专利名称：一种基于光纤环形镜的增益平坦型高功率光纤放大器的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤放大器技术领域，具体涉及一种基于光纤环形镜的增益平坦型高功率光纤放大器。
背景技术：
考虑到由hternet接入、多条电话线路、电话会议、数据和视频传输业务产生的数据流量，用户使用的网络带宽与现有设计初期网络带宽的估计已经大大不同了，运营商们迫切地需要大量的网络容量来满足日益增长的服务需求。另外还需解决的问题就是怎样才能在一种物理网络上部署和集成多种通信技术。也就是说在消费者的需要和企业之间的竞争压力下，运营商一方面要提供在建设和运营成本上比较经济的多种服务，另一方面还要尽可能的在已经埋设的现有网络基础上来部署这些业务。正是密集波分复用(DWDM)技术提供了同时满足这些需求的可行解决方案。DWDM技术能够有效的利用光纤的带宽实现大容量、长距离光纤通信；能在用户分配系统中增加业务数量；另外由于其传输链路的“透明化”的特点，能够同等的为不同传输方式提供统一的带宽管理功能。由于DWDM技术的使用，使得单根光纤中的功率很高，这样就需要高功率光纤放大器进行中继放大。DWDM技术就是把多个光信号搭配起来传输，这些光信号编成同一组同时被放大并且通过单一的光纤传输，网络的带宽也就大大增加了。而在这样的DWDM技术中，要实现多波长和超长距离传输，就需要放大器具有宽的增益平坦范围。传统光纤放大器的某些性能缺陷——增益谱非均勻性的影响就愈加明显的暴露出来。由于增益不平坦现象，在多个光纤放大器级联时，不同波长信道的增益差异变大，从而导致信道增益小的那些光信道产生很大的误码，这样势必会影响系统的传输距离，因此有必要对光纤放大器的增益谱进行平坦。目前，增益平坦的方法主要有光电探测一电路增益监控调节法(CN101414731A， 用于平坦光放大器增益谱的装置和方法)；插入损耗谱与增益谱相反的光纤光栅法(Broad-band Erbium-Doped Fiber Amplifier Flattened Beyound 40nm Using Long-Period Grating Filter. Paul F. Wysock，et. al.，IEEE Photo. Tech. Lett.，1997， 9(10) :1343)，光电探测一电路增益监控调节法由于在光域工作时引入了电路工作，器件在高速工作时会遇到电子瓶颈，且不利于集成；光纤光栅增益平坦方法是静态的增益平坦技术，在线应用时会使平坦度降低。随着光纤接入网的广泛使用，能够同时承载更多用户的高功率光纤放大器由于具有降低单户接入成本的优点而受到重视。因此研究具有平坦增益谱的高功率放大器成为 DffDM技术的研究主题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种一种基于光纤环形镜的增益平坦型高功率光纤放大器，将掺铒光纤、铒镱共掺双包层光纤与环形镜结合使用，得到具有高输出功率、平坦增益谱线的光纤放大器。为了实现这样的目的，本发明设计的全光增益平坦光纤放大器依次由信号光源1、 第一光隔离器4、波分复用器6、980nm单模泵浦源2、掺铒光纤8、第二光隔离器5、泵浦耦合器7、975nm多模泵浦源3、铒镱共掺双包层光纤9、三端口环形器10和光纤环形镜11组成， 信号光源1产生的信号光经过第一光隔离器4到达波分复用器6，980nm单模泵浦源2输出的泵浦光直接进入波分复用器6，波分复用器6将输入的信号光与泵浦光耦合输出到掺铒光纤的纤芯中，在掺铒光纤8 (EDF)中信号光被进行预放大(调节980nm单模泵浦源的抽运功率，使得输出功率>=30mff)；经过掺铒光纤的信号光再通过第二光隔离器5到达泵浦耦合器7，975nm多模泵浦源3输出的光直接进入泵浦耦合器7，泵浦耦合器7将输入的信号光耦合到输出端的铒镱共掺双包层光纤的纤芯中传输，将输入的泵浦光耦合到输出端的铒镱共掺双包层光纤的包层中传输；信号光在铒镱共掺双包层光纤9得到进一步的放大，放大后的信号光通过三端口环形器10进入光纤环形镜11，经光纤环形镜11反射后得到增益谱平坦的放大光，由三端口环形器10的输出端输出。