一种全光纤型弱耦合少模掺铒光纤放大器制造技术

本发明专利技术公开一种全光纤型弱耦合少模掺铒光纤放大器。本发明专利技术的掺铒光纤放大器包括模式选择耦合器、一信号‑泵浦合路器和一少模掺铒光纤；其中，所述模式选择耦合器用于对输入的各单模泵浦光分别转换为少模光纤中一对应设定模式的光；所述信号‑泵浦合路器的输入端与所述模式选择耦合器的输出端连接，用于将输入的模分复用信号光和所述模式选择耦合器模式转换后的泵浦光进行耦合输出，所述信号‑泵浦合路器的输出端与所述少模掺铒光纤连接。本发明专利技术具备体积小、结构简单、调试容易，且与光纤传输链路完全兼容的优势，完全可以应用于弱耦合传输系统。

【技术实现步骤摘要】
一种全光纤型弱耦合少模掺铒光纤放大器
本专利技术属于光纤通信
，涉及一种全光纤型弱耦合少模掺铒光纤放大器。
技术介绍
随着互联网技术的发展，高清电视、移动多媒体等新型业务不断涌现，信息传输带宽需求以指数型不断增长，传统的单模光纤由于非线性香农极限的限制，传输容量达到100-Tbit/s已是极限，因此我们需要研究新的技术来进一步提升光网络的传输容量。近年来，采用少模光纤作为新的空间复用方式受到了广泛关注，并已被证明是提升光传输系统容量的有效方法。目前，模分复用系统分为两类：一类是强耦合系统，另一类是弱耦合系统。在强耦合传输系统中，模式耦合是无法避免的，接收端需要使用相干检测以及多输入多输出数字信号处理(MultipleInputMultipleOutputDigitalSignalProcessing，MIMODSP)技术实现空间模式的分离。需要指出，传统的相干检测和MIMODSP虽然能够增加系统的传输距离和传输速率，但无疑也会极大地增加系统的复杂度和成本。在弱耦合传输系统中，系统中每一部分的模式耦合都是严格控制的，随着器件以及光纤性能的进一步优化，结合波长交织技术进一步抑制模式耦合，弱耦合模分复用系统的传输距离已经可以做到几百公里，并且接收端只需要采用简单的直接检测方式，这种方案无疑会极大地降低系统的复杂度和成本。目前，模分复用光纤的传输损耗已经降低到约0.2dB/km，但是当传输距离达到几百或上千公里的时候，信号功率由于衰减无法继续向前传输。因此，为了使加载信息的光信号传得更远，必须在光信号传输过程中使用放大器。掺铒光纤放大器是中长距离模分复用传输系统的重要器件之一，目前大部分模分复用系统中使用的是单模掺铒光纤放大器，在放大时，模分复用信号需要解复用到单模信号再进行放大，放大后的单模信号再转变为少模信号继续向前传输，这种放大方式会引入额外的功率损耗以及模式耦合；并且当所用模式数目较多时，所需单模掺铒光纤放大器数量也多，这会极大地增加系统成本。为了解决上述问题，研究者提出支持多个模式同时放大的少模掺铒光纤放大器。目前，已报道的少模掺铒光纤放大器应用都是在强耦合模分复用系统中，且少模掺铒光纤放大器的结构绝大部分都是基于空间型的，即采用分立的光学器件实现泵浦光的模式转换以及耦合入少模掺铒光纤，该结构的缺点是体积大、不易调试、与光纤链路兼容性差。根据调研，少模掺铒光纤放大器目前还没有成熟的商品，仍处于技术验证阶段。i.模分复用技术随着时分复用、波分复用、相干接收和多维调制等技术的不断成熟，单模光纤的传输容量已达到香农极限，波分复用光传输的容量增长速度正在减慢，少模光纤中的模分复用技术被作为一种可以进一步提升光网络容量的方案而被广泛关注。模分复用技术是利用光纤中各模式间的正交性将每个模式作为独立的信道加载信号，在模式复用系统中，模式作为一种新的维度资源被引入，有助于大幅提升光网络的通信容量。目前，模分复用系统分为两类：一类是强耦合系统，另一类是弱耦合系统。在强耦合传输系统中，模式耦合是无法彻底避免的，接收端需要使用相干检测以及MIMODSP技术实现空间模式的分离。需要指出，传统的相干检测和MIMODSP虽然能够增加系统的传输距离和传输速率，但无疑也会极大地增加系统的复杂度和成本。在弱耦合传输系统中，系统中每一部分的模式耦合都是严格控制的，辅之以弱耦合少模掺铒光纤放大器补偿链路损耗，在接收端只采用简单的直接检测方式，这种方案会极大地降低系统的复杂度和成本。ii.空间型少模掺铒光纤放大器现有的少模掺铒光纤放大器大都是基于空间型的，主要利用分立的光学器件实现模式转化以及光路耦合(参考E.Pi,etal,88×3×112-Gb/sWDMTransmissionover50kmofThreeModeFiberwithInlineFew-ModeFiberAmplifier,inProcECOC2011,PaperTh.13.C.2；PhilippeGenevaux,etal,Amplificationof5modescarryingeach100Gb/swithafewmodeEDFA,inProcECOC2015.PaperTu3C.5.)。其中泵浦光模式转换基于光学相位片实现，信号光和泵浦光耦合入少模掺铒光纤基于光学透镜实现。但是该类结构具有体积大、调试不易、且与光纤链路兼容性差的缺点。iii.光子灯笼型少模掺铒光纤放大器光子灯笼型少模掺铒光纤放大器是目前唯一一种全光纤型少模掺铒光纤放大器(参考Lopez-Galmiche,etal,Few-modeerbium-dopedfiberamplifierwithphotoniclanternforpumpspatialmodecontrol,Opt.Lett.41(11),2588-2591(2016))。该结构首先利用单模波分复用器实现信号光和泵浦光的合路，再利用光子灯笼实现泵浦光和信号光的模式转换。需要指出的是，目前光子灯笼存在制备较困难且模式耦合较大的问题，无法应用于弱耦合传输系统。除此之外，由于使用了单模波分复用器，在长距离传输系统中用于在线放大时，需要先把信号解复用再与泵浦光合路，而后进行信号复用最后再进行放大，这种技术的复杂度以及成本都比较高，且会引入额外的模式耦合以及功率损失。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种全光纤型弱耦合少模掺铒光纤放大器，该放大器的特点是利用级联的全光纤模式选择耦合器以及信号-泵浦合路器实现了全光型少模掺铒光纤放大器结构，所用器件的输入、输出端均为光纤耦合。目前虽然已有实验室研究出少模掺铒光纤放大器的结构，但是都不适应于弱耦合模分复用传输系统。本专利技术提出一种全光纤型弱耦合少模掺铒光纤放大器结构。本专利技术提出的全光纤型弱耦合少模掺铒光纤放大器依赖于所设计的两个关键性器件：全光纤型模式选择耦合器以及信号-泵浦合路器。其中，全光纤型模式选择耦合器用来实现单模泵浦光转换为少模光纤中特定的基模或者高阶模式。信号-泵浦合路器同时将模分复用信号光和进行模式转换后的泵浦光耦合到少模掺铒光纤，解决了以往少模掺铒光纤放大器只能通过分立光学器件实现泵浦光模式转换以及信号光和泵浦光合路或者不支持模分复用信号和泵浦光合路的问题，使得该结构具有体积小、结构简单、调试容易，且与光纤传输链路完全兼容的优势。除了全光纤结构上优势之外，本专利技术提出的结构也能极大的提升少模EDFA的性能。在该结构中，采用级联的全光纤型模式选择耦合器支持多个泵浦光组合模式注入，使得本专利技术结构不仅可以通过设计少模铒纤结构降低差分模式增益，同时还可以通过调整注入泵浦光的模式组合有效地降低差分模式增益。最后，由于利用了对信号模式不敏感的信号-泵浦合路器，因而该器件不会引入额外的模式耦合，这保证了本专利技术提出的少模掺铒光纤放大器结构可以应用于弱耦合传输系统。本专利技术的技术方案为：一种全光纤型弱耦合少模掺铒光纤放大器，其特征在于，包括模式选择耦合器、一信号-泵浦合路器和一少模掺铒光纤；其中，所述模式选择耦合器用于对输入的各单模泵浦光分别转换为少模光纤中一对应设定模式的光；所述信号-泵浦合路器的输入端与所述模式选择耦合器的输出端连接，用于将输入的模分复用信号光和所述模式选择耦合器模式转换后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全光纤型弱耦合少模掺铒光纤放大器，其特征在于，包括模式选择耦合器、一信号‑泵浦合路器和一少模掺铒光纤；其中，所述模式选择耦合器用于对输入的各单模泵浦光分别转换为少模光纤中一对应设定模式的光；所述信号‑泵浦合路器的输入端与所述模式选择耦合器的输出端连接，用于将输入的模分复用信号光和所述模式选择耦合器模式转换后的光进行耦合输出，所述信号‑泵浦合路器的输出端与所述少模掺铒光纤连接。

