專利名稱：：光放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及光放大器，和具體地涉及多波長光放大器。光放大器(OA)預計在未來的電信系統(tǒng)中將要被廣泛地應用。具體地講，目前已使用了摻鉺光纖放大器(EDFA)。這些放大器有可能在復雜的網(wǎng)絡中周期性地放大通過長距離經(jīng)光纖傳輸?shù)墓庑盘?，而不需要再生以補償由于長距離的傳輸引起的光信號的損耗。然而，對于周期地放大的傳輸鏈路，隨著高數(shù)據(jù)速率和/或長距離傳輸出現(xiàn)了一些新的特有的問題(例如，色散)。波分復用(WDW)代表了克服這些問題的一種方法。在WDM中，高數(shù)據(jù)速率是通過若干個光載波進行傳輸?shù)模總€光載波具有不同的光波長，因此增加了傳輸?shù)乃俣群腿萘?。我們假設(shè)一個光載波代表一個信道，以便使描述更清楚。代表信號強度的光功率在不同的信道中可以有不同的演變。如果信號被衰減和被重復地再放大，或如果它們在光網(wǎng)絡中通過不同的路徑傳輸，則在光放大系統(tǒng)中這些功率的差別可能相當?shù)卮?。這種功率的差別可以來自以下原因。(1)在不同的信道中增益可能不同。一個進一步的困難在于像EDFA這類均勻展寬的OA的增益變化對不同的波長是不同的。很難或幾乎不可能知道OA工作在什么增益水平。尤其是因為該水平可能隨著時間而改變。不過，已經(jīng)論證了與波長無關(guān)的增益平坦或增益均等的EDFA，包括那些與工作條件無關(guān)的增益平坦或增益均等的EPFA。但是，增益并不是完美地平坦或均等的。在具有許多串接而聯(lián)在一起級的OA的系統(tǒng)中，即使各個信道之間的小的增益差都是將損害系統(tǒng)，和導致明顯的功率差別。(2)各放大器之間的信號衰減(例如損耗)在不同的信道中是不同的，因此導致明顯的功率差別。作為放大來說，衰減也會隨著時間改變，而這種改變是不可預測的，并隨著不同的波長而不同?？梢缘贸鼋Y(jié)論，在多數(shù)工作條件下，增益和衰減在若干波長上同時互相匹配是非常不可能的(相反，對于單一波長的系統(tǒng)只要衰減不超過各個OA的可用增益，在某些波長上這種匹配是自動實現(xiàn)的)。因為，可以想像，隨著波長屬性不同，由于不同的原因，放大器之間的損耗是變化的這種情況特別是如此。例如這些原因可以是連接的不良、在傳輸通道中加入功率分路器或其它光元件、設(shè)置色散補償光纖和增加的微彎曲損耗。事實上，由于信號功率損耗取決于波長而導致預測信號功率的不確定性，所以不可能利用類似于EDFA的均勻展寬放大器來保證提供一在放大器間損耗變化的情況下能保持平坦的增益。即使，對于所有信道增益和損耗都總是平衡的，即，增益和損耗(包括負符號)的和對于所有信道都是0分貝，這也不能保證在所有信道上的功率是相等的。各個功率不相等可以是由于下列原因引起的。(1)輸入到系統(tǒng)的信號功率在不同波長上可能是不同的。(2)在復雜的網(wǎng)絡中利用擇徑，不同的信號可能通過不同的信道進行傳輸。除非對每個單獨的信號采用某種形式的功率控制，否則當這些信號再一次組成時，它們的功率彼此將是不同的。(3)在光路中可能使用了可調(diào)諧的光分路，它可以以一種不預定的方式有選擇性地衰減各信道。對于許多應用，如果OA能夠使不同信道的功率相等(自動功率均衡)，而不是使增益相等，這將是更好的。至少，功率差應當保持在某個限度范圍內(nèi)。這要求具有對限度范圍外的輸入功率的信道的增益應當高于具有對限度范圍內(nèi)的功率的各信道的增益。這種作用被稱為多信道自動功率控制(MAPC)。如果在一種周期放大的傳輸系統(tǒng)中獲得了MAPC，則該增益能夠被償每個信道的損耗并且使每個信道得到了適當?shù)男诺拦β?。這被稱為多信道自動增益控制MAGC。因此，該系統(tǒng)得到了相應的保護以阻止放大器之間損耗的變化，雖然各均衡信號功率很可能變化。眾所周知，MAPC可以在非均勻展寬的放大器中實現(xiàn)。但是，商品化的EDFA大多數(shù)是在室溫下均勻展寬的，因此，在相當好的程度上，某一波長的增益可以唯一的與所有其它波長的增益相關(guān)聯(lián)起來。所以，不能說高功率信道的增益低于低功率信道的增益。即增益取決于各個信道的波長。相反，在非均勻展寬的放大器中，在一個波長上的增益部分地獨立于其它各波長的增益。在長距離WDM中，如果在其他波長上的增益不受影響，那么至少在某種程度上在一個波長的功率變大，則導致該波長上的增益減少。這叫做增益壓縮或增益飽和。另一方面，如果在另外一個波長上有壓縮增益的強信號，在第一波長上可仍然能保持高增益。在EDFA中已經(jīng)建議了若干用于MAPC和MAGC的方法。1.一種方法是依靠在非常低的溫度下冷卻增益介質(zhì)如(EDF)。雖然這種方法被報告說工作的相當好，由冷卻帶來的設(shè)備上的附加的復雜性卻是一個相當明顯的缺點。2.在另外一種方法中，一種雙芯EDFA被用于在空間上分離不同波長通過的路徑，作為整體上是有效地不均勻展寬的增益介質(zhì)，但每個增益介質(zhì)和每個增益介質(zhì)上的各個點本身是均勻展寬的。這種方法也存在著某些缺點，例如，已經(jīng)知道雙芯EDFA比單芯的要產(chǎn)生更多的噪聲，可能出現(xiàn)一種不希望的極化關(guān)系，可觀的功率損耗量，以及雙芯光纖的制造可能是困難的。3.在另外一種方法中，被復用的各個波長被分路進入波長選擇耦合器(WSC)中，并且在不同的EDF中放大。因此不同信道的增益可以被彼此分離了，它相當于一種不均勻的展寬。這種方法的缺點是放大器變得非常復雜，并且泵浦功率沒有在一種有效的方式下被利用。為了克服上述的各個問題，本發(fā)明的各優(yōu)選實施例的一個目的是在引起大的損耗的系統(tǒng)中，例如用于長距離傳輸?shù)南到y(tǒng)中，提供能夠利用不同類型的增益介質(zhì)實現(xiàn)MAPC/MAGC的一種多波長多級光放大器。本發(fā)明的另一個目的是提供一串行連接光放大器，在該串行連接光放大器中，用于多波長光信號傳輸?shù)墓夥糯笃饕源?lián)方式連接，這樣能夠使串行連接放大器中的MAPC/MAGC作為一介整體。本發(fā)明的另外一個目的是提供不同于常規(guī)放大的WDM系統(tǒng)的用于在預定波長范圍內(nèi)自動損耗斜率補償(ALTC)的多波長串行連接光放大器。本發(fā)明的一個方面，是提供一種光放大器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個串聯(lián)連接的增益介質(zhì)并被排列以放大具有多個波長的信號，其中所述增益介質(zhì)至少有一些工作在飽和狀態(tài)，并且不同的增益介質(zhì)的光譜特性是不同的，所以它們主要作用于各個不同的波長。