一种基于光纤模场适配器的低噪声光纤放大器制造技术

本发明专利技术提供一种光纤放大器，包括顺序连接的光纤模场适配器、第一光学支路和第二光学支路；第一光学支路连接包括顺序连接的第一波分复用器、第一掺铒光纤和滤波器；第二光学支路包括顺序连接的第一光环形器、第二波分复用器、第二掺铒光纤和第二光环形器，第一光环形器的第一端口与第一光学支路的输出端相连，第一光环形器的第二端口与第二波分复用器相连，第二光环形器的第二端口与第二掺铒光纤相连，且第二光环形器的第三端口与第一端口连通；还设有分束器，分束器的输出端分别与第一波分复用器和第二波分复用器的输入端相连。本发明专利技术能够有效用于小信号的接收、降噪，提升放大效果。提升放大效果。提升放大效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤模场适配器的低噪声光纤放大器


[0001]本专利技术属于光纤放大器
，具体涉及一种基于光纤模场适配器低噪声光纤放大器。

技术介绍

[0002]高灵敏度光接收机应用于光纤通信和空间激光通信系统中能降低发射功率、增加传输链路距离或者减少中继设备。加入光放大器的直接探测接收机能接近相干探测接收机的灵敏度，而且结构简单，尤其不需要本振光源和考虑相位、频率、偏振控制的问题，因此，研究基于光放大器的直接探测接收机具有重要的意义。
[0003]光放大器是其重要组成部分，掺铒光纤放大器因其实用性、高可靠性及低成本等因素，仍是光通信系统中的主流光纤放大器。掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier。EDFA)采用掺杂有铒离子的光纤作为增益介质，在泵浦光的激励下发生粒子反转，实现光信号的放大。EDFA是光信号传输系统中最重要的核心装置之一，广泛应用于光纤通信、空间激光通信、光纤传感和光纤测量等领域。但是一般的光放大器只能实现中等增益、较高噪声系数的光放大作用。而掺铒光纤放大器经过优化可以实现高增益、低噪声系数的放大,因此拓展其高增益、优化其噪声特性仍是EDFA研发的重点。
[0004]空间激光通信中，要实现高效接收信号光，需增大接收望远镜的视场角，这可以通过减小望远镜的焦距或者增大耦合光纤的模场面积来实现。而接收望远镜，当耦合光纤的数值孔径NA一定时，减小望远镜的焦距，将造成接收望远镜的有效接收面积的减小，从而降低空间激光通信的探测性能；如果采用大模场光纤耦合，则后续的光信号处理需采用大模场光纤，这会增加光纤放大器的噪声系数，这大大提高了光信号探测和处理的难度。

