CN109473862A - 一种均衡泵浦的L-band光纤放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种均衡泵浦的L‑band光纤放大器，其中包括第一掺铒光纤、第二掺铒光纤、吸收掺铒光纤以及至少两个泵浦激光器，所述第一掺铒光纤、第二掺铒光纤和吸收掺铒光纤依次前后设置，所述至少两个泵浦激光器用于提供泵浦光；其中，所述第一掺铒光纤与所述第二掺铒光纤均被注入前向泵浦光+后向泵浦光，所述吸收掺铒光纤设置在所述第二掺饵光纤的下游，用于吸收放大器中的ASE。本发明对光路中的第一段及最后一段掺铒光纤实行双向泵浦，同时增加一段不经过泵浦注入的掺铒光纤用于吸收ASE，在大大提高了泵浦转换效率、降低了非线性效应的同时，还解决了L‑band光纤放大器采用后向泵浦噪声大的问题，降低了噪声指数，同时降低成本。

Description

一种均衡泵浦的L-band光纤放大器
【技术领域】
本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种均衡泵浦的L-band光纤放大器。
【背景技术】
伴随着“互联网+”概念的提出，5G、云计算、大数据、物联网的发展对现有通讯网络的带宽和速率都提出了更高的要求，目前无论是数据中心还是传统的电信网络，100Gbit/s的系统都是主流设备，200Gbit/s、400Gbit/s的系统已在试用阶段。对于超100G系统多采用双载波或多载波方案，调制格式也采用了8QAM或16QAM，频谱利用率不高，传统C-band(1528-1568nm)信道已不能满足带宽需求，系统对L-band信号(1570-1610nm)的需求越来越迫切。
在光纤放大器中，一般要通过两段或三段或更多段掺铒光纤的光路结构实现，传统的C-band光纤放大器中，通常全部光纤都采用前向泵浦，或者最后一段光纤采用后向泵浦，其它段光纤采用前向泵浦。由于L-band光纤放大器相比C-band光纤放大器需要的掺铒光纤长得多，通常为C-band光纤放大器中饵纤长度的8-10倍，因此，传统的C-band光路结构直接用到L-band放大器中会遇到一些问题，如噪声指数大、转换效率低、光纤中非线性四波混频比较严重。同时，在L-band光纤放大器中，为了降低噪声指数，需要大幅增加泵浦第一段铒纤的泵浦功率；为了提高输出功率，又需要大幅增加泵浦最后一段铒纤的泵浦功率，导致成本比C-band大幅上升，性能还大幅降低。
鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。
【发明内容】
本发明需要解决的技术问题是：
L-band光纤放大器的掺铒光纤长度较大，传统的C-band光路结构直接用到L-band放大器中可能会造成噪声指数大、转换效率低、光纤中非线性四波混频严重等问题，而且L-band光纤放大器的制作成本较高。
本发明通过如下技术方案达到上述目的：
本发明提供了一种均衡泵浦的L-band光纤放大器，包括第一掺铒光纤1-1、第二掺铒光纤1-2、吸收掺铒光纤1-3以及至少两个泵浦激光器，所述第一掺铒光纤1-1、所述第二掺铒光纤1-2和所述吸收掺铒光纤1-3依次前后设置，所述至少两个泵浦激光器用于提供泵浦光；
其中，所述第一掺铒光纤1-1被至少两个泵浦激光器注入前向泵浦光和后向泵浦光，所述第二掺铒光纤1-2被至少两个泵浦激光器注入前向泵浦光和后向泵浦光，所述吸收掺铒光纤1-3设置在所述第二掺饵光纤1-2的下游，用于吸收放大器中产生的ASE。
优选的，每个泵浦激光器均采用单独泵浦或者泵浦分光的形式，为需要注入泵浦的掺铒光纤提供泵浦光。
优选的，还包括前后顺次连接的第一隔离器2-1、第一合波器3-1、第二合波器3-2、第三合波器3-3、第四合波器3-4、第二隔离器2-2和第三隔离器2-3；
其中，所述第一掺铒光纤1-1连接在所述第一合波器3-1的公共端和所述第二合波器3-2的公共端之间，所述第二掺铒光纤1-2连接在所述第三合波器3-3的公共端和所述第四合波器3-4的公共端之间，所述吸收掺铒光纤1-3连接在所述第二隔离器2-2和所述第三隔离器2-3之间。
优选的，所述至少两个泵浦激光器包括第一泵浦激光器4-1和第二泵浦激光器4-2，所述光纤放大器还包括第一泵浦分光器5-1和第二泵浦分光器5-2；
