一种三阶拉曼放大器的泵浦源制造技术

本实用新型专利技术提出一种三阶拉曼放大器的泵浦源，其结构简单合理，应用方便，成本低，并且可以获得最优的拉曼增益效果或者最优的系统传输效果，其包括高功率拉曼激光器,可调功率分配器将高功率拉曼激光器输出功率分成两部分，第一部分保持波长不变，在总输出中作为3级泵浦激光器的3级泵浦源使用，第二部分通过增加选频器件形成两个级联拉曼谐振腔：第一级联拉曼激光谐振腔、第二级联拉曼激光谐振腔，第一级联拉曼激光谐振腔、第二级联拉曼激光谐振腔依次产生2级泵浦光和1级泵浦光，各级泵浦光在增益光纤中，其功率随着距离发生变化。

A pump source of three order Raman amplifier

The utility model provides a pump source for three order Raman amplifier, which has the advantages of simple structure, convenient application, low cost, system transmission effect and can obtain optimal or optimal Raman gain effect, including high power Raman lasers, adjustable power distributor of high power Raman laser output power is divided into two parts, the first part keep the wavelength unchanged, used as the 3 stage pumping source 3 level pump laser in total output in the second part, by increasing the frequency selection device to form two cascaded Raman resonant cavity: first cascaded Raman laser resonator, second cascaded Raman laser resonator, the first cascaded Raman laser resonator, second cascaded Raman laser cavity in order to produce 2 pump and 1 pump, the pump at all levels in the gain fiber, the power with distance change.

