应用于高性能集成放大的EDFA微纳光纤放大器的制作方法

应用于高性能集成放大的edfa微纳光纤放大器
技术领域
1.本发明涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种应用于高性能集成放大的edfa微纳光纤放大器。


背景技术：

2.edfa光纤放大器(掺铒光纤放大器)具有低噪声、高增益、高输出功率、宽带宽以及与偏振无关等优点，它在1550nm窗口可以将信号光进行直接放大，对速率和码型都是透明的。edfa其基本原理是基于激光的受激辐射，通过将泵浦光的能量转变为信号光的能量实现放大作用。具体描述为光纤中掺杂的稀土族元素er
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其亚稳态和基态的能量差相当于1550nm光子的能量，当吸收适当波长的泵浦光能量(980nm或1480nm)后，电子会从基态跃迁到能阶较高的激发态，接着释放少量能量转移到较稳定的亚稳态，在泵浦光源足够时饵离子的电子会发生居量反转，即高能阶的亚稳态比能阶低的基态电子数量多。当适当的光信号通过时，亚稳态电子会发生受激辐射效应，放射出大量同波长光子，从而大大增加了光子数量，使得输入光信号在掺饵光纤中变为一个强的输出光信号，实现了对光信号的直接放大。edfa光纤放大器(掺铒，即在信号通过的纤芯中掺入了铒离子er
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的光信号放大器)是1985年英国南安普顿大学首先研制成功的光放大器，它是光纤通信中最伟大的发明之一。掺铒光纤是在石英光纤中掺入了少量的稀土元素铒(er)离子的光纤，它是掺铒光纤放大器的核心。从20世纪80年代后期开始，掺铒光纤放大器的研究工作不断取得重大的突破。wdm技术极大地增加了光纤通信的容量。成为当前光纤通信中应用最广的光放大器件。
3.掺铒光纤放大器的独特优越性已被世人所公认，并且得到越来越广泛的应用。但是，掺铒光纤放大器在实际使用中存在着一定的局限性。现有的光纤放大器中掺铒光纤所占空间较大，不适用于集成的光纤通信系统，因此亟需设计一种高集成度edfa微纳光纤放大器来解决上述问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种应用于高性能集成放大的edfa微纳光纤放大器，在保证输入信号稳定放大的同时实现光纤放大器集成度提升。
5.本发明通过以下技术手段解决上述问题：
6.一种应用于高性能集成放大的edfa微纳光纤放大器，包括沿光传输方向依次设置的第一耦合器、第一隔离器、合波器、掺铒微纳光纤、第二隔离器和第二耦合器；还包括第一探测器、泵浦光源和第二探测器；
7.所述第一耦合器用于将信号光分出一部分提供给第一探测器，以便第一探测器实现对放大器工作状态的实时监控；
8.所述第一隔离器和第二隔离器用于防止放大器产生自激振荡；
9.所述泵浦光源用于产生泵浦光；
10.所述合波器用于将泵浦光耦合到掺饵微纳光纤中去；
11.所述第二耦合器用于将信号光分出一部分提供给第二探测器，以便第二探测器实现对放大器工作状态的实时监控。
12.进一步地，所述掺铒微纳光纤为圆锥螺旋线型掺铒微纳光纤。
13.进一步地，所述泵浦光和信号光从同一方向打入掺铒微纳光纤，泵浦结构方式采用同向泵浦结构。
14.进一步地，所述泵浦光源为980nm的泵浦激光器。
15.进一步地，所述应用于高性能集成放大的edfa微纳光纤放大器还包括控制电路，所述控制电路分别与第一探测器、泵浦光源和第二探测器电连接，用于控制第一探测器、泵浦光源和第二探测器进行相应的工作。
16.进一步地，所述应用于高性能集成放大的edfa微纳光纤放大器还包括装置外壳，所述装置外壳包括装置外壳挡板和装置外壳壳体，装置外壳挡板和装置外壳壳体围成一腔体；第一耦合器、第一隔离器、合波器、掺铒微纳光纤、第二隔离器、第二耦合器、第一探测器、泵浦光源、第二探测器和控制电路设置于所述腔体内。
17.进一步地，所述掺铒微纳光纤的作用机理是er
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在未受任何光激励的情况下，处在最低能级e1上，当用泵浦光源的激光不断地激发光纤时，处于基态的粒子获得了能量就会向高能级跃迁；由e1跃迁至e3，由于粒子在e3这个高能级上不稳定，它将迅速以无辐射跃迁过程落到亚稳态e2上；在该能级上，相对来讲粒子有较长的存活寿命，此时，由于泵浦光源不断地激发，e2能级上的粒子数就不断增加，而e1能级上的粒子数就减少，这样，在这段掺饵光纤中实现了粒子数反转分布状态，具备了实现光放大的条件；当输入光信号的光子能量e＝hf正好等于e2和e1的能级差时，即e2-e1＝hf，则亚稳态e2上的粒子将以受激辐射的形式跃迁到基态e1上，并辐射出和输入光信号中的光子一样的全同光子，从而大大增加了光子数量，使得输入光信号在掺饵光纤中变为一个强的输出光信号，实现了对光信号的直接放大。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
