專利名稱：一種高增益、低噪聲、零色散拉曼放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光通信技術(shù)光纖放大器領(lǐng)域，涉及一種能補償長距離傳輸光纖對信號光的衰減和色散，且具有很低噪聲的分布式拉曼光纖放大器。
背景技術(shù)：
光通訊系統(tǒng)的帶寬越來越寬，傳輸距離越來越長。分布式拉曼放大器以其能放大任意帶寬、噪聲低等優(yōu)點在寬帶長距離系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。拉曼放大器可以維持長距離傳輸線的信號功率水平，在提高系統(tǒng)信噪比上表現(xiàn)出了優(yōu)越的性能。延長放大器之間的距離可以使系統(tǒng)總的放大器數(shù)目下降，這對于降低系統(tǒng)成本具有重要意義。然而距離的延長意味著信號光更大的衰減和色散。
為了克服15××nm(1500nm～1599nm)的信號光的損耗，通常的方法是增加14××nm(1400nm～1499nm)附近的拉曼泵浦光的功率。但是14××nm泵浦光的功率受LD和瑞利散射的限制，只能達(dá)到1～2W，它能提供的增益是很有限的。另一種方法是使用雙向泵浦拉曼放大器。然而，大家知道，使用雙向拉曼泵浦，信號光之間的串?dāng)_和泵浦-信號噪聲傳輸十分強烈，對系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。
克服色散的最有效的辦法是使用色散補償光纖(DCF)。DCF光纖通常被放置在傳輸線的兩頭。激光在DCF中損耗比在單模光纖中大很多，這些額外的損耗必需要被補償?shù)?。一種方法是使用分立式拉曼放大器，DCF作為增益介質(zhì)，通過拉曼放大補償DCF中信號光的損耗。然而在這種情況下，DCF中信號光的功率水平比較高，而且DCF的模場半徑很小，產(chǎn)生很強烈的非線性效應(yīng)，如四波混頻，是的系統(tǒng)的信噪比急劇惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是為克服現(xiàn)有拉曼放大器的缺點，而提出來一種低噪聲、高增益、零色散拉曼放大器。
本實用新型的高增益、低噪聲、零色散拉曼放大器包括第一光隔離器、第二光隔離器、第一單模光纖、第二單模光纖、色散補償光纖、波分復(fù)用器和泵浦，輸入端輸入的信號光經(jīng)過第一光隔離器進入第一單模光纖，第一單模光纖與散補償光纖和第二單模光纖的輸出輸入端依次相聯(lián)，第二單模光纖輸出端的信號光進入波分復(fù)用器的公共端；泵浦輸出的泵浦光從波分復(fù)用器的泵浦輸入端輸入，波分復(fù)用器的公共端輸出反向進入第二單模光纖；信號光從波分復(fù)用器的信號輸出端輸出經(jīng)第二隔離器從輸出端輸出。
本實用新型將DCF放置在傳輸線中間，放置位置是信號光衰減到最小的地方。因為在相同泵浦功率的條件下，DCF的增益要比單模光纖的大，這樣信號的最小功率水平可以得到提高。而且DCF避開了信號光功率較大的傳輸線的兩頭，處于信號光功率最低的部分，從而使四波混頻效應(yīng)降到最低的程度，可實現(xiàn)低噪聲。13××nm(1300nm～1399nm)激光作為后向泵浦放大14××nm激光，使衰減到很小功率的14××nm激光重新放大到較大的水平，從而使信號光在傳輸線前半段得到有效的放大。這樣可以進一步的提高信號光最小功率，防止噪聲對信號光的淹沒。


圖1是本實用新型一種結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實用新型另一種結(jié)構(gòu)框圖；圖3表示信號光功率在本實用新型結(jié)構(gòu)的拉曼放大器和一般結(jié)構(gòu)拉曼放大器中的分布；圖中“——”對應(yīng)本實用新型結(jié)構(gòu)；“……”對應(yīng)本實用新型結(jié)構(gòu)13××nm泵浦光為0的情況；“---”對應(yīng)一般結(jié)構(gòu)拉曼放大器。
