一种阵列式的光放大装置

技术领域

本申请实施例涉及光通信领域，尤其涉及一种阵列式的光放大装置。

背景技术

波分复用(wavelength division multiplexing，WDM)是利用多个激光器在单条光纤上同时发送多束不同波长激光的技术。为了弥补链路损耗，WDM系统中需要对每路光信号进行光放大。

当前将多个光放大器封装在一个模块或壳体里面，以对每路光信号进行光放大。

但是只是多个光放大器件堆叠在同一个壳体内，其体积和成本仍然难以大幅降低。

发明内容

本申请实施例提供了一种阵列式的光放大装置，用于解决光放大器堆叠体积和成本高的问题，节约了体积和成本。

本申请实施例第一方面提供了一种阵列式的光放大装置，包括第一光纤阵列、第一透镜阵列、合波单元、增益介质、第二透镜阵列、第二光纤阵列；第一光纤阵列，用于输入多路第一光信号；第一透镜阵列用于对第一光纤阵列输出的多路第一光信号进行准直；合波单元，用于将准直后的多路第一光信号和多路泵浦光进行合波，以耦合成多路第二光信号，每路第二光信号由一路第一光信号和一路泵浦光合波而成；增益介质包括掺杂稀土元素的多路掺杂光纤、第三透镜阵列和第四透镜阵列，用于对多路第二光信号中的第一光信号提供增益，第三透镜阵列用于将多路第二光信号耦合进多路掺杂光纤，第四透镜阵列用于对多路掺杂光纤输出的多路第二光信号进行准直；第二透镜阵列用于将增益后的多路第一光信号耦合到第二光纤阵列输出。

上述第一方面中，第一透镜阵列将第一光纤阵列输入的多路第一光信号的光斑放大并输入到自由空间中，合波单元可以将自由空间中的多路第一光信号和多路泵浦光中的每路第一光信号和每路泵浦光进行合波，重叠成多路第二光信号，第三透镜阵列可以将大光斑的多路第二光信号调整为小光斑，以便可以耦合到小孔径的多路掺杂光纤中，多路掺杂光纤对多路第二光信号中的第一光信号提供增益，第四透镜阵列对多路掺杂光纤输出的多路第二光信号的光斑大小放大，以便在自由空间中长距传输，第二透镜阵列可以调整自由空间中的得到增益的多路第一光信号的光斑大小，并将该得到增益的多路第一光信号耦合进第二光纤阵列中，以使得该得到增益的多路第一光信号可以在第二光纤阵列中传输并输出。本申请实施例提供了一种将在自由空间的多路第一光信号和多路泵浦光耦合到掺杂光纤的方式，实现自由空间形式的多路集成，无需多个放大装置堆叠，节省了体积和成本。

在一种可能的实施方式中，第三透镜阵列和第四透镜阵列的焦距小于第一透镜阵列和第二透镜阵列的焦距。

上述可能的实施方式中，由于第一光纤阵列输出的第一光信号的光斑大小较小，因此使用第一透镜阵列对第一光纤阵列输出的第一光信号的光斑大小放大，以便在自由空间中传输足够长距离而不至于迅速发散，并通过第三透镜阵列对经过合波单元的第一光信号的光斑大小进行缩小以耦合进掺杂光纤。由于掺杂光纤的模场大小小于第一光纤阵列的模场大小，因此第三透镜阵列的焦距小于第一透镜阵列的焦距，则经过第三透镜阵列变换后的第一光信号的光斑大小小于第一光纤阵列输出的第一光信号的光斑大小，可以减少光信号进入掺杂光纤的损耗。相应的，第四透镜阵列对掺杂光纤输出的第二光信号中的第一光信号的光斑放大以便在自由空间中传输，第二透镜阵列对自由空间中第四透镜阵列输出的第一光信号的光斑大小缩小以耦合进第二光纤阵列。由于第二光纤阵列的模场大小大于掺杂光纤的模场大小，因此第二透镜阵列的焦距大于第四透镜阵列的焦距，则经过第二透镜阵列变换后的第一光信号的光斑大小大于掺杂光纤阵列输出的第一光信号的光斑大小，可以减少光信号进入第二光纤阵列的损耗。

在一种可能的实施方式中，第三透镜阵列的材料对第一光信号和多路泵浦光均为高透过率。

上述可能的实施方式中，第三透镜阵列可以同时透过第一光信号和泵浦光，为避免第一光信号的增益或信噪比受到影响，第三透镜阵列需要同时对第一光信号和泵浦光为高透过率，减少第一光信号和泵浦光的损耗，提高第一光信号的增益效果。

