一种光纤放大器的制作方法

本发明实施例涉及光通讯技术，尤其涉及一种光纤放大器。

背景技术：

各种各样的光纤放大器，如掺饵光纤放大器(edfas)和分布式拉曼放大器(dras)是在光通信系统中普遍使用的器件。光纤放大器已经成为光纤通信系统中的关键设备。光纤放大器能够有效补偿信号光在长距离传输和分波造成的衰减，极大的推动了光纤通信系统的发展。

传统的光纤放大器中采用波分复用器来将泵浦光与信号光进行合路进入增益光纤(例如饵纤)中。饵纤包括纤芯和包覆在纤芯外部的光纤包层以及外包层。波分复用器需要使信号光进入到纤芯并使泵浦光进入到光纤包层。现有的做法是采用熔融拉锥的工艺方法来实现。这种实现方法需要较大的空间。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种光纤放大器，以实现光纤放大器的小型化。

本发明实施例提供一种光纤放大器，包括：

种子源，发射信号光；

第一单模准直器，通过第一传输光纤与所述种子源连接，用于对所述第一传输光纤传输来的信号光进行准直后射出至放大光路中；

泵浦源，发射泵浦光；所述泵浦光具有与所述信号光不同的波长；

多模准直器，通过第二传输光纤与所述泵浦源连接，用于对所述第二传输光纤传输来的泵浦光进行准直后投射至所述放大光路中；以及

所述放大光路；所述放大光路包括至少一级的光放大单元；

所述光放大单元包括波分复用器、第一增益光纤准直器、增益光纤以及光纤输出结构；其中，所述波分复用器用于对所述泵浦光进行至少部分反射后作为本级泵浦光，并允许所述信号光透过后与所述本级泵浦光合成为第一光束投射至所述第一增益光纤准直器；所述增益光纤包括纤芯以及依次包覆于所述纤芯外部的第一包层和第二包层；所述第一增益光纤准直器用于对所述第一光束进行汇聚，以使得所述信号光的汇聚点位于所述增益光纤的入射端面之前、所述泵浦光的汇聚点位于所述增益光纤的入射端面之后，从而使得所述信号光进入到所述纤芯，所述泵浦光进入到所述第一包层以对纤芯内的信号光进行放大；所述光纤输出结构用于对增益光纤放大后的信号光进行输出。

可选地，所述第一单模准直器将所述信号光投射至所述波分复用器时具有第一光斑；所述多模准直器将所述泵浦光投射至所述波分复用器时具有第二光斑；所述第一光斑小于所述第二光斑。

可选地，还包括第一反射镜；所述第一反射镜设置于所述第一单模准直器和所述波分复用器之间，或者所述第一反射镜设置于所述多模准直器和所述波分复用器之间，以对所述信号光或者所述泵浦光进行反射以使得其投射至所述波分复用器上。

可选地，还包括设置于所述第一单模准直器和所述波分复用器之间的第一隔离器，和设置于所述光纤输出结构的输出端的第二隔离器。

可选地，还包括设置于所述光纤输出结构的输出端的第一窄带滤波器；所述第一窄带滤波器用于对放大后的信号光进行滤波处理，以消除被放大的自发辐射光。

可选地，还包括设置于所述光纤输出结构的输出端的第一分光器和第一探测器；所述光纤输出结构为第二增益光纤准直器；所述第二增益光纤准直器用于准直所述增益光纤的出射端面出射的放大后的信号光；所述第一分光器位于所述第二增益光纤准直器远离所述增益光纤的出射端面一侧，用于从所述信号光中分出一束探测光至所述第一探测器。

可选地，所述放大光路包括至少两级光放大单元；所述光纤放大器还包括设置于相邻两级光放大单元之间的连接组件；所述连接组件包括第三传输光纤以及设置于所述第三传输光纤的输入端的第二单模准直器、设置于所述第三传输光纤的输出端的第三单模准直器；所述第二单模准直器用于将前一级的光纤输出结构输出的信号光准直进入第三传输光纤中进行传输，并通过所述第三单模准直器对其进行准直后投射至下一级的波分复用器中；每一级的波分复用器用于对投射来的泵浦光进行部分反射作为本级泵浦光，并进行部分透射后作为后面的光放大单元的泵浦光。

