專利名稱：一種光纖參量放大器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于光纖通信技術領域，具體涉及一種光纖參量放大器的設計。
背景技術：
隨著光纖通信網絡的迅速發(fā)展，光通信系統(tǒng)對光信息處理技術的需求越來越緊迫，例如要求光放大器具有大增益帶寬、高增益水平和飽和輸出功率、低噪聲系數(shù)以及多路信號同時放大能力等。光放大技術在光通信系統(tǒng)擴容和增加傳輸距離方面具有巨大的優(yōu)勢和潛力，一直是光通信領域研究的熱點。傳統(tǒng)的摻鉺光纖放大器在增益帶寬、噪聲性能等方面一定程度上已經難以適應未來光網絡的發(fā)展?；诠饫w四波混頻(FWM, Four-Wave Mixing)非線性效應的光纖參量放大器(FOPA, Fiber Optical Parametric Amplifier)越來越受到關注,成為研究的焦點。光纖參量放大器是依靠光纖中的四波混頻效應進行光信號放大的新型光放大器，與其它類型的光放大器對比，光纖參量放大器具有許多顯著優(yōu)點高增益(小信號近似時，與泵浦功率成指數(shù)關系)、寬帶寬(可在光通信系統(tǒng)中全波段工作)、相敏特性(可實現(xiàn)OdB自發(fā)輻射噪聲放大)、多路信號同時放大能力以及低噪聲指數(shù)等。為了適應光纖通信中長中繼距離的要求，或者使有關光纖信息處理器件如光纖參量振蕩器等工作在合適的工作狀態(tài)，往往需要控制光纖參量放大器的增益。光纖參量放大器的增益與泵浦功率有關，所以可采用傳統(tǒng)的調節(jié)泵浦功率方式來控制光纖參量放大器信號增益的大小。這種傳統(tǒng)的增益可調方式在非線性系數(shù)較小而有效面積較大的普通光纖中雖然可以調節(jié)參量增益的大小，但是所獲的增益并不能滿足長中繼距離的要求，這就需要在兩者通信之間增加多個中繼器，從而增加了設備的費用，而且泵浦功率影響著四波混頻的相位失配，在一定范圍泵浦功率時會使相位不能達到匹配條件使四波混頻效率降低，從而這種可調方式會劣化信號增益的動態(tài)性能。

實用新型內容本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有的光纖參量放大器存在的上述問題，提出了一種光纖參量放大器。本實用新型的技術方案是一種光纖參量放大器，包括輸入耦合單元、泵浦光源單元、磁可調非線性光纖單元和光濾波器輸出單元，所述泵浦光源單元發(fā)出的泵浦光和輸入信號光依次經過輸入耦合單元和磁可調非線性光纖單元得到閑頻光和信號光，最后經光濾波器輸出單兀輸出輸出信號，其特征在于，所述的磁可調非線性光纖單兀包括磁光非線性光纖、磁場加載裝置和可調直流電源，其中，可調直流電源為磁場加載裝置提供可調節(jié)的電流，磁場加載裝置為磁光非線性光纖提供磁場。進一步的，所述的磁場加載裝置為螺線環(huán)式磁場加載裝置，或者為螺線管式磁場加載裝置。本實用新型的有益效果在相同條件下，本實用新型的光纖參量放大器可以在傳統(tǒng)的調節(jié)泵浦功率方式的基礎上進一步提高參量增益的大??；本實用新型光纖參量放大器具有電磁調節(jié)方式優(yōu)點，即通過可調直流電源為磁場加載裝置提供驅動電流，以調節(jié)施加到磁光非 線性光纖上的磁場，從而實現(xiàn)電磁調節(jié)過程，控制參量增益。本實用新型是采用磁光非線性光纖作為參量介質實現(xiàn)增益放大功能，并通過電磁方式實現(xiàn)參量增益的可調功能，不但克服了傳統(tǒng)增益調節(jié)方式對光纖參量放大器性能的劣化，而且還可以進一步提升傳統(tǒng)光纖參量放大器的增益性能，使其滿足較長中繼距離的要求，而且通過這種調節(jié)方式還可以對輸出脈沖進行整形功能，可以應用在光纖通信和智能光信息處理等領域。

