CN103716093A

CN103716093A - 一种基于碲基光纤的增益谱平坦拉曼光纤放大器

Info

Publication number: CN103716093A
Application number: CN201410007038.1A
Authority: CN
Inventors: 巩稼民; 左旭; 王沛; 宁博; 赵云; 袁心易; 巩译
Original assignee: Xian University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Xian University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2014-01-07
Filing date: 2014-01-07
Publication date: 2014-04-09

Abstract

本发明公开了一种基于碲基光纤的增益谱平坦拉曼光纤放大器，连接于光发射机和光接收机，包括第一泵浦激光器、第一合波器、光隔离器、带阻滤波器、第二泵浦激光器、第二合波器和分波器，所述光发射机和光接收机设置为多个，多个光发射机通过第一光纤均与第一合波器连接，第一泵浦激光器通过第一段第二光纤与第一合波器连接，第一合波器的输出端通过第一段第三光纤与光隔离器连接，光隔离器通过第四光纤与带阻滤波器连接，带阻滤波器通过第五光纤与第二合波器连接，第二泵浦激光器通过第二段第二光纤与第二合波器相接，第二合波器的输出端通过第二段第三光纤连接分波器，分波器通过第六光纤与多个光接收机相连接。本发明结构简单，能够实现增益平坦，实用性强，使用效果好。

Description

一种基于碲基光纤的增益谱平坦拉曼光纤放大器

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别是一种基于碲基光纤的增益谱平坦拉曼光纤放大器。

背景技术

众所周知，光在长距离传输时，由于受发射功率、接收机灵敏度、光纤线路衰减，以及色散等因素的影响和限制，使得光脉冲从光发射机输出经光纤传输一定距离后，其幅度会受到衰减，波形也会出现失真。因此，要进行长距离的信号传输，就需要在光信号传输一定距离后加入放大器，以放大衰减的信号，使光脉冲得到再生。

掺铒光纤放大器EDFA（Erbium Doped Fiber Amplifier）发明之前，由于不能直接放大光信号，所有的光纤通信系统都只能采用光-电-光中继方式。即先将光信号变为电信号,在电域内进行放大、再生等信息处理，然后再变成光信号在光纤中传输，这种中继方式装置复杂、成本高、传输质量比较低。掺铒光纤放大器取代传统的光-电-光中继方式，实现了一根光纤中多路光信号的同时放大，大大降低了光中继的成本；同时可与传输光纤实现良好的耦合，具有高增益低噪声等优点。因此成功地应用于波分复用光通信系统，极大地增加了光纤中可传输的信息容量和传输距离。

然而在进一步开发整个光纤低损耗区域带宽资源的进程中，传统掺铒光纤放大器的1550nm附近约30nm的带宽就远远不够用了；而基于碲基光纤的拉曼放大器拥有50nm的增益带宽，只要选择合适的泵浦光，便可以放大任意波段的信号，并且其输出增益高、增益平坦度好、响应时间快、饱和输出功率大、噪声指数低且易于耦合，这对密集波分复用系统扩容升级、降低成本和增加业务等具有十分重要的技术经济价值。

发明内容

本发明的目的是要提供一种基于碲基光纤的增益谱平坦拉曼光纤放大器，其结构简单，设计合理，实现方便且成本低，输出增益高、增益平坦度好、响应时间快、饱和输出功率大、噪声指数低且易于耦合，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种基于碲基光纤的增益谱平坦拉曼光纤放大器，连接于光发射机和光接收机，包括第一泵浦激光器、第一合波器、光隔离器、带阻滤波器、第二泵浦激光器、第二合波器和分波器，所述光发射机和光接收机设置为多个，多个光发射机的输出端对应地通过第一光纤与第一合波器的输入端连接，所述第一泵浦激光器的输出端通过第一段第二光纤与第一合波器的输入端连接，所述第一合波器的输出端通过用于第一段第三光纤连接光隔离器的输入端，所述光隔离器的输出端通过第四光纤连接带阻滤波器的输入端，所述带阻滤波器的输出端通过第五光纤连接第二合波器的输入端，所述第二泵浦激光器的输出端通过第二段第二光纤与所述第二合波器的输入端连接，所述第二合波器的输出端通过第二段第三光纤连接分波器的输入端，所述分波器的输出端对应通过多根第六光纤与多个光接收机的输入端相连；所述多个光发射机的中心波长各不相同且多个所述光发射机中任意一个的中心波长λ_i均大于所述第一泵浦激光器的中心波长λ_1P和所述第二泵浦激光器的中心波长λ_2P，且

