全光增益控制的增益平坦型高功率光纖放大器的制造方法
【專利摘要】全光增益控制的增益平坦型高功率光纖放大器，屬于光纖放大器【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明放大器依次由信號光源、第一光隔離器、第一耦合器、波分復(fù)用器、980nm單模泵浦源、摻鉺光纖、第二光隔離器、泵浦耦合器、975nm多模泵浦源、鉺鐿共摻雙包層光纖、三端口第一環(huán)形器、光纖環(huán)形鏡、三端口第二環(huán)形器、第一光纖光柵、三端口第三環(huán)形器、第二光纖光柵、第一衰減器、第二衰減器和第二耦合器組成。本發(fā)明采用級聯(lián)放大+光纖環(huán)形鏡+雙激光控制的結(jié)構(gòu)方案，利用光纖環(huán)形鏡并結(jié)合兩根光纖光柵實現(xiàn)增益平坦和增益控制功能，最終得到具有高輸出功率、兼具增益控制和增益平坦特性的光纖放大器。
【專利說明】全光增益控制的增益平坦型高功率光纖放大器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖放大器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種全光增益控制的增益平坦型高功率光纖放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著Internet接入、傳真、IP電話、視頻會議、數(shù)據(jù)和視頻傳輸?shù)葦?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆炸性增長，網(wǎng)絡(luò)帶寬的用戶規(guī)模與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計初期估計大大不同了，再加上已鋪設(shè)光纜可用余量即將用盡，運營商們迫切地需要在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上提高網(wǎng)絡(luò)容量以滿足日益增長的服務(wù)需求。密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)的出現(xiàn)提供了同時滿足這些需求的可行解決方案。
[0003]在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中，對光纖放大器提出更高要求。首先，隨著波長數(shù)目的增多，單根光纖總功率增大，要求光纖放大器要有高的飽和輸出功率；其次，由于通常的光纖放大器工作在飽和狀態(tài)，其總的輸出功率幾乎不隨輸入信道數(shù)目的變化而改變。因此，當(dāng)信道數(shù)增加或減少時，其余信道的增益將下降或增大，即其余各信道的增益不恒定(趙春柳，關(guān)柏鷗，董新永等.利用光纖光柵對實現(xiàn)雙波長增益控制摻鉺光纖放大器特性的實驗研究[J]，光學(xué)學(xué)報，2003，23 (4):417?421);再次，為實現(xiàn)多波長的超長距離傳輸，需要放大器對不同波長信道的增益是平坦的(蒙紅云，趙春柳，楊石泉等.基于光纖環(huán)形鏡的摻鉺光纖放大器增益平坦化[J].中國激光，2002，29 (9):805-807)。因此，兼具增益控制和增益平坦功能的高功率光纖放大器是DWDM技術(shù)發(fā)展和普及所必需的。
[0004]目前主要存在三種增益控制的方法:電路自動增益控制(Automatic GainControl In Cascaded Erbium Doped Fiber Amplifier Systems.A.D.Ellis,et.al., Electron.Lett., 1991, 27 (3): 193 ?195)、鏈路自動增益控制(Gain StabilizationIn Gain Clamped EDFA Cascades Fed By WDM Burst-mode Packet Traffic.MirosalvKarasek, et.al., J.Lightwave Technol., 2000, 18 (3): 308 ?313)和光自動增益控制(Transient Gain Control In EDFAs By Dual-cavity Optical Automatic Gain Control.Yongqian Liu, et.al., IEEE Photon.Technol.Lett., 1999, 11(11): 1381 ?1383)。