CN105762621B

CN105762621B - 具有完整光学计量功能的掺稀土光纤放大器

Info

Publication number: CN105762621B
Application number: CN201510789486.6A
Authority: CN
Inventors: 伊恩·彼得·麦克林; 阿拉瓦南·古鲁萨米
Original assignee: II VI Inc
Current assignee: Coherent Corp
Priority date: 2015-01-06
Filing date: 2015-11-17
Publication date: 2018-10-26
Anticipated expiration: 2035-11-17
Also published as: CN105762621A; US20160197673A1; US9503181B2

Abstract

一种掺杂光纤放大器(例如，掺铒光纤放大器EDFA)模块被配置为包括用于对连接至EDFA的光纤段执行实时测量的计量功能。在一个实施例中，用于执行光时域反射(OTDR)测量的单独组件被嵌入到该EDFA模块中。OTDR测量组件包括其自己的激光源和检测器，这些激光源和检测器用于分析与该EDFA相关联的输入光纤段和输出光纤段。在另一个实施例中，该EDFA的泵浦激光器还被用作该OTDR组件的光学探测光源，其中，该光源在执行放大与提供OTDR测量之间“切换”或“共享”。在另一个实施例中，“双泵浦”源被包括在该OTDR组件本身中并且被修改成利用一个激光器进行放大并且使用另一个用于OTDR目的。

Description

具有完整光学计量功能的掺稀土光纤放大器

技术领域

本发明涉及一种掺杂光纤放大器(如掺铒光纤放大器或EDFA)，并且更具体地涉及一种被特别配置成包括功能的掺杂光纤放大器，该功能用于执行相关光纤段的各类测量/表征。

背景

当在通信网络中安装新的光纤区段时，需要知道光纤段的光学特点以便正确地配置沿光纤段部署的各种器件(例如，光学放大器)。在大多数情况下，与光纤段特点相关的信息采用脱机文件编制的形式，该形式伴随着光纤段直到安装点。在一些情况下，这种文件编制或者缺失或者不正确，因此需要实时测量光纤段并获得它的特点，这样使得能够正确调谐相关器件以实现它们的最佳性能。此外，一旦安装了光纤，通常进行各种诊断性测试，因为一旦安装环境已知，就要最佳配置许多器件。

试验并自动进行这种光纤段分析的方法在本领域是已知的。这些装置中的大部分装置专门设计用于提供拉曼放大的系统，并且因此并不直接适用于利用掺稀土光纤放大器的系统。

发明内容

现有技术中存在的需求通过本发明解决，本发明涉及一种掺杂光纤放大器，该掺杂光纤放大器被特别配置成包括用于执行相关光纤段的各类测量/表征的功能。

根据本发明，修改传统的EDFA模块，其方式是允许该模块包括计量功能。在一个实施例中，将用于执行所选择的类型的光学计量(例如，光时域反射(OTDR)测量、色散测量、光纤类型和长度测量)的单独组件被植入到该EDFA模块中。该计量组件包括其自己的激光源和检测器，这些激光源和检测器用于分析与该EDFA相关联的输入光纤段和输出光纤段。

在另一个实施例中，该EDFA的泵浦激光器还被用作该光学计量组件的光源，其中，该源在执行放大与提供特定光学测量/表征之间进行“切换”或“共享”。在又另一个实施例中，“双泵浦”源包括在该计量组件本身中并且被修改为利用一个激光器进行放大和利用另一个用于计量目的。通过在所植入的计量组件内使用可调谐激光源来提供各种计量功能(例如，色散的测量、光纤长度和类型的确定等)。

在一个特定实施例中，本发明采用一种光通信器件器件的形式，该光通信器件器件耦合至位于输入端口的输入光纤段和位于输出端口的输出光纤段，并且该器件包括耦合在该输入光纤段与该输出光纤段之间的一个掺杂光纤放大器以及一个耦合至该输入端口、输出端口和掺杂光纤放大器中的一个或多个的光学计量装置。该光学计量装置包括一个光源，该光源用于沿着该输入光纤段和该输出光纤段中的任一者或两者引入探测光(即，用于测量目的的“测试”信号)；以及一个光接收器，该光接收器用于接收反射的探测测试信号并测量所反射的光功率，其方式为用于确定相关光纤段的光学特点。

本发明的其他和进一步的方面和优点将在以下讨论过程中并参考附图而变得明显。

附图简要说明

现在参考附图，其中相同的数字表示若干视图中的相同部件：

图1展示了集成式EDFA和光学计量模块的第一实施例，在本案例中，在传统的EDFA的输入和输出都使用单独的光学器件用于光纤测量目的(在本案例中，是OTDR功能)，其中图1A显示了可以从OTDR测量中产生的光纤特点的典型图；