其中，所述第一泵浦激光器4-1与第一泵浦分光器5-1的公共端连接，第一泵浦分光器5-1的第一分光端口与第一合波器3-1的泵浦端连接，第二分光端口与第三合波器3-3的泵浦端连接，以便所述第一泵浦激光器4-1通过泵浦分光的形式分别为第一掺铒光纤1-1和第二掺铒光纤1-2注入前向泵浦光；
所述第二泵浦激光器4-2与第二泵浦分光器5-2的公共端连接，第二泵浦分光器5-2的第一分光端口与第四合波器3-4的泵浦端连接，第二分光端口与第二合波器3-2的泵浦端连接，以便所述第二泵浦激光器4-2通过泵浦分光的形式分别为第二掺铒光纤1-2和第一掺铒光纤1-1注入后向泵浦光。
优选的，还包括增益平坦滤波器6，所述增益平坦滤波器6连接在所述第二合波器3-2的信号端与所述第三合波器3-3的信号端之间，且所述增益平坦滤波器6本身集成有隔离器。
优选的，所述第二合波器3-2与所述增益平坦滤波器6之间还设有前后顺次连接的第四隔离器2-4、可变光衰减器7、第五合波器3-5和第三掺铒光纤1-4，且所述第三掺铒光纤1-4与所述第五合波器3-5的公共端连接。
优选的，所述至少两个泵浦激光器包括第一泵浦激光器4-1、第二泵浦激光器4-2和第三泵浦激光器4-3，所述光纤放大器还包括第一泵浦分光器5-1和第二泵浦分光器5-2；
其中，所述第一泵浦激光器4-1与第一泵浦分光器5-1的公共端连接，第一泵浦分光器5-1的第一分光端口与第一合波器3-1的泵浦端连接，第二分光端口与第三合波器3-3的泵浦端连接，以便所述第一泵浦激光器4-1通过泵浦分光的形式分别为第一掺铒光纤1-1和第二掺铒光纤1-2注入前向泵浦光；
所述第二泵浦激光器4-2与第二泵浦分光器5-2的公共端连接，第二泵浦分光器5-2的第一分光端口与第四合波器3-4的泵浦端连接，第二分光端口与第二合波器3-2的泵浦端连接，以便所述第二泵浦激光器4-2通过泵浦分光的形式分别为第二掺铒光纤1-2和第一掺铒光纤1-1注入后向泵浦光；
所述第三泵浦激光器4-3与所述第五合波器3-5的泵浦端连接，以便所述第三泵浦激光器4-3通过单独泵浦的形式为第三掺铒光纤1-4注入前向泵浦光。
优选的，所述至少两个泵浦激光器包括第一泵浦激光器4-1、第二泵浦激光器4-2和第三泵浦激光器4-3，所述光纤放大器还包括第二泵浦分光器5-2和第三泵浦分光器5-3；
其中，所述第一泵浦激光器4-1与所述第一合波器3-1的泵浦端连接，以便所述第一泵浦激光器4-1通过单独泵浦的形式为所述第一掺铒光纤1-1注入前向泵浦光；
所述第二泵浦激光器4-2与第二泵浦分光器5-2的公共端连接，所述第二泵浦分光器5-2的第一分光端口与第四合波器3-4的泵浦端连接，第二分光端口与第二合波器3-2的泵浦端连接，以便所述第二泵浦激光器4-2通过泵浦分光的形式分别为第二掺铒光纤1-2和第一掺铒光纤1-1注入后向泵浦光；
所述第三泵浦激光器4-3与第三泵浦分光器5-3的公共端连接，所述第三泵浦分光器5-3的第一分光端口与第五合波器3-5的泵浦端连接，第二分光端口与第三合波器3-3的泵浦端连接，以便所述第三泵浦激光器4-3通过泵浦分光的形式分别为第三掺铒光纤1-4和第二掺铒光纤1-2注入前向泵浦光。
优选的，对于任一泵浦分光器，对应的第一分光端口的分光比例为70％-90％，第二分光端口的分光比例对应为30％-10％。
优选的，所述至少两个泵浦激光器产生的泵浦光的波长满足以下条件：所述后向泵浦光的波长范围为1460～1490nm，所述前向泵浦光的波长范围为973～982nm。
本发明的有益效果是：
本发明将后向泵浦应用到L-band放大器中，对光路中对噪声指数及转换效率影响最大的第一段及最后一段掺铒光纤实行双向泵浦，同时在泵浦掺铒光纤之外，增加一段较短的不经过泵浦注入的掺铒光纤，用于吸收ASE，从而解决了L-band光纤放大器采用后向泵浦噪声大的问题，在大大提高了泵浦转换效率、降低了非线性四波混频效应的同时，有效降低了放大器的噪声指数，同时也大幅降低了L-band光纤放大器的制作成本。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述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为现有的一种C-band光纤放大器的结构示意图；
