專利名稱：一種基于光纖環(huán)形鏡的增益平坦型高功率光纖放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖放大器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖環(huán)形鏡的增益平坦型高功率光纖放大器。
背景技術(shù)：
考慮到由hternet接入、多條電話線路、電話會議、數(shù)據(jù)和視頻傳輸業(yè)務(wù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量，用戶使用的網(wǎng)絡(luò)帶寬與現(xiàn)有設(shè)計初期網(wǎng)絡(luò)帶寬的估計已經(jīng)大大不同了，運營商們迫切地需要大量的網(wǎng)絡(luò)容量來滿足日益增長的服務(wù)需求。另外還需解決的問題就是怎樣才能在一種物理網(wǎng)絡(luò)上部署和集成多種通信技術(shù)。也就是說在消費者的需要和企業(yè)之間的競爭壓力下，運營商一方面要提供在建設(shè)和運營成本上比較經(jīng)濟(jì)的多種服務(wù)，另一方面還要盡可能的在已經(jīng)埋設(shè)的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上來部署這些業(yè)務(wù)。正是密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)提供了同時滿足這些需求的可行解決方案。DWDM技術(shù)能夠有效的利用光纖的帶寬實現(xiàn)大容量、長距離光纖通信；能在用戶分配系統(tǒng)中增加業(yè)務(wù)數(shù)量；另外由于其傳輸鏈路的“透明化”的特點，能夠同等的為不同傳輸方式提供統(tǒng)一的帶寬管理功能。由于DWDM技術(shù)的使用，使得單根光纖中的功率很高，這樣就需要高功率光纖放大器進(jìn)行中繼放大。DWDM技術(shù)就是把多個光信號搭配起來傳輸，這些光信號編成同一組同時被放大并且通過單一的光纖傳輸，網(wǎng)絡(luò)的帶寬也就大大增加了。而在這樣的DWDM技術(shù)中，要實現(xiàn)多波長和超長距離傳輸，就需要放大器具有寬的增益平坦范圍。傳統(tǒng)光纖放大器的某些性能缺陷——增益譜非均勻性的影響就愈加明顯的暴露出來。由于增益不平坦現(xiàn)象，在多個光纖放大器級聯(lián)時，不同波長信道的增益差異變大，從而導(dǎo)致信道增益小的那些光信道產(chǎn)生很大的誤碼，這樣勢必會影響系統(tǒng)的傳輸距離，因此有必要對光纖放大器的增益譜進(jìn)行平坦。目前，增益平坦的方法主要有光電探測一電路增益監(jiān)控調(diào)節(jié)法(CN101414731A， 用于平坦光放大器增益譜的裝置和方法)；插入損耗譜與增益譜相反的光纖光柵法(Broad-band Erbium-Doped Fiber Amplifier Flattened Beyound 40nm Using Long-Period Grating Filter. Paul F. Wysock，et. al.，IEEE Photo. Tech. Lett.，1997， 9(10) :1343)，光電探測一電路增益監(jiān)控調(diào)節(jié)法由于在光域工作時引入了電路工作，器件在高速工作時會遇到電子瓶頸，且不利于集成；光纖光柵增益平坦方法是靜態(tài)的增益平坦技術(shù)，在線應(yīng)用時會使平坦度降低。隨著光纖接入網(wǎng)的廣泛使用，能夠同時承載更多用戶的高功率光纖放大器由于具有降低單戶接入成本的優(yōu)點而受到重視。因此研究具有平坦增益譜的高功率放大器成為 DffDM技術(shù)的研究主題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種一種基于光纖環(huán)形鏡的增益平坦型高功率光纖放大器，將摻鉺光纖、鉺鐿共摻雙包層光纖與環(huán)形鏡結(jié)合使用，得到具有高輸出功率、平坦增益譜線的光纖放大器。