【技术实现步骤摘要】
一种三阶拉曼放大器的泵浦源
本技术涉及光纤通信
，具体为一种三阶拉曼放大器的泵浦源。
技术介绍
光线通信技术中常应用拉曼放大器作为泵浦源，拉曼放大器是利用受激拉曼散射现象实现的光放大器，其光的转移通过拉曼频移实现，所谓拉曼频移即一个高功率泵浦信号λp和一个低功率泵浦信号λs被导入到同一传输光纤中，来自高功率的泵浦光的能量被转移到低功率的光信号中，这样便完成了信号的放大，在典型情况下，λp小于λs，而λp与λs之差被设计成近似等于传输介质的斯托克斯转移。拉曼频移可用于高阶拉曼效应，高阶拉曼效应也称多次拉曼散射，即位于高频的大功率光子的能量能够经过数次斯托克斯频移，逐级泵浦低频光子。通信光纤多为锗硅光纤，而锗硅光纤的拉曼频移量为440cm-1，根据拉曼光纤第i阶输出波长的计算公式可以计算得知：计算得知：1389.5nm的光发生拉曼频移后,其功率会转移到1480nm的波长上，1480nm的光再次发生拉曼频移后其功率会转移到1550nm波段上。拉曼放大技术近年来得到越来越广泛的应用：如级联拉曼泵浦激光器，无中继传输技术中应用的高阶拉曼放大器，具体应用如下所述：(1)级联拉曼泵浦激光器专利《基于滤波器光纤的级联拉曼光纤激光器系统》(申请号：201080010155.3)提出了一种光产生和放大系统，包括一段具有折射率分布并且在其工作波长上具有正常色散的激光激活滤波器光纤,该折射率分布抑制在比目标波长更长的波长下的不希望的斯托克斯级。在所述光纤的输入端和输出端处提供一系列嵌套反射器件,并且该系列嵌套反射器件被配置为提供一系列嵌套拉曼腔体,该系列嵌套拉曼腔体在波长上分开大约相应的斯托克斯频移。专利《单泵多波长激射的半导体拉曼泵浦激光器及泵浦合波装置》(申请号201210047801.4)提供一种通过在泵浦激光器的输出尾纤上使用至少两个或两个以上不同中心波长的来实现可使增益平坦对应多个波长激射的单泵多波长激射的半导体拉曼泵浦激光器及泵浦合波装置。(2)无中继传输技术中应用的高阶拉曼放大器随着无中继传输技术的发展，要求超过400km的传输段落越来越多，拉曼放大技术，遥泵放大技术都逐渐被采用，但是随着传输距离的进一步增加，高阶拉曼放大器由于具有更高的增益和更低的噪声逐渐得到青睐。但是3阶拉曼放大器的泵浦源结构非常复杂，成本非常高。如图1所示一个商用的3阶拉曼放大器泵浦源的结构图，这个泵浦源是由两个独立的控制机框(1U机框*2)构成的，之所以选用两个机框是因为所采用的泵浦激光器类型完全不同，无法在一个机框内完成光路设计及电路软件控制。其中一个机框内包含有若干个半导体激光器，至少包括3个半导体激光器：至少一个波长为1370nm附近的半导体激光器，波长通常为100mW以内，至少包括3个波长为1425～1465nm之间的半导体激光器，输出功率为100～300mW之间。另外一个机框由波长更短三级激光器构成，通常功率为数瓦，功率如此高的半导体激光器尚没有研发出来，所以需要选用高功率光纤拉曼激光器。这种激光器就是前述的由多个拉曼级联谐振腔和增益光纤构成的。输出功率5W以上。多个半导体激光器构成的1+二级拉曼泵浦源电路驱动控制非常复杂[专利《一种二阶拉曼放大器及其控制方法》申请号:CN201510863985.5]。实际应用起来实现激光安全和无光关泵功能因为要涉及两块单板，变得非常麻烦。同时每个机框都需要远程控制，不同机框(机制)的拉曼泵浦源要实现无光关泵或者增益/功率模式联动控制，也是非常不容易。如图1所示的商用的3阶拉曼的泵浦源中，通常需要3.5～5W的三级泵浦源，波长为1270～1280nm；通常需要二级的拉曼激光器作为种子源，波长为1370～1380nm，功率为几十毫瓦；此外还需要至少3个一级的泵浦光，其波长分别为1425nm,1445nm,1465nm。功率为100～200mW之间。如此搭配可以获得较为平坦的增益和较低的噪声指数，实现某些仅有1阶和2阶拉曼放大器无法胜任的场合。例如超长跨距无中继传输距离超过400公里的场合。但是以上由若干半导体激光器和高阶拉曼激光器构成的3阶拉曼泵浦源成本非常之高。从上述例子可以看出，拉曼激光器输出功率很高，通常可以达到10W以上，波长越短(频率越高)，越容易得到高功率的输出，其制作原理一般是级联拉曼激光器的原理。众所周知，拉曼激光器在生产过程中一般以光-光转化效率为终极目标。以光-光转换效率为设计目标,其结果就是级联拉曼激光器都是将高频的拉曼功率转移到低频泵浦光上去。在激光器输出功率中一般只有残留的少量的高频拉曼激光功率(而且成品激光器为了获得良好的激光输出谱特性，还会将高阶的激光滤掉)，大部分高阶激光功率都通过斯托克频移效应转移到低阶(低频)光上去了。如图2所示一个三级的拉曼级联激光器的功率转移过程，纵坐标表示激光器的功率，在这个过程中，λ3rd(高频三级)的功率首先转移到它的斯托克斯波长λ2rd上，当达到二级激射阈值的时候，λ2rd上的功率又转移到下一个斯托克斯频移即λ1rd中。一级斯托克斯光最后转移给需要放大的光信号。级联拉曼激光器的输出特点是所有的泵浦功率都转化到最后一级(频率最低的一级)上。综上所述，可见，在实际拉曼放大器的研究和使用过程，高阶拉曼放大器各级激光器泵浦配置具有其独特的特点，以3阶拉曼放大器为例，其拉曼泵浦源配置的特点：三级最大，3.5W～5W，二级最小，只有几十毫瓦，一级功率居中，为100mW～200mW之间，这种功率配置方式一般要求三阶拉曼放大器的泵浦源的构成中必须包括若干个半导体激光器和若干个高功率激光器构成，成本非常之高。
技术实现思路
针对现有技术中拉曼放大器存在的结构复杂，应用不方便，成本非常高等问题，本技术提出一种三阶拉曼放大器的泵浦源，其结构简单合理，应用方便，成本低，并且可以获得最优的拉曼增益效果或者最优的系统传输效果。一种三阶拉曼放大器的泵浦源，其包括高功率拉曼激光器,其特征在于：可调功率分配器将所述高功率拉曼激光器输出功率分成两部分，第一部分保持波长不变，在总输出中作为3级泵浦激光器的3级泵浦源使用，其产生的3级泵浦光直接进入宽带合波器的一个输入端；第二部分通过增加选频器件形成两个级联拉曼激光谐振腔：第一级联拉曼激光谐振腔、第二级联拉曼激光谐振腔，由可调功率分配器分出的3级泵浦光作为输入泵浦光，在第一级联拉曼激光谐振腔内由高频3级泵浦光向低频2级泵浦光转化，在第二个级联拉曼激光谐振腔内，第一级联拉曼激光谐振腔生成的2级泵浦光向1级泵浦光转换，所述第一级联拉曼激光谐振腔、第二级联拉曼激光谐振腔依次产生2级泵浦光和1级泵浦光，各级泵浦光在增益光纤中，其功率随着距离发生变化，3级泵浦光，2级泵浦光及1级泵浦光在谐振腔内的反馈及传输过程用如下的方程来描述：F和B分别代表前、后传输方向；P代表功率，Pp3,Pp2,Pp1，分别代表3级泵浦功率，2级泵浦光功率，1级泵浦光功率；α为拉曼光纤损耗；g为拉曼光纤拉曼增益系数。强泵浦情况下，拉曼光纤中的自发拉曼散射效应(ASE)通常非常弱，因此在上式中忽略了ASE。在z＝0,z＝L处的边界条件分别为：其进一步特征在于：所述第一级联拉曼激光谐振腔包括选频器件2级布拉格高反射光栅(FBG2),本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三阶拉曼放大器的泵浦源，其包括高功率拉曼激光器,其特征在于：可调功率分配器将高功率拉曼激光器输出功率分成两部分，第一部分保持波长不变，在总输出中作为3级泵浦激光器的3级泵浦源使用，其产生的3级泵浦光直接进入宽带合波器的一个输入端，第二部分通过增加选频器件形成两个级联拉曼激光谐振腔：第一级联拉曼激光谐振腔、第二级联拉曼激光谐振腔，由可调功率分配器分出的3级泵浦光作为输入泵浦光，在第一级联拉曼激光谐振腔内由高频3级泵浦光向低频2级泵浦光转化，在第二个级联拉曼激光谐振腔内，第一级联拉曼激光谐振腔生成的2级泵浦光向1级泵浦光转换，所述第一级联拉曼激光谐振腔、第二级联拉曼激光谐振腔依次产生2级泵浦光和1级泵浦光，各级泵浦光在增益光纤中，其功率随着距离发生变化。

