一种低差模增益少模掺铒光纤放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种低差模增益少模掺铒光纤放大器，不同模式的光信号经过信号模式复用器复用成一路光信号，再与相干泵浦单元输出的泵浦光通过波分复用器一起通过光隔离器后耦合到少模掺铒光纤，少模掺铒光纤对不同模式的光信号进行放大，提高光信号的增益，最后再通过光滤波器滤出有效带宽内的光信号，消除其它频带的噪声干扰，并通过信号模式解复用器解复用，得到不同模式光信号。

A Low Differential Mode Gain Erbium Doped Fiber Amplifier

The invention discloses a low differential mode gain erbium-doped fiber amplifier. Different modes of optical signals are multiplexed into one optical signal through a signal mode multiplexer, and then coupled to the erbium-doped fiber through an optical isolator together with the pump light output by a coherent pumping unit. The erbium-doped fiber amplifies different modes of optical signals to increase the optical signal. Finally, the optical signal in the effective bandwidth is filtered out by the optical filter to eliminate the noise interference in other bands, and different mode optical signals are obtained by demultiplexer.

【技术实现步骤摘要】
一种低差模增益少模掺铒光纤放大器
本专利技术属于光通信
，更为具体地讲，涉及一种低差模增益少模掺铒光纤放大器。
技术介绍
为了突破传统单模光纤系统的传输容量限制，以多芯光纤、少模光纤、少模多芯光纤和轨道角动量等为代表的空分复用或模分复用技术成为光纤通信领域研究热点，它们从空间维度上提升了光纤传输容量。在模分复用系统中，少模掺铒光纤放大器能同时放大多个模式，有效降低了每比特的传输成本。目前商用的少模掺铒光纤放大器产品最多可实现六个空间模式的放大，进一步增加模式通道数的主要挑战之一在于模式的增益均衡问题，也就是说，各个模式信道之间的增益差(又称差模增益)直接影响系统中断概率，具有低的差模增益是模分复用系统对少模掺铒光纤放大器最基本的要求。现有放大器如图1所示。不同模式的信号光经过信号模式复用器复用到一根光纤中，其输出光信号与激光器输出的泵浦光通过波分复用器一起耦合进传统的掺铒光纤；在掺铒光纤的输出端，使用光滤波器滤除泵浦光，然后再经过信号模式解复用器分解出放大的不同模式信号光。此外，为了增强少模掺铒光纤放大器的性能，在掺铒光纤的两端增加了光隔离器。现有普遍采用的减小差模增益的方法主要有两种：一是控制泵浦模式的光强度分布，只利用了光强信息，控制不够精确。二是设计掺铒光纤结构，以优化光纤中铒离子掺杂分布，但仍根据光强信息优化，且依赖于复杂掺铒光纤结构的设计，制造工艺复杂。两种方法均衡差模增益能力有限，灵活性不足，模式之间不可控，难以兼顾所有模式。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低差模增益少模掺铒光纤放大器，利用泵浦差拍效应控制放大器的增益均衡，从而在获得较高增益的同时降低差模增益。