本技术实施例涉及光通信领域，尤其涉及一种光放大器和相关设备。
背景技术：
1、在光通信中，光放大器用于实现光信号的功率放大。在光放大器中，可以使用不同种类的增益介质实现对光信号的放大，例如掺铒光纤放大器(erbium doped fiberamplifier，edfa)、半导体放大器(semiconductor optical amplifier，soa)、量子点光放大器等。
2、通常来说，在光传输系统中，增益介质普遍存在引入非线性代价的问题。具体表现为当增益介质的输出功率超过一定阈值时，会发生增益饱和效应，导致光信号出现失真等非线性代价，从而降低系统的传输质量。
技术实现思路
1、本技术实施例提供了一种光放大器和相关设备，用于降低增益介质的非线性代价。
2、第一方面，本技术实施例提供了一种光放大器。该光放大器包括第一增益介质、第二增益介质、第一合分波器和第二合分波器。第二合分波器与第一增益介质连接。第二合分波器，用于将第一光信号与第一合分波器输出的第一增益钳制光耦合输出至第一增益介质。其中，第一光信号为光放大器的输入光信号。或者，第一光信号为光放大器的输入光信号被放大后得到的光信号。第一增益介质用于放大第一光信号，从而得到目标光。在第一增益介质对第一光信号放大的过程中，第一增益介质根据第一增益钳制光对第一光信号进行增益钳制。在本技术实施例中，目标光为第一光信号经第一增益介质放大后得到的光。第二增益介质，用于放大目标光或经目标增益介质放大后的目标光。第一合分波器，用于从第二增益介质放大后的目标光中分离出前述第一增益钳制光。
3、在本技术实施例中，光信号指的是通信波段内的光。例如第一光信号、第二光信号等，表示的是通信波段内的不同光信号。增益钳制光指的是通信波段外的光。例如第一增益钳制光、第二增益钳制光等，表示的是通信波段外的不同光信号。
4、在本技术实施例中，第一增益钳制光是从第一光信号经多级放大后产生的光中分离出的通信波段外的光。第一增益介质在放大第一光信号的过程中，通过第一增益钳制光实现对第一光信号的增益钳制。也就是说，第一增益介质将通信过程中本应弃置不用的通信波段外的光用作增益钳制。一方面，对第一光信号进行增益钳制能够提高第一增益介质的饱和输出功率，降低第一增益介质的非线性代价，从而提升整个光放大器的性能。另一方面，将通信过程中本应弃置不用的通信波段外的光利用起来，可以提升整个光放大器对光的利用率，减少对外加光源(即第一增益钳制光的光源)的需求。
5、在一种可选的实现方式中，第一增益介质与第二增益介质连接。第一增益介质，还用于输出目标光至第二增益介质。第二增益介质，用于放大目标光，并输出放大得到的目标光至第一合分波器。
6、在一种可选的实现方式中，光放大器还包括目标增益介质。目标增益介质包括第三增益介质。第一增益介质、第三增益介质和第二增益介质顺序连接。第三增益介质，用于接收目标光，根据第一泵浦光放大第二光信号，并输出放大得到的目标光至第二增益介质。其中，第一泵浦光为目标光中通信波段外的光，第二光信号为目标光中通信波段内的光。第二增益介质，用于对第三增益介质放大后的目标光进行放大，并输出放大得到的目标光至第一合分波器。第一合分波器，具体用于从第三增益介质和第二增益介质放大后的目标光中分离出第一增益钳制光。
7、在本技术实施例中，第三增益介质通过目标光中通信波段外的第一泵浦光实现对第二光信号的放大，进一步提高了对通信波段外的光的利用率。该结构能够降低第三增益介质的泵浦光源的光功率需求、降低能耗，或者能够省去第三增益介质的泵浦光源、简化设备结构。
8、在一种可选的实现方式中，光放大器还包括泵浦光源。该泵浦光源与第三增益介质连接。泵浦光源用于提供第二泵浦光。第三增益介质，用于将第二泵浦光和第一泵浦光合波，从而得到目标泵浦光，并根据目标泵浦光放大第二光信号。
9、在本技术实施例中，第三增益介质能够通过第二泵浦光来匹配第三增益介质的最佳泵浦光功率，以补足第一泵浦光的光功率与(第三增益介质的)最佳泵浦光功率之间的差值，提升泵浦效果；或者，第三增益介质能够通过泵浦光源来调整输入第三增益介质的泵浦光总功率，以便匹配不同的增益需求，实现对整个光放大器的增益调整。