在一种可能的实施方式中，第三透镜阵列的透镜单元为双凸透镜，第三透镜阵列的前通光面和后通光面均为圆锥系数在-5到0范围内的非球面。

上述可能的实施方式中，第三透镜阵列的材料为较低折射率材料。为了将经过合波单元的第一光信号的光斑大小缩小到与掺杂光纤的模场大小相当，以便可以高效率地耦合进掺杂光纤，第三透镜阵列的焦距需要足够小。如果第三透镜阵列采用通常的平凸透镜，则其凸面的曲率半径由于小于其通光孔径的半径而难以生产加工，因此需要采用双凸透镜降低通光面的曲率以实现可制造性。由于第三透镜阵列的前后通光面的曲率仍然较大，且双凸球透镜的球差相比平凸球透镜更大，因此其前后通光面需具有一定的圆锥系数以补偿球面的像差，有利于提高耦合效率。

在一种可能的实施方式中，第三透镜阵列前表面的通光孔径大于后表面的通光孔径。

上述可能的实施方式中，第三透镜阵列的前表面对第一光信号的光斑大小具有缩小的效果，因此后表面可以在不对第一光信号的光斑产生截光的前提下采用较前表面更小的通光孔径，有利于实现更小的曲率半径(曲率半径需大于通光孔径的半径才具有可制造性)从而实现更小的焦距，足够将第一光信号的光斑大小缩小到与掺杂光纤的模场大小相当。

在一种可能的实施方式中，多路掺杂光纤的两端为阵列形式，中间部分为带状或束状形式。

上述可能的实施方式中，自由空间中的多路光信号按照与第一光纤阵列排列方向排列传输，多路掺杂光纤的两端为与自由空间中的多路光信号排列方向对应的阵列形式，方便光信号的传输，多路掺杂光纤中间部分设置为带状或束状形式可以减小空间体积。

在一种可能的实施方式中，多路掺杂光纤的两端端面具有大于8度角的斜面。

上述可能的实施方式中，多路掺杂光纤的两端端面具有大于8度角的斜面，以降低端面反射，避免光信号在掺杂光纤中形成振荡自激，影响光放大的性能。

在一种可能的实施方式中，还包括第一隔离单元，第一隔离单元设置于第一透镜阵列和合波单元之间，多路第一光信号在第一隔离单元中呈一字型排列，排列方向与光信号在第一隔离单元的折射平面垂直，第一隔离单元用于抑制反向传输的光。

上述可能的实施方式中，第一隔离单元可以限制第一透镜阵列与合波单元之间光的传输方向，第一透镜阵列输出的多路第一光信号可以在第一隔离单元中折射，并耦合进后续的光路，自由空间中的多路第一光信号的排列方向为一字型排列，该排列方向与光信号在第一隔离单元的折射平面垂直，即每路光信号在第一隔离单元中发生偏折时，光信号只会在与多路第一光信号排列方向垂直的平面上传输，不会耦合到其他路光信号的传输路径上。

在一种可能的实施方式中，多路掺杂光纤阵列的其中的两路光纤，用于辅助光路耦合及耦合损耗测试。

上述可能的实施方式中，多路掺杂光纤阵列的光纤数可以多于第一光纤阵列的光纤数，其中，额外的两路掺杂光纤可以设置在多路掺杂光纤阵列的两端，本申请实施例可以对该额外的两路掺杂光纤分别进行光路耦合及耦合损耗测试，并调整耦合损耗，当耦合损耗达到最低时，额外的两路掺杂光纤之间的掺杂光纤相应的耦合损耗也达到最低，可以提高多路掺杂光纤的耦合效率。

在一种可能的实施方式中，阵列式的光放大装置还包括多通道阵列和第五透镜阵列；多通道阵列用于输入多路泵浦光；第五透镜阵列用于对多通道阵列输出的多路泵浦光进行准直。

上述可能的实施方式中，多通道阵列可以接收其他设备输入的多路泵浦光，并通过第五透镜阵列将多路泵浦光在多通道阵列中的光斑大小进行准直，以便每路泵浦光可以在自由空间中可以按照相应的光路传输。

在一种可能的实施方式中，阵列式的光放大装置还包括M×N的分支器，其中，M为大于等于1的整数，N为大于等于M的整数；M×N的分支器用于将M路的泵浦光分成N路后输入到多通道阵列。

