專利名稱：采用相移光柵提高光纖參量放大器增益的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高增益光纖參量放大器，尤其是一種采用相移光柵實(shí)現(xiàn)增益提高的光纖參量放大器，適用于光纖通信和非線性光纖光學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增多，光纖通信因其寬帶、低損耗、抗電磁干擾等特點(diǎn)成為現(xiàn)在通信網(wǎng)絡(luò)的主干，而能夠?qū)崿F(xiàn)全光信號(hào)放大技術(shù)的光放大器是光纖通信系統(tǒng)中的重要器件之一。其中，光纖參量放大器因?yàn)榫哂懈咴鲆鎺?、高增益水平、飽和輸出功率、高相敏特性以及多路任意波長(zhǎng)信號(hào)同時(shí)放大的能力，受到了越來(lái)越多的關(guān)注，被認(rèn)為是適合未來(lái)密集波分復(fù)用系統(tǒng)中最具前途的全光放大技術(shù)。提高增益是研究放大器的重要指標(biāo)，因此，研究提高光纖參量放大器的增益成為極有吸引力的熱點(diǎn)。就目前的研究進(jìn)展而言，主要是通過(guò)讓泵浦光波長(zhǎng)工作在光纖的零色散波長(zhǎng)附近以及采用幾段高非線性光纖級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償?shù)确绞絹?lái)提高光纖參量放大器的增益。但是，根據(jù)光纖通信系統(tǒng)的相應(yīng)需要，也希望泵浦光波長(zhǎng)工作在遠(yuǎn)離光纖的零色散波長(zhǎng)，在一個(gè)相對(duì)大的波長(zhǎng)范圍內(nèi)同樣實(shí)現(xiàn)增益的提高。

實(shí)用新型內(nèi)容鑒于以上陳述的已有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的是提出一種采用相移光柵來(lái)提高光纖參量放大器增益的裝置，在泵浦光波長(zhǎng)和光纖零色散波長(zhǎng)間隔為一個(gè)相對(duì)大的波長(zhǎng)范圍下，采用相移光柵插入在兩段高非線性光纖間實(shí)現(xiàn)光纖參量放大器增益的提高。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下手段來(lái)實(shí)現(xiàn)的。采用相移光柵提高光纖參量放大器增益的裝置，由外腔激光器ECL、相位調(diào)制器PM、摻鉺光纖放大器EDFA、偏振控制器PC、耦合器0C、相移光柵PS-FBG、高非線性光纖HNLF和光譜分析儀OSA構(gòu)成，具體如下外腔激光器ECLl用于產(chǎn)生泵浦光Pumpl，外腔激光器ECL2用于產(chǎn)生泵浦光Pump2，外腔激光器ECL3用于產(chǎn)生信號(hào)光Signal，相位調(diào)制器PMl和PM2用于調(diào)制泵浦光Pumpl和Pump2的相位，摻鉺光纖放大器EDFAl和EDFA2用于放大兩個(gè)泵浦光功率，偏振控制器PC1、PC2和PC3用于調(diào)整泵浦光Pumpl、Pump2和信號(hào)光Signal的偏振狀態(tài)，偏振控制器PCl和PC2的輸出連接耦合器0C1，耦合器OCl的輸出和偏振控制器PC3的輸出連接耦合器0C2，耦合器0C2的輸出依次連接高非線性光纖HNLF1，相移光柵PS-FBG，高非線性光纖HNLF2，光譜分析儀OSAl和0SA2，本實(shí)用新型采用相移光柵補(bǔ)償相位失配實(shí)現(xiàn)光纖參量放大器增益的提高。經(jīng)過(guò)如上的設(shè)計(jì)后，利用一個(gè)相移光柵反射部分閑頻光并對(duì)閑頻光產(chǎn)生相應(yīng)相移，調(diào)整了兩個(gè)泵浦光、信號(hào)光和閑頻光之間的相位失配參數(shù)，進(jìn)而補(bǔ)償了第一段光纖參量過(guò)程中的相位失配，提高了光纖參量放大器的增益并同時(shí)提高了泵浦光向信號(hào)光的能量轉(zhuǎn)換效率。本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)只需根據(jù)反射率和相移的需要來(lái)選擇相應(yīng)的光柵長(zhǎng)度和相對(duì)折射率的相移光柵，就可以有效地提高光纖參量放大器的增益，本裝置簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，提高了光纖參量放大器的能量轉(zhuǎn)換效率和系統(tǒng)靈活性。
