专利名称：一种光纤参量放大器的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤通信和非线性光纤光学领域，尤其涉及具有参量过程领域。
技术背景在光纤通信波分复用系统中，对光信号的放大和波长转换必须是宽带的。光纤参量放大 器(FOPA)，由于其高增益，宽带宽，中心波长可调谐，在放大信号的同时进行波长转换， 固有增益响应时间短，并可以实现自发辐射噪声OdB放大等优点，使其在性能上超越了中 心波长固定且带宽窄的掺铒光纤放大器和低增益的光纤拉曼放大器，更好地满足全光网络 的需求。此外，FOPA还有很多潜在的应用，如回归原位脉冲发生器、光学时分复用器、全 光限制器及全光采样器等。现有FOPA方案分为单泵浦和双泵浦两种，均基于高效率的相干光四波混频。四波混 频过程具有偏振敏感特性，即放大器的增益系数(波长转换效率)对入射信号光的偏振态 非常敏感。当信号光与泵浦光同方向线性偏振时，增益(波长转换效率)最大，其它情况 下，增益(转换效率)都有不同程度的下降，甚至不发生增益(波长转换)。为解决这一问 题，K. K. Y. Wong等针对单、双泵浦FOPA分别提出了方案并加以验证。在单泵浦FOPA 中，泵浦光和信号均被偏振分束器(PBS)分成具有垂直线偏振态的两路，分别发生四波混 频，其中入射泵浦被调节成45°线偏振，从而保证分束后两路中泵浦功率相同，具有相同 的增益系数(波长转换效率)(K. K. Y. Wong, M.E. Marhic, K. Uesaka, and L.G. Kazovsky， "Polarization-Independent One-Pump Fiber-Optical Parametric Amplifier," IEEE Photon.Technol. Lett., vol. 14,pp.l506-1508,Nov. 2002)。双泵浦FOPA中，两泵浦被调整为具有相互垂直的线 偏振态(K. K. Y. Wong, M.E. Marhic, K. Uesaka, and L.G Kazovsky, "Polarization-Independent Two-Pump Fiber-Optical Parametric Amplifier," IEEE Photon.Technol. Lett., vol. 14, pp.911-913, July 2002)。该研究小组又提出采用两个圆偏振泵浦实现偏振不敏感的方案(M.E.Marhic,K. K. Y. Wong, and L.G. Kazovsky, "Fibre optical parametric amplifiers with circularly-polarised pumps," IEEE Electron. Lett, vol.39, pp.350-351， Feb 2003)，并由T. Tanemura等人在实验中 予以实现(T. TANEMURA， K. KAT0H, and K. KIKUCHI, "Polarization-insensitive asymmetric four-wave mixing using circularly polarized pumps in a twisted fiber," Optics Express, vol.13, pp.7497-7505, Sep 2005)。在以上这些方案中，都需要对泵浦光的偏振态进行精确控制，带 来了不小的难度。此外，由于光纤中随机双折射的存在，使得这种偏振态控制只能在作用 光纤的入射端得以实现，泵浦在光纤中参与四波混频时，其偏振态将受光纤本身及外部温 度、振动等影响发生改变，使得这种偏振不敏感性具有一定局限。另一方面，现有的光纤 参量放大器采用相干光源激光作为泵浦光，具有成本昂贵，对工作环境要求高等缺点；本 发明提出利用非相干光源——自发辐射光源作为泵浦光源，降低了光纤参量放大器的成本
和对工作环境的要求。 发明内容本发明的目的是要提供一种成本较低、操作简便、受光纤的随机双折射及外部温度、 振动影响较小的、对信号偏振态不敏感的光纤参量放大器。 本发明的技术方案如下一种光纤参量放大器，含有泵浦光源，光纤放大器，耦合器，高非线性光纤以及信号 光源，其特征在于所述的泵浦光源采用非偏振、非相干的泵浦光源，从非偏振、非相干 的泵浦光源发出的非偏振、非相干泵浦光与信号光经耦合器，共同注入高非线性光纤，通 过四波混频过程实现信号放大和波长转换。本发明的技术特征还在于所述非偏振、非相干的泵浦光源采用宽谱放大自发辐射光 源。所述的宽谱放大自发辐射光源的光谱宽度应覆盖高非线性光纤的零色散波长。在所述 的非偏振、非相干的泵浦光源和光纤放大器之间设有一个可调谐带通滤波器。本发明所述的非偏振、非相干的泵浦光源可以采用一个或两个。本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果极大地降低了光纤参量放大器 的成本，不需要对泵浦光的偏振态进行控制就能实现增益或波长转换效率对入射信号光的 偏振态不敏感，且对于光纤自身的随机双折射、外部环境的温度、振动等有很强的抗干扰 能力。