10、在一种可选的实现方式中，光放大器还包括目标增益介质。目标增益介质包括第四增益介质。第一增益介质、第四增益介质和第二增益介质顺序连接。第四增益介质，用于接收目标光，放大第二光信号，根据第二增益钳制光对第二光信号进行增益钳制，并输出放大得到的目标光至第二增益介质。其中，第二光信号为目标光中通信波段内的光，第二增益钳制光为目标光中通信波段外的光。第二增益介质，用于对第四增益介质放大后的目标光进行放大，并输出放大得到的目标光至第一合分波器。第一合分波器，具体用于从第四增益介质和第二增益介质放大后的目标光中分离出第一增益钳制光。
11、在本技术实施例中，第二增益钳制光是目标光中通信波段外的光。第四增益介质在放大第二光信号的过程中，通过第二增益钳制光实现对第二光信号的增益钳制。也就是说，第四增益介质将目标光中本应弃置不用的通信波段外的光用作增益钳制。一方面，对第二光信号进行增益钳制能够提高第四增益介质的饱和输出功率，降低第四增益介质的非线性代价，从而提升整个光放大器的性能。另一方面，将通信过程中本应弃置不用的通信波段外的光利用起来，可以提升整个光放大器对光的利用率，减少外加光源(即第二增益钳制光的光源)的需求。
12、在一种可选的实现方式中，光放大器还包括第三合分波器和目标增益介质。目标增益介质包括第四增益介质。第一增益介质、第三合分波器、第四增益介质和第二增益介质顺序连接。第三合分波器还与第一合分波器连接。第一合分波器，还用于从第二增益介质放大后的目标光中分离出第三增益钳制光，并输出第三增益钳制光至第三合分波器。第三合分波器，用于接收目标光，并将第三增益钳制光和目标光耦合输出至第四增益介质。第四增益介质，用于对第三合分波器耦合后的目标光进行放大，根据第三增益钳制光对目标光进行增益钳制，并输出放大得到的目标光至第二增益介质。第二增益介质，用于对第四增益介质放大后的目标光进行放大，并输出放大得到的目标光至第一合分波器。第一合分波器，具体用于从第四增益介质和第二增益介质放大后的目标光中分离出第一增益钳制光。
13、在本技术实施例中，第一合分波器从第二增益介质放大后的目标光中分离出第一增益钳制光和第三增益钳制光。该两路增益钳制光分别用于在第一增益介质和第四增益介质上实现对光信号的增益钳制，能够降低第一增益介质和第四增益介质的非线性代价，而且能够提高对通信波段外的光的利用率。
14、在一种可选的实现方式中，光放大器还包括目标增益介质。目标增益介质包括第三增益介质和第四增益介质。第一增益介质、第四增益介质、第三增益介质和第二增益介质顺序连接。第四增益介质，用于接收目标光，放大第二光信号，根据第二增益钳制光对第二光信号进行增益钳制，并输出放大得到的目标光至第三增益介质。其中，第二光信号为目标光中通信波段内的光，第二增益钳制光为目标光中通信波段外的光。第三增益介质，用于接收第四增益介质放大后的目标光，根据第三泵浦光放大第三光信号，并输出放大得到的目标光至第二增益介质。其中，第三泵浦光为第四增益介质放大后的目标光中通信波段外的光，第三光信号为第四增益介质放大后的目标光中通信波段内的光。第二增益介质，用于对第四增益介质和第三增益介质放大后的目标光进行放大，并输出放大得到的目标光至第一合分波器。第一合分波器，具体用于从第四增益介质、第三增益介质和第二增益介质放大后的目标光中分离出第一增益钳制光。
15、在本技术实施例中，第四增益介质将目标光中通信波段外的光(第二增益钳制光)用作增益钳制，能够降低第四增益介质的非线性代价。第三增益介质通过第四增益介质放大后的目标光中，通信波段外的第三泵浦光实现对第三光信号的放大，进一步提高了对通信波段外的光的利用率。
16、在一种可选的实现方式中，光放大器还包括泵浦光源。泵浦光源与第三增益介质连接。泵浦光源用于提供第二泵浦光。第三增益介质，用于将第二泵浦光和第三泵浦光合波，从而得到目标泵浦光，并根据目标泵浦光放大第三光信号。
17、在本技术实施例中，第三增益介质能够通过第二泵浦光来匹配第三增益介质的最佳泵浦光功率，以补足第三泵浦光的光功率与(第三增益介质的)最佳泵浦光功率之间的差值，提升泵浦效果；或者，第三增益介质能够通过泵浦光源来调整输入第三增益介质的泵浦光总功率，以便匹配不同的增益需求，实现对整个光放大器的增益调整。