为实现上述专利技术目的，本专利技术一种低差模增益少模掺铒光纤放大器，其特征在于，包括：一相干泵浦单元，包括泵浦激光器、分波器、模式转换器、相位控制器和泵浦模分复用器；所述的泵浦激光器产生高功率的泵浦光信号，并输入至分波器，分波器将泵浦光信号分为多路泵浦光信号；模式转换器再将每路泵浦光信号转换到所需的泵浦模式上，再通过相位控制器改变同向传输的多路泵浦光信号的初位相，最后由泵浦模式复用器将不同初位相的多路泵浦光信号复用到一根光纤中，并作为相干泵浦单元的输出信号；一信号模式复用器，将外接的不同模式光信号复用到一根光纤中，并输入至波分复用器；一波分复用器，将相干泵浦单元输出的光信号和信号模式复用器输出的光信号复用成一路光信号，并通过第一光隔离器输入至少模掺铒光纤；第一光隔离器，用于降低少模掺铒光纤传输中光纤反射对泵浦激光器以及光放大过程的影响；一少模掺铒光纤，对输入光信号进行放大，提高输入光信号的增益，然后通过第二光隔离器输入至光滤波器；第二光隔离器，用于降低后续光器件的反射对少模掺铒光纤放大过程的影响；一光滤波器，对输入的光信号进行滤波，消除其它频带的噪声干扰，输出有效带宽内的光信号；一信号模式解复用器，对滤波后的光信号进行解复用，得到不同模式下的光信号。本专利技术的专利技术目的是这样实现的：本专利技术一种低差模增益少模掺铒光纤放大器，不同模式的光信号经过信号模式复用器复用成一路光信号，再与相干泵浦单元输出的泵浦光通过波分复用器一起通过光隔离器后耦合到少模掺铒光纤，少模掺铒光纤对不同模式的光信号进行放大，提高光信号的增益，最后再通过光滤波器滤出有效带宽内的光信号，消除其它频带的噪声干扰，并通过信号模式解复用器解复用，得到不同模式光信号。这样，本专利技术除了控制泵浦功率外，还能增加了相位的控制，具有更强的灵活性，而且不仅适于非相干模分复用系统，也适用于少模信号的相干模分复用系统。说明书附图图1是传统掺铒光纤放大器的原理图；图2是本专利技术一种低差模增益少模掺铒光纤放大器的原理图；图3是泵浦光或信号光的模式差拍长度与掺铒光纤长度的关系示意图；图4是泵浦光模式间相位差随机和固定两种情形下，信号光增益随掺铒光纤长度的变化曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例图2是本专利技术一种低差模增益少模掺铒光纤放大器原理图。在本实施例中，如图2所示，本专利技术一种低差模增益少模掺铒光纤放大器，包括：相干泵浦单元、信号模式复用器、波分复用器、第一光隔离器、少模掺铒光纤、第二光隔离器、光滤波器滤和信号模式解复用器。其中，如图2所示，相干泵浦单元又包括泵浦激光器、分波器、模式转换器、相位控制器和泵浦模分复用器；泵浦激光器产生高功率的泵浦光信号，并输入至分波器，分波器将泵浦光信号为多路泵浦光信号；模式转换器再将每路泵浦光信号转换到所需的泵浦模式上，再通过相位控制器改变同向传输的多路泵浦光信号的初位相，最后由泵浦模式复用器将不同初位相的多路泵浦光信号复用到一根光纤中，并作为相干泵浦单元的输出信号；信号模式复用器，将外接的不同模式光信号复用到一根光纤中，并输入至波分复用器；波分复用器，将相干泵浦单元输出的光信号和信号模式复用器输出的光信号复用成一路光信号，并通过第一光隔离器输入至少模掺铒光纤；第一光隔离器，用于降低少模掺铒光纤传输中光纤反射对泵浦激光器以及光放大过程的影响；少模掺铒光纤，对输入光信号进行放大，提高输入光信号的增益，然后通过第二光隔离器输入至光滤波器；在本实施例中，在少模掺铒光纤中，泵浦光信号或外接光信号传输时其相应波长处两个模式光的差拍长度取决于掺铒光纤结构和色散特性，且差拍长度满足：L2π＝2π/Δβ其中，Δβ为两个模式光信号之间的传播常数差，可由掺铒光纤的色散特性得到，与纤芯和包层折射率的具体分布有关。在本实施例中，泵浦光波长一般选择980nm或1480nm，而信号光波长在1530～1565nm波段。