CN104821481B

CN104821481B - 一种基于双反馈结构的混合分立式高非线性光纤放大器

Info

Publication number: CN104821481B
Application number: CN201510250912.9A
Authority: CN
Inventors: 袁心易; 张玮; 谢鸿志; 张贝贝; 刘昭谦; 王睿; 曹明慧
Original assignee: CETC 8 Research Institute
Current assignee: CETC 8 Research Institute
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2017-08-25
Anticipated expiration: 2035-05-15
Also published as: CN104821481A

Abstract

一种基于双反馈结构的混合分立式高非线性光纤放大器，包括多个光发射机、激光器、光信号合波器、掺铒光纤、光信号分波器、多个光接收机、第一隔离器、第二隔离器、第一耦合器、第二耦合器、第一环形器、第二环形器、极化波合成器、控制单元、高非线性光纤、光纤布拉格光栅以及多组泵浦光，第一环形器与第一耦合器之间形成一个反馈环结构，第二环形器与第一耦合器和第二耦合器之间又形成一个反馈环结构，第一隔离器连接在光信号合波器与第一耦合器之间，第二隔离器连接在光纤布拉格光栅与光信号分波器之间。本发明的优点是泵浦功率利用率高，前后级的泵浦光、信号光之间的相互干扰小，控制效果好，拉曼增益系数大，集成度更高，更利于小型化设计。

Description

一种基于双反馈结构的混合分立式高非线性光纤放大器

技术领域：

本发明涉及一种光纤放大器，尤其是一种基于双反馈结构的混合分立式高非线性光纤放大器。

背景技术：

在光通信系统中，由于光信号在传输过程中的衰减、光色散、系统的光学灵敏度变化以及各种光学元器件引入的各种损耗，使得光信号无法在接收端被正确的检测出来，所以必须对光信号进行恢复。传统的光-电-光中继方式，需要先在电域内进行放大、重塑等复杂的信号处理后，再进行传输，且这种传输方式装置复杂、成本高、传输质量低下。

光纤放大器取代传统的光-电-光中继方式，实现了单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，因此被大规模的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。

随着核心网100G相关通信系统的逐步商用化，系统对RFA(拉曼光纤放大器)的需求日益增大。与此同时，RFA的增益介质就是传输光纤本身，能够改善系统的光信噪比(Optical Signal Noise Ratio，OSNR)，但其性价比较差；而EDFA(掺铒光纤放大器)相比RFA来说噪声系数大，但在功率放大时较RFA更有优势。

申请号为2012103258976，名称为“混合光纤放大器及其增益、增益斜率的调整方法及装置”的发明专利申请公开了一种混合光纤放大器，该混合光纤放大器包括RFA和不含有可变衰减器的EDFA，RFA包括泵浦信号合波器、泵浦激光器组、带外窄带滤波器以及光电探测器，EDFA包括顺次连接的输入耦合器、掺铒光纤、输出耦合器、输入光电探测器以及输出光电探测器，此外，该混合光纤放大器还包括用于根据预期放大要求协调控制所述EDFA和/或RFA调整增益和/或增益斜率的控制模块。上述发明申请中的混合光纤放大器通过控制模块协调控制EDFA和RFA，从而可以达到预期放大效果，此外，由于EDFA不含有可变衰减器，因此可以避免由于可变衰减器带来的一系列问题。

尽管上述发明申请将RFA与EDFA在通信系统中相互配合，相互补偿，但是它仍然存在以下三个缺点：

1、拉曼放大器本身是通过光纤的非线性效应对传输的光信号进行放大，在申请号为2012103258976的发明专利申请的第一级中，用于放大光信号的泵浦光在传输(放大)过程中也会逐渐衰减，到达第二级EDFA时，用于信号放大的功率很小。这时，就需要增大第一级的泵浦光功率使得第二级有足够大的泵浦光功率用于放大。况且一般未做说明时，拉曼放大器都为分布式放大，意味着非线性光纤长度在10公里左右，这样，泵浦光功率衰减得更加厉害，因此泵浦光功率的利用率不高。

