CN109036055A - 一种多级光纤放大实验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤实验技术领域，具体涉及一种多级光纤放大实验装置及方法，该实验装置包括光源、多级放大单元和光探测单元三个主要部分，其中多级放大单元数量可选且包括光隔离器、前级滤波单元、泵浦激光器、掺杂光纤、后级滤波器五个部分。装置中各部分可进行种类及参数选择，便于进行光纤放大实验中各部分参数对输出光参数的影响测试，由于ASE对光纤放大系统输出光的参数影响很大，且决定ASE功率大小的因素有很多，因此发明得出输出光参数测量数据，可为解决ASE的负面问题提供良好的实验数据，具有很强的创造性。

Description

一种多级光纤放大实验装置及方法
技术领域
本发明涉及光纤实验技术领域，具体涉及一种多级光纤放大实验装置及方法。
背景技术
在激光产生的过程中，处于上能级的粒子会自发地向下能级跃迁，产生自发辐射，成为放大器的主要噪声来源。在高功率光纤激光器或放大器中，自发辐射沿着增益光纤被放大，形成自发辐射噪声(ASE)。由于光纤优良的波导特性和自发辐射的宽带特性，处于光纤数值孔径内的ASE均可沿光纤低损耗传输，从而形成大量正反向传输的宽带ASE。在基于主振功率放大(MOPA)结构的脉冲光纤放大器中，ASE会被逐级放大，特别是在低重复频率条件下，由于脉冲间隔较长，其间隔期间由于抽运而储存的能量会被ASE提取，从而消耗大量的上能级粒子数，导致信号脉冲对能量的提取率降低，使得ASE功率迅速增大；此外，由于光纤端面对ASE波段的反射，容易诱发寄生振荡。与此同时，前向传输的ASE对信号脉冲构成了宽带噪声，而后向传输的ASE会损坏前端器件，影响放大器的输出性能。
影响ASE功率大小的因素有增益光纤参数、重复频率、信号功率、信号脉宽、抽运脉宽、端面反射率、滤波器参数以及系统结构等多种因素。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种多级光纤放大实验装置及方法，由于ASE对光纤放大系统输出光的参数影响很大，且决定ASE功率大小的因素有很多，因此通过本发明得出输出的光参数测量数据，可为解决ASE的负面问题提供良好的实验数据。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种多级光纤放大实验方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
S1用激光器作为光源输出激光信号；
S2输出的激光信号通过光隔离器隔离后级光路中的反向光强；
S3隔离后的激光信号通过前级滤波单元滤除前级光路中的噪声信号；
S4用泵浦激光器为S3中的激光信号提供泵浦能量；
S5通过掺杂光纤放大S4中的激光信号的能量；
S6将S4中的激光信号通过后级滤波单元滤除本级放大单元产生的自发辐射噪声；
S7利用光探测单元对输出激光信号进行功率、光谱参数的测量。
优选的，所述S1中，光源功率依照后续系统结构要求调节，激光器输出波长决定后续各单元器件参数选择。
优选的，所述S4中泵浦激光器泵浦功率可调。
优选的，所述S5中掺杂光纤属性与光源参数匹配。
一种多级光纤放大实验装置，其特征在于：包括光源、多级放大单元和光探测单元；所述多级放大单元包括光隔离器、前级滤波单元、泵浦激光器、掺杂光纤和后级滤波器。
优选的，所述前级滤波单元由带通滤波器、声光调制器或者布拉格光栅构成，所述前级滤波单元用于滤除前级放大单元产生的自发辐射噪声。
优选的，所述后级滤波单元由带通滤波器、声光调制器或者布拉格光栅构成，所述后级滤波单元用于为滤除本级放大单元产生的自发辐射噪声。
优选的，所述光隔离器允许激光信号向一个方向通过而阻止向相反方向通过，用于为隔离后级光路中的反向光强，防止激光器损伤。
优选的，所述光探测单元由光功率计和、光谱分析仪和光电传感器构成。
本发明的有益效果为：
由于ASE对光纤放大系统输出光的参数影响很大，且决定ASE功率大小的因素有很多，因此发明得出输出光参数测量数据，可为解决ASE的负面问题提供良好的实验数据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是一种多级光纤放大实验装置的结构框图；
图2是一种多级光纤放大实验方法的原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示的一种多级光纤放大实验装置，包括光源、多级放大单元和光探测单元；所述多级放大单元包括光隔离器、前级滤波单元、泵浦激光器、掺杂光纤和后级滤波器。
前级滤波单元由带通滤波器、声光调制器或者布拉格光栅构成，所述前级滤波单元用于滤除前级放大单元产生的自发辐射噪声。
