一种二阶前向拉曼光纤放大器

1.本实用新型涉及网络通信放大器领域，特别是涉及一种二阶前向拉曼光纤放大器。


背景技术：

2.近年来，拉曼光纤放大器凭借其任意带宽放大、泵浦配置灵活、作用长度短等优点，被认为是全光网络中解决信号衰减问题的关键器件。
3.目前，常用的拉曼光纤放大器采用多个一阶泵浦光直接放大信号光的方式，大功率的泵浦光注入光纤后，与纤芯材料发生受激拉曼散射效应，泵浦光能量下移至频率更低的信号光，从而使信号光被放大。然而，一阶拉曼光纤放大器仍存在自发辐射噪声大、泵浦利用不充分、放大距离短等问题。
4.因此，目前急需一种噪声系数低且能量转化效率高的新型拉曼光纤放大器，以解决现有拉曼光纤放大器中泵浦能量利用不充分带来的能量损耗问题。二阶拉曼放大与一阶拉曼放大原理类似，传统一阶rfa是用频率在1.4μm左右的泵浦光对频率在1.5μm左右的信号光进行一次拉曼放大，这时泵浦光与信号光之间的频移差为13.2thz，恰好是一个stokes频移。二阶拉曼放大利用二次拉曼频移来实现放大功能，不同之处在于，二阶拉曼放大是一种接力式放大。二阶rfa在高于一阶泵浦光频率的一个stokes频移位置，即频率1.3μm左右加入二阶泵浦，二阶泵浦先对一阶泵浦进行放大，被放大后的一阶泵浦再对信号光进行放大。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种二阶前向拉曼光纤放大器，噪声系数低且能量转化效率高。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
7.一种二阶前向拉曼光纤放大器，包括：n个泵浦激光器、光耦合器、光隔离器、带通滤波器、掺tio2光纤；
8.n个所述泵浦激光器通过传输光纤与所述光耦合器的输入端连接，用于发射泵浦光，包括：
9.n个所述泵浦激光器至少包括1个二阶泵浦激光器和1个一阶泵浦激光器；
10.所述光耦合器的输出端通过所述掺tio2光纤与所述带通滤波器的输入端连接；所述光隔离器嵌入在所述掺tio2光纤内的靠近与所述光耦合器连接的一端的位置；
11.所述光耦合器用于将所述泵浦光和信号光耦合形成耦合光；
12.所述光隔离器用于限制后向传播的瑞利散射光在所述掺tio2光纤中的传输；所述瑞利散射光为所述耦合光在传输过程中所产生的；
13.所述掺tio2光纤用于通过受激拉曼散射效应对所述耦合光中的所述信号光进行放大，获得放大后的耦合光；
14.所述带通滤波器用于滤除所述放大后的耦合光中的泵浦光，获得放大后的信号光。
15.优选地，所述掺tio2光纤的长度为6km。
16.优选地，还包括m个光发射机、波分复用器和m个光接收机；
17.m个所述光发射机通过传输光纤与所述光耦合器的输入端连接；
18.所述波分复用器的输入端通过传输光纤与所述带通滤波器的输出端连接；
19.所述波分复用器的输出端通过传输光纤与m个所述光接收机连接；所述波分复用器用于将放大后的信号光转化成m路不同波长的单束光，并分别将m路不同波长的单束光一一对应的发送给m个所述光接收机。
20.优选地，m个所述光发射机的中心波长的取值范围为1565-1625nm，m个所述光发射机之间的波长间隔为3的倍数。
21.优选地，n个所述泵浦激光器采用1个所述二阶泵浦激光器和3个所述一阶泵浦激光器。
22.优选地，1个所述二阶泵浦激光器的波长为1408.3nm，3个所述一阶泵浦激光器的波长分别为1458.1nm、1463.7nm、1503.1nm。
23.优选地，1个所述二阶泵浦激光器的功率为0.11w，3个所述一阶泵浦激光器的功率分别为0.4w、0.53w、0.58w。
24.优选地，n个所述泵浦激光器的波长均小于m个所述光发射机的中心波长中的最小的中心波长。
25.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：
