CN104134924A - 掺铒光纤放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种掺铒光纤放大器，所述掺铒光纤放大器包括放大光路和泵浦光源，所述泵浦光源输出泵浦光至所述放大光路进行放大，所述泵浦光源包括多模泵浦激光器及模式变换器，所述多模泵浦激光器的输出端与所述模式变换器的输入端相连将所述多模泵浦激光器发出的多模泵浦光转换为单模泵浦光。本发明的掺铒光纤放大器中采用多模泵浦激光器作为泵浦光源，多模泵浦激光器功率大，配合高效的模式变换器，可大幅提高EDFA的输出功率。
Description
【技术领域】
本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种掺铒光纤放大器。
【背景技术】
掺铒光纤放大器(EDFA,Erbium-doped Optical Fiber Amplifier)是对信号光放大的一种有源光器件，已经成为光纤通信系统中的关键设备。EDFA能够有效补偿信号光在长距离传输和分波造成的衰减，极大的推动了光纤通信系统的发展。
现有的掺铒光纤放大器的基本光路结构如图1中所示。从输入端经过输入隔离器13隔离后的信号光与单模泵浦激光器19输出的泵浦光通过泵浦-信号合波器14注入掺铒光纤15，从而激发铒离子。通过受激辐射放大过程放大信号光。其中，单模泵浦激光器14为能量源，其波长通常为980nm波段(波长范围960nm～990nm)或1480nm波段(1470nm～1500nm)。
由于受激光器管芯功率密度和单模耦合效率的限制，单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泵浦激光器分别为750mW和500mW。基于这类泵浦源的EDFA的最大输出功率也只有百毫瓦水平，而且价格非常高。因此，设计大功率的EDFA就显然非常重要。
随着FTTH(Fiber To The Home)的深入，尤其是三网合一的推进，系统商对大功率的EDFA需求也越来越迫切。
【发明内容】
有鉴于此，实有必要提供一种大功率的掺铒光纤放大器。
一种掺铒光纤放大器，所述掺铒光纤放大器包括放大光路和泵浦光源，所述泵浦光源输出泵浦光至所述放大光路进行放大，所述泵浦光源包括多模泵浦激光器及模式变换器，所述多模泵浦激光器的输出端与所述模式变换器的输入端相连将所述多模泵浦激光器发出的多模泵浦光转换为单模泵浦光。
在其中至少一个实施例中，所述放大光路为同向放大光路，所述放大光路包括输入隔离器、泵浦信号合波器、掺铒光纤和输出隔离器，所述泵浦信号合波器的泵浦端与所述泵浦光源的输出相连，所述泵浦信号合波器的信号端与所述输入隔离器的输出端相连，所述泵浦信号合波器的公共端与所述掺铒光纤的信号输入端相连，所述掺铒光纤的信号输出端与所述输出隔离器的输入端相连。
在其中至少一个实施例中，所述放大光路为反向放大光路，所述放大光路包括输入隔离器、掺铒光纤、泵浦信号合波器和输出隔离器，所述输入隔离器的输出端与所述掺铒光纤的输入端相连，所述泵浦信号合波器的泵浦端与所述泵浦光源的输出相连，所述泵浦信号合波器的信号端与所述掺铒光纤的输出端相连，所述泵浦信号合波器的公共端与所述输出隔离器的输入端相连。
在其中至少一个实施例中，所述泵浦光源包括第一泵浦光源和第二泵浦光源，所述放大光路为双向放大光路，所述放大光路包括输入隔离器、第一泵浦信号合波器、掺铒光纤、第二泵浦信号合波器和输出隔离器，所述第一泵浦光源包括第一多模泵浦激光器和第一模式变换器，所述第二泵浦光源包括第二多模泵浦激光器和第二模式变换器，所述第一多模泵浦激光器、第二多模泵浦激光器所发出的多模泵浦光分别经过所述第一模式变换器、第二模式变换器转换为第一单模泵浦光、第二单模泵浦光，所述第一单模泵浦光输入至所述第一泵浦信号合波器的泵浦端，所述第一泵浦信号合波器的公共端与所述掺铒光纤的信号输入端相连，所述第二单模泵浦光输出至所述第二泵浦信号合波器的泵浦端，所述第二泵浦信号合波器的公共端与所述掺铒光纤的信号输出端相连，所述第二泵浦信号合波器的信号端与所述输出隔离器的输入端相连。