多模泵浦光在少模掺铒光纤中同向传输时，模式间的差拍长度应足够大，以有效控制多模泵浦光之间的能量转换，而且需放大的少模信号间的差拍长度应足够小，以防止信号模式之间的串扰，如图3所示。在传统泵浦情形下(泵浦光模式间相位差随机)，为了保持每个信号模式可以获得较大的增益，除采用适当的泵浦模式和光功率大小与铒离子浓度分布匹配外，关键是优化掺铒光纤的长度，并控制差模增益在一定范围，在本实施例中，少模掺铒光纤的长度应接近多模同传泵浦光的模间差拍长度L2π。本实施例中，如图4所示，通过调节相干泵浦单元中的相位控制器，来改变同向传输多模泵浦光的初位相，从而控制差模增益大小。第二光隔离器，用于降低后续光器件的反射对少模掺铒光纤放大过程的影响；光滤波器，对输入的光信号进行滤波，消除其它频带的噪声干扰，输出有效带宽内的光信号；信号模式解复用器，对滤波后的光信号进行解复用，得到不同模式下的光信号。另外，本专利技术还可以将相干泵浦单元放置在少模掺铒光纤之后，实现对少模掺铒光纤后向抽运，或者在少模掺铒光纤前后各放置一个，实现对少模掺铒光纤双向抽运，从而衍生出不同结构方式的低差模增益少模掺铒光纤放大器。实例为便于描述，假设信号光和泵浦光的模式均为LP01和LP11a两种线偏振模式。首先，采用LP01和LP11a两种模式的泵浦光对少模掺铒光纤进行同向抽运。在相干泵浦单元中，泵浦激光器输出LP01模式的高功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低差模增益少模掺铒光纤放大器，其特征在于，包括：一相干泵浦单元，包括泵浦激光器、分波器、模式转换器、相位控制器和泵浦模分复用器；所述的泵浦激光器产生高功率的泵浦光信号，并输入至分分波器，分波器将泵浦光信号为多路泵浦光信号；模式转换器再将每路泵浦光信号转换到所需的泵浦模式上，再通过相位控制器改变同向传输的多路泵浦光信号的初位相，最后由泵浦模式复用器将不同初位相的多路泵浦光信号复用到一根光纤中，并作为相干泵浦单元的输出信号；一信号模式复用器，将外接的不同模式光信号复用到一根光纤中，并输入至波分复用器；一波分复用器，将相干泵浦单元输出的光信号和信号模式复用器输出的光信号复用成一路光信号，并通过隔离器输入至少模掺铒光纤；第一光隔离器，用于降低少模掺铒光纤传输中光纤反射对泵浦激光器以及光放大过程的影响；一少模掺铒光纤，对输入光信号进行放大，提高输入光信号的增益，然后通过第二光隔离器输入至光滤波器；第二光隔离器，用于降低后续光器件的反射对少模掺铒光纤放大过程的影响；一光滤波器滤，对输入的光信号进行滤波，消除其它频带的噪声干扰，输出有效带宽内的光信号；一信号模式解复用器，对滤波后的光信号进解复用，得到不同模式下的光信号。...

【技术特征摘要】
1.一种低差模增益少模掺铒光纤放大器，其特征在于，包括：一相干泵浦单元，包括泵浦激光器、分波器、模式转换器、相位控制器和泵浦模分复用器；所述的泵浦激光器产生高功率的泵浦光信号，并输入至分分波器，分波器将泵浦光信号为多路泵浦光信号；模式转换器再将每路泵浦光信号转换到所需的泵浦模式上，再通过相位控制器改变同向传输的多路泵浦光信号的初位相，最后由泵浦模式复用器将不同初位相的多路泵浦光信号复用到一根光纤中，并作为相干泵浦单元的输出信号；一信号模式复用器，将外接的不同模式光信号复用到一根光纤中，并输入至波分复用器；一波分复用器，将相干泵浦单元输出的光信号和信号模式复用器输出的光信号复用成一路光信号，并通过隔离器输入至少模掺铒光纤；第一光隔离器，用于降低少模掺铒光纤传输中光纤反射对泵浦激光器以及光放大过程的影响；一少模掺铒光纤，对输入光信号进行放大，提高输入光信号的增益，然后通过第二光隔离器输入至光滤波器；第二光隔离器...

【专利技术属性】
技术研发人员：武保剑，陈相玮，文峰，邱昆，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51