后级滤波单元由带通滤波器、声光调制器或者布拉格光栅构成，所述后级滤波单元用于为滤除本级放大单元产生的自发辐射噪声。
光隔离器允许激光信号向一个方向通过而阻止向相反方向通过，用于为隔离后级光路中的反向光强，防止激光器损伤。
光探测单元由光功率计和、光谱分析仪和光电传感器构成。
具体原理为：在多级放大单元中由泵浦激光器和掺杂光纤组成光纤放大器。在该装置中光纤放大器选择掺饵光纤放大器(EDFA)。掺铒光纤是在石英光纤的纤芯中掺入适量浓度的铒离子(Er3+)，泵浦激光器的作用是给铒离子提供能量，将它从低能级“抽运”到高能级，使其具有光学增益功能。
没有泵浦光作用时，Er3+离子的能量状态称为基态；吸收泵浦光能量后，Er3+便处于较高能量状态，即由基态跃迁到激发态。由于处于该高能态的寿命很短，将迅速过渡到较低的激发态，Er3+处于激发态的寿命长得多，被称为亚稳态。
当Er3+从亚稳激发态跃迁回到基态时，多出来的能量转变为荧光辐射，辐射光的波长由亚稳态与基态的能级差决定。在1550nm波段上，在泵浦源不断作用下，处于亚稳激发态的Er3+不断累积，其数量可超过仍处于基态的离子数。
当高能态上的粒子数超过低能态上的粒子数时，达到了粒子数反转状态。只有在这种状态下才可能有光放大作用。如入射光信号的光子能量相当于基态和亚稳态之间的能量差，即其光波长与上述辐射光的波长相同，它将同时引发由基态→亚稳态的吸收跃迁和由亚稳态→基态的发射跃迁，吸收跃迁吸收光能，发射跃迁发射光能，吸收和发射光能的大小各与基态和亚稳态的粒子密度成正比。
由于粒子数反转的缘故，总的效果是发射的光能超过吸收的光能，这就使入射光增强，而得到了光放大。
实施例2
如图2所示的一种多级光纤放大实验方法，包括以下步骤：
S1用激光器作为光源输出激光信号；
S2输出的激光信号通过光隔离器隔离后级光路中的反向光强；
S3隔离后的激光信号通过前级滤波单元滤除前级光路中的噪声信号；
S4用泵浦激光器为S3中的激光信号提供泵浦能量；
S5通过掺杂光纤放大S4中的激光信号的能量；
S6将S4中的激光信号通过后级滤波单元滤除本级放大单元产生的自发辐射噪声；
S7利用光探测单元对输出激光信号进行功率、光谱参数的测量。
所述S1中，光源功率依照后续系统结构要求调节，激光器输出波长决定后续各单元器件参数选择。
所述S4中泵浦激光器泵浦功率可调。
所述S5中掺杂光纤属性与光源参数匹配。
由于ASE对光纤放大系统输出光的参数影响很大，且决定ASE功率大小的因素有很多，因此发明得出输出光参数测量数据，可为解决ASE的负面问题提供良好的实验数据，具有很强的创造性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种多级光纤放大实验方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
S1用激光器作为光源输出激光信号；
S2输出的激光信号通过光隔离器隔离后级光路中的反向光强；
S3隔离后的激光信号通过前级滤波单元滤除前级光路中的噪声信号；
S4用泵浦激光器为S3中的激光信号提供泵浦能量；
S5通过掺杂光纤放大S4中的激光信号的能量；
S6将S4中的激光信号通过后级滤波单元滤除本级放大单元产生的自发辐射噪声；
S7利用光探测单元对输出激光信号进行功率、光谱参数的测量。
2.根据权利要求1所述的多级光纤放大实验方法，其特征在于：所述S1中，光源功率依照后续系统结构要求调节，激光器输出波长决定后续各单元器件参数选择。
3.根据权利要求1所述的多级光纤放大实验方法，其特征在于：所述S4中泵浦激光器泵浦功率可调。
4.根据权利要求1所述的多级光纤放大实验方法，其特征在于：所述S5中掺杂光纤属性与光源参数匹配。
5.一种多级光纤放大实验装置，其特征在于：包括光源、多级放大单元和光探测单元；所述多级放大单元包括光隔离器、前级滤波单元、泵浦激光器、掺杂光纤和后级滤波器。
6.根据权利要求5所示的多级光纤放大实验装置，其特征在于：所述前级滤波单元由带通滤波器、声光调制器或者布拉格光栅构成，所述前级滤波单元用于滤除前级放大单元产生的自发辐射噪声。
7.根据权利要求5所示的多级光纤放大实验装置，其特征在于：所述后级滤波单元由带通滤波器、声光调制器或者布拉格光栅构成，所述后级滤波单元用于为滤除本级放大单元产生的自发辐射噪声。
8.根据权利要求5所示的多级光纤放大实验装置，其特征在于：所述光隔离器允许激光信号向一个方向通过而阻止向相反方向通过，用于为隔离后级光路中的反向光强，防止激光器损伤。
9.根据权利要求5所述的多级光纤放大实验装置，其特征在于：所述光探测单元由光功率计和、光谱分析仪和光电传感器构成。
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