的取值范围为300cm^-1～500cm^-1，

的取值范围为420cm^-1～620cm^-1，其中，i为信道数且i的取值为1～N，N为信号光总数且为整数。

作为本发明的进一步优选方案，所述多个光发射机中任意一个的中心波长λ_i与所述第一泵浦激光器的中心波长λ_1P满足频移计算公式Δv=(1/λ_1P)—(1/λ_i)，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为300cm^-1～500cm^-1。

作为本发明的进一步优选方案，所述多个光发射机中任意一个的中心波长λ_i与所述第二泵浦激光器的中心波长λ_2P满足频移计算公式Δv=(1/λ_2P)—(1/λ_i)，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为420cm^-1～620cm^-1。

作为本发明的进一步优选方案，所述第一段第三光纤和第二段第三光纤（6）均为碲基高非线性光纤，所述碲基高非线性光纤的拉曼增益谱在300cm^-1～620cm^-1的频移范围内归一化拉曼增益系数范围为0.82×10^-12m/W～2.5×10^-12m/W。

作为本发明的进一步优选方案，所述带阻滤波器中心波长与第一连续泵浦激光器中心波长相同。

与现有技术相比，本发明结构简单，设计合理，实现方便且成本低，输出增益高、增益平坦度好、响应时间快、饱和输出功率大、噪声指数低且易于耦合，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图中：1—第一光纤；2—第一段第二光纤；3—第一段第三光纤；4—第四光纤；5—第五光纤；6—第二段第三光纤；7—第六光纤；8—光发射机；9—第一泵浦激光器；10—第一合波器；11—光隔离器；12—带阻滤波器；13—第二泵浦激光器；14—第二合波器；15—分波器；16—光接收机；17—第二段第二光纤；

图2为本发明第三光纤的拉曼增益谱；

图3为本发明中信号光功率随光纤长度的变化规律图；

图4为本发明光纤拉曼放大器各个信号光的输出增益图。

具体实施方式

下面结合附图及其具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示的本发明的一种基于碲基光纤的增益谱平坦拉曼光纤放大器，连接于光发射机8和光接收机16，包括第一泵浦激光器9、第一合波器10、光隔离器11、带阻滤波器12、第二泵浦激光器13、第二合波器14和分波器15，所述光发射机8和光接收机16设置为多个，所述多个光发射机8的输出端通过第一光纤1与第一合波器10的输入端连接，所述第一泵浦激光器9的输出端通过第一段第二光纤2与所述第一合波器10的输入端连接，所述第一合波器10的输出端通过用于通过受激拉曼散射放大过程来进行对信号光放大的第一段第三光纤3连接有用于隔离反向传输光的光隔离器11，所述光隔离器11的输出端通过第四光纤4连接用于滤除掉第一泵浦激光器产生的连续激光的带阻滤波器12，所述带阻滤波器12的输出端通过第五光纤5连接有用于对第二泵浦激光器13产生的连续激光与经过放大后的信号光进行耦合的第二合波器14，所述第二泵浦激光器13的输出端通过第二段第二光纤17与所述第二合波器14的输入端连接，所述第二合波器14的输出端通过用于对第二合波器14输出的功率各不相等的信号进行增益补偿的第二段第三光纤6连接用于输出功率相等信号的分波器15，所述分波器15输出端通过多根第六光纤7与多个光接收机16相连，多个所述光发射机8的中心波长各不相同且多个所述光发射机8中任意一个的中心波长λ_i均大于所述第一泵浦激光器9的中心波长λ_1P和所述第二泵浦激光器13的中心波长λ_2P，且

