一种基于铋铒共掺光纤的超宽带光纤放大器制造技术

本发明专利技术提供的是一种基于铋铒共掺光纤的超宽带光纤放大器。其由光隔离器1和2、波分复用器3和4、铋铒共掺光纤5、泵浦激光器6和7组成。本发明专利技术采用全光纤结构，超宽带信号光经过光隔离器，利用两个波分复用器将信号光和泵浦光耦合进铋铒共掺光纤中，实现信号的双向放大。在光器件的小型化集成化低成本方面有参考价值，可广泛应用于大容量的宽带光通信领域的信号放大。信号放大。信号放大。

【技术实现步骤摘要】
一种基于铋铒共掺光纤的超宽带光纤放大器
(一)

[0001]本专利技术涉及的是一种基于铋铒共掺光纤的超宽带光纤放大器，可用于长距离的光信号放大，属于光纤通信

(二)
技术介绍

[0002]随着5G网络的发展，干线光纤传输网的容量需求呈指数增长。同时，光纤中的非线性效应导致传输带宽严重受限。同时，传统的光纤放大器以掺铒光纤为增益介质，稀土掺杂浓度低、较小的增益带宽等问题极大地限制了通信技术的进一步发展。随着集成光学的高速发展，低成本、小尺寸的光纤放大器被广泛应用于通信领域。因此，探索一种新型的高增益、宽带宽的增益介质及放大器对光纤通信的发展具有重大意义。
[0003]近年来，由于器件低成本小型化的新需求，研究发现多种元素掺杂光纤在放大小信号光方面具有极大应用前景。铋掺杂的光纤被人们大量研究，并被认为是极具潜力的一种超宽带近红外荧光材料。掺铋光纤在近红外波段的辐射波长可覆盖1000～1700nm波段，可满足超宽带光纤通信。除了增益介质的多元化发展，研究人员在光纤放大结构中进行优化，混合光纤放大、级联放大、多泵浦放大等结构。虽然放大器性能得到提升，但是这种方式增加了结构复杂性和生产成本。
[0004]文献CN202211039009.4中公开了一种用单泵激光器实现双波长泵浦的高增益宽带光纤放大器，用一个泵浦实现双波长两级双向泵浦，但是其结构中涉及到多种光学器件且较为复杂。
[0005]文献CN202210431738.8中公开了一种L波段扩展混合光纤放大器，第二放大模块可以消除第一放大模块的后向放大ASE，并改善L波段放大性能，但是没有涉及到C波段、具体的掺杂光纤参数和噪声性能测试。
[0006]文献CN201810598429.3中公开了一种用于制作高功率宽带光纤放大器的掺铒氟碲酸盐玻璃光纤，该光纤可用于制作高功率宽带光纤放大器，但是没有涉及到多种功率信号测试和噪声性能测试。
[0007]文献CN201711327868.2中公开了一种光纤放大器用铥镝共掺铋酸盐激光玻璃及其制备方法，在800nm激光泵浦下具有1350～1550nm的宽带发光，适用于光纤通讯领域的S波段放大，但并未涉及到C波段和L波段。
[0008]文献CN201711328754.X中公开了一种光纤放大器用银纳米晶增强掺铒铋酸盐激光玻璃及其制备方法，其玻璃具有1450～1700nm的宽带发光性能，可覆盖通讯波段中的C波段和L波段，但没有涉及到放大器的实际性能测试。
[0009]文献“孙焰,王璠,王亚飞等.基于自研掺Er磷酸盐光纤的L
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band扩展放大输出[J].中国激光,2022,49(24):163.”中采用双向泵浦结构，以自研掺Er磷酸盐光纤为增益介质实现了1580～1620nm的信号放大，但是没有涉及到C波段。
[0010]文献“郭梦婷,田晋敏,王璠等.基于自研锗铋共掺石英光纤的E+S波段放大输出[J].中国激光,2023,50(06):215
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216.”中采用双向泵浦结构，以自研掺Er磷酸盐光纤为增
益介质实现了1370～1480nm的信号放大，增益带宽覆盖E波段和S波段，但是没有涉及到C波段和L波段。
[0011]综上所述前人研究方案存在的问题，我们提出新颖光纤放大器解决方案，新方案主要扩展光纤放大器的增益带宽，优化放大性能，减小器件复杂度。制备特定浓度配比的铋铒离子掺杂光纤，结合光纤中掺杂离子的能级受激辐射跃迁特性，提出一种基于铋铒共掺光纤的超宽带光纤放大器。特别针对文献报道的L波段和L++波段放大器噪声问题，本专利技术可以实现超低噪声系数，提高光通信系统的光信噪比，有利于传输系统性能提升。
(三)
技术实现思路