因此在對波長均衡分布的信號功率受到擾動的情況下，該放大器的作用能夠使信號功率返回到原來所說的均衡分布。如上所述的一種光放大器可包括一個單一的光放大器，其中所述的多個增益介質(zhì)是串聯(lián)連接的。如上所述的一種光放大器可包括以串聯(lián)連接的多個光放大器，每個光放大器具有所述多個增益介質(zhì)中的至少一個。最好是，所述增益介質(zhì)中的一個介質(zhì)包括摻鉺光纖。所述增益介質(zhì)中的一個介質(zhì)可以包括硅鋁酸鹽(aluminosilicate)摻鉺光纖。該摻鉺光纖不需要是絕對純的硅鋁酸鹽型，因為在硅鋁酸鹽光纖中少量的鍺可能不會明顯地影響光譜。所述增益介質(zhì)中的一個介質(zhì)可以包括硅鍺酸鹽(germanosilicate)摻鉺光纖。該摻鉺光纖不需要是絕對純的硅鍺酸鹽型，因為在硅鍺酸鹽光纖中少量的鋁可能不會明顯地影響光譜。所述增益介質(zhì)中的一個介質(zhì)可以包括硅磷酸鹽(phosphosilicate)或硅鋁磷酸鹽(alumino-phosphosilicate)摻鉺光纖?？蛇x擇地，對于所述增益介質(zhì)之一，在第一波長上的增益幅度大于第二波長上的增益幅度，而在另外一個所述增益介質(zhì)中是相反的情況。最好是，所述增益介質(zhì)的第一個和第二個是交替串聯(lián)連接的。如上所述的光放大器系統(tǒng)可以被安排成在一個波長范圍內(nèi)進行多波長傳輸，其中所述增益介質(zhì)的第一和第二主要與在波長范圍的相對兩端的波長相互作用。最好是，所述增益介質(zhì)是均勻展寬的。如上所述的光放大器系統(tǒng)可以包括光限制放大器(OLA)，以增強信號功率引起的增益壓縮。如上所述的光放大器系統(tǒng)可以包括濾光器，以便在不同的增益介質(zhì)中提供不同的增益。從而使與增益介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的損失在增益幅度小的波長上較大。最好是，在預定的各波長或各波長范圍中，各個不同的增益介質(zhì)的增益幅度的光譜依賴關(guān)系實質(zhì)上是彼此抵消的。一種增益介質(zhì)可以是具有少量鋁或不含鋁的硅鍺酸鹽摻鉺光纖，增益幅度gp-p在1543-1549nm范圍內(nèi)隨著波長增加，而至少另外一個增益介質(zhì)的增益幅度在相同范圍內(nèi)減少。這樣一種光放大器系統(tǒng)可以適合于發(fā)送在1540-1552nm范圍的波長。其它的增益介質(zhì)可以從含鋁量高的硅鋁鍺酸鹽(alumino-germanosilicate)摻鉺光纖，摻磷硅酸鹽摻鉺光纖和磷酸鹽摻鉺光纖中進行選擇。為了更好地理解本發(fā)明，和表示如何使本發(fā)明的實施例可以有效地予以實施，現(xiàn)在將通過例子參照附圖進行說明，其中圖1表示具有多增益介質(zhì)的光放大器或系統(tǒng)的一個例子；圖2表示基于摻鉺光纖放大器(EDFA)的一種雙波長環(huán)形激光器的例子；圖3表示在圖2的激光器中的較低部分從輸入端14到輸出端19的濾光器-衰減器組合的傳輸光譜；圖4表示以鋁含量高的硅鋁鍺酸鹽摻鉺光纖(EDF)為基質(zhì)將兩個EDFA組合在一起的雙波長環(huán)激光器的輸出光譜；圖5表示當圖4所示的裝置的所有衰減器的衰減降低3dB時雙波長環(huán)形激光器的輸出光譜；圖6表示當圖4所示的裝置的所有衰減器的衰減增加2dB時雙波長環(huán)形激光器的輸出光譜；圖7表示包括圖4-6的光譜的復合輸出光譜；圖8表示以兩個采用鋁含量高的硅鋁鍺酸鹽EDF的EDFA組成的雙波長環(huán)形激光器中當所有衰減器被均勻地變化時，兩個不同波長1551.8nm和1559.8nm的輸出功率；圖9表示以一個采用鋁含量高的硅鋁鍺酸鹽EDF的EDFA和一個采用高度無鋁的硅鍺酸鹽EDF的EDFA組成的雙波長環(huán)形激光器中，當所有衰減器被均勻地變化時，兩個不同波長1551.8nm和1559.8nm的輸出功率；圖10表示以一個采用鋁含量高的硅鍺酸鹽EDF的EDFA和一個采用無鋁硅鍺酸鹽EDF的EDFA組成的雙波長環(huán)形激光器中，當所有衰減器被均勻地變化時，兩個不同波長1541.9nm和1549.9nm的輸出功率；圖11表示以兩個采用鋁含量高的硅鍺酸鹽EDF的EDFA組合而成的雙波長環(huán)形激光器中，當所有衰減器被均勻地變化時，兩個不同波長1541.9nm和1549.9nm的輸出功率；圖12是圖8-11的輸出功率曲線的一個組合曲線；圖13表示在如圖10所示的裝置中設(shè)置的(對應于在所有衰減器中衰減器變化為0dB)參考衰減器的輸出光譜；圖14表示在如圖10所示的裝置的所有衰減器的衰減被改變-3.0dB時的輸出光譜；圖15表示在如圖10所示的裝置的所有衰減器被改變+3.0dB時的輸出光譜；圖16表示在如圖10所示的裝置的所有衰減器中衰減分別變化1.0dB和2.0dB時，結(jié)合圖13-15的輸出光譜的雙波長環(huán)形激器的組合輸出光譜；圖17表示一臺基于用兩個高含鋁量的硅鋁鍺酸鹽EDF的EDFA的雙波長環(huán)形激光器在1551.8nm和1559.8nm兩個不同波長的輸出功率，當只有一個圖2中所示的衰減器從參考位置變化時，其僅影響兩個波長中的一個。圖18表示一臺基于用一個高含鋁量的硅鋁鍺酸鹽EDF的EDFA和用一個無鋁的硅鍺酸鹽EDF的EDFA的雙波長環(huán)形激光器在1551.8nm和1559.8nm兩個不同波長的輸出功率，當只有一個圖2中所示的衰減器從參考位置變化時，其僅影響兩個波長中的一個。圖19表示一臺基于用一個高含鋁量的硅鋁鍺酸鹽EDF的EDFA和用一個無鋁的硅鍺酸鹽EDF的EDFA的雙波長環(huán)形激光器在1541.9nm和1549.8nm兩個不同波長的輸出功率，當只有一個圖2中所示的衰減器從參考位置變化時，其僅影響兩個波長中的一個。圖20表示一臺基于用兩個高含鋁量的硅鋁鍺酸鹽EDF的EDFA的雙波長環(huán)形激光器在1541.9nm和1549.8nm兩個不同波長的輸出功率，當只有一個圖2中所示的衰減器從參考位置變化時，其僅影響兩個波長中的一個。圖21表示一臺基于用一個高含鋁量的硅鋁鍺酸鹽EDF的EDFA和用一個無鋁的硅鍺酸鹽EDF的EDFA的雙波長環(huán)形激光器在1529.4nm和1536.2nm兩個不同波長的輸出功率，當只有一個圖2中所示的衰減器從參考位置變化時，其僅影響兩個波長中的一個。圖22是從圖17-21得到的僅在一個波長上耦合輸出功率按照衰減變化的組合圖。