CN102122992A - 一种低噪声光纤放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低噪声光纤放大器，由于自发辐射是低噪声光纤放大器中主要的噪声源，为了降低自发辐射，提高泵浦的效率，本发明设计了一个使用四个波分复用器级联的改进结构，因为自发辐射同样要得到低噪声光纤放大器的放大，这个低噪声光纤放大器中的自发辐射经过第二个和第三个波分复用器的滤波功能后，很大程度地抑制了自发辐射，也因此减少了自发辐射消耗的泵浦光，提高了泵浦的效率。最后再对放大的光信号通过第四个波分复用器进行滤波，第四个波分复用器输出的泵浦光经反射镜反射按原路返回，再次提高了泵浦的效率，从而不但能很好的消除放大引入的噪声，而且泵浦的使用效率更高。

Description

一种低噪声光纤放大器

技术领域

本发明涉及低噪声光纤放大器技术领域，尤其涉及一种低噪声光纤放大技术领域。

背景技术

在当前光通讯技术领域中，现有低噪声光纤放大器的典型结构为采用一只或多只激光二级管LD作为泵浦光源，经波分复用器，对一段稀土掺杂光纤进行正向、反向或双向泵浦，LD波长通常为980nm或1480nm波段。

低噪声光纤放大器主要由掺铒光纤、泵浦激光器、波分复用器和光隔离器等几部分组成。按照泵浦方式的不同，低噪声光纤放大器的基本结构可分为正向泵浦、反向泵浦和双向泵浦，正向泵浦是因为泵浦光与输入信号光是沿同一方向一起传播的。如果泵浦光沿着与输入信号光相反的方向传播，则称为反向泵浦。双向泵浦则是输入信号光的正反传播方向上具有泵浦光泵入。

正向泵浦结构虽然噪声较低，但是其输出功率也比较低，而后向泵浦结构在提供较大的输出功率的同时也产生了较大的噪声；双向泵浦结构的泵浦光从两个相反的方向进入掺铒光纤，这种结构信号输出功率最大，但是由于自发辐射的存在，导致其噪声偏大。

基于低噪声光纤放大器的工作原理，在增益恒定时，需要的泵浦激光器功率随输入光信号的功率递增。因此，泵浦激光器稳定的输出功率范围，决定了所述低噪声光纤放大器的增益范围。在实际使用的泵浦激光器中，由于泵浦激光器的工作原理、生产工艺等原因，可使用的泵浦激光器的最大输出功率、最小稳定输出功率都有一定的范围限制。当输入光信号的功率较小时，低噪声光纤放大器从以往多数低噪声光纤放大器设计来看，几乎所有的方案均采用了正向、反向或双向泵浦结构。这些结构主要存在稳定性差、信噪比较低，泵浦利用效率低等缺点。

鉴于此，实有必要提供一种改善小信号工作点稳定度和提高泵浦利用效率的低噪声光纤放大器来解决小信号输入时放大器输出的稳定性问题，并将此方案应用到低噪声光纤放大器设计中，使得在相同工作条件下降低低噪声光纤放大器的噪声，提高泵浦激光器的利用效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有低噪声光纤放大器存在的缺点和不足，提供一种低噪声光纤放大器。

本发明采用的技术方案为：

一种低噪声光纤放大器，包括泵浦激光器，波分复用器，掺铒光纤，其特征在于：泵浦激光器与第一个波分复用器相连，所述第一个波分复用器和第二个波分复用器的公共端口通过掺铒光纤相连，第二个波分复用器和第三个波分复用器的两个端口分别相连，第三个波分复用器和第四个波分复用器的公共端口通过掺铒光纤相连。