為了實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明設(shè)計的全光增益平坦光纖放大器依次由信號光源1、 第一光隔離器4、波分復(fù)用器6、980nm單模泵浦源2、摻鉺光纖8、第二光隔離器5、泵浦耦合器7、975nm多模泵浦源3、鉺鐿共摻雙包層光纖9、三端口環(huán)形器10和光纖環(huán)形鏡11組成， 信號光源1產(chǎn)生的信號光經(jīng)過第一光隔離器4到達(dá)波分復(fù)用器6，980nm單模泵浦源2輸出的泵浦光直接進(jìn)入波分復(fù)用器6，波分復(fù)用器6將輸入的信號光與泵浦光耦合輸出到摻鉺光纖的纖芯中，在摻鉺光纖8 (EDF)中信號光被進(jìn)行預(yù)放大(調(diào)節(jié)980nm單模泵浦源的抽運功率，使得輸出功率>=30mff)；經(jīng)過摻鉺光纖的信號光再通過第二光隔離器5到達(dá)泵浦耦合器7，975nm多模泵浦源3輸出的光直接進(jìn)入泵浦耦合器7，泵浦耦合器7將輸入的信號光耦合到輸出端的鉺鐿共摻雙包層光纖的纖芯中傳輸，將輸入的泵浦光耦合到輸出端的鉺鐿共摻雙包層光纖的包層中傳輸；信號光在鉺鐿共摻雙包層光纖9得到進(jìn)一步的放大，放大后的信號光通過三端口環(huán)形器10進(jìn)入光纖環(huán)形鏡11，經(jīng)光纖環(huán)形鏡11反射后得到增益譜平坦的放大光，由三端口環(huán)形器10的輸出端輸出。本發(fā)明所用信號光由可調(diào)諧激光器或1550nm單波長連續(xù)激光器提供，如santec 公司TSL-210可調(diào)諧光源(輸出功率為-IOdBm +IOdBm,中心波長1550nm，調(diào)諧范圍 1535nm 1565nm)，迅天宇光電的C波段可調(diào)諧激光器(最大輸出功率IOdBm,中心波長 1550nm,調(diào)諧范圍1530nm 1560nm)或電子工業(yè)41所AV38124 1. 55 μ m單模調(diào)制激光光源(工作波長1550nm，輸出功率0. 25mff 1. 2mff)。980nm單模泵浦源選擇工作波長為980nm，最大輸出單模激光功率大于120mW 的單模泵浦源，如Lumics公司LU0980M150(最大輸出功率150mW)，北京中訊光普科技 LSB-PUMP-980單模泵浦激光器(最大輸出功率850mW)。975nm多模泵浦源選擇最高輸出光功率大于4W的多模泵浦激光器，如深圳明鑫科技975nm光纖激光器MXLS-0975 (最高輸出功率5. 5W)，北京中訊光普LSB-PUMP-975高功率多模泵浦源(最高輸出功率6W)。光隔離器選擇工作波長為1550nm，最大承載光功率大于或等于300mW的偏振無關(guān)型光隔離器即可，如上海瀚宇1550nm偏振無關(guān)光隔離器，ADF公司IS-1550-P光隔離器等。三端口環(huán)形器10選擇工作波長1550nm，最大承載光功率IOOOmW的三端口環(huán)形器， 如上海瀚宇PI0C3-15-P，武漢光迅CIR-3-1550-P等。在三端口環(huán)形器10的輸出端可以采用功率計(積分球)測試輸出信號的光功率并計算增益，也可用前端加了衰減器的光譜分析儀(OSA)檢測放大的信號光。設(shè)計光纖環(huán)形鏡11時，首先要測量出含有兩級放大系統(tǒng)的光纖放大器(不包括環(huán)形鏡)的自發(fā)輻射譜，根據(jù)自發(fā)輻射譜的形狀來設(shè)計光纖環(huán)形鏡，目的是使光纖環(huán)形鏡的反射譜與自發(fā)輻射譜互補(bǔ)，其中環(huán)形鏡中保偏光纖的長度決定反射譜中反射峰的位置，偏振控制器的狀態(tài)決定光纖環(huán)形鏡的反射峰的深度變化，也就是說通過調(diào)節(jié)這兩個參數(shù)使得對應(yīng)輸出功率大的波長處的反射率低，對應(yīng)輸出功率小的波長處的反射率高，最后實現(xiàn)放大器的增益平坦。與普通的光纖放大器相比，本發(fā)明可以實現(xiàn)高功率輸出下的增益平坦，且為全光器件。