在其中至少一个实施例中，所述掺铒光纤放大器包括N路所述放大光路，所述泵浦光源包括1xN耦合器，所述泵浦光源的所述模式变换器的输出端与所述1xN耦合器的输入相连将从所述模式变换器得到的单模泵浦光分为N份分别输出至N路所述放大光路。
在其中至少一个实施例中，所述1xN耦合器的泵浦光分光分为N份为均分或按预设的比例分配。
本发明的掺铒光纤放大器采用采用多模泵浦激光器输出经过模式变换器后转换为单模光，并通过泵浦信号合波器对掺铒光纤进行同向、反向或双向泵浦，实现利用多模泵浦激光器放大单模信号的目的。本发明的掺铒光纤放大器中采用多模泵浦激光器作为泵浦光源，多模泵浦激光器功率大，配合高效的模式变换器，可大幅提高EDFA的输出功率。此外，多模泵浦激光器的单位功率的体积远小于常规单模泵浦激光器，且驱动电路简单，可有精简EDFA和EDFA阵列的结构设计。
【附图说明】
图1为现有的掺铒光纤放大器的光路结构示意图。
图2为本发明的第一优选实施例的掺铒光纤放大器的光路结构示意图。
图3为本发明的第二优选实施例的掺铒光纤放大器的光路结构示意图。
图4为本发明的第三优选实施例的掺铒光纤放大器的光路结构示意图。
图5为本发明的第四优选实施例的掺铒光纤放大器的光路结构示意图。
【具体实施方式】
为更好地理解本发明，以下将结合附图和具体实例对发明进行详细的说明。
为了提高EDFA的输出功率，获得大功率的泵浦源是关键。目前，电信级多模泵浦激光器输出功率可达8W，大功率无制冷稳频多模泵浦激光器也已经商用，且价格低廉，每毫瓦功率的价格是单模泵浦激光器的十分之一。这些都为提升EDFA输出功率奠定了基础。目前，基于多模泵浦的铒镱共掺双包层光纤放大器(EYDFA)的功率水平可达10W，但EYDFA的增益带宽无法覆盖全C波段，且在直调多载波系统应用时存在非线性失真问题。因此，为了将多模泵浦激光器用于单模EDFA系统，必须将多模泵浦激光器的输出光高效地转换为单模光，多模-单模的理论转换效率可达95％。本发明正是基于大功率多模泵浦激光器和模式变换器设计的大功率低成本掺铒光纤放大器。
请结合参阅图2，本发明的第一优选实施例的掺铒光纤放大器包括放大光路和泵浦光源(如图2中上下两个虚线框所示)，泵浦光源输出泵浦光至放大光路进行同向放大。放大光路包括第一耦合器21、第一PIN管22、输入隔离器23、泵浦信号合波器24、掺铒光纤25、输出隔离器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及模式变换器20。
在图1所示的实施例中，泵浦光源采用多模泵浦激光器29的输出端与模式变换器20的输入端相连，模式变换器20高效地将多模泵浦光转换为单模泵浦光。
模式变换器20的输出与泵浦信号合波器24的泵浦端相连，泵浦信号合波器24的公共端与掺铒光纤25的信号输入端相连,泵浦信号合波器24的信号端与输入隔离器23的输出端相连，变换得到的单模泵浦光经泵浦信号合波器24注入并激发掺铒光纤25，实现多模泵浦激光器29对信号光的同向放大。
掺铒光纤25的信号输出端与输出隔离器26相连，将放大后的信号光输出。图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分别为光纤放大器的输入端探测和输出端探测，便于对对光纤放大器进行监控与管理。
请参阅图3，本发明的第二优选实施例的掺铒光纤放大器包括放大光路和泵浦光源(如图3中上下两个虚线框所示)，泵浦光源输出泵浦光至放大光路进行反向放大。放大光路包括第一耦合器31、第一PIN管32、输入隔离器33、泵浦信号合波器34、掺铒光纤35、输出隔离器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及模式变换器30。其中，各器件的功能与图2中对应名称的元件功能一致。