19.本发明当信号光与泵光同时注入到圆锥螺旋线型掺铒微纳光纤中时，铒离子在泵光作用下激发到高能级上，并很快衰变到亚稳态能级上，在入射信号光作用下回到基态时发射对应于信号光的光子，使信号得到放大，在保证输入信号稳定放大的同时实现光纤放大器集成度提升。
20.本发明采用圆锥螺旋线型掺铒微纳光纤使得edfa中几米至几十米的掺饵光纤所占空间减小，光纤放大器集成度提高且使掺铒微纳光纤对泵浦光吸收充分，有效减小器件空间，提高edfa光纤放大器性能。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明的整体光路连接图；
23.图2为本发明的装置外壳的结构示意图；
24.图中：1、第一耦合器；2、第一探测器；3、第一隔离器；4、控制电路；5、合波器；6、泵浦光源；7、掺铒微纳光纤；8、第二隔离器；9、第二耦合器；10、第二探测器；21、装置外壳挡板；22、装置外壳壳体。
具体实施方式
25.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
26.如图1所示，本发明提供一种应用于高性能集成放大的edfa微纳光纤放大器，包括沿光传输方向依次设置的第一耦合器1、第一隔离器3、合波器5、掺铒微纳光纤7、第二隔离器8和第二耦合器9；还包括第一探测器2、泵浦光源6和第二探测器10。
27.本实施例中，所述掺铒微纳光纤7为圆锥螺旋线型掺铒微纳光纤。所述泵浦光源6为980nm的泵浦激光器。
28.所述第一耦合器1用于将信号光分出一部分提供给第一探测器2，以便第一探测器2实现对放大器工作状态的实时监控。
29.所述第一隔离器3和第二隔离器8用于防止放大器产生自激振荡。
30.所述泵浦光源6用于产生泵浦光。
31.所述合波器5用于将泵浦光耦合到掺饵微纳光纤中去。
32.所述第二耦合器9用于将信号光分出一部分提供给第二探测器10，以便第二探测器10实现对放大器工作状态的实时监控。
33.具体地，所述泵浦光和信号光从同一方向打入掺铒微纳光纤，泵浦结构方式采用同向泵浦结构。
34.具体地，所述应用于高性能集成放大的edfa微纳光纤放大器还包括控制电路4，所述控制电路4分别与第一探测器2、泵浦光源6和第二探测器10电连接，用于控制第一探测器2、泵浦光源6和第二探测器10进行相应的工作。
35.如图2所示，所述应用于高性能集成放大的edfa微纳光纤放大器还包括装置外壳，所述装置外壳包括装置外壳挡板21和装置外壳壳体22，装置外壳挡板21和装置外壳壳体22围成一腔体；第一耦合器1、第一隔离器3、合波器5、掺铒微纳光纤7、第二隔离器8、第二耦合器9、第一探测器2、泵浦光源6、第二探测器10和控制电路4设置于所述腔体内。
36.所述应用于高性能集成放大的edfa微纳光纤放大器的作用机理是er
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在未受任何光激励的情况下，处在最低能级e1上，当用泵浦光源的激光不断地激发光纤时，处于基态的粒子获得了能量就会向高能级跃迁。如由e1跃迁至e3，由于粒子在e3这个高能级上不稳定，它将迅速以无辐射跃迁过程落到亚稳态e2上。在该能级上，相对来讲粒子有较长的存活寿命，此时，由于泵浦光源不断地激发，e2能级上的粒子数就不断增加，而e1能级上的粒子数就减少，这样，在这段掺饵光纤中实现了粒子数反转分布状态，具备了实现光放大的条件。当输入光信号的光子能量e＝hf正好等于e2和e1的能级差时，即e2-e1＝hf，则亚稳态e2上的粒子将以受激辐射的形式跃迁到基态e1上，并辐射出和输入光信号中的光子一样的全同
光子，从而大大增加了光子数量，使得输入光信号在掺饵光纤中变为一个强的输出光信号，实现了对光信号的直接放大。
37.在实际应用中，按照泵浦光源的泵浦方式不同，edfa又可包括三种不同的结构方式：同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。本发明以同向泵浦为例。采用上述圆锥螺旋型掺铒微纳光纤使得edfa中几米至几十米的掺饵微纳光纤所占空间减小，光纤放大器集成度提高且使掺铒微纳光纤对泵浦光吸收充分，有效减小器件空间，提高edfa光纤放大器性能。
38.本发明是一种应用于高性能集成放大的edfa微纳光纤放大器，基于圆锥螺旋型掺铒微纳光纤使得edfa中几米至几十米的掺饵光纤所占空间减小，光纤放大器集成度提高且使掺铒微纳光纤对泵浦光吸收充分，有效减小器件空间，提高edfa光纤放大器性能，并用980nm泵浦光源、波分复用和掺饵光纤构成edfa光纤放大器。另外edfa具有增益高、带宽大、输出功率高、泵浦效率高、插入损耗低、对偏振态不敏感等优点。
39.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。