圖I是本實用新型光纖參量放大器增益控制裝置的原理示意圖。圖2是本實用新型泵浦光源單元的示意圖。圖3是本實用新型磁可調非線性光纖單元示意圖。圖4是本實用新型磁可調非線性光纖單元中螺線環(huán)式磁場加載裝置示意圖。圖5是本實用新型磁可調非線性光纖單元中螺線管式磁場加載裝置示意圖。圖6是本實用新型光纖參量放大器信號增益隨光纖長度周期性變化的示意圖。圖7是本實用新型光纖長度為IOOm時光纖參量放大器信號增益可調范圍示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體的實施方式對本實用新型作進一步的闡述。本實用新型提出的光纖參量放大器，包括輸入耦合單元、泵浦光源單元、磁可調非線性光纖單元、光濾波器輸出單元。本實用新型是基于磁光效應和四波混頻相互作用的新機理，通過磁控方式來調節(jié)兩者耦合作用的。耦合的信號光和泵浦光在磁可調非線性光纖單元中發(fā)生四波混頻效應，且在調節(jié)外加磁場的作用下磁光非線性光纖中磁光效應將會發(fā)生改變，進而影響著磁光非線性光纖中的橢圓雙折射，橢圓雙折射可以看作是由磁光效應引起的磁圓雙折射和線雙折射的置加。由于四波混頻效率是和導波光的偏振態(tài)相關的，而磁光非線性光纖中橢圓雙折射的改變影響著導波光在磁光非線性光纖中傳輸?shù)钠駪B(tài)，這種偏振態(tài)的轉換是由磁光效應引起的，并且可用磁光耦合系數(shù)Km來度量，磁光耦合系數(shù)Km等于Verdet常數(shù)Vb和磁感應強度B的乘積，S卩k m = VbB。所以通過外加磁場來實現(xiàn)磁可控裝置，使系統(tǒng)的磁光非線性光纖的橢圓雙折射發(fā)生改變，從而控制光纖參量過程中信號增益?；谶@種磁光效應和光纖非線性的磁光光纖已應用在光纖傳感、光柵和磁光開關等中，同時也已經實現(xiàn)了磁光非線性光信息處理功能，如磁光效應和自相位調制(SPM)或交叉相位調制(XPM)的耦合作用產生的頻率啁啾可用于壓縮光脈沖，以及交叉相位調制(XPM)磁光開關等。相對于無外加磁場時的情形,將磁控條件下能夠獲得的最大信號增益改變定義為參量增益的可調范圍。下面以參量增益可調范圍為9dB的單通道光纖參量放大器為例，進行具體說明。如圖I所示的光纖參量放大器，包括輸入耦合單元、泵浦光源單元、磁可調非線性光纖單元、光濾波器輸出單元。泵浦光源單元發(fā)出的泵浦光和輸入信號光經輸入耦合單元輸入到磁可調非線性光纖單元，在磁可調非線性光纖單元中通過磁光效應的可調性來調節(jié)四波混頻的效率，最后經光濾波器輸出單元輸出輸出信號，實現(xiàn)信號光和閑頻光的分離。[0022]這里，輸入稱合單元包括偏振控制器(PC, Polarization Controller)和稱合器，偏振控制器作用是使輸入信號光和泵浦光轉換為所需的光偏振態(tài)。這里，光濾波器輸出單元的功能是實現(xiàn)信號光和閑頻光的分離，在此對于如圖I所示的單通道光纖參量放大器，由于要通過光濾波器輸出單元的光為兩束信號光和閑頻光，所以光濾波器輸出單?？蔀楣鈳V波器，則將閑頻光阻擋使信號光輸出；對于多通道光纖參量放大器，光濾波器輸出單元也可為光帶通濾波器或者梳狀濾波器。這里，泵浦光源單元如圖2所示，具體包括泵浦激光器和光放大器，或者采用其它的高功率激光源；當輸出泵浦功率比較大時，所述泵浦光源單元還包括受激布里淵散射(SBS, Stimulated Brillouin Scattering)抑制模塊,受激布里淵散射抑制模塊主要包括相位調制器、余弦波信號發(fā)生器等，其輸出的泵浦光是經相位調制后產生的。由于在光纖中存在受激布里淵散射效應，當輸入泵浦光功率大于受激布里淵散射閾值時，受激布里淵散射效應會產生后向散射，從而使泵浦光功率下降影響參量增益，而相位調制則是提高受激布里淵散射閾值的方法。這里，磁可調非線性光纖單元如圖3所示，具體包括磁光非線性光纖、磁場加載裝置、可調直流電源，其中，可調直流電源為磁場加載裝置提供可調節(jié)的電流，磁場加載裝置為磁光非線性光纖提供磁場。