圖4表示四波混頻(FWM)噪聲功率在本實用新型結(jié)構(gòu)的拉曼放大器和一般結(jié)構(gòu)拉曼放大器中的分布；圖中“——”對應(yīng)本實用新型結(jié)構(gòu)；“……”對應(yīng)本實用新型結(jié)構(gòu)13××nm泵浦光為0的情況；“---”對應(yīng)一般結(jié)構(gòu)拉曼放大器。
具體實施方式
參照圖1，本實用新型的高增益、低噪聲、零色散拉曼放大器包括第一光隔離器2、第二光隔離器10、第一單模光纖5、第二單模光纖7、色散補償光纖6、波分復(fù)用器9和泵浦8，從輸入端1輸入的信號光經(jīng)過第一光隔離器2進入第一單模光纖5；第一單模光纖5與色散補償光纖6和第二單模光纖7的輸出輸入端依次相聯(lián)；第二單模光纖7輸出端的信號光進入波分復(fù)用器9的公共端，泵浦8輸出的泵浦光從波分復(fù)用器9的泵浦輸入端輸入，波分復(fù)用器9的公共端輸出反向進入第二單模光纖7；信號光從波分復(fù)用器9的信號輸出端輸出經(jīng)第二隔離器10從輸出端11輸出。
上述第一光隔離器2是一種寬帶隔離器，帶寬為1500～1600nm，可以有效隔離剩余的后向傳輸?shù)?4××nm激光。波分復(fù)用器9可以采用反射薄膜波分復(fù)用器，如果信號帶寬和泵浦光帶寬比較小，則波分復(fù)用器可以用較便宜的光纖熔融拉錐方法形成的粗波分復(fù)用器。因為泵浦8輸出的激光(14××nm)是后向傳輸?shù)模圆ǚ謴?fù)用器也可以用環(huán)形器來代替。第一、第二單模光纖5、7可以是包括G.652、G.653、G.654、G.655型號的單模光纖光纜，通常采用G.652光纖。DCF光纖可以是光纜形式分布式埋在地下，也可以是以分立模塊形式放在光纖連接箱中。第一、第二單模光纖5、7產(chǎn)生的色散在色散補償光纖6中被補償，色散補償光纖6的長度是剛好可以使傳輸鏈路總的色散為零。信號光功率在單模光纖5、單模光纖7和色散補償光纖6之中被放大。泵浦8可以是1400～1500nm中的一個波長的激光器或者由1400～1500nm中多個波長的激光器組成，可用偏振合波器或者波分復(fù)用器將不同激光器發(fā)出的光合并在一起得到。
為了進一步提高增益和信號功率水平，通?？扇鐖D2所示，在第一光隔離器2與第一單模光纖5之間接入第二波分復(fù)用器3和第二泵浦4。第二波分復(fù)用器3的信號輸入端與第一光隔離器的輸出端連接，泵浦輸入端與第二泵浦4連接，公共端與第一單模光纖5連接。
第二泵浦4輸出的光(13××nm)經(jīng)由第二波分復(fù)用器3和第一光隔離器2輸出的信號光一起進入傳輸光纖中。13××nm泵浦光需要較大的功率，在2W左右，可以采用1300～1400nm中的一個波長的光纖激光器或者由1300～1400nm中多個波長的光纖激光器組成。13××nm的泵浦光用來放大14××nm的泵浦光，從而提高傳輸線上的信號光功率水平。第二波分復(fù)用器3可以是反射薄膜波分復(fù)用器，如果信號帶寬和泵浦光帶寬比較小，則波分復(fù)用器可以用較便宜的光纖熔融拉錐方法形成的粗波分復(fù)用器。
13××nm、14××nm泵浦光的波長和功率以及DCF在傳輸線中的位置必需由模擬計算得到，特別是DCF在傳輸線中的位置，用實驗確定比較困難。我們采用拉曼散射的耦合方程來進行模擬，方程如下dp±(z,v)dzμα(v)P±(z,v)±Σζ>v{gr(v-ζ)KeffAeff[P±(z,ζ)+Pμ(z,ζ)]P±(z,v)]]>+hvΔvgr(v-ζ)Aeff[P±(z,ζ)+Pμ(z,ζ)]}]]>μΣζ<v{gr(v-ζ)KeffAeff[P±(z,ζ)+Pμ(z,ζ)]P±(z,v)]]>+2hζΔζgr(v-ζ)AeffP±(z,v)},]]>
式中P(z，ν)表示頻率為ν的光在光纖長度上z點的功率；α(ν)是頻率為ν的光在光纖中的衰減系數(shù)；gr(ν-ζ)表示頻率間隔為(ν-ζ)的拉曼增益系數(shù)；Keff是與泵浦光和信號光偏振態(tài)有關(guān)的一個因子，取1到2之間的某個數(shù)。后向泵浦的線偏振態(tài)的泵浦光經(jīng)過幾公里光纖后，線偏振被消除，只有一半的泵浦光參與有效的拉曼效應(yīng)，所以取Keff＝2；Aeff表示拉曼效應(yīng)的有效作用面積，普通單模光纖的Aeff約等于80um2，DCF的Aeff約等于17um2。