26.本实用新型采用两种泵浦激光器，即二阶泵浦激光器和一阶泵浦激光器的形式来发射两种泵浦光，能够解决现有拉曼光纤放大器中泵浦能量利用不充分带来的能量损耗问题，同时首次采用掺tio2光纤作为前向拉曼光纤放大器的增益介质，实现了在掺tio2光纤中经受激拉曼散射效应作用后拉曼光纤放大器的增益效果的显著提高，降低了增益平坦度，进而实现了泵浦光的功率转换效率的显著提高。
附图说明
27.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。
28.图1为本实用新型实施例提供的二阶前向拉曼光纤放大器的结构图；
29.图2为本实用新型实施例提供的掺tio2光纤的拉曼增益谱；
30.图3为本实用新型实施例提供的二阶前向拉曼光纤放大器的输出增益图。
31.符号说明：
32.光发射机-1、泵浦激光器-2、传输光纤-3、光耦合器-4、掺tio2光纤-5、光隔离器-6、带通滤波器-7、波分复用器-8、光接收机-9。
具体实施方式
33.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。
34.本实用新型的目的是提供一种二阶前向拉曼光纤放大器，噪声系数低且能量转化效率高。
35.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。
36.实施例1
37.为了实现上述目的，本实用新型实施例1提供二阶前向拉曼光纤放大器。如图1所示，本发明实施例提供的二阶前向拉曼光纤放大器，包括：n个泵浦激光器2、光耦合器4、光隔离器6、带通滤波器7、掺tio2光纤5；
38.n个所述泵浦激光器2通过传输光纤3与所述光耦合器4的输入端连接，用于发射泵浦光，包括：
39.n个所述泵浦激光器2至少包括1个二阶泵浦激光器和1个一阶泵浦激光器；
40.所述光耦合器4的输出端通过所述掺tio2光纤5与所述带通滤波器7的输入端连接；所述光隔离器6嵌入在所述掺tio2光纤5内的靠近与所述光耦合器4连接的一端的位置；
41.所述光耦合器4用于将所述泵浦光和信号光耦合形成耦合光；
42.所述光隔离器6用于限制后向传播的瑞利散射光在所述掺tio2光纤5中的传输；所述瑞利散射光为所述耦合光在传输过程中所产生的；
43.所述掺tio2光纤5用于通过受激拉曼散射效应对所述耦合光中的所述信号光进行放大，获得放大后的耦合光；
44.所述带通滤波器7用于滤除所述放大后的耦合光中的泵浦光，获得放大后的信号光。
45.进一步的，上述二阶前向拉曼光纤放大器在具体使用时还包括m个光发射机1、波分复用器8和m个光接收机9；
46.m个所述光发射机1通过传输光纤3与所述光耦合器4的输入端连接；
47.所述波分复用器8的输入端通过传输光纤3与所述带通滤波器7的输出端连接；
48.所述波分复用器8的输出端通过传输光纤3与m个所述光接收机9连接；所述波分复用器8用于将放大后的信号光转化成m路不同波长的单束光，并分别将m路不同波长的单束光一一对应的发送给m个所述光接收机9。
49.其中，光发射机1用于发射不同波长待放大的信号光，泵浦激光器2发射不同波长的泵浦光(一般情况根据光纤拉曼增益谱和信号光波长确定泵浦光波长)用于在传输中与信号光发生受激拉曼散射效应从而放大信号光，光耦合器4用于将泵浦光耦合进掺tio2光纤5，光隔离器6只允许光从前向后单向通过，带通滤波器7能够滤除信号光波长范围外的泵浦光，仅让信号光通过，波分复用器8用于将最初由光发射机1发射的多路信号光转化成原先不同波长的单束光，光接收机9用于接收放大后的光信号。
50.掺tio2光纤能够提高前向拉曼光纤放大器的增益效果。
51.示例性的，n个所述泵浦激光器2可采用1个二阶泵浦激光器和3个一阶泵浦激光器。
52.作为一种可以具体的实施方式，但是不限于该实施方式，m个光发射机1和4个泵浦激光器2(分别为第1个泵浦激光器、第2个泵浦激光器、第3个泵浦激光器、第4个泵浦激光器，其中，第1个泵浦激光器为二阶泵浦激光器，第2个泵浦激光器、第3个泵浦激光器、第4个泵浦激光器均为一阶泵浦激光器)的具体参数为：
53.光发射机的中心波长λi：1565-1625nm；λi为第i个光发射机的中心波长。