這里采用磁光非線性光纖作為參量介質，在適當?shù)臏氏辔黄ヅ浠蛲耆ヅ錀l件下實現(xiàn)磁光四波混頻參量增益放大作用。通過磁場加載裝置產生的磁場影響著導波光在磁光光纖中偏振態(tài)的演化分布，進而影響著四波混頻效率達到控制光纖參量增益的目的。即可根據(jù)可調直流電源來調節(jié)電流的大小，實現(xiàn)磁場加載裝置內磁光效應的可調性，用以控制磁光非線性光纖中的導波光的傳輸特性，進而調節(jié)磁光非線性光纖中四波混頻的效率，達到提高參量增益的目的。一方面，通過改變磁場加載裝置產生磁場大小實現(xiàn)磁光非線性光纖的磁可調處理，使磁光效應對光纖中導波光的傳輸影響不同；另一方面，由于磁光非線性光纖中還存在線雙折射，由磁光效應引起的磁圓雙折射和線雙折射的疊加形成了磁光非線性光纖中的橢圓雙折射。因此通過磁可調特性改變了磁光非線性光纖的橢圓雙折射，進而影響著四波混頻的效率。這里的磁可調非線性光纖單元中磁光非線性光纖長度的選取影響著參量增益，進而在不同光纖長度時磁可調性對參量增益的作用將表現(xiàn)出不同的特性，同時根據(jù)需要固定光纖長度時，可以展現(xiàn)出磁可調性對參量增益的影響。將由泵浦光源單元發(fā)出的功率為50mw、波長為1549nm的泵浦光和輸入功率為lmw、波長為1560nm的信號光一起發(fā)送到輸入耦合單元。此時，泵浦光源單元包括泵浦激光器和光放大器，或者采用其它的高功率激光源；當輸出泵浦功率比較大時，泵浦光源單元還包括受激布里淵散射抑制模塊，受激布里淵散射抑制模塊主要包括相位調制器、余弦波信號發(fā)生器等，如圖2所示。即使輸入的泵浦光功率不能使四波混頻的相位達到匹配條件降低四波混頻效率，但是通過本實用新型的磁可調性可增加在這種情況下的信號增益。泵浦光和信號光經過輸入耦合單元中偏振控制器轉換為所需的光偏振態(tài)，然后再經輸入耦合單元中光波分復用器作用共同傳輸?shù)酱趴烧{非線性光纖單元。[0030]磁可調非線性光纖單元包括磁光非線性光纖、磁場加載裝置和可調直流電源，如圖3所示。對磁場加載裝置，加載的磁場方式多種多樣；相對而言米用螺線環(huán)的方式來加載磁場比較方便，而且光纖在螺線環(huán)中的纏繞容易實現(xiàn)，避免了彎曲度對光纖性能的影響。螺線環(huán)產生磁場可以通過單線纏繞，也可以通過雙線并繞的方式(通常采用漆包銅線)。圖4示出了雙線并繞方式實現(xiàn)的螺線環(huán)結構。在磁光非線性光纖中不論導波光是沿磁場方向或逆磁場方向傳播，振動面的轉向都一樣，它由磁場方向決定，即取決于繞線I (Al-Bl)和繞線2 (A2-B2)連接方式。當端點BI和B2相連，Al和A2分別接在可調直流電 源的兩極時，可知螺線環(huán)內產生的磁場相互抵消，不能實現(xiàn)加載磁場的目的。經過分析可以看出，將端點A2和BI相連后，Al和B2分別接在可調直流電源的兩極上，或者Al和A2，BI和B2相連后分別接在可調直流電源的兩極上，此時螺線環(huán)內的磁場方向一致，使其螺線環(huán)內的磁場強度達到最大值。本實施例采用將Al和A2，BI和B2相連后分別接在可調直流電源的兩極上實現(xiàn)磁場加載。如圖4所示得知加載電流的方向，由安培環(huán)路定理可知螺線環(huán)內磁場的方向為逆時針方向。參量增益特性與磁光非線性光纖的長度密切相關。光信號增益隨著光纖長度周期性的變化，如圖6所示，且隨著光纖長度的不同，參量增益的可調范圍也將表現(xiàn)出不同的特性。在磁可調非線性光纖單元中，磁光非線性光纖的Verdet常數(shù)Vb和非線性系數(shù)分別為32rad/(T m)和lW—Vkm ;磁光非線性光纖的長度取為100m，并將其纏繞在螺繞環(huán)中，如圖4所示。通過調節(jié)為磁場加載裝置提供驅動電流的可調直流電源來改變施加到磁光非線性光纖上的磁場，可控制磁光非線性光纖中導波光的傳輸特性，進而調節(jié)磁光非線性光纖中四波混頻的效率，達到可調參量增益的目的。