CN105449500B - 一种基于高能粒子辐照的ase宽谱光源及提高平坦性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于高能粒子辐照的ASE宽谱光源，包括输入模块、前向泵浦模块、后向泵浦模块、第一波分复用器、第二波分复用器、掺铒光纤、辐照模块、控制模块和处理器，光信号输出至第一波分复用器；泵浦模块输出泵浦光同时至第一波分复用器和第二波分复用器，作为双向泵浦输入掺铒光纤；ASE信号光从第二波分复用器作为输出；辐照模块对掺铒光纤进行高能粒子辐照，实现ASE信号光的增益平坦。本发明还公开了一种基于高能粒子辐照的用于提高ASE宽谱光源平坦性的方法。利用对掺铒光纤进行高能粒子辐照，实现均衡ASE宽普光源的增益，提高其增益曲线的平坦性。

Description

一种基于高能粒子辐照的ASE宽谱光源及提高平坦性的方法
技术领域
本发明涉及ASE宽谱光源技术领域，特别是一种基于高能粒子辐照的ASE宽谱光源及提高平坦性的方法。
背景技术
20世纪八十年代国外就己经开始了对放大自发辐射光源的研究。1989年研究者提出了掺铒光纤光源的物理模型并利用激光器的速率模型对其进行描述，奠定了掺铒光纤光源研究的基础。掺铒光纤光源因其输出功率高、输出光谱稳定、温度稳定性好、受外界环境影响小，易与单模光纤传输系统耦合等特点，一直是宽带光源领域研究的焦点。尤其是掺铒光纤产生的放大自发辐射可以用于研制极为有用的宽带宽、高功率、低时间相干性和单横模的光源，这种光源广泛应用于光纤传感和光纤通信中。
在通用光纤通信系统中，基于EDFA技术的ASE光源作为其载波被广泛应用目前应用最多的是通信波段C一波段，中心波长1550nm，带宽达40nm。从单模光纤的衰减谱上可以看出，掺铒光纤ASE光源的输出谱正好处于低衰减窗口，使得ASE光源在光纤通信领域得到广泛运用。随着对光纤网络带宽和容量要求的不断提高，ASE光源也成为密集波分复用系统(DWDM)的首要光源。
掺铒光纤ASE光源作为理想的光纤通信宽带，随着光纤通信的发展，对其在输出功率、带宽及增益平坦方面提出更高的要求。掺铒光纤ASE光源正向着宽带化的方向发展:目前用于光通信光源大多集中在C一波段，中心波长1550nm，带宽约40nm。随着人们对通信带宽和容量需求得增高，长波段L波段(1570-1620nm)的光源开始应用到光通信系统中。
掺铒光纤ASE光源主要为WDM提供高功率、高稳定及窄带光信号以适应长距离、大容量信号的传输。近年来，在波分复用无源光网络(WDM-PON)故障检测中，ASE光源因其高稳定、宽带特性作为检测光源倍受青睐。光谱测量方面ASE光源主要为光纤传感系统提供光信号，经反射光栅接收反射信号进行解调。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于高能粒子辐照的ASE宽谱光源及提高平坦性的方法，通过高能粒子辐照，提高ASE宽谱光源的平坦性。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
根据本发明提出的一种基于高能粒子辐照的ASE宽谱光源，包括输入模块、前向泵浦模块、后向泵浦模块、第一波分复用器、第二波分复用器、掺铒光纤、辐照模块、控制模块和处理器，其中，
输入模块，用于输出光信号至第一波分复用器；
前向泵浦模块，用于输出前向泵浦光至第一波分复用器；
第一波分复用器，用于将接收的光信号和前向泵浦光耦合至掺铒光纤；
掺铒光纤，用于放大光信号和前向泵浦光，输出混合光至第二波分复用器；
后向泵浦模块，用于输出后向泵浦光至第二波分复用器，经其输出至掺铒光纤；
第二波分复用器，用于输出ASE信号光；
辐照模块，用于对掺铒光纤进行高能粒子辐照；
控制模块，用于控制前向泵浦模块、后向泵浦模块，使得ASE信号光的功率恒定；
处理器，用于探测ASE信号光的增益是否平坦，若不平坦则控制高能粒子的辐照剂量，实现ASE信号光的增益平坦。
