专利名称：喇曼光纤放大器泵浦模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信领域应用器件，特别是一种喇曼光纤放大器泵浦模块。
背景技术：
喇曼光纤放大器是实现高速率、大容量、长距离光纤通信系统的关键技术。喇曼光纤放大器增益介质为信道传输光纤，不需要特殊的传输介质；其放大波长仅取决于泵浦波长，可放大任意通信窗口的信号；优化配置不同泵浦波长和泵浦功率，即可实现宽频带平坦放大；其分布放大特性噪声低，可提高系统功率余量，提高信号速率和传输距离，还可解决多信道、长距离传输的非线性损伤。但是，成本问题一直是阻碍喇曼光纤放大器在更多光通信领域应用的制约因素。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有优越性价比的喇曼光纤放大器泵浦模块，以推动喇曼光纤放大器在更多光通信领域的应用。
本发明所采用的技术方案如下包括1342nm固体激光器、喇曼谐振器、LD驱动器、TEC驱动器、光功率监测单元、微控制系统和分路器，它们集成为全固体结构的模块中，其中1342nm的固体激光器的输出单模光纤与喇曼谐振器的输入单模光纤通过熔融焊接方法连接；喇曼谐振器的输出单模光纤与分路器的输入单模光纤通过熔融焊接方法连接；LD驱动器输出端、TEC驱动器输出端与1342nm固体激光器电气连接，并且，前两者输入端与微控制系统电气连接。
本发明为全固体结构，一种全新的喇曼泵浦模块，具有稳定可靠的性能。同时，由于用廉价的808nm LD泵浦的Nd:YVO4固体激光器泵浦一级喇曼频移器获得14xxnm范围所需的泵浦波长，其单位功率价格下降进四分之一甚至更低，加上FRA本身优良的噪声性能和灵活的带宽配置，因此具有喇曼转换效率高和优越的性价比，从而为替代EDFA应用于城域网和接入网创造了可靠的技术和经济条件，并且，必将推动本学科研究向寻找和开发新型喇曼放大器泵浦源的方向发展，进一步提高喇曼放大器的应用竞争力。
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中1342nm固体激光器的结构示意图。
图3是图1中喇曼谐振器的结构示意图。
图4是图1中LD驱动器的电路原理图。
图5是图1中TEC驱动器的电路原理图。
图6是图1中光功率监测单元的电路原理图。
图7是图1中微控制系统的电路原理图。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。
本发明采用808nm波长LD泵浦Nd:YVO4晶体波导，通过在晶体入射端面镀制808nm增透、1342nm高反膜，结合输出平面二向色镜构成谐振腔，形成1342nm激射，并耦合进入采用由高反射率(HR)FBG、部分反射(PR)FBG以及喇曼频移光纤构成的喇曼谐振器获得特定波长的14xxnm激光输出，这种方案为全固体结构。
本发明具体的结构如图1所示包括1342nm固体激光器、喇曼谐振器、LD驱动器、TEC驱动器、光功率监测单元、微控制系统和分路器，它们集成为全固体结构的模块中。其中1342nm的固体激光器的输出单模光纤与喇曼谐振器的输入单模光纤通过熔融焊接方法连接；喇曼谐振器的输出单模光纤与分路器的输入单模光纤通过熔融焊接方法连接；LD驱动器输出端、TEC驱动器输出端与1342nm固体激光器电气连接，并且，前两者输入端与微控制系统电气连接。
上述1342nm固体激光器是本发明喇曼光纤放大器泵浦模块的泵浦源，其采用808nm激光二极管泵浦的1342nm固体激光器，是一种新型结构的DPSSL模块，已由本申请人申报了发明专利(专利申请号200410013012.4)。其结构简述如下请见图2在1342nm固体激光器1的金属外壳10内，设有TEC制冷器1、泵浦LD3及其热沉2、透镜组4、Nd:YVO4激光晶体5及其热沉8、腔镜6、热敏电阻9，两热沉通过激光焊接方法与TEC制冷器1焊连。图2中的序号11至18为本激光器的金属引脚。它们通过内部引线，脚11、12分别连接到泵浦LD3的正、负极，记为LD+、LD-；引脚13、14连接到TEC制冷器1正极，记为TEC+；引脚15、16连接到TEC制冷器1负极，记为TEC-；引脚17连接到热敏电阻9一端，记为Rt1；引脚18连接到热敏电阻9另一端，记为Rt2。