[0012]本专利技术的目的在于提供一种可实现宽增益带宽、高增益、低噪声的超宽带光纤放大器。
[0013]本专利技术提出了一种基于铋铒共掺光纤的超宽带光纤放大器。
[0014]本专利技术的目的是这样实现的：
[0015]本专利技术所述的一种基于铋铒共掺光纤的超宽带光纤放大器。其由光隔离器1和2、波分复用器3和4、铋铒共掺光纤5、泵浦激光器6和7组成。
[0016]本专利技术所采用的特种光纤为铋铒共掺光纤，纤芯直径为5.0～20.0μm，包层直径为80.0～400.0μm，数值孔径为0.08～0.22。调整铋铒掺杂浓度，铒离子掺杂浓度为1000～2000ppm，铋离子掺杂浓度100～500ppm。通过掺杂手段可以优化离子发光的波段中心，以此来改善信号增益的不平坦度，实现更平稳的信号放大。
[0017]其中，所述的铋铒共掺光纤具体掺杂配比按如下组成：组成SiO2GeO2Er2O3Bi2O3w％90～956.5～9.50.01～0.020.001～0.005
[0018]考虑到广泛应用和成本问题，本专利技术采用性价比高的泵浦激光器(非制冷封装的974nm泵浦激光器和1480nm泵浦激光器)，工作带宽足够宽的波分复用器和光隔离器组成的一套系统。用低成本器件便可实现宽范围、高增益、低噪声的超宽带信号光放大。
[0019]本专利技术提出的超宽带光纤放大器，具体连接如附图1所示。泵浦激光器用来产生泵浦光，为了防止干扰和保护光路，在光路两端均连接光隔离器。波分复用器把信号光和泵浦光耦合进铋铒共掺光纤中，泵浦光分别从铋铒共掺光纤的两端进入，在光纤中泵浦光激发掺杂离子，辐射出与信号光波长一致的光子，实现信号的双向放大。
[0020]本专利技术提出的超宽带光纤放大器，具体测试方案连接如附图2所示。可调谐宽带光源用来产生超宽带信号光，并且显示超宽带信号光的波长及功率，在光路的尾端用光谱分析仪监测放大后的信号光。根据可调谐宽带光源发出的输入信号光和光谱分析仪测量出放大后的输出信号光对比计算，便可获得放大增益和噪声，实现一种光纤放大器的研制及测试。
[0021]对于可调谐宽带光源的选取，工作波长范围为1500～1650nm，输出信号光功率范围为
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50～5dBm。
[0022]对于光隔离器的选取，工作波长范围为1500～1650nm，覆盖C波段和L波段。
[0023]对于波分复用器的选取，工作波长范围为1500～1650nm，覆盖C波段和L波段。
[0024]对于铋铒共掺光纤长度的选取，范围为2～4m。
[0025]对于泵浦激光器的选取，输出泵浦光波长分别为974nm和1480nm，输出功率范围为200～300mW。
[0026]该超宽带光纤放大器正常工作时，可调谐宽带光源输出特定波长特定功率的信号光。前端的974nm泵浦激光器发出974nm的泵浦光。信号光经过光隔离器，与泵浦光一起被耦合进波分复用器的输出端，进入铋铒共掺光纤。泵浦光和信号光沿着同一方向注入增益介质，以此来实现信号的前向放大。后端的1480nm泵浦激光器发出1480nm的泵浦光，经过波分复用器输入铋铒共掺光纤的尾端。泵浦光和信号光沿着不同的方向注入增益介质，实现信号的反向放大。Er
3+...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于铋铒共掺光纤的超宽带光纤放大器，其由光隔离器1和2、波分复用器3和4、铋铒共掺光纤5、泵浦激光器6和7组成；超宽带信号光(1527～1620nm)经过光隔离器，在前后两个泵浦激光器的泵浦下，用一根铋铒共掺光纤可实现增益带宽为93nm的超宽带信号光放大，同时，本发明可以降低L波段和L++波段光纤放大器的噪声。2.根据权利要求1所述的超宽带光纤放大器，其特征在于，所述的超宽带光纤放大器可实现带宽93nm的信号光放大，放大波长范围为1527～1620nm。3.根据权利要求1所述的超宽带光纤放大器，其特征在于，所述的超宽带光纤放大器可实现输入信号光功率为
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40～
‑
20dBm的信号放大。4.根据权利要求1所述的铋铒共掺光纤，其特征在于，具体掺杂配比(w％)按如下组成：SiO2：90～95，GeO2：6.5～9.5，Er2O3：0.01～0.02，Bi2O3：0.001...

【专利技术属性】
技术研发人员：成煜，任璐，潘雨，王志鹏，包盛辰，苑立波，
申请(专利权)人：南宁桂电电子科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：