增益平坦的方法主要有:光電探測一電路增益監(jiān)控調(diào)節(jié)法(CN101414731A，用于平坦光放大器增益譜的裝置和方法)和插入損耗譜與增益譜相反的光纖光柵法(Broad-band Erbium-DopedFiber Amplifier Flattened Beyound40nm Using Long-Period Grating Filter.PaulF.ffysock, et.al.，IEEE Phot0.Tech.Lett.，1997，9(10): 1343)，但是目前均無法在高功率下同時實現(xiàn)增益平坦和增益控制。
[0005]隨著超高速率、大容量、長距離的密集波分復(fù)用系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，作為DWDM系統(tǒng)核心器件之一的光纖放大器將得到廣泛的應(yīng)用，而全光增益控制的增益平坦型高功率光纖放大器則將成為光纖放大器研究中的重中之重。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種全光增益控制的增益平坦型高功率光纖放大器。采用級聯(lián)放大+光纖環(huán)形鏡+雙激光控制的結(jié)構(gòu)方案，利用光纖環(huán)形鏡并結(jié)合兩根光纖光柵實現(xiàn)增益平坦和增益控制功能，最終得到具有高輸出功率、兼具增益控制和增益平坦特性的光纖放大器。
[0007]為了實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明設(shè)計的全光增益控制的增益平坦型高功率光纖放大器依次由信號光源1、第一光隔離器4、第一耦合器6、波分復(fù)用器8、980nm單模泵浦源2、摻鉺光纖10、第二光隔離器5、泵浦耦合器9、975nm多模泵浦源3、鉺鐿共摻雙包層光纖11、三端口第一環(huán)形器12、光纖環(huán)形鏡15、三端口第二環(huán)形器13、第一光纖光柵16、三端口第三環(huán)形器14、第二光纖光柵17、第一衰減器18、第二衰減器19和第二耦合器7組成。其中，三端口第二環(huán)形器13、第一光纖光柵16、第一衰減器18，三端口第三環(huán)形器14、第二光纖光柵17、第二衰減器19，分別和第二耦合器7、第一耦合器6、波分復(fù)用器8、摻鉺光纖10、第二光隔離器5、泵浦耦合器9、鉺鐿共摻雙包層光纖11、三端口第一環(huán)形器12、光纖環(huán)形鏡15，形成兩個獨立的第一激光環(huán)形腔和第二激光環(huán)形腔，并通過調(diào)節(jié)第一衰減器18和第二衰減器19的衰減值，得到不同的第一激光環(huán)形腔和第二激光環(huán)形腔的損耗值。
[0008]信號光源I產(chǎn)生的信號光依次經(jīng)過第一光隔離器4和第一耦合器6后到達波分復(fù)用器8，980nm單模泵浦源2輸出的泵浦光直接進入波分復(fù)用器8，波分復(fù)用器8將輸入的信號光與泵浦光耦合輸出到摻鉺光纖10的纖芯中，在摻鉺光纖10 (EDF)中信號光被進行預(yù)放大(調(diào)節(jié)980nm單模泵浦源2的抽運電流，使得輸出功率>=30mW);經(jīng)過摻鉺光纖的信號光再通過第二光隔離器5到達泵浦耦合器9，975nm多模泵浦源3輸出的光直接進入泵浦耦合器9，泵浦耦合器9將輸入的信號光耦合到輸出端的鉺鐿共摻雙包層光纖11的纖芯中傳輸，將輸入的泵浦光耦合到輸出端的鉺鐿共摻雙包層光纖11的包層中傳輸；信號光在鉺鐿共摻雙包層光纖11得到進一步的放大(調(diào)節(jié)975nm多模泵浦源3的抽運電流，使得輸出功率>2W),放大后的信號光通過三端口第一環(huán)形器12進入光纖環(huán)形鏡15 ;通過光纖環(huán)形鏡15的信號光分成反射光和透射光兩部分；其中，透射光部分由①端進入三端口第二環(huán)形器13,經(jīng)由其②端口輸入到第二光纖光柵16,第二光纖光柵16的透射光由①端進入三端口第三環(huán)形器14，并由三端口第三環(huán)形器14的②端口輸入到第二光纖光柵17 ;第一光纖光柵16的第一反射光161由三端口第二環(huán)形器13的②端口進入到三端口第二環(huán)形器13中，由三端口第二環(huán)形器13的③端口輸出到第一衰減器18 (VOAl)中，第二光纖光柵17的第二反射光171由三端口第三環(huán)形器14的②端口進入到三端口第三環(huán)形器14中，由三端口第三環(huán)形器14的③端口輸出到第二衰減器19 (V0A2)中；第一反射光161和第二反射光171衰減(具體衰減值見實例)后到達第二耦合器7，經(jīng)過耦合后，第一反射光161和第二反射光171進入第一稱合器6,與信號光一起輸入到波分復(fù)用器8中，當(dāng)?shù)谝环瓷涔?61和第二反射光171通過激光環(huán)形腔中的摻鉺光纖10和鉺鐿共摻雙包層光纖11獲得的增益(即光強的增加量)等于其通過各自激光環(huán)形腔造成的損耗時，第一反射光161和第二反射光171分別在第一激光環(huán)形腔和第二激光環(huán)形腔中形成穩(wěn)定的激光振蕩，參與信號光的放大。這樣，信號光經(jīng)光纖環(huán)形鏡15后的反射光部分即為增益譜平坦且具有增益鉗制特性的放大光，放大光由②端進入三端口第一環(huán)形器12，并由其③端口輸出。
[0009]本發(fā)明所用信號光源為可調(diào)諧激光器或1550nm單波長連續(xù)激光器，如santec公司生產(chǎn)的TSL-210可調(diào)諧光源(輸出功率為-25dBm?+IOdBm,中心波長1550nm，調(diào)諧范圍1535nm?1565nm),迅天宇光電生產(chǎn)的C波段可調(diào)諧激光器(最大輸出功率IOdBm,中心波長1550nm，調(diào)諧范圍1530nm?1560nm)或電子工業(yè)41所生產(chǎn)的AV381241.55 μ m單模調(diào)制激光光源(工作波長1550nm，輸出功率0.25mW?1.2mff)0
[0010]980nm單模泵浦源選擇工作波長為980nm，最大輸出單模激光功率大于600mW的單模泵浦源，如上?？颇颂丶す饪萍加邢薰綱ENUS系列980單模泵源(最大輸出功率650mW)，北京中訊光普科技LSB-PUMP-980單模泵浦激光器(最大輸出功率850mW)。
[0011]975nm多模泵浦源選擇最高輸出光功率大于4W的多模泵浦激光器，如深圳明鑫科技975nm光纖激光器MXLS-0975 (最高輸出功率6.5W)，北京中訊光普LSB-PUMP-975高功率多模泵浦源(最高輸出功率6W)。
[0012]第一光隔離器4和第二光隔離器5選擇工作波長為1550nm，最大承載光功率大于或等于300mW的偏振無關(guān)型光隔離器即可，如上海瀚宇1550nm偏振無關(guān)光隔離器，ADF公司IS-1550-P光隔離器等。
[0013]第一稱合器6和第二稱合器7選擇工作波長為1550nm±20nm,最大承載光功率為500mff的I X 2光纖耦合器，如上海瀚宇1550nm熔融拉錐型I X 2光纖耦合器。
[0014]第一光纖光柵16和第二光纖光柵17分別選擇中心反射波長為1536nm和1560nm,反射率為99%的光纖光柵，如上海瀚宇1550nm反射型光纖光柵。
[0015]第一衰減器18和第二衰減器19選擇為工作波長范圍為1260?1620nm，衰減范圍為0.4dB?60dB，如上海瀚宇機械可調(diào)光纖衰減器。
[0016]三端口第一環(huán)形器12、三端口第二環(huán)形器13和三端口第三環(huán)形器14選擇工作波長1550nm，最大承載光功率2500mW的三端口環(huán)形器，如上海瀚宇P10C3-15-P等。
[0017]光纖環(huán)形鏡15由兩段長度分別為0.5米和1.2米的保偏光纖(拍長為3.9mm) F1和匕(Nufern PM1550-HP偏振保持光纖)、兩個三環(huán)形偏振控制器PC1和PC2 (ProtoDel公司Polarization Controllers)與一個分光比50:50的2X2分束器(3dB率禹合器，澈宇WIC-2X2-1550-50/50)組成，其結(jié)構(gòu)及連接方式如圖2所示(2X2分束器的I端和II端為輸入端，III端和IV端為輸出端)。