上述可能的实施方式中，可以将任意多路的泵浦光分成所需光路数量的泵浦光，方便对多路光信号的泵浦需求。

在一种可能的实施方式中，阵列式的光放大装置还包括第二隔离单元，第二隔离单元设置于增益介质和第二光纤阵列之间，第二隔离单元用于抑制反向传输的光。

上述可能的实施方式中，第二隔离单元可以抑制反向传输的光，以增加整个光放大装置中光路的隔离度，提高光放大的性能。

在一种可能的实施方式中，合波单元还包括第一分光单元，第一分光单元用于从多路第一光信号分离出部分光信号用于输入光信号功率监测。

上述可能的实施方式中，第一分光单元可以对分离的部分光信号进行功率监测，以便根据第一光信号的输入功率相应调节泵浦光的输入光率，实现光信号在掺杂光纤中的增益稳定。

在一种可能的实施方式中，阵列式的光放大装置还包括第二分光单元，第二分光单元用于从得到增益的多路第一光信号中分离出部分光信号用于输出光信号功率监测。

上述可能的实施方式中，第二分光单元可以根据得到增益的多路第一光信号确定增益效果是否达到预想值，并相应调整泵浦光的输入功率，实现光信号在掺杂光纤中的增益稳定。

在一种可能的实施方式中，阵列式的光放大装置还包括光交叉光路，光交叉光路用于将增益介质输出的多路第二光信号切换到任意光路输出。

上述可能的实施方式中，对于光交叉光路，其输入输出端口通常可以是光纤准直器阵列或者光纤阵列与透镜阵列构成的光纤阵列单元，可以很方便地将其替换成本申请的阵列式的光放大装置，既可以为光放大装置实现光路选择，也可以减少光交叉光路的光路切换损耗。

在一种可能的实施方式中，阵列式的光放大装置还包括光交叉光路，光交叉光路用于将第一光纤阵列输出的多路第一光信号切换到任意光路输出。

上述可能的实施方式中，对于光交叉光路，其输入输出端口通常可以是光纤准直器阵列或者光纤阵列与透镜阵列构成的光纤阵列单元，可以很方便地将其替换成本申请的阵列式的光放大装置，既可以为光放大装置实现光路选择，也可以减少光交叉光路的光路切换损耗。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种PON的网络结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种阵列式的光放大装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种阵列式的光放大装置的结构示意图；

图4(A)为本申请实施例提供的一种光信号在第一隔离单元中从左往右传播时的光路走向示意图；

图4(B)为本申请实施例提供的一种光信号在第一隔离单元中从右往左传播时的光路走向示意图；

图4(C)为本申请实施例提供的一种多路光信号在第一隔离单元的排列方向示意图；

图5(A)为本申请实施例提供的另一种光信号在第一隔离单元中从左往右传播时的光路走向示意图；

图5(B)为本申请实施例提供的另一种光信号在第一隔离单元中从右往左传播时的光路走向示意图；

图5(C)为本申请实施例提供的另一种多路光信号在第一隔离单元的排列方向示意图；

图6为本申请实施例提供的另一种阵列式的光放大装置的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的另一种阵列式的光放大装置的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的另一种阵列式的光放大装置的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的另一种阵列式的光放大装置的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的一种合波单元的结构示意图；

图11为本申请实施例提供的另一种阵列式的光放大装置的结构示意图；

图12为本申请实施例提供的一种第二分光单元的结构示意图；

图13为本申请实施例提供的另一种阵列式的光放大装置的结构示意图；

图14为本申请实施例提供的一种光交叉光路的结构示意图；

图15为本申请实施例提供的另一种阵列式的光放大装置的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种阵列式的光放大装置，用于解决光放大器堆叠体积和成本高的问题，节约了体积和成本。

下面结合附图，对本申请的实施例进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员可知，随着技术的发展和新场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

本申请实施例中“前”和“后”是以整个光信号放大过程从左到右的方向为基准，光放大装置输入信号的端口为左，输出信号的端口为右。

另外，为了更好的说明本申请，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。

本申请主要可以应用于无源光网络(passive optical network，PON)中。无源光网络是指在光线路终端(optical line terminal，OLT)和光网络单元(optical networkunit，ONU)之间是光纤分布网络(optical distribution network，ODN)，没有任何有源电子设备。

图1为一种PON的网络结构示意图。OLT用来为光接入网(optical accessnetwork，OAN)提供网络侧接口，OLT连接上层的网络侧设备(如交换机、路由器等)，下层连接一个或者多个ODN。ONU为OAN提供用户侧接口，同时与ODN相连。ODN包括用于光功率分配的无源光分光器、连接在无源光分光器和OLT之间的主干光纤，以及连接在无源光分光器和ONU之间的分支光纤。下行传输数据时，ODN将OLT下行的数据通过分光器传输到各个ONU。同样的，上行传输数据时，ODN将ONU的上行数据汇聚后传输到OLT。

