光纤放大器制造技术

本发明专利技术提供了一种光纤放大器，包括：泵浦激光器，信号泵浦合束器，以及少模掺杂光纤；其中，泵浦激光器用于输出泵浦光；信号泵浦合束器用于将输入的少模信号光与泵浦光耦合入少模掺杂光纤中；少模掺杂光纤的纤芯的折射率沿横截面半径方向呈渐变分布，纤芯沿轴向刻有周期性光栅，光栅的周期满足相位匹配条件。本发明专利技术的光纤放大器实现光信号模式间的强耦合与共放大，从而减小模群间的差分增益。

Fiber amplifier

【技术实现步骤摘要】
光纤放大器
本专利技术涉及光通信领域，尤其涉及一种光纤放大器。
技术介绍
随着通信容量需求的迅速增长，出现了基于少模光纤(FewModeFiber，FMF)和多芯光纤(Multi-coreFiber，MCF)的空分复用(SpatialDivisionMultiplexing，SDM)技术，使用SDM技术的长距离传输系统中，需要SDM光纤放大器实现不同空间信道的同时放大。如图1所示，为一种实现少模光传输不同空间信道同时放大的方案。利用多个单模掺铒光纤放大器(Erbium-DopedFiberAmplifier，EDFA)实现。具体的，先将少模光纤输入的模式复用信号解复用成多个单模信号，然后分别用单模EDFA放大。放大后的多路信号再复用进输出的少模光纤。这种少模信号放大方法，需要经过“解复用”、“放大”、“复用”三步，一方面增加了系统的复杂度和成本，另一方面引入额外的插损及模间串扰，随着传输距离的增加，模间串扰不断积累，每个模式上信号的信噪比不断恶化，很难支持长距传输。另外，目前还有少模掺铒光纤放大器(FewModeErbium-DopedFiberAmplifier，FM-EDFA)等。相较于上述多通道单模EDFA，FM-EDFA成本较低，但其各模式间的增益不均衡，模式增益差(DifferentialModeGain，DMG)较大，且不同模式间的放大噪声系数(NoiseFigure，NF)差异较大，造成各模式信号的传输性能不一致，不利于长距离传输。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种光纤放大器，实现信号模式间的强耦合与共放大，从而减小模式群间的差分增益。第一方面，本专利技术实施例提供了一种光纤放大器，包括：泵浦激光器，信号泵浦合束器，以及少模掺杂光纤；其中：泵浦激光器用于输出泵浦光；信号泵浦合束器用于将输入的少模信号光与泵浦光耦合入少模掺杂光纤中；少模掺杂光纤的纤芯的折射率沿横截面半径方向呈渐变分布，纤芯沿轴向刻有周期性光栅，光栅的周期满足相位匹配条件。少模掺杂光纤的周期性光栅的使用，使得光信号模式间强耦合与共放大，从而减小模式群间的差分增益。在一个可能的设计中，光栅的周期满足相位匹配条件具体包括：多个光栅的周期分别与少模信号光的相邻模群间的有效折射率差的乘积等于少模信号光的波长；少模信号光的相邻模群为：信号光包含的多个模群按照对应的有效折射率依次排列后两个相邻的模群。这种模式强耦合的方式对折射率渐变的少模光纤普遍适用，增大了应用的广泛性。在又一个可能的设计中，少模掺杂光纤的纤芯的折射率沿横截面半径方向渐变分布使得相邻模群间的有效折射率差相等，多个光栅的周期相等。这种特性使得所有相邻模群具有相同有效折射率差，因而可采用刻写具有单一周期结构的光栅，这样降低了光栅的要求，减小了制造成本。在又一个可能的设计中，少模掺杂光纤的纤芯区域掺杂有稀土元素离子。实现了不同波长信号的放大增益。在又一个可能的设计中，纤芯区域掺杂有稀土元素离子包括均匀掺杂和分层掺杂。在又一个可能的设计中，少模掺杂光纤的纤芯采用掺有二氧化锗的二氧化硅材料，包层采用二氧化硅材料；或者纤芯采用二氧化硅材料，包层采用掺氟化物的二氧化硅。从而实现模群间折射率差相等。在又一个可能的设计中，少模掺杂光纤的纤芯外围还包括内包层、沟槽层、外包层，沟槽层的折射率小于内包层和外包层的折射率。这种方式等效降低了包层折射率，会起到限制光场的作用，使得各个模式更加聚集于纤芯内部，降低与包层模之间的耦合，减小弯曲损耗。在又一个可能的设计中，少模掺杂光纤的纤芯外围多个空气孔。空气孔在限制光场方面效果更优。在又一个可能的设计中，少模掺杂光纤包括多个纤芯，采用纤芯泵浦方式，泵浦光打入每个纤芯。从而有效的实现泵浦光与信号光的光场重叠，达到增益的提高与各纤芯增益的均衡。在又一个可能的设计中，少模掺杂光纤包括多个纤芯，采用包层泵浦方式，包层中包括泵浦区域，泵浦光打入泵浦区域。包层泵浦方式结构简单，同时也能实现各纤芯的增益均衡，在又一个可能的设计中，光纤放大器还包括分束器，用于分离少模掺杂光纤输出的信号光和泵浦光，并把分离出的泵浦光输入进信号泵浦合束器。这样实现了对泵浦光充分的利用，进一步提高各模式信号光的增益。在又一个可能的设计中，光纤放大器还包括第一隔离器和第二隔离器，第一隔离器与信号泵浦合束器的输入端连接，第二隔离器与少模掺杂光纤的输出端连接。这样防止反向散射光进入光纤链路，提高了光信号传输质量。本专利技术实施例提供的上述技术方案，通过放大器中使用刻有周期性光栅的少模掺杂光纤，使得光信号模式间实现强耦合与共放大，从而减小模式群间的差分增益和噪声系数差异，有利于光信号的长途传输。附图说明图1为现有技术的一种光纤放大器结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种空分复用光纤放大器的结构示意图；图3a为本专利技术实施例提供的一种光纤放大器内的少模掺杂光纤结构示意图；图3b为本专利技术实施例提供的一种少模掺杂光纤的截面折射率分布示意图；图4a为本专利技术实施例提供的另一种光纤放大器内的少模掺杂光纤结构示意图；图4b为本专利技术实施例提供的另一种少模掺杂光纤的截面折射率分布示意图；图5为本专利技术实施例提供的掺杂纤芯的横截面结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的掺铒光纤模型示意图；图7为本专利技术实施例提供的均匀掺杂下DMG随耦合强度和耦合点数变化曲线图；图8为本专利技术实施例提供的均匀掺杂下DMG随耦合强度和耦合点数等高线图；图9为本专利技术实施例提供的DMG随分层掺杂参数b、c的变化关系二维图；图10为本专利技术实施例提供的分层掺杂下DMG随耦合强度和耦合点数等高线图；图11a为本专利技术实施例提供的一种沟槽辅助型的光纤的横截面的结构示意图；图11b为本专利技术实施例提供的沟槽辅助型光纤沿径向的截面折射率分布示意图；图12为本专利技术实施例提供的一种空气孔辅助型的光纤的横截面结构示意图；图13为本专利技术实施例提供的3芯光纤的横截面的结构示意图；图14为本专利技术实施例提供的7芯光纤的横截面的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。本专利技术实施例提供一种强耦合空分复用光纤放大器，如图2所示，包括：两个光隔离器201，泵浦激光器202，信号泵浦合束器203，以及少模掺杂光纤204。其中，两个光隔离器201分别在光纤放大器的输入端和输出端，用于防止反向散射光进入光纤链路影响光信号传输质量；泵浦激光器202用于输出泵浦光；信号泵浦合束器203用于将输入端的少模信号光与泵浦光耦合进入输出端；少模掺杂光纤204用于实现信号模式间的强耦合与共放大，从而减小模群间的差分增益。图2中，进入光纤放大器的信号光包含M个模群，M为大于等于2的整数。模群是指在光纤中传播常数一致的多个模式组成的群，一个模群中的多个模式的速率相等。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤放大器，其特征在于，包括：泵浦激光器，信号泵浦合束器，以及少模掺杂光纤；其中：/n所述泵浦激光器用于输出泵浦光；/n所述信号泵浦合束器用于将输入的少模信号光与所述泵浦光耦合入所述少模掺杂光纤中；/n所述少模掺杂光纤的纤芯的折射率沿横截面半径方向呈渐变分布，所述纤芯沿轴向刻有周期性光栅，光栅的周期满足相位匹配条件。/n