[0018]信號光從2 X 2分束器的I端輸入,輸出時分為強度相同、傳播方向相反的兩束光，其中沿順時針(由端口 III進入回路)方向傳播的光稱為正向波，沿逆時針方向(由端口 IV進入回路)傳播的光稱為反向波。正向波從2X2分束器的III端輸出，依次經(jīng)過保偏光纖F1、三環(huán)形偏振控制器PC1、保偏光纖F2和三環(huán)形偏振控制器PC2后，由IV端進入2 X 2分束器；反向波從2X2分束器的IV端輸出，依次經(jīng)過三環(huán)形偏振控制器PC2、保偏光纖F2、三環(huán)形偏振控制器PC1和保偏光纖F1后，由III端進入2X2分束器。正向波和反向波在2X2分束器內(nèi)發(fā)生相干后輸出，其中沿2X2分束器I端輸出的光稱為反射光，測得的譜線為反射譜；另一部分沿2X2分束器II端輸出的光稱為透射光，測得的譜線為透射譜。
[0019]設(shè)計兩個獨立的激光諧振腔時，主要是通過調(diào)節(jié)第一衰減器18和第二衰減器19的衰減值來改變兩個激光環(huán)形腔的損耗(激光環(huán)形腔損耗是指光在激光環(huán)形腔傳播時，由于各種物理因素造成的光強的衰減，包括幾何損耗、衍射損耗、透射損耗以及吸收損耗和散射損耗等因素)；當(dāng)?shù)谝环瓷涔?61和第二反射光171通過激光環(huán)形腔中的摻鉺光纖10和鉺鐿共摻雙包層光纖11獲得的增益(即光強的增加量)等于其通過各自激光環(huán)形腔造成的損耗時，兩束反射光形成激光振蕩。[0020]對于DWDM系統(tǒng),其傳輸信號由多個波長成分構(gòu)成，每個波長均與振蕩波長不同。而最貼近振蕩波長的波長成分與振蕩波長的間隔程度主要取決于反射器、波長選擇器等這些決定激光環(huán)形腔中振蕩波長的器件對波長的分辨能力，其中本發(fā)明中波長選擇器件(光纖光柵)可以分辨相差I(lǐng)nm的波長，因此本發(fā)明中信號光波長與控制激光波長間隔須大于等于 Inm0
[0021]系統(tǒng)功能:
[0022](I)本發(fā)明采用摻鉺光纖+鉺鐿共摻雙包層光纖的二級放大結(jié)構(gòu)。首先，信號光通過摻鉺光纖實現(xiàn)預(yù)放大；其次，經(jīng)過預(yù)放大的信號光進入鉺鐿共摻雙包層光纖纖芯中傳輸，通過包層泵浦技術(shù)，即泵浦源輸出的泵浦光直接耦合入內(nèi)包層中，大大提高了泵浦轉(zhuǎn)換效率，實現(xiàn)系統(tǒng)高功率輸出；
[0023](2)本發(fā)明采用光纖環(huán)形鏡與兩根光纖光柵相結(jié)合的方式，實現(xiàn)高功率條件下光纖放大器的增益控制和增益平坦特性。首先，要測量出含有兩級放大系統(tǒng)的光纖放大器(不包括環(huán)形鏡)的自發(fā)輻射譜，進而根據(jù)自發(fā)輻射譜的形狀來設(shè)計光纖環(huán)形鏡，目的是使光纖環(huán)形鏡的反射譜與自發(fā)輻射譜互補，其中環(huán)形鏡中保偏光纖的長度決定反射譜中反射峰的位置，偏振控制器的狀態(tài)決定光纖環(huán)形鏡的反射峰的深度變化，也就是說通過調(diào)節(jié)這兩個參數(shù)使得對應(yīng)輸出功率大的波長處的反射率低，對應(yīng)輸出功率小的波長處的反射率高，最后實現(xiàn)放大器的增益平坦；
[0024](3)在增益平坦實現(xiàn)的同時，測量光纖環(huán)形鏡的透射譜，根據(jù)透射譜的形狀選擇兩根光纖光柵的中心反射波長，目的是在C波段邊緣范圍內(nèi)選擇透射率高的波長為光纖光柵的中心反射波長，并通過調(diào)節(jié)衰減器，使反射光增益等于激光環(huán)形腔損耗，形成激光振蕩，進而與信號光共同消耗增益介質(zhì)中的上能級粒子數(shù)。當(dāng)輸入信號光功率減小時，控制激光消耗更多的上能級粒子數(shù)，從而阻止信號光增益上升；相反，當(dāng)輸入信號光功率增大時，控制激光消耗的上能級粒子數(shù)減少，更多的上能級粒子參與信號光的放大，從而阻止信號光增益下降，實現(xiàn)信號光輸出增益的穩(wěn)定。同時，不同的激光環(huán)形腔損耗可以得到不同的信號增益。但是當(dāng)輸入光功率增大到某一臨界值時，將使上能級反轉(zhuǎn)粒子數(shù)降低到不足以維持控制激光工作，這時激光波長的增益下降到低于激光環(huán)形腔損耗，從而停止激光振蕩。此時，放大器的性能等同于增益控制前的光纖放大器。
