專(zhuān)利名稱(chēng)：增益平整裝置和方法及使用該增益平整裝置的光學(xué)放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及某種改進(jìn)的增益平整裝置，包括適用于諸如電信系統(tǒng)或使用光信號(hào)的其它系統(tǒng)之類(lèi)的光學(xué)系統(tǒng)的增益平整裝置，本發(fā)明還涉及生產(chǎn)和使用增益平整裝置的改進(jìn)的方法，以及包括這種增益平整裝置的增益平整放大器。
背景技術(shù)：
已知的，通過(guò)光纖在延伸距離上傳輸多條信道的光信號(hào)系統(tǒng)使用光學(xué)放大器來(lái)對(duì)所有這些信道同時(shí)進(jìn)行批放大。商用的光學(xué)放大器通常提供跨過(guò)其光波長(zhǎng)范圍的不均勻水平的增益，例如，工作在C波段(通常為1525nm到1575nm)中的摻鉺光纖放大器(EDFA)可產(chǎn)生公知的兩個(gè)峰的光譜增益分布。在大型的電信光學(xué)系統(tǒng)中，例如，也稱(chēng)作插入損耗變化、增益分布等的EDFA的增益光譜或調(diào)制深度，可變化到15dB范圍內(nèi)以及15dB以上。這通常不是所需要的，由于平調(diào)增益特性即平調(diào)跨過(guò)系統(tǒng)工作帶寬的電平信號(hào)強(qiáng)度，通常對(duì)于多路復(fù)用光學(xué)系統(tǒng)中的增加的傳輸距離、下降的信噪比和其它非線性效應(yīng)或滿足該系統(tǒng)的其它運(yùn)行需求來(lái)說(shuō)是十分重要的。因此，已知地，可使用增益平整放大器，例如增益平整光纖放大器或其它增益平整光學(xué)放大器。可以使用有源元件或無(wú)源元件來(lái)使增益平整，即提供增益均衡(gainequalization)，也稱(chēng)為光學(xué)均衡或增益補(bǔ)償?shù)?，?lái)構(gòu)成增益平整放大器。例如，光纖光柵和介質(zhì)薄膜濾波器是公知的并且在商業(yè)上用于使增益平整化。
已知地，例如把介質(zhì)薄膜增益平整濾波器用在光學(xué)放大器，例如EDFA或其它光纖放大器以構(gòu)成增益平整放大器。薄膜增益平整濾波器具有有益的特性，包括低插入損耗、小尺寸、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)和制造成本、容許的環(huán)境穩(wěn)定性等。已知地，在本領(lǐng)域設(shè)計(jì)和制造的當(dāng)前狀態(tài)下，介質(zhì)薄膜濾波器具有約6dB的最大峰值損耗(其對(duì)于例如電信的通常應(yīng)用場(chǎng)合，具有容許品質(zhì)，例如容許低PPEF，這在下面還會(huì)深入論述)?？蓞⒁?jiàn)Robert B.Sargent的“薄膜濾波器的新發(fā)展”。在公開(kāi)的Hwang等人的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2003/0179997 A1(為通用起見(jiàn)，其在此被全部引用作為參考)中，在光學(xué)放大器需要的峰值損耗超出一個(gè)濾波器的最大峰值損耗時(shí)，建議使用串聯(lián)在一起的多個(gè)薄膜增益平整濾波器，例如串聯(lián)的兩個(gè)5dB濾波器以提供10dB的總增益校正。在放大器的工作波長(zhǎng)段內(nèi)，薄膜增益平整濾波器被設(shè)計(jì)為具有傳輸特性曲線，該傳輸特性曲線可顯示對(duì)應(yīng)放大器的增益分布的衰減分布，也稱(chēng)為損耗特性曲線、損耗分布、峰值損耗等。也就是說(shuō)，增益平整濾波器被設(shè)計(jì)為具有匹配或追蹤放大器的逆增益分布的光譜響應(yīng)。結(jié)果是，通過(guò)放大器和增益平整濾波器組合的光信號(hào)的光譜可實(shí)現(xiàn)均勻放大，即接近平的增益。
通常情況下，光學(xué)放大器生產(chǎn)者或光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者指定用于光學(xué)放大器的增益平整器件所需要的衰減特性曲線，通常稱(chēng)作目標(biāo)損耗分布。增益平整器件生產(chǎn)者設(shè)計(jì)的濾波器具有的傳輸特性曲線盡可能合理接近地匹配目標(biāo)損耗分布。設(shè)計(jì)的據(jù)限可能導(dǎo)致增益平整的理論傳輸特性曲線與目標(biāo)特性曲線有一些差異。另外，由于例如在薄膜濾波器情況下的制造公差、被沉積以形成濾波器的薄膜特性的固有變化、微小基板的不規(guī)則性等的影響，增益平整器件的實(shí)際傳輸特性曲線可能與其理論傳輸特性曲線有稍微不同。因此，增益平整濾波器或其它設(shè)備的實(shí)際傳輸特性曲線總是或幾乎總是與目標(biāo)特性曲線稍微不同。其大小通常用分貝或百分?jǐn)?shù)測(cè)量的差異，一般跨過(guò)傳輸特性曲線的間隔而從一個(gè)波長(zhǎng)變化到另一個(gè)波長(zhǎng)，并可稱(chēng)為增益平整器件的插入損耗誤差函數(shù)，或簡(jiǎn)單地稱(chēng)為誤差函數(shù)。誤差函數(shù)的最高峰值的組合大小(即在放大增益大部分處于校正的波長(zhǎng)下，目標(biāo)特性曲線和實(shí)際傳輸特性曲線之間差異的大小)加上誤差函數(shù)的最深下降處或谷底的大小(即在放大增益大部分處于過(guò)校正的波長(zhǎng)下，目標(biāo)特性曲線和實(shí)際傳輸特性曲線之間差異的大小)為峰值到峰值誤差函數(shù)或PPEF。增益平整裝置的購(gòu)買(mǎi)者通常指定最大允許PPEF。
增益平整濾波器和其它增益平整器件的誤差函數(shù)多少依賴(lài)于所需要衰減分布，而隨著衰減分布或調(diào)制深度變得越來(lái)越大或越來(lái)越復(fù)雜，例如濾波器的薄膜增益平整器件顯示出較大誤差函數(shù)。通常情況下，PPEF約為調(diào)制深度的10％。因此，例如，如果一個(gè)或多個(gè)薄膜增益平整濾波器用于校正6dB的調(diào)制深度，PPEF可以期望約為0.6dB，而校正12dB的調(diào)制深度會(huì)導(dǎo)致約1.2dB的PPEF?？紤]到此，如果多個(gè)薄膜增益平整濾波器串聯(lián)使用，如同以上引述的由Hwang等人提議的那樣，例如每個(gè)可校正6dB調(diào)制深度的兩個(gè)薄膜增益平整濾波器的總增益補(bǔ)償為12dB，則誤差函數(shù)和PPEF會(huì)積累，這也成為問(wèn)題。由于薄膜增益平整濾波器通常具有系統(tǒng)誤差函數(shù)，誤差函數(shù)會(huì)積累。也就是說(shuō)，在一個(gè)薄膜增益平整濾波器到下一個(gè)薄膜增益平整濾波器，尤其在使用被設(shè)計(jì)為相同目標(biāo)損耗分布和/或同批次制造即來(lái)自相同晶片(wafer)的多個(gè)濾波器的典型情況下，作為波長(zhǎng)函數(shù)的增益校正誤差是相似或甚至接近相同的。通過(guò)使用從相同晶片生產(chǎn)出的兩個(gè)本質(zhì)相同的濾波器，可以達(dá)到顯著的成本節(jié)約。一堆薄膜順序地沉積在大型晶片地表面上，該晶片在感興趣的波長(zhǎng)段中是透明的，這導(dǎo)致跨過(guò)晶片表面的接近一致的濾波器特性。之后晶片被切成小片，例如切成1.0mm×1.0mm片直到2.0mm×2.0mm片。薄片之后被封裝在適合外殼中，可選地，可與增益平整濾波器裝置和/或增益平整放大器的其它元件，例如準(zhǔn)直透鏡、隔離器、套箍、監(jiān)控器端口、接頭(tap)或用于增加或降低通道的多路復(fù)用/去多路復(fù)用(mux/demux)元件、監(jiān)控通道等一起封裝。不過(guò)，結(jié)果是，來(lái)自相同批次的薄膜增益平整濾波器不僅具有相同的傳輸特性曲線，即相同或相似的增益校正性能，而且具有相同或相似的誤差函數(shù)。作為批次制造過(guò)程的結(jié)果，從一個(gè)元件到下一個(gè)元件，作為波長(zhǎng)函數(shù)的增益校正誤差會(huì)接近相同。因此，通過(guò)把多個(gè)濾波器封裝到公共外殼內(nèi)或沿光纖通路、串聯(lián)設(shè)置多個(gè)分離增益平整濾波器，具有這種系統(tǒng)誤差的級(jí)聯(lián)增益平整濾波器會(huì)帶來(lái)誤差的積累。