2、由于泵浦光之间的相互干扰，以及泵浦光与信号光之间的相互干扰，因此会影响光纤放大器的控制效果。

3、没有对拉曼光纤放大器的光纤类型进行标注，也没有指出光纤的具体类型。拉曼光纤放大器一般采用的普通单模光纤为G.652，但是其拉曼增益系数很小，放大不明显，无法满足波分复用系统的要求。如果再遇到系统噪声等问题，信噪比还会急剧衰减。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是，提供一种能够提高泵浦的功率利用率，减小前后级的泵浦光、信号光之间的相互干扰，提高控制效果，且拉曼增益系数大，集成度更高，更利于小型化设计的基于双反馈结构的混合分立式高非线性光纤放大器。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的基于双反馈结构的混合分立式高非线性光纤放大器，它包括多个光发射机、激光器、光信号合波器、掺铒光纤、光信号分波器以及多个光接收机，其中，光纤放大器还包括第一隔离器、第二隔离器、第一耦合器、第二耦合器、第一环形器、第二环形器、极化波合成器、控制单元、高非线性光纤以及多组泵浦光，光发射机和激光器的输出端同时与光信号合波器的输入端相连，光信号合波器的输出端与第一隔离器的输入端连接，第一隔离器的输出端以及第一环形器的输出端与第一耦合器的输入端连接，掺铒光纤连接在第一耦合器的输出端与第一环形器输入端之间，高非线性光纤连接在第一环形器的输出端与第二耦合器的输入端连之间，极化波合成器的输出端与第二耦合器的输入端连接，第二耦合器的输出端与第二环形器的输入端连接，第二环形器的输出端与第二隔离器的输入端相连，第二隔离器的输出端与光信号分波器的输入端相连，光信号分波器的输出端分别与各个光信号接收机相连，第二环形器的输出端与控制单元的输入端相连，控制单元的输出端与第一耦合器的输入端相连，控制单元的输出端与泵浦光相连，泵浦光的输出端与极化波合成器的输入端相连。。

采用上述结构后，与现有技术相比，本发明的有益技术效果体现在下述几个方面：

1、传统的掺铒光纤放大器在它的1550nm特征波长附近最高约30nm的带宽就远不够用了，而基于高非线性光纤的拉曼放大器拥有50nm的放大宽带，并且拉曼光纤放大器本身具有的输出增益高、响应时间快、噪声系数低等优点，把两者级联后形成混合光纤放大器，不仅可以增大光信号的放大带宽，即可以实现跨波段的信号放大，而且可以进一步地减小整个光放大器系统的噪声系数。

2、与现有技术不同，本发明在混合光纤放大器中加入了两个反馈环结构，即第一环形器对第一耦合器的反馈，以及第二环形器对第一耦合器和第二耦合器的反馈，双反馈的结构大大提高了本发明的泵浦功率的利用率。另外，本发明采用的是分立式拉曼光纤放大器，光纤长度(理论值)约为400m，这样就可以把分立式拉曼光纤放大器所需要的光纤盘绕在标准的卡槽内，诸如标准的1U的机柜板，从而也提高了本发明的泵浦功率的利用率。

3、本发明采用隔离器、耦合器这些无源器件使得前后级的泵浦光、信号光之间相互干扰减小，有效提高了系统的控制效果。

4、本发明采用的高非线性光纤是一种高拉曼增益系数的光纤介质，这种高非线性光纤的使用可以提高本发明的拉曼增益系数。另外，不同于现有技术的分布式拉曼光纤放大器，本发明涉及的混合放大器是一种新型的分立式拉曼光纤放大器，这种放大器更利于集成、模块化设计，因而具有更加良好的市场前景。

本发明所述的一种基于双反馈结构的混合分立式高非线性光纤放大器，其中，第二环形器的输出端与第二隔离器的输入端之间连接有光纤布拉格光栅。光纤布拉格光栅的作用与隔离器的作用不一样，本发明中的后向泵浦光会向两个方向传播，加入光栅后，使得相应波长的泵浦光得以反射，从而进一步提高后向泵浦的利用率。

本发明所述的一种基于双反馈结构的混合分立式高非线性光纤放大器，其中，高非线性光纤可碲酸盐光纤、硫化物光纤、光子晶体光纤、氟化物光纤、碲酸盐-光子晶体光纤或硫化物-光子晶体光纤。