18、在一种可选的实现方式中，光放大器还包括第三合分波器和目标增益介质，所述目标增益介质包括第三增益介质和第四增益介质。第一增益介质、第三合分波器、第四增益介质、第三增益介质和第二增益介质顺序连接。第三合分波器还与第一合分波器连接。第一合分波器，还用于从第二增益介质放大后的目标光中分离出第三增益钳制光，并输出第三增益钳制光至第三合分波器。第三合分波器，用于接收目标光，并将第三增益钳制光和目标光耦合输出至第四增益介质。第四增益介质，用于对第三合分波器耦合后的目标光进行放大，根据第三增益钳制光对目标光进行增益钳制，并输出放大得到的目标光至第三增益介质。第三增益介质，用于接收第四增益介质放大后的目标光，根据第四泵浦光放大第四光信号，并输出放大得到的目标光至第二增益介质。其中，第四泵浦光为第四增益介质放大后的目标光中通信波段外的光，第四光信号为所述第四增益介质放大后的目标光中通信波段内的光。第二增益介质，用于对第四增益介质和第三增益介质放大后的目标光进行放大，并输出放大得到的目标光至第一合分波器。第一合分波器，具体用于从第四增益介质、第三增益介质和第二增益介质放大后的目标光中分离出第一增益钳制光。
19、在本技术实施例中，第一合分波器从第二增益介质放大后的目标光中分离出第一增益钳制光和第三增益钳制光。该两路增益钳制光分别用于在第一增益介质和第四增益介质上实现对光信号的增益钳制，能够降低第一增益介质和第四增益介质的非线性代价。第三增益介质通过第四增益介质放大后的目标光中，通信波段外的第四泵浦光实现对第四光信号的放大，进一步提高了对通信波段外的光的利用率。
20、在一种可选的实现方式中，光放大器还包括泵浦光源。泵浦光源与第三增益介质连接。泵浦光源用于提供第二泵浦光。第三增益介质，用于将第二泵浦光和第四泵浦光合波，从而得到目标泵浦光，并根据目标泵浦光放大第四光信号。
21、在本技术实施例中，第三增益介质能够通过第二泵浦光来匹配第三增益介质的最佳泵浦光功率，以补足第三泵浦光的光功率与(第三增益介质的)最佳泵浦光功率之间的差值，提升泵浦效果；或者，第三增益介质能够通过泵浦光源来调整输入第三增益介质的泵浦光总功率，以便匹配不同的增益需求，实现对整个光放大器的增益调整。
22、在一种可选的实现方式中，光放大器还包括第四合分波器和第三增益介质。第一增益介质、第四合分波器、第二增益介质和第三增益介质顺序连接。第四合分波器还与第三增益介质连接。第四合分波器，用于接收目标光，并输出第一泵浦光至第三增益介质，输出第二光信号至第二增益介质。其中，第一泵浦光为目标光中通信波段外的光，第二光信号为目标光中通信波段内的光。第二增益介质，用于放大第二光信号，并输出放大得到的目标光至第三增益介质。第三增益介质，用于根据第一泵浦光，对第二增益介质放大后的目标光进行放大。
23、在本技术实施例中，第三增益介质通过目标光中通信波段外的第一泵浦光实现对第二光信号的放大，进一步提高了对通信波段外的光的利用率。该结构能够降低第三增益介质的泵浦光源的光功率需求、降低能耗，或者能够省去第三增益介质的泵浦光源、简化设备结构。
24、在一种可选的实现方式中，光放大器还包括窄带带通滤波器。窄带带通滤波器包含于目标环路。目标环路包括第二合分波器、第一增益介质、第二增益介质和第一合分波器。目标环路用于传输第一增益钳制光。窄带带通滤波器用于控制第一增益钳制光的带宽，从而根据第一增益钳制光在目标环路上产生激光。
25、在本技术实施例中，第一增益钳制光在目标环路中传输。通过窄带带通滤波器来控制第一增益钳制光的带宽，能够使第一增益钳制光在目标环路上产生激光。由于激光(第一增益钳制光)的强度较高，使得通信波段外的第一增益钳制光可以与通信波段内的光信号抢夺泵浦光能量。若光信号的波束数量发生突变(例如由120波突变为10波)，则可以通过第一增益钳制光对泵浦光能量的抢夺，防止增益介质上的光信号能量发生突变，从而防止瞬态过冲。
26、可选的，目标环路还可以包括第三增益介质、第四增益介质等，本技术对此不做限定。
27、在一种可选的实现方式中，光放大器还包括第五增益介质。第五增益介质与第二合分波器连接。第一光信号为光放大器的输入光信号被放大后得到的光信号。第五增益介质用于接收并放大光放大器的输入信号，从而得到第一光信号，并输出第一光信号至第二合分波器。
28、在本技术实施例中，光放大器的输入光信号被第五增益介质放大后才进入第二合分波器，可以降低第二合分波器对光信号的插损。
29、在一种可选的实现方式中，第一增益介质的非线性代价高于第二增益介质的非线性代价。
