一种少模掺铒光纤放大器的优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种少模掺铒光纤放大器的优化设计方法，先测量出样纤中各个模式的损耗系数和粒子数反转系数，然后确定达到设计增益目标所需的反转粒子数和掺铒光纤长度，最后计算并核实信号光各个模式的增益性能是否满足设计要求；这样根据设计的目标增益，通过所需反转粒子数的方式来优化设计掺铒光纤纤放大器，具有设计效率高、容易实施、适应性强的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种少模掺铒光纤放大器的优化设计方法
本专利技术属于光信号处理
，更为具体地讲，涉及一种少模掺铒光纤放大器的优化设计方法。
技术介绍
随着互联网、移动互联网、云计算等业务的飞速发展，通信系统对于传输容量的需求每年都在呈指数形式的增长。然而，以单模光纤为传输介质的波分复用系统通信容量又受限于非线性香农极限。为解决这种矛盾，模分复用技术作为进一步有效提高光纤传输容量的方法，受到各国的重视。模分复用系统离不开少模掺铒光纤放大器，它是补偿模式衰减、实现长距离信号传输的关键器件。少模掺铒光纤放大器的核心指标参数包括模式增益以及它们之间的差模增益等，关键在于优化掺铒光纤的长度、设计泵浦模式及其功率等。目前，少模掺铒光纤放大器的设计是通过数值计算少模光纤中铒离子的速率方程和各个模式的光功率传播方程的方法来实现的，设计前需要采用昂贵的专用精密仪器先测量出掺铒光纤的折射率分布和掺杂浓度分布等。显然，这种传统设计方法不仅依赖于昂贵的硬件资源和软件仿真工具，即使确定了设计参数，制备工艺也会带来误差，从而造成与实际增益性能有较大出入。正因为这样，目前少模光纤放大器还十分昂贵，大约为波分复用光纤放大器的30-50倍。显然，在工程实践中，我们需要一种更加有效的设计方法，希望能够只借用一些常规的测量仪器，如光功率计或光滤波器等，就能够快速地利用自制的或商用的掺铒光纤，设计开发出满足所需增益性能的少模掺铒光纤放大器，这对实际批量生产具有重要意义。
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，提供一种少模掺铒光纤放大器的优化设计方法，根据设计的目标增益，通过反转粒子数参数来优化设计少模掺铒光纤放大器。为实现上述专利技术目的，本专利技术一种少模掺铒光纤放大器的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、截取一段长度为Lsample的掺铒光纤作为样纤；(2)、依次将不同模式信号光和泵浦光作为探测光注入到样纤中，分别测量出不同模式信号光和泵浦光在样纤中的损耗系数；(2.1)、依次将不同模式信号光单独通过可调光衰减器，利用可调光衰减器调节其功率，使每种模式信号光均达到预设功率然后注入样纤，并通过光功率计测量每种模式信号光的输出功率其中，s＝1,2,…，表示信号光的模式；(2.2)、通过各个模式信号光的输入功率和输出功率，利用公式计算出各个模式信号光在样纤中的损耗系数α(s)；(2.3)、分别依次将不同模式泵浦光单独通过可调光衰减器，利用可调光衰减器调节其功率，使每种模式泵浦光达到预设功率然后注入样纤，并通过光功率计测量每种模式泵浦光的输出功率其中，p＝1,2,…，表示信号光的模式；(2.4)、通过各个模式泵浦光的输入功率和输出功率，利用公式计算出各个模式泵浦光在样纤中的损耗系数(3)、计算不同模式信号光和泵浦光的粒子数反转系数；(3.1)、将预设功率为不同模式信号光同时输入至模分复用器，利用模分复用器复用成一路信号光；将预设功率为不同模式泵浦光同时输入至另一个模分复用器，利用模分复用器复用成另一路泵浦光，最后利用波分复用器将复用后的信号光和泵浦光复用值至样纤中；(3.2)、在样纤输出端，按照步骤(3.1)的逆过程，利用波分解复用器和模式解复用器将信号光和泵浦光解复用成不同模式信号光和泵浦光，并通过光功率计测量各个输出信号光的功率，其中，每种模式信号光的输出功率记为每种模式泵浦光的输出功率记为(3.3)、计算信号光和泵浦光的各个模式的粒子数反转系数B(s)、B(p)；其中，T1为亚稳态能级上铒离子的驰豫时间，vs和vp分别为信号光和泵浦光的频率，h为普朗克常数；(4)、计算满足目标增益所需的反转粒子数ρ和掺铒光纤长度L；(4.1)、设置少模掺铒光纤放大器的信号光总增益Gs；(4.2)、根据总增益Gs计算反转粒子数ρ和掺铒光纤长度L；(4.3)、判断公式(2)是否有解，若公式(2)有解，则直接进入步骤(5)；若公式(2)无解，则提高某一模式下或多个模式下的泵浦光预设功率，或者改变泵浦模式，再返回步骤(2)；(5)、计算各个模式信号光的增益；G(s)＝exp[B(s)ρ-α(s)L](6)、判断任意两个模式信号光的增益的差值是否小于预设的光增益差ΔG，如满足，则设计完成并结束；否则，提高某一模式下或多个模式下的泵浦光预设功率，或者改变泵浦模式，再返回步骤(2)。