附图说明：

图1是本发明一种基于双反馈结构的混合分立式高非线性光纤放大器的结构示意图。

具体实施例：

下面结合附图和具体实施例对本发明一种基于双反馈结构的混合分立式高非线性光纤放大器作进一步说明：

如图1所示，在本具体实施例中，本发明一种基于双反馈结构的混合分立式高非线性光纤放大器包括多个光发射机101、激光器201、光信号合波器301、第一隔离器401、第二隔离器402、第一耦合器501、第二耦合器502、掺铒光纤601、第一环形器701、第二环形器702、高非线性光纤801、光纤布拉格光栅901、光信号分波器1001、多个光接收机1101、极化波合成器1201、多组泵浦光1301及控制单元1401。光发射机101和激光器201的输出端同时与光信号合波器301的输入端相连，光信号合波器301的输出端与第一隔离器401的输入端连接。第一隔离器401的输出端以及第一环形器701的输出端同时与第一耦合器501的输入端连接，掺铒光纤601连接在第一耦合器501的输出端与第一环形器701输入端之间。高非线性光纤801连接在第一环形器701的输出端与第二耦合器502的输入端连之间，极化波合成器的1201的输出端与第二耦合器502的输入端连接。第二耦合器502的输出端与第二环形器702的输入端连接，光纤布拉格光栅901连接在第二环形器702的输出端与第二隔离器402的输入端之间，第二隔离器402的输出端与光信号分波器1001的输入端相连。光信号分波器的输出端1001分别与各个光信号接收机1101相连，第二环形器702的输出端与控制单元1401的输入端相连。控制单元1401的输出端与第一耦合器501的输入端相连，控制单元1401的输出端与泵浦光1301相连，泵浦光1301的输出端与极化波合成器1201的输入端相连。本具体实施例中的高非线性光纤801为碲酸盐光纤。

本发明的工作原理是：信号光经光发射机101产生后与激光器201产生的泵浦光一起进入光信号合波器301进行合波。本实施例中，选取的信号光的波长范围是1525nm～1625nm，各波长间隔为6.25nm，共16个信道，且各个信号光功率均为0.01mW。激光器201产生的泵浦光波长为1480nm，光功率为500mW。先在控制器即控制单元1401上设置优化的优先级(增益值优先，或者平坦值优先或者综合考虑)。接着，合成后的信号光经过第一隔离器401后，与两条支路反馈回来的光信号一起进入第一耦合器501进行耦合，再经过掺铒光纤601使得光信号得到放大。放大后的光信号进入第一环形器701，一部分作为反馈光信号发送到第一耦合器501，另外一部分作为原始光信号进入高非线性光纤801。泵浦光经由极化波合成器1201合波，经由第二耦合器502从后向进入高非线性光纤801，与信号光在光纤上进行受激拉曼散射作用，使信号光的功率得到放大；输出的光信号经第二环形器702进入控制单元1401，由控制单元1401对泵浦光的参数进行计算后，得到合适的结果，一部分送第一耦合器501，另一部分送第二耦合器502，进行双重反馈；这样周而复始，直到满足达到最优化值为止。当达到最优化值后，信号光就会从第二环形器702出来，并依次经过光纤布拉格光栅901、第二隔离器402及光信号分波器1001后由光接收机1101接收。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种基于双反馈结构的混合分立式高非线性光纤放大器，它包括多个光发射机(101)、激光器(201)、光信号合波器(301)、掺铒光纤(601)、光信号分波器(1001)以及多个光接收机(1101)，其特征在于：光纤放大器还包括第一隔离器(401)、第二隔离器(402)、第一耦合器(501)、第二耦合器(502)、第一环形器(701)、第二环形器(702)、极化波合成器(1201)、控制单元(1401)、高非线性光纤(801)以及多组泵浦光(1301)，所述光发射机(101)和激光器(201)的输出端同时与光信号合波器(301)的输入端相连，所述光信号合波器(301)的输出端与第一隔离器(401)的输入端连接，所述第一隔离器(401)的输出端以及第一环形器(701)的输出端与第一耦合器(501)的输入端连接，所述掺铒光纤(601)连接在第一耦合器(501)的输出端与第一环形器(701)输入端之间，所述高非线性光纤(801)连接在第一环形器(701)的输出端与第二耦合器(502)的输入端连之间，所述极化波合成器(1201)的输出端与第二耦合器(502)的输入端连接，所述第二耦合器(502)的输出端与第二环形器(702)的输入端连接，所述第二环形器(702)的输出端与第二隔离器(402)的输入端相连，所述第二隔离器(402)的输出端与光信号分波器(1001)的输入端相连，所述光信号分波器的输出端(1001)分别与各个光信号接收机(1101)相连，所述第二环形器(702)的输出端与控制单元(1401)的输入端相连，所述控制单元(1401)的输出端与第一耦合器(501)的输入端相连，所述控制单元(1401)的输出端与泵浦光(1301)相连，所述泵浦光(1301)的输出端与极化波合成器(1201)的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于双反馈结构的混合分立式高非线性光纤放大器，其特征在于：所述第二环形器(702)的输出端与第二隔离器(402)的输入端之间连接有光纤布拉格光栅(901)。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于双反馈结构的混合分立式高非线性光纤放大器，其特征在于：所述的高非线性光纤(801)为碲酸盐光纤、硫化物光纤、光子晶体光纤、氟化物光纤、碲酸盐-光子晶体光纤或硫化物-光子晶体光纤。