30、在本技术实施例中，非线性代价高但增益较大的第一增益介质用来提高增益、减小噪声因子(noise factor，nf)。非线性代价低的第二增益介质用来提高整个光放大器的输出功率。第一增益钳制光还可以在第一增益介质上实现对第一光信号的增益钳制。从而使得光放大器兼具高增益、低nf、非线性代价低等优势。
31、可选的，第一增益介质的非线性代价也可以小于第二增益介质的非线性代价，或者两者非线性代价相同，本技术对此不做限定。
32、在一种可选的实现方式中，第一增益介质包括下述至少一项：半导体放大器soa、平面波导增益介质。
33、在一种可选的实现方式中，第二增益介质包括下述至少一项：掺杂增益光纤、平面波导增益介质。
34、在一种可选的实现方式中，光放大器还包括可调光衰减器(variable opticalattenuator，voa)。该voa位于第一合分波器与第二合分波器之间，用于调整增益钳制光的功率。
35、在本技术实施例中，voa能够实现对第一增益钳制光的功率调整，以匹配第一增益介质上的增益钳制最佳功率点。从而在第一增益钳制光功率尽量大(保证增益钳制效果)的前提下尽量保证光放大器的nf性能(尽可能抑制光放大器输出端的光信噪比下降)。
36、在一种可选的实现方式中，第一增益钳制光为第二增益介质的前向自发放大辐射(amplified spontaneous emission，ase)光或后向ase光。
37、第二方面，本技术实施例提供了一种光放大器。该光放大器包括：第一增益介质、第一合分波器和第二合分波器。其中，第二合分波器、第一增益介质和第一合分波器顺序连接。第二合分波器，用于将第一光信号与第一合分波器输出的第一增益钳制光耦合输出至第一增益介质。其中，第一光信号为光放大器的输入光信号，或者，第一光信号为光放大器的输入光信号被放大后得到的光信号。第一增益介质，用于放大第一光信号，并根据第一增益钳制光对第一光信号进行增益钳制，从而得到目标光。第一合分波器，用于从目标光中分离出第一增益钳制光。
38、在本技术实施例中，第一增益钳制光是从(第一光信号经第一增益介质放大后产生的)目标光中分离出的通信波段外的光。且第一增益介质在放大第一光信号的过程中，通过第一增益钳制光实现对第一光信号的增益钳制。也就是说，第一增益介质将通信过程中本应弃置不用的通信波段外的光用作增益钳制。一方面，对第一光信号进行增益钳制能够提高第一增益介质的饱和输出功率，降低第一增益介质的非线性代价，从而提升整个光放大器的性能。另一方面，将通信过程中本应弃置不用的通信波段外的光利用起来，可以提升整个光放大器对光的利用率，减少外加光源(即第一增益钳制光的光源)的需求。
39、在一种可选的实现方式中，第一光信号为光放大器的输入光信号。光放大器还包括输入端口。第二合分波器与输入端口连接。输入端口用于接收光放大器的输入光信号，并输出该输入光信号至第二合分波器。
40、在一种可选的实现方式中，第一光信号为光放大器的输入光信号被放大后得到的光信号。光放大器还包括第五增益介质。第五增益介质与第二合分波器连接。第五增益介质用于接收并放大光放大器的输入光信号，从而得到第一光信号，并输出第一光信号至第二合分波器。
41、在本技术实施例中，光放大器的输入光信号被第五增益介质放大后才进入第二合分波器，可以降低第二合分波器对光信号的插损。
42、在一种可选的实现方式中，光放大器还包括窄带带通滤波器。窄带带通滤波器包含于目标环路。目标环路包括第二合分波器、第一增益介质和第一合分波器。目标环路用于传输第一增益钳制光。窄带带通滤波器用于控制第一增益钳制光的带宽，从而根据第一增益钳制光在目标环路上产生激光。
43、在本技术实施例中，第一增益钳制光在目标环路中传输。通过窄带带通滤波器来控制第一增益钳制光的带宽，能够使第一增益钳制光在目标环路上产生激光。由于激光(第一增益钳制光)的强度较高，使得通信波段外的第一增益钳制光可以与通信波段内的光信号抢夺泵浦光能量。若光信号的波束数量发生突变，则可以通过第一增益钳制光对泵浦光能量的抢夺，防止增益介质上的光信号能量发生突变，从而防止瞬态过冲。
44、第三方面，本技术实施例提供了一种光通信设备。该光通信设备包括第一方面或第二方面所述的光放大器。
45、第四方面，本技术实施例提供了一种光通信系统。该光通信系统包括第一方面或第二方面所述的光放大器。
1.一种光放大器，其特征在于，包括：第一增益介质、第二增益介质、第一合分波器和第二合分波器，所述第二合分波器与所述第一增益介质连接；
