CN102195716A - 偏振保持型单模光纤放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种偏振保持型单模光纤放大器，能在放大信号光的同时，保证输出信号光偏振态稳定。本发明含有三端口光纤环行器、二极管泵浦源、泵浦保护滤波器、波分复用器、双窗口带通光谱滤波器、掺稀土元素单模光纤和45度法拉第旋转器。信号光第一次通过掺稀土元素单模光纤后，两次通过45度法拉第旋转器，两正交偏振态互换，然后第二次通过掺稀土元素单模光纤。两次通过掺稀土元素单模光纤后，信号光两正交偏振分量由单模光纤双折射所引入的相位差自动平衡，从而使单模光纤导致的偏振态变化抵消，信号光仅保留由45度法拉第旋转器引入的90度偏振态旋转。本发明输入信号光可以是线偏振、圆偏振、椭圆偏振或者其他任何确定的偏振态，可以消除使用条件和外部环境对信号光偏振态的影响，结构简单，使用效果好。
Description
技术领域
本发明属于利用掺稀土元素光纤实现近红外激光功率放大装置技术领域，具体涉及一种偏振保持型单模光纤放大器。
背景技术
众所周知，实现偏振保持型放大需要采用偏振光纤放大器来实现，而偏振光纤放大器需要采用保偏光纤及保偏光纤器件来实现，其特点是不受使用条件和外界环境的影响能实现偏振保持型放大。而普通的单模光纤放大器所采用的均为单模光纤器件，随着使用条件和外界环境的变化，单模光纤双折射所引起的偏振态的变化不是固定的，从而无法得到稳定的偏振态输出。目前，在需要使用严格线偏振光的场合主要采用保偏光纤或偏振光纤放大器来保持激光的线偏振态，这种方法的主要缺点在于保偏光纤和偏振光纤的制造工艺复杂且价格昂贵。结合偏振光纤放大器和单模光纤放大器的优点提出了一种偏振保持型单模光纤放大器的实现方法。
发明内容
为克服单模光纤放大器输出偏振态不稳定的缺点，本发明提供一种偏振保持型单模光纤放大器。本发明的偏振保持型单模光纤放大器在不影响掺稀土元素单模光纤的放大能力的同时，可以保证输出激光的偏振态的稳定。
本发明的偏振保持型单模光纤放大器含有三端口光纤环行器、二极管泵浦源、泵浦保护滤波器、波分复用器、双窗口带通光谱滤波器、掺稀土元素单模光纤和45度法拉第旋转器；三端口光纤环行器的第一端口为输入端口，第二端口为公共端口，第三端口为输出端口，三个端口均采用保偏光纤，激光在环行器内沿单一方向传输，且环行器是偏振无关的；泵浦保护滤波器为对泵浦光波段高透的光谱滤波器；波分复用器有三个端口，第一端口为泵浦光输入端口，第二端口和第三端口均为信号光输入、输出端口；双窗口带通光谱滤波器高透的两个光谱窗口分别为泵浦光波段和信号光波段；45度法拉第旋转器只有一个端口，输入光第一次通过时两正交偏振分量之间引入45度相位差，经端面反射后第二次通过时，再次引入45度相位差，累计对两正交偏振分量引入90度相位差，并由输入端口输出；两正交偏振方向分别定义为x方向和y方向。
本发明的偏振保持型单模光纤放大器的工作原理是：信号光由三端口光纤环行器第一端口输入，从环行器的第二端口输出后注入波分复用器的第二端口，二极管泵浦源采用尾纤输出，通过泵浦保护滤波器后从波分复用器第一端口输入，信号光和泵浦光经波分复用器耦合后从波分复用器第三端口输出。信号光和泵浦光经过双窗口带通光谱滤波器后进入掺稀土元素单模光纤，泵浦光被吸收，而信号光被放大，同时由于单模光纤中的双折射，两正交偏振分量累积不同的相位差，分别以Δψ x ，Δψ y 表示。放大后的信号光两次通过45度法拉第旋转器输出后其x方向和y方向的偏振分量互换。信号光再一次进入掺稀土元素单模光纤，信号功率进一步放大，由于光纤双折射状态在激光传输的极短时间几乎没有变化，因此两偏振分量再次累积相位差。经两次放大之后，两正交偏振分量在单模光纤中累积的相位差相同，均为Δψ x +Δψ y ，即单模光纤双折射所引入的偏振态变化被自身抵消了，考虑到信号光两次通过45度法拉第旋转器所引起的偏振态旋转，两次通过掺稀土元素单模光纤后的输出信号光的偏振态与输入信号光的偏振态恰好正交。信号光再次通过双窗口带通光谱滤波器、波分复用器，经由三端口光纤环行器的第二端口再次进入环行器，并最终从第三端口输出。本发明的偏振保持型单模光纤放大器利用正交偏振态互换并两次通过掺稀土元素单模光纤实现累积相位差的自动平衡，从而保证输出激光偏振态的稳定。
