摻鉺光纖放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種摻鉺光纖放大器，所述摻鉺光纖放大器包括放大光路和泵浦光源，所述泵浦光源輸出泵浦光至所述放大光路進(jìn)行放大，所述泵浦光源包括多模泵浦激光器及模式變換器，所述多模泵浦激光器的輸出端與所述模式變換器的輸入端相連將所述多模泵浦激光器發(fā)出的多模泵浦光轉(zhuǎn)換為單模泵浦光。本發(fā)明的摻鉺光纖放大器中采用多模泵浦激光器作為泵浦光源，多模泵浦激光器功率大，配合高效的模式變換器，可大幅提高EDFA的輸出功率。
【專利說明】摻鉺光纖放大器
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，尤其涉及一種摻鉺光纖放大器。
【【背景技術(shù)】】
[0002]慘輯光纖放大器(EDFA,Erbium-doped Optical Fiber Amplifier)是對(duì)信號(hào)光放大的一種有源光器件，已經(jīng)成為光纖通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。EDFA能夠有效補(bǔ)償信號(hào)光在長距離傳輸和分波造成的衰減，極大的推動(dòng)了光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展。
[0003]現(xiàn)有的摻鉺光纖放大器的基本光路結(jié)構(gòu)如圖1中所示。從輸入端經(jīng)過輸入隔離器13隔離后的信號(hào)光與單模泵浦激光器19輸出的泵浦光通過泵浦-信號(hào)合波器14注入摻鉺光纖15，從而激發(fā)鉺離子。通過受激輻射放大過程放大信號(hào)光。其中，單模泵浦激光器14為能量源，其波長通常為980nm波段(波長范圍960nm?990nm)或1480nm波段(1470nm?1500nm)。
[0004]由于受激光器管芯功率密度和單模耦合效率的限制，單模泵浦激光器的功率水平很有限，目前商用功率最大的980nm和1480nm泵浦激光器分別為750mW和500mW。基于這類泵浦源的EDFA的最大輸出功率也只有百毫瓦水平，而且價(jià)格非常高。因此，設(shè)計(jì)大功率的EDFA就顯然非常重要。
[0005]隨著FTTH (Fiber To The Home)的深入，尤其是三網(wǎng)合一的推進(jìn)，系統(tǒng)商對(duì)大功率的EDFA需求也越來越迫切。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006]有鑒于此,實(shí)有必要提供一種大功率的摻鉺光纖放大器。
[0007]—種摻鉺光纖放大器，所述摻鉺光纖放大器包括放大光路和泵浦光源，所述泵浦光源輸出泵浦光至所述放大光路進(jìn)行放大，所述泵浦光源包括多模泵浦激光器及模式變換器，所述多模泵浦激光器的輸出端與所述模式變換器的輸入端相連將所述多模泵浦激光器發(fā)出的多模泵浦光轉(zhuǎn)換為單模泵浦光。
[0008]在其中至少一個(gè)實(shí)施例中，所述放大光路為同向放大光路，所述放大光路包括輸入隔離器、泵浦信號(hào)合波器、摻鉺光纖和輸出隔離器，所述泵浦信號(hào)合波器的泵浦端與所述泵浦光源的輸出相連，所述泵浦信號(hào)合波器的信號(hào)端與所述輸入隔離器的輸出端相連，所述泵浦信號(hào)合波器的公共端與所述摻鉺光纖的信號(hào)輸入端相連，所述摻鉺光纖的信號(hào)輸出端與所述輸出隔離器的輸入端相連。
[0009]在其中至少一個(gè)實(shí)施例中，所述放大光路為反向放大光路，所述放大光路包括輸入隔離器、摻鉺光纖、泵浦信號(hào)合波器和輸出隔離器，所述輸入隔離器的輸出端與所述摻鉺光纖的輸入端相連，所述泵浦信號(hào)合波器的泵浦端與所述泵浦光源的輸出相連，所述泵浦信號(hào)合波器的信號(hào)端與所述摻鉺光纖的輸出端相連，所述泵浦信號(hào)合波器的公共端與所述輸出隔離器的輸入端相連。
[0010]在其中至少一個(gè)實(shí)施例中，所述泵浦光源包括第一泵浦光源和第二泵浦光源，所述放大光路為雙向放大光路，所述放大光路包括輸入隔離器、第一泵浦信號(hào)合波器、摻鉺光纖、第二泵浦信號(hào)合波器和輸出隔離器，所述第一泵浦光源包括第一多模泵浦激光器和第一模式變換器，所述第二泵浦光源包括第二多模泵浦激光器和第二模式變換器，所述第一多模泵浦激光器、第二多模泵浦激光器所發(fā)出的多模泵浦光分別經(jīng)過所述第一模式變換器、第二模式變換器轉(zhuǎn)換為第一單模泵浦光、第二單模泵浦光，所述第一單模泵浦光輸入至所述第一泵浦信號(hào)合波器的泵浦端，所述第一泵浦信號(hào)合波器的公共端與所述摻鉺光纖的信號(hào)輸入端相連，所述第二單模泵浦光輸出至所述第二泵浦信號(hào)合波器的泵浦端，所述第二泵浦信號(hào)合波器的公共端與所述摻鉺光纖的信號(hào)輸出端相連，所述第二泵浦信號(hào)合波器的信號(hào)端與所述輸出隔離器的輸入端相連。
[0011]在其中至少一個(gè)實(shí)施例中，所述摻鉺光纖放大器包括N路所述放大光路，所述泵浦光源包括IxN耦合器，所述泵浦光源的所述模式變換器的輸出端與所述IxN耦合器的輸入相連將從所述模式變換器得到的單模泵浦光分為N份分別輸出至N路所述放大光路。
[0012]在其中至少一個(gè)實(shí)施例中，所述IxN耦合器的泵浦光分光分為N份為均分或按預(yù)設(shè)的比例分配。
[0013]本發(fā)明的摻鉺光纖放大器采用采用多模泵浦激光器輸出經(jīng)過模式變換器后轉(zhuǎn)換為單模光，并通過泵浦信號(hào)合波器對(duì)摻鉺光纖進(jìn)行同向、反向或雙向泵浦，實(shí)現(xiàn)利用多模泵浦激光器放大單模信號(hào)的目的。本發(fā)明的摻鉺光纖放大器中采用多模泵浦激光器作為泵浦光源，多模泵浦激光器功率大，配合高效的模式變換器，可大幅提高EDFA的輸出功率。此夕卜，多模泵浦激光器的單位功率的體積遠(yuǎn)小于常規(guī)單模泵浦激光器，且驅(qū)動(dòng)電路簡單，可有精簡EDFA和EDFA陣列的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0014]圖1為現(xiàn)有的摻鉺光纖放大器的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的摻鉺光纖放大器的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3為本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的摻鉺光纖放大器的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4為本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例的摻鉺光纖放大器的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖5為本發(fā)明的第四優(yōu)選實(shí)施例的摻鉺光纖放大器的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0019]為更好地理解本發(fā)明，以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0020]為了提高EDFA的輸出功率，獲得大功率的泵浦源是關(guān)鍵。目前，電信級(jí)多模泵浦激光器輸出功率可達(dá)8W，大功率無制冷穩(wěn)頻多模泵浦激光器也已經(jīng)商用，且價(jià)格低廉，每毫瓦功率的價(jià)格是單模泵浦激光器的十分之一。這些都為提升EDFA輸出功率奠定了基礎(chǔ)。目前，基于多模泵浦的鉺鐿共摻雙包層光纖放大器(EYDFA)的功率水平可達(dá)10W，但EYDFA的增益帶寬無法覆蓋全C波段，且在直調(diào)多載波系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)存在非線性失真問題。因此，為了將多模泵浦激光器用于單模EDFA系統(tǒng)，必須將多模泵浦激光器的輸出光高效地轉(zhuǎn)換為單模光，多模-單模的理論轉(zhuǎn)換效率可達(dá)95%。本發(fā)明正是基于大功率多模泵浦激光器和模式變換器設(shè)計(jì)的大功率低成本摻鉺光纖放大器。
[0021]請(qǐng)結(jié)合參閱圖2，本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的摻鉺光纖放大器包括放大光路和泵浦光源(如圖2中上下兩個(gè)虛線框所示)，泵浦光源輸出泵浦光至放大光路進(jìn)行同向放大。放大光路包括第一稱合器21、第一 PIN管22、輸入隔離器23、泵浦信號(hào)合波器24、摻鉺光纖25、輸出隔離器26、第二耦合器27及第二 PIN管28，泵浦光源包括多模泵浦激光器29及模式變換器20。
[0022]在圖1所示的實(shí)施例中，泵浦光源采用多模泵浦激光器29的輸出端與模式變換器20的輸入端相連，模式變換器20高效地將多模泵浦光轉(zhuǎn)換為單模泵浦光。
[0023]模式變換器20的輸出與泵浦信號(hào)合波器24的泵浦端相連，泵浦信號(hào)合波器24的公共端與摻鉺光纖25的信號(hào)輸入端相連，泵浦信號(hào)合波器24的信號(hào)端與輸入隔離器23的輸出端相連，變換得到的單模泵浦光經(jīng)泵浦信號(hào)合波器24注入并激發(fā)摻鉺光纖25，實(shí)現(xiàn)多模泵浦激光器29對(duì)信號(hào)光的同向放大。
[0024]摻鉺光纖25的信號(hào)輸出端與輸出隔離器26相連,將放大后的信號(hào)光輸出。圖2中的第一耦合器21、第一 PIN管22和第二耦合器27、第二 PIN管28分別為光纖放大器的輸入端探測(cè)和輸出端探測(cè)，便于對(duì)對(duì)光纖放大器進(jìn)行監(jiān)控與管理。
[0025]請(qǐng)參閱圖3，本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的摻鉺光纖放大器包括放大光路和泵浦光源(如圖3中上下兩個(gè)虛線框所示)，泵浦光源輸出泵浦光至放大光路進(jìn)行反向放大。放大光路包括第一稱合器31、第一 PIN管32、輸入隔離器33、泵浦信號(hào)合波器34、摻鉺光纖35、輸出隔離器36、第二耦合器37及第二 PIN管38，泵浦光源包括多模泵浦激光器39及模式變換器30。其中，各器件的功能與圖2中對(duì)應(yīng)名稱的元件功能一致。
[0026]多模泵浦激光器39的輸出端與模式變換器30的輸入端相連,模式變換器30的輸出端與泵浦信號(hào)合波器34的泵浦端相連，泵浦信號(hào)合波器34的公共端與摻鉺光纖35的信號(hào)輸出端相連，泵浦信號(hào)合波器34的信號(hào)端與輸出隔離器36的輸入端相連,摻鉺光纖35的輸入端與輸入隔離器33的輸出端相連?；诖斯饴?，實(shí)現(xiàn)多模泵浦激光器39對(duì)信號(hào)光的反向放大。
[0027]請(qǐng)參閱圖4，本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例的摻鉺光纖放大器包括放大光路、第一泵浦光源和第二泵浦光源(如圖4中上、左下、右下三個(gè)虛線框所示)，第一、第二泵浦光源輸出泵浦光至放大光路進(jìn)行雙向放大。放大光路包括第一稱合器41、第一 PIN管42、輸入隔離器43、第一泵浦信號(hào)合波器44a、摻鉺光纖45、第二泵浦信號(hào)合波器44b、輸出隔離器46、第二耦合器47、第二 PIN管48，第一泵浦光源包括第一多模泵浦激光器49a和第一模式變換器40a，第二泵浦光源包括第二多模泵浦激光器49b及第二模式變換器40b。其中，各器件的功能與圖2中對(duì)應(yīng)名稱的元件功能一致。