本申请实施例的技术方案可以应用于各种PON系统之间的兼容。例如，PON系统包括：下一代PON(next-generation PON，NG-PON)、NG-PON1、NG-PON2、千兆比特PON(gigabit-capable PON，GPON)、10吉比特每秒PON(10gigabit per second PON，XG-PON)、对称10吉比特无源光网络(10-gigabit-capable symmetric passive optical network，XGS-PON)、以太网PON(Ethernet PON，EPON)、10吉比特每秒EPON(10gigabit per second EPON，10G-EPON)、下一代EPON(next-generation EPON，NG-EPON)、波分复用(wavelength-divisionmultiplexing，WDM)PON、时分波分堆叠复用(time-and wavelength-divisionmultiplexing，TWDM)PON、点对点(point-to-point，P2P)WDM PON(P2P-WDM PON)、异步传输模式PON(asynchronous transfer mode PON，APON)、宽带PON(broadband PON，BPON)，等等，以及25吉比特每秒PON(25gigabit per second PON，25G-PON)、50吉比特每秒PON(50gigabit per second PON，50G-PON)、100吉比特每秒PON(100gigabit per secondPON，100G-PON)、25吉比特每秒EPON(25gigabit per second EPON，25G-EPON)、50吉比特每秒EPON(50gigabit per second EPON，50G-EPON)、100吉比特每秒EPON(100gigabit persecond EPON，100G-EPON)，以及其他速率的GPON、EPON等。

在PON中，一直存在光功率损耗比较严重的问题，当前靠使用较为昂贵的功率等级更高的光模块来解决。然而，随着后续PON速率的进一步提升，引入光放大装置将是一个选择。

波分复用(wavelength division multiplexing，WDM)是利用多个激光器在单条光纤上同时发送多束不同波长激光的技术。为了弥补链路损耗，WDM系统中需要对每路光信号进行光放大。现有技术中将多个光放大器的元器件封装在一个模块或壳体里面，以对每路光信号进行光放大。但是只是多个光放大器件堆叠在同一个壳体内，其体积和成本仍然难以大幅降低。

为解决上述问题，本申请实施例提供了一种阵列式的光放大装置，该光放大装置如下所述。

请参阅图2，如图2所示为本申请实施例提供的一种阵列式的光放大装置的结构示意图，该阵列式的光放大装置包括：第一光纤阵列201、第一透镜阵列202、合波单元203、增益介质204、第二透镜阵列205、第二光纤阵列206；第一光纤阵列201用于输入多路第一光信号；第一透镜阵列202用于对第一光纤阵列输出的多路第一光信号进行准直后输出到自由空间中；合波单元203用于将自由空间中准直后的多路第一光信号和自由空间的多路泵浦光进行合波，以耦合成多路第二光信号，每路第二光信号由一路第一光信号和一路泵浦光合波而成；增益介质204包括掺杂稀土元素的多路掺杂光纤2041、第三透镜阵列2042和第四透镜阵列2043，用于对多路第二光信号中的第一光信号提供增益，第三透镜阵列2042用于将多路第二光信号耦合进多路掺杂光纤，第四透镜阵列2043用于对多路掺杂光纤输出的多路第二光信号进行准直，输出到自由空间；第二透镜阵列205用于将增益后的多路第一光信号从自由空间耦合到第二光纤阵列206输出。

具体的，第一光纤阵列201可以同时接收外界传输的多路第一光信号，并将该多路第一光信号输入到第一透镜阵列202中，第一光纤阵列201输出的多路第一光信号的光斑大小较小，第一透镜阵列202可以将该多路第一光信号的光斑放大，以便在自由空间中传输足够长距离而不至于迅速发散。其中，第一光纤阵列201和第一透镜阵列202也可以由一个准直单元代替，本申请实施例对此不作限定。需要说明的是，为了使多路第一光信号中的每路第一光信号都获得增益，该多路泵浦光需要与多路第一光信号中的每路光信号在增益介质204中重叠。也就是说，每路泵浦光的光束与每路光信号的光束在增益介质204中都有交会，具体的，本申请实施例可以通过合波单元203同时对多路泵浦光和多路第一光信号进行合波。本申请实施例中，透镜阵列中每个透镜的结构可以是前平面后曲面的形态，还可以是前曲面后平面的形态，或者两面都为曲面的形态，本申请实施例中的图以前平面后曲面的形态为例。

示例性的，合波单元203接收到自由空间中的多路第一光信号和多路泵浦光之后，可以通过透射及反射的原理将每路泵浦光的光束与每路光信号的光束合并，生成多路第二光信号，合波单元203的通光面积足够容纳多路光信号。例如，合波单元203可以是将第一光信号透射，将泵浦光反射到第一光信号的传输方向，也可以是将泵浦光透射，并将第一光信号反射到泵浦光的传输方向，本申请对此不作限定。

