一种基于碲酸盐玻璃光纤的后向泵浦拉曼光纤放大器

1.本实用新型涉及拉曼光纤放大器领域，特别是涉及一种基于碲酸盐玻璃光纤的后向泵浦拉曼光纤放大器。


背景技术：

2.随着5g网络的商用化，6g系统研究的逐步开展，现代光通信网络面临的挑战逐渐转变为提高光信号的传输速率、提升密集波分复用的能量以及信号的快速放大能力。而在光信号的传输过程中，拉曼光纤放大器(raman fiber amplifier，rfa)凭借其增益高、谱宽宽、脉冲窄以及相应时间只有亚皮秒量级等特性，称为解决上述问题的重要途径之一。但是目前的级联结构拉曼放大器、前向多泵浦拉曼放大器及混合放大器等都分别存在系统中引入太多噪声、平坦度波动范围大或者结构复杂等瑕疵。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种基于碲酸盐玻璃光纤的后向泵浦拉曼光纤放大器，不仅能够实现高增益、低平坦度以及低噪声，还能够灵活应用于光纤通信网放大的各个位置。
4.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
5.一种基于碲酸盐玻璃光纤的后向泵浦拉曼光纤放大器，分别连接多个光发射机及多个光接收机，所述基于碲酸盐玻璃光纤的后向泵浦拉曼光纤放大器包括：
6.合波器，与各所述光发射机连接，用于将各所述光发射机发出的不同波长的信号光进行耦合，产生耦合信号光；
7.泵浦激光器，用于发射不同波长的泵浦光；
8.光耦合器，与所述泵浦激光器连接，用于将所述泵浦光进行耦合，产生耦合泵浦光；
9.碲酸盐玻璃光纤，分别与所述合波器和所述光耦合器连接，用于给所述耦合信号光和耦合泵浦光之间的受激拉曼散射效应提供增益介质，所述耦合信号光和耦合泵浦光发生受激拉曼散射效应之后产生放大信号光和残余泵浦光；
10.带阻滤波器，用于滤除所述残余泵浦光，并传输所述放大信号光；
11.分波器，分别与所述带阻滤波器及各所述光接收机连接，用于将所述带阻滤波器传输的放大信号光分离成不同波长的单束光，并传输至各所述光接收机进行接收。
12.可选地，所述泵浦激光器的个数为多个。
13.可选地，所述泵浦激光器的个数为4时，分别为第一泵浦激光器、第二泵浦激光器、第三泵浦激光器和第四泵浦激光器；
14.所述第一泵浦激光器的波长为1429.4162nm，功率为0.0071w；
15.所述第二泵浦激光器的波长为1440.2533nm，功率为0.0867w；
16.所述第三泵浦激光器的波长为1444.7234nm，功率为0.2598w；
17.所述第四泵浦激光器的波长为1463.6060nm，功率为1.7179w。
18.可选地，所述碲酸盐玻璃光纤为tbzn型碲酸盐玻璃光纤。
19.可选地，所述tbzn型碲酸盐玻璃光纤的长度为25m。
20.根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：
21.本实用新型采用后向泵浦注入光纤的激励方式能够使拉曼光纤放大器的输出增益平坦度能够达到一个极低的值，同时采用碲酸盐玻璃光纤作为增益介质，相比于石英光纤及常用的光子晶体光纤等不同光纤的拉曼增益系数高出一个量级，其增益效果显著提高，并且采用带阻滤波器滤除多余的残余泵浦光来降低噪声的影响，实现低噪声的信号光放大；与此同时，由于本实用新型的拉曼光纤放大器结构为分立式放大器，能够灵活应用于光纤通信网放大的各个位置。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本实用新型基于碲酸盐玻璃光纤的后向泵浦拉曼光纤放大器结构示意图；
24.图2为本实用新型实施例的tbzn型碲酸盐玻璃光纤拉曼增益谱图；
25.图3为本实用新型实施例的tbzn型碲酸盐玻璃光纤的后向泵浦rfa输出增益图。