技术实现思路

[0005]基于以上技术问题，本专利技术的主要目的在于提出一种基于光纤模场适配器的低噪声光纤放大器，能够有效用于小信号的接收、降噪，提升放大效果。
[0006]本专利技术的光纤放大器，包括顺序连接的光纤模场适配器、第一光学支路和第二光学支路；第一光学支路连接包括顺序连接的第一波分复用器WDM1、第一掺铒光纤EDF1和滤波器Filter；第二光学支路包括顺序连接的第一光环形器OC1、第二波分复用器WDM2、第二掺铒光纤EDF2和第二光环形器OC2，第一光环形器OC1的第一端口与第一光学支路的输出端相连，第一光环形器OC1的第二端口与第二波分复用器WDM2相连，第二光环形器OC2的第二端口与第二掺铒光纤EDF2相连，且第二光环形器OC2的第三端口与第一端口连通；还设有分束器Tap，分束器Tap的输出端分别与第一波分复用器WDM1和第二波分复用器WDM2的输入端相连。
[0007]其中，所述光纤模场适配器与第一光学支路的第一波分复用器WDM1之间还设有第一隔离器ISO1；所述第一光学支路的滤波器Filter和第二光学支路的第一光环形器OC1之间还设有第二隔离器ISO2。
[0008]其中，所述分束器Tap的输入端连接有泵浦源LD，用于提供泵浦光。
[0009]其中，所述第一光环形器OC1的第三端口为放大后信号的输出端，还可以连接第三隔离器ISO3，用于输出时产生的反向自发辐射。
[0010]其中，所述分束器Tap的分光比优选为输入第二光学支路的泵浦光在70％以上，优选为90％以上。
[0011]其中，所述光纤放大器的信号光的波长为1550nm，泵浦光的波长为980nm。
[0012]其中，所述光纤模场适配器MFA中，大模场端面面积是小模场端面面积的9倍，耦合的信号光能够增加4倍以上。
[0013]本专利技术的光纤放大器能够适用于小信号的降噪放大，小信号的功率范围可达
‑
55dBm到
‑
10dBm。
[0014]本专利技术提出的光纤放大器，具有以下有益效果：
[0015]1、本专利技术种基于光纤模场适配器的低噪声光纤放大器光纤模场适配器MFA，用于实现空间激光信号从大模场光纤端接收然后转换到小模场光纤端进行处理，采用大模场光纤对空间激光信号进行耦合，端面接收面积是小芯径的很多倍，这样能大大增加信号光探测效率，而通过模场转换，使信号光经过小芯径的光纤放大器，这样还会保证信号低噪声放大；
[0016]2、在本专利技术的一个实施例中，所述光纤模场适配器MFA的大模场光纤端的光纤芯径为30um，数值孔径NA为0.07；所述光纤模场适配器MFA的小模场光纤端的模场直径为10.1um，数值孔径NA为0.125，可以大模场端面面积是小模场端面面积的9倍，耦合的信号光将增加4倍以上。
[0017]3、本专利技术前置放大器信号光和泵浦光，通过波分复用器耦合形成复合光，使得信号光和泵浦光从同一方向注入掺铒光纤EDF1中，从而降低前置放大器的噪声系数，整个放大器的噪声系数基本由前置放大器决定；
[0018]4、本专利技术的结构中具有两个光环形器，前置放大器放大后的信号光进入第一环形器OC1端口1(第一端口)然后通过端口2(第二端口)将注入到二级放大器中，通过波分复用器WDM2与泵浦光形成复合光，从同一方向注入到掺铒光纤EDF2中，第二环形器OC2将放大后的信号光再一次返回到掺铒光纤中，经过两次掺铒光纤EDF2来实现光纤放大器的高增益同时还能降低泵浦功耗，第一环形器OC1第三端口实现光放大器整体的输出，同时因为光环形器有很高的隔离度，直接对端口3(第三端口)输出的光进行回光隔离，这样可以减少光纤放大器隔离器的使用，有效减少器件数量并降低成本。
[0019]5、本专利技术的结构还可以包括至少一个光隔离器，光隔离器ISO1置于波分复用器和信号源之间，用于防止反向的自发辐射噪声沿掺铒光纤传输至信号源。
[0020]6、本专利技术的结构可以采用980nm波长的泵浦光源，由于980nm波长的光子能量高，因此可实现大的粒子数反转，进一步保证高增益，并且通过优化泵浦光源的分光比，采用的是分束器分束1：9的光进行分别泵浦前置放大和二级放大。因为前置放大器主要起到信号光的预放大，多余的泵浦光会引起信号噪声，因此第一掺铒光纤EDF1中的泵浦光要刚好饱和，通过优化，我们选择泵浦激光器10％的光进行前置放大器的泵浦光，保证了前置放大可以对小信号进行低噪声放大。第二放大器需要高功率的光进行二次放大，所以通过分束器将90％的泵浦光注入到二级放大器中，保证了二级放大光路中信号光被充分放大。通过用
分束器分光，这样即可以减少泵浦光源的数量，还能保证整个光路中的泵浦光能在两路放大器中充分利用。同时掺铒光纤对不同波长的泵浦光响应不同，不同波长的光也会使系统的噪声系数增加，因此，选用分束器分光，这样对整个光路来说不会因为泵浦光源波长不一致而引起第一掺铒光纤EDF1和第二掺铒光纤EDF2中产生不同的噪声信号；
[0021]7、本专利技术利用滤波器Filter置于前置放大器结构中，这样可以对前置放大中产生的噪声信号进行有效滤除，保证低噪声系数的信号光进入二级放大器中，进而保证光纤放大器整体有一个低噪声系数输出。
附图说明
[0022]构成本专利技术的一部分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤放大器，包括顺序连接的光纤模场适配器、第一光学支路和第二光学支路；第一光学支路连接包括顺序连接的第一波分复用器WDM1、第一掺铒光纤EDF1和滤波器Filter；第二光学支路包括顺序连接的第一光环形器OC1、第二波分复用器WDM2、第二掺铒光纤EDF2和第二光环形器OC2，第一光环形器OC1的第一端口与第一光学支路的输出端相连，第一光环形器OC1的第二端口与第二波分复用器WDM2相连，第二光环形器OC2的第二端口与第二掺铒光纤EDF2相连，且第二光环形器OC2的第三端口与第一端口连通；还设有分束器Tap，分束器Tap的输出端分别与第一波分复用器WDM1和第二波分复用器WDM2的输入端相连。2.根据权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于，所述光纤模场适配器与第一光学支路的第一波分复用器WDM1之间还设有第一隔离器ISO1；所述第一光学支路的滤波器Filter和第二光学支路的第一光环形器OC1之间还设有第二隔离器ISO2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆日，
申请(专利权)人：天津弘毅光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：