光器響應(yīng)的曲線圖；

圖2a和2b圖示了沒有增益平坦濾光器的現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)放大器的泵吸收和增益譜。

圖3圖示了圖1a的常規(guī)放大器的增益壓縮；

圖4a是根據(jù)本發(fā)明具有過泵浦的短摻鉺光纖的增益鉗位放大器的示意圖。

圖4b是根據(jù)本發(fā)明的具有2個過泵浦的短摻鉺光纖長度的增益鉗位雙級放大器的示意圖。

圖4c是在放大的信號穿過增益平坦濾光器之后，圖4a和圖4b的輸出譜的曲線圖。

圖4d和4e是圖4a的放大器的鉗位增益譜和噪聲因數(shù)的曲線圖。

圖4f是共摻雜元件的理想吸收譜的曲線圖。

圖5是描繪了具有過泵浦的短跨距的摻鉺光纖的圖4a和圖4b的放大器的增益壓縮的曲線圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的具有分布式增益平坦濾光器布置的增益鉗位放大器的示意圖。

圖7是圖示了在圖6中示出的實施例如何在分布式平坦增益介質(zhì)(dfgm)的實施例中實現(xiàn)的示意圖。

圖7a是根據(jù)本發(fā)明的實施例的集成的多級放大器的透視圖。

圖7b是根據(jù)本發(fā)明的實施例的使用兩個柱面透鏡來加寬泵浦光的集成的多級放大器的透視圖。

圖7c是基于使用單個飽和泵浦的放大器陣列的示意圖。

圖7d是基于使用單個飽和泵浦的放大器陣列的示意圖。

圖7e是通過單個泵浦激光器泵浦的連續(xù)泵浦的放大器陣列的示意圖。

圖7f是分布式增益平坦介質(zhì)(dfgm)的示意圖。

圖8是在圖7a和7b中示出的玻璃塊放大器的橫截面的俯視圖。

圖9是在兩個玻璃塊之間具有增益平坦濾光器的放大模塊的等距圖。

圖10是在兩個玻璃塊之間具有增益平坦濾光器的雙向放大模塊的側(cè)視圖。

圖11是具有在圖7中所示的8個輸入端口和8個輸出端口的陣列式光學(xué)放大模塊的等距視圖。

圖12是橫向泵浦的光學(xué)放大器的側(cè)視圖。

具體實施方式

雖然結(jié)合各種實施例和示例描述了本教導(dǎo)，但是本教導(dǎo)并不旨在局限于這些實施例。相反，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，本教導(dǎo)包含各種替代、修改和等同物。例如，以下描述了摻鉺放大器，然而在放大器中可以使用其他稀土元素代替鉺。

現(xiàn)在參考圖1a，示出了光學(xué)放大器，所述光學(xué)放大器具有通過wdm106耦合在一起的隔離器102、標(biāo)記為ld的激光二極管光泵浦104。在wdm106和wdm112之間示出了一段edf108。示出了第三wdm114，增益平坦濾光器(gff)115和隔離器116設(shè)置在wdm112和wdm114之間。第二泵浦長度的edf120進一步將通過放大器的信號放大，然后所述信號穿過隔離器122傳播。wdm112和wdm114的目的是允許泵浦信號旁路所述濾光器115，并且泵浦信號可用于泵浦edf120。常規(guī)的摻鉺光纖放大器(edfa)通常具有用于均衡的增益譜的相對較長的摻鉺光纖(edf)跨距或長度，并具有如圖1a和圖2所示的高泵浦效率。這些光學(xué)放大器以增益飽和模式工作。泵浦功率被完全吸收，具有恒定泵浦功率的增益隨著導(dǎo)致增益壓縮的不同信號功率而變化。在這種現(xiàn)有技術(shù)中，放大器恒定增益是根據(jù)使用反饋的信號功率通過動態(tài)調(diào)整泵浦功率來實現(xiàn)。如圖3示出的這種類型的放大器具有帶有恒定的泵浦功率的強增益壓縮；然而隨著輸入功率的增加，增益顯著降低。這意味著對于具有變化的輸入功率的恒定增益，泵浦功率必須相應(yīng)地改變和變化。遺憾地，在該泵浦調(diào)整期間，發(fā)生了不需要的增益超調(diào)和增益欠調(diào)。圖1b示出了增益平坦濾光器(gff)的衰減譜，并示出了增益是均衡的。