的取值范围为300cm^-1～500cm^-1，

本实施例中所述多个所述光发射机8中任意一个的中心波长λ_i与所述第一泵浦激光器9的中心波长λ_1P满足频移计算公式Δv=(1/λ_1P)—(1/λ_i)，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为300cm^-1～500cm^-1。

本实施例中所述的多个所述光发射机8中任意一个的中心波长λ_i与所述第二连续泵浦激光器13的中心波长λ_2P满足频移计算公式Δv=(1/λ_2P)—(1/λ_i)，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为420cm^-1～620cm^-1。

本实施例中所述的第一段第三光纤3和第二段第三光纤6均为碲基高非线性光纤，所述碲基高非线性光纤的拉曼增益谱在300cm^-1～620cm^-1的频移范围内归一化拉曼增益系数范围为0.82×10^-12m/W～2.5×10^-12m/W。

本实施例中所述的带阻滤波器12中心波长与第一泵浦激光器9中心波长相同。

采用本发明进行光信号放大的方法，包括以下步骤：

步骤一、选择中心波长为λ_1P的第一泵浦激光器9，第一泵浦激光器9输出第一连续泵浦光并经过第一段第二光纤2传输到第一合波器10；本实施例中，选择中心波长为λ_1P=1444.5nm、功率为1W的第一泵浦激光器9；

步骤二、根据频移计算公式Δv=(1/λ_1P)—(1/λ_i)选择多个中心波长各不相同的光发送机8，其中λ_i为多个所述光发射机器8中任意一个的中心波长，并将多个所述光发送机8输出多个中心波长各不相同的信号光并经多根第一光纤传输给第一合波器10；如图2，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为300cm^-1～500cm^-1，这个取值范围在拉曼增益谱内拉曼增益系数随频移先增大后减小；本实施例中，选取各光发送机8发送信号光的波长范围为1510nm～1557nm且各波长间隔为1nm，光功率均为0.01mW；

步骤三、通过第一合波器10将第一段第二光纤2传输的所述第一连续泵浦光和多根第一光纤1分别传输的多个信号光耦合输入到第一段第三光纤3中；

步骤四、经第一合波器10输入的所述第一连续泵浦光和多个信号光在第一段第三光纤3中经过受激拉曼散射效应对多个信号光进行放大后输入到光隔离器11，然后经第四光纤4传输输入到带阻滤波器12中，第一连续泵浦光经带阻滤波器12被滤除掉；

步骤五、根据频移计算公式Δv=(1/λ_2P)—(1/λ_i)选择第二泵浦激光器13中心波长，其中λ_i为多个所述光发送机8中任意一个的中心波长，第二泵浦激光器13输出第二连续泵浦光并经过第二段第二光纤17传给第二合波器14，与经带阻滤波器12输出的波长经第二合波器14输入到第二段第三光纤6；如图2中，Δv为频移量且Δv的取值范围为420cm^-1～620cm^-1，这个取值范围在拉曼增益谱内拉曼增益系数随频移增大先减小再增大；本实施例中，第二泵浦激光器13中心波长为1419.9nm；

步骤六、经第二合波器14耦合输入到所述第二段第三光纤6中的第二连续泵浦光和多个信号光在第二段第三光纤6中经过受激拉曼散射效应对多个信号光进行增益补偿；

步骤七、多个信号光在和第一泵浦激光器9产生的第一连续泵浦光经过第一段第三光纤进行不同程度的放大，多个信号光在和第二泵浦激光器13产生的第二连续泵浦再经过第二段第三光纤进行增益补偿，使得多个所述信号光的光功率等到了等值的放大并传输给第二合波器14；本实施例中，所述第一段第三光纤3的长度0.34km，所述第二段第三光纤的长度为0.159km；由于在与第一段第三光纤3同种类的第二段第三光纤6中加入了中心波长与第一连续泵浦光波长不同的第二连续泵浦光，对第二泵浦激光器13波长的改变使得频移范围得到了改变，使得第二段第三光纤6中对信号的拉曼增益系数与第一段第三光纤3中对信号的拉曼增益系数呈互补的走势，第一段第三光纤3中第一连续泵浦光对信号的拉曼增益系数随频移的增大先增大后减小，第二段第三光纤6中第二连续泵浦光对信号的拉曼增益系数随频移的增大先减小再增大，使得在第一段第三光纤3中运用第一部分频移范围使得进行拉曼放大，在第二段第三光纤6中运用第二部分频移范围使得进行放大功率的补偿作用，最终达到相等效果。多个信号光光功率随第三光纤长度的变化规律如图3所示，信号光光功率明显的收敛到5.2×10^-4W到6.3×10^-4W之间，横坐标表示光纤长度，单位为km；纵坐标表示光功率P，单位为W;