输入光信号和泵浦激光器发出的泵浦光通过第一个波分复用器进入掺铒光纤，掺铒光纤中掺杂的铒离子吸收泵浦光的能量后由基态跃迁到处于高能级的泵浦态，然后迅速以非辐射方式由泵浦态跃迁至亚稳态，当有1550nm的输入光信号通过已被激活的掺铒光纤时，在输入光信号的感应下，所述的亚稳态上的粒子以收集受激辐射的方式跃迁到基态，同时释放出一个与输入光信号全同的光子，从而实现了输入光信号在掺铒光纤的传播过程中不断放大。在放大过程中，亚稳态上的粒子也会以自发辐射的方式跃迁到基态，自发辐射产生的光子也会被放大，这种放大的自发辐射会消耗泵浦光并引入噪声。

放大后的输入光信号、泵浦光及铒离子自发辐射产生的噪声光等进入第二个波分复用器过滤，滤掉自发辐射产生的噪声光，分离出单一的输入光信号和泵浦光，再经过第三个波分复用器的合波作用，进入第二段掺铒光纤，此时，泵浦光经前一段掺铒光纤衰减，光功率有所减弱，所以在第二段掺铒光纤中产生的自发辐射较少，输入光信号进一步放大，经过最后一个波分复用器的滤波，分离出放大后的输入光信号和泵浦光。

为了达到更好的效果，可以在第二个波分复用器和第三个波分复用器之间以及第四级个分复用器之后加入光隔离器，从而防止后端的输入光信号回传，影响低噪声光纤放大器的信噪比。

为了尽可能的将泵浦光利用完全，可以在第四级的泵浦光输出端连接一反射装置，多余的泵浦光被第四个波分复用器分出后，在该反射镜处反射，重新通过第四个人波分复用器进入第二段掺铒光纤，实现重复利用。

由于本发明采用四级波分复用器，滤去了由于铒离子自发辐射产生的噪声源，提高了信噪比，同时将泵浦光基本锁定在第一光复合器和第四光复合器之间，防止了泵浦光的泄漏，也改善了泵浦转换效率。

本发明所用的四级波分复用器采用1×2波分复用器，包括公共端口、短波长端口、长波长端口。

所述的泵浦激光器是一种半导体激光器，本发明选用输出波长为980nm或1480nm波段，所述的输入光信号波长为1550nm波段。

相较于现有技术，本发明的有益效果在于：该低噪声光纤放大器采用的是多级级联结构，使整个光纤传输系统得到理想的放大效果。由于自发辐射是低噪声光纤放大器中主要的噪声源，为了降低自发辐射，提高泵浦的效率，本发明设计了一个使用四个波分复用器级联的改进结构，因为自发辐射同样要得到低噪声光纤放大器的放大，这个低噪声光纤放大器中的自发辐射经过第二个波分复用器和第三个波分复用器的滤波功能后，很大程度地抑制了自发辐射，也因此减少了自发辐射消耗的泵浦光，提高了泵浦的效率。最后再对放大的输入光信号通过第四个波分复用器进行滤波，第四个波分复用器输出的泵浦光经反射镜反射按原路返回，再次提高了泵浦光的效率，从而不但能很好的消除放大引入的噪声，而且泵浦光的使用效率更高。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图

图2为本发明实施例2的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明所述的低噪声光纤放大器的具体实施步骤。

实施例1：本实施例中，低噪声光纤放大器的结构示意图如图1所示，一种低噪声光纤放大器，包括泵浦激光器5，1×2波分复用器1，1×2波分复用器2，1×2波分复用器3，1×2波分复用器4，掺铒光纤6，掺铒光纤7，泵浦激光器5与1×2波分复用器1相连，所述1×2波分复用器1和1×2波分复用器2的公共端口通过掺铒光纤6相连，1×2波分复用器2和1×2波分复用器3的两个端口分别相连，1×2波分复用器3和1×2波分复用器4的公共端口通过掺铒光纤7相连。