參照Arkell W.Farr，Teraxion公司的高性能光學(xué)放大器的增益平整化(加拿大，Cap-Rouge)(http://www.teraxion.com/en/pdf/articles/Lightwave％20Europe％20Article_GAIN-FLATTENING CURVE.pdf)。對(duì)它增益平整器件的相似誤差函數(shù)的關(guān)注也得到提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供改進(jìn)的增益平整裝置和方法。本發(fā)明的另一目的在于提供設(shè)計(jì)和生產(chǎn)增益平整裝置的改進(jìn)的方法。通過(guò)本發(fā)明的以下公開(kāi)內(nèi)容和一些示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的另外目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)明顯。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，用于補(bǔ)償光學(xué)放大器在一定波長(zhǎng)段中的信號(hào)的光譜增益分布的增益平整裝置包括a.第一GFF元件，其傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)所述放大器在該波長(zhǎng)范圍中的光譜增益分布的光譜損耗分布；和b.第二GFF元件，其傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)所述第一GFF元件的誤差函數(shù)的光譜損耗分布。
根據(jù)在此公開(kāi)的增益平整裝置的各實(shí)施例，所述第一GFF元件和第二GFF元件可以包括任何適合的增益平整器件，例如薄膜增益平整濾波器、光纖布喇格光柵等和/或其任意組合。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種增益平整光學(xué)放大器包括a.可操作以接收、放大和輸出一定光波長(zhǎng)范圍中的光信號(hào)的光信號(hào)放大器，其中該光學(xué)放大器具有光譜增益分布；和b.用于補(bǔ)償所述光學(xué)放大器在該波長(zhǎng)范圍中的信號(hào)的光譜增益分布的增益平整裝置，該裝置包括i)第一GFF元件，其傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)所述光信號(hào)放大器在該波長(zhǎng)范圍中的光譜增益分布的光譜損耗分布；和ii)第二GFF元件，其傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)所述第一GFF元件的誤差函數(shù)的光譜損耗分布。
所述放大器可以是一級(jí)放大器或多級(jí)放大器，所述放大器的元件可以與該GFF裝置的元件封裝在一起或單獨(dú)封裝。而且，所述放大器可以封裝在一個(gè)外殼或包裝中或多個(gè)包裝中，例如為了便于制造或使用，把前置放大器封裝在一個(gè)外殼中，而把助推放大器封裝在第二外殼中，從而利于訪問(wèn)所述放大器不同級(jí)之間的信號(hào)或是為了其它的原因。如果封裝在多個(gè)外殼中，該GFF裝置的任何或所有元件或子元件可以封裝在任何一個(gè)或多個(gè)這種放大器封裝中或可以單獨(dú)封裝在自身的外殼中。可以理解，相似地，這些元件和器件的封裝通常會(huì)使用例如外殼，來(lái)封裝其它光纖光學(xué)器件，例如商品化的DWDM(密集波多路復(fù)用)濾波器等。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于同軸補(bǔ)償光學(xué)放大器的光譜增益分布的增益平整濾波器包括含有至少一個(gè)薄膜濾波器的第一GFF元件，該第一GFF元件傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)所述光信號(hào)放大器的光譜增益分布的光譜損耗分布；和含有至少一個(gè)薄膜濾波器的第二GFF元件具有傳輸特性曲線，該傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)所述第一GFF元件的誤差函數(shù)的光譜損耗分布。根據(jù)在此公開(kāi)的增益平整濾波器的一些示例性實(shí)施例，所述第一GFF元件和第二GFF元件的組合合成(net)插入損耗誤差函數(shù)(PPEF)小于0.3dB。在一些示例性實(shí)施例中，PPEF可以低至0.2dB或甚至更低。
如上所提到的，之前已知地，可以使用采用多個(gè)濾波器的增益平整濾波器，其中該多個(gè)濾波器中的每個(gè)使用相同的濾波器設(shè)計(jì)，以提供超出單個(gè)薄膜濾波器的實(shí)際界限大小的增益校正。這導(dǎo)致了誤差函數(shù)的積累，即誤差函數(shù)的增加。在此公開(kāi)的增益平整濾波器中，根據(jù)本公開(kāi)的第一方面，第二GFF元件沒(méi)有使誤差函數(shù)增加，而是使誤差函數(shù)下降，這是因?yàn)榈诙礼FF元件具有的傳輸特性曲線帶有對(duì)應(yīng)所述第一GFF元件的誤差函數(shù)的光譜損耗分布。因此，所述第一GFF元件和第二GFF元件組合的合成PPEF小于第一GFF元件單獨(dú)的PPEF。
應(yīng)該理解，所述第一GFF元件和第二GFF元件可以彼此相關(guān)的任何順序進(jìn)行設(shè)置。也就是說(shuō)，可以設(shè)置在另一方的上游，其中上游指的是沿著從此處接收已處理信號(hào)的光信號(hào)通路的方向。同樣地，所述第一GFF元件和第二GFF元件可以用于單級(jí)或多級(jí)光學(xué)放大器，并可以用作末端濾波器、中路濾波器等以及其中的任意組合。該第一GFF元件還可以在此處和所附權(quán)利要求中稱(chēng)作主GFF元件或概略(gross)GFF元件。該第二GFF元件還可以在此處和所附權(quán)利要求中稱(chēng)作“細(xì)調(diào)”(tweak)GFF元件或校正GFF元件。所述第一GFF元件和第二GFF元件，以及封裝增益平整濾波器或連接到光學(xué)通路等中需要或有用的任何其它元件，例如透鏡、套箍等，可以安置在單個(gè)外殼中作為單個(gè)器件或可以安置在多個(gè)外殼中。不過(guò)，所述第一GFF元件和第二GFF元件優(yōu)選地用于緊接的光學(xué)組合中，在此處所定義的該術(shù)語(yǔ)指的是在攜帶被放大和增益平整化的光信號(hào)的光學(xué)通路中，該第二GFF元件用于對(duì)第一GFF元件的光學(xué)鄰近中，這樣使得該第二GFF元件的光譜損耗分布對(duì)應(yīng)該第一GFF元件的誤差函數(shù)，而不會(huì)由除了光學(xué)放大器的元件和增益平整濾波器的上述元件之外的中間光學(xué)元件改變。
根據(jù)在此公開(kāi)的GFF裝置的一些示例性實(shí)施例，第二GFF元件僅具有單個(gè)增益平整濾波器。由于誤差函數(shù)通常與峰值損耗成比例，有利地，在此處公開(kāi)的GFF裝置的典型實(shí)施例中的最終PPEF，會(huì)低于其損耗分布與第一GFF元件的誤差函數(shù)的對(duì)于的第二GFF元件被設(shè)計(jì)為校正小于第一GFF元件的調(diào)制深度的情況下的合成PPEF。優(yōu)選地，尤其在提供至少6dB總增益補(bǔ)償?shù)氖纠詫?shí)施例中，第一GFF元件提供至少5dB的增益補(bǔ)償或調(diào)制深度，而第二GFF元件提供小于2dB的增益補(bǔ)償，在一些實(shí)施例中小于1.5dB。因此，在一些優(yōu)選實(shí)施例中，由于其低峰值損耗需求正好位于單個(gè)增益平整濾波器的峰值損耗的商用實(shí)際范圍內(nèi)(當(dāng)前約6dB)，所以?xún)H有單個(gè)增益平整濾波器用于第二GFF元件。因此，第二GFF元件通常不需要多個(gè)增益平整濾波器，因?yàn)槎鄠€(gè)增益平整濾波器可能需要另外地進(jìn)行制造和封裝，在某些情況下，另外的輔助元件等會(huì)導(dǎo)致重量增加、復(fù)雜化、插入損耗和成本。根據(jù)在此公開(kāi)的增益平整濾波器的一些示例性實(shí)施例，使用在C波段中的EDFA，第一GFF元件和第二GFF元件的組合在C波段中的最終插入損耗誤差函數(shù)(PPEF)小于0.3dB。在一些示例性實(shí)施例中，PPEF可以低至0.2dB或甚至更低。