全光纤结构的大功率l波段掺铒光纤放大器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于大功率光纤放大器制造技术领域，特别涉及一种全光纤结构的大功率L波段掺铒光纤放大器。本实用新型可以应用于海底光纤通信，大范围、密集分布传感点的光传感等诸多领域。
【背景技术】
[0002]掺铒光纤放大器(EDFA)是光纤通信系统中的关键器件，随着C波段(1520?1565nm)光源的研究趋于成熟并市场化，为满足光通信对带宽的要求，扩展L波段光源及相关器件的研究便显得越来越迫切。在分布式光纤光栅传感中，为了满足大范围、密集分布传感点的应用，解决测程范围与分布点数之间的矛盾关系，则需要高功率、宽带宽的光源。
[0003]传统的L波段EDFA由于工作在铒光纤增益谱的尾部，其存在输出功率低、增益低、工作转换效率低、噪声大等缺点。因此，分析和设计符合高密度波分多路复用技术和海底光纤通信发展要求的具有大输出功率和高增益的L波段EDFA是十分有意义的。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种全光纤结构的大功率L波段掺铒光纤放大器。
[0005]本实用新型解决其大功率技术问题所采用的技术方案包括如下内容:
[0006]全光纤结构的大功率L波段掺铒光纤放大器，包括前端光隔离器、前端光親合器、前端环形器、980nm单模激光栗浦源、单模栗浦合束器、单模掺铒光纤、前端法拉第旋转镜、中端光耦合器、中端光隔离器、后端环形器、980多模激光栗浦源、多模/双包层栗浦合束器、双包层掺铒光纤、后端法拉第旋转镜、后端光耦合器和后端光隔离器；
[0007]激光器输入端与前端光隔离器输入端口相连，前端光隔离器输出端口与前端光耦合器的输入端口相连，前端光親合器的一个输出端口与前端环行器的第一端口相连，前端光耦合器的另一输出端口悬空可用来测试光路的光谱情况，前端环行器的第二端口与单模栗浦合束器的信号输入端口相连，单模栗浦合束器的栗浦输入端口与980nm单模激光栗浦源相连，单模栗浦合束器的输出端口与单模掺铒光纤的一端相连，单模掺铒光纤的另一端与前端法拉第旋转镜相连。前端环行器的第三端口与中端光耦合器的输入端口相连，中端光親合器的第一输出端口与中端光隔离器9的输入端口相连，中端光親合器的另一输出端口悬空可用来测试光路的光谱情况，中端光隔离器的输出端口与后端环行器的第一端口相连，后端环行器的第二端口与多模/双包层栗浦合束器的信号输入端口相连，多模/双包层栗浦合束器的栗浦的两个输入端口分别与两个980多模激光栗浦源相连，多模/双包层栗浦合束器的输出端口与双包层掺铒光纤的一端相连，双包层掺铒光纤的另一端与后端法拉第旋转镜相连，后端环行器的第三端口与后端光耦合器的输入端口相连接，后端光耦合器的输出端口与后端光隔离器的输入端相连，后端光耦合器的另一输出端口悬空可用来测试光路的光谱情况，后端光隔离器的输出端口为信号输出端口。
[0008]上述连接结构均采用光纤熔接。
[0009]前端光親合器的第一输出口为99%输出端，第二输出口为1%输出口 ；第二输出口是光路检测口，分光比可以根据实际需求有所改变。
[0010]中端光親合器的第一输出口为99%输出端，第二输出口为1%输出口。第二输出口是光路检测口，分光比可以根据实际需求有所改变。
[0011]后端光親合器的第一输出口为99%输出端，第二输出口为1%输出口。第二输出口 w是光路检测口，分光比可以根据实际需求有所改变。
[0012]前端法拉第旋转镜和后端法拉第旋转镜起反射光路的作用，使光路中的经过掺铒光纤的光程足够长，使C波段的增益尽可能多的转化为L波段增益，且能够用环形器、耦合器、光纤端面镜或光栅的形式代替前端法拉第旋转镜和后端法拉第旋转镜
[0013]单模栗浦合束器是把单模激光栗浦和信号光进行合束，可根据栗浦选择情况决定915nm或980nm的栗浦端的工作波长。
[0014]多模/双包层栗浦合束器是把多模激光栗浦和信号光进行合束，可根据栗浦选择情况决定915nm或980nm的两个栗浦端口的工作波长。