即使在最高輸入功率下，通過將泵浦功率超過edf可以吸收的泵浦功率的edf過泵浦，可以實現(xiàn)增益鉗位，以獲得具有恒定泵浦功率的恒定增益。在這種情況下，摻雜劑離子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)大約為100％并且在特定應(yīng)用輸入功率范圍內(nèi)是恒定的。這種情況下，當(dāng)輸入信號功率改變時，增益保持恒定。

如上所述，由于存在大量未使用的泵浦功率，所以泵浦效率顯著低于在常規(guī)的edfa中的泵浦效率。此外，增益譜是不均衡的，其中在較短波長的增益遠高于在較長波長的增益。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)換到圖4a，示出了具有過泵浦的短摻鉺光纖的增益鉗位放大器。選擇摻鉺光纖的長度和摻雜，使得增益被限制在10db或大約小于15db。在圖4a中，輸入信號進入到放大器的輸入端并穿過隔離器102。具有來自ld104的恒定泵浦光的信號被wdm106復(fù)用到edf408的短跨距中。術(shù)語“恒定不變的泵浦光”是指當(dāng)放大器工作時，泵浦提供基本上不變的輸出功率。在圖4a中，泵浦提供足夠功率的光以使edf408過飽和。wdm415允許任何剩余的泵浦光從放大的信號中分離，并且gff420將放大的信號進行增益平坦化。圖4b中示出的雙級放大器以相似的方式工作。在該電路中，輸入信號橫穿隔離器102和wdm106，在wdm106中泵浦信號與輸入信號相結(jié)合。該電路的一個差異在于泵浦光與一次放大號分離，并且在其后泵浦光旁路gff420和隔離器424,它通過wdm422與放大信號復(fù)用返回。將一次放大信號和剩余的泵浦信號提供給短跨距的edf418，在edf418中發(fā)生輸入信號的二次放大。兩個edf具有長度和摻雜濃度，使得在每級發(fā)生不超過大約10db至大約15db的放大。提供wdm430以去除任何剩余的泵浦信號。

提供圖4a和圖4b中示出的增益平坦濾光器以將增益譜平坦化，并且放大器在沒有反饋的情況下工作以控制輸出恒定不變的輸出信號的泵需求很少，即使存在輸出控制電路。然而，在兩個edf段之間設(shè)置gff會導(dǎo)致小于理想噪聲因數(shù)的性能，因為在短波長存在高損耗。在所有edf之后設(shè)置gff會導(dǎo)致良好的噪聲因數(shù)(nf)性能，但進一步降低了泵浦效率。一個憂慮是在制造gff時具有如此高的插入損耗峰值。下面的實施例解決了這些憂慮并且是優(yōu)選的實施例。

對于圖4a和圖4b中示出的并且參考圖5的放大器操作，當(dāng)與通常在典型跨距的edf所提供的相比，使用相對短跨距的edf和較高的泵浦功率時，放大器處于泵浦飽和狀態(tài)，在泵浦飽和狀態(tài)中粒子數(shù)反轉(zhuǎn)相對恒定，不同的信號輸入功率在合理的工作范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)了增益鉗位。在該系統(tǒng)中，無需閉環(huán)反饋泵浦控制，基本上消除了增益過調(diào)和增益欠調(diào)。泵浦被簡單地設(shè)定為足夠提供edf長度的至少全部粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的恒定不變的功率。

該過泵浦機構(gòu)的缺點之一是增益譜不均衡；即對于不同的波長，增益改變，如圖4c中所示，圖4c圖示了在短波長的增益明顯高于較長波長的光的增益。

使用常規(guī)的單個增益平坦濾光器，在短波長的噪聲因數(shù)(nf)通常太高而不能被接受或者泵浦功率消耗過大。盡管圖4a和4b中示出的實施例由于上述局限性是本發(fā)明次優(yōu)選的實施例，如果目標(biāo)增益不太高，例如小于10db或者在某些情況下小于15db，利用全部粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，實施例運行良好。在這種情況下，使用常規(guī)的gff。

具有6.5db/m吸收的mp980光學(xué)放大edf可從ofs光學(xué)器件購得?？梢垣@得具有高達150db/m的非常高吸收的用于激光器的光纖。在飽和泵浦狀態(tài)下，增益與光纖長度成比例。因此，為了在長波長具有10db的增益，使用mp980edf的纖維長度應(yīng)當(dāng)大約為3.5米。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)換到圖4d和4e，在曲線圖中示出了增益譜和噪聲因數(shù)性能。在圖4d中，可以看出放大器的增益譜不會隨著輸入功率而顯著變化，并且放大器被增益鉗位。即使當(dāng)輸入功率達到-5db時，增益譜變化小于0.3db。