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于同軸補(bǔ)償EDFA在C波段中信號(hào)的光譜增益分布的增益平整濾波器裝置包括至少包括一個(gè)薄膜濾波器的第一GFF元件，該第一GFF元件在C波段中的傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)EDFA在C波段中的光譜增益分布的光譜損耗分布；和至少包括一個(gè)薄膜濾波器的第二GFF元件，該第二GFF元件在C波段中的傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)所述第一GFF元件的誤差函數(shù)的光譜損耗分布。根據(jù)一些示例性實(shí)施例，第一GFF元件的峰值損耗至少為5dB，而第二GFF元件的峰值損耗小于2dB或甚至小于1.5dB。根據(jù)本公開(kāi)的這一方面或其它方面，在該平整濾波器裝置的一些示例性實(shí)施例中，所述第一GFF元件和第二GFF元件組合的峰值損耗至少為8dB。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于同軸補(bǔ)償光學(xué)放大器的光譜增益分布的增益平整濾波器裝置包括含有至少一個(gè)薄膜濾波器的第一GFF元件，和含有至少一個(gè)薄膜濾波器的第二GFF元件；其中第一GFF元件的峰值損耗是第二GFF元件的峰值損耗的至少三倍。根據(jù)該增益平整濾波器裝置的一些示例性實(shí)施例，第一GFF元件的峰值損耗是第二GFF元件的峰值損耗的至少四倍或更多倍。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于補(bǔ)償即校正光學(xué)放大器的光譜增益分布的增益平整濾波器裝置包括第一GFF元件和第二GFF元件；其中第一GFF元件的峰值損耗至少為5dB，而第二GFF元件的峰值損耗小于2dB或者甚至小于1.5dB。根據(jù)一些示例性實(shí)施例，第一GFF元件的峰值損耗可以大于5dB。根據(jù)例如其中第一GFF元件為單個(gè)薄膜濾波器的一些示例性實(shí)施例，第一GFF元件的峰值損耗可以是通過(guò)本領(lǐng)域當(dāng)前狀態(tài)的產(chǎn)生的具有足夠質(zhì)量(PPEF等)的任何值。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于同軸補(bǔ)償光學(xué)放大器在一定光信號(hào)波長(zhǎng)范圍上的光譜增益分布的增益平整濾波器裝置包括
a.含有至少一個(gè)薄膜濾波器的第一GFF元件，該第一GFF元件被設(shè)計(jì)為其傳輸特性曲線具有匹配目標(biāo)損耗分布的光譜損耗分布，該目標(biāo)損耗分布對(duì)應(yīng)所述光學(xué)放大器在該光信號(hào)波長(zhǎng)范圍上的光譜增益分布；和b.含有至少一個(gè)薄膜濾波器的第二GFF元件；該第二GFF元件被設(shè)計(jì)為其傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)所述第一GFF元件的誤差函數(shù)的光譜損耗分布，其中該誤差函數(shù)為測(cè)量的第一GFF元件的實(shí)際光譜損耗分布與該目標(biāo)損耗分布之間的差。根據(jù)本公開(kāi)的這一方面或其它方面的增益平整濾波器的一些示例性實(shí)施例，所述第一GFF元件和第二GFF元件組合在該光信號(hào)波長(zhǎng)范圍上的峰值損耗至少為8dB。根據(jù)本公開(kāi)的這一方面或其它方面的增益平整濾波器的一些示例性實(shí)施例，所述第一GFF元件和第二GFF元件組合在該光信號(hào)波長(zhǎng)范圍上的總插入損耗誤差函數(shù)(PPEF)小于0.3dB，或在一些優(yōu)選實(shí)施例中，優(yōu)選地小于0.2dB。根據(jù)本公開(kāi)的這一方面或其它方面的增益平整濾波器的一些示例性實(shí)施例，第一GFF元件在該光信號(hào)波長(zhǎng)范圍上的峰值損耗是第二GFF元件在該光信號(hào)波長(zhǎng)范圍上的峰值損耗的至少三倍，甚至四倍或更多倍。根據(jù)本公開(kāi)的這一方面或其它方面的增益平整濾波器的一些示例性實(shí)施例，第一GFF元件在該光信號(hào)波長(zhǎng)范圍上的峰值損耗至少為5dB，而第二GFF元件在該光信號(hào)波長(zhǎng)范圍上的峰值損耗小于2dB。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種增益平整光信號(hào)放大器包括a.可操作以接收、放大和輸出一定光信號(hào)波長(zhǎng)范圍中的光信號(hào)的至少一個(gè)光信號(hào)放大器，其中該光學(xué)放大器具有光譜增益分布；和b.用于同軸補(bǔ)償所述至少一個(gè)光學(xué)放大器在該光信號(hào)波長(zhǎng)范圍中的信號(hào)的光譜增益分布的增益平整濾波器，該濾波器包括i.含有至少一個(gè)薄膜濾波器的第一GFF元件，該第一GFF元件在該光信號(hào)波長(zhǎng)范圍中的傳輸特性曲線，具有對(duì)應(yīng)所述光信號(hào)放大器的光譜增益分布的光譜損耗分布；和ii.含有至少一個(gè)薄膜濾波器的第二GFF元件，該第二GFF元件在該光信號(hào)波長(zhǎng)范圍中的傳輸特性曲線，具有對(duì)應(yīng)所述第一GFF元件的誤差函數(shù)的光譜損耗分布。
根據(jù)在此公開(kāi)的增益平整光信號(hào)放大器的一些示例性實(shí)施例，所述光信號(hào)放大器為，例如一個(gè)或多個(gè)光纖放大器、一個(gè)或多個(gè)喇曼(Raman)放大器、一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體光學(xué)放大器(SOA)或其中的任意組合。根據(jù)在此公開(kāi)的增益平整光信號(hào)放大器的一些示例性實(shí)施例，所述光信號(hào)放大器為光纖放大器，例如所述光信號(hào)波長(zhǎng)范圍為C波段的摻鉺光纖放大器；或者可選地為所述光信號(hào)波長(zhǎng)范圍為L(zhǎng)波段的摻雜光纖放大器；或者所述光信號(hào)波長(zhǎng)范圍為S波段為摻雜光纖放大器。而且，根據(jù)一些示例性實(shí)施例的GFF裝置能夠適用于運(yùn)行在這些波段和/或其它波長(zhǎng)范圍的任意組合的光學(xué)放大器。
根據(jù)本發(fā)明的方法，在特定應(yīng)用場(chǎng)合，例如用于特定光學(xué)放大器，其中用戶已經(jīng)把目標(biāo)損耗分布提供給增益平整濾波器制造商的情況下，可以生產(chǎn)增益平整濾波器。至少依據(jù)使光學(xué)放大器提供的增益平調(diào)所需要的調(diào)制深度即總峰值損耗的大小而具有一個(gè)或多個(gè)增益平整濾波器的第一GFF元件，被設(shè)計(jì)為具有的傳輸特性曲線帶有對(duì)應(yīng)該光學(xué)放大器的增益分布的光譜損耗分布。也就是說(shuō)，第一GFF元件被設(shè)計(jì)為具有匹配目標(biāo)損耗特性曲線的傳輸特性曲線，其中該目標(biāo)損耗特性曲線與商用元件的盡量接近。之后，制造該第一GFF元件，并通過(guò)測(cè)試實(shí)際傳輸特性曲線的光譜損耗分布與目標(biāo)損耗特性曲線之間的差異來(lái)確定該第一GFF元件的誤差函數(shù)。然后，設(shè)計(jì)具有傳輸特性曲線的第二GFF元件，該傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)第一GFF元件的誤差函數(shù)、而非對(duì)應(yīng)目標(biāo)損耗分布的光譜損耗分布。之后，制造該第二GFF元件，并組合該第一GFF元件和第二GFF元件。例如，通過(guò)識(shí)別一起使用的或在一些示例性實(shí)施例中通過(guò)一起組合在例如公共外殼中的良好匹配的單元，第一GFF元件和第二GFF元件可以被組合。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的增益平整濾波器的示意截面圖；圖2是用于EDFA同軸補(bǔ)償在C波段中信號(hào)的光譜增益分布的、根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的GFF裝置的第一GFF元件或第二GFF元件的示意截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的增益平整光學(xué)放大器的示意圖；圖4-8是關(guān)于根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的增益平整光學(xué)放大器的性能曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明一些示例性實(shí)施例的下列論述的焦點(diǎn)在于，用于諸如電信系統(tǒng)之類(lèi)的多路復(fù)用光信號(hào)系統(tǒng)中的增益平整裝置。