合波单元203输出的多路第二光信号在进入增益介质204后，每路泵浦光可以激发增益介质204的粒子数反转，从而为每路第一光信号提供增益。具体的，增益介质204可以包括掺杂稀土元素的多路掺杂光纤2041、第三透镜阵列2042和第四透镜阵列2043，该掺杂光纤2041包括但不限于掺铒光纤，第三透镜阵列2042与第一透镜阵列202不同，第一透镜阵列202只需要透过第一光信号，本申请实施例的第三透镜阵列2042通过设置不同的材料，可以同时透过第一光信号和泵浦光，提供了一种将在自由空间的多路第一光信号和多路泵浦光耦合到掺杂光纤的方式，实现自由空间形式的多路集成。在一个可能的实施方式中，第一透镜阵列202只能透过多路第一光信号，第三透镜阵列2042与第一透镜阵列202不同，第三透镜阵列2042的材料对第一光信号和多路泵浦光均为高透过率，该高透过率根据可接受的光放大器性能决定，一些典型的取值如90％、95％、85％等等，具体可以是第三透镜阵列中的透镜单元以及透镜单元上的膜对第一光信号和多路泵浦光均为高透过率，可以减少泵浦光损耗，提高第一光信号的增益效果。即第三透镜阵列2042可以同时透射多路第二光信号中的多路第一光信号和多路泵浦光，并控制多路第一光信号和多路泵浦光的光斑大小，第三透镜阵列2042输出的第二光信号的光斑大小小于第一光纤阵列201输出的第一光信号的光斑大小，以使得第二光信号可以耦合进多路掺杂光纤，并使得第一光信号可以在掺杂光纤中得到增益。第四透镜阵列2043可以将经过多路掺杂光纤的多路第二光信号的光束进行准直，即将多路第二光信号的光斑放大，以便多路第二光信号中的每路第二光信号可以在自由空间中传播得更远。

在一个可能的实施方式中，第三透镜阵列2042和第四透镜阵列2043的焦距小于第一透镜阵列202和第二透镜阵列205的焦距。具体的，由于第一光纤阵列201输出的第一光信号的光斑大小较小，但掺杂光纤2041孔径更小，第一光纤阵列201输出的第一光信号在输入掺杂光纤2041时会造成光信号损耗，而大光斑可以在自由空间中传播得更远，则可以使用第一透镜阵列202对第一光纤阵列201输出的第一光信号的光斑大小放大，以便在自由空间中传输足够长距离而不至于迅速发散，并通过第三透镜阵列2042对合波单元203输出的第一光信号的光斑大小进行缩小以耦合进掺杂光纤。由于掺杂光纤的模场大小小于第一光纤阵列的模场大小，因此第三透镜阵列2042的焦距小于第一透镜阵列202的焦距，则经过第三透镜阵列2042变换后的第一光信号的光斑大小小于第一光纤阵列201输出的第一光信号的光斑大小，可以减少光信号进入掺杂光纤2041的损耗。相应的，输入第二光纤阵列206的第一光信号的光斑大小大于掺杂光纤2041输出的第二光信号的光斑大小，第四透镜阵列2043对掺杂光纤2041输出的第二光信号中的第一光信号的光斑放大以便在自由空间中传输，第二透镜阵列205对自由空间中第四透镜阵列2043输出的第一光信号的光斑大小缩小以耦合进第二光纤阵列。由于第二光纤阵列的模场大小大于掺杂光纤的模场大小，因此第二透镜阵列205的焦距大于第四透镜阵列2043的焦距。在一个可能的实施方式中，第三透镜阵列2042的透镜单元为双凸透镜，第三透镜阵列2042的前通光面和后通光面均为圆锥系数在-5到0范围内的非球面。具体的，第三透镜阵列2042的材料为较低折射率材料，例如可以是折射率小于2的材料。为了将经过合波单元203的第一光信号的光斑大小缩小到与掺杂光纤的模场大小相当，以便可以高效率地耦合进掺杂光纤，第三透镜阵列2042的焦距需要足够小。如果第三透镜阵列2042采用通常的平凸透镜，则其凸面的曲率半径由于小于其通光孔径的半径而难以生产加工，因此需要采用双凸透镜降低通光面的曲率以实现可制造性。由于第三透镜阵列2042的前后通光面的曲率仍然较大，且双凸球透镜的球差相比平凸球透镜更大，因此其前后通光面需具有一定的圆锥系数以补偿球面的像差，有利于提高耦合效率。

在一个可能的实施方式中，第三透镜阵列2042的前表面的通光孔径大于第三透镜阵列2042的后表面的通光孔径。具体的，第三透镜阵列2042的前表面对第一光信号的光斑大小具有缩小的效果，因此后表面可以在不对第一光信号的光斑产生截光的前提下采用较前表面更小的通光孔径，有利于实现更小的曲率半径(曲率半径需大于通光孔径的半径才具有可制造性)从而实现更小的焦距，足够将第一光信号的光斑大小缩小到与掺杂光纤的模场大小相当。