本专利技术的专利技术目的是这样实现的：本专利技术一种少模掺铒光纤放大器的优化设计方法，先测量出样纤中各个模式的损耗系数和粒子数反转系数，然后确定达到设计增益目标所需的反转粒子数和掺铒光纤长度，最后计算并核实信号光各个模式的增益性能是否满足设计要求；这样根据设计的目标增益，通过所需反转粒子数的方式来优化设计掺铒光纤纤放大器，具有设计效率高、容易实施、适应性强的优点。同时，本专利技术一种少模掺铒光纤放大器的优化设计方法还具有以下有益效果：(1)、本专利技术在优化设计过程中，避免了数值求解或仿真铒离子的速率方程和模式功率传播方程，仅需要简单的解析计算即可，设计效率提高；(2)、本专利技术只需针对一小段掺铒光纤进行光功率的测量，便可完成少模掺铒光纤放大器的优化设计，而无需采用昂贵的专用仪器来严格测试掺杂分布和折射率分布，更加容易实施；(3)、本专利技术不限于小信号输入情形下的前置少模光放大器设计，还适用于中继型少模光放大器的设计，方法适应性更强。附图说明图1是本专利技术一种少模掺铒光纤放大器的优化设计方法流程图；图2是样纤的测试过原理图；图3是本方法的设计结果与实际测试结果的比较。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1是本专利技术一种少模掺铒光纤放大器的优化设计方法流程图。在本实施例中，如图1所示，本专利技术一种少模掺铒光纤放大器的优化设计方法，包括以下步骤：S1、截取一段长度为Lsample＝1m的掺铒光纤作为样纤，其掺杂分布和折射率分布均未知；S2、依次将不同模式信号光和泵浦光作为探测光注入到样纤中，分别测量出不同模式信号光和泵浦光在样纤中的损耗系数；S2.1、首先根据设计需求，我们预先设定信号光和泵浦光的初始波长、模式及其预设功率值；在本实施例中，要求设计信号光总增益分别为5dB、10dB、15dB、20dB、25dB、30dB的少模光纤放大器，能够支持LP01和LP11两种线偏振模式信号光，两个模式的差模增益暂不考虑。预设泵浦光模式选为LP01线偏振模式。如表1所示，本实施例中少模掺铒光纤放大器的预设参数，为了便于计算也给出了铒离子的通用参数；表1如图2所示，下面是样纤的具体过程：S2.2、依次将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种少模掺铒光纤放大器的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)、截取一段长度为L

【技术特征摘要】
1.一种少模掺铒光纤放大器的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、截取一段长度为Lsample的掺铒光纤作为样纤样纤；
(2)、依次将不同模式信号光和泵浦光作为探测光注入到样纤中，分别测量出不同模式信号光和泵浦光在样纤中的损耗系数；
(2.1)、依次将不同模式信号光单独通过可调光衰减器，利用可调光衰减器调节其功率，使每种模式信号光均达到预设功率然后注入样纤，并通过光功率计测量每种模式信号光的输出功率其中，s＝1,2,…，表示信号光的模式；
(2.2)、通过各个模式信号光的输入功率和输出功率，利用公式计算出各个模式信号光在样纤中的损耗系数α(s)；
(2.3)、分别依次将不同模式泵浦光单独通过可调光衰减器，利用可调光衰减器调节其功率，使每种模式泵浦光达到预设功率然后注入样纤，并通过光功率计测量每种模式泵浦光的输出功率其中，p＝1,2,…，表示信号光的模式；
(2.4)、通过各个模式泵浦光的输入功率和输出功率，利用公式计算出各个模式泵浦光在样纤中的损耗系数
(3)、计算不同模式信号光和泵浦光的粒子数反转系数；
(3.1)、将预设功率为不同模式信号光同时输入至模分复用器，利用模分复用器复用成一路信号光；将预设功率为不同模式泵浦光同时输入至另一个模分复用器，利用模分复用器复用成另一路泵浦光，最后利用波分复用器将复用后的信号光和泵浦光复用值至样纤中；
(3.2)、在样纤输出端，按照步骤(3.1)的逆过程，利用波分解复用器和模式解复用...

【专利技术属性】
技术研发人员：武保剑，江歆睿，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