[0025]本發(fā)明具有如下特點:
[0026]與普通的光纖放大器相比，本發(fā)明可以在高功率條件下同時實現(xiàn)增益鉗制和增益平坦，即通過光纖環(huán)形鏡的反射譜和透射譜分別實現(xiàn)光纖放大器的增益平坦和增益鉗制特性，且為全光器件。具有結(jié)構(gòu)簡單，復(fù)雜度低，成本低廉，響應(yīng)速度快等特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1:本發(fā)明全光增益控制的增益平坦型高功率光纖放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2:本發(fā)明實施例中使用的環(huán)形鏡結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3:本發(fā)明實例中所使用的EDF和EYDF的吸收譜；
[0030]從圖3中可以看出，摻鉺光纖(EDF)和鉺鐿共摻雙包層光纖(EYDF)的吸收峰分別位于980nm和975nm附近,所以選擇的泵浦光的中心波長分別為為980nm和975nm,提高摻雜光纖對泵浦光的吸收效率。[0031]圖4:普通光纖放大器未經(jīng)過環(huán)形鏡平坦時的增益譜(ASE譜)；
[0032]圖5:實施例1中光纖放大器的增益控制情況；
[0033]圖6:實施例1中光纖放大器輸出的平坦后的增益譜。
【具體實施方式】
[0034]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述。
[0035]實施例1:
[0036]在本實施例中，以可調(diào)諧激光器為信號光源1，可調(diào)諧激光器使用santec公司TSL-210可調(diào)諧光源，輸出功率為-25dBm?+4dBm，工作波長1550nm ；980nm單模泵浦源2選用上?？颇颂丶す饪萍加邢薰綱ENUS系列980單模泵源，工作波長為980nm，最大輸出單模激光功率為650mW ；975nm多模泵浦源3使用深圳明鑫科技975nm半導(dǎo)體激光器MXLS-0975,工作波長為975nm，最高輸出功率為6.5W ;第一光隔離器4和第二光隔離器5的使用上海瀚宇1550nm偏振無關(guān)光隔離器，工作波長為1550nm，最大承載光功率為300mW ;第一耦合器6和第二耦合器7選擇工作波長為1550nm±20nm，最大承載光功率為500mW的1X2光纖耦合器；波分復(fù)用器8采用上海瀚宇熔融拉錐型980/1550nm泵浦光波分復(fù)用器；泵浦耦合器9采用ITF公司的Non-PM型(2+1) X I多模泵浦+信號光合束器；摻鉺光纖(EDF)IO選用Nufern EDFC-980-HP C_band，長度為25米；鉺鐿共摻雙包層光纖11選用Nufern EYDF-7/130，長度為5.7米；第一光纖光柵16和第二光纖光柵17分別選擇中心反射波長為1536nm和1560nm，反射率為99%的光纖光柵；第一衰減器18 (VOAl)和第二衰減器19 (V0A2)選用上海瀚宇機械可調(diào)光纖衰減器，工作波長范圍為1260?1620nm，衰減范圍為0.4dB?60dB ;三端口第一環(huán)形器12、三端口第二環(huán)形器13、三端口第三環(huán)形器14選用上海瀚宇P10C3-15-P，工作波長1550nm，最大承載光功率2500mW ;光纖環(huán)形鏡15由兩段長度分別為0.5米和1.2米的保偏光纖(拍長為3.9mm) F1和F2 (Nufern PM1550-HP偏振保持光纖)、兩個三環(huán)形偏振控制器PC1和PC2(ProtC)Del公司Polarization Controllers)與一個分光比50:50的2X2分束器(3dB耦合器，瀚宇WIC-2X2-1550-50/50)組成，其結(jié)構(gòu)及連接方式如圖2所示(2X2分束器的的I端和II端為輸入端，III端和IV端為輸出端。首先，2X2分束器的III端和IV端分別與保偏光纖F1和三環(huán)形偏振控制器PC2的一端連接；其次，保偏光纖F1和三環(huán)形偏振控制器PC2的另一端分別與三環(huán)形偏振控制器PC1和保偏光纖F2的一端連接；最后，三環(huán)形偏振控制器PC1的另一端和保偏光纖F2的另一端連接，構(gòu)成一環(huán)路)。