图2为现有的另一种C-band光纤放大器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种均衡泵浦的固定增益L-band放大器的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种均衡泵浦的可变增益L-band放大器的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种均衡泵浦的可变增益L-band放大器的结构示意图；
图6为相同增益及输出功率情况下，不同泵浦方式对应的噪声指数曲线图；
图7为相同增益及输出功率情况下，不同泵浦方式对应的放大器中信号功率最大值的曲线图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
传统的C-band光纤放大器通常如图1和图2所示，以光纤放大器中设置两段掺铒光纤为例，图1中两段掺铒光纤均采用前向泵浦，图2中最后一段光纤采用双向泵浦，第一段掺铒光纤采用前向泵浦。对于C-band光纤放大器来说，最后一段光纤无论采用前向、后向还是双向泵浦，对噪声指数及非线性四波混频的影响都不大；但对于L-band光纤放大器，泵浦方式的选择对噪声指数及非线性有着显著的影响，具体分析如下：
由于L-band光纤放大器相比C-band光纤放大器需要的掺铒光纤长得多，传统的C-band光路结构直接用到L-band放大器中会遇到一些问题：当L-band光纤放大器直接采用如图1所示的全部前向泵浦时，会存在转换效率低、非线性四波混频效应严重的问题；而后向泵浦会大大提高L-band放大器中短波长的噪声指数，在对噪声指数要求比较低的情况下L-band放大器可采用图2所示的结构，但是当对噪声指数要求比较高时，L-band放大器的最后一段掺铒光纤无法采用后向泵浦，此时L-band光纤放大器也不适合直接采用如图2所示的方案。由此可知，传统的C-band光路结构并不能直接用于L-band放大器中，仍需进行一定的优化或改进。
下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明，其中，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1：
本发明实施例提供了一种均衡泵浦的L-band光纤放大器，如图3-图5所示，包括第一掺铒光纤1-1、第二掺铒光纤1-2、吸收掺铒光纤1-3以及至少两个泵浦激光器，所述第一掺铒光纤1-1、第二掺铒光纤1-2和吸收掺铒光纤1-3依次前后设置，所述至少两个泵浦激光器用于提供泵浦光；其中，所述第一掺铒光纤1-1被其中至少两个泵浦激光器注入前向泵浦光和后向泵浦光，所述第二掺铒光纤1-2也被其中至少两个泵浦激光器注入前向泵浦光和后向泵浦光。相比于现有的双前向泵浦，本发明增设了后向泵浦，使两段掺铒光纤均变为双向泵浦，同时在所述第二掺饵光纤1-2的下游增设一段相对于注入泵浦的掺铒光纤较短的无需注入泵浦光的掺铒光纤，即所述吸收掺铒光纤1-3，用于吸收放大器中产生的ASE。
其中，所述光纤放大器中通常包括至少两段需要注入泵浦光的掺铒光纤，按照前后连接顺序，所述第一掺铒光纤1-1为光路中需要注入泵浦光的第一段掺铒光纤，所述第二掺铒光纤1-2为光路中需要注入泵浦光的最后一段掺铒光纤。除吸收掺铒光纤1-3外，在条件允许的情况下，优选的对每段掺铒光纤均采用双向泵浦；如果条件不允许，则优先对所述第一掺铒光纤1-1和第二掺铒光纤1-2采用双向泵浦，其他段掺铒光纤采用前向泵浦。
本发明实施例提供的均衡泵浦的L-band光纤放大器中，第一段掺铒光纤与最后一段掺铒光纤均采用双向泵浦，将后向泵浦成功应用到L-band放大器中，由此带来的短波长噪声指数的劣化通过一段比较短的没有泵浦的掺铒光纤得到改善，解决了L-band光纤放大器采用后向泵浦噪声大的问题，在大大提高了泵浦转换效率、降低了非线性四波混频效应的同时，有效降低了放大器的噪声指数，同时也大幅降低了L-band光纤放大器的制作成本。