在一个可能的实施方式中，多路掺杂光纤2041的两端为阵列形式，中间部分为带状或束状形式，自由空间中的多路光信号按照与第一光纤阵列排列方向排列传输，多路掺杂光纤的两端为与自由空间中的多路光信号排列方向对应的阵列形式，方便光信号的传输，多路掺杂光纤2041中间部分设置为带状或束状形式可以减小空间体积。

在一个可能的实施方式中，多路掺杂光纤2041的两端端面具有大于8度角的斜面，以降低端面反射，避免光信号在掺杂光纤中形成振荡自激，影响光放大的性能。

在一个可能的实施方式中，多路掺杂光纤2041阵列的其中的两路光纤，用于辅助光路耦合及耦合损耗测试。具体的，多路掺杂光纤2041阵列的光纤数可以多于第一光纤阵列201的光纤数，其中，额外的两路掺杂光纤2041可以设置在多路掺杂光纤2041阵列的两端，本申请实施例可以对该额外的两路掺杂光纤2041分别进行光路耦合及耦合损耗测试，并调整耦合损耗，当耦合损耗达到最低时，额外的两路掺杂光纤2041之间的掺杂光纤2041相应的耦合损耗也达到最低，可以提高多路掺杂光纤2041的耦合效率。

增益介质204输出多路第二光信号到自由空间后，第二透镜阵列205可以调整自由空间中的得到增益的多路第一光信号的光斑大小，并将该得到增益的多路第一光信号耦合进第二光纤阵列206中，以使得该得到增益的多路第一光信号可以在第二光纤阵列206中传输并输出。其中，第二光纤阵列206和第二透镜阵列205也可以由一个准直单元代替，本申请实施例对此不作限定。

请参阅图3，如图3所示为本申请提供的另一种阵列式的光放大装置的结构示意图，本申请实施例的阵列式的光放大装置还可以包括第一隔离单元207，第一隔离单元设置于第一透镜阵列202和合波单元203之间，多路第一光信号在第一隔离单元207中呈一字型排列，排列方向与光信号在第一隔离单元207的折射平面垂直，第一隔离单元207用于抑制反向传输的光。具体的，该第一隔离单元207可以限制第一透镜阵列202与合波单元203之间光的传输方向，第一透镜阵列202输出的多路第一光信号可以在第一隔离单元207中折射，并耦合进后续的光路，即第一隔离单元207只允许第一透镜阵列202向合波单元203输出多路第一光信号(以图3中为例，第一隔离单元207只允许从左到右的光信号传播，而从右到左的光信号则会有很大的损耗)。第一隔离单元207的通光面积足够容纳多路光信号的多个光斑，因此一个隔离功能单元即可对多路光信号起到隔离作用。并且，自由空间中的多路第一光信号的排列方向为一字型排列，该排列方向与光信号在第一隔离单元207的折射平面垂直，即每路光信号在第一隔离单元207中发生折射时，折射的光信号只会在与多路第一光信号排列方向垂直的平面上传输，不会耦合到其他路光信号的传输路径上。

第一隔离单元207可以为图4(A)所示的结构，包含双折射晶体301A-1和301A-2、法拉第旋光片302A、以及半波片303A，其中双折射晶体301A-1和301A-2的光轴取向相同，法拉第旋光片302A对正向入射或反向入射光信号的偏振态均往同一方向旋转角度θ为45°，半波片303A对正向入射光信号和反向入射光信号的偏振态均可旋转45°但旋转方向相反。如图4(A)所示为光信号在第一隔离单元中从左往右传播时的光路走向：当双折射晶体301A-1的光轴取合适的方向时，输入光信号304A通过该晶体后由于双折射效应分离成偏振态相互垂直的两束光，其中偏振态与晶体光轴垂直的304A-1称为寻常光，另一偏振态的光304A-2称为非寻常光。两束光经过法拉第旋光片302A后偏振态均往某一方向(顺着光路看顺时针或逆时针，此处以顺时针为例)旋转45°，半波片303A则对这两束光的偏振方向再次往顺时针方向旋转45°。在入射到双折射晶体301A-2时，两束光的偏振态均发生了90°的旋转，光束304A-1变成了非寻常，在双折射晶体301A-2中遵循非寻常光的传播规律，而光束304A-2变成了寻常光，在双折射晶体301A-2中遵循寻常光的传播规律。因此，通过双折射晶体301A-2后，两束光再次合为一束光305A，可以正常地耦合进后续光路。如图4(B)所示为光信号在第一隔离单元中从右往左，即反方向传播时的光路走向：光信号306A通过晶体301A-2后分离成寻常光306A-1和非寻常光306A-2。两束光经过半波片303A后偏振方向均往逆时针方向旋转45°，经过法拉第旋光片302A后偏振态均往顺时针方向旋转45°。在入射到双折射晶体301A-1时，两束光的偏振态均未发生变化，因此在双折射晶体301A-1中仍然分别遵循其在晶体301A-2中的传播规律。因此，通过双折射晶体301A-1后，两束光均偏离正向传输光304A的方向，即无法正常耦合进后续光路，达到对反向传输光信号隔离的目的。在实现多路光隔离功能时，多路光信号的光路可以在图4(A)的平面内并行排列，也可以在垂直图4(A)的方向上并行排列，如图4(C)所示。特别地，图4(C)所示的排列方式，可以有效避免并行多个光路中某一光路的反向隔离光信号306A-1和306A-2耦合进并行排列的其他光路，进而提高第一隔离单元的隔离度。

