光放大器动态泵浦耦合方法技术

光放大器动态泵浦耦合方法，其特征在于：在所需衰减位置熔接一定长度掺杂稀土元素光纤，用以提供与泵浦功率相关的衰减，其对泵浦光功率的衰减量与泵浦输入光功率相关，泵浦输入光功率越小，其衰减量越大。本发明专利技术的优点在于：扩展光放大器的动态范围，使光放大器能稳定工作在更小的功率点；在多级光路中，简单灵活的调节泵浦功率分配，使泵源得到充分有效的利用，节省了泵源，改善了放大器的噪声指标；提升了对光放大器的瞬态响应过冲的抑制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通用的光纤放大器，特别涉及到扩展光放大器动态输 出范围，改善小信号工作点稳定度和提高泵浦利用效率的光放大器。
技术介绍
在当前光通讯
中，现有光纤放大器的典型结构为采用一只或多只激光二级管LD作为泵源，经波分复用耦合器，对一段稀土 掺杂光纤进行正向、反向或双向泵浦，LD波长通常为980nm或1480腿波段。基于光纤放大器的工作原理，图l给出了增益恒定为20dB的情 况下，放大器的信号输入功率与需求的泵浦输入功率的关系曲线。由 图1可见，在增益恒定时，需要的泵浦功率随信号输入功率单调递增。 因此，放大器的稳定输出范围，直接取决于泵浦激光器的稳定工作范 围。在实际使用的泵浦激光器中，由于激光器的工作原理、生产工艺 等原因，可使用的激光器的最大输出功率、最小稳定输出功率都有一 定的范围限制。例如，对于一只常用的980nm, 300mW泵浦激光器， 在输出上限为300mW。在小功率，其输出光功率大于20mW时，输出 稳定性典型值在4%左右，输出在12-20mW时，则稳定性恶化到10 %,.低于12mW，激光器基本不能正常工作。因此，该最小稳定输出 功率，又限定了激光器可使用的最小工作点，从而也就确定了光放大 器的动态增益范围。通常设计光放大器时，为了在小功率点时避免泵浦工作不稳定时导效输出光的不稳定，主要采用两种方式来解决1. 根据计算分析，在泵源输出端或主光路上人为通过熔接方式产生一定损耗14,使得泵源的最小工作点提高，其典型熔接位置如图2 所示熔接位置可位于泵源11的尾纤后；如图3所示熔接位置可 位于波分复用器12与掺铒光纤13之间、可位于泵源11与泵浦分光 器15之间、可位于泵浦分光器15与波分复用器12之间；如图4所 示熔接位置可位于第一级铒纤13与第二级铒纤131之间以及Bypass 光路中。例如，系统分析的最小工作点需要泵源稳定在8mW，而实际 满足输出稳定性要求时泵源的工作点在12mW,则在泵源输出熔接 10*log(12/8) :1.76dB损耗。于是，泵源的最小工作点从8mW提 高到12mW,满足输出的稳定性要求。此种方案的弊端在于此方案 在提高小功率工作点的同时，也相应提高了高功率工作点，如果不熔 接损耗所对应先前的高功率点需要200mW泵浦时，熔接损耗后则需要 用到300mW，显然极大的浪费了泵源功率。同时，由于可使用的泵源 功率有限，采用此方案使得放大器的高工作点相应降低了许多；2. 脉宽调制泵源。通过外接电路和软件控制产生高频调制波型调 制泵源，控制调制波占空比使泵源的平均输出功率为所要求的输出功 率。此方案的好处是泵源利用充分，泵源平均功率可以控制到4艮小。 缺点是需要软、硬件结合控制，外接电路复杂，提高了成本，且控制 稳定性与软、硬件皆有关。
技术实现思路
本专利技术提供了一种可以动态衰减泵浦的方法，能够有效的解决小 信号输入时放大器输出的稳定性问题，并将此方案应用到放大器设计 中，使得在相同工作条件下泵浦利用效率得到很大提高，从而充分的 节省成本，并且，该方案简单易行。本专利技术的方案如下，其特征在于在所需衰减位置熔接一定长度掺杂稀土元素光纤，用以提供与泵浦功 率相关的衰减，其对泵浦光功率的衰减量与泵浦输入光功率相关，泵 浦输入光功率越小，其衰减量越大。其中，所需衰减位置可为泵源的输出端。其中，所需衰减位置可为多级光路放大器的各级泵浦光路径中， 调节泵源功率比例。其中，所需衰减位置可为多级分泵浦光路放大器的各分泵浦光支 路中，调节泵源功率比例。其中，所需衰减位置可为多级Bypass光路放大器的Bypass支路 中，调节泵源功率比例。其中，所述掺杂稀土元素光纤可为,光纤、掺镱光纤、掺铥光纤。