图2是图1的这个第一实施例的替代安排，其中包括具有OTDR功能的开关元件以便选择将要表征的特定光纤段；

图3展示了根据本发明形成的集成式EDFA和OTDR的第二实施例，在本案例中，用于放大的泵浦激光器还用于执行OTDR功能，该功能由允许执行放大或表征的开关来控制；

图4是这个第二实施例的替代安排，在本案例中，开关元件由一个功率分路器代替，这样使得可以同时执行放大和表征；

图5展示了对图4中的安排的修改，其中在本案例中，只执行“下游”光纤段表征(连同放大一起)；

图6展示了对图4中的安排的另一项修改，其中在本案例中，只执行“上游”光纤段表征；

图7展示了本发明的第三实施例，在本案例中，使用“双芯片”泵浦源，其中一个激光器用于放大，而另一个用于光学计量目的；

图8是这个第三实施例的替代安排，其中该模块的OTDR部分被配置成用于对进入该模块的光纤段执行“上游”测试；

图9是第三实施例的另一种替代安排，在本案例中，结合一个开关来控制待表征的光纤段的选择；

图10展示了本发明的第四实施例，在本案例中，使用可调谐激光源，其中该源用于在放大过程中提供泵浦波长和另外提供光纤段表征所需的一个或多个波长(特别适合于执行色散分析)；并且

图11是图10的实施例的替代配置，在本案例中，使用多激光源，其中一个激光源专门用作EDFA的泵浦源，而可调谐激光源(或单独激光器阵列)用于光纤段表征。

详细说明

图1展示了根据本发明构成的示例性集成式EDFA和光学计量模块10。与以下描述的每个实施例一样，传统EDFA组件12的各种替代配置可以用在模块10中以提供通信信号S的光学放大。在如图1中所示的安排中，输入通信信号S在输入光纤段14上向模块10传播，其中输入光纤段14在光输入端口16耦合至块模10。根据EDFA的已知特性，表示为S_A的输入信号的放大版将在EDFA组件12中产生。之后输入信号的这个放大版被耦合进入输出光纤段18，该输出光纤段连接至模块10的输出端口20。显示EDFA组件12包括掺铒光纤22的一个区段，在通信信号S穿过模块10从输入端口16到达输出端口20时，该区段支持通信信号S的传播。泵浦激光源24用于向掺杂光纤22提供单独的光输入，在这种情况下，利用波分复用器(WDM)26将处于λ_泵浦的泵浦光耦合进入掺杂光纤22中，其方式是这种泵浦光将与在波长λ_IN下工作的输入通信信号S一起在掺杂光纤22内传播。

如本领域内众所周知的，当光纤中存在特定的稀土掺杂物时，选择λ_泵浦值用于向在λ_IN下工作的通信信号提供光学放大。为了本发明的目的，将假定掺杂物是铒(尽管可以使用其他元素—例如，镱)并且泵浦源被选择成展现980nm的波长(该波长与提供对传播通过掺铒光纤区段的光通信信号的放大相关联)；其他泵浦源可能适合于与其他通信波长一起使用，值1550nm被认为仅是示例性的)。在EDFA 12中包括一对光隔离器，第一光隔离器28被安置在掺杂光纤22的输入端处，而第二光隔离器30耦合至掺杂光纤22的输出端。隔离器28和30以本领域内众所周知的方式使用，以防止自发性产生的光和未使用的泵浦光沿着通信光纤朝任一方向传播。

光电二极管32和34包括在EDFA 12的输入端和输出端处并且分别经由光分抽头36和38耦合至EDFA 12的输入信号和输出信号。尽管是可选的，但优选使用光电二极管32和34来测量到达EDFA 12输入端的通信信号的功率以及离开EDFA 12的通信信号的“放大”功率，从而提供对EDFA 12所提供的增益量的指示。EDFA 12的操作在本领域中被认为是众所周知的，并且特定配置的细节在操作时可以稍微不同于本说明。的确，应当理解的是，本发明的计量部分可以与各种EDFA配置一起使用，不仅仅是这些图中所示的特定安排。

根据本发明的这个特定实施例，模块10被显示为进一步包括多个光学组件，这些光学组件用于对输入光纤段14、输出光纤段18或光纤段14和18两者执行光时域反射(OTDR)测量。OTDR是一种测量技术，例如，在该技术中将光发送至光纤(或任何其他类型的导光介质)中并且在一段时间内捕获并测量返回到源的反射光。反射光可以用于例如确定光纤中存在何种损耗，如与在连接器、坏接头处的菲涅尔反射或瑞利后向散射(瑞利后向散射是源自光纤/波导结构本身的性质的反射)相关联的那些损耗。尽管许多OTDR系统使用泵浦光脉冲，但其他配置可以使用CW光(全部概括地称为“探测光”)和/或相反可以基于对传播信号进行相关性编码分析、测量无限后向散射信号、或基于任何其他适合的机制。应当理解的是，OTDR方案的特定实施方式与本发明的目的并不相关，因为任何适合类型的OTDR配置可以与掺杂光纤放大器成为一体并提供所需的计量功能。