隔离单元还可以为5(A)所示的结构，包含双折射楔形晶体301B-1和301B-2、法拉第旋光片302B。双折射晶体301B-1和301B-2的楔角相同，两者的光轴均位于垂直于入射光303B的平面内且存在45°的夹角。法拉第旋光片302B对正向入射或反向入射光信号的偏振态均往同一方向旋转45°。如图5(A)所示为从左往右传播的光信号303B在第一隔离单元中的光路走向：输入光信号303B通过晶体301B-1后由于双折射效应分离成偏振方向相互垂直并且折射率不同的两束光，即偏振方向与晶体301B-1光轴垂直的寻常光304B-1以及偏振方向与晶体301B-1光轴平行的非寻常光304B-2。两束光经过法拉第旋光片302B后偏振态均往某一方向(顺着光路看顺时针或逆时针，此处以顺时针为例)旋转45°。由于双折射晶体301B-2的光轴方向与双折射晶体301B-1的光轴方向正好相差45°，因此304B-1在晶体301B-2中的偏振方向仍然垂直于光轴，其仍然按照寻常光的传播规律传播；304B-2在晶体301B-2中的偏振方向仍然平行于光轴，其仍然按照非寻常光的传播规律传播。因此，光束304B-1和304B-2由第一隔离单元出射后相当于分别经过了折射率不同的平行玻璃平板，两者传播方向与入射光303B相同，可以正常耦合进多路光放大装置的后续光路。两束光在垂直传播的方向上存在很小的位置偏移，但是对其耦合进后续光路的耦合效率影响很小。如图5(B)所示为光信号在第一隔离单元中从右往左，即反方向传播时的光路走向：光信号305B通过晶体301B-2后分离成非寻常光306B-1和寻常光306B-2。两束光经过法拉第旋光片302B后偏振态均往顺时针方向旋转45°。因此在入射到双折射晶体301B-1时，306B-1的偏振方向将变成垂直光轴方向，将按照寻常光的传播规律继续传播，而306B-2的偏振方向变成平行光轴方向，将按照非寻常光的传播规律传播。因此，通过双折射晶体301B-1后，两束光的传播方向相互偏离更大的角度。由于两束光与正向传输光303B的方向都偏离了一定的夹角，从而无法正常耦合进后续光路，达到对反向传输光信号隔离的目的。在实现多路光隔离功能时，多路光信号的光路可以在图5(A)的平面内并行排列，也可以在垂直图5(A)的方向上并行排列，如图5(C)所示。特别地，图5(C)所示的排列方式，可以有效避免并行多个光路中某一光路的反向隔离光信号306B-1和306B-2耦合进并行排列的其他光路，进而提高第一隔离单元的隔离度。

请参阅图6，如图6所示为本申请提供的另一种阵列式的光放大装置的结构示意图，本申请实施例的阵列式的光放大装置还包括多通道阵列208和第五透镜阵列209，其中，多通道阵列208用于输入多路泵浦光；第五透镜阵列209用于对多通道阵列输出的多路泵浦光进行准直后输出到自由空间中，得到自由空间的多路泵浦光。具体的，多通道阵列208可以接收其他设备输入的多路泵浦光，并通过第五透镜阵列209将多路泵浦光在多通道阵列中的光斑大小进行准直，以便每路泵浦光可以在自由空间中可以按照相应的光路传输。

请参阅图7，如图7所示为本申请提供的另一种阵列式的光放大装置的结构示意图，本申请实施例的阵列式的光放大装置还包括M×N的分支器210，该分支器210用于将M路的泵浦光分成N路后输入到上述多通道阵列中，其中，M为大于等于1的整数，N为大于等于M的整数，可以将任意数量光路(图7中以2路为例)的泵浦光分成所需光路数量的泵浦光，方便对多路光信号的泵浦需求。

请参阅图8，如图8所示为本申请提供的另一种阵列式的光放大装置的结构示意图，本申请实施例的阵列式的光放大装置还包括第二隔离单元211，第二隔离单元211设置于增益介质204和第二光纤阵列206之间，第二隔离单元211可以抑制反向传输的光，以增加整个光放大装置中光路的隔离度，提高光放大的性能，具体的第二隔离单元211的结构可以参照第一隔离单元207的相关描述，此处不再赘述。