圖23表示其輸出如圖21所示的裝置中設(shè)置的(對應于在所有衰減器中衰減器變化為0dB)參考衰減器的輸出光譜；圖24表示在圖21中的所有衰減器的衰減被變化-5.0dB時的輸出光譜；圖25表示在圖21中的所有衰減器的衰減被變化+3.0dB時的輸出光譜；圖26表示從圖23-25得到的雙波長環(huán)形激光器的輸出光譜的組合圖27表示一個被研究的串行連接的示意圖，示出k個不同波長通過150個不同鏈部件(CE)的串行連接，每個鏈部件包括兩個子鏈部件(CE)，因此總的串行連接是300個EDFA長；圖28表示最壞信道的SNR與損耗斜率變化之間的關(guān)系，其中，用點線表示有損耗斜率偏置的系統(tǒng)C的結(jié)果，虛線表示沒有損耗斜率偏置的系統(tǒng)C的結(jié)果，實線表示沒有損耗斜率偏置的系統(tǒng)B的結(jié)果；圖29表示最壞信道的SNR與鏈路損耗之間的關(guān)系，其中用點線表示有損耗斜率偏置的系統(tǒng)C的結(jié)果，虛線表示沒有損耗斜率偏置的系統(tǒng)C的結(jié)果，實線和點劃虛線分別表示沒有損耗斜率偏置的系統(tǒng)B和系統(tǒng)A的結(jié)果；圖30表示典型的OA和光限制放大器(OLA)的輸出相對于輸入功率的特性曲線；圖31表示在正常運轉(zhuǎn)下典型的、非OLA型的交替OA的串行連接中雙波長的傳輸；圖32表示在擾動運轉(zhuǎn)下典型的、非OLA型的交替OA的串行連接中雙波長的傳輸；圖33表示在正常運轉(zhuǎn)下交替OLA的串行連接中雙波長的傳輸；圖34表示在擾動運轉(zhuǎn)下交替OLA的串行連接中雙波長的傳輸。以下將要描述按照本發(fā)明的一些例子通過利用不同類型的增益介質(zhì)從而實現(xiàn)MAPC/MAGC的光傳輸鏈路、光傳輸網(wǎng)絡、光放大器、和多波長激光器。圖1是本發(fā)明的一個例子的示意圖。它包括至少兩種不同的依賴于至少兩種不同波長的增益介質(zhì)(GM)。該增益介質(zhì)由光學或其它方式分開地或集中地泵浦，并通過線性或非線性衰減介質(zhì)如傳輸光纖而彼此分離。而且，各個衰減部件被有選擇地插入到該增益介質(zhì)中。圖1是一個概括圖?？梢哉J為其所有部件是作為一個單一光放大器的一部分。這樣，圖1代表了一個用于MAPC/MAGC的光放大器。該放大器可以被認為是一個單一的物理單元。換句話說，我們可以把圖1中的所有部件放到一個盒子里，該盒子將是一個用于MAPC/MAGC的OA。另外一種情況下，至少增益介質(zhì)之間的部分損耗是由傳輸光纖引起的。在這種情況下，圖1可以代表由兩個延伸的傳輸光纖分隔開的三個光放大器(其中每個典型地構(gòu)成一個單獨泵浦的物理單元)。這樣，圖1實際上等效于具有固有MAGC/MAPC/ALTC能力的傳輸鏈路或網(wǎng)絡的一部分。另一方面，如果圖1的信號輸出口連接到其信號輸入口(在二者之間利用一個輸出耦合器和或許另一個衰減部件)，這樣就形成了一個環(huán)形激光器腔，圖1代表一個具有MAPC的多波長激光器。為了規(guī)定或改變運轉(zhuǎn)條件，在不同增益介質(zhì)之間發(fā)生增益自動分配或再分配，使得該裝置對于激光器實現(xiàn)MAPC以及對于WDM實現(xiàn)MAPC或ALTC。對于本發(fā)明的一個例子的主要的要求如下。1.對于WDM的MAPC或ALTC如果圖1的構(gòu)型(或不同構(gòu)型的組合)是串行連接的(在其間有傳輸光纖)，則產(chǎn)生的傳輸鏈路將能夠同時支持至少兩個波長的傳輸。具體地，在該串行連接中的傳輸在某種程度上，不受各放大器之間的與波長無關(guān)和與波長有關(guān)的損耗的變化的影響。另外，它具有某些功率均衡的能力。2.對于激光器MAPC如果圖1的OA或按照圖1的不同OA的組合構(gòu)成一個激光器的基本部分，則該激光器能夠同時在多于一個波長發(fā)射(激光)。具體地，該激光器在某種程度上，不受腔中與波長無關(guān)和與波長有關(guān)的損耗變化的影響。規(guī)范要求，在一個波長上的增益并不唯一地與另外的波長上的增益有關(guān)。假設(shè)該增益介質(zhì)是均勻展寬的，下面將描述在均勻展寬的增益介質(zhì)中，增益是怎樣計算的?；谶@種描述，將表示出裝置是怎樣構(gòu)成的，以至于總增益能夠在不同的均勻展寬的增益介質(zhì)之間重新分配從而以這種方式實現(xiàn)上面的規(guī)范。對于基于單個的均勻展寬的增益介質(zhì)的OA，在波長為λ的增益G(以dB為單位)可以寫為G(n2，λ)=[g*(λ)n2-α(λ)(1-n2)]L-f(λ)=gp-p(λ)n2L-α(λ)L-f(λ)……(1)其中L是增益介質(zhì)的長度，α(λ)是以分貝/米表示的增益介質(zhì)的吸收光譜系數(shù)，g*(λ)以分貝/米為單位是介質(zhì)在完全反轉(zhuǎn)的情況下的增益，gp-p(λ)=[g*(λ)+α(λ)]是以分貝/米為單位的增益幅度，n2是激勵程度，即被激發(fā)的亞穩(wěn)態(tài)的放大中心數(shù)(例如Er3+離子)與總的中心數(shù)的比，f(λ)是由例如在OA之前、之后或該OA內(nèi)部的濾光器引起的附加損耗。在網(wǎng)絡中，f(λ)還可以代表在OA之前或之后的光纖中的傳輸損耗，以及分路損耗和其它損耗。如果n2在傳播光束的橫向和縱向坐標上被適當?shù)仄骄?，方?1)將等于更精確然而更復雜的包括顯含縱橫坐標積分的表達式。為當前的目的，對于一個給定的OA，L、α、(λ)、和g*(λ)是不隨時間改變的固有特性。因此，對于一個給定的均勻展寬的OA，對任何的和所有的波長的增益是由n2值確定的，而n2取決于輸入的泵浦和信號功率光譜。在n2的一個固定值上的增益(光譜)被稱為鎖定反轉(zhuǎn)(L1)增益(光譜)。在方程(1)中已假設(shè)只有基狀和亞穩(wěn)態(tài)布居了。對于許多實際的增益介質(zhì)，這是一個合理的近似。如果其它的能級可以明顯地布居，則應引入額外的自由度。這個額外的自由度并不明顯地影響增益的均勻特性，這里給出的主要結(jié)果仍是有效的。雖然在上面的描述中假設(shè)損耗改變而α和g*都是常數(shù)，本專業(yè)的技術(shù)人員將認識到，所描述的例子將不受如溫度變化所引起的α和g*的變化的影響。從下面的方程6和7明顯看出，α和g*也可以有一些量的變化不致使G2，1或G1，2變?yōu)樾∮?。在本說明書中，我們將假設(shè)n2與波長無關(guān)。如果進行放大的鉺離子被限制在單模光纖的芯中，這對于實際的EDFA是一個很好的假設(shè)。由與波長有關(guān)的n2引入的不均勻性像其它所有不均勻性一樣改善MAPC。因此，利用與波長無關(guān)的n2，由方程(1)得到對于一個波長上的信號給定增益值，在另外一個波長上僅有一個取決于波長的增益值是有可能的。