可选地，所述波分复用器包括功能面；所述功能面与入射的信号光和泵浦光均成45度，且投射至所述功能面的信号光和泵浦光相互垂直。

可选地，还包括第二反射镜；所述第二反射镜位于相邻两个光放大单元之间的光路上；所述第二反射镜用于对前一级光放大单元传输来的信号光进行反射以使得其投射至后一级的波分复用器上。

可选地，还包括可调衰减器，设置于所述信号光经过的光路上，用于对信号光的输出功率进行调整。

本发明实施例提供一种光纤放大器，包括第一单模准直器、多模准直器、第一增益光纤准直器和增益光纤，通过第一单模准直器将信号光投射至波分复用器上，并利用多模准直器将泵浦光投射至波分复用器上。波分复用器用于对泵浦光进行部分反射，并允许所有的信号光通过后，投射至第一增益光纤准直器上，第一增益光纤准直器能够将信号光投射至增益光纤的纤芯中，将泵浦光投射增益光纤的第一包层中，以实现对信号光的放大。上述光纤放大器，利用准直器以及波分复用器组合来实现空间光传输，从而实现纯光路下的信号光放大，有利于实现edfa的小型化，并且，通过第一增益光纤准直器来实现信号光和泵浦光的传输，而无需如传统方式那样采用熔融拉锥的工艺方法来实现，从而可以简化工艺流程，缩小产品尺寸。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种光纤放大器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的第一增益光纤准直器的工作原理示意图；

图3为本发明实施例提供的增益光纤的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种光纤放大器的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的波分复用器的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种光纤放大器的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种光纤放大器的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种光纤放大器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种光纤放大器的结构示意图，图2为本发明实施例提供的第一增益光纤准直器的工作原理示意图，图3为本发明实施例提供的增益光纤的结构示意图，参考图1、图2和图3，光纤放大器包括种子源1、泵浦源5、第一单模准直器2、多模准直器6和放大光路。种子源1发射信号光。第一单模准直器2通过第一传输光纤261与种子源1连接，用于对第一传输光纤261传输来的信号光进行准直后射出至放大光路中。泵浦源5发射泵浦光。泵浦光具有与信号光不同的波长。多模准直器6通过第二传输光纤262与泵浦源5连接，用于对第二传输光纤262传输来的泵浦光进行准直后投射至放大光路中。放大光路包括至少一级的光放大单元。光放大单元包括波分复用器4、第一增益光纤准直器7、增益光纤8以及光纤输出结构。其中，波分复用器4用于对泵浦光进行至少部分反射后作为本级泵浦光，并允许信号光透过后与本级泵浦光合成为第一光束投射至第一增益光纤准直器7。增益光纤8包括纤芯811以及依次包覆于纤芯811外部的第一包层812和第二包层812；第一增益光纤准直器7用于对第一光束进行汇聚，以使得信号光的汇聚点位于增益光纤8的入射端面之前、泵浦光的汇聚点位于增益光纤8的入射端面之后，从而使得信号光进入到纤芯811，泵浦光进入到第一包层812以对纤芯811内的信号光进行放大；光纤输出结构用于对增益光纤8放大后的信号光进行输出。

为了清晰起见，将第一级光放大单元中的波分复用器4称为第一波分复用器40，将第一级光放大单元中的增益光纤8称为第一增益光纤81，将第一级光放大单元中的光纤输出结构称为第一光纤输出结构。

示例性地，参考图1、图2和图3，第一波分复用器40包括第一功能面410，透过第一功能面410的信号光与被第一功能面410反射的泵浦光合束为第一光束。经第一增益光纤准直器7汇聚的第一光束投射到第一增益光纤81的入射端面，且信号光被第一增益光纤准直器7汇聚形成的汇聚点与泵浦光被第一增益光纤准直器7汇聚形成的汇聚点位于第一增益光纤81的入射端面的相对两侧。