图1A是OTDR图的实例，展示了随时间变化的返回(反射)信号的测量功率。在图1A的图中，标绘了根据时间变化的反射信号功率(即，来自OTDR测量组件的反射光)。如果需要的话，基于被测光纤段的已知特点(例如，通过了解OTDR探测光的群速度)，可以将图中的x轴上的时间刻度转换为距离刻度。图1A中的y轴(功率)用对数(dB)刻度来标绘，具体而言，用“5对数”刻度而非传统的“10对数”刻度，因为信号将两次通过系统。

图中所示的轨迹示出了在说明性光纤段中存在的特征的数量。例如，可以确定接头、裂缝、切口以及连接器的存在和位置。光纤段的物理特性在返回的探测光的图中显示为斜面不平滑区域并且被称为“事件”。线的斜率A相当于每公里的光纤损耗。接收到的光信号(瑞利后向散射信号)相对于发射的探测信号(在这个具体实例中，是1微秒脉冲)下降了大约45dB。链路上的事件实例包括但不限于坏接头(在B处示出)、光纤的弯曲(在C处示出，其中弯曲足以引起损耗)以及扁平光纤(在D处示出)。该轨迹还可以用于帮助确定沿光纤段安装的光纤的特定类型。不同的光纤类型可以用于给定光纤段的不同区段。例如，光纤段可以包含标准单模光纤(SMF)或色散补偿光纤(DCF)或其他光纤类型。不同的光纤类型可以由它们的每单位长度的损耗和有效芯面积(A_eff)来表征。当以对数刻度标绘轨迹时(如图1A中所示)，在给定区域中轨迹的斜率与A_eff负相关。参考图1A，该轨迹指示沿着光纤段安装了两个不同类型的光纤，SMF和DCF，它们通过特点斜率来证明。

必需将光注入光纤段中，以便形成与损耗测量或参数诊断有关的信息，然后对反射光信号进行分析。如图1中所示，模块10包括能够执行所需类型的光纤段分析的组件，这些组件并入与EDFA本身相同的封装中。

在图1的特定实施例中，模块10包括安置在模块10的输入端口16的第一光纤段分析装置40。装置40包括激光源42，该激光源用于将处于所需测试波长(表示为λ_测试)的光沿着通信路径14朝反向注入。在此具体实例中，激光源42被配置成用于生成呈光脉冲P₁形式的探测信号(又称为“探测脉冲”)。如所示，注入探测脉冲P₁沿着输入光纤区段14向上游传播，从而相对于向模块10行进的通信信号S而对向传播。在OTDR使用脉冲光作为探测信号的那些情况下，脉冲功率、脉冲宽度、重复率和平均时间全都根据待测量的光纤段的长度(以及测量的分辨率)来配置。

探测脉冲P₁在第一分析装置40内由所包括的激光源42生成。然后，探测脉冲P₁穿过环行器44并耦合进入沿着模块10的输入路径安置的WDM 46中。应当理解的是，各种其他类型的耦合装置可以替代环行器来使用，例如抽头耦合器、分路器等等。返回至图1的描述，WDM 46被配置成用于将在波长λ_测试工作的任意信号仅耦合进入光纤段14中(并因此阻止任何脉冲进入EDFA 12)。根据众所周知的OTDR功能，脉冲P₁将沿着光纤段14传播，与上述特点(关于图1A)中的任意特点相关联的反射光沿着光纤段向后行进并在端口16重新进入模块10。处于λ_测试的反射信号将由WDM 46重新引导出通信信号路径，以便重新进入第一光纤区段分析装置40内的环行器44。之后环行器44将这个返回信号引导进入光接收器48中，该光接收器用于将返回的光信号转换为等效的电表示R。然后以传统方式使用电信号R来测量返回的光功率并使外部处理器装置50能够生成像图1A中所示的一样的图并且因此确定输入光纤段14的特定特点。

第二光纤段分析装置60也被显示为包括在模块10中并被安置成用于测量输出光纤段18。与第一光纤段分析装置40一样，第二分析装置60包括激光源62，该激光源用于生成处于所需测试波长λ_测试的探测光—在这种情况下再次呈脉冲的形式，以P₂表示。探测脉冲穿过环行器64和WDM 66，其中WDM 66被配置为沿着输出光纤段18“向下游”注入探测脉冲P₂。返回反射信号重新进入WDM 66和环行器64，环行器将反射信号引导进入光接收器68，该光接收器将返回的光信号转换为等效版R。之后电信号R进入同一外部处理器装置50中(或另一个处理器，视情况而定)。再次，使用光接收器68测量的反射光功率来生成如图1A中所示的OTDR轨迹，从而提供和与输出光纤段18相关联的光学特点(包括光纤类型)有关的信息。