54.光发射机的波长间隔δλ：3nm；
55.光发射机的功率均为：0.1mw；
56.第1个泵浦激光器：波长λ
p1
＝1408.3nm；功率p1＝0.4w；
57.第2个泵浦激光器：波长λ
p2
＝1458.1nm；功率p2＝0.53w；
58.第3个泵浦激光器：波长λ
p3
＝1463.7nm；功率p3＝0.58w；
59.第4个泵浦激光器：波长λ
p4
＝1503.1nm；功率p4＝0.11w；
60.掺tio2光纤的长度：l＝6km；
61.实施例2
62.本实用新型实施例2具体设置光发射机1的数量为21个，即m的取值为21。通过21个所述光发射机1发出的21路不同波长的信号光经过传输光纤3的传输，与4个泵浦激光器2发出的4路泵浦光经过一段传输光纤3传输后进入光耦合器4中，耦合后进入掺tio2光纤5的前端，两者一同在掺tio2光纤5中进行传输，在掺tio2光纤5中嵌入的光隔离器6以减小后向传播的瑞利散射光带来的损耗。信号光与泵浦光在掺tio2光纤5中同时传输时，通过受激拉曼散射效应(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信号光)实现对信号光的放大。被放大的信号光与残余的泵浦光一同输入到带通滤波器7的输入端，带通滤波器7仅允许信号光波长范围内的光通过，滤掉残余的泵浦光。带通滤波器7的输出的信号光通过传输光纤3输入到波分复用器8中，波分复用器8通过传输光纤3与光接收机9相连，波分复用器8分离出所需要的21路信号光，传输到光接收机9中，完成整个信号光的放大过程。
63.本实用新型能够解决现有拉曼光纤放大器中泵浦能量利用不充分带来的能量损耗问题，且增益效果的显著提高，降低了增益平坦度，进而实现了泵浦光的功率转换效率的显著提高。
64.根据图2中掺tio2光纤的拉曼增益谱，二阶泵浦光(λ
p1
＝1408.3nm)对其余三个一阶泵浦光的频差约为12thz(对应横坐标400cm-1
)落在曲线的从左向右第一个峰，二阶泵浦光对信号光的频差约为27thz(对应横坐标920cm-1
)落在曲线的从左向右第二个峰，也就是说二阶泵浦光对三个一阶泵浦光和信号光同时具有放大作用。且拉曼频移范围在[0,1400]cm-1
内，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l波段的信号光时，选用三个与信号光的频差在[274,506]cm-1
范围内的一阶泵浦光，一个与信号光的频差在[885,970]cm-1
范围内的二阶泵浦光进行共同放大。
[0065]
如图3所示，平均增益达到26.9db，增益平坦度只有1.14db。
[0066]
基于上述具体的实施方式，基于掺tio2光纤5的二阶前向拉曼光纤放大器，以掺tio2的光纤作为增益介质，采用一个二阶泵浦光和三个一阶泵浦光的方式前向注入纤芯，
对l波段信号光进行放大，最终，当总泵浦功率32dbm的泵浦光前向注入长达6km的掺tio2光纤5对21路总功率3dbm的信号光进行二阶拉曼放大，实验得到输出端信号光的总功率达到28.3dbm，输出端信号光平均功率为15.1dbm，平均增益为26.9db，增益平坦度仅为1.14db，功率转换效率可达41.57％，其中功率转化效率公式为表示输出信号光功率与输入信号光功率的差占输入泵浦光功率的比值，也就是泵浦光的能量有多少比例作用于信号光放大。
[0067]
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。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0068]
本文中应用了具体个例对本实用新型专利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，依据本实用新型专利的思想，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专利的限制。