[0015]980nm单模激光栗浦用于对掺铒光纤波长转换进行能量补充，能够用915nm的单模激光栗浦源代替；
[0016]980nm多模激光栗浦源用于对掺铒双包层光纤波长转换进行能量补充，能够用915nm的多模激光栗浦源替代，当栗浦光大于10W的时候，在980nm多模激光栗浦源和多模/双包层栗浦合束器的两个栗浦端口之间设置大功率的980nm光隔离器。
[0017]L波段输出功率大于2W，工作带宽为1570nm?1620nm，比普通的L波段放大器多10nm，增益平均大于23dB，比普通的L波段放大器大3dB。
[0018]本实用新型工作流程如下:
[0019]当L波段信号光通过光隔离器、前端光耦合器、前端环形器、980nm单模激光栗浦源、单模栗浦合束器时，980nm单模激光栗浦源通过单模栗浦合束器、单模掺铒光纤时，在单模掺铒光纤中产生C+L波段的宽带光增益，L波段的信号光在单模掺铒光纤中进行放大。放大后的信号和残留部分的C波段通过前端法拉第旋转镜被反射回单模掺铒光纤中，残留部分的C波段自发辐射增益被单模掺铒光纤继续吸收为L波段增益，L波段的信号光继续被放大，并通过单模栗浦合束器和前端环形器从环形器的j端口进入中端光耦合器、中端光隔离器、后端环形器和多模/双包层栗浦合束器。980nm多模激光栗浦源经过多模/双包层栗浦合束器和双包层掺铒光纤产生较之前更大的L波段增益，放大两次后的信号光通过双包层掺铒光纤之后增益大幅度提高，经过三次放大的信号光经过后端法拉第旋转镜的反射之后，再次进入双包层掺铒光纤进行信号光进行第四次放大，然后经过多模/双包层栗浦合束器，通过后端环形器的第三端口 t进入后端光耦合器的输入端，出射的光经过后端光隔离器，从后端光隔离器的输出端口输出最终放大后的L波段信号光。
[0020]上述连接结构均采用光纤熔接。
[0021]本实用新型有益效果如下:
[0022]本实用新型得到L波段输出功率大于2W，工作带宽为1570nm?1620nm，比普通的L波段放大器(1570nm?1610)多10nm，增益平均大于23dB，比普通的L波段放大器大3dB，采用全光纤结构链接，成本低，结构稳定。
【附图说明】
[0023]图1为Er3+的简化能级结构示意图。
[0024]图2为全光纤L波段掺铒光纤放大器的结构示意图。
[0025]图3为全光纤L波段掺铒光纤放大器的输出功率和栗浦转化效率与一般结构的对比图。
[0026]图4为全光纤L波段掺铒光纤放大器的光谱图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
[0028]图1为Er3+的简化能级结构示意图。图中N。为基态能级，N 亚稳态能级，N 2为栗浦激发态能级。掺铒光纤做激光增益介质，当980nm单模激光栗浦源4通过单模栗浦合束器5、单模掺铒光纤6的前面部分时，N。上的粒子吸收980nm栗浦光，跃迀到N 2，N2— N非辐射跃迀占主导且跃迀时间极短，队跃迀下的粒子绝大部分通过非辐射跃迀落入N i，然后N。为辐射跃迀为主导自发辐射连续发生，因此在N广N。之间产生连续的C波段光辐射。在单模掺铒光纤6的后面部分，C波段的辐射光继续被铒粒子吸收，由于中间的能量损耗，粒子被激发到N:的主能级的斯塔克分裂能级的低能级上，粒子再进行N N。跃迀的时候辐射出L波段的光辐射。因此，C波段放大自发辐射是由&和N。主能级的斯塔克分裂能级的高能级之间跃迀产生，L波段的放大自发辐射是&和N。主能级的斯塔克分裂能级的低能级之间的跃迀产生。
[0029]图2为大功率L波段全光纤型放大器的结构示意图。大功率L波段全光纤型放大器，其特征是包括前端光隔离器1、前端光耦合器2、前端环形器3、980nm单模激光栗浦源4、单模栗浦合束器5、单模掺铒光纤6、前端法拉第旋转镜7、中端光親合器8、中端光隔离器9、后端环形器10、980多模激光栗浦源11、多模/双包层栗浦合束器12、双包层掺铒光纤13、后端法拉第旋转镜14、后端光耦合器15、后端光隔离器16，其连接为:
[0030]激光器输入端与前端光隔离器1输入端口相连，前端光隔离器1输出端口与前端光親合器2的