本发明所用信号光由可调谐激光器或1550nm单波长连续激光器提供，如santec 公司TSL-210可调谐光源(输出功率为-IOdBm +IOdBm,中心波长1550nm，调谐范围 1535nm 1565nm)，迅天宇光电的C波段可调谐激光器(最大输出功率IOdBm,中心波长 1550nm,调谐范围1530nm 1560nm)或电子工业41所AV38124 1. 55 μ m单模调制激光光源(工作波长1550nm，输出功率0. 25mff 1. 2mff)。980nm单模泵浦源选择工作波长为980nm，最大输出单模激光功率大于120mW 的单模泵浦源，如Lumics公司LU0980M150(最大输出功率150mW)，北京中讯光普科技 LSB-PUMP-980单模泵浦激光器(最大输出功率850mW)。975nm多模泵浦源选择最高输出光功率大于4W的多模泵浦激光器，如深圳明鑫科技975nm光纤激光器MXLS-0975 (最高输出功率5. 5W)，北京中讯光普LSB-PUMP-975高功率多模泵浦源(最高输出功率6W)。光隔离器选择工作波长为1550nm，最大承载光功率大于或等于300mW的偏振无关型光隔离器即可，如上海瀚宇1550nm偏振无关光隔离器，ADF公司IS-1550-P光隔离器等。三端口环形器10选择工作波长1550nm，最大承载光功率IOOOmW的三端口环形器， 如上海瀚宇PI0C3-15-P，武汉光迅CIR-3-1550-P等。在三端口环形器10的输出端可以采用功率计(积分球)测试输出信号的光功率并计算增益，也可用前端加了衰减器的光谱分析仪(OSA)检测放大的信号光。设计光纤环形镜11时，首先要测量出含有两级放大系统的光纤放大器(不包括环形镜)的自发辐射谱，根据自发辐射谱的形状来设计光纤环形镜，目的是使光纤环形镜的反射谱与自发辐射谱互补，其中环形镜中保偏光纤的长度决定反射谱中反射峰的位置，偏振控制器的状态决定光纤环形镜的反射峰的深度变化，也就是说通过调节这两个参数使得对应输出功率大的波长处的反射率低，对应输出功率小的波长处的反射率高，最后实现放大器的增益平坦。与普通的光纤放大器相比，本发明可以实现高功率输出下的增益平坦，且为全光器件。
图1 本发明的全光增益平坦高功率光纤放大器的结构示意图；各部件名称为信号光源1、第一光隔离器4、波分复用器6、980nm单模泵浦源2、 掺铒光纤8、第二光隔离器5、泵浦耦合器7、975nm多模泵浦源3、铒镱共掺双包层光纤9、三端口环形器10和光纤环形镜11 ；图2 本发明实施例1中使用的环形镜结构示意图；图3 本发明实施例2中使用的环形镜结构示意图；图4 本发明实例中所使用的EDF的吸收谱；从图4中可以看出，掺铒光纤(EDF)的吸收峰位于980nm附近，所以选择的泵浦光的中心波长为980nm ；图5 本发明实例中所使用的长度约为細的EYDF吸收谱；从图5中可以看出，铒镱共掺双包层光纤(EDF)的吸收峰位于975nm附近，所以选择的泵浦光的中心波长为975nm ；图6 两级放大器未经过环形镜平坦时的增益谱(ASE谱)；图7 实施例1中两级放大器经过环形镜增益平坦后最后输出的增益谱；图8 实施例2中两级放大器经过环形镜增益平坦后最后输出的增益谱。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。实施例1 在本实施例中，可调谐激光器1使用santec公司TSL-210可调谐光源，输出功率为-IOdBm +IOdBm,工作波长1550nm ；980nm单模泵浦源2选用Lumics公司LU0980M150， 工作波长为980nm，最大输出单模激光功率为150mW ；975nm多模泵浦源3使用深圳明鑫科技975nm半导体激光器MXLS-0975，工作波长为975nm，最高输出功率为5. 