本专利技术的优点在于1. 扩展光放大器的动态范围，使光放大器能稳定工作在更小的功率点。2. 在多级光路中，简单灵活的调节泵浦功率分配，使泵源得 到充分有效的利用，节省了泵源，改善了;^文大器的噪声指标。3. 提升了对光放大器的瞬态响应过冲的抑制。附图说明下面结令附图和实施例对本实用技术的光路结构进一步说明。 图1为现有技术在dB空间泵浦输出功率和泵浦输入功率之间的 关系图。图2, 3, 4为现有技术提高放大器小功率输出稳定性的光路结构图。图5为本专利技术的第一实施例的光路结构图。图6为熔接特定长度掺杂光纤的情况下不同泵浦输入功率所对应的衰减曲钱，掺杂光纤长度分别为3m, 4m, 5m， 6m。图7为本专利技术的第二实施例的光路结构图。图8为本专利技术的第三实施例的光路 结构图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术增大光放大器动态范围，提高泵浦利用效 率的结构作进一步说明。图5为本专利技术的第一实施例的光路原理图，如图5所示，在泵浦 激光器21尾端熔接一定长度掺稀土光纤22，后经波分复用耦合器23, 对EDF24进行正向泵浦，信号光Xs从光纤前端输入，经波分复用耦 合器23进入EDF 24，从EDF24尾端输出。为了更好的说明熔接掺稀土光纤后对泵浦输出的影响，图6给出曲线，4参杂光纤长度分别为3m, 4m, 5m， 6m。在工程应用中，dB和mW之间的换算关系为dB = 10 x log( mW), 在线性空间输出功率和输入功率之间的关系为Pout(mW) =Pin (mW) x Gain (倍)；在dB空间输出功率和输入功率之间的关系为 Pout ( dBm) = Pin ( dBm) + Gain ( dB )，这样，从图6中可以看出， 当掺杂光纤长度恒定时，泵浦的损耗随泵浦信号输入功率增大而减 小，以5m掺杂光纤为例，当入射泵浦光功率为12mW时，其衰减值为 2. 3dB，当入射泵浦光功率为20mW时，其衰减值为1. 5dB，而当入射 泵浦光功率增加到400mW时，其衰减值为0. 23dB。本专利技术和现有技术图1做比较，图1为现有技术在dB空间泵浦输出功率和泵浦输入功率之间的关系图，假定不考虑其他元器件的损耗，设计要求最大输入光功率Pin为2. 0mW(+3. OdBm),增益恒定Gain 为20dB (即100倍)，对应图中输出为上述在dB空间系统输出功率 (Pout)和输入功率(Pin)之间的关系为Pout ( dBm) = Pin ( dBm) 十Gain(dB) = 3. 0+20dBm = 23dBm (以dB为单位)。图1中所需泵浦 (Pump)对应为400mW。然而对于400mW泵源，现有4支术可得其泵 源(Pump)的输出稳定度Pump〉20mW时为4% (约0.2 dB )， 12mW〈P腿p〈20mW时为10% (约0. 5 dB )。々支定要求系统输出(Pout) 稳定度小于O.雄，则最小稳定所需泵浦(P卿)为20mW，对应最小 输入功率(Pin)为-11.5dBm。因此稳定的输入功率(Pin)动态范围 为0.07mW 2.0mW,即稳定输出光功率范围7mW~200mW。而在泵源尾纤熔接5m掺杂光纤衰减后，其泵浦稳定输出(Pump out)范围相当于变成14mW 380mW，对应的稳定泵浦信号输入功率 (Pump in )动态范围为0.038mW ~ 1.90mW,即稳定输出光功率范围 3.8mW 190mW。可见，通过采用本专利技术，该放大器将能稳定的工 作在更小的输入功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
光放大器动态泵浦耦合方法，其特征在于：在所需衰减位置熔接一定长度掺杂稀土元素光纤，用以提供与泵浦功率相关的衰减，其对泵浦光功率的衰减量与泵浦输入光功率相关，泵浦输入光功率越小，其衰减量越大。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：甘庆云，虞爱华，
申请(专利权)人：昂纳信息技术深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]