一种光纤放大器的制作方法

本发明涉及光纤通信，具体涉及一种光纤放大器。

背景技术：

1、目前用于光纤通信领域的光放大器，主要包括掺铒光纤放大器（edfa）和半导体光放大器（soa），特别是edfa放大器具有偏振无关、增益高以及高饱和输出功率等优点，因此被广泛使用。

2、edfa的工作原理是利用掺杂了铒离子（er3+）的特殊光纤，与980nm的泵浦激光结合，利用980nm的激光将处于基态的铒离子激发到激发态（受激吸收），当有信号光经过时，处在激发态的铒离子将能量传递给信号光，产生一个与输入光相同幅值、频率和相位的光子，对应的铒离子从激发态跃迁到基态的过程（受激辐射）。由于掺铒光纤与传输光纤采用高温熔融，模场匹配度高，因此连接损耗小（loss<0.5db），同时掺铒光纤与传输光纤形状一致，都是圆形光纤，te和tm模在掺铒光纤中的增益相当，因此可以实现基本偏振无关的特性（pdg<0.5db）。edfa的主要缺点是需要将980nm的激光耦合到掺铒光纤中，目前主要采用器件与器件之间熔接，由于熔接机尺寸相对较大，需要保留足够的光纤长度用于熔接，所以器件封装导致器件体积大。同时铒纤外表面需要250um涂覆层进行保护，涂覆层起到保护光纤表面不受损伤、提高机械强度、降低衰减等作用，但同时也增加了3/4光纤的体积，使得光纤模块的体积难以进一步缩小。

3、半导体光放大器基于半导体激光器的理论基础，加电后pn结产生载流子（电子-空穴对），当有外来光子经过增益介质时（pn结），载流子将能量传递给光子，产生一个与输入光相同幅值、频率和相位的光子，同时载流子从激发态跃迁到基态。由于半导体光放大器直接是电信号加载到增益介质上，相比edfa具有高带宽、高速、能耗低以及尺寸小等优点。半导体光放大器虽然体积小，但是由于芯片的增益介质都是在衬底inp上通过异质外延生长所形成的平面波导，有源层的厚度远小于电子扩散长度，仅有0.15um，有源层的侧向长度为4~6um，远远大于有源层的厚度，因此造成模场在横向（x向）和侧向（y向）的限制因子有显著的差别，te(y向)>tm（x向），因此te模的增益大于tm模，因此半导体光放大器偏振相关，由于光纤在传输过程中由于受到的应力和温度都在变化，因此线路中光的偏振态是随机变化的，半导体光放大器由于偏振相关，因此对不同的偏振态增益不同，导致最终噪声系数不同，最终影响信号传输的质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种光纤放大器，该光纤放大器不仅具有偏振无关的特性，而且集成度高，体积小。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光纤放大器，包括输入光纤、自由空间偏振无关输入隔离器、wdm膜片、coc芯片、掺铒光纤、自由空间偏振无关输出隔离器、多个聚光准直单元、输出光纤、可调温基板和外壳，所述输入光纤输入的信号光通过第一聚光准直单元进行光斑准直后进入自由空间偏振无关输入隔离器，所述自由空间偏振无关输入隔离器的输出光通过第二聚光准直单元进行光斑准直后入射到wdm膜片一侧，所述coc芯片产生的泵浦光通过第三聚光准直单元进行光斑准直后通过自由空间入射到wdm膜片另一侧，所述wdm膜片透射信号光同时反射泵浦光，使信号光和泵浦光在wdm膜片另一侧汇集并进入第四聚光准直单元进行光斑准直，而后通过自由空间耦合到掺铒光纤，所述掺铒光纤放大后的光通过第五聚光准直单元进行光斑准直后进入自由空间偏振无关输出隔离器，所述自由空间偏振无关输出隔离器的输出光通过第六聚光准直单元进行光斑准直后耦合到输出光纤。

3、进一步地，所述输入光纤、掺铒光纤和输出光纤均包括纤芯和包层，均不具有涂覆层。

4、进一步地，所述聚光准直单元为非球面透镜。

5、进一步地，所述wdm膜片为能够反射980nm或1480nm泵浦光的wdm膜片。

6、进一步地，所述coc芯片为能够产生980nm或1480nm泵浦光的coc芯片。

7、进一步地，所述coc芯片上集成有具有温度探测功能的温度探测芯片。

8、进一步地，所述输入光纤、自由空间偏振无关输入隔离器、wdm膜片、coc芯片、掺铒光纤、自由空间偏振无关输出隔离器、多个聚光准直单元和输出光纤都设置在可调温基板上，并通过外壳进行气密封装。

