本实用新型专利技术为四线偏振模信号光在线掺铒光纤放大器，放大器包含顺序连接的第一模式复用模块，第一、第二掺铒光纤和第二模式复用模块。第一掺铒光纤纤芯铒粒子为环形掺杂，第二掺铒光纤纤芯为中心掺杂。四线偏振模信号光和第一泵浦模块产生的LP11模泵浦光经第一模式复用模块注入第一掺铒光纤。泵浦光与信号光合束后，进入第一掺铒光纤，离心模式信号光获得较大光学增益；再进入第二掺铒光纤，中心模式信号光获得较大光学增益；最后滤除剩余泵浦光，输出放大的四线偏振模信号光。本实用新型专利技术简化了化学气相沉积法制备掺铒光纤的工艺、只需LP11模泵浦光同时放大四线偏振模信号光，且可分别控制离心模式和中心模式信号光增益。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术为四线偏振模信号光在线掺铒光纤放大器，放大器包含顺序连接的第一模式复用模块，第一、第二掺铒光纤和第二模式复用模块。第一掺铒光纤纤芯铒粒子为环形掺杂，第二掺铒光纤纤芯为中心掺杂。四线偏振模信号光和第一泵浦模块产生的LP11模泵浦光经第一模式复用模块注入第一掺铒光纤。泵浦光与信号光合束后，进入第一掺铒光纤，离心模式信号光获得较大光学增益；再进入第二掺铒光纤，中心模式信号光获得较大光学增益；最后滤除剩余泵浦光，输出放大的四线偏振模信号光。本技术简化了化学气相沉积法制备掺铒光纤的工艺、只需LP11模泵浦光同时放大四线偏振模信号光，且可分别控制离心模式和中心模式信号光增益。【专利说明】四线偏振模信号光在线掺铒光纤放大器
本技术涉及光通信技术，具体是一种四线偏振模信号光在线掺铒光纤放大器。
技术介绍
近年来，单模光纤通信受到光纤固有的非线性与放大器自发辐射等限制，其容量逼近香农极限。为满足未来大容量通信需求，尚未被利用的光纤空间自由度成为当前新的关注焦点。当前模分复用(MDM)被广泛关注，是有可能突破光纤香农极限的重要研宄方向之一。依据信息理论，少模光纤中每一个模式都可作为一个独立的传输信道；若模式的非线性、噪声等传输特性与单模光纤可比拟，则模分复用MDM容量与模式复用数量成正比。当前报道的复用模式最多的MDM为少模光纤前四个最低阶线偏振模，即基模LPtll,高阶模LPn、LP2jP LP Q2模。2013年，美国贝尔实验室报道的四模复用MDM系统实现了高达32b it/s/Hz的频谱传输效率。该实验采用多个普通单模掺铒光纤放大器放大不同模式信号光，由于模式相关增益限制，其最大传输距离仅为177km。具有少模放大功能的高性能在线掺铒光纤放大器仍是实现远距离、实用化MDM系统的重要光子器件之一。研宄结果表明，由不同空间模式场分布差异性产生的放大器模式增益不均衡(即模式相关增益)是影响MDM系统容量提升的关键要素；且当复用线偏振模超过两个后，少模光纤放大器的模式相关增益极难控制。2014年，南安普敦大学学者提出LP21模双向泵浦融合复杂纤芯铒粒子掺杂设计方案，将支持四线偏模信号光放大的掺铒光纤放大器模式相关增益控制在2dB左右。然而，目前支持四线偏振模信号光放大的掺铒光纤放大器模式增益控制方案要求掺铒光纤纤芯具有复杂铒粒子掺杂设计，部分方案还需要同时采用高阶泵浦模式(如1^41模)。这些方案存在的问题是:基于改进化学气相沉积法难以制备如此复杂设计的掺铒光纤；高阶泵浦模式传输不稳定；基于同一掺铒光纤实现四线偏振模信号光增益控制，由于模式增益竞争影响，各模式增益动态可调范围有限，不利于克服MDM传输过程中的模式相关损耗等。
技术实现思路
本技术的目的是设计一种四线偏振模信号光在线掺铒光纤放大器，包括顺序连接的第一模式复用模块、第一掺铒光纤、第二掺铒光纤和第二模式复用模块，第一掺铒光纤的纤芯铒粒子为环形掺杂，第二掺铒光纤纤芯铒粒子为中心掺杂，使离心模式信号光和中心模式信号光可分别在第一掺铒光纤和第二掺铒光纤中获得增益。 本技术设计的一种四线偏振模信号光在线掺铒光纤放大器，包括模式复用模块和掺铒光纤，具体为第一模式复用模块、第一掺铒光纤、第二掺铒光纤和第二模式复用模块顺序连接，第一掺铒光纤的纤芯铒粒子为环形掺杂，掺杂环的内径为2Γι、掺杂环的外径即为掺铒光纤纤芯直径，第二掺铒光纤纤芯铒粒子为中心掺杂，掺杂中心外径为2r2。所述第一掺铒光纤和第二掺铒光纤的纤芯半径均为a = 4.67 μπι?12.8 μπι，Γι= (0.45? 0.75)a,r2= (0.25?0.65)a。所述第一掺铒光纤的长度L 1.0?4.5m，第二掺铒光纤的长度L2= 1.5?6.5mο所述第一掺铒光纤与第二掺铒光纤的数值孔径均为NA = 0.10? 0.20。所述第一掺铒光纤与第二掺铒光纤的纤芯直径相对差异不超过10%。所述第一掺铒光纤与第二掺铒光纤的纤芯折射率相对差异小于5%。 第一泵浦模块与所述第一模式复用模块连接，第一泵浦模块为前向泵浦模块，其产生LP11模泵浦光。 所述第一模式复用模块由顺序安装的第一透镜A、双色分光镜A和第二透镜A组成，其中双色分光镜A反射泵浦光，透射四线偏振模信号光，双色分光镜A的镜面与第一透镜A、第二透镜A的轴线成45度角。