步骤八、所述分波器15对混合在一起的多个光功率相等的信号光进行分离，输出增益补偿后的多个光功率相等的信号光。进行增益补偿后个信号光获得最终增益如图4所示，横坐标表示信号光波长λ，单位为nm；纵坐标均表示增益，单位为dB;从图4可以看出，经过增益补偿后各信号光获得的最终增益趋于相等，在增益带宽为48nm时,平均增益为17.72dB，增益平坦度为0.68dB。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于碲基光纤的增益谱平坦拉曼光纤放大器，连接于光发射机（8）和光接收机（16），其特征在于，包括第一泵浦激光器（9）、第一合波器（10）、光隔离器（11）、带阻滤波器（12）、第二泵浦激光器（13）、第二合波器（14）和分波器（15），所述光发射机（8）和光接收机（16）设置为多个，多个光发射机（8）的输出端对应地通过第一光纤（1）与第一合波器（10）的输入端连接，所述第一泵浦激光器（9）的输出端通过第一段第二光纤（2）与第一合波器（10）的输入端连接，所述第一合波器（10）的输出端通过用于第一段第三光纤（3）连接光隔离器（11）的输入端，所述光隔离器（11）的输出端通过第四光纤（4）连接带阻滤波器（12）的输入端，所述带阻滤波器（12）的输出端通过第五光纤（5）连接第二合波器（14）的输入端，所述第二泵浦激光器（13）的输出端通过第二段第二光纤（17）与所述第二合波器（14）的输入端连接，所述第二合波器（14）的输出端通过第二段第三光纤（6）连接分波器（15）的输入端，所述分波器(15)的输出端对应通过多根第六光纤（7）与多个光接收机（16）的输入端相连；所述多个光发射机（8）的中心波长各不相同且多个所述光发射机（8）中任意一个的中心波长λ_i均大于所述第一泵浦激光器（9）的中心波长λ_1P和所述第二泵浦激光器（13）的中心波长λ_2P，且的取值范围为300cm^-1～500cm^-1，

2.根据权利要求1所述的基于碲基光纤的增益谱平坦拉曼光纤放大器，其特征在于：所述多个光发射机（8）中任意一个的中心波长λ_i与所述第一泵浦激光器（9）的中心波长λ_1P满足频移计算公式Δv=(1/λ_1P)—(1/λ_i)，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为300cm^-1～500cm^-1。

3.根据权利要求1所述的基于碲基光纤的增益谱平坦拉曼光纤放大器，其特征在于：所述多个光发射机（8）中任意一个的中心波长λ_i与所述第二泵浦激光器（13）的中心波长λ_2P满足频移计算公式Δv=(1/λ_2P)—(1/λ_i)，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为420cm^-1～620cm^-1。

4.根据权利要求1所述的基于碲基光纤的增益谱平坦拉曼光纤放大器，其特征在于：所述第一段第三光纤（3）和第二段第三光纤（6）均为碲基高非线性光纤，所述碲基高非线性光纤的拉曼增益谱在300cm^-1～620cm^-1的频移范围内归一化拉曼增益系数范围为0.82×10^-12m/W～2.5×10^-12m/W。

5.根据权利要求1所述的基于碲基光纤的增益谱平坦拉曼光纤放大器，其特征在于：所述带阻滤波器（12）中心波长与第一泵浦激光器（9）中心波长相同。