输入光信号和泵浦激光器5发出的泵浦光通过1×2波分复用器1进入掺铒光纤6，掺铒光纤6中掺杂的铒离子吸收泵浦光的能量后由基态跃迁到处于高能级的泵浦态，然后迅速以非辐射方式由泵浦态跃迁至亚稳态，当有1550nm的输入光信号通过已被激活的掺铒光纤6时，在输入光信号的感应下，所述的亚稳态上的粒子以收集受激辐射的方式跃迁到基态，同时释放出一个与输入光信号全同的光子，从而实现了输入光信号在掺铒光纤的传播过程中不断放大。在放大过程中，亚稳态上的粒子也会以自发辐射的方式跃迁到基态，自发辐射产生的光子也会被放大，这种放大的自发辐射会消耗泵浦光并引入噪声。

放大后的输入光信号、泵浦光及铒离子自发辐射产生的噪声光等进入1×2波分复用器2过滤，滤掉自发辐射产生的噪声光，分离出单一的输入光信号和泵浦光，再经过1×2波分复用器3的合波作用，进入掺铒光纤7，此时，泵浦光经掺铒光纤6衰减，光功率有所减弱，所以在掺铒光纤7中产生的自发辐射较少，输入光信号进一步放大，经过1×2波分复用器4的滤波，分离出放大后的输入光信号和泵浦光。

本实施例选用的泵浦激光器是一种半导体激光器，选用输出波长为980nm波段，所述的输入光信号波长为1550nm波段。

实施例2

实施例2：本实施例中，低噪声光纤放大器的结构示意图如图2所示，一种低噪声光纤放大器，包括泵浦激光器5、1×2波分复用器1，1×2波分复用器2、1×2波分复用器3、1×2波分复用器4，掺铒光纤6和掺铒光纤7，光隔离器8和光隔离器9，以及反射镜10。泵浦激光器5与1×2波分复用器1相连，所述1×2波分复用器1和1×2波分复用器2的公共端口通过掺铒光纤6相连，1×2波分复用器2和1×2波分复用器3的两个短波长端口分别相连，1×2波分复用器2和1×2波分复用器3的两个长波长端口之间连接光隔离器8，1×2波分复用器3和1×2波分复用器4的公共端口通过掺铒光纤7相连，1×2波分复用器4的长波长端口连接光隔离器9，1×2波分复用器4的短波长端口连接反射镜10。

所述的光隔离器8和光隔离器9是一种单向光传输器件，本发明选用输出波长为1550nm波段的，可有效阻止后端产生的散射光信号向前传输，增加干扰。

所述光反射镜10为单面抛光的高反射率半导体晶片，将低噪声光纤放大器中未完全利用的泵浦光反射使其原路返回，继续利用，提高泵浦光转换效率。

所述低噪声光纤放大器采用四级波分复用器，而将泵浦光基本锁定在波分复用器1和波分复用器4之间，基本防止了泵浦光的泄漏，提高了低噪声放大器的信噪比，也改善了泵浦转换效率。

以上所述者，仅为本发明的最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其他变形和改变。

Claims (5)

1.一种低噪声光纤放大器，包括泵浦激光器、波分复用器、掺铒光纤，其特征在于：泵浦激光器与第一个波分复用器相连，所述第一个波分复用器和第二个波分复用器的公共端口通过掺铒光纤相连，第二个波分复用器和第三个波分复用器的端口分别相连，第三个波分复用器和第四个波分复用器的公共端口通过掺铒光纤相连。

2.根据权利要求1所述的一种低噪声光纤放大器，其特征在于：所述的第二个波分复用器和第三个波分复用器的长波长端口间连接一光隔离器，所述的第四个波分复用器的长波长端口连接一光隔离器。

3.根据权利要求1或2所述的一种低噪声光纤放大器，其特征在于：所述的第四个波分复用器的短波长端口连接一反射装置。

4.根据权利要求1所述的一种低噪声光纤放大器，其特征在于：所述的反射装置为一反射镜。

5.根据权利要求1所述的一种低噪声光纤放大器，其特征在于：所述的波分复用器均采用1×2波分复用器，包括公共端口、短波长端口、长波长端口。

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