這個增益可能高于或低于在第一波長上的增益，并且只要在第一波長上的增益是固定的，則各個信道之間的功率分布就無關(guān)緊要。所以MAPC、MAGC、和ALTC是不可能的。如果在鏈路或網(wǎng)絡中所有的OA是由具有相同光譜特性g*(λ)和α(λ)的增益介質(zhì)制成的，則方程(1)能夠應用到所有的鏈路和網(wǎng)絡。因此，在以相同類型的均勻展寬增益介質(zhì)進行放大的網(wǎng)絡中沒有MAPC、MAGC、或ALTC是可能的。從方程(1)得到隨n2的增益變化δG(n2，λ)/δn2=[g*(λ)+α(λ)]L=gp-p(λ)L…(2)因此，(鎖定反轉(zhuǎn))的增益在一個波長λ1的變化△G1按照下式與在另外的波長λ2上增益的變化△G2(LI)有關(guān)△G1/△G2=gp-p(λ1)/gp-p(λ2)……(3)在使用若干不同類型均勻展寬增益介質(zhì)的情況下，總增益不能由方程(1)或者由單一的n2值來描述。而代之以k個不同的增益介質(zhì)或增益介質(zhì)類型中每一個來描述。該增益可以寫為G(λ、n2，1、n2，2、…、n2，i…、n2，k)=Σi=1k[gi*(λ)n2,i-αi(λ)(1-n2,i)]Li-f(λ)...(4)]]>其中各個符號具有和方程(1)中相同的含義，除了加上下標以區(qū)分涉及各個不同增益介質(zhì)的類型。例如f(λ)，以分貝為單位，是對所考慮的傳輸路徑中各種可能的濾波器和/或背景損耗等的總和。從基本的線性代數(shù)，方程(4)一般的說允許在K個不同的波長(只要條件0＜n2，i＜1對所有的i∈[1，k]滿足)有任意個獨立的增益值。在增益介質(zhì)中的激勵程度是由輸入該介質(zhì)的信號和泵浦功率確定的。在OA的串行連接中，這些功率又取決于各個OA的本身和它們之間的損耗。本發(fā)明的當前例子的核心是提供一種在不同增益介質(zhì)之間自動地(再)分配增益的OA系統(tǒng)，使得MAPC和ALTC的規(guī)范得到滿足，而且不依賴于任何光功率的監(jiān)視或某些部件的電子控制。下面，將描述這樣一種系統(tǒng)。圖2表示基于EDFA的一種環(huán)形激光器。兩個可調(diào)諧帶通濾光器15和16控制激光的波長，并且通過調(diào)節(jié)各衰減器，可以在一個或兩個予定的波長下得到激光或根本沒有激光。圖3表示從圖2的下部的Y分支14到Y(jié)分支19的濾光器--衰減器組合的傳輸結(jié)果。對各衰減器進行調(diào)整，使得同時在兩個波長上產(chǎn)生激光并在兩個波長以近似于相同的耦合輸出功率。然后，對若干衰減器的衰減進行調(diào)整，并且對耦合輸出的功率的變化進行測量。圖4-6表示當所有的衰減器以相同的量一起被改變時輸出光譜是怎樣改變的。在這種情況下，兩個EDFA是基于相同類型的增益介質(zhì)，即，鋁含量高的硅鍺酸鹽EDF。激光波長是1551.8nm和1559.8nm。在圖4中，各功率是近似相等的。在圖5中，在所有衰減器中的衰減量被減少3.0dB，這導致在長波長(1559.8nm)上的功率增加，而在短波長(1551.8nm)上的功率大大減少。另一方面，在圖6中，在所有衰減器中的衰減量從圖4的位置被減少2.0dB，這導致在相應功率上的相反的影響。在圖7中表示包括圖4-6的雙波長環(huán)形激光器的輸出光譜。在圖8中，描繪出兩個波長上的功率隨著衰減量的變化。所有的衰減器的衰減量是從圖4的參考位置上以相等的量變化。應當注意，腔體損耗的增加使產(chǎn)生的激光EDFA的峰值增益向短波長方向移動。這是基于類似的增益介質(zhì)的串行連接EDFA的一種正常效應。這意味著不能在各EDFA之間的不同衰減值的整個范圍內(nèi)保持發(fā)射兩個不同波長的激光。圖9表示基于不同的增益介質(zhì)，即基于鋁含量高的硅鋁鍺酸鹽EDF的EDFAA和基于無鋁硅鍺酸鹽EDF的EDFAB的情況下，當雙波長環(huán)形激光器的衰減變化時的輸出功率。圖9的曲線類似于圖8甚至比圖8的更差。圖10表示當激光的波長已經(jīng)變化到1541.9nm和1549.9nm時的輸出功率。這里，雖然衰減改變了，但是直到大約同時在兩個波長上的功率變得可以忽略地小而激光卻一直保持在兩個波長上。圖12表示按照衰減變化的對應于圖8-10的各個裝置的耦合光輸出功率。圖13-15表示圖10的裝置的耦合輸出光譜的一些例子。圖13表示當各衰減器的衰減量被調(diào)整到使在兩個波長上給出幾乎相同的功率時產(chǎn)生的輸出功率光譜。在圖14中，各個衰減器的衰減量被一致地遞減3dB，在圖15中則被從圖13的位置上增加3dB。在圖15中，雖然實際已不發(fā)射激光但并不表示象圖8和圖9那樣激光將在較低的衰減下停止。這是一個新的和意想不到的結(jié)果。圖11表示基于兩個鋁含量高的EDF的如圖10和圖13-15所示的保持相同波長的結(jié)果。雖然不像在圖10中那樣明顯但是與圖8比較可以看出有一個改善。圖16表示雙波長環(huán)形激光器在對應于圖13--15的裝置的所有衰減器的衰減量變化為1.0和2.0dB時的輸出光譜。總之，對于圖10和對于圖13--16的裝置，如果在兩個波長上各放大器的衰減變化相等的量，則在兩個波長上的功率保持大致相同。該裝置代表了得到這個重要特性的一種新的方法。為了了解如果衰減量僅在一個波長變化時會發(fā)生什么現(xiàn)象，在與圖8相同條件下測量到如圖17中的曲線，在這里僅一個衰減器被改變，該變化影響兩個激光波長中的一個波長上的衰減。明顯地在兩個波長上的顯著的功率輸出在衰減變化1dB的范圍上沒有變化。對應于圖9的圖18與圖17比較沒有改善。但是，對應于圖10的圖19表現(xiàn)出明顯的改善，在兩個波長上產(chǎn)生激光的衰減范圍是大約在圖17和圖18中的兩倍那么大。與圖7一樣，在波長1541.9nm和1549.8nm上交替的EDFA方案表示出明顯比較好的特性。對應于圖11的圖20和波長移位再次表示出一種改善，但是沒有象圖19那樣顯著。最后，使用了與對應于圖9、10、18和19的裝置相同的EDFA組合，但是是在波長1529.4nm和1536.2nm上。這意味著在一個EDF中近似地得到在一個波長的增益幅度最大值，而在其它波長增益幅度的峰值是在其它EDF中得到的。因此，如圖21所示，可以看出一個明顯的改善。即使在一個信道衰減量被改變8dB，激光功率變化也不大于9dB。這是對于均勻展寬增益介質(zhì)的一種新的和意想不到的結(jié)果，該結(jié)果清楚地表示出該裝置補償取決于波長的損耗的潛在能力。或許可能注意到，圖22的組合曲線代表了在增加衰減一側(cè)的G2，1的直接測量(G2，1結(jié)合方程(5)在下面定義)圖23-25表示在對應于圖21的裝置中應用不同的衰減器設(shè)置時的一些輸出光譜?？傊?