專利名稱：過濾閑頻光實(shí)現(xiàn)增益優(yōu)化的單泵浦光纖參量放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單泵浦光纖參量放大器，尤其是一種采用光濾波器過濾閑頻光實(shí)現(xiàn)增益優(yōu)化的單泵浦光纖參量放大器，適用于光纖通信和非線性光纖光學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展，密集波分復(fù)用技 術(shù)因其可大量增加光纖的傳輸容量的特性，實(shí)現(xiàn)了高速和超高速的數(shù)據(jù)傳輸，但是也伴隨數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃p問題，所以光放大器是波分復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵。其中，直接對光信號(hào)進(jìn)行放大的全光放大器能夠同時(shí)對多個(gè)波長進(jìn)行放大，是光放大器研究發(fā)展的趨勢。而利用四波混頻效應(yīng)進(jìn)行信號(hào)放大的光纖參量放大器能在任意波長處提供寬帶的平坦高增益，是近年來新的研究熱點(diǎn)。優(yōu)化放大器的增益特性是研究放大器的重要指標(biāo)，因此，如何優(yōu)化光纖參量放大器的增益特性成為研究光放大器的重要目標(biāo)。對于光纖參量放大器增益的優(yōu)化方法，目前主要有采用雙泵浦結(jié)構(gòu)、采用幾段零色散波長不同的高非線性光纖級(jí)聯(lián)、提高泵浦光輸入功率和增加高非線性光纖非線性系數(shù)等方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種采用光濾波器過濾閑頻光實(shí)現(xiàn)增益優(yōu)化的單泵浦光纖參量放大器系統(tǒng)，在兩段除了光纖長度不同而其余光纖參數(shù)都相同的高非線性光纖之間插入光濾波器對閑頻光進(jìn)行濾波，實(shí)現(xiàn)單泵浦光纖參量放大器增益的優(yōu)化。本發(fā)明的目的是通過如下手段來實(shí)現(xiàn)的。過濾閑頻光實(shí)現(xiàn)增益優(yōu)化的單泵浦光纖參量放大器，由信號(hào)激光器、泵浦激光器、偏振控制器、光耦合器、光濾波器和高非線性光纖構(gòu)成；包含如下的處理步驟信號(hào)激光器產(chǎn)生的信號(hào)光和泵浦激光器產(chǎn)生的泵浦光分別經(jīng)偏振控制器I和偏振控制器2調(diào)整其偏振態(tài)后，經(jīng)光耦合器耦合進(jìn)入高非線性光纖1，通過高非線性光纖中的參量過程實(shí)現(xiàn)閑頻光的產(chǎn)生和信號(hào)光的放大，接著連接到光濾波器，通過光濾波器對閑頻光進(jìn)行濾波后，再進(jìn)入高非線性光纖2，實(shí)現(xiàn)對信號(hào)光的再放大。本發(fā)明采用光濾波器對閑頻光進(jìn)行濾波，實(shí)現(xiàn)了單泵浦光纖參量放大器增益的優(yōu)化。經(jīng)過如上的設(shè)計(jì)，在兩段高非線性光纖之間采用一個(gè)光濾波器過濾閑頻光，減少了閑頻光的功率，從而調(diào)整了泵浦光、信號(hào)光和閑頻光之間的相對相位關(guān)系，進(jìn)而補(bǔ)償了第一段光纖參量過程中的相位失配，提高了光纖參量放大器的峰值增益并拓展和平坦化了光纖參量放大器的增益帶寬。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)在兩段高非線性光纖除了光纖長度不同而其余光纖參數(shù)都相同的條件下，首次采用光濾波器過濾閑頻光的方案補(bǔ)償光纖參量過程的相位失配，有效地優(yōu)化了光纖參量放大器的增益，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單容易實(shí)現(xiàn)，優(yōu)化了光纖參量放大器的增益特性和系統(tǒng)靈活性。


如下