本发明的偏振保持型单模光纤放大器可以由对信号光波段高透的单窗口带通光谱滤波器替代，放置位置在掺稀土元素单模光纤和45度法拉第旋转器之前；或者泵浦光改为后向泵浦，单窗口光谱滤波器放置在光纤环行器之后，掺稀土元素单模光纤之前。
本发明的偏振保持型单模光纤放大器输入的信号光可以是线偏振态、圆偏振态、椭圆偏振态，或者其他能够确定的偏振态形式中的一种。
本发明的偏振保持型单模光纤放大器在放大信号光的同时，保证了输出信号光偏振态的稳定。结构简单，使用效果好。
附图说明
图1为本发明的偏振保持型单模光纤放大器的实施例1的结构框图。
图2为本发明的偏振保持型单模光纤放大器的实施例2的结构框图。
图3为本发明的偏振保持型单模光纤放大器的实施例3的结构框图。
图中,1.三端口光纤环行器 2.二极管泵浦源 3.泵浦保护滤波器 4.波分复用器 5.双窗口带通光谱滤波器 6.掺稀土元素单模光纤 7.45度法拉第旋转器 8.单窗口带通光谱滤波器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
图1中，本发明的偏振保持型单模光纤放大器含有三端口光纤环行器1、二极管泵浦源2、泵浦保护滤波器3、波分复用器4、双窗口带通光谱滤波器5、掺稀土元素单模光纤6和45度法拉第旋转器7。三端口光纤环行器的第一端口为输入端口，第二端口为公共端口，第三端口为输出端口。波分复用器有三个端口，第一端口为泵浦光输入端口，第二端口和第三端口均为信号光输入、输出端口。45度法拉第旋转器只有一个端口，输入光第一次通过后被反射，第二次通过后输出。其连接关系是：三端口光纤环行器1的第二端口与波分复用器4的第二端口连接，二极管泵浦源2的输出端与泵浦保护滤波器3的输入端连接，泵浦保护滤波器3的输出端与波分复用器4的第一端口连接，波分复用器4的第三端口、双窗口带通光谱滤波器5、掺稀土元素单模光纤6和45度法拉第旋转器7依次连接。
本实施例的工作过程是：二极管泵浦源2发出的泵浦光从输出端经泵浦保护滤波器3后注入波分复用器4的第一端口，将泵浦光耦合到掺稀土元素单模光纤6中，以激发掺稀土元素单模光纤6中的掺杂离子，增加储能；三端口光纤环行器1的第一端口输入信号光，经第二端口注入波分复用器4的第二端口，信号光经波分复用器4的第二端口输入后从第三端口输出，通过双窗口带通光谱滤波器5滤除信号光波段和泵浦光波段以外的光谱分量，并注入掺稀土元素单模光纤6，信号光在掺稀土元素单模光纤6实现功率放大，同时在传输过程中，两正交偏振分量分别累积一定的相位差；信号光经45度法拉第旋转器7后两正交偏振分量互换，再次通过掺稀土元素单模光纤6，并再次放大和累积相位差，两正交偏振分量累积的相位差自动平衡，信号光总的偏振态旋转90度；信号光再次经过双窗口带通光谱滤波器5和波分复用器4，由三端口光纤环行器1的第二端口再次注入环行器，最终从三端口光纤环行器1的第三端口输出。
实施例2
图2中，本发明的偏振保持型单模光纤放大器含有三端口光纤环行器1、二极管泵浦源2、泵浦保护滤波器3、波分复用器4、掺稀土元素单模光纤6、单窗口光谱带通滤波器8和45度法拉第旋转器7。三端口光纤环行器的第一端口为输入端口，第二端口为公共端口，第三端口为输出端口。波分复用器有三个端口，第一端口为泵浦光输入端口，第二端口和第三端口均为信号光输入、输出端口。45度法拉第旋转器只有一个端口，输入光第一次通过后被反射，第二次通过后输出。其连接关系是：三端口光纤环行器1的第二端口与波分复用器4的第二端口连接，二极管泵浦源2的输出端与泵浦保护滤波器3的输入端连接，泵浦保护滤波器3的输出端与波分复用器4的第一端口连接，波分复用器4的第三端口、掺稀土元素单模光纤6、单窗口光谱带通滤波器8和45度法拉第旋转器7依次连接。
本实施例的工作过程是：二极管泵浦源2发出的泵浦光从输出端经泵浦保护滤波器3后注入波分复用器4的第一端口，将泵浦光耦合到掺稀土元素单模光纤6中，以激发掺稀土元素单模光纤6中的掺杂离子，增加储能；三端口光纤环行器1的第一端口输入信号光，经第二端口注入波分复用器4的第二端口，信号光从波分复用器4的第二端口输入，从第三端口输出，并注入掺稀土元素单模光纤6，信号光在掺稀土元素单模光纤6实现功率放大，同时在传输过程中，两正交偏振分量分别累积一定的相位差；信号光通过单窗口光谱带通滤波器8滤除信号光波段外的光谱分量，信号光经45度法拉第旋转器7后两正交偏振分量互换，再次通过单窗口光谱带通滤波器8并注入掺稀土元素单模光纤6，经再次放大和累积相位差，两正交偏振分量累积的相位差自动平衡，信号光总的偏振态旋转90度；信号光再次经过双窗口带通光谱滤波器5和波分复用器4，由三端口光纤环行器1的第二端口再次注入环行器，最终从三端口光纤环行器1的第三端口输出。