，我們可以歸納出，雙波長激光對腔損耗的不敏感性可以通過采用兩個基于不同類型EDF的EDFA而大大地改善并且強烈地依賴于波長的選擇。同時，將要描述在雙波長激光的情況下利用兩種不同的增益介質(zhì)構(gòu)成OA的方式。在這個例子中，每個OA僅由一種類型的增益介質(zhì)構(gòu)成。圖2表示這樣一種系統(tǒng)的例子，雖然各放大器之間的損耗可以是任何光譜形狀的。假設(shè)系統(tǒng)可以在所討論的兩個波長中的一個、兩個或者一個都沒有上發(fā)射激光，并且導出系統(tǒng)必須在兩個波長發(fā)射激光的條件。為了抑制在其它各波長的功率，進行濾波可能是需要的，從而保證系統(tǒng)在那些波長不發(fā)射激光。當在增益介質(zhì)中的小信號增益大到足以補償在兩個波長的損耗時，該激光器的增益高于閥值，并將在至少一個波長和有可能在兩個波長發(fā)射激光。假設(shè)該激光器僅在λ1發(fā)射激光。我們希望找到這個不是穩(wěn)定狀態(tài)的腔體。這是在如果λ2的增益高于損耗的情況。因此，我們希望找到這種腔體，在這些腔體中僅在λ1發(fā)射激光將意味著在λ2的增益高于發(fā)射激光的閥值，反之亦然。利用方程(1)，以f(λ)代表從一個OA的輸出端到下一個OA的輸出端的所有剩余損耗，激勵程度n2可以按照下式分別在兩個OA中得到n2A，B＝(f1A，B+α1A，BLA，B+G1，1A，B)/LA，Bgp-p，1A，B…(5)其中下標“1”表示涉及λ1的值。這里，G1，1A，B是從OA(A)的輸出端到OA(B)的輸出端的以dB表示的總增益。因此G1，1A表示在OAA和OAB之間的以dBm表示的輸出功率差。這對于兩個增益介質(zhì)在等泵浦功率的典型情況下，工作在飽和狀態(tài)下的各放大器來說，可以認為是很小的。另外，因為我們假設(shè)該激光器在λ1產(chǎn)生激光，為了在λ1增益等于損耗G1，1A必須等于-G1，1B。這里，“剩余損耗”意味著不包括在諧振Er3+吸收αL中的所有損耗。假設(shè)在λ1發(fā)射激光的情況下，在兩個串行連接OA中在λ2的腔增益G2，1由下面公式給出G2、1＝G2，1A+G2，1B＝(f1A+α1ALA)gp-p，2A/gp-p，1A-(f2A+α2ALA)+(f1B+α1BLB)gp-p，2B/gp-p，1B-(f2B+α2BLB)+G1，1A，(gp-p，2A/gp-p，1A-gp-p，2B/gp-p，1B)……(6)這里，如果G2，1＜0，則λ2的光將被放大，而僅在λ1發(fā)射激光的假設(shè)將無效。然后再假設(shè)激光器在λ2下發(fā)射激光。在λ2的環(huán)路增益G1，2由下式給出G1、2＝(f2A+α2ALA)gp-p，1A/gp-p，2A-(f1A+α1ALA)+(f2B+α2BLB)gp-p，1B/gp-p，2B-(f1B+α1BLB)+G2，2A，(gp-p，1A/gp-p，2A-gp-p，1B/gp-p，2B)……(7)這里，如果G1，2也＞0，在λ1發(fā)射的激光將被放大，并且在λ2發(fā)射激光的假設(shè)也將不是一個穩(wěn)定解。因此，明顯看出該激光器必須在兩個波長發(fā)射激光。清楚地看到，若兩個波長都產(chǎn)生激光則方程(6)和(7)的值應大于零。下面接著描述如何使G1、2和G2、1做的大。對于G1，2和G2，1值大的腔，其它參數(shù)(損耗)可以在不使G1，2或G2，1為負的情況下充分地改變，在此情況下僅一個波長能夠發(fā)射激光。下面是可使G1，2和G2，1增加的一些方式。1.等于單一增益介質(zhì)的情況下，如果其增益幅度小于在其它波長上的增益幅度，在一個波長上的吸收系數(shù)α應該是大的。而且，如果存在這樣的情況，則長度L應該大。否則從這個觀點來看長度應小。2.在gp-p是小的情況下，在一個OA前和內(nèi)部的損耗f應該大。這可以利用一個濾光器來實現(xiàn)。這意味著應當利用濾光器得到在不同放大器中具有峰值的增益而不是使每一個放大器有平坦的增益。這個峰值將發(fā)生在不同放大器中的不同波長上。3.如果該激光器被制成僅在一個波長上發(fā)射激光，例如，通過擋住其它波長的光，在gp-p發(fā)射激光的/gp-p被阻擋的大的(與其它的OA比較)OA中，發(fā)射激光的波長上的增益應會增加，而在其它OA中增益降低。換句話說，增益應重新分配給在發(fā)射激光的波長上增益幅度相對小的OA，數(shù)學上這可以被表示為在方程6中的G1，1A(gp-p，2A/gp-p，1A-gp-p，2B/gp-p，1B)=G1，1Agp-p，2A/gp-p，1A+G1，1Bgp-p，2B/gp-p，1B要盡可能的大。(在方程7中的等效表達式也盡可能地大)。但是，對于許多放大器的設(shè)計，這個量將是負的。在這樣一些情況下，通過衰減進入放大器途中的信號，可以修改放大器的設(shè)計使其成為所謂光限制放大器(OLA)。因此，OLA可以被用于增強信號一功率所引入的增益壓縮。4.當僅存在一個信號時，使不同類型的OA之間的增益相等的非常簡單的一種方法是將一種類型的若干OA與緊接著的另外一種類型的若干OA串行連接。如已經(jīng)描述的那樣，對于許多放大器的串行連接來說，G1，1A(gp-p,2A/gp-p，1A-gp-p，2B/gp-p，1B)值將是負的。如果這樣一些放大器以十個放大器為周期串行連接而不是以兩個放大器為周期(OAA-OAB-OAA-OAB…序列)串行連接，則增益G1，1A在每一個放大器中的差別變得更小，因為這時輸出功率的差變成被分成五份。5.增益介質(zhì)的光譜將滿足下列不等式(gp-p，2A/gp-p，1A)(gp-p，2B/gp-p，1B)＜0…(8)如果不等式(8)被滿足，則容易同時優(yōu)化G1，2和G2，1。非常重要的一點是，如果gp-p，2A/gp-p，1A=gp-p，2B/gp-p，1B，則各個放大器之間不依賴于波長的損耗可以以非常的量(但相等的)變化，而不使方程6或者方程7變?yōu)樨摰?。因此，應當如此選擇增益介質(zhì)，使得每個波長，對比其它波長的增益幅度，在一個增益介質(zhì)中增益幅度最大的，而在其它增益介質(zhì)中增益幅度是小的。實現(xiàn)這個的一種方法是讓一個波長處于一種增益介質(zhì)的峰值增益幅度附近而另一個波長處于另外一介質(zhì)的峰值增益幅度附近。2)對于EDFA，希望其工作在小信號增益峰值的長波長一側(cè)。這里，大多數(shù)類型的EDF中增益是隨著波長的增加而穩(wěn)定地減少。但是，這種情況不適合硅鍺酸鹽EDF；硅鍺酸鹽EDF在1550nm具有第二增益幅度峰值。比如說1542nm和1550nm之間，增益幅度是隨著波長增加的。因此，如果波長位于，比如說1540nm和1552nm之間，且其中有一個EDF是硅鍺酸鹽EDF類型的情況下，不等式(8)可以滿足。