根据本发明的这种装置，用于λ_测试的波长的选择并不局限于与泵浦源用来进行放大的波长相同(将与下文描述的其他实施例一样)。因此，在波长λ_IN范围内为OTDR探测光选择的波长可以被选择成展现低损耗，该波长与通信信号S相关联(典型地，λ_IN＝1550nm)。的确，OTDR波长可以被选择成恰好驻留在与通信信号相关联的带宽之外，在这种情况下，这将会使测试信号与通信信号之间的任何交互最小化并因此允许OTDR测试在“实时”通信量正经过模块10的相同时刻执行。例如，已经发现大约为1625-1675nm的λ_测试值(在ITU-T建议书L.66中被定义为“维护带”)对此功能是有帮助的。

应当理解的是，图1的实施例可以被修改成只包括第一光纤段分析装置40或第二光纤段分析装置60，如果需要的话，仅分别测试输入光纤段14或输出光纤段18。而且，有可能重新配置图1的实施例，以便通过创建一个在测试任意一个光纤段之间进行选择的OTDR组件来减少执行计量操作所需的光学组件的数量。图2展示了图1的实施例的替代配置，表示为集成式EDFA-OTDR模块70。如所示，EDFA 12仍然与模块10中所使用的相同(但是应当理解的是，任何类型的EDFA组件可以结合本发明的光学计量功能来使用)。模块70进一步显示为可接收从位于输入端口74的输入光纤段72到达的通信信号S。之后此信号S_A的放大版在输出端口76离开模块70并被耦合进入输出光纤段78。

根据本发明的这个实施例，可开关的光纤段分析装置80安置在模块70内并耦合至EDFA 12的输入端和输出端两者，其方式为可以或者分析输入光纤段72或者分析输出光纤段78。如所示，可开关的分析装置80包括用于生成探测光信号P₃的激光源82。在本实施例中，探测光P₃穿过环行器84(或其他适合的耦合/抽头装置)并作为输入施加到光开关86。在本实施例中，光开关86被显示为由外部控制信号C激活的一个三路开关。图2中展示了光开关86的第一状态，其中开关86内的光路径88被安置成耦合至第一输出端口90，该第一输出端口与光信号路径92和输入端WDM 94相关联。当控制光开关86位于这个位置上时，探测光P₃将穿过输入端WDM 94并向上游注入输入光纤段72(以便相对于通信信号S对向传播)。与图1中的实施例一样，与这个探测光相关联的反射信号将被输入端WDM 94引导返回到分析装置80中，穿过开关86(在端口90重新进入)并进入环行器84。环行器84将引导这个返回信号进入光接收器96，该返回信号转换为电等效物R以便用在传统OTDR分析中(可能使用如上所述的外部处理能力)。

相反，如果需要对输出光纤段78进行测试，就使用施加到开关86的控制信号C将开关86内的光路径88从第一输出端口90重新导引至第二输出端口98。如所示，第二输出端口98耦合至光信号路径100，之后该光信号路径作为输入连接至位于EDFA 12的输出端的输出端WDM 102。因此，在开关86的这种状态下，探测光P₃将在第二输出端口98离开开关86，沿着信号路径100传播并进入输出端WDM 102。输出端WDM 102用于将探测光P₃注入输出光纤段78，其中返回(反射)信号重新进入分析装置80并最终进入光接收器96。

与图1中的配置一样，图2中的实施例可以针对OTDR探测光使用任何所需的波长，并可以使用CW信号或一串单独的脉冲。在所示实施例中，光开关86被显示为包括第三输出端口104。当被控制使得光信号路径88耦合至第三输出端口104时(通过控制信号C的操作)，将绕过OTDR功能，并且模块70将仅作为在线EDA放大器运作。

尽管图1和图2中所示的实施例具有的优点是分析装置可以与各种不同EDFA模块中的任意一种一起使用(因为这些装置仅连接至EDFA的输入端和输出端)并可以针对探测光利用任何适合的波长，但产生的模块在尺寸上更大(当相比于传统EDFA模块时)并可能导致增加EDFA模块的成本和复杂度。

图3展示了集成式EDFA和光学计量模块110的替代实施例，其中通过针对施加到EDFA上的泵浦光和OTDR所用的探测光使用同一激光源，这种配置表现出既节约成本又节约尺寸。类似于本发明的所有实施例，待放大的通信信号S沿着输入光纤段112传播并在输入端口114进入模块110。放大之后，通信信号S_A在输出端口116离开模块110，之后沿着输出光纤段118传播。如所示，模块110包括EDFA组件12A，该组件是上述放大装置的略微修改的版本。具体而言，模块110的EDFA组件12A不包括其自己的、单独的泵浦光源。相反，光信号路径120被显示为EDFA 12A的单独输入端。根据本发明的这个实施例，泵浦信号源自以下描述的外部源，并耦合进入光信号路径120。一旦进入EDFA组件12A，之后泵浦信号就作为输入施加到WDM 26并耦合进入掺杂光纤22，从而为同向传播的通信信号S提供放大(以本领域内众所周知的方式)。