圖1 本發(fā)明的全光增益平坦高功率光纖放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；各部件名稱為信號光源1、第一光隔離器4、波分復(fù)用器6、980nm單模泵浦源2、 摻鉺光纖8、第二光隔離器5、泵浦耦合器7、975nm多模泵浦源3、鉺鐿共摻雙包層光纖9、三端口環(huán)形器10和光纖環(huán)形鏡11 ；圖2 本發(fā)明實施例1中使用的環(huán)形鏡結(jié)構(gòu)示意圖；圖3 本發(fā)明實施例2中使用的環(huán)形鏡結(jié)構(gòu)示意圖；圖4 本發(fā)明實例中所使用的EDF的吸收譜；從圖4中可以看出，摻鉺光纖(EDF)的吸收峰位于980nm附近，所以選擇的泵浦光的中心波長為980nm ；圖5 本發(fā)明實例中所使用的長度約為細(xì)的EYDF吸收譜；從圖5中可以看出，鉺鐿共摻雙包層光纖(EDF)的吸收峰位于975nm附近，所以選擇的泵浦光的中心波長為975nm ；圖6 兩級放大器未經(jīng)過環(huán)形鏡平坦時的增益譜(ASE譜)；圖7 實施例1中兩級放大器經(jīng)過環(huán)形鏡增益平坦后最后輸出的增益譜；圖8 實施例2中兩級放大器經(jīng)過環(huán)形鏡增益平坦后最后輸出的增益譜。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。實施例1 在本實施例中，可調(diào)諧激光器1使用santec公司TSL-210可調(diào)諧光源，輸出功率為-IOdBm +IOdBm,工作波長1550nm ；980nm單模泵浦源2選用Lumics公司LU0980M150， 工作波長為980nm，最大輸出單模激光功率為150mW ；975nm多模泵浦源3使用深圳明鑫科技975nm半導(dǎo)體激光器MXLS-0975，工作波長為975nm，最高輸出功率為5. 5W ；兩個隔離器 4和5的使用上海瀚宇1550nm偏振無關(guān)光隔離器，工作波長為1550nm，最大承載光功率為 300mff ；波分復(fù)用器6采用上海瀚宇熔融拉錐型980/1550nm泵浦光波分復(fù)用器；泵浦耦合器7采用ITF公司的Non-PM型(2+1) X 1多模泵浦+信號光合束器；摻鉺光纖(EDF) 8選用Nufern EDFC-980-HP C-band,長度為5 10米；鉺鐿共摻雙包層光纖9選用Nufern EYDF-7/130，長度為3 4米；光纖環(huán)形鏡11由F1 (0. 5米)和F2(1.2米)兩段拍長為 3. 9mm的保偏光纖(Nufern PM 1550-HP偏振保持光纖)、兩個三環(huán)形偏振控制器(PC1和 PC2, ProtoDel公司MPC-1-0)與一個分光比50 50的2X2分束器(3dB耦合器，瀚宇 WIC-2X2-1550-50/50)組成，其結(jié)構(gòu)及連接方式如圖2所示。本發(fā)明連接方式為由可調(diào)諧激光器1提供的信號光(-IOdBm IOdBm)經(jīng)隔離器 4(使信號光單向傳播，防止端面反射回的信號光損害信號源)與波分復(fù)用器6連接，980nm 單模泵浦源2輸出的泵浦光進(jìn)入波分復(fù)用器6。