为了清晰起见，本发明在图2所示的第一增益光纤准直器7的工作原理示意图中，将信号光以“l1”进行标记，将泵浦光以“l2”进行标记。参考图2，第一增益光纤准直器7利用单模信号光l1和多模泵浦光l2形成的汇聚点位置不同的特点，可以将多模泵浦光l2投射至第一包层812中，而将单模信号光l1投射至纤芯811中。可选地，第一单模准直器2将信号光投射至波分复用器4时具有第一光斑；多模准直器6将泵浦光投射至波分复用器4时具有第二光斑，信号光l1汇聚形成的第一光斑小于泵浦光l2汇聚形成的第二光斑，信号光l1汇聚形成的汇聚点与第一增益光纤准直器7之间的距离小于泵浦光l2汇聚形成的汇聚点与第一增益光纤准直器7之间的距离。第一增益光纤81的入射端面位于信号光被第一增益光纤准直器7汇聚形成的汇聚点与泵浦光被第一增益光纤准直器7汇聚形成的汇聚点之间。第一增益光纤准直器7将信号光l1在第一增益光纤8的入射端面之前汇聚，汇聚后的信号光l1继续往前发射，并进入到纤芯811中。对于泵浦光l2而言，泵浦光l2汇聚形成的汇聚点在第一增益光纤8的入射端面之后，因此第一增益光纤准直器7将泵浦光l2汇聚投射至第一增益光纤8的入射端面时并没有完全汇聚，具有较大的光斑面积，从而能够进入到纤芯811和第一包层812中。由于纤芯811相对第一包层812来说面积较小，因此泵浦光l2只有少部分会进入到纤芯811内，泵浦光l2的大部分会进入到第一包层812中。

本发明实施例提供一种光纤放大器，包括第一增益光纤准直器和增益光纤，通过第一增益光纤准直器能够将信号光投射至增益光纤的纤芯中，将泵浦光投射增益光纤的第一包层中，而无需如传统方式那样采用熔融拉锥的工艺方法来实现，从而可以简化工艺流程，缩小产品尺寸。

示例性地，参考图1，增益光纤8可以为掺稀土元素光纤放大器，例如掺铒光纤放大器或者掺镱光纤放大器等。波分复用器4可以为波分复用器膜片(也称为wdm膜片)。种子源1发射的信号光的波长为1550nm，泵浦源5发射的泵浦光的波长为980nm。

示例性地，参考图1，种子源1与第一单模准直器2通过第一传输光纤261光路连接，种子源1发射的信号光投射到第一传输光纤261中，然后由第一传输光纤261投射到第一单模准直器2，并经过第一单模准直器2的准直变为平行光，平行光投射到第一波分复用器40的第一功能面410，并透过第一功能面410投射到第一增益光纤准直器7。多模准直器6与第一单模准直器2位于第一波分复用器40的不同侧，多模准直器6的光轴方向可以与第一单模准直器2的光轴方向垂直。泵浦源5与多模准直器6通过第二传输光纤262光路连接，泵浦源5发射的泵浦光投射到第二传输光纤262中，然后由第二传输光纤262投射到多模准直器6，并经过多模准直器6的准直变为平行光，平行光投射到第一波分复用器40的第一功能面410，并被第一功能面410反射至第一增益光纤准直器7。

图4为本发明实施例提供的另一种光纤放大器的结构示意图，参考图4，光纤放大器还包括第一反射镜27。第一反射镜27设置于多模准直器6和波分复用器4(即第一波分复用器40)之间，以对信号光或者泵浦光进行反射以使得其投射至波分复用器4上。在其他实施方式中，第一反射镜27还可以设置于第一单模准直器2和波分复用器4(即第一波分复用器40)之间。