在圖6中示出的優(yōu)選實施例中，使用具有分布式gff的edfa。放大器由分布式gff(dgff)615a至615e分隔的串行短edf放大級608a、608b、608c、608d和608e組成。在一個實施例中，使用多個edf段，然后是低峰值gff，如圖6中所示。分布式gff峰值插入損耗可被減少到1/n，其中n是edf段的數(shù)量。圖6圖示了使用dgff消除或減少插入損耗，但成本可能過高。

圖7自上而下示出了一系列三個附圖，示出了動態(tài)增益平坦濾光器(dgff)的組件設(shè)計。上圖的一部分、元件608a至615e作為塊705被示出，所述塊705通過具有分布式增益平坦介質(zhì)dfgm701的短edf段的串聯(lián)耦合來體現(xiàn)。通過在每個短放大段的edf之后/之間使用較短跨距的edf和增益平坦濾光器或dfgm，每個放大器比單個較長段的edf提供較小的放大，可以以相當(dāng)小的噪聲因數(shù)實現(xiàn)相同的放大。在該放大方案中，泵浦提供連續(xù)的泵浦功率，其將使第一放大器過飽和，并且使串行內(nèi)聯(lián)的后續(xù)放大器至少完全飽和或過飽和。短放大段的edf608a至608f被示出耦合到dfgm701。相同的濾光器元件在每個短放大段的edf之后提供濾光。

圖7f是迄今描述的dfgm的變型。輸入摻鉺波導(dǎo)780a至780f通過grin透鏡790、792被光學(xué)地耦合以分別輸出摻鉺波導(dǎo)782a至782f。放大光纖具有長度和摻雜濃度，使得當(dāng)待放大的光學(xué)信號穿過每個摻鉺放大波導(dǎo)時，提供不超過15db的放大。使用恒定的輸出功率來泵浦這些光纖，使得放大纖維完全飽和。

圖7a是圖7中示出的實施例的變型，其中透光材料(優(yōu)選玻璃)的稀土元素摻雜塊為進入其的光束提供放大介質(zhì)，以在塊內(nèi)沿著自由空間中的路徑傳播所述光束。圖7b中更詳細地示出了實施例。稀土摻雜玻璃塊700具有輸入端，所述輸入端具有輸入光纖702，所述輸入光纖用于激勵待放大的光學(xué)信號耦合到準(zhǔn)直透鏡，所述準(zhǔn)直透鏡諸如用于將在光纖702中傳播的輸入信號光變換為準(zhǔn)直光束的漸變折射率(grin)透鏡703。反射膜701涂覆在相對的端面上。如果塊比波束寬得多，波束將基本上在塊內(nèi)的自由空間中傳播，所述塊內(nèi)的自由空間不受塊自身的限制。然而，如果塊足夠窄，在塊的外部的塊空中接口將用作光的引導(dǎo)件，從而所述塊由在空中塊接口之間的折射率差值限制。這也適用于在塊內(nèi)傳播的泵浦光。在透光塊700的輸出端，通過準(zhǔn)直器705耦合的輸出光纖704接收所述放大的輸出信號。在圖7a中，限制在光纖702內(nèi)的傳播進入塊700的信號光由漸變折射率(grin)透鏡703進行準(zhǔn)直，并被作為零線707示出，所述信號光以鋸齒形圖案從表面701和反射鏡708陣列來回反射n次，并且在由準(zhǔn)直器705射出和重新聚焦之前，通過穿過泵浦摻雜玻璃所述信號被放大n倍。每次往返的增益是

g1,g2,…gn

其中總增益是：

由于摻鉺離子是處于飽和的，每次往返的增益相同，所以：

g＝ngrt

其中每次往返的增益與玻璃塊的長度和摻雜密度成比例：

grt·ld

因此，優(yōu)選高摻雜密度，否則玻璃塊的所需長度將太長而不可用，并且將需要太多的反射以實現(xiàn)期望的放大?？梢詫崿F(xiàn)非常高的摻雜密度，并且摻雜er/yt的共摻雜允許l是短的，例如10mm。市售的edf在150db/m是可用的，er/yt共摻雜光纖額定功率可達3000db/m。