9、进一步地，所述可调温基板为温度可调的热电制冷器的基板。

10、进一步地，所述外壳为金属外壳。

11、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种偏振无关且小型化的光纤放大器，该光纤放大器将传统的edfa和soa的技术方案进行优化和整合，利用自由空间集合光学元件，同时结合铒纤的核心功能件，可以去除只有保护作用的250um的涂覆包层，只保留纤芯和包层，将泵浦光和信号光通过自由空间耦合的形式进入铒纤放大，不仅利用了edfa偏振无关的特性，而且解决了edfa尺寸难以进一步缩小的问题，实现了放大器的高度集成小型化。因此，本发明具有很强的实用性和广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种光纤放大器，其特征在于，包括输入光纤、自由空间偏振无关输入隔离器、wdm膜片、coc芯片、掺铒光纤、自由空间偏振无关输出隔离器、多个聚光准直单元、输出光纤、可调温基板和外壳，所述输入光纤输入的信号光通过第一聚光准直单元进行光斑准直后进入自由空间偏振无关输入隔离器，所述自由空间偏振无关输入隔离器的输出光通过第二聚光准直单元进行光斑准直后入射到wdm膜片一侧，所述coc芯片产生的泵浦光通过第三聚光准直单元进行光斑准直后通过自由空间入射到wdm膜片另一侧，所述wdm膜片透射信号光同时反射泵浦光，使信号光和泵浦光在wdm膜片另一侧汇集并进入第四聚光准直单元进行光斑准直，而后通过自由空间耦合到掺铒光纤，所述掺铒光纤放大后的光通过第五聚光准直单元进行光斑准直后进入自由空间偏振无关输出隔离器，所述自由空间偏振无关输出隔离器的输出光通过第六聚光准直单元进行光斑准直后耦合到输出光纤。

2.根据权利要求1所述的一种光纤放大器，其特征在于，所述输入光纤、掺铒光纤和输出光纤均包括纤芯和包层，均不具有涂覆层。

3.根据权利要求1所述的一种光纤放大器，其特征在于，所述聚光准直单元为非球面透镜。

4.根据权利要求1所述的一种光纤放大器，其特征在于，所述wdm膜片为能够反射980nm或1480nm泵浦光的wdm膜片。

5.根据权利要求1所述的一种光纤放大器，其特征在于，所述coc芯片为能够产生980nm或1480nm泵浦光的coc芯片。

6.根据权利要求1所述的一种光纤放大器，其特征在于，所述coc芯片上集成有具有温度探测功能的温度探测芯片。

7.根据权利要求1所述的一种光纤放大器，其特征在于，所述输入光纤、自由空间偏振无关输入隔离器、wdm膜片、coc芯片、掺铒光纤、自由空间偏振无关输出隔离器、多个聚光准直单元和输出光纤都设置在可调温基板上，并通过外壳进行气密封装。

8.根据权利要求1所述的一种光纤放大器，其特征在于，所述可调温基板为温度可调的热电制冷器的基板。

9.根据权利要求1所述的一种光纤放大器，其特征在于，所述外壳为金属外壳。

技术总结
本发明涉及一种光纤放大器，包括输入光纤、自由空间偏振无关输入及输出隔离器、WDM膜片、COC芯片、掺铒光纤、多个聚光准直单元、输出光纤、可调温基板和外壳，输入光纤输入的信号光进行光斑准直后进入自由空间偏振无关输入隔离器，其输出光进行光斑准直后入射到WDM膜片一侧，COC芯片产生的泵浦光进行光斑准直后通过自由空间入射到WDM膜片另一侧，WDM膜片透射信号光同时反射泵浦光，使信号光和泵浦光在WDM膜片另一侧汇集并进行光斑准直，而后通过自由空间耦合到掺铒光纤，掺铒光纤放大后的光进行光斑准直后进入自由空间偏振无关输出隔离器，其输出光进行光斑准直后耦合到输出光纤。该光纤放大器不仅具有偏振无关的特性，而且集成度高，体积小。

技术研发人员：涂晓燕,苏辉,刘文彬
受保护的技术使用者：福建中科光芯光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/29