其中，所述L-band光纤放大器可以是固定增益放大器(Fixed gain amplifier，简写为FGA)，也可以是可变增益放大器(variable Gain amplifier，VGA)。对于作为泵浦光源的所述至少两个泵浦激光器，无论是FGA还是VGA，每个泵浦激光器均可采用单独泵浦或者泵浦分光的形式，为需要注入泵浦的掺铒光纤提供泵浦光。所述单独泵浦为：某个泵浦激光器只单独为某段掺铒光纤提供前向泵浦光后向泵浦光，所述泵浦分光为：某个泵浦激光器通过分光同时为两段掺铒光纤提供前向泵浦光或提供后向泵浦光，分光比例可根据实际使用需求进行设置。在下面描述中，本发明实施例以泵浦激光器采用泵浦分光为例进行说明，但并不用以限制本发明。
如图3所示，在一个具体的实施例中，所述L-band光纤放大器为FGA，设置有两段需要注入泵浦光的掺铒光纤，则所述FGA包括顺次连接的第一隔离器2-1、第一合波器3-1、第一掺铒光纤1-1、第二合波器3-2、第三合波器3-3、第二掺铒光纤1-2、第四合波器3-4、第二隔离器2-2、吸收掺铒光纤1-3和第三隔离器2-3。通常，为了实现放大器增益的平坦化，所述FGA还包括连接在所述第二合波器3-2与所述第三合波器3-3之间的增益平坦滤波器6，所述增益平坦滤波器6本身还集成有隔离器。
具体连接如下：放大器输入端(Input)与所述第一隔离器2-1的输入端连接，所述第一隔离器2-1的输出端与所述第一合波器3-1的信号端连接，所述第一合波器3-1的公共端与所述第一掺铒光纤1-1连接，所述第一掺铒光纤1-1还与所述第二合波器3-2的公共端连接，所述第二合波器3-2的信号端与所述增益平坦滤波器6的输入端连接，所述增益平坦滤波器6的输出端与所述第三合波器3-3的信号端连接，所述第三合波器3-3的公共端与所述第二掺铒光纤1-2连接，所述第二掺铒光纤1-2还与所述第四合波器3-4的公共端连接，所述第四合波器3-4的信号端与所述第二隔离器2-2的输入端连接，所述第二隔离器2-2的输出端与所述吸收掺铒光纤1-3的输入端连接，所述吸收掺铒光纤1-3的输出端与所述第三隔离器2-3的输入端连接，所述第三隔离器2-3的输出端与放大器输出端连接。
继续参考图3，所述至少两个泵浦激光器包括第一泵浦激光器4-1和第二泵浦激光器4-2，其中，所述第一泵浦激光器4-1通过泵浦分光的形式为第一掺铒光纤1-1和第二掺铒光纤1-2注入前向泵浦光，所述第二泵浦激光器4-2通过泵浦分光的形式为第二掺铒光纤1-2和第一掺铒光纤1-1注入后向泵浦光。具体实现方式如下：所述FGA还包括第一泵浦分光器5-1和第二泵浦分光器5-2，所述第一泵浦激光器4-1与第一泵浦分光器5-1的公共端连接，所述第一泵浦分光器的第一分光端口与所述第一合波器3-1的泵浦端连接，第二分光端口与所述第三合波器3-3的泵浦端连接；所述第二泵浦激光器4-2与所述第二泵浦分光器5-2的公共端连接，所述第二泵浦分光器5-2的第一分光端口与所述第四合波器3-4的泵浦端连接，第二分光端口与所述第二合波器3-2的泵浦端连接。如果采用单独泵浦，要实现第一掺铒光纤1-1和第二掺铒光纤1-2的双向泵浦需采用4个泵浦激光器，本发明通过采用泵浦分光形式，只需采用两个泵浦激光器即可，不仅节省了成本，而且经试验证明，泵浦分光形式时放大器的整体性能更优，具体将在后续介绍。
在上述FGA结构中，两段掺铒光纤都是通过双向泵浦实现，由于每一段掺铒光纤都比较长，因此泵浦波长可以是相同的，也可以是不同的。后向泵时，1480nm左右波长对应的转换效率较高，因此，综合考虑成本及性能，一般配置为前向泵浦为980nm左右波长，后向泵浦为1480nm左右波长，则所述泵浦激光器产生的泵浦光的波长满足以下要求：所述第二泵浦激光器4-2产生的后向泵浦光的波长范围为1460～1490nm，所述第一泵浦激光器4-1产生的前向泵浦光的波长范围为973～982nm。
结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，对于任一泵浦分光器，第一分光端口的分光比例大于对应第二端口的分光比例，且第一分光端口的分光比例在70％-90％范围内，第二分光端口的分光比例对应为30％-10％。例如，本实施例中取第一分光端口和第二分光端口的分光比例分别为80％和20％，则所述第一泵浦激光器4-1主要为第一掺铒光纤1-1提供前向泵浦光，同时分出一小部分(即20％)给第二掺铒光纤1-2；所述第二泵浦激光器4-2主要为第二掺铒光纤1-2提供后向泵浦光，同时分出一小部分(即20％)给第一掺铒光纤1-1。通过这种分光比例的设置，更好地优化了放大器的整体性能。
