L波段掺铒光纤放大器论文和设计-迟荣华

全文摘要

本实用新型提供一种L波段掺铒光纤放大器，包括信号输入端口、第一光隔离器、第一信号泵浦合波器、泵浦源、掺铒光纤、第二光隔离器、信号输出端口；信号输入端口接第一光隔离器的一端，第一光隔离器的另一端接第一信号泵浦合波器的信号端，第一信号泵浦合波器的反射端接泵浦源，公共端接掺铒光纤的一端，掺铒光纤的另一端接第二光隔离器的一端，第二光隔离器的另一端接信号输出端口；第一信号泵浦合波器基于一熔融拉锥型WDM器件，第一信号泵浦合波器的信号端的尾纤上设置一段光纤光栅；该光纤光栅的反射波长位于掺铒光纤的C波段自发辐射光谱内。实现了掺铒光纤放大器用更短的掺铒光纤和更低的泵浦功率实现更高的增益。

设计方案

1.一种L波段掺铒光纤放大器，其特征在于，包括信号输入端口、第一光隔离器、第一信号泵浦合波器、泵浦源、掺铒光纤、第二光隔离器、信号输出端口；

信号输入端口接第一光隔离器的一端，第一光隔离器的另一端接第一信号泵浦合波器的信号端，第一信号泵浦合波器的反射端接泵浦源，公共端接掺铒光纤的一端，掺铒光纤的另一端接第二光隔离器的一端，第二光隔离器的另一端接信号输出端口；

第一信号泵浦合波器基于一熔融拉锥型WDM器件，包括：合波器本体，合波器本体一端连接有信号端和反射端，另一端连接有公共端；

第一信号泵浦合波器的信号端的尾纤上设置一段光纤光栅；该光纤光栅的反射波长位于掺铒光纤的C波段自发辐射光谱内；且与信号光波长不重合，与泵浦光波长也不重合。

2.如权利要求1所述的L波段掺铒光纤放大器，其特征在于，

光纤光栅的反射波长位于1525～1535nm范围。

3.如权利要求1所述的L波段掺铒光纤放大器，其特征在于，

光纤光栅的反射带宽为3～10nm。

4.如权利要求1所述的L波段掺铒光纤放大器，其特征在于，

公共端用于通过信号光和泵浦光，其通过波长范围为960～990nm&1520～1620nm，或者1460～1490nm&1520～1620nm。

5.如权利要求1所述的L波段掺铒光纤放大器，其特征在于，

光纤光栅封装在保护套内。

6.一种L波段掺铒光纤放大器，其特征在于，包括信号输入端口、第一光隔离器、第一信号泵浦合波器、泵浦源、掺铒光纤、第二信号泵浦合波器、第二光隔离器、信号输出端口；

信号输入端口接第一光隔离器的一端，第一光隔离器的另一端接第一信号泵浦合波器的信号端，第一信号泵浦合波器的反射端和第二信号泵浦合波器的反射端接泵浦源，第一信号泵浦合波器的公共端接掺铒光纤的一端，掺铒光纤的另一端接第二信号泵浦合波器的公共端，第二信号泵浦合波器的信号端接第二光隔离器的一端，第二光隔离器的另一端接信号输出端口；

第一信号泵浦合波器基于一熔融拉锥型WDM器件，包括：合波器本体，合波器本体一端连接有信号端和反射端，另一端连接有公共端；第一信号泵浦合波器的信号端的尾纤上设置一段光纤光栅；该光纤光栅的反射波长位于掺铒光纤的C波段自发辐射光谱内；且与信号光波长不重合，与泵浦光波长也不重合；

第二信号泵浦合波器基于一薄膜型WDM器件；包括：合波器本体，合波器本体一端连接有公共端和反射端，另一端连接有信号端；第二信号泵浦合波器的信号端的尾纤上设置一段光纤光栅；该光纤光栅的反射波长位于掺铒光纤放大器中掺铒光纤的C波段自发辐射光谱内；且与信号光波长不重合，与泵浦光波长也不重合。

