CN105576483A - 一种基于双段互补型的掺铒光纤放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于双段互补型的掺铒光纤放大器，包括输入模块、掺铒光纤模块、辐射模块和反馈模块；所述反馈模块包括微处理器和检测模块，掺铒光纤模块包括串联的第一掺铒光纤和第二掺铒光纤；输入模块，用于将接收的激光信号依次输入至第一掺铒光纤、第二掺铒光纤后输出放大信号；辐射模块，用于输出辐射剂量并对第二掺铒光纤进行辐射；检测模块，用于探测放大信号的增益是否平坦，若不平坦则输出控制信号至微处理器；微处理器，用于控制辐射模块输出的辐射剂量，实现放大信号的增益平坦。本发明即利用掺铒光纤放大器的辐射效应，将未受辐射的掺铒光纤的增益特性和受到辐射的掺铒光纤增益特性进行互补，达到提高掺铒光纤增益谱平坦性的效果。

Description

一种基于双段互补型的掺铒光纤放大器
技术领域
本发明涉及掺铒光纤放大器技术领域，特别是一种基于双段互补型的掺铒光纤放大器。
背景技术
EDFA的增益控制和平坦技术是近十年来随着光纤通信技术的深入推进而发展起来的一类高新技术，目前已成为国内外同行的研究热点之一。掺铒光纤放大器(EDFA)是光通信系统中的核心功能部件，其飞速进展促进和刺激着波分复用(WDM)传输系统和网络的发展。
在WDM系统及网络中，由于波长下路、网络配置改变等因素导致输入光功率在一定范围内变化时，需要EDFA的增益及谱线形状保持稳定，这就引入了EDFA增益控制和平坦的问题。然而EDFA的增益谱和其输入功率、泵浦功率等多种因素密切相关。随着光纤系统向多通道、高比特率、长的透明跨距方向发展，需要光放大器提供更宽的带宽、改善的噪声指数、更精密的谱线增益特性控制。过去，DWDM系统中的放大器通常设计为在有用的带宽内提供平坦的谱线增益，然而，为佳化系统性能，发展中的光纤传送系统需要放大器具有可调的增益倾斜功能，对增益控制和平坦的要求更高，以最大程度地提高系统不同光通道的光信噪比。
在空间通信条件下，光学器件受到的辐射日积月累，EDFA受到空间辐射后性能和参数变化比较明显。经过长期实验研究表明，EDFA在空间环境中由于长期受到大量辐射性能会有所变化，这种现象被称为EDFA的辐射效应，其主要表现为电离效应和位移效应两个方面。掺铒光纤放大器受到高能粒子辐照后光学性能会下降，人们普遍认为高能粒子只能起到危害的作用。
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双段互补型的掺铒光纤放大器，本发明即利用掺铒光纤放大器的辐射效应，将未受辐射的掺铒光纤的增益特性和受到辐射的掺铒光纤增益特性进行互补，达到提高掺铒光纤增益谱平坦性的效果。
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双段互补型的掺铒光纤放大器，包括输入模块、掺铒光纤模块、辐射模块和反馈模块；其中，所述反馈模块包括微处理器和检测模块，掺铒光纤模块包括相串联的第一掺铒光纤和第二掺铒光纤，第一掺铒光纤和第二掺铒光纤的长度相同，第一掺铒光纤是不受辐射的；其中，
输入模块，用于将接收的激光信号依次输入至第一掺铒光纤、第二掺铒光纤后输出放大信号；
辐射模块，用于对第二掺铒光纤进行辐射；
检测模块，用于探测放大信号的增益是否平坦，若不平坦则输出控制信号至微处理器；
微处理器，用于当接收到控制信号，控制辐射剂量，实现放大信号的增益平坦。
作为本发明所述的一种基于双段互补型的掺铒光纤放大器进一步优化方案，检测模块根据预设的平坦要求值判断放大信号的增益是否平坦。
作为本发明所述的一种基于双段互补型的掺铒光纤放大器进一步优化方案，所述辐射剂量与传输波长、第二掺铒光纤掺杂着离子种类和浓度以及第二掺铒光纤长度均相关。
作为本发明所述的一种基于双段互补型的掺铒光纤放大器进一步优化方案，所述辐射模块采用γ射线为辐射源。
作为本发明所述的一种基于双段互补型的掺铒光纤放大器进一步优化方案，所述微处理器为STM32型ARM处理器。
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)本发明在已经掺杂使得EDFA增益平坦的基础上，利用掺铒光纤放大器的辐射效应，进一步提高EDFA的增益平坦性；
(2)本发明利用掺铒光纤的增益互补特性，利用两段掺铒光纤达到使得放大器增益平坦的效果；
(3)本发明利用光学器件的辐照效应，有利于在辐射条件下的进一步推广使用。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
图2是未经辐射的第一掺铒光纤的增益谱。
图3是辐射后的掺铒光纤损耗-波长曲线。
图4是经辐射的第二掺铒光纤的增益谱。
图5是双段互补掺铒光纤的增益谱。
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：
本发明在研究掺铒光纤放大器辐射效应的基础上，基于掺铒光纤的辐射效应，利用掺铒光纤增益特性曲线的互补特性设计了一种可以使得EDFA增益更加平坦的方法，一种双段式互补型特种掺铒光纤的设计。本发明提出了一种互补型特种掺铒光纤的设计，如图1所示，
包括输入模块、掺铒光纤模块、辐射模块和反馈模块；其中，所述反馈模块包括微处理器和检测模块，掺铒光纤模块包括相串联的第一掺铒光纤和第二掺铒光纤，第一掺铒光纤和第二掺铒光纤的长度相同，第一掺铒光纤是不受辐射的；其中，
输入模块，用于将接收的激光信号依次输入至第一掺铒光纤、第二掺铒光纤后输出放大信号；未经辐射的第一掺铒光纤的增益谱如图2，是增益随波长的增益曲线，第二掺铒光纤受到辐射，其增益曲线如图4，图4是经辐射的第二掺铒光纤的增益谱；
辐射模块，用于对第二掺铒光纤进行辐射；
检测模块，用于探测放大信号的增益是否平坦，若不平坦则输出控制信号至微处理器；
微处理器，用于当接收到控制信号，控制辐射剂量，实现放大信号的增益平坦。
检测模块根据预设的平坦要求值判断放大信号的增益是否平坦，所述平坦是预设的平坦要求，所述增益平坦度是指在给定带宽范围内的增益“剧烈增加”和“快速下降”的数值，以分贝(dB)衡量。其具体计算公式为：ΔG＝±(Gmax-Gmin)/2。
所述辐射剂量根据传输波长、第二掺铒光纤掺杂着离子种类和浓度以及第二掺铒光纤长度均相关。
所述辐射模块采用γ射线为辐射源。所述微处理器为STM32型ARM处理器。
对于掺铒光纤，其增益的计算公式为：
EDFA的增益是指EDFA对功率的增加程度，通常用分贝(dB)表示，如果以psout代表EDFA的输出信号光功率，psin代表EDFA的输入信号光功率，G代表EDFA的增益，那么
G = 10 lg p s o u t p sin
对于未经辐射的掺铒光纤的增益特性曲线，如图2所示，在1530-1570nm波段，增益曲线呈下降趋势，即短波长掺铒光纤增益大，长波长掺铒光纤增益小。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，得此时增益平坦度为±3dB。
而在辐射条件下，根据Rose课题组对不同型号的掺铒光纤分别进行了辐射实验，实验采用γ射线和质子两种辐射源，实验结果表明，光纤辐射损耗与辐射总剂量成线性增长，且在实验采用的信号光波长条件下，信号光波长越短光纤辐射损耗越大，如图3所示是辐射后的掺铒光纤损耗-波长曲线，由图可见，在相同辐射剂量情况下，短波长的倾角大，长波长的倾角小，即在等辐射剂量下短波长损耗大，长波长损耗小。
我们不妨设未辐射的EDFA的增益为g,同等辐射剂量下的EDFA的辐射损耗为α，辐射后的EDFA的增益为g',g'＝α+g，其中α<0,g>0。由前文可知，在1530nm-1570nm波段中，小波长的辐射损耗大，但是增益g也大；长波长的辐射损耗小，增益也小。因而，通过控制辐射剂量，可使得EDFA增益曲线如图4所示，即在该波段内，掺铒光纤的增益谱随着波长的增加而增大。此时增益平坦度也为±3dB。
比较图2和图4，其增益曲线的斜率恰巧一正一负。设在未经辐射时的掺铒光纤的增益谱线斜率为k1，经辐射后的掺铒光纤的增益谱线斜率为k2，根据实验可知，k1<0,k2>0,且可以通过计算机拟合控制辐射剂量，令k1+k2≈0，从而在两段等长度的掺铒光纤串联条件下，使得两段掺铒光纤的增益谱互补，达到经过两段掺铒光纤后该系统的增益谱线更加平坦的效果。通过进一步辐射，可以使得该系统的增益谱线近似水平，如图5所示是双段互补掺铒光纤的增益谱。经计算得，此时增益平坦度可达±0.5dB。达到目前EDFA增益平坦度的较高要求。
综上可知，当将掺铒光纤放大器按照上述方案设计时，可以使本发明过程中设计的EDFA增益曲线更加平坦。对于空间通信系统来说，放大器性能的提升将明显改善系统性能，提高系统的抗辐射能力，为空间高速率通信提供更加可靠的技术支持。
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 (5)