图1为本发明提供的光纤参量放大器实施例的结构示意图。图2为本发明实施例中的波长转换效率随信号光偏振态的变化情况。图3为本发明能够实现偏振不敏感波长转换的原理图。图4为相同泵浦功率和波长情况下，宽谱自发放大辐射光源作泵浦光源和传统激光器 作泵浦光源时波长转换效率的对比图。图5为两个典型的波长转换光谱，分别为宽谱自发放大辐射光源作泵浦源和激光器作 泵浦，在同等泵浦波长和功率下测得。l一宽谱自发放大辐射光源；2 —可调谐带通滤波器；3 —光纤放大器；4一信号光源；5 一耦合器；6—高非线性光纤；7 —信号光的X轴偏振分量；8 —信号光的y轴偏振分量；9 一非相干、非偏振泵浦光的偏振态；具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构、原理作进一步的说明。本发明提供的光纤参量放大器含有泵浦光源，光纤放大器3，耦合器5，高非线性光纤6 以及信号光源4，所述的泵浦光源采用非偏振、非相干的泵浦光源；从非偏振、非相干的泵浦光源发出的非偏振、非相干泵浦光与信号光经耦合器，共同注入高非线性光纤，通过四 波混频过程实现信号放大和波长转换。图1为本发明提供的光纤参量放大器具体实施例的结构示意图。非偏振、非相干的泵
浦光源可采用宽谱自发放大辐射光源l，采用Opticwave公司生产的"BLS-C"型号宽谱自 发放大辐射光源，带宽1535nm 1565nm，覆盖了高非线性光纤6的零色散波长U543nm)。 在非偏振、非相干的泵浦光源(宽谱自发放大辐射光源)和光纤放大器之间设有一个可调 谐带通滤波器2。可调谐带通滤波器2带宽0.8nm，滤波窗口中心被调在1545.04nm处。宽 谱自发放大辐射光源1发出的非相干、非偏振光经可调谐带通滤波器2后，再经光纤放大 器3提升功率，作为泵浦光。泵浦光与信号光源4发出的信号光经耦合器5耦合后，共同 注入高非线性光纤6，在高非线性光纤6中通过四波混频过程实现参量放大和波张转换。所 述的信号光源4采用一个连续可调谐激光器。实验中，泵浦光功率固定在6.8dBm，信号光波长自1548nm调至1556nm，间隔lnm。 对于每个信号光波长，在进入耦合器5之前采用一个偏振控制器随机改变其的偏振态，用 光谱分析仪在高非线性光纤6的末端记录波长转换效率的最大值和最小值，所得结果如图2 所示。可见，波长转换效率随信号光偏振态的改变而发生的抖动小于0.2dB，实现了偏振不 敏感的波长转换。图3为本发明能够实现偏振不敏感波长转换的原理图。信号光的x轴偏振分量7和信 号光的y轴偏振分量8为信号光的两个垂直偏振态，其相对大小和相位差的变化代表信号 光的不同偏振态。9为泵浦光的偏振态，其状态随机分布。由于信号光的x轴偏振分量7和 信号光的y轴偏振分量8相对于泵浦光的偏振态9的空间位置保持不变，因此信号光的x 轴偏振分量7、信号光的y轴偏振分量8与泵浦光发生四波混频具有相同的效率。故无论7 和8的相对比例或相位差如何改变，信号光与泵浦光的四波混频效率始终保持一致。为比较宽谱自发放大辐射光源作泵浦光源和传统激器作泵浦光源时波长转换的效率， 将图1中的宽谱自发放大辐射光源1和可调谐带通滤波器2由一个可调谐激光器替代，其 波长同样调整至1545.04nm，经光纤放大器3后，功率调至6.8dBm。信号光波长自1548nm 调至1557nm，间隔lnm。对于每个信号光波长，在进入耦合器5之前采用一个偏振控制器 随机改变其的偏振态，用光谱分析仪在高非线性光纤6的末端记录波长转换效率的最大值， 将该值与图2中宽谱自发放大辐射光源作泵浦光源时的波长转换效率的平均值比较，结果 如图4所示。可以看出，二者没有明显差别。以上两个实验典型的波长转换光谱如图5所示，其中信号波长为1553mn。
权利要求
1.一种光纤参量放大器，含有泵浦光源，光纤放大器(3)，耦合器(5)，高非线性光纤(6)以及信号光源(4)，其特征在于所述的泵浦光源采用非偏振、非相干的泵浦光源，从非偏振、非相干的泵浦光源发出的非偏振、非相干泵浦光与信号光经耦合器，共同注入高非线性光纤，通过四波混频过程实现信号放大和波长转换。
2. 按照权利要求1所述的光纤参量放大器，其特征在于非偏振、非相干的泵浦光源采用宽谱放大自发辐射光源(1)。
3. 按照权利要求2所述的光纤参量放大器，其特征在于在所述的非偏振、非相干的泵浦光源和光纤放大器之间设有一个可调谐带通滤波器(2)。
4. 按照权利要求2所述的光纤参量放大器，其特征在于所述的宽谱放大自发辐射光源的光谱宽度应覆盖高非线性光纤的零色散波长。
5. 按照权利要求1 4任一权利要求所述的光纤参量放大器，其特征在于所述的非偏振、非相干的泵浦光源采用一个或两个。
全文摘要
一种光纤参量放大器，属于光纤通信和非线性光纤光学领域。通常的光纤参量放大器，采用相干光源激光作为泵浦光，其波长转换效率(增益)具有随信号光偏振态的改变而剧烈变化的缺点，且泵浦成本昂贵，对工作环境要求高。为解决上述问题，本发明公开的一种光纤参量放大器，其泵浦由非偏振、非相干光源提供，不仅具有波长转换效率(增益)不随信号光偏振态改变而变化的优点，且成本大为降低。
文档编号G02F1/35GK101149553SQ20071017706
公开日2008年3月26日 申请日期2007年11月9日 优先权日2007年11月9日
发明者杨昌喜, 雨 田, 鹏 董 申请人:清华大学