本发明实施例将后向泵浦成功应用到L-band放大器中，大大提高了泵浦转换效率、降低了非线性四波混频效应，由此带来的短波长噪声指数的劣化通过一段比较短的没有泵浦的掺铒光纤得到改善，有效降低了放大器的噪声指数。在所述L-band光纤放大器中，可以把每段掺铒光纤看成一个放大器，整体看成级联放大器，对于级联放大器，其等效噪声指数NF的计算公式为NF＝NF1+(NF2-1)/G1；NF1为其中第一段掺铒光纤的噪声指数，G1为最后一段掺铒光纤的增益，为了降低整体的NF，就需要尽量增大G1、降低NF1。对于C-band放大器，通常的做法就是尽力提高第一段掺铒光纤的注入功率，但是在L-band放大器中这种方法收效甚微；因为L-band放大器中，为了使L-band信号有所放大，铒纤的长度都比较长，当注入第一段掺铒光纤的泵浦功率不断增大时，产生的后向自发辐射噪声(amplifierspontaneousemissionnoise，简写为ASE)在不断加大，泵增加的能量大部分转换成ASE了。而通过本发明对两段掺铒光纤的双向均衡泵浦，并增加未注入泵浦的吸收掺铒光纤，可大大调高第一段铒纤的增益，并降低第一段铒纤的噪声指数，从而使整体噪声指数降低。
实施例2：
上述实施例1中介绍了固定增益L-band放大器FGA的具体结构，在实施例1的基础上，本发明实施例将对可变增益L-band放大器VGA的具体结构展开介绍。与FGA的主要区别在于，VGA中增加了可变光衰减器(Variable optical attenuator，简写为VOA)，由于VOA的插损比较大，而增益平坦滤波器在某些波长点的损耗也比较大，如果两个器件放在一起会对噪声指数造成比较大的影响，因此需要将两个器件分置在不同段的掺铒光纤中。因此，VGA结构将比FGA结构多出一段掺铒光纤，多出来的这段光纤记为第三掺铒光纤1-4，这段光纤无论对噪声指数还是输出功率影响都不是特别大，因此可以双向泵浦也可以前向泵浦，而第一段与最后一段掺铒光纤仍采用双向泵浦，同样加入一段较短的不注入泵浦光的掺铒光纤用于吸收ASE功率。其中，VOA和增益平坦滤波器的位置在一定程度上可以互换，本发明实施例附图中以VOA位置在前为例，则VGA的具体结构如下：
如图4和图5，与图3中的FGA结构相比，所述第二合波器3-2与所述第三合波器3-3之间增设了第四隔离器2-4、可变光衰减器7、第五合波器3-5和第三掺铒光纤1-4，则所述FGA包括顺次连接的第一隔离器2-1、第一合波器3-1、第一掺铒光纤1-1、第二合波器3-2、第四隔离器2-4、可变光衰减器7、第五合波器3-5、第三掺铒光纤1-4、增益平坦滤波器6、第三合波器3-3、第二掺铒光纤1-2、第四合波器3-4、第二隔离器2-2、吸收掺铒光纤1-3和第三隔离器2-3。具体连接方式可参考实施例1中的相关介绍，其中，所述第二合波器3-2的信号端与所述第四隔离器2-4的输入端连接，所述第四隔离器2-4的的输出端与所述可变光衰减器7的输入端连接，所述可变光衰减器7的输出端与所述第五合波器3-5的信号端连接，所述第五合波器3-5的公共端与所述第三掺铒光纤1-4连接，所述第三掺铒光纤1-4还与所述增益平坦滤波器6的输入端连接。
其中，对于多出来的第三掺铒光纤1-4，可以单独用一个泵浦激光器得到泵浦光源，如图4；也可以采用泵浦分光的形式得到泵浦光源，如图5。以所述第三掺铒光纤1-4采用前向泵浦为例，对两种不同的泵浦形式进行说明：
第一种，参考图4，所述至少两个泵浦激光器包括第一泵浦激光器4-1、第二泵浦激光器4-2和第三泵浦激光器4-3，其中，所述第一泵浦激光器4-1通过泵浦分光的形式为第一掺铒光纤1-1和第二掺铒光纤1-2注入前向泵浦光，所述第二泵浦激光器4-2通过泵浦分光的形式为第二掺铒光纤1-2和第一掺铒光纤1-1注入后向泵浦光，而所述第三泵浦激光器4-3通过单独泵浦的形式为所述第三掺铒光纤1-4注入前向泵浦光。具体实现方式如下：