26.符号说明：
27.光发射机—1、第一光纤—2、合波器—3、碲酸盐玻璃光纤—4、光耦合器—5、第二光纤—6、泵浦激光器—7、第三光纤—8、带阻滤波器—9、第四光纤—10、分波器—11、第五光纤—12、光接收机—13。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.本实用新型的目的是提供一种基于碲酸盐玻璃光纤的后向泵浦拉曼光纤放大器，不仅能够实现高增益、低平坦度以及低噪声，还能够灵活应用于光纤通信网放大的各个位置。
30.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
31.如图1所示，本实用新型基于碲酸盐玻璃光纤的后向泵浦拉曼光纤放大器分别连接多个光发射机1及多个光接收机13。其中，本实用新型基于碲酸盐玻璃光纤的后向泵浦拉曼光纤放大器包括：合波器3、泵浦激光器7、光耦合器5、碲酸盐玻璃光纤4、带阻滤波器9、分波器11。
32.具体地，所述合波器3与各所述光发射机1连接，所述合波器3用于将各所述光发射
机1发出的不同波长的信号光进行耦合，产生耦合信号光；所述泵浦激光器7用于发射不同波长的泵浦光；所述光耦合器5与所述泵浦激光器7连接，所述光耦合器5用于将所述泵浦光进行耦合，产生耦合泵浦光；所述碲酸盐玻璃光纤4分别与所述合波器3和所述光耦合器5连接，所述碲酸盐玻璃光纤4用于给所述耦合信号光和耦合泵浦光之间的受激拉曼散射效应提供增益介质，所述耦合信号光和耦合泵浦光发生受激拉曼散射效应之后产生放大信号光和残余泵浦光；所述带阻滤波器9用于滤除所述残余泵浦光，并传输所述放大信号光；所述分波器11分别与所述带阻滤波器9及各所述光接收机13连接，所述分波器11用于将所述带阻滤波器9传输的放大信号光分离成不同波长的单束光，并传输至各所述光接收机13进行接收。
33.进一步地，所述泵浦激光器7的个数为多个，当泵浦激光器7的个数、设定的功率及波长不同时，信号光经过放大后的输出增益也是不同的。
34.当所述泵浦激光器的个数为4时，分别为第一泵浦激光器、第二泵浦激光器、第三泵浦激光器和第四泵浦激光器。
35.其中，第一泵浦激光器：波长λ
p1
＝1429.4162nm；功率p1＝0.0071w。
36.第二泵浦激光器：波长λ
p2
＝1440.2533nm；功率p2＝0.0867w。
37.第三泵浦激光器：波长λ
p3
＝1444.7234nm；功率p3＝0.2598w。
38.第四泵浦激光器：波长λ
p4
＝1463.6060nm；功率p4＝1.7179w。
39.在本实施例中，所述碲酸盐玻璃光纤4为tbzn型碲酸盐玻璃光纤。优选地，所述tbzn碲酸盐光纤长度：l＝25m。
40.进一步地，如图1所示，本实用新型基于碲酸盐玻璃光纤的后向泵浦拉曼光纤放大器还包括：第一光纤2。所述第一光纤2分别与各所述光发射机1与所述合波器3连接，所述第一光纤2用于将各所述光发射机1发出的不同波长的信号光传输给所述合波器3。
41.进一步地，如图1所示，本实用新型基于碲酸盐玻璃光纤的后向泵浦拉曼光纤放大器还包括：第二光纤6。所述第二光纤6分别与所述光耦合器5和所述泵浦激光器7连接，所述第二光纤6用于将所述泵浦激光器7发射的不同波长的泵浦光传输给所述光耦合器5。
42.进一步地，如图1所示，本实用新型基于碲酸盐玻璃光纤的后向泵浦拉曼光纤放大器还包括：第三光纤8。所述第三光纤8分别与所述碲酸盐玻璃光纤4和所述带阻滤波器9连接，所述第三光纤8用于将所述碲酸盐玻璃光纤4产生的放大信号光和残余泵浦光传输给所述带阻滤波器9。
43.进一步地，如图1所示，本实用新型基于碲酸盐玻璃光纤的后向泵浦拉曼光纤放大器还包括：第四光纤10。所述第四光纤10分别与所述带阻滤波器9和所述分波器11连接，所述第四光纤10用于将所述带阻滤波器9中的放大信号光传输给所述分波器11。