请参阅图9，如图9所示为本申请提供的另一种阵列式的光放大装置的结构示意图，合波单元203还包括第一分光单元2031，第一分光单元2031用于从多路第一光信号分离出部分光信号用于输入光信号功率监测。第一分光单元2031可以对分离的部分光信号进行功率监测，以便根据第一光信号的输入功率相应调节泵浦光的输入光率，实现光信号在掺杂光纤2041中的增益稳定。示例性的，请参阅图10，如图10所示为本申请实施例提供的一种合波单元的结构示意图，以合波单元203包括第一光学玻璃2032以及其后表面的第一光学镀膜层2033为例，第一光学玻璃2032是对待放大光信号具有高透射率的光学玻璃，后表面的第一光学镀膜层2033是对待放大光信号具有高透射率但对泵浦光具有高反射率的光学镀膜层。第一分光单元2031则为光学玻璃2032的前表面增加的光学镀膜层，其可以对待测光信号部分透射部分反射。待测光信号的反射部分可以通过光电探测器检测其光功率从而对输入信号光功率进行监测。

请参阅图11，如图11所示为本申请提供的另一种阵列式的光放大装置的结构示意图，本申请实施例的阵列式的光放大装置还包括第二分光单元212，第二分光单元212用于从得到增益的多路第一光信号中分离出部分光信号用于输出光信号功率监测。第二分光单元212可以对分离的部分光信号进行输出功率监测，以便根据得到增益的多路第一光信号确定增益效果是否达到预想值，并相应调整泵浦光的输入功率，实现光信号在掺杂光纤2041中的增益稳定。

请参阅图12，如图12所示为本申请实施例提供的一种第二分光单元的结构示意图，第二分光单元212包括第二光学玻璃2121以及其前表面的第二光学镀膜层2122。第二光学玻璃2121是对放大后的光信号具有高透射率的光学玻璃，前表面的第二光学镀膜层2122是对放大后的光信号部分透射部分反射的光学镀膜层。放大后光信号的反射部分可以通过光电探测器检测其光功率从而对上述多路放大装置的输出功率进行监测。

请参阅图13，如图13所示为本申请提供的另一种阵列式的光放大装置的结构示意图，本申请实施例的阵列式的光放大装置还包括光交叉光路213，光交叉光路用于将增益介质204输出的多路第二光信号切换到任意光路输出。光交叉光路213位于第二透镜阵列205和第二隔离单元211之间。请参阅图14，如图14所示为本申请实施例提供的一种光交叉光路的结构示意图，该光交叉光路213包括光路分离单元2131、主透镜2132、衍射光栅2133、第一光交换引擎2134、切换透镜2135以及第二光交换引擎2136，其中光路分离单元2131的作用是实现往返光路的路径分离。由第二隔离单元211输入的经过增益的多路第一光信号由光路分离单元2131反射后入射到主透镜2132上，再经主透镜2132反射后打到衍射光栅2133上，衍射光栅2133将经过增益的多路第一光信号不同的波长沿不同的角度在空间上展开，并由主透镜2132将不同的波长反射到第一光交换引擎2134的不同空间位置。因此，第一光交换引擎2134可以独立地对某个波长分量在端口方向上进行角度偏转以达到将其切换到目标输出端口的目的。角度偏转后的光信号返回到光路分离单元2131后，进行光路转换使其入射到切换透镜2135上。切换透镜2135将第一光交换引擎2134引入的角度偏转转换为位置偏移，使光束打到目标端口所在的空间位置。由于从第二隔离单元211的不同端口入射的光信号经过切换透镜2135后，在端口方向上相对目标输出端口存在不同的夹角，因此需要经过第二光交换引擎对该角度进行校准后才能正常地耦合进目标输出端口。对于光交叉光路，其输入输出端口通常可以是光纤准直器阵列或者光纤阵列与透镜阵列构成的光纤阵列单元，可以很方便地将其替换成本申请的阵列式的光放大装置，既可以为光放大装置实现光路选择，也可以减少光交叉光路的光路切换损耗。

请参阅图15，如图15所示为本申请提供的另一种阵列式的光放大装置的结构示意图，上述光交叉光路213还可以是位于第一透镜阵列202和第一隔离单元207之间，将第一光纤阵列201输出的多路第一光信号切换到任意光路输出。

本申请实施例中，光交叉光路213在上述阵列式的光放大装置中除了位于第二透镜阵列205和第二隔离单元211之间，与第一透镜阵列202和第一隔离单元207之间外，还可以位于上述各个实施方式中的阵列式的光放大装置中的任意单元之间，将任意单元之间的光信号切换光路传输，光交叉光路213在上述阵列式的光放大装置中的具体位置本申请对此不作限定。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。