不過(guò)，本發(fā)明的GFF裝置、使用該GFF裝置的增益平整光學(xué)放大器、它們的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)以及方法，通常適用于光學(xué)系統(tǒng)。為了論述的方便，在此公開(kāi)的一些實(shí)施例中，增益平整裝置使用薄膜濾波器。為了論述的方便，在此公開(kāi)的一些實(shí)施例中，增益平整裝置被設(shè)計(jì)為工作在C波段并且使用EDFA放大器的密集波長(zhǎng)劃分多路復(fù)用電信系統(tǒng)。不過(guò)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地理解，根據(jù)在此所公開(kāi)原理的GFF裝置、使用該GFF裝置的增益平整光學(xué)放大器、其設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方法在本發(fā)明的范圍內(nèi)適用于其它系統(tǒng)，包括工作在其它波長(zhǎng)段并且使用其它放大器的電信系統(tǒng)，以及其它要求增益補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)，應(yīng)該理解，在本公開(kāi)和下面權(quán)利要求中，單數(shù)不定冠詞或定冠詞(例如，“a”、“an”和“the”等)的使用遵循對(duì)“至少一個(gè)”的意思的傳統(tǒng)途徑，除非在特定示例中可以清楚地從上下文中得出，該特定實(shí)例中的用語(yǔ)用于表示一個(gè)且僅一個(gè)。
在EDFA放大器適用于C波段的一些示例性實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)增益平整器件，例如介質(zhì)薄膜增益平整濾波器、光纖布喇格光柵或第一GFF元件即主GFF元件或概略GFF元件的其它增益平整器件，它們中的每個(gè)都具有對(duì)應(yīng)EDFA在C波段中的非均勻增益光譜的光譜響應(yīng)或傳輸特性曲線。因此，在這些實(shí)施例中，每個(gè)增益平整濾波器或第一GFF元件的其它器件的通過(guò)C波段的光譜響應(yīng)，傳輸特性曲線將是具有通常所說(shuō)的兩個(gè)谷值的結(jié)構(gòu)、通過(guò)C波段的放大光信號(hào)的EDFA增益特性曲線的公知的兩個(gè)峰值結(jié)構(gòu)的近似倒置?？蛇x實(shí)施例適用于在L波段中的光信號(hào)的摻雜光纖放大器。根據(jù)這些實(shí)施例，GFF裝置的概略GFF元件的增益平整濾波器被設(shè)計(jì)和生產(chǎn)為具有傳輸特性曲線，該傳輸特性曲線對(duì)應(yīng)摻雜光纖放大器的增益分布，即具有通常符合其倒置的光譜分布?？蛇x實(shí)施例適用于在S波段中的光信號(hào)的摻雜光纖放大器。根據(jù)這些實(shí)施例，GFF裝置的概略GFF元件的增益平整濾波器被設(shè)計(jì)和生產(chǎn)為具有傳輸特性曲線，該傳輸特性曲線對(duì)應(yīng)摻雜光纖放大器的增益分布。如上所提到的，放大器制造商或光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者通常會(huì)提供由GFF裝置相匹配的準(zhǔn)確目標(biāo)損耗分布。
在此處所公開(kāi)的GFF裝置的一些示例性實(shí)施例中，概略增益平整元件的傳輸特性曲線對(duì)應(yīng)EDFA的增益光譜并提供至少約5dB的補(bǔ)償，在一些實(shí)施例中至少為6dB，在一些實(shí)施例中至少為8dB或大于8dB。在至少需要8dB增益校正的應(yīng)用場(chǎng)合下，認(rèn)識(shí)到誤差函數(shù)在調(diào)制深度上趨于增加，可由此處所公開(kāi)的GFF裝置良好設(shè)計(jì)及良好制造實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)低誤差函數(shù)，是尤其有利的。如上所公開(kāi)的，較低的合成插入損耗誤差函數(shù)可由此處所公開(kāi)的GFF裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，這至少部分因?yàn)榈诙礼FF元件，即校正或細(xì)調(diào)元件具有對(duì)應(yīng)第一GFF元件的誤差函數(shù)的傳輸特性曲線。雖然期望第一GFF元件的運(yùn)行可校正通過(guò)放大器的信號(hào)中的100％增益不均勻性，但如上所提到的，這通常是不能實(shí)現(xiàn)的。通常情況下，第一GFF元件的運(yùn)行可提供至少75％的校正，并且通常至少約80％或甚至90％或更多的放大光信號(hào)的預(yù)增益平整調(diào)制深度。第二GFF元件提供另外的校正，但如上所提到的，它具有對(duì)應(yīng)第一GFF元件的誤差函數(shù)的傳輸特性曲線，并產(chǎn)生這兩個(gè)元件組合的較小的合成誤差函數(shù)和PPEF。也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，一些示例性實(shí)施例可選的包括另外的GFF元件，來(lái)提供另外的增益校正和/或其它功能。
在一些優(yōu)選實(shí)施例中，第二GFF元件提供小于2dB的增益校正，在一些優(yōu)選實(shí)施例中，提供小于1.5dB的增益校正。如上所提到的，具有一個(gè)或多個(gè)介質(zhì)薄膜增益平整濾波器的增益平整濾波器以及被很好的被設(shè)計(jì)及生產(chǎn)為具有與目標(biāo)損耗分布相匹配的傳輸特性曲線，以為EDFA提供增益平整濾波器元件可以具有約10％增益校正的PPEF的增益平整化，這通常是因?yàn)槔斜∧ぴO(shè)計(jì)和生產(chǎn)的限制和不準(zhǔn)確性。不過(guò)，由于使用介質(zhì)薄膜增益平整濾波器或光纖布喇格光柵或其它增益校正器件作為次級(jí)或校正或“細(xì)調(diào)”GFF元件，使之具有對(duì)應(yīng)初級(jí)GFF元件的誤差函數(shù)而非對(duì)應(yīng)放大器的原始目標(biāo)損耗分布的傳輸特性曲線，并具有小于第一GFF元件的損耗分布，根據(jù)本公開(kāi)的GFF裝置能夠有效地提供過(guò)程插入損耗誤差函數(shù)小于第一GFF元件單獨(dú)的插入損耗誤差函數(shù)的最終增益校正。在其中第二GFF元件提供小于2dB的增益校正的優(yōu)選實(shí)施例中，GFF裝置能夠產(chǎn)生可能僅有0.4dBPPEF或甚至小于0.3dB的增益校正，在包括良好設(shè)計(jì)和生產(chǎn)元件的優(yōu)選實(shí)施例中，小至0.2dB或甚至小于0.2dB。例如，在一些實(shí)施例中，工作在C波段的電信系統(tǒng)的EDFA放大光信號(hào)的調(diào)制深度能夠減小到0.4dB，在有些優(yōu)選實(shí)施例中，小于0.3dB或甚至為0.25bB或更小，例如為0.2dB或更小。
在細(xì)調(diào)GFF元件中通常只需要一個(gè)濾波器或光纖布喇格光柵等。在此處所公開(kāi)的增益平整EDFA的典型實(shí)施例中，用于細(xì)調(diào)元件的增益平整濾波器的傳輸特性曲線提供了放大光信號(hào)的預(yù)增益平整調(diào)制深度的不超過(guò)約2dB的補(bǔ)償。這正好在用于GFF裝置的第二GFF元件的單個(gè)薄膜濾波器或單個(gè)光纖布喇格光柵的增益補(bǔ)償范圍內(nèi)。如上所提到的，即使具有10％的誤差函數(shù)，由于細(xì)調(diào)增益平整器件所提供的增益校正很小并且對(duì)應(yīng)增益平整濾波器、光纖布喇格光柵或第一GFF元件的其它器件所留下的殘余非均勻增益，在僅使用一個(gè)或多個(gè)、被設(shè)計(jì)為具有對(duì)應(yīng)放大器的目標(biāo)損耗分布的傳輸特性曲線的增益平整器件的增益平整裝置上，GFF裝置的概略和細(xì)調(diào)細(xì)調(diào)元件所提供的組合增益校正得到明顯的改進(jìn)。