【技术特征摘要】
1.一种全光纤型弱耦合少模掺铒光纤放大器，其特征在于，包括模式选择耦合器、一信号-泵浦合路器和一少模掺铒光纤；其中，所述模式选择耦合器用于对输入的各单模泵浦光分别转换为少模光纤中一对应设定模式的光；所述信号-泵浦合路器的输入端与所述模式选择耦合器的输出端连接，用于将输入的模分复用信号光和所述模式选择耦合器模式转换后的光进行耦合输出，所述信号-泵浦合路器的输出端与所述少模掺铒光纤连接。2.如权利要求1所述的全光纤型弱耦合少模掺铒光纤放大器，其特征在于，所述信号-泵浦合路器利用薄膜干涉技术将输入的所述模分复用信号光和所述模式选择耦合输出的光进行耦合输出。3.如权利要求1或2所述的全光纤型弱耦合少模掺铒光纤放大器，其特征在于，所述信号-泵浦合路器包括两固定装置、两透镜和一膜片；其中，第一固定装置用来固定所述模式选择耦合器的光纤输出端以及所述信号-泵浦合路器的光纤输出端，该第一固定装置之后依次为第一透镜、所述膜片、第二透镜和第二固定装置，第二固定装置用于固定传输所述模分复用信号光的少模光纤，第二透镜用于对所述模分复用信号光进行准直入射到所述膜片的一侧，第一透镜用于对所述模式选择耦合器的光纤输出端输出的光入射到所述膜片的另一侧，所述膜片对一侧入射的所述模分复用信号光透射且对另一侧入射的光反射，第一透镜将所述膜片透射的所述模分复用信号光和反射的光进行准直输入到所述信号-泵浦合路器的光纤输出端。4.如权利要求3所述的全光纤型弱耦合少模掺铒光纤放大器，其特征在于，所述固定装置为毛细管。5.如权利要求1所述的全光纤型弱耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：李巨浩，朱景龙，陈章渊，何永琪，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11