示例性地，参考图4，种子源1发射的信号光经过第一单模准直器2的准直变为平行光，平行光投射到第一波分复用器40的第一功能面410，并透过第一功能面410投射到第一增益光纤准直器7。多模准直器6的光轴方向可以与第一单模准直器2的光轴方向平行。泵浦源5发射的泵浦光投射到多模准直器6，并经过多模准直器6的准直变为平行光，平行光投射到第一反射镜27并被第一反射镜27反射至第一波分复用器40的第一功能面410，然后被第一功能面410反射至第一增益光纤准直器7。

可选地，参考图1，光纤放大器还包括还包括设置于光纤输出结构的输出端的第一窄带滤波器13，第一窄带滤波器13用于对放大后的信号光进行滤波处理，以消除被放大的自发辐射光。

示例性地，参考图1，光纤输出结构为第二增益光纤准直器9，第二增益光纤准直器9用于准直第一增益光纤81的出射端面出射的放大后的信号光后形成空间光向外传输，第一窄带滤波器13位于第二增益光纤准直器9远离第一增益光纤81的出射端面一侧。第一增益光纤81的出射端面出射的放大后的信号光经第二增益光纤准直器9准直后投射至第一窄带滤波器13。

示例性地，参考图1，第一增益光纤准直器7的光轴与第二增益光纤准直器9的光轴平行，且第二增益光纤准直器9位于第一增益光纤准直器7远离第一波分复用器40一侧。第一窄带滤波器13位于第二增益光纤准直器9远离第一波分复用器40一侧。经过第一增益光纤81放大后的信号光由第一增益光纤81的出射端面投射至第二增益光纤准直器9，并被第二增益光纤准直器9准直为平行光出射。

可选地，参考图1，光纤放大器还包括设置于第一单模准直器2和波分复用器4之间的第一隔离器3，和设置于光纤输出结构的输出端的第二隔离器10。

示例性地，参考图1，光纤输出结构为第二增益光纤准直器9，第二增益光纤准直器9用于准直第一增益光纤81的出射端面出射的放大后的信号光。第一隔离器3位于第一单模准直器2与第一波分复用器40之间，第二隔离器10位于第二增益光纤准直器9远离第一增益光纤9的出射端面一侧。第一隔离器3和第二隔离器10用于确保光路中的光进行单向传播，避免反射可能引起的干扰，保护器件免受来自下段可能的逆向反射，并抑制光路中的光返回光源侧。例如第一隔离器3防止了第一波分复用器40朝向第一单模准直器2反射的光。第一隔离器3和第二隔离器10采用自由空间型隔离器尺寸尽可能小。其中，下段指的是沿光线传播方向上经过该器件之后的光路部分。

可选地，参考图1，光纤放大器还包括第一分光器11和第一探测器12，光纤输出结构为第二增益光纤准直器9，第二增益光纤准直器9用于准直第一增益光纤81的出射端面出射的放大后的信号光。第一分光器11位于第二增益光纤准直器9远离增益光纤8(即第一增益光纤81)的出射端面一侧，用于从信号光中分出一束探测光至第一探测器12。第一探测器12用于对该探测光进行探测，以确定光路中的反射光的强度，避免由于反射光损坏上段器件的现象发生，并避免反射光过强时对正向传播的光路产生影响。其中，上段指的是沿光线传播方向上到达该器件之前的光路部分。

图5为本发明实施例提供的波分复用器的结构示意图，参考图5，波分复用器4包括第一面s1、第二面s2、第三面s3、第四面s4以及功能面41，第一面s1与第三面s3相对，第二面s2与第四面s4相对，第一面s1和第二面s2位于功能面41的同一侧。由第四面s4入射的信号光全部透过功能面41至第二面s2，由第一面s1入射的泵浦光被功能面41至少部分反射至第二面s2。

示例性地，参考图5，其中第一面s1和第三面s3需要使得多模泵浦光全部透过，尽量少发生反射。第四面s4面则需要使得单模信号光完全通过，尽量少发生反射。第二面s2则需要使得单模信号光和多模泵浦光均能够完全通过。注意，本发明中所说的完全通过指的是理想情况下，在实际产品中例如可以使用高透过率的膜片。第一功能面410需要使得单模信号光完全通过，并将多模泵浦光的至少部分(例如30％)进行反射后作为一级泵浦光。