應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，此處所公開(kāi)的GFF裝置的光譜損耗分布與目標(biāo)損耗分布的對(duì)應(yīng)性并不排除這種可能性，封裝的GFF裝置的實(shí)際光譜損耗分布可能與單獨(dú)的GFF裝置的光譜損耗分布有些不同。連接器、封裝等，甚至與濾波器封裝的無(wú)源元件，例如套箍、透鏡等，可能對(duì)在現(xiàn)場(chǎng)中，即實(shí)際用于例如電信系統(tǒng)或其它光信號(hào)系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)中的GFF裝置的實(shí)際光譜損耗分布有稍微影響。在此處所公開(kāi)的GFF裝置的任何特定實(shí)施例的設(shè)計(jì)中是否考慮這些影響將依據(jù)該特定實(shí)施例的周?chē)h(huán)境而定。
根據(jù)一些示例性實(shí)施例，其中光學(xué)放大器要求峰值損耗超出用于特定實(shí)施例的單個(gè)薄膜濾波器或其它增益平整器件的特定界限時(shí)(例如超出通過(guò)之后可利用的及適于商用的技術(shù)和材料等實(shí)現(xiàn)的增益損耗)時(shí)，多個(gè)設(shè)備能夠用作GFF裝置的第一GFF元件，例如薄膜濾波器、光纖布喇格光柵和/或其它設(shè)計(jì)為具有目標(biāo)損耗分布的設(shè)備的任何組合。例如，在調(diào)制深度超出商用薄膜增益平整濾波器的增益均衡容量(gain equalization capacity)時(shí)，多個(gè)薄膜增益平整濾波器串聯(lián)使用以校正，即使光學(xué)放大器的增益平調(diào)。在一些示例性實(shí)施例中，第一GFF元件的總增益校正在第一GFF元件的多個(gè)增益平整濾波器之間或之中均分。例如，在一些實(shí)施例中，第一GFF元件的增益平整濾波器都來(lái)自相同的制造批次(batch)，例如來(lái)自相同晶片。第一GFF元件的多個(gè)薄膜增益平整濾波器可以被封裝在公共的外殼或單獨(dú)的外殼中。同樣地，第二或細(xì)調(diào)GFF元件的增益平整濾波器可以與第一GFF元件的增益平整濾波器封裝在一起或分別封裝。
根據(jù)一些示例性實(shí)施例，其中使用多個(gè)器件，例如第一GFF元件的多個(gè)薄膜濾波器和/或光纖布喇格光柵等，尤其是但不是必需是在光學(xué)放大器需要峰值損耗超出單個(gè)這種器件例如單個(gè)薄膜濾波器的實(shí)際界限時(shí)，至少第一個(gè)這樣濾波器或其它器件被設(shè)計(jì)為具有目標(biāo)損耗分布，至少另外一個(gè)這樣濾波器或第一GFF元件的其它器件被設(shè)計(jì)為具有對(duì)第一個(gè)這樣設(shè)備的測(cè)量誤差函數(shù)細(xì)調(diào)的原始目標(biāo)損耗分布。這些實(shí)施例的第一GFF元件的第一和之后另外的增益平整器件可能會(huì)在這些實(shí)施例中順序制造而非同批次制造。優(yōu)選地，在這些第一和另外設(shè)備中，每個(gè)都具有至少約5dB的峰值損耗，并且每個(gè)提供的增益校正等于該裝置的細(xì)調(diào)GFF元件所提供的增益校正的至少三倍或甚至四倍或更多倍。這些實(shí)施例尤其適用于例如，在使用薄膜濾波器并且此時(shí)可用的薄膜設(shè)計(jì)技術(shù)不允許第一濾波器的傳輸特性曲線被設(shè)計(jì)為符合由系統(tǒng)設(shè)計(jì)者或放大器制造商提供的、具有在感興趣整個(gè)波長(zhǎng)范圍上的容許決策的目標(biāo)損耗分布的情況。
用于此處所公開(kāi)的GFF裝置的一些示例性實(shí)施例進(jìn)行增益補(bǔ)償?shù)谋∧V波器，例如具有EDFA或其它光學(xué)放大器，能夠根據(jù)任何技術(shù)、設(shè)備和現(xiàn)在已知或未來(lái)已知的技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)并制造，其中這些技術(shù)和設(shè)備都適合生產(chǎn)具有傳輸特性曲線的濾波器，該傳輸特性曲線具有充分準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)光學(xué)放大器的增益分布(在用于該裝置的第一GFF元件的增益平整濾波器的情況下)或?qū)?yīng)第一GFF元件的誤差函數(shù)(在用于該裝置的第二GFF元件的增益平整濾波器的情況下)的損耗分布。可根據(jù)當(dāng)前技術(shù)，例如使用商用軟件，象Essential Macleod軟件、光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)和分析的綜合軟件封裝或軟件光譜公司的TFCalc等，來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)適合的濾波器?？筛鶕?jù)當(dāng)前各種已知技術(shù)，例如使用濺射蒸發(fā)或離子助蒸發(fā)鍍膜技術(shù)等。來(lái)進(jìn)行制造適合的濾波器。第一GFF元件和/或第二GFF元件的增益平整濾波器的適合結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中透明基板10由在感興趣的波長(zhǎng)段中透明的任何適合材料來(lái)制成，例如商業(yè)上生產(chǎn)DWDM濾波器所用的基板晶片。許多適合材料都是商用的并且得益于本公開(kāi)的，這對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是明顯的?；?0的第一表面14上的鍍層12具有對(duì)應(yīng)光學(xué)放大器的目標(biāo)損耗分布的傳輸特性曲線，并且由一連串的薄膜層形成。增益平整濾波器進(jìn)一步包括在基板10的第二表面18上的AR(抗反射)鍍層16。GFF鍍層12和AR鍍層16能夠通過(guò)濺射涂敷或任何適合可選技術(shù)來(lái)沉積，例如上述的那些技術(shù)。同樣地，可使用當(dāng)前已知的材料和技術(shù)以及使用未來(lái)發(fā)展的適合材料和技術(shù)，來(lái)制造光纖布喇格光柵。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，GFF元件40時(shí)根據(jù)本發(fā)明的GFF裝置的第一GFF元件的一實(shí)施例。該實(shí)施例適用于單獨(dú)封裝的第二(即細(xì)調(diào))GFF元件，得益于本公開(kāi)的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，相同封裝設(shè)計(jì)能夠用于這樣的第二GFF元件?？偟膩?lái)說(shuō)，第一GFF元件和第二GFF元件適合，例如同軸(in-line)補(bǔ)償EDFA在C波段中的信號(hào)的光譜增益分布。GFF元件40包括外殼42，第一套箍44安置在外殼42中，第一套箍44提供用于把光信號(hào)載入外殼內(nèi)的輸入光纖46，第二套箍48在相反端設(shè)置于外殼內(nèi)，并提供用于把光信號(hào)輸出外殼的輸出光纖50。增益平整濾波器54安置在外殼內(nèi)的第一套箍和第二套箍之間，并且固定在透鏡57和GRIN透鏡59之間。增益平整濾波器54具有對(duì)應(yīng)EDFA或其它光學(xué)放大器的增益分布的傳輸特性曲線。在可選實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)另外增益平整濾波器能夠與濾波器54串聯(lián)地固定在外殼內(nèi)。如上所提到的，在可選實(shí)施例中，該濾波器可以是細(xì)調(diào)濾波器，該濾波器具有對(duì)應(yīng)第一GFF元件的誤差函數(shù)的傳輸特性曲線。在元件40是第一GFF元件時(shí)，濾波器54具有對(duì)應(yīng)光學(xué)放大器的增益分布的傳輸特性曲線時(shí)，可以與單獨(dú)封裝的第二GFF元件一起使用。在外殼42內(nèi)的固定元件包括鍍金不銹鋼固定件41和43、環(huán)氧樹(shù)脂小滴45和焊料47。(僅標(biāo)出代表性環(huán)氧樹(shù)脂小滴和焊料。)得益于本公開(kāi)的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，可選和/或附加元件可以用于此處公開(kāi)的GFF裝置和此處公開(kāi)的包括這種GFF裝置的增益平整放大器。可選和附加元件包括那些目前已知的元件和未來(lái)隨著時(shí)間發(fā)展的那些元件。例如已知有多種套箍設(shè)計(jì)，如果有的話，在此次公開(kāi)的GFF裝置和增益平整放大器的各種不同實(shí)施例中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠選擇和使用適合的套箍。同樣地，對(duì)于準(zhǔn)直透鏡和其它可能使用的透鏡，包括球狀透鏡、GRIN透鏡、鼓形透鏡等，已知有多種可選設(shè)計(jì)。因此，例如球狀透鏡和/或準(zhǔn)直透鏡可以用于代替圖2所示實(shí)施例中的GRIN透鏡。