所述VGA还包括第一泵浦分光器5-1和第二泵浦分光器5-2，所述第一泵浦激光器4-1与第一泵浦分光器5-1的公共端连接，所述第一泵浦分光器的第一分光端口与所述第一合波器3-1的泵浦端连接，第二分光端口与所述第三合波器3-3的泵浦端连接；所述第二泵浦激光器4-2与所述第二泵浦分光器5-2的公共端连接，所述第二泵浦分光器5-2的第一分光端口与所述第四合波器3-4的泵浦端连接，第二分光端口与所述第二合波器3-2的泵浦端连接；所述第三泵浦激光器4-3与所述第五合波器3-5的泵浦端连接。
第二种，参考图5，所述至少两个泵浦激光器包括第一泵浦激光器4-1、第二泵浦激光器4-2和第三泵浦激光器4-3，其中，所述第一泵浦激光器4-1通过单独泵浦的形式为第一掺铒光纤1-1注入前向泵浦光，所述第二泵浦激光器4-2通过泵浦分光的形式分别为第二掺铒光纤1-2和第一掺铒光纤1-1注入后向泵浦光，所述第三泵浦激光器4-3通过泵浦分光的形式分别为第三掺铒光纤1-4和第二掺铒光纤1-2注入前向泵浦光。具体实现方式如下：
所述VGA还包括第二泵浦分光器5-2和第三泵浦分光器5-3，所述第一泵浦激光器4-1与所述第一合波器3-1的泵浦端连接；所述第二泵浦激光器4-2与第二泵浦分光器5-2的公共端连接，第二泵浦分光器5-2的第一分光端口与第四合波器3-4的泵浦端连接，第二分光端口与第二合波器3-2的泵浦端连接；所述第三泵浦激光器4-3与第三泵浦分光器5-3的公共端连接，第三泵浦分光器5-3的第一分光端口与第五合波器3-5的泵浦端连接，第二分光端口与第三合波器3-3的泵浦端连接。
对于图4和图5提供的两种VGA结构，信号主光路是相同的，只是改变了一下前向泵浦光在每段掺饵光纤的注入方式。与每段掺饵光纤都采用单独泵浦相比，本实施例所用方案不仅节省了成本，而且放大器的整体性能更优。参考实施例1，综合考虑成本及性能，所述第二泵浦激光器4-2产生的后向泵浦光的波长范围为1460～1490nm，所述第一泵浦激光器4-1与所述第三泵浦激光器4-3产生的前向泵浦光的波长范围为973～982nm。
结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，对于任一泵浦分光器，第一分光端口的分光比例大于对应第二端口的分光比例，且第一分光端口的分光比例在70％-90％范围内，第二分光端口的分光比例对应为30％-10％。例如，本实施例中取第一分光端口和第二分光端口的分光比例分别为80％和20％，通过这种分光比例的设置，更好地优化了放大器的整体性能。
实施例3：
为更好地验证本方案所提供的光纤放大器的整体性能，本发明实施例对多种不同泵浦方式进行了对比试验，具体以实施例1所提供的FGA为例，光路中包含两段需要注入泵浦光的掺饵光纤，在增益以及输出功率均相同的情况下，研究了噪声指数与泵浦方式的关系，以及非线性四波混频效应与泵浦方式的关系，研究结果证明，当两段掺饵光纤均采用双向泵浦，且增设吸收掺饵光纤时，光纤放大器的整体性能最优。具体实验结果如下：
图6为FGA增益、输出功率相同时，不同泵浦方式对应的噪声指数变化曲线图，结合图3的FGA结构图，图6中各曲线对应的泵浦方式如下：
301：第一掺铒光纤1-1前向泵浦，第二掺铒光纤1-2后向泵浦；
302：第一掺铒光纤1-1双向泵浦(100％pump1前向+20％pump2后向)，第二掺铒光纤1-2后向泵浦(80％pump2后向)；
303：第一掺铒光纤1-1前向泵浦(80％pump1前向)，第二掺铒光纤1-2双向泵浦(20％pump1前向+100％pump2后向)；
304：第一掺铒光纤1-1双向泵浦(80％pump1前向+20％pump2后向)，第二掺铒光纤1-2双向泵浦(20％pump1前向+100％pump2后向)；
305：第一掺铒光纤1-1双向泵浦(80％pump1前向+20％pump2后向)，第二掺铒光纤1-2双向泵浦(20％pump1前向+100％pump2后向)，1m没有泵浦光注入的吸收掺饵光纤1-3；
306：第一掺铒光纤1-1前向泵浦，第二掺铒光纤1-2前向泵浦。