图6为本发明实施例提供的另一种光纤放大器的结构示意图，参考图3和图6，放大光路包括至少两级光放大单元。光纤放大器还包括设置于相邻两级光放大单元之间的连接组件。连接组件包括第三传输光纤263以及设置于第三传输光纤263的输入端的第二单模准直器14、设置于第三传输光纤263的输出端的第三单模准直器15。第二单模准直器14用于将前一级的光纤输出结构输出的信号光准直进入第三传输光纤263中进行传输，并通过第三单模准直器15对其进行准直后投射至下一级的波分复用器4中。每一级的波分复用器4用于对投射来的泵浦光进行部分反射作为本级泵浦光，并进行部分透射后作为后面的光放大单元的泵浦光。

示例性地，参考图6，放大光路包括至少两级光放大单元。第一级光放大单元包括第一波分复用器40、第一增益光纤准直器7、第一增益光纤81以及第一光纤输出结构(即第二增益光纤准直器9)。第二级光放大单元包括第二波分复用器17、第三增益光纤准直器18、第二增益光纤19以及第二光纤输出结构(即第四增益光纤准直器20)。泵浦源5发射泵浦光透过第一功能面410的部分投射至第二波分复用器17，第一增益光纤81的出射端面出射的放大后的信号光投射至第二波分复用器17。第二波分复用器17包括第二功能面171，透过第二功能面171的信号光与被第二功能面171反射的泵浦光合束为第二光束。第三增益光纤准直器18用于将第二光束汇聚。第三增益光纤准直器18可以将第二光束中的信号光以及泵浦光汇聚。经第三增益光纤准直器18汇聚的第二光束投射到第二增益光纤19的入射端面，且信号光被第三增益光纤准直器18汇聚形成的汇聚点与泵浦光被第三增益光纤准直器18汇聚形成的汇聚点位于第二增益光纤19的入射端面的相对两侧，以使信号光入射至纤芯811中，使泵浦光入射至纤芯811以及第一包层812中。信号光在第二增益光纤19中可以利用泵浦光所提供的能量进行放大，完成了第二级放大。

示例性地，参考图6，第二波分复用器17可以位于第一波分复用器40远离多模准直器6一侧，且第二波分复用器17、第一波分复用器40和多模准直器6共光轴设置。在其他实施方式中，第二波分复用器17还可以位于第一波分复用器40远离第一反射镜27一侧。

示例性地，参考图6，光纤放大器还可以包括沿光轴依次设置的第三单模准直器15和第三隔离器16。第三单模准直器15用于将信号光准直形成平行光，并透射至第三隔离器16。第三隔离器16用于确保光路中的光进行单向传播，避免反射可能引起的干扰。第三隔离器16位于第三单模准直器15和第二波分复用器17之间。光纤放大器还可以包括沿光轴依次设置的第四增益光纤准直器20、第四隔离器21、第二分光器22、第二窄带滤波器24和第四单模准直器25。第四增益光纤准直器20用于准直第二增益光纤19的出射端面出射的放大后的信号光。第四隔离器21用于确保光路中的光进行单向传播，避免反射可能引起的干扰。第二分光器22用于从所述信号光中分出一束探测光至所述第二探测器23。第二窄带滤波器24用于对完成第二级放大后的信号光进行滤波处理，以消除被放大的自发辐射光，从而降低噪声。经过第四单模准直器25汇聚后的信号光可以投射至第四传输光纤264。在一实施例方式中，经过第四单模准直器25汇聚后的信号光可以由第四传输光纤264输出并作为最终的输出光，最终的输出光经过了二级放大。在其他实施方式中，经过第四单模准直器25汇聚后的信号光可以由第四传输光纤264输出至第三级放大光路中，以实现至少三级的信号光放大。