根據(jù)本發(fā)明的方法，用于光學(xué)放大器的增益平整濾波器裝置被設(shè)計(jì)和制造為具有對(duì)應(yīng)EDFA或其它光學(xué)放大器的增益分布的傳輸特性曲線。更具體地說(shuō)，根據(jù)以上所提出的原理，增益平整濾波器可對(duì)第一或概略GFF元件和第二或細(xì)調(diào)GFF元件進(jìn)行不同地設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。根據(jù)一些示例性實(shí)施例，該方法包括設(shè)計(jì)第一GFF元件以具有傳輸特性曲線，該傳輸特性曲線具有對(duì)于光學(xué)放大器的目標(biāo)損耗分布的光譜損耗分布。該第一GFF元件的一個(gè)或多個(gè)增益平整濾波器可被制造，第一GFF元件(可選地，在實(shí)地中封裝使用)的誤差函數(shù)可被確定，例如通過(guò)直接測(cè)量批次中的每個(gè)單元或通過(guò)測(cè)量各單元的代表數(shù)量來(lái)確定。第二GFF元件的增益平整濾波器之后被設(shè)計(jì)以具有傳輸特性曲線，并之后被制造，其中該傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)第一GFF元件的誤差函數(shù)的光譜損耗分布。第一和第二GFF元件之后被組合。可選地，它們可以在公共外殼內(nèi)被封裝在一起?？蛇x擇地，基于第一和第二GFF元件的測(cè)量傳輸特性曲線，第一和第二GFF元件的增益平整濾波器被等同一起用載GFF裝置中。
根據(jù)依據(jù)此處所公開(kāi)原理來(lái)構(gòu)建的增益平整光學(xué)放大器的一些示例性可用作第二GFF元件的目標(biāo)損耗分布的第一GFF元件的誤差函數(shù)，可基于第一GFF元件的計(jì)劃設(shè)計(jì)、通過(guò)理論計(jì)算來(lái)確定。第一GFF元件的可選擇(或附加)誤差函數(shù)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定，例如通過(guò)第一GFF元件的誤差函數(shù)的實(shí)際測(cè)量。在使用實(shí)驗(yàn)確定誤差函數(shù)的實(shí)施例中，可以基于一個(gè)單元接一個(gè)單元、基于一組接一組或基于這兩者來(lái)確定?？蛇x地，無(wú)論是通過(guò)理論計(jì)算還是實(shí)驗(yàn)或通過(guò)這兩者，第一GFF元件的誤差函數(shù)可以基于單獨(dú)第一GFF元件或在可能會(huì)使用的情況下與增益平整濾波器的GFF裝置的其它元件和/或器件組合來(lái)確定。因此，例如第一GFF元件能夠和與之包括的一些或所有其它元件或器件一起生產(chǎn)和組合(例如封裝在外殼中)，這樣組合的誤差函數(shù)也能確定。之后，第二GFF元件可被設(shè)計(jì)和生產(chǎn)以對(duì)應(yīng)組合的第一GFF元件的這種誤差函數(shù)。例如，對(duì)于可選的誤差函數(shù)一組接一組確定，若干這種第一GFF元件組合能夠被生產(chǎn)并且它們的誤差函數(shù)(單獨(dú)或組合)被測(cè)量以及平均或以其它方式統(tǒng)一以確定第二GFF元件的目標(biāo)傳輸特性曲線。在薄膜濾波器用于第一GFF元件時(shí)，例如第一GFF元件的若干樣品可從一批濾波器，例如從晶片獲得的濾波器中產(chǎn)生。例如，對(duì)于可選的誤差函數(shù)一單元接一單元確定，第一GFF元件可被生產(chǎn)并且誤差函數(shù)(單獨(dú)或組合)被測(cè)量以確定第二GFF元件的目標(biāo)傳輸特性曲線。例如，在第二GFF元件使用光纖布喇格光柵的實(shí)施例中，與所有或一些其它元件或器件相組合的第一GFF元件的誤差函數(shù)可被測(cè)量，之后光纖布喇格光柵被該單元定制并在此時(shí)或以后生產(chǎn)以使GFF裝置完整。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，根據(jù)在此公開(kāi)的本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例，可以看出，光學(xué)放大器60包括光纖繞組，例如摻鉺光纖繞組等，用于多路復(fù)用信號(hào)例如C波段中的多路復(fù)用信號(hào)的放大，以及用于增益補(bǔ)償?shù)腉FF裝置，它們?cè)谕鈿?1中安置在一起。光纖62把多路復(fù)用光信號(hào)載入外殼61中給隔離器64。從隔離器64起，光信號(hào)輸送到多路復(fù)用(多用)裝置66，該裝置66還在EDFA放大的適合波長(zhǎng)上，例如約980nm或1480nm或其它適合波長(zhǎng)上通過(guò)光纖68接收來(lái)自適合源(未示出)的泵浦光輸入光輸入。組合的光輸出被饋給封裝在外殼中的摻鉺光纖的適合長(zhǎng)度，如繞組70上，用于上述多路復(fù)用光信號(hào)的放大。通常具有不均勻增益的EDFA放大器的放大信號(hào)被饋給具有傳輸特性曲線的增益平整濾波器72，該傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)繞組70的增益分布的損耗分布。濾波器72的輸出供給隔離器74。可以理解，在例如需要更大增益補(bǔ)償?shù)目蛇x擇實(shí)施例中，濾波器72可以由多個(gè)這樣的濾波器代替。與隔離器74串聯(lián)地，信號(hào)饋給多用裝置76，該多用裝置76在EDFA放大器的適合波長(zhǎng)上通過(guò)光纖78接收來(lái)自適合源(未示出)的泵浦光輸入光輸入。組合的光輸出被饋給封裝在外殼中的摻鉺光纖的適合長(zhǎng)度，如繞組70上，用于進(jìn)一步的放大。具有EDFA放大器的通常傳輸特性曲線并且由于濾波器72的誤差函數(shù)具有殘余增益不均勻性的放大信號(hào)，饋給增益平整濾波器82。濾波器82是概略增益平整濾波器，例如，具有大于5dB的峰值損耗和對(duì)應(yīng)光纖繞組80的增益分布的傳輸特性曲線?？梢岳斫?，在例如需要更大增益補(bǔ)償?shù)目蛇x擇實(shí)施例中，濾波器82可用多個(gè)這樣的濾波器代替。信號(hào)從概略濾波器82通到細(xì)調(diào)濾波器83，該細(xì)調(diào)濾波器83具有小于2dB的峰值損耗和對(duì)應(yīng)濾波器72和82的組合誤差函數(shù)、相對(duì)用于校正繞組70和80的組合增益不均勻性的傳輸特性曲線。濾波器83的輸出饋給隔離器84。多路復(fù)用信號(hào)通過(guò)EDFA和放大器60的GFF裝置的放大和增益平整，經(jīng)由光纖86被帶出外殼61之外。如上所提到的，各種另外元件可以合并到增益校正放大器60內(nèi)。
從隔離器64到隔離器74之間的光學(xué)部件可以認(rèn)為是增益校正放大器60的前置放大器或一級(jí)放大器88。從隔離器74到隔離器84之間的光學(xué)部件可以認(rèn)為是助推放大器或二級(jí)放大器89。可選地，這些一級(jí)放大和二極放大可以單獨(dú)封裝，即在單獨(dú)的外殼內(nèi)。這是有利地，例如以允許輔助信號(hào)處理在兩級(jí)之間可以訪問(wèn)。這種在多級(jí)光學(xué)放大器的各級(jí)之間的輔助信號(hào)處理可以包括，例如色散補(bǔ)償，這可以通過(guò)使部分放大信號(hào)通過(guò)色散補(bǔ)償光纖或其它適合器件的適合長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行。在多級(jí)光學(xué)放大器的各級(jí)之間的輔助信號(hào)處理還可以包括，例如多路復(fù)用/去多路復(fù)用處理以增加和/或降低信號(hào)等。為了公開(kāi)的目的，本實(shí)施例中的兩級(jí)放大可以被認(rèn)為是包括光纖繞組70和80的相同光學(xué)放大器的部分，由此，增益平整濾波器72和82一起認(rèn)為是合并到增益平整放大器內(nèi)的GFF裝置的第一GFF元件。增益平整濾波器83可以認(rèn)為是GFF裝置的第二GFF元件。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，即使各自傳輸特性曲線的損耗分布互不相等，兩個(gè)濾波器72和82可以互相轉(zhuǎn)換而對(duì)GFF裝置提供的總增益校正沒(méi)有實(shí)質(zhì)的影響。如果兩個(gè)濾波器不相等，轉(zhuǎn)換它們的位置將預(yù)期地，在光信號(hào)從第一級(jí)88通到第二級(jí)89即在兩級(jí)之間時(shí)，對(duì)這些光信號(hào)的增益或其它特性具有影響，而在可選擇實(shí)施例中，即上述的這兩級(jí)安置在單獨(dú)外殼內(nèi)以提供在這兩級(jí)間信號(hào)處理的訪問(wèn)時(shí)，這不是所期望地。