圖3、4為模擬得到的信號和噪聲功率分布。由圖可知，本實用新型的拉曼放大器的信號功率水平和噪聲比一般放大器優(yōu)越。
權(quán)利要求1.一種高增益、低噪聲、零色散拉曼放大器，其特征是包括第一光隔離器(2)、第二光隔離器(10)，第一單模光纖(5)、第二單模光纖(7)、色散補償光纖(6)、波分復(fù)用器(9)和泵浦(8)，輸入端(1)輸入的信號光經(jīng)過第一光隔離器(2)進入第一單模光纖(5)，第一單模光纖(5)與散補償光纖(6)和第二單模光纖(7)的輸出輸入端依次相聯(lián)，第二單模光纖(7)輸出端的信號光進入波分復(fù)用器(9)的公共端；泵浦(8)輸出的泵浦光從波分復(fù)用器(9)的泵浦輸入端輸入，波分復(fù)用器(9)的公共端輸出反向進入第二單模光纖(7)；信號光從波分復(fù)用器(9)的信號輸出端輸出經(jīng)第二隔離器(10)從輸出端(11)輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼放大器，其特征是在第一光隔離器(2)與第一單模光纖(5)之間接入第二波分復(fù)用器(3)和第二泵浦(4)，第二波分復(fù)用器(3)的信號輸入端與第一光隔離器的輸出端連接，泵浦輸入端與第二泵浦(4)連接，公共端與第一單模光纖(5)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拉曼放大器，其特征在于所說的第二泵浦(4)是1300～1400nm中的一個波長的光纖激光器或者由1300～1400nm中多個波長的光纖激光器組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拉曼放大器，其特征還在于第二波分復(fù)用器(3)是反射薄膜波分復(fù)用器或是由光纖熔融拉錐方法形成的粗波分復(fù)用器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼放大器，其特征在于泵浦(8)是1400～1500nm中的一個波長的激光器或者由1400～1500nm中多個波長的激光器組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼放大器，其特征在于色散補償光纖(6)是光纜或是放在光纖連接箱中的分立模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益、低噪聲、零色散拉曼放大器，其特征是波分復(fù)用器(9)是反射薄膜波分復(fù)用器或是由光纖熔融拉錐方法形成的粗波分復(fù)用器或是環(huán)形器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼放大器，其特征是第一單模光纖(5)和第二單模光纖(7)包括G.652、G.653、G.654、G.655型號的單模光纖。
專利摘要本實用新型的高增益、低噪聲、零色散拉曼放大器，將信號光經(jīng)過隔離器與泵浦光(13××nm)經(jīng)由第一波分復(fù)用器一起進入傳輸光纖中，泵浦光(14××nm)經(jīng)由第二波分復(fù)用器反向進入傳輸光纖。色散補償光纖設(shè)置在兩段單模光纖之中，信號光功率在單模光纖和色散補償光纖之中被放大，單模光纖產(chǎn)生的色散在色散補償光纖被補償。13××nm的泵浦光用來放大14××nm的泵浦光，從而提高傳輸線上的信號光功率水平。該放大器可以提高拉曼放大效果，而且可以減弱色散補償光纖中的四波混頻、自相位調(diào)制和交叉相位調(diào)制等非線性效應(yīng)從而降低噪聲。
文檔編號G02F1/39GK2648473SQ0327022
公開日2004年10月13日 申請日期2003年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月16日
發(fā)明者金如翔, 張徐亮, 何賽靈 申請人:浙江大學(xué)