一种利用内置线腔实现超高带宽的掺铋光纤放大器

本发明实施例涉及光纤放大器，尤其涉及一种利用内置线腔实现超高带宽的掺铋光纤放大器。

背景技术：

1、随着光纤通信对容量需求的不断增长，新带宽资源的开发和利用日渐成为关注焦点。现有石英光纤在850-1700nm波长范围具有较低损耗特性，在已铺设的光纤通信线路中包含有大量尚未开发的波长资源，一旦具备完整的器件条件，即可快速投入实用。

2、o、e波段(1260-1460nm)现有石英光纤损耗水平接近常规使用的c波段(1530-1565nm)，具有良好的应用潜力。常规器件采用类似技术即可平移至该波段，开发难度相对较小，但在光纤放大器上遇到较大困难。

3、c波段普遍采用掺铒光纤构成放大器，已经在现有光纤通信系统中广泛使用，取得了良好的市场效果。掺铒光纤在c波段具有较为平坦的增益特性，通过适当的放大器结构设计，增益带宽能够转移或扩展至l波段(1565-1625nm)，但不具备o、e波段的放大能力。掺铋光纤由于具备o、e波段的放大能力，成为该波段光纤放大器研究的关注重点。

4、掺铋光纤可以采用不同波长的激光进行泵浦，并对不同波长的泵浦产生不同波段的信号增益响应，单波长泵浦仅能良好覆盖o+e波段的部分增益带宽，通常需要两个或多个不同波长的泵浦进行组合，来扩展掺铋光纤放大器的增益带宽。但这种方法需要提供额外的泵浦源，且需要占据一个独立端口，不利于设备的低成本和一体化构成。在增益带宽扩展所需泵浦波长比较特殊的情况下，还极易出现市场上无法采购到对应波长泵浦激光器的问题。

5、目前利用掺铋光纤宽带辐射特性生成新泵浦波长的方案普遍结构复杂。通常反馈结构中需要设置可调衰减器以获得大小适宜的功率反馈，同时为了不影响放大器中通过的信号功率，需要匹配环腔产生新的泵浦波长。一些现有的放大器采用可调衰减器、光纤端面反射器、1270±10nm窄带波分复用器结合环腔，实现新泵浦波长的生成，但由于其使用了大量额外的光器件以实现需要的波长选择及功率调整功能，再结合环腔的泵浦反馈结构，不仅导致放大器结构复杂度的大幅提升，还会对信号造成严重的损耗，降低放大器的增益性能。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供一种利用内置线腔实现超高带宽的掺铋光纤放大器，以至少部分解决上述问题。

2、根据本发明实施例的第一方面，提供了一种利用内置线腔实现超高带宽的掺铋光纤放大器，包括泵浦源、波分复用器、第一光纤光栅、波长可调光纤光栅和掺铋光纤；波长可调光纤光栅包括第二光纤光栅和光纤光栅波长调整机构；第一光纤光栅、波长可调光纤光栅和掺铋光纤构成掺铋光纤放大器的内置线腔，其中，内置线腔用于将第一光纤光栅和波长可调光纤光栅筛选出的波长反馈回腔内，在掺铋光纤和泵浦源的作用下生成新的泵浦波长，并进一步诱导长波长增益，实现了掺铋光纤放大器增益带宽的大幅提升。

3、在一种实现方式中，泵浦源的数量至少为一个，波分复用器的数量至少为一个。

4、在另一种实现方式中，内置线腔的谐振波长位于掺铋光纤的辐射带内，且内置线腔的谐振波长高于至少一个泵浦源或全部泵浦源的波长。

5、在另一种实现方式中，第二光纤光栅的反射谱中心波长与第一光纤光栅的反射谱中心波长不相等；第二光纤光栅的覆盖波长与第一光纤光栅的斜边覆盖波长存在重复部分；第二光纤光栅被配置为在光纤光栅波长调整机构的控制下在第一光纤光栅的反射谱斜边覆盖波长的部分范围或全部范围内移动。