根据本发明的这个实施例，施加到EDFA组件12A的泵浦信号由包含在光纤分析装置124中的泵浦源122产生。如所示，泵浦源122的光输出穿过环行器126(或其他适合的抽头/耦合元件)并且之后作为输入施加到光开关128(同样是类似于图2中所示的3路开关)。在这种情况下，当泵浦光在第一输出端口130离开开关128时，它将耦合进入信号路径120并被引入掺杂光纤22以便对传播通过EDFA 12A的通信信号S进行放大。

进一步根据本发明，这个同一激光源122还用于提供探测光，该探测光用来对输入光纤段和输出光纤段执行OTDR测量。如所示，光纤分析装置124进一步包括耦合至光开关128的第二输出端口134的第一光信号路径132。当控制开关128从而使得激光源122耦合至第二输出端口134时，激光源122的输出将被定义为“探测光”。因此，如图3中所示，之后探测光将沿着信号路径132传播并耦合进入输入端WDM 136，该输入端以上述相同的方式用于将光学探测光注入输入光纤段112。如果需要使用脉冲作为OTDR测试光，则脉冲发生器135可以包括在光纤分析装置124中以产生探测脉冲。

如以上讨论的实施例一样，沿输入光纤段112传播的反射探测光将在端口114重新进入模块110并被输入端WDM 136引导进入信号路径132，并且通过开关128和环行器126进入光接收器138。然后接收到的功率测量结果R用于产生类似于图1A中所示的OTDR图，以便确定输入光纤段112的各种特点。类似于图2中的配置，可以控制光开关128的位置以提供对输入光纤段112或输出光纤段118的分析。也就是说，光开关128包括第三输出端口140，其中光信号路径142耦合在第三输出端口140与位于EDFA 12A的输出端的输出端WDM 144之间。同样，如果需要使用光脉冲作为OTDR探测，脉冲发生器134将在源122供应的CW泵浦光上注入脉冲。泵浦的脉冲版将被耦合进入信号路径142，并且之后由输出端WDM 144引导进入输出光纤段118。反射的返回信号将类似地穿过分析装置124，从而由光接收器138接收，被转换为接收到的电信号R，之后被传输至外部监控器以供进一步处理。

应当理解的是，如果针对EDFA组件12A使用980nm的波长泵浦源，由于光纤内的高损耗，这种选择可能在执行OTDR测量时限制光能够传播的距离。此外，处于980nm波长的光信号变成多模是很常见的，因为它沿着光纤段传播(甚至在光纤段包括单模光纤时)。因此，这个具体实施例(使用980nm泵浦源)最适合于包括相对短的光纤段(如在控制室设备内)的装置。另一方面，如果使用1480nm泵浦源，模块110的光纤分析部分的性能将绰绰有余，因为与1480nm信号相关联的光纤损耗大约为0.25dB/km。此外，1480nm信号将在这些光纤段中保持其单模剖面。

如所示，图3提供了实施例中，在该实施例中，可以将泵浦源122切换进入EDFA组件12A或切换至用于OTDR测量的连接(端口134和140)中的任一个。这允许进行输入光纤段或输出光纤段的表征。因此，分析装置124的特定配置能够在三个模式之一下工作：传播的光信号的放大；输入光纤段的OTDR测量；输出光纤段的OTDR测量。

图4展示了本实施例的替代配置，其中，用光功分器146替换光开关128。分光器146是用于将输入泵浦光分为多个单独的部分并沿着不同信号路径引导每个部分的无源器件。如所示，泵浦光P的第一部分P_I被引导进入分路器146的第一输出端口148，其中第一输出端口148耦合至信号路径132并引导第一部分P_I用于执行输入光纤段112的OTDR测量(使用需要执行脉冲OTDR测量实施例中所使用的脉冲发生器150)。分路器146的第二输出端口152接收泵浦信号的第二部分，以P_II表示，之该第二部分被耦合进入泵浦信号路径120并用于在EDFA组件12A中提供放大。分路器的第三输出端口154接收泵浦信号的第三和最后一部分，以P_III表示，然后该部分沿着信号路径142和WDM 144传递以执行输出光纤段118的OTDR测量。在这种情况下，如果针对OTDR测量使用快速脉冲或相位法，那么同时执行OTDR测量和为通信信号提供放大将是可行的。光功分器146的特定配置可以被配置成使得将光功率的较大部分引导进入EDFA组件12A中(因而提供可接受的增益量)，较少部分用于执行OTDR测量。例如，可以分别在输出端口148、152和154提供如10:80:10的功率分流。

应当理解的是，可以修改如图3和图4中所示的配置，这样使得限制OTDR测量仅在输入光纤段或输出光纤段上进行。图5展示了替代配置，该替代配置用于提供放大并对输入光纤段112执行OTDR测量。在图5中所示的配置中，1x2元件156用于将泵浦信号引导进入OTDR测量组件和EDFA组件12A中的任意一者或两者。在图5中所示的配置中，根据需要，1x2元件156可以包括开关或分路器，其中该开关实施例由信号C控制，如虚线所示。如所示，元件156的第一输出端口158耦合至信号路径132，该信号路径用于将光引导进入输入光纤段112以进行OTDR测量。元件156的第二输出端口160用于沿着信号路径120提供光，并且之后这种光进入掺杂光纤22以便在穿过EDFA组件12A的光通信信号中产生增益。

