CN107577102A - 一种基于光子晶体光纤的双泵浦光纤参量放大器 - Google Patents
一种基于光子晶体光纤的双泵浦光纤参量放大器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于光子晶体光纤的双泵浦光纤参量放大器，具体包括两个泵浦激光器、信号激光器、两个相位调制器、三个偏振控制器、两个掺铒光纤放大器、光衰减器、波分复用器及光子晶体光纤。两个泵浦激光器的输出依次分别经第一掺铒光纤放大器和第二掺铒光纤放大器放大后，与经光衰减器调整的信号激光器输出的信号光，通过波分复用器将两个泵浦光和信号光同时复用到光子晶体光纤，在光子晶体光纤中利用参量放大过程实现对信号光的参量放大。本发明双泵浦光纤参量放大器在较低的输入泵浦功率和较短的光子晶体光纤长度情况下实现高增益、平坦和超宽带的参量放大。
Description
技术领域
本发明属于光纤通信领域，涉及一种高增益、平坦和超宽带光纤参量放大器，尤其涉及基于光子晶体光纤的双泵浦光纤参量放大器。
背景技术
随着通信技术的快速发展，光放大器在光纤通信系统中发挥越来越重要的作用。目前已研制出并投入使用的光放大器有光纤拉曼放大器、掺铒光纤放大器、半导体光放大器、光纤参量放大器等。而近年来，随着对超宽带、高增益光放大器的需求逐渐增加，光纤参量放大器由于具有可对任意波长信号放大、对信号的比特率和调制格式完全透明、低噪声和较宽平坦增益、高相敏等独特的优势，而成为了当今光放大器中热点。自光纤产品出现以来，光纤光学领域取得了显着的发展。光子晶体光纤是一种新型的特殊光纤，它的主要特点是其非线性参数远高于普通光纤，因此可以用作非线性介质，特别是光纤参量放大器。基于光子晶体光纤的光参量放大器在未来密集波分复用系统和全光通信网络具有独特的优势。
目前，大部门研究主要是基于高非线性光纤的光纤参量放大器。CN201010288742.0公开了一种基于微结构光纤的双泵浦光线参量放大器，可以提供62dB峰值增益440nm增益带宽。但是上述方案的双泵浦光的功率相对比较大，微结构光纤的非线性系数不够高，并且技术中没有考虑到微结构光纤的损耗。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提出了一种基于光子晶体光纤的双泵浦光纤参量放大器。
本发明的技术方案为：一种基于光子晶体光纤的双泵浦光纤参量放大器，具体包括：第一泵浦激光器、第二泵浦激光器、信号激光器、第一相位调制器、第二相位调制器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、第一掺饵光纤放大器、第二掺饵光纤放大器、光衰减器、波分复用器及光子晶体光纤，其中，第一泵浦激光器和第二泵浦激光器输出的泵浦光依次分别经第一相位调制器和第二相位调制器调制，然后经第一偏振控制器和第二偏振控制器进一步调整其偏振态，再分别经第一掺铒光纤放大器和第二掺铒光纤放大器放大后，并与经第三偏振控制器和光衰减器调整的信号激光器输出的信号光，通过波分复用器将两个泵浦光和信号光同时复用到光子晶体光纤，所述光子晶体光纤中利用参量过程实现对信号光的参量放大。
进一步的，所述光子晶体光纤的长度在27m-33m之间，光纤非线性系数大于100W- 1km-1。
进一步的，所述泵浦激光器的泵浦光功率在0.8W-1.2W之间。
进一步的，所述信号光波长在1300nm-1880nm范围内。
本发明的有益效果：本发明的双泵浦光纤参量放大器可以实现了峰值增益接近70dB，增益带宽超过500nm，平坦度低于3.5dB的参量放大，较现有技术增益带宽拓宽了60nm左右，峰值增益提高8dB左右，并且增益的平坦性相对比较好。本发明的光纤参量放大器可以充分利用当前制造工艺的优势，在能够实现高增益、平坦且超宽带参量放大的前提下，降低泵浦光功率、减小光纤长度，从而降低损耗和系统复杂度。
附图说明
图1是本发明实施例的双泵浦光纤参量放大器结构示意图。
图2是本发明实施例的光子晶体光纤横截面的结构示意图。
图3是本发明实施例的增益随光纤长度的关系图。
图4是本发明实施例的增益随泵浦光中心功率的关系图。
图5是本发明实施例的增益随泵浦光中心波长的关系图.