其中，pump1表示第一泵浦激光器4-1，pump2表示第二泵浦激光器4-2，80％和20％为对应泵浦分光器的两个分光端口的分光比例，曲线305对应的泵浦方式即本发明光纤放大器所用的泵浦方式。由图可知，在所有的泵浦方式中，曲线305与曲线306对应的噪声指数最低，尤其是在波长大于1578nm之后，曲线305的噪声指数达到最低。而且，在增益和输出功率相同的情况下，306对应的双前向泵浦用到的掺铒光纤长度约为305泵浦方式的1.2倍，泵浦功率约为305泵浦方式的1.1倍，因此306对应的双前向泵浦的成本明显高于305泵浦方式。同时，在双前向泵浦中，单信道在掺铒光纤中的最大功率约为曲线305泵浦方式的3倍，产生四波混频等非线性效应会严重很多，具体可参考图7。
图7为不同泵浦方式对应的单信道在掺铒光纤中的最大功率曲线图，功率越大，将导致放大器中的非线性效应越强，影响放大器的整体性能。图7中各曲线对应的泵浦方式如下：
401：第一掺铒光纤1-1前向泵浦，第二掺铒光纤1-2前向泵浦
402：第一掺铒光纤1-1双向泵浦(80％pump1前向+20％pump2后向)，第二掺铒光纤1-2双向泵浦(20％pump1前向+100％pump2后向)；
403：第一掺铒光纤1-1双向泵浦(80％pump1前向+20％pump2后向)，第二掺铒光纤1-2双向泵浦(20％pump1前向+100％pump2后向)，1m没有泵浦光注入的吸收掺饵光纤1-3；
404：第一掺铒光纤1-1双向泵浦(100％pump1前向+20％pump2后向)，第二掺铒光纤1-2后向泵浦(80％pump2后向)；
405：第一掺铒光纤1-1前向泵浦，第二掺铒光纤1-2后向泵浦。
其中，曲线403对应的泵浦方式即本发明光纤放大器所用的泵浦方式，由图7可知，曲线401对应的双前向泵浦中，单信道在掺铒光纤中的最大功率远远高于其他曲线对应的泵浦方式，四波混频等非线性效应比较严重，而曲线403的非线性效应得到很好地控制。
因此，综合考虑转换效率、噪声指数以及非线性效应等因素，通过“第一掺铒光纤1-1双向泵浦(80％pump1前向+20％pump2后向)+第二掺铒光纤1-2双向泵浦(20％pump1前向+100％pump2后向)+1m没有泵浦光注入的吸收掺饵光纤1-3”的泵浦方式，可得到最佳噪声指数、较低的非线性效应且较高的泵浦转换效率，同时可大大降低L-band光纤放大器的成本，具有较高的性价比。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种均衡泵浦的L-band光纤放大器，其特征在于，包括第一掺铒光纤(1-1)、第二掺铒光纤(1-2)、吸收掺铒光纤(1-3)以及至少两个泵浦激光器，所述第一掺铒光纤(1-1)、所述第二掺铒光纤(1-2)和所述吸收掺铒光纤(1-3)依次前后设置，所述至少两个泵浦激光器用于提供泵浦光；
其中，所述第一掺铒光纤(1-1)被至少两个泵浦激光器注入前向泵浦光和后向泵浦光，所述第二掺铒光纤(1-2)被至少两个泵浦激光器注入前向泵浦光和后向泵浦光，所述吸收掺铒光纤(1-3)设置在所述第二掺饵光纤(1-2)的下游，用于吸收放大器中产生的ASE。
2.根据权利要求1所述的均衡泵浦的L-band光纤放大器，其特征在于，每个泵浦激光器均采用单独泵浦或者泵浦分光的形式，为需要注入泵浦的掺铒光纤提供泵浦光。
3.根据权利要求1所述的均衡泵浦的L-band光纤放大器，其特征在于，还包括前后顺次连接的第一隔离器(2-1)、第一合波器(3-1)、第二合波器(3-2)、第三合波器(3-3)、第四合波器(3-4)、第二隔离器(2-2)和第三隔离器(2-3)；
其中，所述第一掺铒光纤(1-1)连接在所述第一合波器(3-1)的公共端和所述第二合波器(3-2)的公共端之间，所述第二掺铒光纤(1-2)连接在所述第三合波器(3-3)的公共端和所述第四合波器(3-4)的公共端之间，所述吸收掺铒光纤(1-3)连接在所述第二隔离器(2-2)和所述第三隔离器(2-3)之间。
4.根据权利要求3所述的均衡泵浦的L-band光纤放大器，其特征在于，所述至少两个泵浦激光器包括第一泵浦激光器(4-1)和第二泵浦激光器(4-2)，所述光纤放大器还包括第一泵浦分光器(5-1)和第二泵浦分光器(5-2)；
其中，所述第一泵浦激光器(4-1)与第一泵浦分光器(5-1)的公共端连接，第一泵浦分光器(5-1)的第一分光端口与第一合波器(3-1)的泵浦端连接，第二分光端口与第三合波器(3-3)的泵浦端连接，以便所述第一泵浦激光器(4-1)通过泵浦分光的形式分别为第一掺铒光纤(1-1)和第二掺铒光纤(1-2)注入前向泵浦光；