图6展示了对图5中配置的修改，在本案例中使用1x2元件162(分路器或开关)在端口164提供沿着信号路径120传播并进入EDFA组件12A的光作为“泵浦”，并且还在端口166提供光(作为OTDR“探测”)。如所示，出现在端口166的输出信号被耦合进入信号路径142并穿过输出端WDM 144从而对输出光纤区段118执行OTDR测量。

图7展示了根据本发明形成的集成式EDFA-OTDR模块170，其中光纤分析装置172被形成为包括“双芯片”激光源174。在这种情况下，双芯片激光源174包括被用作泵浦源的第一激光二极管176(并且在泵浦波长λ_泵浦下工作)和被用作OTDR探测源的第二激光二极管178(并且在最适合于OTDR测量的泵浦波长λ_测试下工作)。在这种配置中，泵浦光p沿着信号路径120输入至EDFA 12A，而不受到任何干扰(即，不需要在放大与测量功能之间切换)。通过使用单独的测试激光源178，图7中的这种配置能够使用处于最适合于和表征相对长的光纤段一起使用的波长的探测光。

如图7中所示，激光二极管176输出的泵浦光p穿过双芯片源174的第一输出端口180并耦合进入信号路径120，然后将该泵浦光作为输入施加于EDFA组件12A。从激光二极管178输出的OTDR探测光P如所示穿过双芯片源174的第二输出端口182和环行器184进入信号路径142。如前所述，探测光P被输出端WDM 144引导进入输出光纤段118。在返回方向上，反射光被输出端WDM 144沿信号路径142重新引导。在这种情况下，环行器184将反射光引导进入光接收器186，该光接收器将接收到的光信号转换为等效电信号R，该电信号用于执行与上述方式中相同类型的功率测量和OTDR图的生成。

图8展示了图7中的配置的变化，在本案例中用于提供输入光纤段112的OTDR测量。同样，双芯片激光源174包含直接向EDFA组件12A提供泵浦光输入的泵浦激光二极管176和用于提供探测光的测试激光二极管178，该探测光有待沿输入光纤段112被注入。如前所述，输入光纤段112的返回反射光被引导通过环行器184并进入光接收器186以供进一步分析。图9中示出了图7和图8的变化，其中图9中的实施例能够使用最少量的附加组件提供沿着输入光纤段112和输出光纤段118两者的OTDR测量。如前所述，双芯片激光源174用于同时提供泵浦光输出(来自激光二极管176)和测试探测光输出(来自激光二极管178)。在这种情况下，光开关190耦合至环行器184的输出并用于沿着选择的输出信号路径引导测试探测光。(在控制信号C的引导下)。如所示，开关190的第一输出端口192耦合至信号路径132并用于将探测光引导进入输入光纤段112以用于测量目的。类似地，开关190的第二输出端口194耦合至信号路径142并且用于将探测光引导进入输出光纤段118，其中对输入光纤段112或输出光纤段118的测量选择由外部控制信号引导。与其他配置一样，返回探测光穿过环行器184并进入光接收器186，从而产生用于OTDR分析目的的电信号R。

除了执行OTDR以外，光纤段的其他分析也常常是有用的，如用来测量光纤段长度和沿光纤段出现的色散(CD)类型的方法。色散测量需要测量已知波长的光信号在光纤段中行进的时间的能力。通过针对多个单独波长重复这种测量，可以确定产生的色散参数(群速度、延时等)。由于需要多个不同的波长，因此目前为止所描述的各种装置都被排除用于确定这种信息。

图10展示了本发明的能够提供色散测量以及以上讨论的其他OTDR测量的替代实施例。图10中所示的集成式EDFA/光学计量模块200包括传统EDFA 12，类似于图1和图2中的配置，其中泵浦源24包括在EDFA 12内并用于对穿过模块200的通信信号S进行放大。为了提供色散测量，将模块200被显示为包括可调谐激光源202，其中源202受外部源的控制从而产生处于随时间变化的波长值的输出信号(即，在设定的时段期间“扫过”一个定义的波长范围)。如所示，可调谐激光源202的输出穿过环行器204并作为输入施加于光开关206。在图10中所示的特定配置中，光开关206被定位成使得可调谐激光源202的输出耦合进入光信号路径208，从而执行色散的“上游”测量。具体而言，可调谐波长信号穿过输入端WDM 210，之后耦合进入输入光纤段212。波长调谐信号W(t)作为控制输入施加于可调谐激光器202，并用于改变被引入到输入光纤段212中的测量信号的波长。与OTDR测量一样，通过输入端WDM210将返回信号重新引导进入信号路径208，其中这些返回信号之后被环行器204引导进入光接收器214以便转换为电等效信号R，该电等效信号用于进一步的分析以确定输入光纤段212的色散。