【技术特征摘要】
1.一种三阶拉曼放大器的泵浦源，其包括高功率拉曼激光器,其特征在于：可调功率分配器将高功率拉曼激光器输出功率分成两部分，第一部分保持波长不变，在总输出中作为3级泵浦激光器的3级泵浦源使用，其产生的3级泵浦光直接进入宽带合波器的一个输入端，第二部分通过增加选频器件形成两个级联拉曼激光谐振腔：第一级联拉曼激光谐振腔、第二级联拉曼激光谐振腔，由可调功率分配器分出的3级泵浦光作为输入泵浦光，在第一级联拉曼激光谐振腔内由高频3级泵浦光向低频2级泵浦光转化，在第二个级联拉曼激光谐振腔内，第一级联拉曼激光谐振腔生成的2级泵浦光向1级泵浦光转换，所述第一级联拉曼激光谐振腔、第二级联拉曼激光谐振腔依次产生2级泵浦光和1级泵浦光，各级泵浦光在增益光纤中，其功率随着距离发生变化。2.根据权利要求1所述的一种三阶拉曼放大器的泵浦源，其特征在于：所述第一级联拉曼激光谐振腔包括选频器件2级布拉格高反射光栅（FBG2）,增益光纤与2级可调布拉格光栅（FBG3）；所述第二级联拉曼激光谐振腔包括选频器件1级布拉格高反射光栅（FBG1）与1级可调布拉格宽带光栅（FBG4）。3.根据权利要求1所述的一种三阶拉曼放大器的泵浦源，其特征在于：所述选频器件的反射率可调，1级泵浦光和2级泵浦光输出光功率及比例通过调节选频器件光纤光栅的反射率来实现。4.根据权利要求1所述的一种三阶拉曼放大器的泵浦源，其特征在于：所述可调功率分配器的分配比例可调，可以平衡1级泵浦光，2级泵浦光，3级泵...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟荣华，
申请(专利权)人：无锡科技职业学院，
类型：新型
国别省市：江苏,32