所述第二泵浦激光器(4-2)与第二泵浦分光器(5-2)的公共端连接，第二泵浦分光器(5-2)的第一分光端口与第四合波器(3-4)的泵浦端连接，第二分光端口与第二合波器(3-2)的泵浦端连接，以便所述第二泵浦激光器(4-2)通过泵浦分光的形式分别为第二掺铒光纤(1-2)和第一掺铒光纤(1-1)注入后向泵浦光。
5.根据权利要求3所述的均衡泵浦的L-band光纤放大器，其特征在于，还包括增益平坦滤波器(6)，所述增益平坦滤波器(6)连接在所述第二合波器(3-2)的信号端与所述第三合波器(3-3)的信号端之间，且所述增益平坦滤波器(6)本身集成有隔离器。
6.根据权利要求5所述的均衡泵浦的L-band光纤放大器，其特征在于，所述第二合波器(3-2)与所述增益平坦滤波器(6)之间还设有前后顺次连接的第四隔离器(2-4)、可变光衰减器(7)、第五合波器(3-5)和第三掺铒光纤(1-4)，且所述第三掺铒光纤(1-4)与所述第五合波器(3-5)的公共端连接。
7.根据权利要求6所述的均衡泵浦的L-band光纤放大器，其特征在于，所述至少两个泵浦激光器包括第一泵浦激光器(4-1)、第二泵浦激光器(4-2)和第三泵浦激光器(4-3)，所述光纤放大器还包括第一泵浦分光器(5-1)和第二泵浦分光器(5-2)；
其中，所述第一泵浦激光器(4-1)与第一泵浦分光器(5-1)的公共端连接，第一泵浦分光器(5-1)的第一分光端口与第一合波器(3-1)的泵浦端连接，第二分光端口与第三合波器(3-3)的泵浦端连接，以便所述第一泵浦激光器(4-1)通过泵浦分光的形式分别为第一掺铒光纤(1-1)和第二掺铒光纤(1-2)注入前向泵浦光；
所述第二泵浦激光器(4-2)与第二泵浦分光器(5-2)的公共端连接，第二泵浦分光器(5-2)的第一分光端口与第四合波器(3-4)的泵浦端连接，第二分光端口与第二合波器(3-2)的泵浦端连接，以便所述第二泵浦激光器(4-2)通过泵浦分光的形式分别为第二掺铒光纤(1-2)和第一掺铒光纤(1-1)注入后向泵浦光；
所述第三泵浦激光器(4-3)与所述第五合波器(3-5)的泵浦端连接，以便所述第三泵浦激光器(4-3)通过单独泵浦的形式为第三掺铒光纤(1-4)注入前向泵浦光。
8.根据权利要求6所述的均衡泵浦的L-band光纤放大器，其特征在于，所述至少两个泵浦激光器包括第一泵浦激光器(4-1)、第二泵浦激光器(4-2)和第三泵浦激光器(4-3)，所述光纤放大器还包括第二泵浦分光器(5-2)和第三泵浦分光器(5-3)；
其中，所述第一泵浦激光器(4-1)与所述第一合波器(3-1)的泵浦端连接，以便所述第一泵浦激光器(4-1)通过单独泵浦的形式为所述第一掺铒光纤(1-1)注入前向泵浦光；
所述第二泵浦激光器(4-2)与第二泵浦分光器(5-2)的公共端连接，所述第二泵浦分光器(5-2)的第一分光端口与第四合波器(3-4)的泵浦端连接，第二分光端口与第二合波器(3-2)的泵浦端连接，以便所述第二泵浦激光器(4-2)通过泵浦分光的形式分别为第二掺铒光纤(1-2)和第一掺铒光纤(1-1)注入后向泵浦光；
所述第三泵浦激光器(4-3)与第三泵浦分光器(5-3)的公共端连接，所述第三泵浦分光器(5-3)的第一分光端口与第五合波器(3-5)的泵浦端连接，第二分光端口与第三合波器(3-3)的泵浦端连接，以便所述第三泵浦激光器(4-3)通过泵浦分光的形式分别为第三掺铒光纤(1-4)和第二掺铒光纤(1-2)注入前向泵浦光。
9.根据权利要求4、7或8任一所述的均衡泵浦的L-band光纤放大器，其特征在于，对于任一泵浦分光器，对应的第一分光端口的分光比例为70％-90％，第二分光端口的分光比例对应为30％-10％。
10.根据权利要求1-8任一所述的均衡泵浦的L-band光纤放大器，其特征在于，所述至少两个泵浦激光器产生的泵浦光的波长满足以下条件：所述后向泵浦光的波长范围为1460～1490nm，所述前向泵浦光的波长范围为973～982nm。
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