一种单芯光纤传感系统及其低噪声双向光纤放大器技术方案

本发明专利技术涉及光纤传感技术领域，公开了一种单芯光纤传感系统及其低噪声双向光纤放大器，低噪声双向光纤放大器包括第一单芯传感光纤、第二单芯传感光纤、第一泵浦光源、第二泵浦光源、第一波分复用器、第二波分复用器、第三波分复用器、第四波分复用器、第五波分复用器、第六波分复用器、第一掺铒光纤、第二掺铒光纤、第三掺铒光纤、第一滤波器以及第二滤波器。本发明专利技术采用直线型结构实现了对系统中传输信号光的双向放大的功能，不仅结构简单，而且可以对双向输入的光实现相同的增益大小，同时减小放大后信号光中的噪声，提高了传输信号的信噪比。提高了传输信号的信噪比。提高了传输信号的信噪比。

【技术实现步骤摘要】
一种单芯光纤传感系统及其低噪声双向光纤放大器


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种单芯光纤传感系统及其低噪声双向光纤放大器。

技术介绍

[0002]光纤放大器在光纤通信和光纤传感等多个领域都有着广泛的应用。信号光在光纤中传输时会发生衰减，而使用光纤放大器可以提升光纤的铺设距离，降低了误码率。常用的光纤放大器为单向掺铒光纤放大器(EDFA)，其原理是利用石英光纤中掺杂的铒离子的受激辐射来实现光放大。信号光和泵浦光通过波分复用器耦合进掺铒光纤，泵浦光使基态上的铒离子发生受激吸收，实现布居数反转，当信号光入射进掺铒光纤时，会发生受激辐射，产生与输入的信号光频率、传播方向、相位和偏振态均一致的光子，从而实现信号光的放大。
[0003]随着社会的进步，光纤中的单向信号光传输难以满足一些特殊应用的需求，往往在一根光纤中需要传输不同信道不同方向的信号光，因此，传统的单向光纤放大器不再适用，需要使用双向光纤放大器。单向光纤放大器的结构中具有单向传输的光隔离器，光隔离器可以降低光纤中瑞利散射光在光纤放大器中产生的噪声，因此单向光纤放大器具有良好的噪声性能。双向光纤放大器因为没有光隔离器的存在，放大器中的噪声会更高，影响其放大性能。
[0004]目前已有的关于双向掺铒光纤放大器的研究中主要分为三种结构类型：无隔离器的双向掺铒光纤放大器，基于光耦合器或光环形器结构的两段式双向掺铒光纤放大器，基于光环形器结构的单段式双向掺铒光纤放大器。第一种结构只使用了单芯光纤来实现EDFA，但由于没有光隔离器等器件的加入，噪声性能较差；后两种方案虽然对噪声特性方面有所改善，但结构的复杂性大幅提高，且在结构中形成了一定的谐振腔，当泵浦功率以及信号光功率较大时，容易产生谐振激发现象，从而造成传输的信号失真。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种单芯光纤传感系统及其低噪声双向光纤放大器，以同时解决传统双向掺铒光纤放大器存在的结构复杂和信号失真的问题。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种低噪声双向光纤放大器，包括：第一单芯传感光纤，第二单芯传感光纤，第一泵浦光源、第二泵浦光源、第一波分复用器、第二波分复用器、第三波分复用器、第四波分复用器、第五波分复用器、第六波分复用器、第一掺铒光纤、第二掺铒光纤、第三掺铒光纤、第一滤波器以及第二滤波器；
[0008]所述第一单芯传感光纤的一端作为双向信号光的正向输入输出端，所述第一单芯传感光纤的另一端与所述第一波分复用器的信号光波长输入输出端相连接，所述第一泵浦光源的输出端与所述第一波分复用器的泵浦光波长输入输出端相连接，所述第一波分复用器的合波输入输出端与所述第一掺铒光纤的一端相连接，所述第一掺铒光纤的另一端与所
述第二波分复用器的合波输入输出端相连接，所述第二波分复用器的信号光波长输入输出端与所述第一滤波器的一端相连接，所述第一滤波器的另一端与所述第三波分复用器的信号光波长输入输出端相连接，所述第二波分复用器的泵浦光波长输入输出端与所述第三波分复用器的泵浦光波长输入输出端相连接；
[0009]所述第三波分复用器的合波输入输出端与所述第二掺铒光纤的一端相连接，所述第二掺铒光纤的另一端与所述第四波分复用器的合波输入输出端相连接，所述第四波分复用器的信号光波长输入输出端与所述第二滤波器的一端相连接，所述第二滤波器的另一端与所述第五波分复用器的信号光波长输入输出端相连接，所述第四波分复用器的泵浦光波长输入输出端与所述第五波分复用器的泵浦光波长输入输出端相连接；
[0010]所述第五波分复用器的合波输入输出端与所述第三掺铒光纤的一端相连接，所述第三掺铒光纤的另一端与所述第六波分复用器的合波输入输出端相连接；
[0011]所述第六波分复用器的泵浦光波长输入输出端与所述第二泵浦光源的输出端相连接，所述第六波分复用器的信号光波长输入输出端与第二单芯传感光纤的一端相连接，所述第二单芯传感光纤的另一端作为双向信号光的反向输入输出端。
[0012]可选的，所述第二掺铒光纤的长度大于所述第一掺铒光纤和所述第三掺铒光纤的长度。
[0013]可选的，所述第一掺铒光纤和所述第三掺铒光纤的长度相等。