其它增益介質(zhì)可以是，例如，鋁含量高的硅鋁鍺酸鹽EDF或磷共同攙雜的EDF。3)一般來說，基于晶體基質(zhì)呈現(xiàn)一種“峰值”光譜的OA可能適合于MAPC。如果一個信號與一個峰值相一致同時另外一個信號落在兩峰值之間，而相反的狀態(tài)普遍發(fā)生在另外一個增益介質(zhì)中，在兩個波長的增益就會大大的去耦合。峰值的尖銳特性能使得通過不同的、不重合的峰來使用多種不同基質(zhì)。上述討論中是假設(shè)對于所有類型的OA的泵浦功率是相等的。但是，這樣做并不是必要的。不同的泵浦功率也可以用于不同類型的EDFA。在這種情況下，G1，1A、G1，1B、G2，2A和G2，2B將不再是小的數(shù)量，因為飽和輸出功率很強地取決于(在dBm范圍內(nèi)近似線性)泵浦功率。如果適當?shù)乜紤]了飽和功率的不同，則在這樣一種情況下上述的分析也是可以利用的。事實上，在優(yōu)化方程6和7的設(shè)計中，飽和輸出功率和OA的泵浦功率將非?？赡苁遣煌?。為了簡單起見，在任何情況下我們都假設(shè)飽和功率是相等的。此時，將討論高損耗，即長距離WDM傳輸。對于WDM傳輸?shù)那闆r傳輸通路中的損耗將是高的，許多OA需要被串聯(lián)以補償這種損耗。為了保持信號的功率水平，增益必須精確地補償損耗，就像在上述的環(huán)形激光器一樣。因此，用于實現(xiàn)增強的多波長激光的方法也可以應用到WDM傳輸。然后，圖1的OA以近似周期性方式被重復。如果OA是不同類型的，則它們可以以近似于交替變換的形式被插入到傳輸通路中。例如，圖2的環(huán)形激光器可以被在任意點“切開”。然后，得到的所謂鏈單元(CE)可以被串行連接到傳輸鏈路。然后，由衰減器帶來的衰減的一些或全部將被在傳輸光纖中的衰減代替。除了結(jié)合激光器所討論的問題以外，還必須考慮一些其它的問題。首先，在系統(tǒng)中可能出現(xiàn)信號功率的差別，因為信號被在系統(tǒng)中交換進入和送出，或者具有不同功率的信號被輸入。不同的功率在低功率的信道中導致小的信噪比(SNR)，這是所不希望的。因此，信號功率應當相等。如果在弱信道中的信號功率是如此的弱以至于它不能使放大器飽和，同時在另外的波長上信號功率強的足以使在兩個增益介質(zhì)的增益在該波長上一致，則在一對增益介質(zhì)中功率均衡的量是直接由方程(6)和(7)給出的。而且，在信號傳輸中，噪聲應當是低的。此外，當信號在OA的串行連接中的傳播類似于信號在環(huán)形激光器中一圈接一圈地傳輸時，OA和中間介質(zhì)的損耗不再是完美地周期性的。盡管如此，還是假設(shè)該系統(tǒng)是完美地周期性的。這樣，對于環(huán)形激光器的設(shè)計準則也可以應用到這種情況。雖然來自周期性方案的偏差干擾信號的功率，但是來自上述技術(shù)的MAPC或ALTC會復制這種干擾。在任何情況下，噪聲都將增加。即使利用一種完美的周期性方案，與一個波長的傳輸相比較，SNR都將會增加。一般來說，SNR主要是由輸入OA的功率確定的。首先，假設(shè)總的信號功率是限定的，在WDM的情況下該功率不得不在，比如說，兩個信道分配。這使每個信道的信號功率降低3dB，并且SNR也降低大約同樣的值。另外，如果信號功率不是同等地分配到各個信道的話，SNR的惡化則更為嚴重。如果兩個信道中的功率差是一個常數(shù)并且信號功率在兩個信道之間振蕩時就正是這種情況。最后，在OA中的剩余噪聲可能有點增加。這里，WDM傳輸對OA提出了一些額外的要求，因此在放大器的設(shè)計中的自由度有些下降。與單一波長傳輸相比這可能導致較高的剩余噪聲。盡管如此，可以利用一些已知的方法降低噪聲，包括較小的間隔、即，各個放大器之間的較低的損耗?，F(xiàn)在，將要描述如何使功率變化保持在一個最小值。如前所述，當一個信道開始衰弱時，雙波長激光器正常工作是通過在各個OA之間重新分配增益來保證的。在僅一個信道的情況下，在處于強信道波長上(G1，1A、G1，1B、G2，2A和G2，2B全都是很小的值)的情況下，兩個OA中的增益變得近似相等。因為重新分配使增益相等，所以在沒有信道衰弱的正常運轉(zhuǎn)條件下的增益必須不相等。這又意味著，對于一個給定信道在正常運轉(zhuǎn)條件下，從各個OA的輸出功率對于類型A和類型B的OA必須不同。對于一個給定的在各放大器之間的最小損耗，這意味著加到一個OA的輸入功率要低于在其它情況下的輸入功率。這降低了SNR。如果對于兩種類型的OA在兩個波長的增益是相同的，這將是更好的。但是，當僅有一個信號占優(yōu)勢時，只要OA之間增益近似相等的這種典型情況存在，則當一個信號衰弱時，則增益的重新分配不可能發(fā)生。OLA代表了一種打破正常規(guī)律的方式隨著一個信號逐漸衰落(可以被忽略不計)和因此僅有一個強信號保持，一個較大的輸入功率在一個具有有效限制的OA(比如說A)中產(chǎn)生一個較小的輸出功率，相反情況出現(xiàn)在OAB中。因此，OLA允許在主要功率信道上在OA之間發(fā)展不等同的增益，并且因此，OLA可以允許所需要的增益分配，即使是在正常運轉(zhuǎn)條件下增益在各OA之間被均勻分配。然而OLA還存在一些缺點首先，僅存在一個信號增益的振蕩行為使鏈路比其它情況的噪聲大。由于同樣的原因，當一個信道變?nèi)鯐r，兩個信道的噪聲比其它情況要大。此外，OLA取決于引入到OA的額外的損耗。在一個OLA中，主要的功率量就這樣丟失了。較低的功率水平將導致噪聲更大的系統(tǒng)。十分清楚，各放大器增益的必要的重新分配意味著該鏈路與在某些運轉(zhuǎn)條件下相比噪聲更大。從這一觀點來看，如果增益在每個放大器中的不同增益介質(zhì)之間重新分配，將會更好。因此，使用至少包括兩種類型的增益介質(zhì)的OA(所謂混合OA)在這里是有益的。增益介質(zhì)可以以不同的方式有選擇性地組合，從而形成至少兩種類型的不同OA。該OA可以以一種交替變化的方式有選擇性地串行連接。文獻中有許多混合EDFA的例子。但是，對于這些混合EDFA來說，除了利用某種電子控制，例如通過改變它們的泵浦功率來改變不同增益介質(zhì)中的增益外，在這些裝置中還沒有證實MAPC/MAGC的。而且，它們并沒有按照這個文件中的描述進行設(shè)計，從而不能期望有MAPC/MAGC。上述描述了波長個數(shù)和增益介質(zhì)個數(shù)一樣多情況下的MAPC。方程(4)提供了一個良好的原因，即根據(jù)方程(4)，增益不能在多于增益介質(zhì)的波長上獨立地改變。當波長的數(shù)量增長時，對于每個波長來說具有一合適類型的增益介質(zhì)，并將它們組合到一個鏈路中，用于穩(wěn)定的WDM傳輸或產(chǎn)生激光是一件困難的事情。