44.进一步地，如图1所示，本实用新型基于碲酸盐玻璃光纤的后向泵浦拉曼光纤放大器还包括：第五光纤12。所述第五光纤12分别与各所述光接收机13和所述分波器11连接，所述第五光纤12用于将所述分波器11中的不同波长的信号光传输给各所述光接收机13。
45.其中，所述第一光纤2、第二光纤6、第三光纤8、第四光纤10和第五光纤12均为常规单模光纤，仅用于信号光不同段路的传输。
46.其中，光发射机1的中心波长λi为1530-1565nm，i为光发射机的序号。光发射机1的功率均为0.01mw。
47.具体地，本实用新型以51个光发射机1、51个光接收机13、4个泵浦激光器7为例，对其工作原理进行说明：
48.4个泵浦激光器7发出的4路泵浦光经过第二光纤6传输进光耦合器5中，耦合后进入碲酸盐玻璃光纤4(tbzn碲酸盐玻璃光纤)的末端，光发射机1发出51路不通波长的信号光经过第一光纤2的传输，到达合波器3的输入端，经过合波器耦合进碲酸盐玻璃光纤4的前端，两者一同在碲酸盐玻璃光纤4中进行传输。在信号光与泵浦光未相遇时信号光在第一光纤2中由于各种损耗，其能量在缓慢衰减，直到两者相遇在碲酸盐玻璃光纤4中通过受激拉曼散射效应(耦合泵浦光发出的短波长的泵浦光将发生能量转移，将自身的能量转移给波长长的耦合信号光)实现对耦合信号光的放大，而耦合泵浦光的能量由于发生了转移导致自身的能量变小。随后，放大后的耦合信号光(即，放大信号光)与自身能量发生转移之后的耦合泵浦光(即，残余泵浦光)通过第三光纤8一同输入到带阻滤波器9的输入端，带阻滤波器9滤掉所述残余泵浦光，只保留放大信号光的输出。带阻滤波器9的输出的放大信号光通过第四光纤10输入到分波器11中，分波器11通过第五光纤12与光接收机13相连，分波器11分离出所需要的51路信号光，传输到光接收机13中，完成整个信号光的放大过程。
49.参照图2所示的拉曼光纤放大器的增益介质——tbzn型碲酸盐玻璃光纤拉曼增益图。其拉曼频移范围在[0，1100]cm-1
内，当泵浦光与信号光的频差在该范围内均能实现不同程度的放大。当放大c波段的信号光时，选用[300，800]cm-1
范围的曲线进行放大。因此，本实用新型能够在结构只有四个后向泵浦的激励下，仅使用tbzn型碲酸盐光纤增益谱的一部分作为放大增益介质，实现对c波段信号光的放大。
[0050]
参照图3所示，为tbzn型碲酸盐玻璃光纤的后向泵浦rfa输出增益图，从图3可以看出，平均增益达到23.7388db，增益平坦度只有0.2098db。
[0051]
综上所述，本实用新型采用后向多泵浦注入光纤的方式使拉曼放大器的输出增益平坦度能够达到一个很低的值，在此基础上再进行优化会获得更为理想的输出平坦度，其平坦度显著降低，并且采用带阻滤波器滤除多余的残余泵浦光来降低噪声的影响，实现低噪声的信号光放大。与此同时，由于本实施例的拉曼放大器结构简单易拆卸，能够作为分立式放大器灵活应用于光纤通信网放大的各个位置。同时，本实用新型中的tbzn型碲酸盐玻璃光纤的拉曼增益谱的谱宽达到了1000cm-1
，应用到本实施例的拉曼放大器中能有效拓宽放大器的可行带宽，并且增益系数高达3.8
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10-12m/w，相比于石英光纤及常用的光子晶体光纤等不同光纤的拉曼增益系数高出一个量级，其增益效果显著提高。
[0052]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0053]
本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。