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。
本发明实施例的基于光子晶体光纤的双泵浦光纤参量放大器的结构如图1所示，具体包括：两个泵浦激光器、信号激光器、两个相位调制器、三个偏振控制器、两个掺饵光纤放大器、光衰减器、波分复用器及光子晶体光纤。
如图1所示，两个泵浦激光器发出的两个波长分别为λp1和λp2的泵浦光分别经过经第一相位调制器和第二相位调制器调制，经第一偏振控制器和第二偏振控制器进一步调整其偏振态，分别经第一掺铒光纤放大器和第二掺铒光纤放大器放大后，并与经第三偏振控制器和光衰减器调整的信号激光器产输出的波长为λs的信号光，通过波分复用器将两个泵浦光和信号光同时复用到长度为L的光子晶体光纤中。在光纤中产生四波混频效应，产成波长为λi的闲频光，并实现对信号光的参量放大，图1中的光谱分析仪可以用于测量不同光功率的变化。
这里，偏振控制器用于将三束光的偏振态调整为偏振方向相互平行的线偏振光。
光子晶体光纤与常规光纤相比，具有较高的非线性系数，基于光子晶体光纤的参量放大器可以在较短光纤长度和较低输入泵浦功率下获得较高的增益峰值和超宽带增益带宽，从而降低损耗，使器件的结构更简单、紧凑。
图2为光子晶体光纤横截面的结构示意图，它是由四个六边形的气孔环组成，第一环的气孔直径d1＝0.5μm，其余环气孔直径d＝0.6μm，其中，孔与孔之间的距离Λ＝2μm。
在光子晶体光纤中，光纤的非线性系数γ与光子晶体光纤的有效面积Aeff的关系如公式(1)所示，Aeff与光子晶体光纤气孔直径d和相邻气孔中心距离Λ之间的关系如公式(2)所示：
其中，n2是二氧化硅的非线性折射率，λp为泵浦光的波长。
所以，调整光子晶体光纤的气孔直径d和相邻气孔中心距离Λ的大小，可以获得较大的非线性系数γ和较平坦的色散曲线。
光子晶体光纤内双泵浦光纤参量放大的耦合模方程为：
其中，Ap1、Ap2、As、Ai分别为泵浦光1、泵浦光2、信号光和闲频光的复振幅，γ和α分别是光纤的非线性系数和损耗系数，z为光波沿光纤传播的距离，*表示复共轭，e为自然常数，i为虚数单位，Δβ为波矢失配，其中，
其中，S0是光子晶体光纤在零色散波长处的色散斜率，λ0是零色散波长，c为光速。在小信号条件下，FOPA的峰值增益近似为：
G≈8.6γPpL-6 (5)
本发明实施例提供的双泵浦光纤参量放大器的峰值增益和增益带宽取决于光子晶体光纤的非线性系数、光纤长度、色散特性和两个泵浦光、信号光的输入功率、波长等因素，通过适当的调整这些参数可以得到较高峰值功率、平坦且超宽带宽增益的参量放大器，本发明方案实现了峰值增益接近70dB，增益带宽超过500nm，平坦度低于3.5dB的参量放大。较现有技术增益带宽拓宽了60nm左右，峰值增益提高8dB左右，并且增益的平坦性相对比较好。
实施例1：
在不同光子晶体光纤长度下，基于光子晶体光纤的双泵浦光纤参量放大器的增益谱。其中，两个泵浦光的输入功率P1＝P2＝1.2W，两泵浦波长分别为信号光的初始功率为-30dBm，非线性系数为122.7W-1km-1，光子晶体光纤的零色散波长为1535nm，色散斜率S0＝0.0180ps·nm-2km-1，光纤损耗α＝1.0dB/km。
图3给出了光子晶体光纤长度为33m、30m、27m的增益谱，由图3可知，随着光纤长度的增加，增益峰值得到提高但增益带宽不受影响。其中在光子晶体光纤长度为33m时，得到了峰值增益接近70dB，增益带宽超过500nm的参量放大。
实施例2：