作为本发明所述的一种基于高能粒子辐照的ASE宽谱光源进一步优化方案，所述掺铒光纤和辐照模块设置在同一密封装置中。
作为本发明所述的一种基于高能粒子辐照的ASE宽谱光源进一步优化方案，所述高能粒子为Co60。
作为本发明所述的一种基于高能粒子辐照的ASE宽谱光源进一步优化方案，所述增益平坦的波段为L波段。
作为本发明所述的一种基于高能粒子辐照的ASE宽谱光源进一步优化方案，处理器是根据预设的增益平坦度来判断ASE光的增益是否平坦。
一种基于高能粒子辐照的用于提高ASE宽谱光源平坦性的方法，在掺铒光纤的掺铒半径与芯径比值一定的情况下，对掺铒光纤进行高能粒子辐照从而提高ASE宽谱光源的平坦性。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
(1)通过高能粒子辐照，提高ASE宽谱光源的平坦性；
(2)本发明在光纤掺铒半径与芯径比值一定的情况下，通过高能粒子辐照能够显著提高ASE宽谱光源的平坦性。
附图说明
图1是改进的ASE宽谱光源系统一种设计方式。
图2是改进前ASE宽谱光源L波段的增益曲线。
图3是L波段辐射损耗曲线。
图4是改进后ASE宽谱光源L波段的增益曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
图1是改进的ASE宽谱光源系统一种设计方式,本发明基于ASE宽谱光源的原理，基于掺铒光纤的辐射效应，提出了一种ASE宽谱光源中采用高能粒子辐照替代增益平坦滤波器的提高平坦性的方法，并构建了一个能够利用高能粒子对ASE宽谱光源中的掺铒光纤进行辐照的结构。如图1所示，包括输入模块、前向泵浦模块、后向泵浦模块、第一波分复用器WMD1、第二波分复用器WMD2、掺铒光纤、辐照模块、控制模块和处理器，其中，
输入模块，用于输出光信号至第一波分复用器；光信号的范围为L波段。
前向泵浦模块，用于输出前向泵浦光至第一波分复用器；
第一波分复用器，用于将接收的光信号和前向泵浦光耦合至掺铒光纤；
掺铒光纤，用于放大光信号和前向泵浦光，输出混合光至第二波分复用器；
后向泵浦模块，用于输出后向泵浦光至第二波分复用器，经其输出至掺铒光纤；
第二波分复用器，用于输出ASE信号光；
辐照模块，用于对掺铒光纤进行高能粒子辐照；
控制模块，用于控制前向泵浦模块、后向泵浦模块；使得ASE信号光的功率恒定；
处理器，用于探测ASE信号光的增益是否平坦，若不平坦则控制高能粒子的辐照剂量，实现ASE信号光的增益平坦。
前向泵浦模块和后向泵浦模块的此结构结合了同向泵浦和反向泵浦的优点，使泵浦光在光纤中均匀分布，从而使得增益在光纤中均匀分布，输出功率最大。本发明中，泵浦光源为980nm或1480nm的激光二级管。
所述掺铒光纤和辐照模块设置在同一密封装置中。
所述高能粒子为Co60。
所述增益平坦的波段为L波段。
处理器是根据预设的增益平坦度来判断ASE光的增益是否平坦。
掺铒光纤，用于光信号的传输和放大；由于L波段发射和吸收系数比C波段要小3-4倍，为获得较大输出功率L波段的ASE宽谱光源，一般会选择较长的掺铒光纤，但伴随而来诸如抽运光转换效率低及各种非线性现象。因而本发明选用高掺杂、低损耗的铒光纤。
ASE是一种介于激光和荧光之间的过渡状态，基于掺杂光纤中的放大自发辐射原理形成的新型宽带光源。与激光不同，集聚的反转粒子数尚未达到振荡阂值，光子没有集中在一个状态或少数状态内。放大自发辐射的分布状态是非均匀的，所以又区别于荧光。
ASE光源产生过程为自发辐射：高能级聚集大量粒子密度较大，因此高能级的粒子向密度较小的低能级跃迁，与此同时产生一光子，光子沿增益光纤向前运动，在此过程中与另一粒子碰撞，继而诱发受激辐射。在此过程产生一个与原来光子具有相同频率、相位和传播方向的全同光子，所以自发辐射就被放大了。该过程就被称为放大的自发辐射过程。