6、在另一种实现方式中，第二光纤光栅的反射谱带宽被配置为被第一光纤光栅的斜边完全覆盖。

7、在另一种实现方式中，第一光纤光栅的中心波长λ1＝1310nm，带宽δλ1＝2nm；第二光纤光栅的中心波长λ2＝1310.5nm，带宽δλ2＝0.2nm。

8、在另一种实现方式中，第二光纤光栅的反射谱带宽被配置为不能被第一光纤光栅的斜边完全覆盖。

9、在另一种实现方式中，第一光纤光栅的中心波长λ1＝1310nm，带宽δλ1＝1nm；第二光纤光栅的中心波长λ2＝1310.4nm，带宽δλ2＝0.6nm。

10、本发明方案的有益效果为：

11、本发明的方案利用第一光纤光栅、掺铋光纤和波长可调光纤光栅构成的内置线腔在利用泵浦源进行信号放大的过程中生成附加泵浦，并进一步诱导长波长增益，实现掺铋光纤放大器增益带宽的大幅提升。与现有其他具备内生泵浦的光纤放大器结构相比，本发明避免了环腔、可调衰减器或类似器件的使用，通过可调光纤光栅和第一光纤光栅的配合共同实现可调的功率反馈，最大程度简化了放大器结构。本发明具有结构简单、成本低廉，调整灵活，器件工艺成熟的优点，且能够为其他掺杂光纤构成的光纤放大器设计提供新的思路。

技术特征：

1.一种利用内置线腔实现超高带宽的掺铋光纤放大器，其特征在于，包括泵浦源(1)、波分复用器(2)、第一光纤光栅(31)、波长可调光纤光栅(32)和掺铋光纤(4)；

2.根据权利要求1所述的掺铋光纤放大器，其特征在于，所述泵浦源(1)的数量至少为一个，所述波分复用器(2)的数量至少为一个。

3.根据权利要求2所述的掺铋光纤放大器，其特征在于，所述内置线腔(5)的谐振波长位于掺铋光纤(4)的辐射带内，且所述内置线腔(5)的谐振波长高于至少一个泵浦源(1)或全部泵浦源(1)的波长。

4.根据权利要求3所述的掺铋光纤放大器，其特征在于，所述第二光纤光栅(321)的反射谱中心波长与第一光纤光栅(31)的反射谱中心波长不相等；

5.根据权利要求4所述的掺铋光纤放大器，其特征在于，所述第二光纤光栅(321)的反射谱带宽被配置为被所述第一光纤光栅(31)的斜边完全覆盖。

6.根据权利要求5所述的掺铋光纤放大器，其特征在于，所述第一光纤光栅(31)的中心波长λ1＝1310nm，带宽δλ1＝2nm；

7.根据权利要求4所述的掺铋光纤放大器，其特征在于，所述第二光纤光栅(321)的反射谱带宽被配置为不能被第一光纤光栅(31)的斜边完全覆盖。

8.根据权利要求7所述的掺铋光纤放大器，其特征在于，所述第一光纤光栅(31)的中心波长λ1＝1310nm，带宽δλ1＝1nm；

技术总结
本发明实施例提供了一种利用内置线腔实现超高带宽的掺铋光纤放大器。该掺铋光纤放大器包括泵浦源、波分复用器、第一光纤光栅、波长可调光纤光栅和掺铋光纤；所述波长可调光纤光栅包括第二光纤光栅和光纤光栅波长调整机构；所述第一光纤光栅、所述波长可调光纤光栅和所述掺铋光纤构成所述掺铋光纤放大器的内置线腔，其中，所述内置线腔用于将所述第一光纤光栅和所述波长可调光纤光栅筛选出的波长反馈回腔内，在掺铋光纤和泵浦源的作用下生成新的泵浦波长，并进一步诱导长波长增益，实现了掺铋光纤放大器增益带宽的大幅提升。此外，还降低了宽带掺铋光纤放大器所需的不同波长泵浦数量，提高了放大器的一体化程度，显著降低了放大器成本。

技术研发人员：郑晶晶,裴丽,王丽红,宁提纲,王丁辰,侯文强,叶萧,张福浩,李晶,王建帅,白冰
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25