上述喇曼谐振器的结构如图3所示设有光纤光栅(FBG)19、光纤光栅(FBG)21和分路器22，它们由喇曼频移光纤20形成光路连接。其中光纤光栅19对泵浦波长1342nm透过，对激光波长14xxnm高反射，构成喇曼谐振器前腔镜。喇曼频移光纤20具有高喇曼增益系数的特种光纤，构成激光谐振腔的增益介质。光纤光栅21对泵浦波长1342nm透过，对激光波长14xxnm部分反射，构成喇曼谐振器后腔镜。分路器22为1％分路器，用于输出14xxnm激光功率监测。
上述LD驱动器的结构如图4所示设有LD驱动集成电路U1，其脚1、2、3、4分别在a、b、c、d点与微控制系统的集成电路U4脚39、9、1、2相连；其脚5、7分别通过电容C1、电阻R1与其脚6连接；其脚8、9直接短路连接并通过电阻R2接地；其脚11、10分别在e、k点与固体激光器引脚11、12相连；其脚12通过电阻R3与脚13连接；其脚6、10、13接地；其脚14接电源VCC，并通过并联连接的电容C2、C4接地。图中接线方法将U1设定为自动电流控制(ACC)模式，其输出电流保持恒定。
上述TEC驱动器的结构如图5所示设有TEC驱动集成电路U2，其脚1、14接电源VCC，并通过并联连接的电容C3、C5接地；其脚2在g点与微控制系统的集成电路U4脚10相连；其脚3通过串连连接的电阻R6、R7与其脚4连接；其脚5通过电阻R8与其脚6连接；其脚7通过电阻R9与其脚6连接；其脚8通过电阻R11接地；其脚9在j点与U4脚14、17相连；其脚10通过电阻R10接电源VCC；其脚11在i点与固体激光器引脚13、14相连；其脚12在h点与固体激光器引脚15、16相连；其脚13在k点与固体激光器引脚18相连。
上述光功率监测单元的结构如图6所示设有运算放大器U3和PIN光探测器T1。T1阳极与U3脚3连接，T1阴极连接电源VCC。U3其脚2、6短路连接并在f点与微控制系统的集成电路U4脚14相连；其脚3通过并联连接的电阻R12、电容C6接地；其脚4接地；其脚7接电源VCC；其脚1、8处于悬空状态。
上述微控制系统的结构如图7所示设有集成电路U4，其脚1、2、3、9、10、14、39连接关系如前述；其脚4、6、11、12、13、21、47接地；其脚5通过电感L1接电源VCC，并通过并联连接的电容C9、C12接地；其脚7通过电容C10接地；其脚15通过电容13接地，并通过电阻R5接电源VCC；其脚20、34、48接电源VCC，并分别通过电容Cll、C14、C8与其脚21、35、47连接；其脚32、33通过晶振X1串连连接，并分别通过电容C16、C15接地；其脚40通过电阻R4接电源VCC；U4其余引脚悬空。
本实施例中的U1、U2、U3、U4，可以分别采用LD驱动集成电路WLD3343、TEC驱动集成电路WTC3243、运算放大器OP07、微控制器ADuC812产品，或其它种型号产品。
下面从激光功率控制和模块温度控制两个部分简述一下本发明的工作过程。
1.激光功率控制部分1)系统上电，U4引脚39设为高电平(1)，控制U1处于开启工作状态；2)U4根据软件初始设置，在引脚9输出一个控制电压，该电压值控制U1在引脚10和11输出一个恒定的初始电流，驱动泵浦LD 3发光；3)驱动泵浦LD 3发出的808nm激光光束，经透镜组4整形准直后注入由Nd:YVO4激光晶体5和腔镜6构成的1342nm固体腔激光谐振器，并在腔镜6输出面获得1342nm激光输出，经由单模光纤7注入单模尾纤输出；4)经单模光纤7输出的1342nm激光注入由光纤光栅19、喇曼频移光纤20、光纤光栅21构成的14xxnm喇曼激光谐振器，并在光纤光栅21输出端获得14xxnm激光；5)经分路器22分路后获得的14xxnm监测光入射到PIN探测器T1，光功率转换为等比例的光电流并由电阻R12转换为电压信号；光功率电压信号经U3后输入U4的第14脚；6)U4根据第14脚输入电压值计算出光纤光栅21输出的实际14xxnm激光功率，若该功率值小于(或大于)模块需要的光功率，U4将适当增大(或减小)9脚输出；7)U4第9脚输出电压的增大(或减小)将直接控制U1第10、11脚的输出电流增大(或减小)，从而提高(或降低)泵浦LD的输出光功率，一并引起1342nm、14xxnm输出光功率的增大(或减小)，使得14xxnm激光维持在一个稳定的功率水平；8)若要提高(或降低)输出14xxnm激光的功率，系统可以通过控制U4增加(或减小)第9脚输出电压实现上述要求。