多模泵浦激光器39的输出端与模式变换器30的输入端相连，模式变换器30的输出端与泵浦信号合波器34的泵浦端相连，泵浦信号合波器34的公共端与掺铒光纤35的信号输出端相连，泵浦信号合波器34的信号端与输出隔离器36的输入端相连，掺铒光纤35的输入端与输入隔离器33的输出端相连。基于此光路，实现多模泵浦激光器39对信号光的反向放大。
请参阅图4，本发明的第三优选实施例的掺铒光纤放大器包括放大光路、第一泵浦光源和第二泵浦光源(如图4中上、左下、右下三个虚线框所示)，第一、第二泵浦光源输出泵浦光至放大光路进行双向放大。放大光路包括第一耦合器41、第一PIN管42、输入隔离器43、第一泵浦信号合波器44a、掺铒光纤45、第二泵浦信号合波器44b、输出隔离器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和第一模式变换器40a，第二泵浦光源包括第二多模泵浦激光器49b及第二模式变换器40b。其中，各器件的功能与图2中对应名称的元件功能一致。
第一多模泵浦激光器49a、第二多模泵浦激光器49b所发出的多模泵浦光分别经过第一模式变换器40a、第二模式变换器40b转换为第一单模泵浦光、第二单模泵浦光。输入隔离器43的输出端与第一泵浦信号合波器44a的信号端相连，第一单模泵浦光输入至第一泵浦信号合波器44a的泵浦端，第一泵浦信号合波器44a的公共端与掺铒光纤25的信号输入端相连。第二单模泵浦光输出至第二泵浦信号合波器44b的泵浦端，第二泵浦信号合波器44b的公共端与掺铒光纤45的信号输出端相连，第二泵浦信号合波器44b的信号端与输出隔离器46的输入端相连。由此，掺铒光纤放大器可对信号光实现双向放大，其工作方法可参照图2和图3的相关阐述。
请参阅图5，本发明的第四优选实施例的掺铒光纤放大器的结构示意图，其为N路阵列结构掺铒光纤放大器。掺铒光纤放大器包括N路放大光路和泵浦光源，泵浦光源分别输出N路泵浦光至N路放大光路进行同向放大。泵浦光源包括多模泵浦激光器59、模式变换器50及1xN耦合器50n。N路放大光路(51a～58a、51b～58b、……、51n～58n)中每一路放大光路的结构与图2中所示的光路相同。
其中，多模泵浦激光器59的输出与模式变换器50的输入相连，模式变换器50的输出与1xN耦合器50n的输入相连。从模式变换器50得到的大功率单模泵浦光经1xN耦合器50n后分为N份，作为N路EDFA子光路的泵浦源，泵浦分光可根据实际要求，通过选择合适的1xN耦合器50n进行均分或按一定比例分配。该EDFA阵列的结构除泵浦部分外，与图2所示的单个EDFA光路一致，因此不再赘述。
需要指出的是，图5所示的实施例中的N路阵列结构掺铒光纤放大器为同向放大，在其它优选实施例中，只需将N路放大光路改变为图3或图4中的放大光路的结构，也可实现反向或双向放大的效果，在此不作赘述。
综合以上各点，本发明的掺铒光纤放大器，采用多模泵浦激光器输出经过模式变换器后转换为单模光，并通过泵浦信号合波器对掺铒光纤进行同向、反向或双向泵浦，实现利用多模泵浦激光器放大单模信号的目的。本发明的掺铒光纤放大器还采用模式变换器结合1xN耦合器使用，先将多模泵浦光变换为单模光，再通过1xN耦合器平均或按比例分为多束，然后激励N段掺铒光纤，实现单个多模泵浦激光器在多段铒纤EDFA或EDFA阵列中的有效利用。本发明的掺铒光纤放大器克服现有常规EDFA输出功率水平偏低且价格较高的缺点和不足，提供一种能大幅提高放大器输出功率水平、显著降低放大器单位功率输出成本的EDFA方案。与现有的技术相比较，本发明具有以下优点和积极效果：