[0037]本發(fā)明連接方式為:由可調(diào)諧激光器I提供的信號光(_25dBm?4dBm)經(jīng)第一光隔離器4 (使信號光單向傳播，防止端面反射回的信號光損害信號源)和第一耦合器6，進入波分復(fù)用器8的1550端，980nm單模泵浦源2輸出的泵浦光進入波分復(fù)用器8的980端。波分復(fù)用器8將輸入的信號光與980nm單模泵浦光耦合進摻鉺光纖(EDF) 10，在EDF中進行信號的預(yù)放大(調(diào)節(jié)980nm單模泵浦源的抽運電流使預(yù)放大輸出功率>30mW)，得到初步放大的信號光經(jīng)過第二光隔離器5 (能夠有效的抑制EYDF的反向ASE，提高泵浦光的轉(zhuǎn)換效率)與泵浦耦合器9的信號輸入端相連，泵浦耦合器9的泵浦輸入端與975nm多模泵浦源3連接；而泵浦稱合器7的輸出端與鉺鐿共摻雙包層光纖11相連，信號光在鉺鐿共摻雙包層光纖11進行進一步放大(調(diào)節(jié)975nm多模泵浦源3的抽運電流，使得輸出功率>2W)，放大后的信號光進入三端口第一環(huán)形器12的①端口，并由三端口第一環(huán)形器12的②端口輸出進入到光纖環(huán)形鏡15 ;通過光纖環(huán)形鏡15的信號光分成兩部分:反射光和透射光，其中反射光部分由②端進入三端口第一環(huán)形器12，并由其③端口輸出；透射光部分由①端進入三端口第二環(huán)形器13,經(jīng)由其②端口輸入到第二光纖光柵16,第二光纖光柵16的透射光由①端進入三端口第三環(huán)形器14，經(jīng)由三端口第三環(huán)形器14的②端口輸入到第二光纖光柵17 ;第一光纖光柵16和第二光纖光柵17的反射光分別由三端口第二環(huán)形器13和三端口第三環(huán)形器14的②端口進入，由各自③端口輸出到第一衰減器18 (VOAl)和第二衰減器19 (V0A2);經(jīng)衰減(具體衰減值見圖5)后到達第二耦合器7，第二耦合器7將第一反射光161和第二反射光171輸入到第一稱合器6,并與信號光一起輸入到波分復(fù)用器8中。通過調(diào)節(jié)第一衰減器18和第二衰減器19的衰減值來改變激光環(huán)形腔的損耗,當(dāng)?shù)谝环瓷涔?61和第二反射光171通過激光環(huán)形腔中的摻鉺光纖10和鉺鐿共摻雙包層光纖11獲得的增益(即光強的增加量)等于其通過各自激光環(huán)形腔造成的損耗時，第一反射光161和第二反射光171分別在第一激光環(huán)形腔和第二激光環(huán)形腔中形成穩(wěn)定的激光振蕩，參與信號光的放大。這樣，經(jīng)光纖環(huán)形鏡15反射后由三端口第一環(huán)形器12的③端口輸出的信號光，即為經(jīng)過兩級放大并且進行增益平坦和增益控制后的信號光。
[0038]實施例中采用的摻雜光纖中鉺鐿離子吸收譜如圖3所示。從圖中可以看出，鉺離子和鐿離子的吸收峰分別為980nm、975nm，所以在本例中對光信號放大時，針對不同的有源光纖(EDF與EYDF)使用不同中心波長(980nm或975nm)的泵浦激光器，即:摻鉺光纖使用980nm的泵浦激光器，鉺鐿共摻雙包層光纖使用975nm的泵浦激光器，最大程度的提高摻雜光纖對泵浦光的吸收效率。
[0039]由于光纖放大器的增益譜近似可由其ASE譜線來描述，因此本發(fā)明通過測量ASE譜線的平坦度來近似實現(xiàn)對光纖放大器增益平坦度的測量。對采用上述結(jié)構(gòu)的普通光纖放大器用光譜儀測試增益譜(ASE譜)如圖4所示，1535nm?1547nm范圍內(nèi)增益譜的不平坦度在7?SdB左右，而本發(fā)明設(shè)計的光纖放大器增益譜如圖6所示，相同范圍內(nèi)的不平坦度〈0.8dB,實現(xiàn)6dB以上的性能改善。
