【技术实现步骤摘要】
(一)本专利技术属于光通信领域，涉及一种基于渐变式折射率结构的低差模增益少模掺铒光纤放大器。
技术介绍
0、(二)
技术介绍
1、目前，世界主流的移动通信网络从4g向5g迈进，人们对于数据传输的需求大大增加，而目前的单模光纤由于香农极限以及非线性效应的原因，其传输的数据容量已经逐渐无法满足人们的需求，因此，人们开始从多个维度追求信号的复用技术，以此扩大通信系统容量，从而衍生出了频分复用、时分复用、模分复用等多种复用方式。其中，模分复用通过使用少模光纤作为传播介质，并对光信号的空间模式进行复用与解复用，实现了在单根光纤中同时传输多种光信号，而为了实现信号的远距离传输，作为中继器件的掺铒光纤放大器是其中必不可少的。
2、为了与模分复用中使用的少模光纤相互匹配，完成空间上多种光信号模式的同时传输，少模掺铒光纤放大器是实现这种传输方式的必要条件。目前，光信号长距离传输有两个主要的影响因素，一是光信号在经过长距离传输后会出现衰减，二是信号接收端需要各种光信号在经过等距离传输之后，光强上仍然保持一致。这就引出了两个可以衡量一个适用于长距离模分复用系统的少模放大器优劣的指标，即在工作波段内的增益系数以及多个模式之间的模间增益差(dmg)，本专利侧重于研究尽可能地降低dmg，以及尽可能在一个较宽的波段保证整体的增益系数满足要求。
3、专利申请号“202210192625.7”提供了一种铒镱共掺杂少模光纤放大器，通过同时掺杂铒离子和镱离子，以及使用m型的折射率分布，该专利在c波段内增益系数大于20db的波段为15
4、专利申请号“201910880134.x”提供了一种基于分层掺杂以及分层阶跃折射率设计的少模掺铒光纤放大器，该专利比较详尽的描述了其设计思路，但并未涉及模拟或实际性能测试。
5、专利申请号“202310414216.1”提供了一种基于多层折射率和掺杂设计的六模光纤，该专利并未针对多波长的不同模式光信号进行分析。
6、文献“qi zhao,*jianjun tang,et al.few-mode erbium-doped fiber withtrench and weak coupling for mode gain equalization based on layered-dopingtechnology[j].applied optics vol.62,issue 17,pp.4482-4489(2023)”提供了一种阶跃折射率和沟槽结构的少模掺铒光纤，该文献设计的少模掺铒光纤在c波段内，后段增益较低，且其工作波段宽度以及最高增益系数低于本专利技术。
7、文献“wenxuan xu,li pei,at al,long-distance modal power equalizationwith hybrid pumped fm-edfa[j].journal of the optical society of america b,2023,40(5):1231-1239”提供了一种基于包层泵浦和纤芯泵浦混合泵浦结构的少模掺铒光纤放大器，该文献搭建的放大器结构由于两种泵浦方式的存在从而更加复杂，其在工作波段内的dmgmax高于本专利技术，且平均增益低于本专利技术。
8、文献“herbster,af；romero,ma,design of a fm-edfa with gain correctionfor few-mode wdm optical networks[c].2019 sbfoton international optics andphotonics conference,2019”提供了一种基于gff补偿的可调控增益的少模掺铒光纤放大系统，本专利技术并未使用gff进行增益补偿，且该文献中在工作波段内的最高增益低于本专利，且可传输空间模式数量少于本专利技术。
9、综上所述，目前渐变式折射率分布的少模放大器研究较少，且目前的少模掺铒光纤放大器整体增益偏低，工作波段较短。综上所述，针对前人未解决的少模掺铒光纤放大器整体增益偏低，工作波段较短的问题，本专利提出通过改变少模光纤的折射率分布曲线调控光纤中光场的分布，并根据光场分布优化掺杂的稀土离子浓度分布，并更改泵浦光的模式分布，优化泵浦与信号光的重叠因子，从而增加整体放大的增益，扩大工作波段，降低dmg。本专利技术通过结合以上两种优化增益和dmg的方式，可以得到更高的增益和较低的dmg，从而为上述问题提供新的解决方案。
技术实现思路
0、(三)
技术实现思路
1、为解决上述存在的少模掺铒光纤放大器整体增益偏低，工作波段较短的问题，本专利技术提供了一种基于渐变式折射率结构的低差模增益少模掺铒光纤放大器的设计思路。
2、为能在1520～1565nm波段实现五种lp模式光信号增益均大于20db，gainmax大于30db,dmgmax小于1db，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
3、本专利技术提供了一种基于渐变式折射率结构的低差模增益少模掺铒光纤放大器。按照光信号的传播方向，包括信号模式复用器1、光隔离器2和8、前向泵浦耦合器3、前置波分复用器4、渐变式折射率结构少模掺铒光纤5、后置波分复用器6、后向泵浦耦合器7、空间光解复用器9。
4、优选的，本专利技术中所述信号模式复用器允许五种lp模式的信号光进行复用，这五个信号光的输入功率范围为-35～-20dbm，这五种lp模式分别为lp01、lp11a、lp11b、lp21a、lp21b，工作波段为1520～1565nm。