图4为在不同的泵浦功率下，基于光子晶体光纤的双泵浦光纤参量放大器的增益谱。两泵浦光波长分别为信号光的初始功率为-30dBm，光子晶体光纤的光纤长度为33m，非线性系数为122.7W-1km-1,零色散波长为1535nm，光纤损耗α＝1.0dBkm，色散斜率S0＝0.0180ps·nm-2km-1。如图4为两个泵浦光功率分别为1.2W、1.0W、0.8W的增益谱，由图4可以看出，随着泵浦光功率的增加，增益峰值也在增加，并且增益带宽变宽。
实施例3：
在不同的泵浦波长下，基于光子晶体光纤的双泵浦光纤参量放大器的增益谱。其中两个泵浦光的输入功率P1＝P2＝1.2W，信号光的初始功率为-30dBm，光子晶体光纤的光纤长度为33m，非线性系数为122.7W-1Km-1,零色散波长为1535nm，光纤损耗α＝1.0dB/km，色散斜率S0＝0.0180ps·nm-2km-1。如图5为泵浦光中心波长分别为1536nm、1536.2nm、1536.4nm的增益谱，由图可以看出，泵浦光的中心波长越接近于零色散波长，增益带宽越宽，但峰值增益不受影响。
以上所陈述的仅仅是本发明方法的优选实施方式，应当指出，在不脱离本发明方案及装置实质的前提下，在实际实施中可以做出若干更改(比如改变高非线性光纤的非线性系数和光纤参数时)也应包含在本发明的保护范围以内。
Claims (6)
1.一种基于光子晶体光纤的双泵浦光纤参量放大器，具体包括：第一泵浦激光器、第二泵浦激光器、信号激光器、第一相位调制器、第二相位调制器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、第一掺饵光纤放大器、第二掺饵光纤放大器、光衰减器、波分复用器及光子晶体光纤，其中，第一泵浦激光器和第二泵浦激光器输出的泵浦光依次分别经第一相位调制器和第二相位调制器调制，然后经第一偏振控制器和第二偏振控制器进一步调整其偏振态，再分别经第一掺铒光纤放大器和第二掺铒光纤放大器放大后，并与经第三偏振控制器和光衰减器调整的信号激光器输出的信号光，通过波分复用器将两个泵浦光和信号光同时复用到光子晶体光纤，所述光子晶体光纤中利用参量过程实现对信号光的参量放大。
2.根据权利要求1所述的基于光子晶体光纤的双泵浦光纤参量放大器，其特征在于，所述光子晶体光纤的长度在27m-33m之间，光纤非线性系数大于100W-1km-1。
3.根据权利要求1所述的基于光子晶体光纤的双泵浦光纤参量放大器，其特征在于，所述泵浦激光器的泵浦光功率在0.8W-1.2W之间。
4.根据权利要求1所述的基于光子晶体光纤的双泵浦光纤参量放大器，其特征在于，所述信号光波长在1300nm-1880nm范围内。
5.根据权利要求1所述的基于光子晶体光纤的双泵浦光纤参量放大器，其特征在于，所述光子晶体光纤由四个六边形的气孔环组成，第一环的气孔直径d1＝0.5μm，其余环气孔直径d＝0.6μm，其中，孔与孔之间的距离Λ＝2μm。
6.根据权利要求1所述的基于光子晶体光纤的双泵浦光纤参量放大器，其特征在于，光子晶体光纤内双泵浦光纤参量放大的耦合模方程为：
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN109525322A (zh) * | 2018-11-02 | 2019-03-26 | 南京信息工程大学 | 一种多参量过程混合级联的超低噪光多载波发射方法 |
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