2.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，所述第一增益介质与所述第二增益介质连接；
3.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，所述光放大器还包括所述目标增益介质，所述目标增益介质包括第三增益介质，所述第一增益介质、第三增益介质和所述第二增益介质顺序连接；
4.根据权利要求3所述的光放大器，其特征在于，所述光放大器还包括泵浦光源，所述泵浦光源与所述第三增益介质连接；
5.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，所述光放大器还包括所述目标增益介质，所述目标增益介质包括第四增益介质，所述第一增益介质、所述第四增益介质和所述第二增益介质顺序连接；
6.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，所述光放大器还包括第三合分波器和所述目标增益介质，所述目标增益介质包括第四增益介质，所述第一增益介质、所述第三合分波器、所述第四增益介质和所述第二增益介质顺序连接，所述第三合分波器还与所述第一合分波器连接；
7.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，所述光放大器还包括所述目标增益介质，所述目标增益介质包括第三增益介质和第四增益介质，所述第一增益介质、所述第四增益介质、所述第三增益介质和所述第二增益介质顺序连接；
8.根据权利要求7所述的光放大器，其特征在于，所述光放大器还包括泵浦光源，所述泵浦光源与所述第三增益介质连接；
9.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，所述光放大器还包括第三合分波器和所述目标增益介质，所述目标增益介质包括第三增益介质和第四增益介质，所述第一增益介质、所述第三合分波器、所述第四增益介质、所述第三增益介质和所述第二增益介质顺序连接，所述第三合分波器还与所述第一合分波器连接；
10.根据权利要求9所述的光放大器，其特征在于，所述光放大器还包括泵浦光源，所述泵浦光源与所述第三增益介质连接；
11.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，所述光放大器还包括第四合分波器和第三增益介质，所述第一增益介质、所述第四合分波器、所述第二增益介质和所述第三增益介质顺序连接，所述第四合分波器还与所述第三增益介质连接；
12.根据权利要求1至11中任一项所述的光放大器，其特征在于，所述光放大器还包括窄带带通滤波器；
13.根据权利要求1至12中任一项所述的光放大器，其特征在于，所述光放大器还包括第五增益介质，所述第五增益介质与所述第二合分波器连接，所述第一光信号为所述光放大器的输入光信号被放大后得到的光信号；
14.根据权利要求1至13中任一项所述的光放大器，其特征在于，所述第一增益介质的非线性代价高于所述第二增益介质的非线性代价。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的光放大器，其特征在于，所述光放大器还包括可调光衰减器voa，所述voa位于所述第一合分波器与所述第二合分波器之间；
16.一种光放大器，其特征在于，包括：第一增益介质、第一合分波器和第二合分波器，所述第二合分波器、所述第一增益介质和所述第一合分波器顺序连接；
17.根据权利要求16所述的光放大器，其特征在于，所述第一光信号为所述输入光信号，所述光放大器还包括输入端口，所述第二合分波器与所述输入端口连接；
18.根据权利要求16所述的光放大器，其特征在于，所述第一光信号为所述光放大器的输入光信号被放大后得到的光信号，所述光放大器还包括第二增益介质，所述第二增益介质与所述第二合分波器连接；
19.根据权利要求16至18中任一项所述的光放大器，其特征在于，所述光放大器还包括窄带带通滤波器；
20.一种光通信设备，其特征在于，包括权利要求1至15或16至19中任一项所述的光放大器。
21.一种光通信系统，其特征在于，包括权利要求1至15或16至19中任一项所述的光放大器。