然而，即使用例如兩種增益介質(zhì)，多波長傳輸和發(fā)射激光也能從所描述的方案中得到裨益。即使，方程(4)不能使增益在所有的波長上獲得完美的補償，但在傳輸中增益和損耗之間的差異也小于先有技術(shù)的情況。例如，在一個波長范圍內(nèi)以一恒定的速率隨著波長變化的損耗(一種恒定的損耗斜率)可以在該范圍內(nèi)的所有波長上利用其中增益隨著波長以恒定的速率變化(一種恒定的增益斜率)的增益介質(zhì)完美地補償。公開在這里的OA可以補償各種損耗，即使是取決于波長變化的損耗。由于這種或那種原因，損耗斜率可能偏離系統(tǒng)設(shè)計的假設(shè)的損耗斜率。在傳統(tǒng)的均勻展寬的OA的串行連接中，這將破壞在所述整個波長范圍內(nèi)增益-損耗匹配的要求，從而它們不能被用于WDM的傳輸中。與基于均勻展寬增益介質(zhì)的先有技術(shù)的OA不同，公開在這里的OA可以自動地調(diào)整它們(全部的)的增益斜率，以補償任何損耗斜率的偏移。我們稱這種特點為“自動損耗斜率補償”(ALTC)。因此，按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，光放大器及其串行連接能夠不需要任何外部電子電路而自動地實現(xiàn)在多波長下的功率和增益控制以及自動補償損耗斜率。為了進一步說明這一點，考慮圖27的例子。它描述了長距離、多波長的光放大傳輸鏈路。一組信號被發(fā)射由300個EDFA組成的鏈路中，每個EDFA前有一段傳輸光纖。在每個EDFA中包括一個光隔離器，從而防止從給定的EDFA中的任何光到達前面的各EDFA。另外，帶通和增益平滑濾光器位于各個EDFA之前。各EDFA或者是相同的(基于無鍺硅鋁酸鹽EDF)，或者每個第二EDFA是基于硅鍺酸鹽EDF，而硅鋁酸鹽EDF被用于其它的EDFA中。傳輸鏈路是在每個或每第二個EDFA精確地重復。我們將該鏈路劃分為各個鏈元件(CE)，所以一個CE始于一個EDFA的輸出且結(jié)束于緊接著的第二個EDFA的輸出。因此，該串行連接包括150個CE，每個CE包括兩段傳輸光纖、兩個EDFA、和多個濾光器。同樣，我們將每個CE劃分為兩個子-CE，每個子-CE包括一段傳輸光纖、選擇的濾光器和緊接著的EDFA。我們按照下面表ALTC1的三種可能的組態(tài)進行研究。表ALTC1</tables>這里，系統(tǒng)A是一種典型的非交替的先有技術(shù)的系統(tǒng)。系統(tǒng)B是具有交替類型的EDFA的系統(tǒng)，但是在該串行連接所發(fā)射的波長范圍內(nèi)的任何兩個波長上系統(tǒng)B不能使方程6和7同時大于零，尤其是，它不能滿足方程8。最后，系統(tǒng)C是本說明書所建議的交替EDFA類型的串行連接。它對于在其發(fā)射的波長范圍內(nèi)的所有波長都滿足方程8。所有系統(tǒng)被設(shè)計成10dB的鏈路損耗，沒有任何鏈路損耗斜率。在所有的情況下，發(fā)射到該串行連接的信號功率是每信道0.2mW。信道的分離是50GHz。取決于使用的帶通濾光器的寬度，總的輸入信號功率是3mW或3.2mW(對于系統(tǒng)A和B發(fā)射15個信道，對于系統(tǒng)C發(fā)射16個信道)。圖28表示所接收到的15或16信道的最大噪聲的光SNR是怎樣取決于系統(tǒng)B和C的鏈路損耗的斜率的模擬結(jié)果。(系統(tǒng)A的性能類似于系統(tǒng)B.)。與波長無關(guān)的鏈路損耗的部分是10dB。對于系統(tǒng)B，圖28表示由損耗斜率的變化引入的最差一信道SNR的惡化在損耗斜率僅為0.028dB/nm的范圍內(nèi)小于10dB。對于系統(tǒng)，該范圍是0.053dB/nm，即，大約是兩倍那么大。再有，系統(tǒng)C的結(jié)果通過以適合ALTC的形式實現(xiàn)第26頁的第2點可以進一步改善。我們稱這為“損耗斜率偏置”。具體地，圖28表示損耗斜率的范圍，利用損耗斜率偏置可以得到0.88dB/nm那么大的斜率范圍，在該范圍內(nèi)最差信道惡化低于10dB。這表示比系統(tǒng)B三倍的改善。圖29表示最差信道SNR對與波長無關(guān)的鏈路損耗變化的依賴關(guān)系。系統(tǒng)C和系統(tǒng)A和B之間的性能變化是十分明顯的當以前系統(tǒng)的最差SNR隨著鏈路損耗的增加緩慢降低時，當鏈路損耗偏離設(shè)計值10dB時，系統(tǒng)A和B的SNR迅速降低。這“證明”在第26頁第32行到第27頁第2行的“要求”。其結(jié)論是*先有技術(shù)的串行連接(系統(tǒng)A)對與波長無關(guān)的鏈路損耗的變化和損耗的斜率都非常敏感。*交替EDFA的串行連接對于實現(xiàn)ALTC(參照系統(tǒng)B)是不夠的；還要求有這里描述的附加測量(沒有或特別具有損耗斜率偏置的系統(tǒng)C)。因為OLA提供令人感興趣的可能性和優(yōu)點，現(xiàn)在將參照圖27到31描述一些例子。OLA的一個優(yōu)點是它可以使增益介質(zhì)之間的增益重新分配比其它情況更便利。圖30表示對于典型的OA和光限制放大器(OLA)的輸出對輸入功率的特性曲線。對于OLA，輸出功率在某一范圍內(nèi)可以隨著輸入功率的增加而減小。對于典型的OA，輸出功率總是隨著輸入功率的增加而增加。圖31表示在典型的非OLA型的交替OA的一種串行連接中的雙波長傳輸。該圖描述了一種正常的運轉(zhuǎn)。對于信道1(實線)，OAB中的增益大于OAA的增益(而對于信道2反之亦然)。但是，對于兩個信道，最小功率小于最小總功率的一半。這個“不必要”的低的最小信道功率與理想狀態(tài)(圖33中描述的)相比較降低了信噪比。圖32表示在在典型的非OLA型的交替OA的一種串行連接中的雙波長傳輸。該圖描述了當一個信道(#2)中的信道由于某種原因被衰弱時受到擾動的運轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在，由于OAA和OAB的相似的輸出功率，信道1的增益在兩個不同類型的OA中近似相等。因此，在不影響信道1(在該串行連接的兩個OA期間它的功率是常數(shù))的總增益的情況下，增益從OAB向OAA重新分配。比如說，這個重新分配是2dB。信道2的功率也被粗略地表示。利用在兩個OA中的兩個波長上的適當?shù)脑鲆娣忍匦?，該增益重新分配結(jié)果是在OAB中信道2的增益增加2.5dB，而在OAA中信道2的增益降低1.8dB。因此如圖所示，在信道2中的功率增加了。圖33表示在交替OLA的串行連接中的雙波長傳輸。該圖表示了在兩個OA和在兩個信道中增益相等的條件下的正常運轉(zhuǎn)。因此，總功率在各個信道之間總是被均勻地分配，從信-噪比的觀點來看總是最好的狀態(tài)。