7.如权利要求6所述的L波段掺铒光纤放大器，其特征在于，

第一信号泵浦合波器中，光纤光栅的反射波长位于1525～1535nm范围；

第二信号泵浦合波器中，光纤光栅的反射波长位于1525～1535nm范围。

8.如权利要求6所述的L波段掺铒光纤放大器，其特征在于，

第一信号泵浦合波器中，光纤光栅的反射带宽为3～10nm；

第二信号泵浦合波器中，光纤光栅的反射带宽为3～10nm。

9.如权利要求6所述的L波段掺铒光纤放大器，其特征在于，

第一信号泵浦合波器中，光纤光栅的公共端用于通过信号光和泵浦光，其通过波长范围为960～990nm&1520～1620nm，或者1460～1490nm&1520～1620nm；

第二信号泵浦合波器中，光纤光栅的公共端用于通过信号光和泵浦光，其通过波长范围为960～990nm&1520～1620nm，或者1460～1490nm&1520～1620nm。

10.如权利要求6所述的L波段掺铒光纤放大器，其特征在于，

第一信号泵浦合波器中，光纤光栅封装在保护套内；

第二信号泵浦合波器中，光纤光栅封装在保护套内。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于光通信技术领域，具体涉及一种L波段掺铒光纤放大器。

背景技术

掺铒光纤放大器（EDFA)是通信产业发展的革命性产品，其广泛应用于光网络、光通信、光传感等领域。但是随着光通信技术的发展，传统的C波段（1525～1560nm）已经不能满足要求。近些年来，L波段（1570～1610nm)掺铒光纤放大器变得越来越重要。但是,L波段掺铒光纤放大器增益的泵浦效率相当低，L波段掺铒光纤放大器主要利用铒增益带的尾部，其发射系数和吸收系数比C波段小3～4倍，且工作在较低的平均反转粒子数情况下，因而使得L波段掺铒光纤放大器所需的掺铒光纤长度（按常规掺杂浓度）比C波段长4～5倍。泵浦光在靠近输入端的掺铒光纤段内很快被吸收完,但由于掺铒光纤对C波段的辐射系数远高于L波段,因此,被吸收的泵浦能量不能快速充分地转换为L波段信号光,而是大量转换为C波段放大的正向和反向自发辐射光；反向自发辐射光在输入端积累,这部分光没有起到有益的作用,反而消耗大量的泵浦功率,这是L波段放大器泵浦效率偏低的根本原因。

构成掺铒光纤放大器的必要器件为：泵浦激光器和掺铒光纤等。而这两种器件的价格也基本决定了放大器的价格。所以如何提高泵浦光的转化效率减小泵浦光能量，减小掺铒光纤的长度就成为掺铒光纤放大器生产商不懈努力的目标。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种L波段掺铒光纤放大器，其中包括了改进的信号泵浦合波器，能够将掺铒光纤产生的C波段的前向或反向自发辐射光反馈回掺铒光纤中，作为掺铒光纤的二次泵浦光使增益光纤进一步产生增益；进而实现了掺铒光纤放大器用更短的掺铒光纤和更低的泵浦功率实现更高的增益和更低的噪声系数的目标，可以大大降低L波段掺铒光纤放大器的生产制作成本。在降低成本的基础上，本方案可有效降低掺铒光纤放大器的生产复杂度。本实用新型采用的技术方案是：