[0040]當(dāng)980nm單模泵浦源2的輸出功率為200mW，975nm多模泵浦源3的輸出功率為6W，可調(diào)諧激光器的輸入功率在-25dBm?4dBm范圍變化時，對采用上述結(jié)構(gòu)的普通光纖放大器和本發(fā)明設(shè)計的放大器用前端加衰減器的光譜分析儀測試增益譜，其增益變化情況如圖5所示。普通光纖放大器的增益漂移大于2.12dB，而對于本發(fā)明所設(shè)計的放大器，當(dāng)V0A1=24.2dB和V0A2=15.7dB時，增益漂移小于0.81dB,平均增益約為29.8dB。同時，改變激光環(huán)形腔損耗得到不同的增益，在增益漂移允許范圍內(nèi)(〈0.93dB)，增益鉗制范圍為26.3dB ?29.8dB。
[0041]與現(xiàn)有的普通光纖放大器(如EDFA輸出功率<150mW，1535nm?1547nm范圍內(nèi)增益譜不平坦度8?10dB，增益漂移大于2.12dB，如圖4和圖5所示)相比，本發(fā)明實現(xiàn)高輸出功率(最高輸出功率>=2W)條件下的增益鉗制(增益漂移〈0.81dB，如圖5所示)和增益平坦(1535nm?1547nm范圍內(nèi)增益譜的不平坦度〈0.8dB,如圖6所示)特性，且為全光器件。
【權(quán)利要求】
1.一種全光增益控制的增益平坦型高功率光纖放大器，其特征在于:依次由信號光源(I)、第一光隔離器(4)、第一耦合器(6)、波分復(fù)用器(8)、980nm單模泵浦源(2)、摻鉺光纖(10)、第二光隔離器(5)、泵浦耦合器(9)、975nm多模泵浦源(3)、鉺鐿共摻雙包層光纖(11)、三端口第一環(huán)形器(12)、光纖環(huán)形鏡(15)、三端口第二環(huán)形器(13)、第一光纖光柵(16)、三端口第三環(huán)形器(14)、第二光纖光柵(17)、第一衰減器(18)、第二衰減器(19)和第二耦合器(7)組成；其中，三端口第二環(huán)形器(13)、第一光纖光柵(16)、第一衰減器(18)，三端口第三環(huán)形器(14)、第二光纖光柵(17)、第二衰減器(19)，分別和第二耦合器(7)、第一耦合器(6)、波分復(fù)用器(8)、摻鉺光纖(10)、第二光隔離器(5)、泵浦耦合器(9)、鉺鐿共摻雙包層光纖(11 )、三端口第一環(huán)形器(12)、光纖環(huán)形鏡(15)形成兩個獨立的第一激光環(huán)形腔和第二激光環(huán)形腔，并通過調(diào)節(jié)第一衰減器(18)和第二衰減器(19)的衰減值，得到不同的第一激光環(huán)形腔和第二激光環(huán)形腔的損耗值； 信號光源(I)產(chǎn)生的信號光依次經(jīng)過第一光隔離器(4)和第一耦合器(6)后到達波分復(fù)用器(8)，980nm單模泵浦源(2)輸出的泵浦光直接進入波分復(fù)用器(8)，波分復(fù)用器(8)將輸入的信號光與泵浦光耦合輸出到摻鉺光纖(10)的纖芯中，在摻鉺光纖(10)中信號光被進行預(yù)放大；經(jīng)過摻鉺光纖(10)的信號光再通過第二光隔離器(5)到達泵浦耦合器(9)，975nm多模泵浦源(3 )輸出的光直接進入泵浦耦合器(9 )，泵浦耦合器(9 )將輸入的信號光耦合到輸出端的鉺鐿共摻雙包層光纖(11)的纖芯中傳輸，將輸入的泵浦光耦合到輸出端的鉺鐿共摻雙包層光纖(11)的包層中傳輸；信號光在鉺鐿共摻雙包層光纖(11)得到進一步的放大，放大后的信號光通過三端口第一環(huán)形器(12)進入光纖環(huán)形鏡(15);通過光纖環(huán)形鏡(15 )的信號光分成反射光和透射光兩部分，其中，透射光部分由①端進入三端口第二環(huán)形器(13)，經(jīng)由其②端口輸入到第二光纖光柵(16)，第二光纖光柵(16)的透射光由①端進入三端口第三環(huán)形器(14)，并由三端口第三環(huán)形器(14)的②端口輸入到第二光纖光柵(17);第一光纖光柵(16)的第一反射光(161)由三端口第二環(huán)形器(13)的②端口進入到三端口第二環(huán)形器(13)中，由三端口第二環(huán)形器13的③端口輸出到第一衰減器(18)中，第二光纖光柵(17)的第二反射光(171)由三端口第三環(huán)形器(14)的②端口進入到三端口第三環(huán)形器(14)中，由三端口第三環(huán)形器(14)的③端口輸出到第二衰減器(19)中；第一反射光(161)和第二反射光(171)衰減后到達第二耦合器(7)，經(jīng)過