磁場加載裝置也可以采用螺線管式的磁場加載裝置，具體結構如圖5所示。為了使螺線管內產生最大的磁場強度，如圖所示加載電流方向，由安培環(huán)路定理可知螺線管內的磁場方向是從左向右的，對螺線管式的磁場加載裝置的操作則和螺線環(huán)式的磁場加載裝置相同。對于單通道的光纖參量放大器，光濾波器輸出單元可以選擇光帶通濾波器，參量放大信號經過光帶通濾波器輸出，對應的參量增益可調范圍能夠滿足9dB的設計要求，如圖I所示，同時可以看出，磁光耦合系數(shù)在0到0. 2rad/m范圍時施加磁場還有助于提高信號增益。本實用新型相對現(xiàn)有光纖參量放大器的優(yōu)點在于(I)在相同條件下，本實用新型可以在傳統(tǒng)的調節(jié)泵浦功率方式的基礎上進一步提高參量增益的大小。(2)具有電磁調節(jié)方式優(yōu)點。本實用新型通過可調直流電源為磁場加載裝置提供驅動電流，以調節(jié)施加到磁光非線性光纖上的磁場，從而實現(xiàn)電磁調節(jié)過程，控制參量增益。(3)本實用新型的光纖參量放大器具有靈活可控以及簡單和易實現(xiàn)性，可以應用在光纖通信和智能光信息處理等領域。本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本實用新型的原理，應被理解為本實用新型的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據(jù)本實用新型公開的這些技術啟示做出各種不脫離本實用新型實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本實用新型的保護范圍內。
權利要求1.一種光纖參量放大器，包括輸入耦合單元、泵浦光源單元、磁可調非線性光纖單元和光濾波器輸出單元，所述泵浦光源單元發(fā)出的泵浦光和輸入信號光依次經過輸入耦合單元和磁可調非線性光纖單元得到閑頻光和信號光，最后經光濾波器輸出單元輸出輸出信號，其特征在于，所述的磁可調非線性光纖單元包括磁光非線性光纖、磁場加載裝置和可調直流電源，其中，可調直流電源為磁場加載裝置提供可調節(jié)的電流，磁場加載裝置為磁光非線性光纖提供磁場。
2.根據(jù)權利要求I所述的光纖參量放大器，其特征在于，所述的磁場加載裝置為螺線環(huán)式磁場加載裝置，或者為螺線管式磁場加載裝置。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的光纖參量放大器，其特征在于，所述的光濾波器輸出單元為光帶通濾波器。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的光纖參量放大器，其特征在于，所述的光濾波器輸出單元可為梳狀濾波器。
專利摘要本實用新型公開了一種光纖參量放大器，包括輸入耦合單元、泵浦光源單元、磁可調非線性光纖單元和光濾波器輸出單元，其特征在于，所述的磁可調非線性光纖單元包括磁光非線性光纖、磁場加載裝置和可調直流電源，其中，可調直流電源為磁場加載裝置提供可調節(jié)的電流，磁場加載裝置為磁光非線性光纖提供磁場。本實用新型的光纖參量放大器通過可調直流電源為磁場加載裝置提供驅動電流，以調節(jié)施加到磁光非線性光纖上的磁場，從而實現(xiàn)電磁調節(jié)過程，控制參量增益，克服了傳統(tǒng)增益調節(jié)方式對光纖參量放大器性能的劣化，而且進一步提高了光纖參量放大器的增益性能，滿足了較長中繼距離的要求。
文檔編號G02F1/39GK202362561SQ20112045685
公開日2012年8月1日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權日2011年11月17日
發(fā)明者文峰, 李述標, 武保劍, 邱昆 申請人:電子科技大學