5W ；两个隔离器 4和5的使用上海瀚宇1550nm偏振无关光隔离器，工作波长为1550nm，最大承载光功率为 300mff ；波分复用器6采用上海瀚宇熔融拉锥型980/1550nm泵浦光波分复用器；泵浦耦合器7采用ITF公司的Non-PM型(2+1) X 1多模泵浦+信号光合束器；掺铒光纤(EDF) 8选用Nufern EDFC-980-HP C-band,长度为5 10米；铒镱共掺双包层光纤9选用Nufern EYDF-7/130，长度为3 4米；光纤环形镜11由F1 (0. 5米)和F2(1.2米)两段拍长为 3. 9mm的保偏光纤(Nufern PM 1550-HP偏振保持光纤)、两个三环形偏振控制器(PC1和 PC2, ProtoDel公司MPC-1-0)与一个分光比50 50的2X2分束器(3dB耦合器，瀚宇 WIC-2X2-1550-50/50)组成，其结构及连接方式如图2所示。本发明连接方式为由可调谐激光器1提供的信号光(-IOdBm IOdBm)经隔离器 4(使信号光单向传播，防止端面反射回的信号光损害信号源)与波分复用器6连接，980nm 单模泵浦源2输出的泵浦光进入波分复用器6。波分复用6将输入的信号光与980nm单模泵浦光耦合进掺铒光纤(EDF) 8，在EDF中进行信号的预放大(调节980nm单模泵浦源的抽运功率使预放大输出功率> 30mW)，得到初步放大的信号光经过隔离器5 (能够有效的抑制 EYDF的反向ASE，使其不能进入EDF，减少预放大级处的泵浦功率在反向ASE上的消耗，使泵浦光更有效的转换成信号光的能量)与泵浦耦合器7的信号输入端相连，泵浦耦合器7的泵浦输入端与975nm多模泵浦源3连接；而泵浦耦合器7的输出端与铒镱共掺双包层光纤 9相连，信号光在铒镱共掺双包层光纤9进行进一步放大，放大后的信号光通过①端进入三端口环形器10，经由环形器10的②端口输出进入到光纤环形镜11，经光纤环形镜11反射后由环形器10的③端口输出，此时输出的信号光即为经过两级放大并且由环形镜进行增益平坦后的信号光。实施例中采用的掺铒光纤(EDF)和铒镱共掺双包层光纤(EYDF)吸收谱如图3和图4所示。从图中可以看出，掺铒光纤和铒镱共掺光纤的吸收峰分别为980nm、975nm，所以在本例中对光信号放大时，针对不同的有源光纤(EDF与EYDF)使用不同中心波长(980nm 或975nm)的泵浦激光器。由可调谐激光器作为输入信号光，输入信号波长1550nm，功率OdBm(ImW)时，用积分球测试输出端输出功率约为29. 13dBm(820mW)，增益约为^dB。由于放大器的增益谱近似可由ASE谱线来描述，因此本发明将通过观察ASE谱线的变化来观察放大器的增益平坦效果。与现有的普通光纤放大器(如EDFA输出功率 < 50mW，不平坦度8 10dB，如图6所示)相比，本发明实现高输出功率(输出功率> SOOmff)下的增益平坦(不平坦度< 2. 5dB，如图7所示)，且为全光器件。实施例2 将光纤环形镜11的构成改为仅采用一段拍长为3. 9mm的Nufern PM1550-HP保偏光纤F1 (0.5米)、一个三环形偏振控制器(PC1)与一个分光比50 50的2X2分束器(3dB 耦合器)，其结构及连接方式如图3所示。其他条件同实施例1。经过此环形镜后的增益谱如图8所示，1539nm 1546nm波长段的不平坦度在 0. 8dB以内。与实施例1相比，虽然整波段的平坦度不如实施例1，但当只需应用平坦波段的长波长波段时，实施例2具有结构简单，成本更低，调试更方便，且后半段波长处的增益波动更小的优点。
权利要求