1.一种基于双段互补型的掺铒光纤放大器，其特征在于，包括输入模块、掺铒光纤模块、辐射模块和反馈模块；其中，所述反馈模块包括微处理器和检测模块，掺铒光纤模块包括相串联的第一掺铒光纤和第二掺铒光纤，第一掺铒光纤和第二掺铒光纤的长度相同，第一掺铒光纤是不受辐射的；其中，
输入模块，用于将接收的激光信号依次输入至第一掺铒光纤、第二掺铒光纤后输出放大信号；
辐射模块，用于对第二掺铒光纤进行辐射；
检测模块，用于探测放大信号的增益是否平坦，若不平坦则输出控制信号至微处理器；
微处理器，用于当接收到控制信号，控制辐射剂量，实现放大信号的增益平坦。
2.根据权利要求1所述的一种基于双段互补型的掺铒光纤放大器，其特征在于，检测模块根据预设的平坦要求值判断放大信号的增益是否平坦。
3.根据权利要求1所述的一种基于双段互补型的掺铒光纤放大器，其特征在于，所述辐射剂量与传输波长、第二掺铒光纤掺杂着离子种类和浓度以及第二掺铒光纤长度均相关。
4.根据权利要求1所述的一种基于双段互补型的掺铒光纤放大器，其特征在于，所述辐射模块采用γ射线为辐射源。
5.根据权利要求1所述的一种基于双段互补型的掺铒光纤放大器，其特征在于，所述微处理器为STM32型ARM处理器。
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