根據(jù)具體要求，反射鏡708可以是凹面鏡陣列或平面反射面。如果摻雜密度不夠高并且需要更多次往返，則可能需要重新聚焦光，使得所有光功率可以由輸出光纖準(zhǔn)直器聚集。在這種情況下，反射面可以制成凹面鏡或重聚焦鏡?？商娲?，如果摻雜密度足夠，則反射面可以是平面。

在圖7a中，來自泵浦激光器712的光被引導(dǎo)到用于通過玻璃塊700均勻地分配泵浦光的柱面透鏡713中。在某些情況下，可以使用反射鏡代替透鏡。由于玻璃塊700基本上均勻地被摻雜，隨著980nm波長的泵浦光使鉺離子飽和，以鋸齒方式通過其傳播的信號光所采用的任何光路將被放大。

正如圖7b中所示，玻璃塊700的相對端是反射增益平坦濾光器710。泵浦激光器712通過柱面透鏡720和柱面透鏡722被耦合到玻璃塊。在本實施例中，泵浦光通過柱面透鏡變寬并垂直于信號光。可以使用具有高輸出功率的多模泵浦激光器。多模泵浦激光器的最小功率大約為6瓦特，泵浦激光器可用于提供數(shù)十瓦特。在透光稀土摻雜塊700內(nèi)，是示為707的路徑，其后是輸入光束，所述光束以在圖8中更清楚示出的鋸齒形光路橫穿塊700。后面是準(zhǔn)直光束的路徑限定了在塊的端面處由增益平坦濾光器分隔的多個放大光路。凹面鏡重新聚焦光束并保持光束的尺寸。反射膜被設(shè)計成對具有較高增益的波長具有較低的反射，并且因此用作增益平坦濾光器。由于光束具有長度，即在每次穿過塊的長度，以及光束具有直徑，即準(zhǔn)直光束的橫截面的直徑，這限定了在放大器陣列中由濾光器分離的單個放大器的光放大路徑。人們可以想到通過橫穿塊的自由空間區(qū)域的光束裁剪裁幅如作為放大區(qū)域，然而限制不是由波導(dǎo)所限定的；在這種情況下，它是光束被準(zhǔn)直并且作為準(zhǔn)直光束通過材料的自由空間移動的功能。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)換到圖7c、7d和7e，圖中示出了實施例，其中單個大功率激光二極管泵浦有利地為放大段提供恒定不變的光，而不需要類似于本發(fā)明的另一個實施例的用于泵浦控制的反饋回路。圖7c示出了使用單個飽和泵浦的放大器陣列。元件102a、106a、705a、430a和116a與迄今描述的元件相同，方位數(shù)字102、106、705、430和116以及索引“a”至“n”通過相同的光學(xué)元件簡單地指示n個輸入。值得注意的是在圖7c中，由激光二極管104提供的泵浦信號在wdm430a被提取，并且被路由到放大陣列的輸入b中，用于放大第b個輸入信號?？梢钥闯?，泵浦信號被去除并向下循環(huán)到放大陣列的每個后續(xù)輸入行。以這種方式，n個輸入信號由n個dgff+edf模塊705a至705n進行放大和濾光。就這點而言術(shù)語過飽和可能是最好的理解，因為恒定功率泵浦信號必須超過所需的輸出功率，以在705a內(nèi)使edf完全飽和，如果在705n內(nèi)使edf完全飽和，因為它是從ath到nth被引導(dǎo)到下一個放大輸入行的剩余未使用抽頭的980nm的泵浦光。

圖7d是類似放大器的另一個圖示，其中每個放大器使用單個短回路的edf。元件“a”到“p”是迄今示出的相同元件，而不是索引“a”到“p”。放大器陣列具有單個飽和泵浦104，其通過wdm“a”至“o”被向下饋送到陣列中的其它放大行。該放大器用于單信道應(yīng)用，其中圖7c的放大陣列用于多信道輸入信號。

圖7e示出了本發(fā)明的另一實施例，其中提供單個泵浦104，在其中放大器陣列中的每個放大器都是雙向放大器?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)換到圖7e，在放大器陣列的左側(cè)示出了雙端口的光學(xué)循環(huán)器760a至760d，在放大器陣列的右側(cè)示出了雙端口的光學(xué)循環(huán)器762a至762d。與迄今描述的另一個實施例類似，單個飽和泵浦被耦合到所述陣列中，其中所述單個飽和泵浦提供能夠在每個edf光纖內(nèi)使鉺離子完全飽和的不變的大功率泵浦光104。光學(xué)循環(huán)器760a至760d和762a至762d中的每個光學(xué)循環(huán)器提供了在其中輸入待放大的光學(xué)信號并允許在兩個端口中的另一個端口上放大的信號將被輸出的工具。短edf段或跨距768a和769a由gff濾光器分離，增益平坦信號在相反方向上傳播。edf段768b、768c和768c和769b、769c和769d類似地將在相反方向上傳播的信號放大，各自gff提供所需的增益平坦。wdm濾光器提供了相同的功能，允許將泵浦信號與待放大的信號組合，并且wdm濾光器用于去除將被路由到陣列中的另一個放大器的過度的泵浦光。