圖I為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。圖2為泵浦光功率、閑頻光功率、sin 0和信號(hào)光功率隨光纖長度變化的示意圖，其中實(shí)線為采用光濾波器的，點(diǎn)線為沒有采用光濾波器的。圖3為泵浦光向信號(hào)光的能量轉(zhuǎn)換效率隨光纖長度變化的關(guān)系示意圖，其中實(shí)線為采用光濾波器的，點(diǎn)線為沒有采用光濾波器的。圖4為信號(hào)光增益隨信號(hào)光波長變化的關(guān)系示意圖，其中實(shí)線為采用光濾波器的，點(diǎn)線為沒有采用光濾波器的。圖5為采用光濾波器過濾閑頻光后信號(hào)光增益與光纖長度和信號(hào)光波長變化的三維關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施方式
、下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施做進(jìn)一步的描述。如圖I所示，本發(fā)明系統(tǒng)由信號(hào)激光器、泵浦激光器、偏振控制器I、偏振控制器2、光率禹合器、高非線性光纖I、光濾波器和高非線性光纖2構(gòu)成。在圖I中，信號(hào)激光器產(chǎn)生的波長為1588nm的信號(hào)光，與泵浦激光器產(chǎn)生的波長為1560nm的泵浦光，分別經(jīng)過偏振控制器I和偏振控制器2調(diào)整其偏振態(tài)后耦合進(jìn)入光耦合器，在光纖長度為160m，零色散波長為1556nm，高非線性系數(shù)為色散斜率為
0.03ps/nm2/Km的高非線性光纖I中產(chǎn)生參量放大過程，產(chǎn)生閑頻光并放大信號(hào)光。在光纖參量放大過程中泵浦光、信號(hào)光和閑頻光間的角頻率滿足2 p = 3+(^的條件。在各個(gè)光波偏振態(tài)為線偏振且為連續(xù)光的情況下，三個(gè)光波間的光功率和相對相位差滿足下面的方程= -^/(PpPsPi f Sin^(I)
_8] =sin^(2)
_9] ^- = 2^( Pp2P^)1/2 sin^(3)
r{2Pp -Ps-Pi)+r\{p2ppslpf+[P2pPjPf -(4)其中Pp，Ps和Pi分別是泵浦光、信號(hào)光和閑頻光的光功率，Y是高非線性光纖的非線性系數(shù)，A ^為線性波矢失配系數(shù)且AP=0 (Z)是三個(gè)光波間的相對相位差，為0 (z) = A z+ s (z) + j (z) -2 p (z) (5)其中Ct^i(Z)為每個(gè)光波的相位。由公式(1)-(3)可以看出，如果sin 0 >0，意味著能量從泵浦光向信號(hào)光和閑頻光轉(zhuǎn)移，但是如果sin 0 < 0,能量從信號(hào)光和閑頻光向泵浦光轉(zhuǎn)移。接著在高非線性光纖I輸出端連接一個(gè)光濾波器，光濾波器過濾閑頻光后，補(bǔ)償了光纖參量過程的相位失配。然后通過長度為43m高非線性光纖2繼續(xù)對信號(hào)光進(jìn)行參量放大，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)光功率的進(jìn)一步提高。其中高非線性光纖2與高非線性光纖I除了光纖長度不同外，其余光纖參數(shù)性質(zhì)都一致。圖2說明了是否采用光濾波器過濾閑頻光時(shí)(I)泵浦光、(2)閑頻光、(3)sin0和(4)信號(hào)光的功率隨高非線性光纖長度變化的關(guān)系。可以看出輸入功率為I. 8W的泵浦光和輸入功率為0. Imff的信號(hào)光經(jīng)過高非線性光纖I后，通過光纖參量放大過程產(chǎn)生閑頻光，并且泵浦光的能量向信號(hào)光和閑頻光轉(zhuǎn)移，在光纖長度160m處泵浦光的功 率最低減少至0. 79W，信號(hào)光的功率最大放大到0. 505W，如果沒有光濾波器的引入，隨著光纖長度的增加，信號(hào)光的功率反而會(huì)繼續(xù)減少。當(dāng)引入了光濾波器后，在光纖長度160m處，因?yàn)楣鉃V波器對閑頻光的濾波作用，如圖2(2)中實(shí)線所示閑頻光的功率從0. 505W減少到接近于O。同時(shí)如圖2(3)所示，沒有采用光濾波器時(shí)，sin0的取值在160m后從正值變成了負(fù)值，負(fù)值代表能量轉(zhuǎn)換方向從信號(hào)光和閑頻光轉(zhuǎn)向泵浦光；而采用濾波器后，sin 0的取值在整個(gè)光纖長度內(nèi)都是正值，也即是信號(hào)光的功率一直在增加的。接著如圖2(4)中實(shí)線所示，光濾波器的采用使信號(hào)光的功率從0.505W進(jìn)一步提高到
0.595W。簡言之，通過光濾波器對閑頻光濾波提高了信號(hào)光的功率，亦是提高了光纖參量放大器的增益。并且，通過光濾波器的引入，泵浦光向信號(hào)光的能量轉(zhuǎn)換效率也明顯提高了，定義泵浦光向信號(hào)光的能量轉(zhuǎn)換效率為