在一种方法中，将多个脉冲(类似于在某些配置中用作OTDR探测脉冲的那些脉冲)传输至光纤段中，并且由光接收器214采集随时间变化的信号损耗测量。为了色散测量目的，光接收器214必须是能够用与可调谐激光源202相关联的整个光谱上的信号来运作的宽带器件。使用光接收器214在若干不同波长采集的数据，待接收的脉冲的差分时间可以用于计算光纤的色散。由于色散是不同类型光纤的独有品质，这种测量的执行允许模块200确定已经沿光纤段安装的光纤的类型。

显然，当控制光开关206选择“下游”方向时，可调谐波长信号将耦合进入信号路径214，穿过输出端WDM 216并耦合进入输出光纤段218。

替代可调谐波长源，可以使用在不同波长下工作的单独激光二极管阵列，其中依次激活每个单独源以执行对那个特定波长的测量。在另一个实施例中，如图11中所示，模块230可以被形成为使用“双芯片”源232，类似于上述那些，其中泵浦激光二极管234与可调谐激光236一起封装。如上所述，泵浦激光二极管234的输出泵浦信号被耦合进入信号路径120并作为输入提供给EDFA组件12A。可调谐激光器236的输出穿过环行器240并作为输入施加于光开关242。在图11的配置中，光开关242被设置为执行对“上游”信号路径246的色散测量。具体而言，可调谐激光信号被耦合进入光信号路径244并穿过输入端WDM 248，从而被注入输入光纤段246中。同样，在不同波长下进行测量，由施加于可调谐激光源236的信号W(t)来控制。返回信号沿着信号路径244被引导并穿过光开关242和环行器240进入光接收器250以便转换为电等效形式R供分析。同样，要求光接收器250是能够恰当处理用于这种色散测量的整个光谱上的信号的一种宽带光接收器。

当致动光开关242来切换信号路径时，输出光纤段252的色散测量可以以类似的方式进行(使用信号路径254和输出端WDM 256)。不论如何，借助于使用单独激光源用于色散测量和信号放大，可以在EDFA 12A正在对传播的通信信号S进行放大的同时进行该测量，该通信信号用于对输入光纤段242或输出光纤段252执行色散测量。

尽管上文是针对根据本发明的实施例，但可以设想其他以及进一步的实施例而在不偏离本发明的基本范围，并且本发明的范围由以下权利要求书确定。

Claims

1.一种光学器件，该光学器件耦合至位于一个输入端口处的一个输入光纤段和位于一个输出端口处的一个输出光纤段，该光学器件包括

一个掺杂光纤放大器组件，包括

一个掺杂光纤区段；

一个第一耦合元件，该第一耦合元件用于接收沿着该输入光纤段传播的一个输入光通信信号并且将该光通信信号插入该掺杂光纤区段中；

一个第二耦合元件，该第二耦合元件用于接收一个光泵浦信号并且将该光泵浦信号插入该掺杂光纤区段中；以及

一个第三耦合元件，该第三耦合元件安置在该掺杂光纤放大器组件的输出端处用于接收该光通信信号的放大版并且将放大后的光通信信号插入该输出光纤段中；以及

一个光学计量装置，该光学计量装置耦合至该掺杂光纤放大器组件的这些第一、第二和第三耦合元件中的一个或多个耦合元件，该光学计量装置包括

一个光学激光源，该光学激光源用于生成处于一个预定波长的光学探测光并经由该第一耦合元件和经由该第三耦合元件沿着该输入光纤段和该输出光纤段中的任一者或两者引入所生成的光学探测光；以及

一个光接收器，该光接收器用于接收反射的光学探测光并且以用来确定相关联光纤段的物理特性和光学特点的方式来测量反射的光功率。

2.如权利要求1所述的光学器件，其中

该掺杂光纤放大器组件包括用于生成处于一个预定泵浦波长λ_泵浦的该光泵浦信号并经由该第二耦合元件将该光泵浦信号耦合进入该掺杂光纤区段的一个激光源；并且

该光学计量装置包括

一个光源，其用于生成光学探测光，该光学探测光在与λ_泵浦分开且不同的一个波长λ_测试下工作，该光学探测光用于对该输入光纤段和该输出光纤段中的任一者或两者执行光时域反射OTDR测量；

一个光接收器，其用于接收沿着一个测量的光纤段产生的返回反射光；以及

一个光耦合装置，其用于将所产生的探测光引导向该测量的光纤段并且将返回反射光引导进入该光接收器以便从这些OTDR测量中分析和生成光纤段特点。

3.如权利要求2所述的光学器件，其中，该光学计量装置耦合至这些输入光纤段和输出光纤段中的单个光纤段。

4.如权利要求2所述的光学器件，其中，该光学计量装置耦合至该输入光纤段和该输出光纤段两者。

5.如权利要求4所述的光学器件，其中，该光学计量装置包括耦合至该输入光纤段的一个第一计量单元和耦合至该输出光纤段的一个第二计量单元，每个计量单元包括其自己的光源、光接收器和光耦合装置。