(1)本发明的掺铒光纤放大器中采用多模泵浦激光器作为泵浦光源，多模泵浦激光器功率大，配合高效的模式变换器，可大幅提高EDFA的输出功率。
(2)本发明的掺铒光纤放大器与包层泵浦的EYDFA有本质的区别，实现单模泵浦EDFA的大功率输出，可实现全C波段信号的放大，而且可以避免在直调制多载波系统中由于包层泵浦导致的非线性失真问题。
(3)相对常规制冷型单模泵浦激光器而言，无制冷稳频设计的多模泵浦激光器功耗低，能有效降低大功率输出EDFA的功耗，为用户系统的电源设计和散热设计优化创造条件。
(4)多模泵浦激光器的单位功率的体积远小于常规单模泵浦激光器，且驱动电路简单，可有精简EDFA和EDFA阵列的结构设计。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种掺铒光纤放大器，其特征在于：所述掺铒光纤放大器包括放大光路和泵浦光源，所述泵浦光源输出泵浦光至所述放大光路进行放大，所述泵浦光源包括多模泵浦激光器及模式变换器，所述多模泵浦激光器的输出端与所述模式变换器的输入端相连将所述多模泵浦激光器发出的多模泵浦光转换为单模泵浦光。
2.根据权利要求1所述的掺铒光纤放大器，其特征在于：所述放大光路为同向放大光路，所述放大光路包括输入隔离器、泵浦信号合波器、掺铒光纤和输出隔离器，所述泵浦信号合波器的泵浦端与所述泵浦光源的输出相连，所述泵浦信号合波器的信号端与所述输入隔离器的输出端相连，所述泵浦信号合波器的公共端与所述掺铒光纤的信号输入端相连，所述掺铒光纤的信号输出端与所述输出隔离器的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的掺铒光纤放大器，其特征在于：所述放大光路为反向放大光路，所述放大光路包括输入隔离器、掺铒光纤、泵浦信号合波器和输出隔离器，所述输入隔离器的输出端与所述掺铒光纤的输入端相连，所述泵浦信号合波器的泵浦端与所述泵浦光源的输出相连，所述泵浦信号合波器的信号端与所述掺铒光纤的输出端相连，所述泵浦信号合波器的公共端与所述输出隔离器的输入端相连。
4.根据权利要求1所述的掺铒光纤放大器，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，所述放大光路为双向放大光路，所述放大光路包括输入隔离器、第一泵浦信号合波器、掺铒光纤、第二泵浦信号合波器和输出隔离器，所述第一泵浦光源包括第一多模泵浦激光器和第一模式变换器，所述第二泵浦光源包括第二多模泵浦激光器和第二模式变换器，所述第一多模泵浦激光器、第二多模泵浦激光器所发出的多模泵浦光分别经过所述第一模式变换器、第二模式变换器转换为第一单模泵浦光、第二单模泵浦光，所述第一单模泵浦光输入至所述第一泵浦信号合波器的泵浦端，所述第一泵浦信号合波器的公共端与所述掺铒光纤的信号输入端相连，所述第二单模泵浦光输出至所述第二泵浦信号合波器的泵浦端，所述第二泵浦信号合波器的公共端与所述掺铒光纤的信号输出端相连，所述第二泵浦信号合波器的信号端与所述输出隔离器的输入端相连。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的掺铒光纤放大器，其特征在于：所述掺铒光纤放大器包括N路所述放大光路，所述泵浦光源包括1xN耦合器，所述泵浦光源的所述模式变换器的输出端与所述1xN耦合器的输入相连将从所述模式变换器得到的单模泵浦光分为N份分别输出至N路所述放大光路。
6.根据权利要求5所述的掺铒光纤放大器，其特征在于：所述1xN耦合器的泵浦光分光分为N份为均分或按预设的比例分配。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20141105 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |