CN101013247A - 一种高性能的自由空间光纤放大器模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高性能的自由空间光纤放大器模块，在光纤放大器模块的基本单元中设置消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜，通过消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜对输入其中的光进行偏转方向后输出，将输入信号光与泵浦光通过基本单元输出到光纤放大器，实现光信号的泵浦放大，基本单元中的各光学元件在自由空间内按光路方向进行排列。当采用上述结构，能实现光路的弯曲、偏转及信号光与泵浦光的合成，从而使各模块中各光学元件之间无需光纤熔接，输入信号光和泵浦光均能在自由空间中实现光信号的加载、合成和处理，从而有效减小光路的损耗和体积，使产品实现模块化，提高产品性能，降低成本。

Description

一种高性能的自由空间光纤放大器模块

技术领域  本发明涉及光纤放大器领域，尤其涉及可在自由空间排列光学元件的光纤放大器模块领域。

背景技术  光纤放大器的出现，可视为光纤通信发展史上的重要里程碑。在光纤放大器出现之前，光纤通信的中继器无-例外地采用光——电——光变换方式，导致通信系统复杂化，进而导致系统的效率降低、造价提高及其他一些问题的出现。因此，长期以来人们一直致力于全光型中继器的研制，并先后推出多种光放大器，如：喇曼放大器、半导体光放大器、利用稀土掺杂的光纤放大器等。光纤放大器有高增益、高饱和输出功率及低噪声等特点，已成为光纤通信系统中的关键器件。

目前光纤放大器的基本结构单元按泵浦方式可以一般分为三种类型：如图1所示的前向泵浦、如图2所示的后向泵浦和如图3所示的双向泵浦。这三种类型的基本结构单元主要由两个光隔离器12、16，合波器或波分复用器件(即WDM)13(双向泵浦光纤放大器需要2个以上合波器或WDM)，增益光纤15，光滤波器17、泵浦光源14(双向泵浦需要2个泵浦光源)等组成。整个系统基本通过光纤熔接的方式来实现连接。

该结构的主要缺点如下：1、必须采用光纤熔接，熔接点多、成本高；2、整体结构复杂，可靠性低；3、插入损耗大，配置不灵活等。随着光纤网络不断复杂化及成本要求，人们迫切需要可以模块化集成及易扩展，成本低且可靠性高的光纤放大器。

发明内容  本发明的主要目的是提出一种无需光纤熔接就能在自由空间上组合光学元件以实现加载、合成、处理光放大器的信号光和泵浦光的用于高性能放大的光纤放大器模块。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：在光纤放大器模块的基本单元中设置消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜，通过消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜对输入其中的光进行偏转方向后输出，将输入信号光与泵浦光通过基本单元输出到光纤放大器，实现光信号的泵浦放大，基本单元中的各光学元件在自由空间内按光路方向进行排列。

当采用上述结构后，该消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜，能实现光路的弯曲、偏转及信号光与泵浦光的合成，从而使各模块中各光学元件之间无需光纤熔接，输入信号光和泵浦光均能在自由空间中实现光信号的加载、合成和处理，从而有效减小光路的损耗和体积，使产品实现模块化，提高产品性能，降低成本。

本发明还可采用一个N级基本单元输出的信号光作为N+1级基本单元的输入信号光，N≥1。这样，将基本单元通过适当的变化与组合，可以灵活的组成多重放大的自由空间光纤放大器模块，以满足用户的不同要求。

本发明可将N个基本单元置于一个或多个基片上，基片上设有输入信号光接口、输出信号光接口和泵浦光源接口。

本发明的基本单元可以包含消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜、光探测器，输入信号光与泵浦光分别通过各自对应的消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜后，其部分光路被反射，实现分光，部分光路被偏转方向后射出形成输出信号光，被反射的输入信号光被光探测器接收，输出信号光与被反射的泵浦光混合进入光纤放大器，实现光信号的正向泵浦放大。

本发明的基本单元可以包含单光纤准直器、消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜、光探测器、双光纤分波合波器件，输入信号光经单光纤准直器后，其部分光路在消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜内被分光后由光探测器接收，部分光路被偏转方向后输出，输出信号光和正向泵浦光通过双光纤分波合波器件同向输出到光纤放大器，实现光信号的正向泵浦放大。

本发明的基本单元可以包含单光纤准直器、消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜、光探测器、双光纤分波合波器件，光纤放大器设于消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜前，反向泵浦光经双光纤分波合波器件后，在消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜内被偏转方向后输出，与输入信号光相反方向输出到光纤放大器，实现光信号的反向泵浦放大，形成的混合光束通过消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜，其部分光路在消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜内被分光后由光探测器接收，部分光路被偏转方向后输出，输出信号光通过双光纤分波合波器件输出到光纤放大器。

综上所述，本发明采用在自由空间组合光学元件的方法实现加载、合成、处理光放大器的信号光和泵浦光，与现有技术相比，无需光纤熔接，消除分立元件断线的危险，具有体积小、成本低、插入损耗小、可靠性高、易于实现系统模块化、方便系统管理和优化等优点。

附图说明  下面结合附图对本发明作进一步的描述：

图1是现有的光放大器之一的结构原理图；

图2是现有的光放大器之二的结构原理图；

图3是现有的光放大器之三的结构原理图；

图4是本发明实施例1的消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜的结构示意图；

图5是本发明的实施例1的结构示意图；

图6是本发明的实施例2结构示意图；

图7是本发明的实施例3的结构示意图；

图8是本发明的实施例2的三级基本单元具体运用的结构示意图。

具体实施方式  请参阅图5所示，本发明的基本单元包含单光纤准直器3、光隔离器4、上消偏振分光滤波片50、下消偏振分光滤波片60、光探测器7。

待放大的输入信号光1经过光隔离器4入射到上消偏振分光滤波片50上，一定比例的输入信号光1被上消偏振分光滤波片50的反射面501反射，反射信号光11被光探测器7接收；一定比例的输入信号光1进入上消偏振分光滤波片50中，透过上消偏振分光滤波片50的透射面502，形成透射信号光12。

泵浦光2入射到下消偏振分光滤波片60上，一定比例的入射泵浦光2被下消偏振分光滤波片60的反射面601反射，反射泵浦光21入射到上消偏振分光滤波片50的透射面502上；反射泵浦光21被上消偏振滤波片50的透射面502反射，与透射信号光12合成为一混合光束13，耦合进入光纤放大器9，输出正向泵浦放大的信号光。

请参阅图6所示，本发明的基本单元包含单光纤准直器3、光隔离器4、前消偏振分光滤波片5、后消偏振分光滤波片6、光探测器7、双光纤分波合波器件8。

待放大的输入信号光1经过单光纤准直器3和光隔离器4入射到前消偏振分光滤波片5上，一定比例的输入信号光1被前消偏振分光滤波片5的第一反射面51反射，部分反射信号光11再被第二反射面52反射，被光探测器7接收；部分反射信号光11透过前消偏振分光滤波片5的第二反射面52和后消偏振分光滤波片6的透射面61进入后消偏振分光滤波片6中，形成透射信号光12；一定比例的透射信号光12被后消偏振分光滤波片6的反射面62反射后，射出后消偏振分光滤波片6，通过双光纤分波合波器件8耦合进入光纤放大器9。正向泵浦光21通过双光纤分波合波器件8同向耦合进入光纤放大器7，实现光信号的正向泵浦放大。

请参阅图7所示，此种结构的基本单元是在实施例2的基础上，在消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜前设有光纤放大器9。

反向泵浦光22透过双光纤分波合波器件8进入后消偏振分光滤波片6，在后消偏振分光滤波片6内被反射面62反射后，透过后消偏振分光滤波片6的透射面61和前消偏振分光滤波片5的第二反射面52进入前消偏振分光滤波片5，成为透射泵浦光221；透射泵浦光221在前消偏振分光滤波片5内被第一反射面51反射后，形成反射泵浦光222，透出前消偏振分光滤波片5，反向耦合进入光纤放大器9。待放大的输入光信号1通过单光纤准直器3及光隔离器4正向耦合进入光纤放大器9，与反射泵浦光222混合，实现光信号的反向泵浦放大。

放大后的输入信号光1入射到前消偏振分光滤波片5上，一定比例的输入信号光1被前消偏振分光滤波片5的第一反射面51反射，部分反射信号光11再被第二反射面52反射，被光探测器7接收；部分反射信号光11透过前消偏振分光滤波片5的第二反射面52和后消偏振分光滤波片6的透射面61进入后消偏振分光滤波片6中，形成透射信号光12；一定比例的透射信号光12被后消偏振分光滤波片6的反射面62反射后，射出后消偏振分光滤波片6，通过双光纤分波合波器件8输出，成为放大后的输出信号光13。

上述结构中的光隔离器4用于实现光隔离作用，减小系统各部分之间的干扰，一般放置在光路输入处，也可放置在光路输出处或两处都放置。

本发明还可在光路的任何位置插入增益平坦滤波片，使放大增益更平坦。

本发明还可在光路的任何位置插入偏振合波器，使泵浦效率更高。

本发明还可在光路的任何位置插入色散补偿器件，实现色散补偿。

上述结构中的消偏振分光滤波片都可以用消偏振分光棱镜代替。

在本发明的消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜的反射面、或透射面、或反射面和透射面上可以镀有消偏振分光膜，以减少偏振相关损耗。该消偏振分光膜不仅适用于消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜，同样适用于本结构中的任意光学面。

上述结构是本发明的一级基本单元，本发明还可采用一个N(N≥1)级基本单元输出的信号光作为N+1级基本单元的输入信号光。这样，将基本单元通过适当的变化与组合，可以灵活的组成多重放大的自由空间光纤放大器模块，以满足用户的不同要求。

本发明在具体实施时，可将N级基本单元置于同一个或多个基片上，进行自由配置，实现本光纤放大器模块的自由空间模块化。如图8所示，本发明实施例2的一个三级基本单元置于一个基片20上，基片20上设有输入信号光接口201、输出信号光接口202和泵浦光源接口203，基片20置于金属壳体30中，利用全胶工艺技术粘合，实现器件集成化。其基片20材料可采用低热膨胀系数的材料，以获得极佳的温度性能。双光纤分波合波器件8采用双光纤准直器90与滤波片100组合使用可以实现合波、分波作用，实现波分复用的功能。

Claims (6)

1.一种高性能的自由空间光纤放大器模块，其特征在于：在光纤放大器模块的基本单元中设置消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜，通过消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜对输入其中的光进行偏转方向后输出，将输入信号光与泵浦光通过基本单元输出到光纤放大器，实现光信号的泵浦放大，基本单元中的各光学元件在自由空间内按光路方向进行排列。

2、如权利要求1所述的一种高性能的自由空间光纤放大器模块，其特征在于：一个N级基本单元输出的信号光作为N+1级基本单元的输入信号光，N≥1。

3、如权利要求2所述的一种高性能的自由空间光纤放大器模块，其特征在于：N个基本单元置于一个或多个基片上，基片上设有输入信号光接口、输出信号光接口和泵浦光源接口。

4、如权利要求1、2或3所述的一种高性能的自由空间光纤放大器模块，其特征在于：其基本单元包含消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜、光探测器，输入信号光与泵浦光分别通过各自对应的消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜后，其部分光路被反射，实现分光，部分光路被偏转方向后射出形成输出信号光，被反射的输入信号光被光探测器接收，输出信号光与被反射的泵浦光混合进入光纤放大器，实现光信号的正向泵浦放大。

5、如权利要求1、2或3所述的一种高性能的自由空间光纤放大器模块，其特征在于：其基本单元包含单光纤准直器、消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜、光探测器、双光纤分波合波器件，输入信号光经单光纤准直器后，其部分光路在消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜内被分光后由光探测器接收，部分光路被偏转方向后输出，输出信号光和正向泵浦光通过双光纤分波合波器件同向输出到光纤放大器，实现光信号的正向泵浦放大。

6、如权利要求1、2或3所述的一种高性能的自由空间光纤放大器模块，其特征在于：其基本单元包含单光纤准直器、消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜、光探测器、双光纤分波合波器件，光纤放大器设于消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜前，反向泵浦光经双光纤分波合波器件后，在消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜内被偏转方向后输出，与输入信号光相反方向输出到光纤放大器，实现光信号的反向泵浦放大，形成的混合光束通过消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜，其部分光路在消偏振分光滤波片或消偏振分光棱镜内被分光后由光探测器接收，部分光路被偏转方向后输出，输出信号光通过双光纤分波合波器件输出到光纤放大器。

Images