波分復(fù)用6將輸入的信號光與980nm單模泵浦光耦合進(jìn)摻鉺光纖(EDF) 8，在EDF中進(jìn)行信號的預(yù)放大(調(diào)節(jié)980nm單模泵浦源的抽運功率使預(yù)放大輸出功率> 30mW)，得到初步放大的信號光經(jīng)過隔離器5 (能夠有效的抑制 EYDF的反向ASE，使其不能進(jìn)入EDF，減少預(yù)放大級處的泵浦功率在反向ASE上的消耗，使泵浦光更有效的轉(zhuǎn)換成信號光的能量)與泵浦耦合器7的信號輸入端相連，泵浦耦合器7的泵浦輸入端與975nm多模泵浦源3連接；而泵浦耦合器7的輸出端與鉺鐿共摻雙包層光纖 9相連，信號光在鉺鐿共摻雙包層光纖9進(jìn)行進(jìn)一步放大，放大后的信號光通過①端進(jìn)入三端口環(huán)形器10，經(jīng)由環(huán)形器10的②端口輸出進(jìn)入到光纖環(huán)形鏡11，經(jīng)光纖環(huán)形鏡11反射后由環(huán)形器10的③端口輸出，此時輸出的信號光即為經(jīng)過兩級放大并且由環(huán)形鏡進(jìn)行增益平坦后的信號光。實施例中采用的摻鉺光纖(EDF)和鉺鐿共摻雙包層光纖(EYDF)吸收譜如圖3和圖4所示。從圖中可以看出，摻鉺光纖和鉺鐿共摻光纖的吸收峰分別為980nm、975nm，所以在本例中對光信號放大時，針對不同的有源光纖(EDF與EYDF)使用不同中心波長(980nm 或975nm)的泵浦激光器。由可調(diào)諧激光器作為輸入信號光，輸入信號波長1550nm，功率OdBm(ImW)時，用積分球測試輸出端輸出功率約為29. 13dBm(820mW)，增益約為^dB。由于放大器的增益譜近似可由ASE譜線來描述，因此本發(fā)明將通過觀察ASE譜線的變化來觀察放大器的增益平坦效果。與現(xiàn)有的普通光纖放大器(如EDFA輸出功率 < 50mW，不平坦度8 10dB，如圖6所示)相比，本發(fā)明實現(xiàn)高輸出功率(輸出功率> SOOmff)下的增益平坦(不平坦度< 2. 5dB，如圖7所示)，且為全光器件。實施例2 將光纖環(huán)形鏡11的構(gòu)成改為僅采用一段拍長為3. 9mm的Nufern PM1550-HP保偏光纖F1 (0.5米)、一個三環(huán)形偏振控制器(PC1)與一個分光比50 50的2X2分束器(3dB 耦合器)，其結(jié)構(gòu)及連接方式如圖3所示。其他條件同實施例1。經(jīng)過此環(huán)形鏡后的增益譜如圖8所示，1539nm 1546nm波長段的不平坦度在 0. 8dB以內(nèi)。與實施例1相比，雖然整波段的平坦度不如實施例1，但當(dāng)只需應(yīng)用平坦波段的長波長波段時，實施例2具有結(jié)構(gòu)簡單，成本更低，調(diào)試更方便，且后半段波長處的增益波動更小的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種基于光纖環(huán)形鏡的增益平坦型高功率光纖放大器，其特征在于依次由信號光源(1)、第一光隔離器G)、波分復(fù)用器(6)、980nm單模泵浦源O)、摻鉺光纖(8)、第二光隔離器(5)、泵浦耦合器(7)、975nm多模泵浦源(3)、鉺鐿共摻雙包層光纖(9)、三端口環(huán)形器 (10)和光纖環(huán)形鏡(11)組成，信號光源(1)產(chǎn)生的信號光經(jīng)過第一光隔離器(4)到達(dá)波分復(fù)用器(6)，980nm單模泵浦源( 輸出的泵浦光直接進(jìn)入波分復(fù)用器(6)，波分復(fù)用器(6) 將信號光與泵浦光耦合輸出到摻鉺光纖(8)的纖芯中，在摻鉺光纖8中信號光被進(jìn)行預(yù)放大；經(jīng)過摻鉺光纖(8)的信號光再經(jīng)過第二光隔離器( 到達(dá)泵浦耦合器(7)，975nm多模泵浦源( 