ASE宽谱光源的基本结构主要由掺铒光纤、波分复用器、泵浦源和隔离器四大部分组成。其中，在输入端，WDM1将信号光和泵浦光耦合到掺铒光纤中进行传输；在接收端，WDM2将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。以满足不同波长光信号的处理技术。
辐照模块，用于高能粒子辐射，在密闭空间内对掺铒光纤进行辐照；其辐射量由微型计算机进行控制。如图2所示，在L波段内，ASE光源的增益随波长的增加而呈下降趋势，短波长增益较高，长波长的增益较低；根据增益平坦度(ΔG)的计算公式，ΔG＝±(Gmax-Gmin)/2，其中，Gmax为增益最大值，Gmin为增益最小值，经计算，其增益平坦度为±4dB。
对于ASE宽谱光源，利用其中掺铒光纤的辐射效应：在L波段，掺铒光纤的辐射损耗随波长的增加而降低。对ASE光源中的掺铒光纤进行辐射，在辐射剂量为50krad条件下，结果如图3所示，L波段内，在ASE宽谱光源中，短波长的损耗高，长波长的损耗低。改变辐射剂量，实验结果仍遵循以上规律，即辐射损耗随波长的增加而降低。
通过对ASE光源中的掺铒光纤进行辐射，可知，在L波段内，短波长的增益高，损耗也大，长波长的增益小，损耗也低。不妨设未经辐射的ASE宽谱光光源的增益为g,辐射损耗为α，辐射后的ASE宽谱光源的增益为g',g'＝α+g，其中α<0,g>0。由前文可知，在L波段中，小波长的辐射损耗大，但是增益也大；长波长的辐射损耗小，增益也小。因而在控制辐射剂量的情况下，可以使得ASE宽谱光源的增益谱更加平坦，达到图4的效果。此时，其增益平坦度达到±1dB，满足较高的ASE宽谱光源增益平坦度标准。
输出模块，输出增益平坦后的信号；一般输出端还会采用光谱分析仪对ASE宽谱光源的光谱进行监测和分析。
一种基于高能粒子辐照的用于提高ASE宽谱光源平坦性的方法，在掺铒光纤的掺铒半径与芯径比值一定的情况下，对掺铒光纤进行高能粒子辐照从而提高ASE宽谱光源的平坦性。
综上可知，ASE宽谱光源在掺铒光纤的基本结构上进行优化和创新，当在ASE宽谱光源中采用高能粒子辐照替代增益平坦滤波器时，使其可以得到L波段的增益更加平坦的宽谱光源，使得其在光纤传输系统、传感系统及检测系统中具有较高的稳定性。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于高能粒子辐照的ASE宽谱光源，其特征在于，包括输入模块、前向泵浦模块、后向泵浦模块、第一波分复用器、第二波分复用器、掺铒光纤、辐照模块、控制模块和处理器，其中，
输入模块，用于输出光信号至第一波分复用器；
前向泵浦模块，用于输出前向泵浦光至第一波分复用器；
第一波分复用器，用于将接收的光信号和前向泵浦光耦合至掺铒光纤；
掺铒光纤，用于放大光信号和前向泵浦光，输出混合光至第二波分复用器；
后向泵浦模块，用于输出后向泵浦光至第二波分复用器，经其输出至掺铒光纤；
第二波分复用器，用于输出ASE信号光；
辐照模块，用于对掺铒光纤进行高能粒子辐照；
控制模块，用于控制前向泵浦模块、后向泵浦模块，使得ASE信号光的功率恒定；
处理器，用于探测ASE信号光的增益是否平坦，若不平坦则控制高能粒子的辐照剂量，实现ASE信号光的增益平坦。
2.根据权利要求1所述的一种基于高能粒子辐照的ASE宽谱光源，其特征在于，所述掺铒光纤和辐照模块设置在同一密封装置中。
3.根据权利要求1所述的一种基于高能粒子辐照的ASE宽谱光源，其特征在于，所述高能粒子为Co60。
4.根据权利要求1所述的一种基于高能粒子辐照的ASE宽谱光源，其特征在于，所述增益平坦的波段为L波段。
5.根据权利要求1所述的一种基于高能粒子辐照的ASE宽谱光源，其特征在于，处理器是根据预设的增益平坦度来判断ASE光的增益是否平坦。
6.基于权利要求1所述的一种基于高能粒子辐照的ASE宽谱光源的提高ASE宽谱光源平坦性的方法，其特征在于，在掺铒光纤的掺铒半径与芯径比值一定的情况下，对掺铒光纤进行高能粒子辐照从而提高ASE宽谱光源的平坦性。
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