[0028]第一多模泵浦激光器49a、第二多模泵浦激光器49b所發(fā)出的多模泵浦光分別經(jīng)過第一模式變換器40a、第二模式變換器40b轉(zhuǎn)換為第一單模泵浦光、第二單模泵浦光。輸入隔離器43的輸出端與第一泵浦信號(hào)合波器44a的信號(hào)端相連,第一單模泵浦光輸入至第一泵浦信號(hào)合波器44a的泵浦端，第一泵浦信號(hào)合波器44a的公共端與摻鉺光纖25的信號(hào)輸入端相連。第二單模泵浦光輸出至第二泵浦信號(hào)合波器44b的泵浦端，第二泵浦信號(hào)合波器44b的公共端與摻鉺光纖45的信號(hào)輸出端相連，第二泵浦信號(hào)合波器44b的信號(hào)端與輸出隔離器46的輸入端相連。由此，摻鉺光纖放大器可對(duì)信號(hào)光實(shí)現(xiàn)雙向放大，其工作方法可參照?qǐng)D2和圖3的相關(guān)闡述。
[0029]請(qǐng)參閱圖5，本發(fā)明的第四優(yōu)選實(shí)施例的摻鉺光纖放大器的結(jié)構(gòu)示意圖，其為N路陣列結(jié)構(gòu)摻鉺光纖放大器。摻鉺光纖放大器包括N路放大光路和泵浦光源，泵浦光源分別輸出N路泵浦光至N路放大光路進(jìn)行同向放大。泵浦光源包括多模泵浦激光器59、模式變換器50及IxN耦合器50η。N路放大光路(51a?58a、5Ib?58b、......、5In?58η)中每一路放大光路的結(jié)構(gòu)與圖2中所示的光路相同。
[0030]其中，多模泵浦激光器59的輸出與模式變換器50的輸入相連,模式變換器50的輸出與IxN耦合器50η的輸入相連。從模式變換器50得到的大功率單模泵浦光經(jīng)IxN耦合器50η后分為N份，作為N路EDFA子光路的泵浦源，泵浦分光可根據(jù)實(shí)際要求，通過選擇合適的IxN耦合器50η進(jìn)行均分或按一定比例分配。該EDFA陣列的結(jié)構(gòu)除泵浦部分外，與圖2所示的單個(gè)EDFA光路一致，因此不再贅述。
[0031]需要指出的是，圖5所示的實(shí)施例中的N路陣列結(jié)構(gòu)摻鉺光纖放大器為同向放大，在其它優(yōu)選實(shí)施例中，只需將N路放大光路改變?yōu)閳D3或圖4中的放大光路的結(jié)構(gòu)，也可實(shí)現(xiàn)反向或雙向放大的效果，在此不作贅述。
[0032]綜合以上各點(diǎn)，本發(fā)明的摻鉺光纖放大器，采用多模泵浦激光器輸出經(jīng)過模式變換器后轉(zhuǎn)換為單模光，并通過泵浦信號(hào)合波器對(duì)摻鉺光纖進(jìn)行同向、反向或雙向泵浦，實(shí)現(xiàn)利用多模泵浦激光器放大單模信號(hào)的目的。本發(fā)明的摻鉺光纖放大器還采用模式變換器結(jié)合IxN耦合器使用，先將多模泵浦光變換為單模光，再通過IxN耦合器平均或按比例分為多束，然后激勵(lì)N段摻鉺光纖，實(shí)現(xiàn)單個(gè)多模泵浦激光器在多段鉺纖EDFA或EDFA陣列中的有效利用。本發(fā)明的摻鉺光纖放大器克服現(xiàn)有常規(guī)EDFA輸出功率水平偏低且價(jià)格較高的缺點(diǎn)和不足，提供一種能大幅提高放大器輸出功率水平、顯著降低放大器單位功率輸出成本的EDFA方案。與現(xiàn)有的技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0033](I)本發(fā)明的摻鉺光纖放大器中采用多模泵浦激光器作為泵浦光源，多模泵浦激光器功率大，配合高效的模式變換器，可大幅提高EDFA的輸出功率。
[0034](2)本發(fā)明的摻鉺光纖放大器與包層泵浦的EYDFA有本質(zhì)的區(qū)別，實(shí)現(xiàn)單模泵浦EDFA的大功率輸出，可實(shí)現(xiàn)全C波段信號(hào)的放大，而且可以避免在直調(diào)制多載波系統(tǒng)中由于包層泵浦導(dǎo)致的非線性失真問題。
[0035](3)相對(duì)常規(guī)制冷型單模泵浦激光器而言，無制冷穩(wěn)頻設(shè)計(jì)的多模泵浦激光器功耗低，能有效降低大功率輸出EDFA的功耗，為用戶系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)和散熱設(shè)計(jì)優(yōu)化創(chuàng)造條件。