1.一种基于光纤环形镜的增益平坦型高功率光纤放大器，其特征在于依次由信号光源(1)、第一光隔离器G)、波分复用器(6)、980nm单模泵浦源O)、掺铒光纤(8)、第二光隔离器(5)、泵浦耦合器(7)、975nm多模泵浦源(3)、铒镱共掺双包层光纤(9)、三端口环形器 (10)和光纤环形镜(11)组成，信号光源(1)产生的信号光经过第一光隔离器(4)到达波分复用器(6)，980nm单模泵浦源( 输出的泵浦光直接进入波分复用器(6)，波分复用器(6) 将信号光与泵浦光耦合输出到掺铒光纤(8)的纤芯中，在掺铒光纤8中信号光被进行预放大；经过掺铒光纤(8)的信号光再经过第二光隔离器( 到达泵浦耦合器(7)，975nm多模泵浦源( 输出的泵浦光直接进入泵浦耦合器(7)，泵浦耦合器(7)将输入的信号光耦合到输出端的铒镱共掺双包层光纤(9)的纤芯中传输，将输入的泵浦光耦合到输出端的铒镱共掺双包层光纤(9)的包层中传输；信号光在铒镱共掺双包层光纤(9)得到进一步的放大，放大后的信号光通过三端口环形器(10)进入光纤环形镜(11)，经光纤环形镜(11)反射后得到增益谱平坦的放大光，由三端口环形器(10)的输出端输出。
2.如权利要求1所述的一种基于光纤环形镜的增益平坦型高功率光纤放大器，其特征在于信号光源(1)采用可调谐激光器或1550nm单波长连续激光器。
3.如权利要求1所述的一种基于光纤环形镜的增益平坦型高功率光纤放大器，其特征在于980nm单模泵浦源(2)选择工作波长为980nm、最大输出单模激光功率大于120mW的单模泵浦源。
4.如权利要求1所述的一种基于光纤环形镜的增益平坦型高功率光纤放大器，其特征在于975nm多模泵浦源(3)选择最高输出光功率大于4W的多模泵浦激光器。
5.如权利要求1所述的一种基于光纤环形镜的增益平坦型高功率光纤放大器，其特征在于光隔离器(4、5)选择工作波长为1550nm，最大承载光功率大于或等于300mW的偏振无关型光隔离器。
6.如权利要求1所述的一种基于光纤环形镜的增益平坦型高功率光纤放大器，其特征在于三端口环形器(10)选择工作波长1550nm，最大承载光功率IOOOmW的三端口环形器。
7.如权利要求1所述的一种基于光纤环形镜的增益平坦型高功率光纤放大器，其特征在于在三端口环形器(10)的输出端采用功率计测试输出信号的光功率并计算增益，或采用前端加了衰减器的光谱分析仪检测放大的信号光。
8.如权利要求1所述的一种基于光纤环形镜的增益平坦型高功率光纤放大器，其特征在于光纤环形镜(11)由两段拍长为3. 9mm的保偏光纤(F1. F2)、两个三环形偏振控制器 (PCpPC2)和一个分光比50 50的2X2分束器组成，第一段保偏光纤的长度为0.5米，第二段保偏光纤的长度为1. 2米，保偏光纤(F1)、三环形偏振控制器(PC1)、保偏光纤(F2)、三环形偏振控制器(PC2)和分束器顺次连接。
9.如权利要求1所述的一种基于光纤环形镜的增益平坦型高功率光纤放大器，其特征在于光纤环形镜(11)由一段拍长为3. 9mm的保偏光纤(F1)、一个三环形偏振控制器(PC1) 和一个分光比50 50的2X2分束器顺次连接组成，保偏光纤的长度为0.5米。
全文摘要
本发明属于光纤放大器技术领域，具体涉及一种基于光纤环形镜的增益平坦型高功率光纤放大器。放大器依次由信号光源、第一光隔离器、波分复用器、980nm单模泵浦源、掺铒光纤、第二光隔离器、泵浦耦合器、975nm多模泵浦源、铒镱共掺双包层光纤、三端口环形器和光纤环形镜组成，光纤环形镜包括两段拍长为3.9mm的保偏光纤、两个三环形偏振控制器和一个分光比50∶50的2×2分束器。与普通的光纤放大器相比，本发明可以实现高功率输出下的增益平坦，且为全光器件。
文档编号G02F1/39GK102495510SQ20111040634
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者孙云博, 张鹏, 李晓光, 胡贵军, 魏敬波 申请人:吉林大学