一种基于高斯掺杂环芯少模光纤的纤芯泵浦光纤放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于高斯掺杂环芯少模光纤的纤芯泵浦光纤放大器，沿光通信方向依次包括若干单模信号光源组件、第一模式复用器、增益光纤和第二模式复用器，单模信号光源组件为纤芯泵浦结构，增益光纤为少模掺铒光纤；沿垂直于轴线的截面上，增益光纤的环芯为高斯掺杂方式，且增益光纤的环芯折射率由内至外逐渐递减。本发明专利技术一方面利用环芯折射率剖面可以调控模式模场的特点，使高阶模式主要分布在环芯内；另一方面，将增益光纤的环芯设计为高斯掺杂分布方式，极大地减少信号模群之间重叠因子的差异，在纤芯泵浦条件下，提高支持模式数量的同时，显著降低放大器的差分模态增益和噪声指数。指数。指数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高斯掺杂环芯少模光纤的纤芯泵浦光纤放大器


[0001]本专利技术涉及模分复用放大器领域，特别是一种基于高斯掺杂环芯少模光纤的纤芯泵浦光纤放大器。

技术介绍

[0002]基于光纤模式的正交性，使得每个模式通道可以分别传输信息，为光纤通信创造了一个新的维度。与单模光纤相比，少模光纤有效模场面积大，具有较高的非线性阈值，与相干光通信技术结合，可以显著提高通信容量。模分复用通信系统能够实现长距离传输，在很大程度上依赖于少模掺铒光纤放大器的性能，与传统的单模掺铒光纤放大器相比，少模掺铒光纤放大器不仅需要关注增益以及噪声指数等指标，还有模式之间的差分模态增益（Differential Modal Gain,简称DMG）。
[0003]在实际应用过程中，少模掺铒光纤中过大的差分模态增益会导致模分复用系统的不同信号功率水平产生较大差异，从而导致通信容量降低，则实现模态均衡是少模掺铒放大器商用化必不可少的一步。差分模态增益是由信号模场分布、泵浦模场分布和铒离子分布之间的重叠积分差异造成的。因此，目前主要有三种降低差分模态的方法:Ⅰ)调节铒离子掺杂浓度空间分布；Ⅱ)通过控制折射率剖面来调节模场分布；Ⅲ)调控泵场强度分布。对于包层泵浦的少模放大器而言，泵浦分布可认为是均匀的，只需要调控铒离子分布和光纤结构，即可实现模态均衡的效果。现有包层泵浦结构在应用过程中，具有光纤结构简单、模式拓展容易等优点，但其对泵浦光的利用极低，泵浦转换效率低，仍存在一定的局限性。另一方面，现有纤芯泵浦结构的少模掺铒光纤放大器在应用过程中，与包层泵浦结构有所不同，虽然纤芯泵浦结构的泵浦转换效率较高，但从目前结构来看，存在支持模式数量少、差分模态增益大的问题。故亟需提供一种新的设计方式用于解决现有技术中纤芯泵浦光纤放大器的不足。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种基于高斯掺杂环芯少模光纤的纤芯泵浦光纤放大器，用于解决现有纤芯泵浦结构存在支持模式数量少、差分模态增益大的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于高斯掺杂环芯少模光纤的纤芯泵浦光纤放大器，沿光通信方向依次包括若干单模信号光源组件、第一模式复用器、增益光纤和第二模式复用器，单模信号光源组件为纤芯泵浦结构，增益光纤为少模掺铒光纤；沿垂直于轴线的截面上，增益光纤的环芯为高斯掺杂方式，且增益光纤的环芯折射率由内至外逐渐递减。
[0006]优选的，每一单模信号光源组件均包括信号激光器、泵浦激光器、波分复用器和合束光纤，信号激光器的输出端、泵浦激光器的输出端均与波分复用器的输入端通信连接，波分复用器的输出端通过合束光纤与第一模式复用器的输入端通信连接。
[0007]优选的，信号激光器输出C波段单模DWDM信号光，泵浦激光器输出980 nm的单模泵
浦光；信号激光器发出的信号光与泵浦激光器发出的泵浦光通过波分复用器合束后注入合束光纤的纤芯中。
[0008]优选的，第一模式复用器设有若干不同模式的输入端，不同模式的合束光经增益光纤后输出具有不同模式的增益光。
[0009]优选的，第二模式复用器设有若干不同模式的输出端；增益光传递至第二模式复用器中进行模式解调，解调后由第二模式复用器的若干输出端口分别输出不同模式的解调信号。
[0010]优选的，基于高斯掺杂环芯少模光纤的纤芯泵浦光纤放大器还包括第一少模隔离器、第二少模隔离器和无源光纤；第一少模隔离器的输入端通过无源光纤与第一模式复用器的输出端通信连接，第一少模隔离器的输出端与增益光纤的输入端通信连接；第二少模隔离器的输入端与增益光纤的输出端通信连接，第二少模隔离器的输出端通过无源光纤与第二模式复用器的输入端通信连接。
[0011]优选的，沿垂直于轴线的截面上，增益光纤的掺杂分布表达式为：n=a1*exp(
‑
((x
‑