一种L波段掺铒光纤放大器，包括信号输入端口、第一光隔离器、第一信号泵浦合波器、泵浦源、掺铒光纤、第二光隔离器、信号输出端口；

第一信号泵浦合波器基于一熔融拉锥型WDM器件，包括：合波器本体，合波器本体一端连接有信号端和反射端，另一端连接有公共端；

进一步地，光纤光栅的反射波长位于1525～1535nm范围。

进一步地，光纤光栅的反射带宽为3～10nm。

进一步地，公共端用于通过信号光和泵浦光，其通过波长范围为960～990nm&1520～1620nm，或者1460～1490nm&1520～1620nm。

进一步地，光纤光栅封装在保护套内。

另一种L波段掺铒光纤放大器，包括信号输入端口、第一光隔离器、第一信号泵浦合波器、泵浦源、掺铒光纤、第二信号泵浦合波器、第二光隔离器、信号输出端口；

进一步地，

第一信号泵浦合波器中，光纤光栅的反射波长位于1525～1535nm范围；

第二信号泵浦合波器中，光纤光栅的反射波长位于1525～1535nm范围。

进一步地，

第一信号泵浦合波器中，光纤光栅的反射带宽为3～10nm；

第二信号泵浦合波器中，光纤光栅的反射带宽为3～10nm。

进一步地，

第一信号泵浦合波器中，光纤光栅的公共端用于通过信号光和泵浦光，其通过波长范围为960～990nm&1520～1620nm，或者1460～1490nm&1520～1620nm；

第二信号泵浦合波器中，光纤光栅的公共端用于通过信号光和泵浦光，其通过波长范围为960～990nm&1520～1620nm，或者1460～1490nm&1520～1620nm。

进一步地，

第一信号泵浦合波器中，光纤光栅封装在保护套内；

第二信号泵浦合波器中，光纤光栅封装在保护套内。

本实用新型的优点：本方案能够将本来会带来噪声的自发辐射光反馈回掺铒光纤实现对增益光纤的二次泵浦，大大提高泵浦的使用效率，降低泵浦光功率和减少掺铒光纤长度。有利于实现小型化L波段掺铒光纤放大器，也降低了L波段掺铒光纤放大器的成本。

附图说明

图1为本实用新型的第一种信号泵浦合波器结构示意图。

图2为本实用新型的第二种信号泵浦合波器结构示意图。

图3为本实用新型的L波段掺铒光纤放大器实施例一的示意图。

图4为本实用新型的L波段掺铒光纤放大器实施例二的示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例一。

如图1所示，第一信号泵浦合波器3基于一熔融拉锥型WDM器件；WDM称为合波器或复用器；包括：合波器本体40，合波器本体40一端连接有信号端10和反射端20，另一端连接有公共端30；

信号端10和反射端20经过熔融拉锥过程将两种不同波长的光汇聚到一根光纤中经由公共端30输出（熔融拉锥原理）；

在信号端10的尾纤上刻写了一段光纤光栅50；且光纤光栅50封装在保护套内；信号端10的尾纤为经过载氢处理的光敏光纤，经过敏化的光敏光纤在紫外光的照射下刻写入光纤光栅条纹；

光纤光栅50的反射波长位于L波段掺铒光纤放大器中掺铒光纤的C波段自发辐射光谱内；

一种L波段掺铒光纤放大器，如图3所示，包括信号输入端口1、第一光隔离器2、第一信号泵浦合波器3、泵浦源4、掺铒光纤5、第二光隔离器7、信号输出端口8；

信号输入端口1接第一光隔离器2的一端，第一光隔离器2的另一端接第一信号泵浦合波器3的信号端，第一信号泵浦合波器3的反射端接泵浦源4，公共端接掺铒光纤5的一端，掺铒光纤5的另一端接第二光隔离器7的一端，第二光隔离器7的另一端接信号输出端口8；

信号输入端口1用于输入信号光，信号光波长通常位于1570nm～1610nm；

第一信号泵浦合波器3的信号端用于通过信号光；

泵浦源4提供的泵浦光波长为980nm或1480nm，第一信号泵浦合波器3的反射端用于通过泵浦光；

第一信号泵浦合波器3的公共端用于通过信号光和泵浦光，其通过波长范围为960～990nm&1520～1620nm，或者1460～1490nm&1520～1620nm；