耦合后，第一反射光(161)和第二反射光(171)進入第一稱合器(6),與信號光一起輸入到波分復(fù)用器(8)中，當(dāng)?shù)谝环瓷涔?161)和第二反射光(171)通過激光環(huán)形腔中的摻鉺光纖(10)和鉺鐿共摻雙包層光纖(11)獲得的增益等于其通過各自激光環(huán)形腔造成的損耗時，第一反射光(161)和第二反射光(171)分別在第一激光環(huán)形腔和第二激光環(huán)形腔中形成穩(wěn)定的激光振蕩，參與信號光的放大；這樣，信號光經(jīng)光纖環(huán)形鏡(15)后的反射光部分即為增益譜平坦且具有增益鉗制特性的放大光，放大光由②端進入三端口第一環(huán)形器(12)，并由其③端口輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的一種全光增益控制的增益平坦型高功率光纖放大器，其特征在于:信號光源(I)為可調(diào)諧激光器或1550nm單波長連續(xù)激光器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種全光增益控制的增益平坦型高功率光纖放大器，其特征在于:980nm單模泵浦源選擇工作波長為980nm,最大輸出單模激光功率大于600mW的單模泵浦源。
4.如權(quán)利 要求1所述的一種全光增益控制的增益平坦型高功率光纖放大器，其特征在于:975nm多模泵浦源選擇最高輸出光功率大于4W的多模泵浦激光器。
5.如權(quán)利要求1所述的一種全光增益控制的增益平坦型高功率光纖放大器，其特征在于:第一光隔離器(4)和第二光隔離器(5)選擇工作波長為1550nm,最大承載光功率大于或等于300mW的偏振無關(guān)型光隔離器。
6.如權(quán)利要求1所述的一種全光增益控制的增益平坦型高功率光纖放大器，其特征在于:第一稱合器(6)和第二稱合器(7)選擇工作波長為1550nm±20nm,最大承載光功率為500mW的1X2光纖耦合器。
7.如權(quán)利要求1所述的一種全光增益控制的增益平坦型高功率光纖放大器，其特征在于:第一光纖光柵(16)和第二光纖光柵(17)分別選擇中心反射波長為1536nm和1560nm,反射率為99%的光纖光柵。
8.如權(quán)利要求1所述的一種全光增益控制的增益平坦型高功率光纖放大器，其特征在于:第一衰減器(18)和第二衰減器(19)選擇工作波長范圍為1260~1620nm，衰減范圍為0.4dB~60dB的可調(diào)光纖衰減器。
9.如權(quán)利要求1所述的一種全光增益控制的增益平坦型高功率光纖放大器，其特征在于:三端口第一環(huán)形器(12)、三端口第二環(huán)形器(13)和三端口第三環(huán)形器(14)選擇工作波長1550nm，最大承載光功率2500mW的三端口環(huán)形器。
10.如權(quán)利要求1所述的一種全光增益控制的增益平坦型高功率光纖放大器，其特征在于:光纖環(huán)形鏡(15)由兩段長度分別為0.5米、1.2米，拍長為3.9mm的保偏光纖F1和F2、兩個三環(huán)形偏振控制器PC1和PC2與一個分光比50:50的2X2分束器組成，2X2分束器的I端和II端為輸入端，III端和IV端為輸出端，信號光從2X2分束器的I端輸入，輸出時分為強度相同、傳播方向相反的兩束光，即正向波和反向波；正向波從2X2分束器的III端輸出，依次經(jīng)過保偏光纖F1、三環(huán)形偏振控制器PC1、保偏光纖F2和三環(huán)形偏振控制器PC2后，由IV端進入2X2分束器；反向波從2X2分束器的IV端輸出，依次經(jīng)過三環(huán)形偏振控制器PC2、保偏光纖F2、三環(huán)形偏振控制器PC1和保偏光纖F1后，由III端進入2 X 2分束器；正向波和反向波在2X2分束器內(nèi)發(fā)生相干后輸出，其中沿2X2分束器I端輸出的光稱為反射光，測得的譜線為反射譜；另一部分沿2X2分束器II端輸出的光稱為透射光，測得的譜線為透射譜。
【文檔編號】H01S3/10GK103794983SQ201410039960
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】胡貴軍, 杜洋, 孫雅東, 魏敬波, 閆李 申請人:吉林大學(xué)