【技术特征摘要】
20191228 CN 20191138386111.一种光纤放大器，其特征在于，包括：泵浦激光器，信号泵浦合束器，以及少模掺杂光纤；其中：
所述泵浦激光器用于输出泵浦光；
所述信号泵浦合束器用于将输入的少模信号光与所述泵浦光耦合入所述少模掺杂光纤中；
所述少模掺杂光纤的纤芯的折射率沿横截面半径方向呈渐变分布，所述纤芯沿轴向刻有周期性光栅，光栅的周期满足相位匹配条件。


2.如权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于，所述光栅的周期满足相位匹配条件具体包括：多个光栅的周期分别与所述少模信号光的相邻模群间的有效折射率差的乘积等于少模信号光的波长；所述少模信号光的相邻模群为：所述信号光包含的多个模群按照对应的有效折射率依次排列后两个相邻的模群。


3.如权利要求2所述的光纤放大器，其特征在于，所述少模掺杂光纤的纤芯的折射率沿横截面半径方向渐变分布使得相邻模群间的有效折射率差相等，所述多个光栅的周期相等。


4.如权利要求1-3任一项所述的光纤放大器，其特征在于，所述少模掺杂光纤的纤芯区域掺杂有稀土元素离子。


5.如权利要求4所述的光纤放大器，其特征在于，所述纤芯区域掺杂有稀土元素离子包括均匀掺杂和分层掺杂。


6.如权利要求5所述的光纤放大器，其特征在于，所述刻写的光栅的强度范围为：[4*10-7，3*10-2]。


7.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：张林，刘亚平，杨志群，郭强，周锐，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44