,P5(Z)-P5(O)pump-signal p (q)^式中Ps(O)和Pp(O)分別是進(jìn)入光纖的信號(hào)光和泵浦光的初始功率，Ps(Z)是輸出的信號(hào)光功率。如圖3所示，加入光濾波器后，泵浦光向信號(hào)光的能量轉(zhuǎn)換效率從光纖長度160米處的28%增加到203米處的了 33%，而如果沒有光濾波器的引入，泵浦光向信號(hào)光的能量轉(zhuǎn)換效率會(huì)從28%減少到5%。即在輸出端，總的能量轉(zhuǎn)換效率提高了 28%。另外，濾波器的采用不僅提高了光纖參量放大器的增益，而且拓展和平坦化了光纖參量放大器的增益帶寬。如圖4中實(shí)線所示，在1558nm到1598nm的波長范圍內(nèi)，不僅信號(hào)光的增益提高了平均8dB，并且增益帶寬更加平坦和展寬了，增益帶寬明顯優(yōu)于沒有采用光濾波器的虛線所示的帶寬特性。最后，圖5中顯示了采用光濾波器后信號(hào)光增益與光纖長度和信號(hào)光波長間的變化關(guān)系的三維圖，顯而易見，因?yàn)楣鉃V波器的采用，光纖參量放大器的增益特性得到了優(yōu)化。綜合以上陳述，本發(fā)明具有如下特征1).在光纖參量放大系統(tǒng)的兩段高非線性光纖之間引入了光濾波器；2).利用光濾波器對閑頻光進(jìn)行濾波，補(bǔ)償了光纖參量過程中的相位失配，優(yōu)化了光纖參量放大器的增益。通過對閑頻光進(jìn)行濾波的系統(tǒng)優(yōu)化了光纖參量放大器的增益特性，為全光通信系統(tǒng)的全光放大技術(shù)提供新的技術(shù)方案。以上所陳述的僅僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的前提下，在實(shí)際實(shí)施中可以做出若干更改(比如改變泵浦光和信號(hào)光的輸入功率和波長時(shí)，改變光濾波器的濾波效率時(shí)，改變高非線性光纖的非線性系數(shù)和光纖長度時(shí))也應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.過濾閑頻光實(shí)現(xiàn)增益優(yōu)化的單泵浦光纖參量放大器，由信號(hào)激光器、泵浦激光器、偏振控制器I、偏振控制器2、光耦合器、高非線性光纖I、光濾波器和高非線性光纖2組成，其特征在于信號(hào)激光器輸出的信號(hào)光與泵浦激光器輸出的泵浦光，分別經(jīng)過偏振控制器I和偏振控制器2調(diào)整其偏振態(tài)后經(jīng)光耦合器連接到高非線性光纖1，通過光纖中的參量過程實(shí)現(xiàn)閑頻光的產(chǎn)生和信號(hào)光的放大。高非線性光纖I的輸出連接到光濾波器，再由高非線性光纖2繼續(xù)對信號(hào)光進(jìn)行參量放 大，實(shí)現(xiàn)信號(hào)光增益的進(jìn)一步優(yōu)化。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的過濾閑頻光實(shí)現(xiàn)增益優(yōu)化的單泵浦光纖參量放大器，其特征在于，在兩段除了光纖長度不同但其余光纖參數(shù)都相同的高非線性光纖之間引入光濾波器對閑頻光進(jìn)行濾波，補(bǔ)償光纖參量過程中的相位失配，進(jìn)而優(yōu)化光纖參量放大器的增益特性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種過濾閑頻光實(shí)現(xiàn)增益優(yōu)化的單泵浦光纖參量放大器，由信號(hào)激光器、泵浦激光器、偏振控制器、光耦合器、光濾波器和高非線性光纖組成，其特征在于在兩段高非線性光纖之間引入光濾波器對閑頻光進(jìn)行濾波，補(bǔ)償光纖參量過程中的相位失配，進(jìn)而提高光纖參量放大器的峰值增益并且拓寬和平坦化光纖參量放大器的增益帶寬。本發(fā)明通過引入光濾波器對閑頻光進(jìn)行濾波，從而優(yōu)化了單泵浦光纖參量放大器的增益特性，有利于光纖通信系統(tǒng)中全光放大技術(shù)的發(fā)展。
文檔編號(hào)G02F1/365GK102722060SQ201210241500
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者常相輝, 朱宏娜, 潘悅梅, 羅斌, 趙建朋, 項(xiàng)水英 申請人:西南交通大學(xué)