所述第二模式复用模块由顺序安装的第一透镜B、双色分光镜B和第二透镜B组成，其中的双色分光镜B反射泵浦光，透射四线偏振模信号光，双色分光镜B的镜面与第一透镜B、第二透镜B的轴线垂直。 所述第一掺铒光纤和第二掺铒光纤之间熔接连续。 所述掺铒光纤放大器还可有第二泵浦模块与所述第二模式复用模块连接。第二泵浦模块为后向泵浦模块，产生LP11模泵浦光。第二模式复用模块的双色分光镜B的镜面与第一、第二透镜B的轴线成135度角。第二泵浦模块产生的LP11模泵浦光经第二模式复用模块的双色分光镜B向反方向反射、第一透镜B汇聚后进入第二掺铒光纤，对四线偏振模信号光实施放大。 本技术设计的一种四线偏振模信号光在线掺铒光纤放大器的运行时，四线偏振模信号光和LP11模泵浦光输入第一模式复用模块。四线偏振模信号光含有离心模式信号光和中心模式信号光，离心模式信号光即LP11模信号光和LP21模信号光，中心模式信号光即LPtll模信号光和LPtl2模信号光。输入的四线偏振模信号光经所述第一模式复用模块的第一透镜A汇聚，第一泵浦模块输入的!^^模泵浦光被双色分光镜A反射、与汇聚的四线偏振模信号光合束，再经第二透镜A耦合进入第一掺铒光纤。^^模泵浦光在第一掺铒光纤中对四线偏振模信号光进行放大。 第一掺铒光纤的纤芯铒粒子为环形掺杂，在第一掺铒光纤中离心模式信号光，即LP11模信号光和LP21模信号光，与LP工工模泵浦光、纤芯铒粒子分布空间重叠因子大，因此LP n模信号光和1^21模信号光获得较大光学增益，LP n模信号光和LP 21模信号光在第一掺铒光纤中获得的增益由第一掺铒光纤长度L1和纤芯铒粒子掺杂环的内径2r i决定；而中心模式信号光，即LPtll模信号光和LP %模信号光，在第一掺铒光纤中与LP ^模泵浦光、纤芯铒粒子分布空间重叠因子低，LPtll模和LP %模信号光在第一掺铒光纤获得光学增益小。 LPtll模和LP %模信号光在第一掺铒光纤中与LP ^模泵浦光、纤芯铒粒子分布的空间重叠因子相对差异小于10%，故LPtll模和LP C12模信号光在第一掺铒光纤获得的光学增益相对差异小于10%。 经过第一掺铒光纤后，剩余的LP11模泵浦光与得到放大的四线偏振模信号光共同进入第二掺铒光纤。第二掺铒光纤为中心掺杂，在第二掺铒光纤中中心模式信号光，即LPtll模信号光和LPtl2模信号光，与LP ^模泵浦光、纤芯铒粒子分布空间重叠因子大，因此LP Μ模信号光和LPtl2模信号光获得较大光学增益，LP C11模信号光和LP %模信号光在第二掺铒光纤中获得的增益由第二掺铒光纤长度L2和纤芯铒粒子中心掺杂外径2r 2决定；而离心模式信号光，即LP11模信号光和LP 21模信号光，在第二掺铒光纤中与LP ^模泵浦光、纤芯铒粒子分布空间重本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种四线偏振模信号光在线掺铒光纤放大器，包括模式复用模块和掺铒光纤，其特征在于：其第一模式复用模块(1)、第一掺铒光纤(2)、第二掺铒光纤(3)和第二模式复用模块(4)顺序连接；第一掺铒光纤(2)的纤芯铒粒子为环形掺杂，掺杂环的内径为2r1、掺杂环的外径即为掺铒光纤纤芯直径；第二掺铒光纤(3)纤芯铒粒子为中心掺杂，掺杂中心外径为2r2；所述第一掺铒光纤(2)和第二掺铒光纤(3)的纤芯半径均为a＝4.67μm～12.8μm，r1＝(0.45～0.75)a，r2＝(0.25～0.65)a；所述第一掺铒光纤(2)的长度L1＝1.0～4.5m,第二掺铒光纤(3)的长度L2＝1.5～6.5m；所述第一掺铒光纤(2)与第二掺铒光纤(3)的数值孔径取值范围为0.10～0.20；所述第一掺铒光纤(2)与第二掺铒光纤(3)的纤芯直径相对差异不超过10％；所述第一掺铒光纤(2)与第二掺铒光纤(3)的纤芯折射率相对差异小于5％；第一泵浦模块(5)与所述第一模式复用模块(1)连接，第一泵浦模块(5)为前向泵浦模块，其产生LP11模泵浦光；所述第一模式复用模块(1)由顺序安装的第一透镜A(11)、双色分光镜A(12)和第二透镜A(13)组成，其中的双色分光镜A(12)反射泵浦光，透射四线偏振模信号光，双色分光镜A(12)的镜面与第一透镜A(11)、第二透镜A(13)的轴线成45度角；所述第二模式复用模块(4)由顺序安装的第一透镜B(41)、双色分光镜B(42)和第二透镜B(43)组成，其中的双色分光镜B(42)反射泵浦光，透射四线偏振模信号光，双色分光镜B(42)的镜面与第一透镜B(41)、第二透镜B(43)的轴线垂直。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：秦祖军，袁明，杨凯，张文涛，叶松，王新强，蒋曲博，熊显名，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：新型
国别省市：广西;45
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