根據(jù)圖3所示實(shí)施例的一些方面，在其它類(lèi)似可選實(shí)施例中，單獨(dú)細(xì)調(diào)濾波器可以提供給概略濾波器72，即具有傳輸特性曲線的低峰值損耗濾波器，該傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)濾波器72單獨(dú)誤差函數(shù)的C波段中的損耗分布。在這種情況下，濾波器72能夠被認(rèn)為是增益平整光學(xué)放大器60的第一GFF裝置的第一GFF元件，相關(guān)的細(xì)調(diào)濾波器可以認(rèn)為是GFF裝置的第二GFF元件。這種情況下，由于濾波器83的傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)濾波器82單獨(dú)誤差函數(shù)的C波段中的損耗分布，濾波器82和83可以分別認(rèn)為是放大器60的第二GFF裝置的第一和第二GFF元件。有利于本發(fā)明的，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，符合在此所公開(kāi)原理的其它可選結(jié)構(gòu)是明顯的。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4-8，示出了根據(jù)本公開(kāi)的增益平整裝置的誤差函數(shù)中的示例性改進(jìn)，尤其對(duì)于在示例性實(shí)施例、在用于電信系統(tǒng)的C波段中通過(guò)一定波長(zhǎng)段的多路復(fù)用信號(hào)的光學(xué)放大器的情況。圖4示出了具有目標(biāo)傳輸特性分布(“目標(biāo)傳輸特性分布”，逆目標(biāo)損耗分布)的傳輸特性曲線，即GFF裝置所需要的傳輸特性分布。圖5示出了對(duì)于被設(shè)計(jì)和生產(chǎn)以產(chǎn)生需要傳輸特性分布的第一GFF元件的典型實(shí)施例，通過(guò)相同波長(zhǎng)段的傳輸特性曲線。在圖5中可以看出，該示例性第一GFF元件測(cè)量的實(shí)際傳輸特性曲線緊密追蹤圖4中所示的目標(biāo)傳輸特性分布。不過(guò)，如在典型實(shí)施例中所期望的，測(cè)量傳輸特性曲線與圖6中所示的第一GFF元件的目標(biāo)傳輸特性曲線和誤差函數(shù)并不完全相同。可以看出，PPEF約為0.62dB。根據(jù)在此所公開(kāi)原理的本示例性實(shí)施例的第二GFF元件被設(shè)計(jì)為具有傳輸特性曲線，該傳輸特性曲線具有對(duì)于第一GFF元件的誤差函數(shù)的損耗分布(當(dāng)然和其逆?zhèn)鬏斕匦苑植?。結(jié)果是，包括第一和第二GFF元件的GFF裝置的誤差函數(shù)在第一GFF元件單獨(dú)的誤差函數(shù)和PPEF上有明顯改進(jìn)。圖8示出了包括第一和第二GFF元件的GFF裝置的誤差函數(shù)。通過(guò)比較圖6中所示的第一GFF元件單獨(dú)的誤差函數(shù)與圖8中所示的包括第一和第二GFF元件的GFF裝置的誤差函數(shù)可以看出，誤差函數(shù)變小了，意味著由跨過(guò)C波段的增益平整光學(xué)放大器所放大的不同多路復(fù)用信號(hào)的增益更加均勻了。另外，可以看出，PPEF值從第一GFF元件單獨(dú)的多0.62dB改進(jìn)到包括第一和第二GFF元件的GFF裝置的小于0.3dB。
盡管按照特定示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以理解，在不偏離如下列權(quán)利要求所提出的本發(fā)明精神和范圍下，顯然，可對(duì)本公開(kāi)內(nèi)容進(jìn)行各種修改和替換。
權(quán)利要求
1.一種用于補(bǔ)償光學(xué)放大器對(duì)于一定波長(zhǎng)段中的信號(hào)的光譜增益分布的增益平整裝置，包括第一GFF元件，其傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)所述放大器在該波長(zhǎng)段中的光譜增益分布的光譜損耗分布；和第二GFF元件，其傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)所述第一GFF元件的誤差函數(shù)的光譜損耗分布。
2.如權(quán)利要求1所述的增益平整裝置，其中所述第一GFF元件包括至少一個(gè)薄膜濾波器，優(yōu)選地包括至少兩個(gè)串聯(lián)的薄膜濾波器。
3.如權(quán)利要求1或2所述的增益平整裝置，其中所述第二GFF元件包括單個(gè)薄膜濾波器。
4.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的增益平整裝置，其中所述第一GFF元件包括至少一個(gè)光纖布喇格光柵，優(yōu)選地包括至少兩個(gè)串聯(lián)的光纖布喇格光柵。
5.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的增益平整裝置，其中所述第二GFF元件包括單個(gè)光纖布喇格光柵。
6.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的增益平整裝置，其中所述光學(xué)放大器包括光纖放大器，優(yōu)選地包括EDFA。
7.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的增益平整裝置，其中所述波長(zhǎng)段位于C波段。
8.一種增益平整光學(xué)放大器，包括可操作以接收、放大和輸出一定光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光信號(hào)的光信號(hào)放大器，其中該光學(xué)放大器具有一光譜增益分布；和根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的增益平整裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的增益平整光學(xué)放大器，其中所述光學(xué)放大器為多級(jí)放大器，優(yōu)選地包括前置放大級(jí)和助推放大級(jí)。
10.如權(quán)利要求9所述的增益平整光學(xué)放大器，其中第一GFF元件包括第一GFF子元件，其傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)所述光信號(hào)放大器的前置放大級(jí)在該波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光譜增益分布的光譜損耗分布；和第二GFF子元件，其傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)所述光信號(hào)放大器的助推放大級(jí)在該波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光譜增益分布的光譜損耗分布；而且b)第二GFF元件的傳輸特性曲線，具有對(duì)應(yīng)第一GFF元件和第二GFF元件以及所述增益平整光學(xué)放大器的任選其它元件的合成誤差函數(shù)的光譜損耗分布。
11.如權(quán)利要求10所述的增益平整光學(xué)放大器，其中第一GFF子元件和所述光信號(hào)放大器的前置放大級(jí)以及所述增益平整光學(xué)放大器的任選其它元件一起封裝在第一外殼中，而第二GFF子元件和所述光信號(hào)放大器的助推放大級(jí)以及所述增益平整光學(xué)放大器的任選其它元件一起封裝在第二外殼中。