示例性地，参考图6，第一功能面410需要使得单模信号光完全通过，并将多模泵浦光的部分(例如30％)进行反射后作为一级泵浦光，将多模泵浦光的部分(例如70％)的光透射后作为二级泵浦光。第二功能面171需要使得单模信号光完全通过，并将多模泵浦光的至少部分进行反射后作为二级泵浦光。在最终输出的信号光为二级放大的信号光的情况下，第二功能面171可以反射照射其上的全部的泵浦光至第三增益光纤准直器18。

可选地，参考图6，第一功能面410所在平面与第二功能面171所在平面垂直。

示例性地，参考图6，第二增益光纤准直器9、第二隔离器10、第一分光器11、第一窄带滤波器13和第二单模准直器14顺次排列成一行。第三单模准直器15、第三隔离器16、第二波分复用器17和第三增益光纤准直器18顺次排列成另一行。光线在第二增益光纤准直器9、第二隔离器10、第一分光器11、第一窄带滤波器13和第二单模准直器14中的传播方向，与光线在第三单模准直器15、第三隔离器16、第二波分复用器17和第三增益光纤准直器18中的传播方向相反。本发明实施例中，通过设置第一功能面410所在平面与第二功能面171所在平面垂直，使第二单模准直器14和第三单模准直器15位于第一波分复用器40和第二波分复用器17连线的同一侧，使第二单模准直器14和第三单模准直器15邻近设置，从而降低了器件的布设难度，以及减少了第二单模准直器14和第三单模准直器15之间第三传输光纤263的使用长度。

图7为本发明实施例提供的另一种光纤放大器的结构示意图，参考图7，第一功能面410所在平面与第二功能面171所在平面平行。示例性地，光线在第二增益光纤准直器9、第二隔离器10、第一分光器11、第一窄带滤波器13和第二单模准直器14中的传播方向，与光线在第三单模准直器15、第三隔离器16、第二波分复用器17和第三增益光纤准直器18中的传播方向相同。

可选地，参考图1、图4、图6和图7，波分复用器4包括功能面41。功能面41与入射的信号光和泵浦光均成45度，且投射至功能面41的信号光和泵浦光相互垂直。

示例性地，参考图1、图4、图6和图7，第一波分复用器40的第一功能面410与入射的信号光和泵浦光均成45度，且投射至第一功能面410的信号光和泵浦光相互垂直。第二波分复用器19的第二功能面171与入射的信号光和泵浦光均成45度，且投射至第二功能面171的信号光和泵浦光相互垂直。

图8为本发明实施例提供的另一种光纤放大器的结构示意图，参考图8，光纤放大器还包括第二反射镜28。第二反射镜28位于相邻两个光放大单元之间的光路上。第二反射镜28用于对前一级光放大单元传输来的信号光进行反射以使得其投射至后一级的波分复用器4上。

示例性地，参考图8，第二反射镜28位于第三隔离器16与第三单模准直器15之间，第二反射镜28将第三单模准直器15出射的光线反射至第三隔离器16，光线然后投射至第二波分复用器17上。在其他实施方式中，还可以将第二反射镜28设置于第一窄带滤波器13与第二单模准直器14之间，第二反射镜28将第一窄带滤波器13出射的光线反射至第二单模准直器14，光线然后经过第三传输光纤263、第三单模准直器15和第三隔离器16后投射至第二波分复用器17上。

可选地，由于种子源1和泵浦源5的发热量较高，因此需要进行温度控制，比如采用半导体制冷器对其温度进行控制，以防止温度波动对波长造成影响，确保种子源1和泵浦源5的温度恒定，进而确保发射出的波长为目标波长的光信号。

可选地，光纤放大器还包括可调衰减器(图中未示出)，可调衰减器设置于信号光经过的光路上，用于对信号光的输出功率进行调整。可调衰减器例如可以设置在信号光最终的出射的传输光纤(例如第四传输光纤264)的输出端面一侧。

可选地，本发明各实施例中的光纤(例如增益光纤8和第四传输光纤264等)可以均设置为保偏光纤，各光学器件(例如第一波分复用器40和第一增益光纤准直器7等)则设置为保偏光学器件，以使得各部件均具有同一偏振态，从而使得光能损失较小。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。