[0014]可选的，所述第一掺铒光纤、第二掺铒光纤和第三掺铒光纤具体为掺杂了铒离子的石英光纤。
[0015]可选的，所述第一泵浦光源和所述第二泵浦光源的输出光功率相等。
[0016]可选的，所述第一泵浦光源和第二泵浦光源具体为泵浦光波长为980nm的泵浦激光器。
[0017]可选的，所述第一单芯传感光纤和所述第二单芯传感光纤具体为用于传感功能的能够同时传输收发两个方向的光信号的单芯石英光纤。
[0018]可选的，所述第一滤波器和第二滤波器具体为光带通滤波器，允许通过的带宽内包含信号光所在波长。
[0019]可选的，所述第一单芯传感光纤，第二单芯传感光纤，第一泵浦光源、第二泵浦光源、第一波分复用器、第二波分复用器、第三波分复用器、第四波分复用器、第五波分复用器、第六波分复用器、第一掺铒光纤、第二掺铒光纤、第三掺铒光纤、第一滤波器以及第二滤波器中，任意相互连接的两者之间通过单模光纤连接。
[0020]一种单芯光纤传感系统，包括：系统前端设备，系统尾端设备，以及如以上任一项所述的低噪声双向光纤放大器；
[0021]所述低噪声双向光纤放大器通过所述第一单芯传感光纤与所述系统前端设备连接，通过第二单芯传感光纤与所述系统尾端设备连接。
[0022]与现有技术相比，本专利技术实施例具有以下有益效果：
[0023]本专利技术实施例采用双向泵浦的方案来实现最高的泵浦效率，同时采用第一掺铒光纤、第二掺铒光纤和第三掺铒光纤进行级联放大；在相邻两级掺铒光纤之间，加入了波分复用器和滤波器，波分复用器是用于传递泵浦光到掺铒光纤中，并且将信号光传输到滤波器内，滤波器则是通过对放大后的信号光进行滤波，去除带外噪声，改善双向光纤放大器的噪
声性能，提升信号光的信噪比。通过掺铒光纤长度的设置，可以使该双向光纤放大器成为对称结构，从而可以对两端输入的光实现同等强度的放大；直线型结构避免了谐振腔的形成，不仅结构简单，而且减少了放大器自激对输入光的影响，提高了传输信号的信噪比；该专利技术既满足了单芯传输的条件，又降低了系统噪声，同时避免了光纤放大器内谐振腔的形成，可以满足实际传感系统的需求。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0025]图1为本专利技术实施例提供的低噪声双向光纤放大器的结构示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例提供的单芯光纤传感系统的结构示意图；
[0027]附图标记说明：
[0028]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低噪声双向光纤放大器，其特征在于，包括：第一单芯传感光纤(1)，第二单芯传感光纤(15)，第一泵浦光源(2)、第二泵浦光源(14)、第一波分复用器(3)、第二波分复用器(5)、第三波分复用器(7)、第四波分复用器(9)、第五波分复用器(11)、第六波分复用器(13)、第一掺铒光纤(4)、第二掺铒光纤(8)、第三掺铒光纤(12)、第一滤波器(6)以及第二滤波器(10)；所述第一单芯传感光纤(1)的一端作为双向信号光的正向输入输出端，所述第一单芯传感光纤(1)的另一端与所述第一波分复用器(3)的信号光波长输入输出端相连接，所述第一泵浦光源(2)的输出端与所述第一波分复用器(3)的泵浦光波长输入输出端相连接，所述第一波分复用器(3)的合波输入输出端与所述第一掺铒光纤(4)的一端相连接，所述第一掺铒光纤(4)的另一端与所述第二波分复用器(5)的合波输入输出端相连接，所述第二波分复用器(5)的信号光波长输入输出端与所述第一滤波器(6)的一端相连接，所述第一滤波器(6)的另一端与所述第三波分复用器(7)的信号光波长输入输出端相连接，所述第二波分复用器(5)的泵浦光波长输入输出端与所述第三波分复用器(7)的泵浦光波长输入输出端相连接；所述第三波分复用器(7)的合波输入输出端与所述第二掺铒光纤(8)的一端相连接，所述第二掺铒光纤(8)的另一端与所述第四波分复用器(9)的合波输入输出端相连接，所述第四波分复用器(9)的信号光波长输入输出端与所述第二滤波器(10)的一端相连接，所述第二滤波器(10)的另一端与所述第五波分复用器(11)的信号光波长输入输出端相连接，所述第四波分复用器(9)的泵浦光波长输入输出端与所述第五波分复用器(11)的泵浦光波长输入输出端相连接；所述第五波分复用器(11)的合波输入输出端与所述第三掺铒光纤(12)的一端相连接，所述第三掺铒光纤(12)的另一端与所述第六波分复用器(13)的合波输入输出端相连接；所述第六波分复用器(13)的泵浦光波长输入输出端与所述第二泵浦光源(14)的输出端相连接，所述第六波分复用器(13)的信号光波长输入输出端与第二单芯传感光纤(15)的一端相连接，所述第二单芯传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：李楚瑞，金瑞，王超，贾波，
申请(专利权)人：东莞先进光纤应用技术研究院有限公司广东复安科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：