12.根據(jù)權(quán)利要求8、9、10或11所述的用于同軸補(bǔ)償EDFA對(duì)于C波段的信號(hào)的光譜增益分布的增益平整濾波器裝置，其中所述第一GFF元件至少包括第一增益平整濾波器和第二增益平整濾波器，其中第二增益平整濾波器在C波段中的傳輸特性曲線，其具有對(duì)應(yīng)EDFA在C波段中的光譜增益分布的光譜損耗分布，且該光譜增益分布可被調(diào)節(jié)，以部分對(duì)應(yīng)第一增益平整濾波器的誤差函數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于同軸補(bǔ)償EDFA對(duì)于C波段的信號(hào)的光譜增益分布的增益平整濾波器裝置，進(jìn)一步包括在第一光學(xué)透明基板的至少一個(gè)薄膜濾波器的第二表面上的AR(抗反射)鍍層，和在第二GFF元件的至少一個(gè)薄膜濾波器的第二表面上的AR鍍層。
14.根據(jù)權(quán)利要求8到13中任何一項(xiàng)所述的用于同軸補(bǔ)償EDFA對(duì)于C波段的信號(hào)的光譜增益分布的增益平整濾波器裝置，進(jìn)一步包括外殼；設(shè)置于該外殼中的第一套箍，該第一套箍提供用于把光信號(hào)載入該外殼內(nèi)的輸入光纖，和設(shè)置于該外殼中的第二套箍，該第二套箍提供用于把光信號(hào)輸出該外殼的輸出光纖，其中所述第一GFF元件和第二GFF元件安置在該外殼中的第一套箍和第二套箍之間。
15.一種用于同軸補(bǔ)償光學(xué)放大器的光譜增益分布的增益平整濾波器裝置，該裝置包括含有至少一個(gè)薄膜濾波器的第一GFF元件，和含有至少一個(gè)薄膜濾波器的第二GFF元件；其中該第一GFF元件的峰值損耗為第二GFF元件的峰值損耗的至少三倍。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的用于同軸補(bǔ)償EDFA對(duì)于C波段的信號(hào)的光譜增益分布的增益平整濾波器裝置，其中所述第一GFF元件在C波段中的峰值損耗為第二GFF元件在C波段中的峰值損耗的至少四倍。
17.一種用于同軸補(bǔ)償光學(xué)放大器的光譜增益分布的增益平整濾波器裝置，包括含有至少一個(gè)薄膜濾波器的第一GFF元件，和含有至少一個(gè)薄膜濾波器的第二GFF元件；其中第一GFF元件的峰值損耗至少為5dB，而第二GFF元件的峰值損耗為小于2dB。
18.一種用于同軸補(bǔ)償光學(xué)放大器在一定光信號(hào)波長(zhǎng)范圍上的光譜增益分布的增益平整濾波器裝置，包括含有至少一個(gè)薄膜濾波器的第一GFF元件，其被設(shè)計(jì)為具有一傳輸特性曲線，該傳輸特性曲線具有匹配目標(biāo)損耗分布的光譜損耗分布，且該目標(biāo)損耗分布對(duì)應(yīng)光學(xué)放大器在所述光信號(hào)波長(zhǎng)范圍上的光譜增益分布；和含有至少一個(gè)薄膜濾波器的第二GFF元件，其被設(shè)計(jì)為具有一傳輸特性曲線，該傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)第一GFF元件的誤差函數(shù)的光譜損耗分布，其中所述誤差函數(shù)為所測(cè)量的第一GFF元件的實(shí)際光譜損耗分布與該目標(biāo)損耗分布之間的差。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于同軸補(bǔ)償光學(xué)放大器在一定光信號(hào)波長(zhǎng)范圍上的光譜增益分布的增益平整濾波器裝置，其中第一GFF元件和第二GFF元件組合在該光信號(hào)波長(zhǎng)范圍上的峰值損耗至少為8dB。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的用于同軸補(bǔ)償光學(xué)放大器在一定光信號(hào)波長(zhǎng)范圍上的光譜增益分布的增益平整濾波器裝置，其中第一GFF元件和第二GFF元件組合在該光信號(hào)波長(zhǎng)范圍上的合成插入損耗誤差函數(shù)(PPEF)小于0.3dB，優(yōu)選地小于0.2dB。
21.一種增益平整光信號(hào)放大器，包括可操作以接收、放大和輸出一定光信號(hào)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光信號(hào)的至少一個(gè)光信號(hào)放大器，其中該光學(xué)放大器具有一光譜增益分布；和用于同軸補(bǔ)償所述至少一個(gè)光纖放大器對(duì)該光信號(hào)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的信號(hào)的光譜增益分布的增益平整濾波器，該濾波器包括含有至少一個(gè)薄膜濾波器的第一GFF元件，該第一GFF元件在該光信號(hào)波長(zhǎng)范圍中的傳輸特性曲線，具有對(duì)應(yīng)所述光信號(hào)放大器的光譜增益分布的光譜損耗分布；和含有至少一個(gè)薄膜濾波器的第二GFF元件，該第二GFF元件在該光信號(hào)波長(zhǎng)范圍中的傳輸特性曲線，具有對(duì)應(yīng)所述第一GFF元件的誤差函數(shù)的光譜損耗分布。
22.如權(quán)利要求21所述的增益平整光信號(hào)放大器，其中所述至少一個(gè)光信號(hào)放大器為摻鉺光纖放大器，所述光信號(hào)波長(zhǎng)范圍為C波段。
23.如權(quán)利要求21所述的增益平整光信號(hào)放大器，其中所述至少一個(gè)光信號(hào)放大器為摻雜光纖放大器，所述光信號(hào)波長(zhǎng)范圍為L(zhǎng)波段。
24.如權(quán)利要求21所述的增益平整光信號(hào)放大器，其中所述至少一個(gè)光信號(hào)放大器為摻雜光纖放大器，所述光信號(hào)波長(zhǎng)范圍為S波段。
25.一種生產(chǎn)用于光學(xué)放大器的增益平整濾波器的方法，包括設(shè)計(jì)第一GFF元件，使該其傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)所述光學(xué)放大器的目標(biāo)損耗分布的光譜損耗分布；制造第一GFF元件；確定第一GFF元件的誤差函數(shù)；設(shè)計(jì)第二GFF元件，使其傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)第一GFF元件的誤差函數(shù)的光譜損耗分布；制造第二GFF元件；以及組合第一GFF元件和第二GFF元件。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中測(cè)量所述第一GFF元件的誤差函數(shù)，同時(shí)將第一GFF元件與GFF裝置的至少一些其它元件進(jìn)行組合。
全文摘要
一種用于同軸補(bǔ)償光學(xué)放大器的光譜增益分布的增益平整濾波器，包括第一GFF元件，其傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)光學(xué)放大器的光譜增益分布的光譜損耗分布；和具第二GFF元件，其傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)所述第一GFF元件的誤差函數(shù)的光譜損耗分布。一種生產(chǎn)用于光學(xué)放大器的增益平整濾波器的方法，包括設(shè)計(jì)第一GFF元件，使其傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)所述光學(xué)放大器的目標(biāo)損耗分布的光譜損耗分布；制造該第一GFF元件；確定該第一GFF元件的誤差函數(shù)；設(shè)計(jì)第二GFF元件，使其傳輸特性曲線具有對(duì)應(yīng)所述(未封裝或與該GFF裝置的其它元件和/或增益平整光學(xué)放大器的其它元件封裝的)第一GFF元件的誤差函數(shù)的光譜損耗分布；制造該第二GFF元件；以及組合所述第一GFF元件和第二GFF元件。
文檔編號(hào)H04B10/294GK1954525SQ200580015086
公開(kāi)日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2005年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月10日
發(fā)明者瑞德·佐默爾, 蘭斯·摩根·福特貝瑞, 邁克爾·A·斯考貝, 托比·瑞恩, 保羅·約翰遜 申請(qǐng)人:波科海姆技術(shù)公共有限公司