[0036](4)多模泵浦激光器的單位功率的體積遠(yuǎn)小于常規(guī)單模泵浦激光器，且驅(qū)動(dòng)電路簡單，可有精簡EDFA和EDFA陣列的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
[0037]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種摻鉺光纖放大器,其特征在于:所述摻鉺光纖放大器包括放大光路和泵浦光源，所述泵浦光源輸出泵浦光至所述放大光路進(jìn)行放大，所述泵浦光源包括多模泵浦激光器及模式變換器，所述多模泵浦激光器的輸出端與所述模式變換器的輸入端相連將所述多模泵浦激光器發(fā)出的多模泵浦光轉(zhuǎn)換為單模泵浦光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻鉺光纖放大器，其特征在于:所述放大光路為同向放大光路，所述放大光路包括輸入隔離器、泵浦信號(hào)合波器、摻鉺光纖和輸出隔離器，所述泵浦信號(hào)合波器的泵浦端與所述泵浦光源的輸出相連，所述泵浦信號(hào)合波器的信號(hào)端與所述輸入隔離器的輸出端相連，所述泵浦信號(hào)合波器的公共端與所述摻鉺光纖的信號(hào)輸入端相連，所述摻鉺光纖的信號(hào)輸出端與所述輸出隔離器的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻鉺光纖放大器，其特征在于:所述放大光路為反向放大光路，所述放大光路包括輸入隔離器、摻鉺光纖、泵浦信號(hào)合波器和輸出隔離器，所述輸入隔離器的輸出端與所述摻鉺光纖的輸入端相連，所述泵浦信號(hào)合波器的泵浦端與所述泵浦光源的輸出相連，所述泵浦信號(hào)合波器的信號(hào)端與所述摻鉺光纖的輸出端相連，所述泵浦信號(hào)合波器的公共端與所述輸出隔離器的輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻鉺光纖放大器，其特征在于:所述泵浦光源包括第一泵浦光源和第二泵浦光源，所述放大光路為雙向放大光路，所述放大光路包括輸入隔離器、第一泵浦信號(hào)合波器、摻鉺光纖、第二泵浦信號(hào)合波器和輸出隔離器，所述第一泵浦光源包括第一多模泵浦激光器和第一模式變換器，所述第二泵浦光源包括第二多模泵浦激光器和第二模式變換器，所述第一多模泵浦激光器、第二多模泵浦激光器所發(fā)出的多模泵浦光分別經(jīng)過所述第一模式變換器、第二模式變換器轉(zhuǎn)換為第一單模泵浦光、第二單模泵浦光，所述第一單模泵浦光輸入至所述第一泵浦信號(hào)合波器的泵浦端，所述第一泵浦信號(hào)合波器的公共端與所述摻鉺光纖的信號(hào)輸入端相連，所述第二單模泵浦光輸出至所述第二泵浦信號(hào)合波器的泵浦端，所述第二泵浦信號(hào)合波器的公共端與所述摻鉺光纖的信號(hào)輸出端相連，所述第二泵浦信號(hào)合波器的信號(hào)端與所述輸出隔離器的輸入端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的摻鉺光纖放大器，其特征在于:所述摻鉺光纖放大器包括N路所述放大光路，所述泵浦光源包括IxN耦合器，所述泵浦光源的所述模式變換器的輸出端與所述IxN耦合器的輸入相連將從所述模式變換器得到的單模泵浦光分為N份分別輸出至N路所述放大光路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的摻鉺光纖放大器，其特征在于:所述IxN耦合器的泵浦光分光分為N份為均分或按預(yù)設(shè)的比例分配。
【文檔編號(hào)】G02F1/39GK104134924SQ201410305323
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】何文平, 卜勤練, 王錕, 馬延峰 申請(qǐng)人:武漢光迅科技股份有限公司