圖9中示出了與圖7a、7b和圖8的放大玻璃塊700共用一些相似性的可替代的實施例。然而，在該放大模塊中，增益平坦濾光器909被設(shè)置在玻璃塊900和玻璃塊902之間，反射涂層912在塊902的端面上被示出。由從準(zhǔn)直器703進入的輸入光束的內(nèi)部鋸齒形路徑所限定的多個放大長度部分地由反射鏡915的反射器陣列所限定，所述反射鏡陣列將入射到其上的光束折回到不同位置的相反側(cè)，除了最后折回的光束。反射鏡915被設(shè)置在輸入光纖702和輸出光纖704之間，并且將入射在其上的光束重新聚焦，使得光束基本上保持準(zhǔn)直。反射面912確保入射到其上的光束被反射回到陣列915上的不同位置。應(yīng)理解所述塊可能具有不同的形式。例如，可以通過提供不同形狀的塊來提供比其他放大長度更長的放大長度?？缭綁K的長度可以通過使用階梯塊來改變。本文使用的術(shù)語塊不限于矩形塊?？梢允褂闷渌螤畹膲K。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)換到圖10，示出了自由空間放大模塊的兩塊構(gòu)造1006,1008。然而，圖10的放大模塊10是可變增益放大器。在圖10的左側(cè)，示出了將光學(xué)耦合到塊1006的凹面重準(zhǔn)直器進行反射的線性陣列。然而，在塊1008的右側(cè)是反射/透射擋板1001a、1001b、1001c、1001d和1001e的間隔開的微機電(mem)陣列。在一個實施例中，mems擋板可被熱激活或在另一個實施例中，它們可被靜電致動。工作時，通過準(zhǔn)直器703進入到放大器的信號在穿過擋板1001e之后，通過準(zhǔn)直器1002從放大器射出，所述擋板1001e被示為打開，以便光通過其中傳遞并且隨后穿過透鏡1004。為了增強放大當(dāng)期望更多光穿過放大器時，擋板1001e被關(guān)閉并且擋板1001c或1001d中的一個被打開或處于透射狀態(tài)。

在迄今描述的所有實施例中，通過將放大波導(dǎo)或塊與鐿共摻雜實現(xiàn)了增益均衡。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)換到圖11，示出了具有8個輸入端口1112a至1112h和8個輸出端口1114a至1114h的放大模塊。在塊1110的背面是增益平坦濾光器1131，其將入射到其上的增益平坦光束向后反射到輸入端面上的反射面。工作時，在1112a處進入放大器的光束以鋸齒形的方式被反射11次，從而使得24穿過稀土摻雜的放大介質(zhì)1110，并且每當(dāng)光束撞擊在背面時進行增益平坦。泵浦激光器1116和透鏡1118、1119提供了具有將確保塊1110內(nèi)的鉺離子完全飽和的功率的光束。每個剩余端口在陣列中的功能類似。

圖12示出了與迄今所示的垂直泵浦方案相反的橫向泵浦方案，例如在圖11中。與yt共摻雜的透光摻鉺玻璃塊1120在其端部上具有薄膜gff濾光器1141，并且在相對端部上具有重聚焦光束成型透鏡1143。隔離器1165和1166確保單向光傳播進入塊1120和從塊1120中傳播出來。grin透鏡1143和1162分別提供準(zhǔn)直光和聚焦光進入塊和離開塊。橫向泵浦1148和透鏡1150提供平行泵浦和較小的形狀因數(shù)，因為所述泵浦可被設(shè)置在通過準(zhǔn)直器獲得的空間中。例如，如果輸入端口和輸出端口在玻璃塊的同一側(cè)，則泵浦激光器和透鏡可被設(shè)置在輸入光纖和準(zhǔn)直透鏡之間。增加了復(fù)雜性，因為在玻璃端部處的薄膜涂層必須設(shè)計成反射1550nm的信號波長并傳遞980nm的泵浦光。

在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以設(shè)想許多其他實施例。