6.如权利要求4所述的光学器件，其中，该光学计量装置包括耦合至该输入光纤段和该输出光纤段两者的单个计量单元。

7.如权利要求6所述的光学器件，其中，该光学计量装置通过包括在该光学计量装置中的光开关耦合至该输入光纤段和该输出光纤段，其中，该光开关操作用于在该光开关位于一个第一位置上时将该光学探测光发送至该输入光纤段内并且在该光开关位于一个第二位置上时将该光学探测光发送至该输出光纤段内。

8.如权利要求7所述的光学器件，其中，该光开关包括一个第三输出位置，该第三输出位置终止该光学探测光的传播，从而使OTDR测量过程中断。

9.如权利要求6所述的光学器件，其中，该光学计量装置通过包括在该光学计量装置中的光功分器耦合至该输入光纤段和该输出光纤段，这样使得将一个第一探测输出被引导进入该输入光纤段并且将一个第二探测输出被引导进入该输出光纤段。

10.如权利要求2所述的光学器件，其中，该光学计量装置的该光学激光源进一步包括一个可调谐激光源，该可调谐激光源用于将一个波长范围引入该输入光纤段和该输出光纤段中的任一者或两者中以便采集用来确定该测量的光纤段的一个色散特点的附加信息。

11.如权利要求2所述的光学器件，其中，该掺杂光纤放大器组件和该光学计量装置共享被安置在该光学计量装置内的该光学激光源，其中

该掺杂光纤放大器组件包括用于将光学泵浦光引入该第二耦合元件中的一个光学泵浦光路径；并且

该光学计量装置的该光学激光源生成处于该预定泵浦波长λ_泵浦的光学泵浦光，该光学泵浦光之后穿过一个耦合装置并且被注入该掺杂光纤放大器组件的该光学泵浦光路径中，该光学激光源进一步包括用于将该光学泵浦光的输出作为光学探测光耦合进入该输入光纤段和该输出光纤段中的任一者或两者中以沿着它们执行光学测量的装置。

12.如权利要求11所述的光学器件，其中，该光学计量装置进一步包括用于接收该光学激光源的该光学泵浦光的输出的一个光开关，该光开关包括一组三个输出端口并且受到控制以便向该输入光纤段、该掺杂光纤放大器组件和该输出光纤段中的所选择的一项提供该光学泵浦光。

13.如权利要求11所述的光学器件，其中，该光学计量装置进一步包括用于接收该光学激光源的该光学泵浦光的输出的一个分光器，该分光器包括一组三个输出端口并用于将该光学泵浦光的输出分为一组三个单独的输出泵浦信号，其中一个单独的输出泵浦信号耦合至该输入光纤段、该掺杂光纤放大器组件和该输出光纤段中的每一项。

14.如权利要求2所述的光学器件，其中，该掺杂光纤放大器组件和该光学计量装置共享被安置在该光学计量装置内的该光学激光源，其中

该光学计量装置的该光学激光源包括用于生成处于该预定泵浦波长λ_泵浦的该光学泵浦光的一个第一激光二极管，该光学泵浦光之后穿过一个耦合装置并且被插入该掺杂光纤放大器组件的该光学泵浦光路径中，该光学激光源进一步包括一个第二激光二极管，该第二激光二极管用于生成处于一个预定测试波长λ_测试的一个光学探测测试光输出并且将该光学探测测试光输出耦合进入该输入光纤段和该输出光纤段中的任一者或两者中以沿着它们执行光学测量。

15.如权利要求14所述的光学器件，其中，该光学激光源的该第二激光二极管通过一个包括在该光学计量装置中的光开关耦合至该输入光纤段和该输出光纤段，其中，该光开关操作用于在该光开关处于一个第一位置上时将该光学探测测试光输出发送至该输入光纤段中并且在该光开关处于一个第二位置上时将该光学探测测试光输出发送至该输出光纤段中。

16.如权利要求14所述的光学器件，其中，该光学激光源的该第二激光二极管通过一个包括在该光学计量装置中的光功分器耦合至该输入光纤段和该输出光纤段，这样使得该光学探测测试光输出的一个第一输出被引导进入该输入光纤段并且该光学探测测试光输出的一个第二输出被引导进入该输出光纤段。

17.如权利要求14所述的光学器件，其中，该第二激光二极管包括一个可调谐波长激光二极管，该可调谐波长激光二极管用于沿着一个所选择的光纤段执行色散测量。

18.如权利要求14所述的光学器件，其中，该光学激光源进一步包括在不同测试波长下工作的一个激光器阵列，该激光器阵列按顺序操作以便沿着一个所选择的光纤段执行色散测量。

19.如权利要求2所述的光学器件，其中，该掺杂光纤放大器组件包括一个掺铒光纤放大器，并且λ_泵浦被选择为980nm或1480nm。

20.如权利要求1所述的光学器件，其中，该第一耦合元件、该第二耦合元件和该第三耦合元件包括多个波分复用器。