光纤光栅50的反射波长位于1525～1535nm范围，与信号光波长不重合，与泵浦光波长也不重合；光纤光栅50的反射带宽为3～10nm；

信号光与泵浦光在掺铒光纤5中相互作用，从而信号光被泵浦光放大；信号光被放大的同时也有很大一部分光被转化成前向和反向的C波段自发辐射光；自发辐射光不仅浪费了泵浦光，而且会随信号光一起输出，对信号造成干扰，放大器的噪声系数增加；

本实施例中第一信号泵浦合波器3信号端10尾纤上刻写的光纤光栅50可将反向的C波段自发辐射光反馈回掺铒光纤5内，作为掺铒光纤5的二次泵浦光使增益光纤进一步产生增益；进而实现了掺铒光纤放大器用更短的掺铒光纤和更低的泵浦功率实现更高的增益和更低的噪声系数的目标。

实施例二。

与实施例一相比，本实施例中的L波段掺铒光纤放大器还设有第二信号泵浦合波器6；

如图2所示，第二信号泵浦合波器6基于一薄膜型WDM器件；WDM称为合波器或复用器；包括：合波器本体40，合波器本体40一端连接有公共端30和反射端20，另一端连接有信号端10；

光纤光栅50的反射波长位于L波段掺铒光纤放大器中掺铒光纤的C波段自发辐射光谱内；

另一种L波段掺铒光纤放大器，如图4所示，包括信号输入端口1、第一光隔离器2、第一信号泵浦合波器3、泵浦源4、掺铒光纤5、第二信号泵浦合波器6、第二光隔离器7、信号输出端口8；

信号输入端口1接第一光隔离器2的一端，第一光隔离器2的另一端接第一信号泵浦合波器3的信号端，第一信号泵浦合波器3的反射端和第二信号泵浦合波器6的反射端接泵浦源4，第一信号泵浦合波器3的公共端接掺铒光纤5的一端，掺铒光纤5的另一端接第二信号泵浦合波器6的公共端，第二信号泵浦合波器6的信号端接第二光隔离器7的一端，第二光隔离器7的另一端接信号输出端口8；

信号输入端口1用于输入信号光，信号光波长通常位于1570nm～1610nm；

第一信号泵浦合波器3的信号端用于通过信号光；

泵浦源4提供的泵浦光波长为980nm或1480nm，第一信号泵浦合波器3的反射端用于通过泵浦光；

第一信号泵浦合波器3的公共端用于通过信号光和泵浦光，其通过波长范围为960～990nm&1520～1620nm，或者1460～1490nm&1520～1620nm；

第二信号泵浦合波器6的公共端用于通过信号光和泵浦光（反向泵浦方式），其通过波长范围为960～990nm&1520～1620nm，或者1460～1490nm&1520～1620nm；

第二信号泵浦合波器6的反射端用于通过泵浦光，信号端用于通过信号光；

光纤光栅50的反射波长位于1525～1535nm范围，与信号光波长不重合，与泵浦光波长也不重合；光纤光栅50的反射带宽为3～10nm；

信号光与泵浦光在掺铒光纤5中相互作用，从而信号光被泵浦光放大；信号光被放大的同时也有很大一部分光被转化成前向和反向的自发辐射光；

实施例二中，第一信号泵浦合波器3信号端10尾纤上刻写的光纤光栅50可将反向的C波段自发辐射光反馈回掺铒光纤5内，第二信号泵浦合波器6信号端10尾纤上刻写的光纤光栅50可将前向的C波段自发辐射光反馈回掺铒光纤5内，作为掺铒光纤5的二次泵浦光使增益光纤进一步产生增益；进而实现了掺铒光纤放大器用更短的掺铒光纤和更低的泵浦功率实现更高的增益和更低的噪声系数的目标。

利用该方案中的WDM制作的EDFA，增益提高5dB以上，泵浦转化效率从12%提高到25%以上。所以降低了对泵浦功率的要求，提高增益，降低噪声，降低放大器制作复杂度。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

设计图

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