圖I為本實(shí)用新型方案的系統(tǒng)框圖。圖2為相移光柵的結(jié)構(gòu)示意圖,其中個(gè)為光柵周期，phase shift為相移。圖3為相移時(shí)相移光柵的(a)反射譜和(b)相移示意圖。圖4為兩個(gè)泵浦光、閑頻光和信號(hào)光的功率隨光纖長(zhǎng)度變化的示意圖，其中實(shí)線為弓I入相移光柵的，點(diǎn)線為無(wú)相移光柵的。圖5為信號(hào)光增益隨光纖長(zhǎng)度變化的關(guān)系示意圖，其中實(shí)線為引入相移光柵的， 點(diǎn)線為無(wú)相移光柵的。圖6為光柵插入損耗和信號(hào)光增益的關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施作進(jìn)一步的描述。如圖I所示，本實(shí)用新型裝置，由外腔激光器ECL、相位調(diào)制器PM、摻鉺光纖放大器EDFA、偏振控制器PC、耦合器0C、相移光柵PS-FBG、高非線性光纖HNLF和光譜分析儀OSA構(gòu)成。相移光柵因其體積小、成本低和插入損耗低等優(yōu)點(diǎn)在光纖通信與傳感領(lǐng)域中的窄帶濾波、波分復(fù)用/解復(fù)用、相移控制以及摻鉺光纖增益平坦等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。
(I)令=//[(μρ2|2+2(μρ1「+μι2+μ,ι2))‘⑵I=化[(μ」2+2(μρ1|2+μρ2|2+μ,|2))Λ+2<^,^-,Δ/ ζ]⑶(μι +2(|Λι| +\Αρ^\ )]jAl+2As'ApiAp2e~'AP!(4)其中Αρ1，Ap2, As和Ai分別是兩個(gè)泵浦光、信號(hào)光和閑頻光的復(fù)振幅，Y是高非線性光纖的非線性系數(shù)，△ β為線性波矢失配系數(shù)。在HNLFl輸出端連接一個(gè)相移光柵,相移光柵的結(jié)構(gòu)如圖2所不,其中Λ為光柵周期，通過(guò)調(diào)整相移光柵的長(zhǎng)度和相對(duì)折射率等參數(shù)得到不同的反射系數(shù)和相移，作為濾波器和相移器的相移光柵把閑頻光的波長(zhǎng)設(shè)為光柵的布拉格相移波長(zhǎng)，目的是減少閑頻光的功率和產(chǎn)生相應(yīng)相移。在圖3中，在波長(zhǎng)為1574. 6nm處的閑頻光的反射率為O. 7，意味著只有大約30%的閑頻光通過(guò)相移光柵，并且在閑頻光波長(zhǎng)處產(chǎn)生π的相移。但同時(shí)其他三個(gè)波長(zhǎng)的光沒(méi)有反射和額外相移的通過(guò)相移光柵。本方案中的相移光柵作為濾波器和相移器，改變了四個(gè)光波之間的相對(duì)相位差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相位匹配。然后經(jīng)過(guò)相位失配補(bǔ)償?shù)乃膫€(gè)光波繼續(xù)通過(guò)第二段高非線性光纖進(jìn)行參量放大，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)光功率的進(jìn)一步放大，提 高了光纖參量放大器的增益。其中高非線性光纖HNLF2與HNLFl除了光纖長(zhǎng)度不同外，其余光纖參數(shù)性質(zhì)都一致，此方案中HNLF2的長(zhǎng)度為36m。圖4說(shuō)明了是否引入相移光柵時(shí)泵浦光I、泵浦光2、閑頻光和信號(hào)光的功率隨兩段高非線性光纖長(zhǎng)度變化的關(guān)系?？梢钥闯鲚斎牍β识际?W的兩個(gè)泵浦光和輸入功率為ImW的信號(hào)光經(jīng)過(guò)HNLFl后，通過(guò)參量放大過(guò)程，兩個(gè)泵浦光的能量會(huì)向信號(hào)光和閑頻光轉(zhuǎn)移，在光纖長(zhǎng)度60m處兩個(gè)泵浦光的功率最低減少至I. 24W，信號(hào)光的功率最大放大到O. 75W，如果沒(méi)有相移光柵的引入，隨著光纖長(zhǎng)度的增加，先前的泵浦光向信號(hào)光的能量轉(zhuǎn)移方向發(fā)生變化，接著信號(hào)光的功率沒(méi)有繼續(xù)放大，反而繼續(xù)較少至接近于0，同時(shí)泵浦光的功率逐漸增大到接近于輸入功率，很顯然，此時(shí)對(duì)于信號(hào)光的放大作用甚微。但是如果引入了相移光柵后，在光纖長(zhǎng)度60m處，因?yàn)橄嘁乒鈻艑?duì)閑頻光的反射作用，如圖4(c)所不閑頻光的功率從O. 75W減少到O. 22W，并且產(chǎn)生的相移，進(jìn)而對(duì)參量過(guò)程中的相位失配起到補(bǔ)償作用。