2.系统温度控制部分1)系统上电，U4根据软件初始设置，在引脚10输出一个控制电压，该电压值控制U2在引脚11和12输出一个恒定的初始电流，驱动TEC工作；2)泵浦激光二极管3和激光晶体5在长时间或大功率条件下工作是都会产生大量的热量，经热沉吸收后，热沉温度发生变化，导致热敏电阻9阻值发生变化，进一步引起U2引脚9的电压随热敏电阻阻值线性变化；3)U4通过引脚3实时监测U2引脚9的电压来实时监测热沉温度，当发现温度高于(或低于)设定的工作温度时，U4控制引脚10的输出电压增大(或减小)来增大(或减小)U2提供给TEC的工作电流，使热沉温度保持在设定值水平，实现激光器工作温度的控制。
权利要求
1.喇曼光纤放大器泵浦模块，其特征是包括1342nm固体激光器、喇曼谐振器、LD驱动器、TEC驱动器、光功率监测单元、微控制系统和分路器，它们集成为全固体结构的模块中，其中1342nm的固体激光器的输出单模光纤与喇曼谐振器的输入单模光纤通过熔融焊接方法连接；喇曼谐振器的输出单模光纤与分路器的输入单模光纤通过熔融焊接方法连接；LD驱动器输出端、TEC驱动器输出端与1342nm固体激光器电气连接，并且，前两者输入端与微控制系统电气连接。
2.根据权利要求1所述的喇曼光纤放大器泵浦模块，其特征是喇曼谐振器设有光纤光栅(19)、光纤光栅(21)和分路器(22)，它们由喇曼频移光纤(20)形成光路连接。
3.根据权利要求1所述的喇曼光纤放大器泵浦模块，其特征在于所述的LD驱动器，设有LD驱动集成电路U1，其脚1、2、3、4分别在a、b、c、d点与微控制系统的集成电路U4脚39、9、1、2相连；其脚11、10分别在e、k点与固体激光器引脚11、12相连。
4.根据权利要求1所述的喇曼光纤放大器泵浦模块，其特征在于所述的TEC驱动器，设有TEC驱动集成电路U2，其脚2在g点与微控制系统的集成电路U4脚10相连；其脚9在j点与U4脚14、17相连；其脚11在i点与固体激光器引脚13、14相连；其脚12在h点与固体激光器引脚15、16相连；其脚13在k点与固体激光器引脚18相连。
5.根据权利要求1所述的喇曼光纤放大器泵浦模块，其特征在于所述的光功率监测单元，设有运算放大器U3和PIN光探测器T1，U3脚6在f点与微控制系统的集成电路U4脚14相连。
6.根据权利要求1或3或4或5所述的喇曼光纤放大器泵浦模块，其特征在于所述的U1、U2、U3、U4，分别采用LD驱动集成电路WLD3343、TEC驱动集成电路WTC3243、运算放大器OP07、微控制器ADuC812产品。
全文摘要
本发明是一种喇曼光纤放大器泵浦模块，其包括1342nm固体激光器、喇曼谐振器、LD驱动器、TEC驱动器、光功率监测单元、微控制系统和分路器，它们集成为全固体结构的模块中，其中1342nm的固体激光器的输出单模光纤与喇曼谐振器的输入单模光纤通过熔融焊接方法连接；喇曼谐振器的输出单模光纤与分路器的输入单模光纤通过熔融焊接方法连接；LD驱动器输出端、TEC驱动器输出端与1342nm固体激光器电气连接，并且，前两者输入端与微控制系统电气连接。本发明具有稳定可靠的性能、喇曼转换效率高和优越的性价比，从而为替代EDFA应用于城域网和接入网创造了可靠的技术和经济条件。
文档编号H01S5/00GK1564399SQ200410013020
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月12日 优先权日2004年4月12日
发明者张敏明, 刘德明, 王英, 胡必春 申请人:武汉华工飞腾光子科技有限公司