实施例3
图3中，本发明的偏振保持型单模光纤放大器含有三端口光纤环行器1、二极管泵浦源2、泵浦保护滤波器3、波分复用器4、掺稀土元素单模光纤6、单窗口光谱带通滤波器8和45度法拉第旋转器7。三端口光纤环行器的第一端口为输入端口，第二端口为公共端口，第三端口为输出端口。波分复用器有三个端口，第一端口为泵浦光输入端口，第二端口和第三端口均为信号光输入、输出端口。45度法拉第旋转器只有一个端口，输入光第一次通过后被反射，第二次通过后输出。其连接关系是：三端口光纤环行器1的第二端口与单窗口光谱带通滤波器8、掺稀土元素单模光纤6、波分复用器4的第二端口依次连接，波分复用器4的第三端口与45度法拉第旋转器7相连，二极管泵浦源2的输出端与泵浦保护滤波器3的输入端连接，泵浦保护滤波器3的输出端与波分复用器4的第一端口连接。
本实施例的工作过程是：二极管泵浦源2发出的泵浦光从输出端经泵浦保护滤波器3后注入波分复用器4的第一端口，将泵浦光耦合到掺稀土元素单模光纤6中，以激发掺稀土元素单模光纤6中的掺杂离子，增加储能；三端口光纤环行器1的第一端口输入信号光，经第二端口输出通过单窗口光谱带通滤波器8滤除信号光波段外的光谱分量，滤波后的信号注入掺稀土元素单模光纤6进行传输放大，两正交偏振分量累积一定的相差，经第一次放大后的信号光从波分复用器4的第二端口输入，从第三端口输出，信号光第一次通过45度法拉第旋转器7后经端面反射，第二次通过45度法拉第旋转器7，两正交偏振分量互换，此后，信号光由波分复用器4的第三端口输入，从第二端口输出，并第二次进入掺稀土元素单模光纤6进行传输放大，再次累积相位差，两正交偏振分量累积的相位差自动平衡，信号光总的偏振态旋转90度，信号光再次经过单窗口带通光谱滤波器8滤波，由三端口光纤环行器1的第二端口再次注入环行器，最终从三端口光纤环行器1的第三端口输出。
Claims (4)
1.一种偏振保持型单模光纤放大器，其特征在于：所述的放大器含有三端口光纤环行器（1）、二极管泵浦源（2）、泵浦保护滤波器（3）、波分复用器（4）、双窗口带通光谱滤波器（5）、掺稀土元素单模光纤（6）和45度法拉第旋转器（7）；三端口光纤环行器（1）的第一端口为输入端口，第二端口为公共端口，第三端口为输出端口；波分复用器（4）有三个端口，第一端口为泵浦光输入端口，第二端口和第三端口均为信号光输入、输出端口；45度法拉第旋转器（7）只有一个端口，输入光第一次通过后被反射，第二次通过后输出；其连接关系是，三端口光纤环行器（1）的第二端口与波分复用器（4）的第二端口连接，二极管泵浦源（2）的输出端与泵浦保护滤波器（3）的输入端连接，泵浦保护滤波器（3）的输出端与波分复用器（4）的第一端口连接，波分复用器（4）的第三端口、双窗口带通光谱滤波器（5）、掺稀土元素单模光纤（6）和45度法拉第旋转器（7）依次连接。
2.根据权利要求1所述的偏振保持型单模光纤放大器，其特征在于：双窗口带通光谱滤波器（5）改为单窗口光谱带通滤波器（8）；其连接关系是，三端口光纤环行器（1）的第二端口与波分复用器（4）的第二端口连接，二极管泵浦源（2）的输出端与泵浦保护滤波器（3）的输入端连接，泵浦保护滤波器（3）的输出端与波分复用器（4）的第一端口连接，波分复用器（4）的第三端口、掺稀土元素单模光纤（6）、单窗口光谱带通滤波器（8）和45度法拉第旋转器（7）依次连接。
3.根据权利要求2所述的偏振保持型单模光纤放大器，其特征在于：前向泵浦改为后向泵浦；其连接关系是，三端口光纤环行器（1）的第二端口、单窗口光谱带通滤波器（8）、掺稀土元素单模光纤（6）与波分复用器（4）的第二端口依次连接，波分复用器（4）的第三端口与45度法拉第旋转器（7）连接，二极管泵浦源（2）的输出端与泵浦保护滤波器（3）的输入端连接，泵浦保护滤波器（3）的输出端与波分复用器（4）的第一端口连接。
4.根据权利要求1或2所述的偏振保持型单模光纤放大器，其特征在于：所述的光纤环行器三个端口采用保偏光纤。
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