圖34表示在交替OLA的串行連接中的雙波長傳輸。該圖表示當在一個信道(#2)中的信道由于某種原因被衰弱時受到擾動的運轉(zhuǎn)。OLA的特性(圖37)導致從OAB到OAA的功率占優(yōu)勢的信道1的增益重新分配，正如圖32所示，在功率欠缺的信道2中產(chǎn)生純平均增益。從SNR的觀點上，OLA的優(yōu)點則是在正常條件下SNR被“最大化”。正如這個圖中所示，一個小的缺點是在不正常的條件下該串行連接變得有噪聲了。這是由于當信道1的輸入功率變高時，OAB的較低的輸出功率所至。(這里，我們還假設(shè)OAB主要地限制信道1，和OAA主要地限制信道2)。這樣一個取決于信道的限制(實際上，取決于波長的限制)在實際中容易實現(xiàn)。應很高興地看到一般來說，這里用于離散波長傳輸所采用的和建議的設(shè)計和工藝可以適用于在一個特定波長范圍的所有頻率范圍的傳輸。另外，一般來說，這里用于多波長傳輸所采用的和建議的設(shè)計和工藝可以容易地適用于多波長激光器。在本說明書中，動詞“包括(comprise)”具有其標準的字典含義，表示不排它地包含。也就是說，該“包括”一詞的使用(或任何它的導出詞)包括一個特征或多個特征，但是不排除還包括另外的一些特征的可能性。讀者的注意力被引導到與這份申請相關(guān)且與這份說明書同時或在其之前提交的所有的文章和文獻中，這些文章和文獻與這份說明書一起公開以利于公眾監(jiān)督。所有這些文章和文獻的內(nèi)容被援引在此，以資參考。在這份說明書中所公開的所有特征(包括任何從屬權(quán)利要求、摘要和各個附圖)，和/或所公開的任何方法或工藝的所有步驟可以以任何的組合方式進行組合，但是除了至少這樣的特征和/或步驟是相互排它的那樣一些組合以外。在本說明書中所公開的每個特征(包括任何從屬權(quán)利要求、摘要和各個附圖)可以被用于相同的、等效的或類似目的的可替換的特征來代替，除非明顯地說明是另外一種目的。因此，除非明顯地說明是另外一種目的，所公開的每個特征都僅僅是一系列等效或類似的特征的一個例子。本發(fā)明不限制于上述各個實施例的細節(jié)。本發(fā)明意欲包括公開在本說明書中(包括任何從屬權(quán)利要求、摘要和各個附圖)的各個特征的任何新穎的一個，或任何新穎的組合，或者所公開的任何方法和工藝的步驟的任何新穎的一個，或任何新穎的組合。權(quán)利要求1.一種光放大器包括以串聯(lián)連接并被安置以放大具有多個波長的信號的多個增益介質(zhì)，其中至少一些所述增益介質(zhì)工作在飽和狀態(tài)，并且不同增益介質(zhì)在光譜上是不同的，所以這些增益介質(zhì)主要與不同的波長相互作用，使得在來自各波長之間均勻分布的信號功率受到擾動的情況下，該光放大器系統(tǒng)起到使信號功率朝著所述均勻分布的方向返回的作用。2.按照權(quán)利要求1的光放大器系統(tǒng)，包括一個單一的光放大器，在該光放大器中所述多個增益介質(zhì)是被串聯(lián)連接的。3.按照權(quán)利要求1的光放大器系統(tǒng)，包括多個串聯(lián)連接的光放大器，每個光放大器至少具有所述多個增益介質(zhì)中的一個。4.按照權(quán)利要求1、2或3的光放大器系統(tǒng)，其中所述增益介質(zhì)中的一個包括一個摻鉺光纖。5.按照權(quán)利要求4的光放大器系統(tǒng)，其中所述增益介質(zhì)中的一個包括硅鋁酸鹽摻鉺光纖。6.按照權(quán)利要求4或5的光放大器系統(tǒng)，其中所述增益介質(zhì)中的一個包括硅鍺酸鹽摻鉺光纖。7.按照權(quán)利要求4、5或6的光放大器系統(tǒng)，其中所述增益介質(zhì)中的一個包括硅磷酸鹽或硅鋁磷酸鹽摻鉺光纖。8.按照前面任何一個權(quán)利要求的光放大器系統(tǒng)，其中，對于所述各增益介質(zhì)中的一個，在第一波長的增益幅度大于在第二波長的增益幅度，而在所述增益介質(zhì)的另外一個，在第二波長的增益幅度大于在第一波長的增益幅度。9.按照前面任何一個權(quán)利要求的光放大器系統(tǒng)，其中，所述第一和第二增益介質(zhì)是以串聯(lián)形式交替地被連接在一起的。10.按照前面任何一個權(quán)利要求的光放大器系統(tǒng)，被安置用于在一個波長范圍內(nèi)多波長傳輸，其中所述第一和第二增益介質(zhì)主要與該波長范圍中相反的各個對應端的波長相互作用。11.按照前面任何一個權(quán)利要求的光放大器系統(tǒng)，其中所述增益介質(zhì)是均勻展寬的。12.按照前面任何一個權(quán)利要求的光放大器系統(tǒng)，包括光限制放大器(OLA)以增強信號功率引起的增益壓縮。13.按照前面任何一個權(quán)利要求的光放大器系統(tǒng)，包括一些濾光器，用于在不同的增益介質(zhì)中提供不同的增益特性，使得與這些增益介質(zhì)的每一個相聯(lián)系的各自的損耗在相應增益幅度小的波長上是大的。14.按照前面任何一個權(quán)利要求的光放大器系統(tǒng)，其中在預定的各個波長或范圍上，在各不同的增益介質(zhì)中依賴于增益幅度的光譜基本上是相互抵消的。15.按照權(quán)利要求14的光放大器系統(tǒng)，其中各增益介質(zhì)中的一個是具有少量或沒有鋁含量的硅鍺酸鹽摻鉺光纖，這樣使得增益幅度gp-p在1543到1549nm范圍內(nèi)隨著波長增加而增加，而該gp-p至少在另外一個增益介質(zhì)中在相同的范圍內(nèi)隨著波長增加而減少。16.按照權(quán)利要求14或15的光放大器系統(tǒng)，適合于傳輸在1540到1552范圍內(nèi)的波長。17.按照權(quán)利要求14、15或16的光放大器系統(tǒng)，其中所述另外的增益介質(zhì)是從一組包括鋁含量高的硅鋁鍺酸鹽摻鉺光纖、摻磷硅酸鹽摻鉺光纖和磷酸鹽摻鉺光纖中挑選的。18.一種基本上參照各個附圖所描述的光放大器系統(tǒng)。全文摘要一種多波長、多級的光放大器和光放大器串行連接，具有至少兩個光譜不同的串聯(lián)連接的增益介質(zhì)(GM)，用于放大具有至少兩個波長的信號。當在第一波長的信號功率大于在第二波長的信號功率時，在第一波長上的增益小于第二波長上的增益，反之亦然。該光放大器及其串行連接可以在多波長上不用任何外部的電子電路自動地實現(xiàn)功率和增益控制并且自動地補償損耗斜率。該增益介質(zhì)可以是均勻展寬的。文檔編號H01S3/06GK1162856SQ9710128公開日1997年10月22日申請日期1997年2月10日優(yōu)先權(quán)日1996年2月10日發(fā)明者李勇雨,拉斯·J·A·尼爾森,金性準申請人:三星電子株式會社