輸出的泵浦光直接進(jìn)入泵浦耦合器(7)，泵浦耦合器(7)將輸入的信號光耦合到輸出端的鉺鐿共摻雙包層光纖(9)的纖芯中傳輸，將輸入的泵浦光耦合到輸出端的鉺鐿共摻雙包層光纖(9)的包層中傳輸；信號光在鉺鐿共摻雙包層光纖(9)得到進(jìn)一步的放大，放大后的信號光通過三端口環(huán)形器(10)進(jìn)入光纖環(huán)形鏡(11)，經(jīng)光纖環(huán)形鏡(11)反射后得到增益譜平坦的放大光，由三端口環(huán)形器(10)的輸出端輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于光纖環(huán)形鏡的增益平坦型高功率光纖放大器，其特征在于信號光源(1)采用可調(diào)諧激光器或1550nm單波長連續(xù)激光器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于光纖環(huán)形鏡的增益平坦型高功率光纖放大器，其特征在于980nm單模泵浦源(2)選擇工作波長為980nm、最大輸出單模激光功率大于120mW的單模泵浦源。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于光纖環(huán)形鏡的增益平坦型高功率光纖放大器，其特征在于975nm多模泵浦源(3)選擇最高輸出光功率大于4W的多模泵浦激光器。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于光纖環(huán)形鏡的增益平坦型高功率光纖放大器，其特征在于光隔離器(4、5)選擇工作波長為1550nm，最大承載光功率大于或等于300mW的偏振無關(guān)型光隔離器。
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于光纖環(huán)形鏡的增益平坦型高功率光纖放大器，其特征在于三端口環(huán)形器(10)選擇工作波長1550nm，最大承載光功率IOOOmW的三端口環(huán)形器。
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于光纖環(huán)形鏡的增益平坦型高功率光纖放大器，其特征在于在三端口環(huán)形器(10)的輸出端采用功率計測試輸出信號的光功率并計算增益，或采用前端加了衰減器的光譜分析儀檢測放大的信號光。
8.如權(quán)利要求1所述的一種基于光纖環(huán)形鏡的增益平坦型高功率光纖放大器，其特征在于光纖環(huán)形鏡(11)由兩段拍長為3. 9mm的保偏光纖(F1. F2)、兩個三環(huán)形偏振控制器 (PCpPC2)和一個分光比50 50的2X2分束器組成，第一段保偏光纖的長度為0.5米，第二段保偏光纖的長度為1. 2米，保偏光纖(F1)、三環(huán)形偏振控制器(PC1)、保偏光纖(F2)、三環(huán)形偏振控制器(PC2)和分束器順次連接。
9.如權(quán)利要求1所述的一種基于光纖環(huán)形鏡的增益平坦型高功率光纖放大器，其特征在于光纖環(huán)形鏡(11)由一段拍長為3. 9mm的保偏光纖(F1)、一個三環(huán)形偏振控制器(PC1) 和一個分光比50 50的2X2分束器順次連接組成，保偏光纖的長度為0.5米。
全文摘要
本發(fā)明屬于光纖放大器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖環(huán)形鏡的增益平坦型高功率光纖放大器。放大器依次由信號光源、第一光隔離器、波分復(fù)用器、980nm單模泵浦源、摻鉺光纖、第二光隔離器、泵浦耦合器、975nm多模泵浦源、鉺鐿共摻雙包層光纖、三端口環(huán)形器和光纖環(huán)形鏡組成，光纖環(huán)形鏡包括兩段拍長為3.9mm的保偏光纖、兩個三環(huán)形偏振控制器和一個分光比50∶50的2×2分束器。與普通的光纖放大器相比，本發(fā)明可以實現(xiàn)高功率輸出下的增益平坦，且為全光器件。
文檔編號G02F1/39GK102495510SQ20111040634
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者孫云博, 張鵬, 李曉光, 胡貴軍, 魏敬波 申請人:吉林大學(xué)