b1)/c1)2)；其中，n表示折射率，x表示纤芯掺杂的径向位置，a1表示掺杂浓度峰值处所对应的折射率，b1表示掺杂浓度峰值处的径向位置，c1表示高斯掺杂的径向宽度。
[0012]进一步优选的，增益光纤的掺杂浓度峰值位于增益光纤的轴线处。
[0013]其中，在C波段范围下，增益光纤支持5个信号模群，具体包括LP01、LP11、LP21、LP31以及LP41。信号模群LP01、LP11、LP21、LP31、LP41均约束于增益光纤的环芯范围内。
[0014]本专利技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本专利技术提供一种基于高斯掺杂环芯少模光纤的纤芯泵浦光纤放大器，一方面利用环芯折射率剖面可以调控模式模场的特点，使高阶模式主要分布在环芯内；另一方面，将增益光纤的环芯设计为高斯掺杂分布方式，极大地减少信号模群之间重叠因子的差异，在纤芯泵浦条件下，提高支持模式数量的同时，显著降低放大器的差分模态增益和噪声指数。
附图说明
[0015]图1是本专利技术中基于高斯掺杂环芯少模光纤的纤芯泵浦光纤放大器一实施方式的结构示意图；图2是本专利技术中增益光纤一实施方式的折射率剖面以及高斯掺杂分布的示意图；图3是本专利技术中基于高斯掺杂环芯少模光纤的纤芯泵浦光纤放大器的支持模式示意图；图4是本专利技术实施例1中的增益效果曲线图；图5是本专利技术实施例1中的噪声指数曲线图图6是本专利技术实施例1中的DMG曲线图；图7是本专利技术对比例1中的增益效果曲线图；图中：1
‑
单模信号光源组件，11
‑
信号激光器，12
‑
泵浦激光器，13
‑
波分复用器，14
‑
合束光纤，2
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第一模式复用器，3
‑
增益光纤，4
‑
第二模式复用器，5
‑
第一少模隔离器，6
‑
第二少模隔离器，7
‑
无源光纤。
具体实施方式
[0016]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。
[0017]请参阅图1，本专利技术提供了一种基于高斯掺杂环芯少模光纤的纤芯泵浦光纤放大器，沿光通信方向依次包括若干单模信号光源组件1、第一模式复用器2、增益光纤3和第二模式复用器4，单模信号光源组件1为纤芯泵浦结构，增益光纤3为少模掺铒光纤，用于激励所有模式通道的信号光；沿垂直于轴线的截面上，增益光纤3的环芯为高斯掺杂方式，且增益光纤3的环芯折射率由内至外逐渐递减，通过增益光纤3的高斯掺杂方式，能够减少不同信号模群组之间重叠积分的差异，从而在纤芯泵浦下实现复数个信号模群之间的模态增益均衡。下面沿光通信方向，对本专利技术中基于高斯掺杂环芯少模光纤的纤芯泵浦光纤放大器的各组成部分进行详细描述。
[0018]本实施方式中，每一单模信号光源组件1均包括信号激光器11、泵浦激光器12、波分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高斯掺杂环芯少模光纤的纤芯泵浦光纤放大器，其特征在于，沿光通信方向依次包括若干单模信号光源组件、第一模式复用器、增益光纤和第二模式复用器，所述单模信号光源组件为纤芯泵浦结构，所述增益光纤为少模掺铒光纤；沿垂直于轴线的截面上，所述增益光纤的环芯为高斯掺杂方式，且所述增益光纤的环芯折射率由内至外逐渐递减。2.根据权利要求1中所述的基于高斯掺杂环芯少模光纤的纤芯泵浦光纤放大器，其特征在于，每一所述单模信号光源组件均包括信号激光器、泵浦激光器、波分复用器和合束光纤，所述信号激光器的输出端、泵浦激光器的输出端均与所述波分复用器的输入端通信连接，所述波分复用器的输出端通过合束光纤与所述第一模式复用器的输入端通信连接。3. 根据权利要求2中所述的基于高斯掺杂环芯少模光纤的纤芯泵浦光纤放大器，其特征在于，所述信号激光器输出C波段单模DWDM信号光，所述泵浦激光器输出980 nm的单模泵浦光；所述信号激光器发出的信号光与所述泵浦激光器发出的泵浦光通过所述波分复用器合束后注入所述合束光纤的纤芯中。4.根据权利要求2中所述的基于高斯掺杂环芯少模光纤的纤芯泵浦光纤放大器，其特征在于，所述第一模式复用器设有若干不同模式的输入端，不同模式的合束光经所述增益光纤后输出具有不同模式的增益光。5.根据权利要求4中所述的基于高斯掺杂环芯少模光纤的纤芯泵浦光纤放大器，其特征在于，所述第二模式复用器设有若干不同模式的输出端；所述增益光传递至所述第二模式复用器中进行模式解调，解调后由所述第二模式复用器的若干输出端口分别输出不同模式的解调信号。6.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚应波，陈阳，王顺，
申请(专利权)人：武汉长进光子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：