在此情況下，如圖4(d)所示，隨著光纖長(zhǎng)度的增加，信號(hào)光的功率繼續(xù)增加，在HNLF2的輸出端達(dá)到I. 98W，同時(shí)如圖4(a)和(b)所示，兩個(gè)泵浦光的功率減少到接近0，泵浦光向信號(hào)光的能量轉(zhuǎn)換效率顯著提高。同時(shí)，在信號(hào)光的增益隨光纖長(zhǎng)度變化的圖5中看出，相比較于沒(méi)有相移光柵引入，信號(hào)光的最大增益提高了 4. 3dB，輸出增益提高了 18. ldB。簡(jiǎn)言之，相移光柵的引入顯著提高了光纖參量放大器的增益。另一方面，在考慮相移光柵與高非線性光纖的連接損耗時(shí)，引入相移光柵對(duì)光纖參量放大器增益的影響，在圖6中看到，通過(guò)相移光柵的引入，即使每個(gè)連接點(diǎn)處的插入損耗為ldB，信號(hào)光的增益仍然提高了 I. 7dB，而一般情況下，每個(gè)連接點(diǎn)處的插入損耗少于
O.5dB。很顯然在實(shí)際系統(tǒng)中，相移光柵的引入仍然可以顯著提高光纖參量放大器的增益。綜合以上陳述，本實(shí)用新型具有如下特征1).在光纖參量放大系統(tǒng)的兩段高非線性光纖中引入了相移光柵；2).利用相移光柵對(duì)閑頻光濾波和移相，補(bǔ)償了光纖參量過(guò)程中的相位失配，提高光纖參量放大器的增益；3).通過(guò)選擇相移光柵的反射率和相移，在可調(diào)諧范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)不同條件下光纖參量放大器增益的提高。有利于優(yōu)化光纖參量放大器的特性，為密集波分復(fù)用光通信系統(tǒng)的全光放大技術(shù)提供新的方案。以上所陳述的僅僅是本實(shí)用新型裝置的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，在不脫離本實(shí)用新型裝置實(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(zhǎng)時(shí)，改變相移光柵的反射率和相移時(shí)，改變高非線性光纖的非線性系數(shù)和光纖長(zhǎng)度時(shí))也應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求1.采用相移光柵提高光纖參量放大器增益的裝置，由外腔激光器ECL、相位調(diào)制器PM、摻鉺光纖放大器EDFA、偏振控制器PC、耦合器0C、相移光柵PS-FBG、高非線性光纖HNLF和光譜分析儀OSA構(gòu)成，其特征在于外腔激光器ECLl用于產(chǎn)生泵浦光Pumpl，外腔激光器ECL2用于產(chǎn)生泵浦光Pump2，外腔激光器ECL3用于產(chǎn)生信號(hào)光Signal，相位調(diào)制器PMl和PM2用于調(diào)制泵浦光Pumpl和Pump2的相位，摻鉺光纖放大器EDFAl和EDFA2用于放大兩個(gè)泵浦光功率，偏振控制器PC1、PC2和PC3用于調(diào)整泵浦光Pumpl、Pump2和信號(hào)光Signal的偏振狀態(tài)，偏振控制器PCl和PC2的輸出連接耦合器0C1，耦合器OCl的輸出和偏振控制器PC3的輸出連接耦合器0C2，耦合器0C2的輸出依次連接高非線性光纖HNLF1，相移光柵PS-FBG,高非線性光纖HNLF2，光譜分析儀OSAl和0SA2。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種采用相移光柵提高光纖參量放大器增益的裝置，由外腔激光器、相位調(diào)制器、摻鉺光纖放大器、偏振控制器、耦合器、相移光柵、高非線性光纖和光譜分析儀組成，其特征在于在泵浦光波長(zhǎng)與光纖零色散波長(zhǎng)間隔為一個(gè)相對(duì)大的范圍下，在兩段高非線性光纖間引入相移光柵作為濾波器和相移器對(duì)閑頻光產(chǎn)生反射和相移，補(bǔ)償了光纖參量過(guò)程中的相位失配，進(jìn)而提高光纖參量放大器的增益。本實(shí)用新型引入一個(gè)相移光柵實(shí)現(xiàn)了較高的參量放大，提高了光纖參量放大器的增益，有利于光通信系統(tǒng)中全光放大技術(shù)的發(fā)展。
文檔編號(hào)G02F1/39GK202720428SQ201220062490
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者朱宏娜, 羅斌, 潘煒, 閆連山, 項(xiàng)水英, 溫坤華 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)