5、本专利技术中所述前向泵浦耦合器采用纤芯泵浦方式完成对少模掺铒光纤的前向泵浦，所述前向泵浦耦合器由980nm激光器、模式选择器以及泵浦模式复用器组成，输出功率范围为250～300mw，所述模式选择器将激光器发出的光信号转换为lp21a以及lp21b两种模式的光信号，再通过所述泵浦模式复用器进行耦合以进行泵浦。
6、所述前置波分复用器可以耦合所述前向泵浦耦合器发出的前向泵浦光和经信号模式复用器复用的信号光，完成信号光和前向泵浦光的输入。
7、所述渐变式折射率结构少模掺铒光纤根据折射率设计的不同分为内纤芯、沟槽、外纤芯、包层四个区域。其中内纤芯与外纤芯都采用ɑ型折射率设计，其表达式为：其中，n1,3(r)为内纤芯芯径处与外纤芯芯径处对应的折射率，r为纤芯半径，其取值于r的范围有关，其表达式为：
8、
9、优选的，本专利技术中n1,3为纤芯中心处纤芯折射率或沟槽与外纤芯交界处纤芯折射率，a1,2为本专利技术自设参数，g1,2为内纤芯或外纤芯渐变指数；纤芯折射率n1为1.45，a1的范围为2.5～3，g1的范围为2～2.5，在内纤芯中，纤芯半径r的范围与内纤芯半径r1的范围一致，内纤芯半径r1的范围为9.5～11.5μm；在外纤芯中，所述外纤芯与沟槽交界处折射率n3与内纤芯边缘折射率相同，所述a2范围为2.5～3，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于渐变式折射率结构的低差模增益少模掺铒光纤放大器，其特征在于，所述低差模增益少模掺铒光纤放大器按照光信号的传播方向，由信号模式复用器1、光隔离器2和8、前向泵浦耦合器3、前置波分复用器4、渐变式折射率结构少模掺铒光纤5、后置波分复用器6、后向泵浦耦合器7、空间光解复用器9组成。
2.根据权利要求1所述基于渐变式折射率结构的低差模增益少模掺铒光纤放大器，其特征在于，所述渐变式折射率结构少模掺铒光纤的内纤芯使用ɑ型折射率设计，所述内纤芯折射率n1为1.45，所述a1的范围为2.5～3，所述内纤芯渐变指数g1的范围为2～2.5，所述内纤芯半径r1的范围为9.5～11.5μm；
3.根据权利要求1所述基于渐变式折射率结构的低差模增益少模掺铒光纤放大器，其特征在于，所述信号模式复用器输入的五种信号光的模式分别为LP01、LP11a、LP11b、LP21a、LP21b，输入的功率范围为-35～-20dBm。
4.根据权利要求1所述基于渐变式折射率结构的低差模增益少模掺铒光纤放大器，其特征在于，所述前向泵浦耦合器由两个980nm激光器、模式选择器以
5.根据权利要求1所述基于渐变式折射率结构的低差模增益少模掺铒光纤放大器，其特征在于，所述前置以及后置波分复用器工作波长为1520～1565nm。
6.根据权利要求1所述基于渐变式折射率结构的低差模增益少模掺铒光纤放大器，其特征在于，所述后向泵浦耦合器结构与所述前向泵浦耦合器相同，所述模式选择器将所述两个980nm激光器的光信号分别转换为LP01以及LP21b两种模式的光进行泵浦，转换为LP01模的980nm激光器功率范围为200～250mw，转换为LP21b模的980nm激光器功率范围为500～550mw。
7.根据权利要求1所述基于渐变式折射率结构的低差模增益少模掺铒光纤放大器，其特征在于，所述空间光解复用器将输出的信号光完成空间模式解复用。
8.根据权利要求1所述基于渐变式折射率结构的低差模增益少模掺铒光纤放大器，其特征在于，所能放大的五种空间模式的DMGmin小于1dB，在1520～1565nm波段处增益均大于20dB。
9.根据权利要求1所述基于渐变式折射率结构的低差模增益少模掺铒光纤放大器，其特征在于，所述渐变式折射率结构少模掺铒光纤不同掺杂层数的掺杂浓度比由内向外为N1：N2：N3为1：2.5：2，掺杂浓度分别为280ppm-wt:700ppm-wt:350ppm-wt，所述铒离子的掺杂浓度与待放大信号在所述纤芯中模场强度分布以及泵浦光的模场强度分布相关。
...【技术特征摘要】
1.一种基于渐变式折射率结构的低差模增益少模掺铒光纤放大器，其特征在于，所述低差模增益少模掺铒光纤放大器按照光信号的传播方向，由信号模式复用器1、光隔离器2和8、前向泵浦耦合器3、前置波分复用器4、渐变式折射率结构少模掺铒光纤5、后置波分复用器6、后向泵浦耦合器7、空间光解复用器9组成。
2.根据权利要求1所述基于渐变式折射率结构的低差模增益少模掺铒光纤放大器，其特征在于，所述渐变式折射率结构少模掺铒光纤的内纤芯使用ɑ型折射率设计，所述内纤芯折射率n1为1.45，所述a1的范围为2.5～3，所述内纤芯渐变指数g1的范围为2～2.5，所述内纤芯半径r1的范围为9.5～11.5μm；
3.根据权利要求1所述基于渐变式折射率结构的低差模增益少模掺铒光纤放大器，其特征在于，所述信号模式复用器输入的五种信号光的模式分别为lp01、lp11a、lp11b、lp21a、lp21b，输入的功率范围为-35～-20dbm。
4.根据权利要求1所述基于渐变式折射率结构的低差模增益少模掺铒光纤放大器，其特征在于，所述前向泵浦耦合器由两个980nm激光器、模式选择器以及泵浦模式复用器组成，所述模式选择器将所述两个980nm激光器的光信号转换为lp21a以及lp21b两种模式的光进行泵浦，所述980nm激光器输出的泵浦光功率范围为250～300mw。
5.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：成煜，包盛辰，王志鹏，付益，陈明，苑立波，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。