CN109616860A - 一种光纤放大器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种光纤放大器，涉及放大器技术领域，本申请所述的光纤放大器包括：光纤放大器本体，和与光纤放大器本体的输入端连接的波形整形器；所述波形整形器，用于降低输入所述光纤放大器本体的光脉冲的上升沿的高度。本申请提供的一种光纤放大器，可以补偿光脉冲在放大过程中产生的畸变，提升光纤放大器的输出光脉冲质量。

Description

一种光纤放大器
技术领域
本申请涉及放大器技术领域，尤其是涉及一种光纤放大器。
背景技术
在脉冲光纤激光系统中，脉冲畸变一直是制约光纤放大器输出光脉冲质量的重要原因。这是由于脉冲稀土掺杂光纤激光器的信号光放大是一个瞬态过程，脉冲光放大过程中消耗的反转粒子数得不到充分补充，使得反转粒子数和光子数随时间的变化发生变化。
尤其是当输入的光脉冲较强时，由于脉冲上升沿严重消耗光纤内的激发态粒子数，消耗后激发态粒子数得不到及时补充使得脉冲的下降沿获得的增益减小，导致光脉冲在放大过程中产生畸变。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种光纤放大器，补偿光脉冲在放大过程中产生的畸变，提升光纤放大器的输出光脉冲质量。
第一方面，本申请实施例提供了一种光纤放大器，包括：光纤放大器本体，和与光纤放大器本体的输入端连接的波形整形器；所述波形整形器，用于降低输入所述光纤放大器本体的光脉冲的上升沿的高度。
一种可能的实施方式中，所述光纤放大器本体，包括：掺杂光纤放大器；
所述波形整形器，包括：掺杂整形器。
一种可能的实施方式中，在所述波形整形器，包括掺杂整形器的情况下，所述掺杂整形器中的掺杂物与所述掺杂光纤放大器中的掺杂物相同。
一种可能的实施方式中，所述光纤放大器，还包括：
泵浦源；所述泵浦源与所述掺杂整形器之间通过光合成器连接，用于将输入所述光纤放大器本体的光脉冲的上升沿的高度，调整为预设高度。
一种可能的实施方式中，通过将所述泵浦源的功率调整为预设功率，将输入所述光纤放大器本体的光脉冲的上升沿的高度调整为预设高度。
一种可能的实施方式中，所述光纤放大器，还包括：
与所述泵浦源和所述光纤放大器本体的输出端连接的反馈装置；所述反馈装置，用于获取所述光纤放大器本体的输出光脉冲，并根据所述输出光脉冲，确定所述泵浦源的功率。
一种可能的实施方式中，所述反馈装置，包括：光耦合器、光电转换器和微处理器；
所述光耦合器与所述光纤放大器本体的输出端连接，用于采集光纤放大器本体的输出光脉冲；
所述光电转换器连接在所述光耦合器和所述微处理器之间，用于将所述输出光脉冲转换成输出电信号；
所述微处理器连接在所述光电转换器和所述泵浦源之间，用于根据所述输出电信号，确定所述泵浦源的功率。
一种可能的实施方式中，所述输出电信号为模拟电信号，所述反馈装置还包括：数模转换器；
所述数模转换器连接在所述光电转换器和所述微处理器之间，用于将所述输出电信号由模拟电信号转换为数字电信号。
一种可能的实施方式中，其特征在于，所述波形整形器，包括：可饱和吸收体整形器；
所述可饱和吸收体整形器的材料包括以下至少一种：砷化镓类半导体、碳纳米管、石墨烯、拓扑绝缘体、过渡金属硫化物、黑磷和氮化硼。
一种可能的实施方式中，其特征在于，在所述波形整形器包括所述掺杂整形器的情况下，
所述掺杂整形器的基质包括以下至少一种：玻璃、波导、钇铝石榴石晶体、钒酸钇晶体和四硼酸铝钇晶体；
所述掺杂整形器中的掺杂元素包括以下至少一种：铒、镱、铥和钕。
本申请实施例提供的一种光纤放大器，在光纤放大器本体的输入端连接有波形整形器，并且通过波形整形器降低输入所述光纤放大器本体的光脉冲的上升沿的高度，从而补偿光脉冲在放大过程中产生的畸变，提升光纤放大器的输出光脉冲质量。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1示出了光纤放大器输出光脉冲畸变示意图；
图2示出了本申请实施例所提供的一种光纤放大器的结构示意图；
图3示出了本申请实施例所提供的另一种光纤放大器的结构示意图；
图4示出了本申请实施例所提供的一种光纤放大器的光脉冲形状补偿原理示意图；
图5示出了本申请实施例所提供的另一种光纤放大器的结构示意图；
图6示出了本申请实施例所提供的另一种光纤放大器的结构示意图；
图7示出了本申请实施例所提供的另一种光纤放大器的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在脉冲光纤激光系统中，脉冲畸变一直是制约光纤放大器输出光脉冲质量的重要原因。脉冲稀土掺杂光纤激光器的信号光放大是一个瞬态过程，脉冲光放大过程中消耗的反转粒子数得不到充分补充，使得反转粒子数和光子数随时间的变化发生变化。尤其是当输入的光脉冲较强时，如图1所示，由于脉冲上升沿严重消耗光纤内的激发态粒子数，消耗后激发态粒子数得不到及时补充使得脉冲的下降沿获得的增益减小，导致光脉冲在放大过程中产生畸变。
基于此，本申请实施例提供的一种光纤放大器，在光纤放大器本体的输入端连接有波形整形器，并且通过波形整形器降低输入所述光纤放大器本体的光脉冲的上升沿的高度，从而补偿光脉冲在放大过程中产生的畸变，提升光纤放大器的输出光脉冲质量。本申请实施例提供的一种光纤放大器可以应用于光学传感、材料的精密加工等对激光脉冲的时域波形要求严格的应用中。下面通过实施例进行描述。
实施例一
如图2所示，是本申请实施例一提供的一种光纤放大器，包括：光纤放大器本体201和波形整形器202。
上述光纤放大器本体201为掺杂光纤放大器，上述波形整形器202为掺杂整形器。并且，为了保证光纤放大器本体201和波形整形器202中的光脉冲工作在同一波长段，在上述波形整形器202为掺杂整形器的情况下，波形整形器202中的掺杂物与光纤放大器本体201中的掺杂物相同。
光纤放大器本体201中的掺杂物，包括：镱、铒、铥或钕。波形整形器202中的掺杂物，也包括：镱、铒或铥或钕。并且在光纤放大器本体201中的掺杂物为镱时，波形整形器202中的掺杂物也为镱，在光纤放大器本体201中的掺杂物为铒时，波形整形器202中的掺杂物也为铒，以此类推。在波形整形器202为掺杂整形器的情况下，掺杂整形器的基质包括以下至少一种：玻璃、波导、钇铝石榴石晶体、钒酸钇晶体和四硼酸铝钇晶体。并且掺杂整形器可以被制成光纤、管状等任意可能的形状。上述掺杂整形器还可以使用掺钕钇铝石榴石Nd：YAG、掺钕钒酸钇Gd：YAQ2和掺镱钇铝石榴石Yd：YAB等掺杂晶体制成。
通常情况下，如图3所示，上述波形整形器202的输入端和输出端还包括光隔离器301，用于消除光的反射作用对本申请实施例提供的光纤放大器200的影响。
采用掺杂整形器作为波形整形器202，在信号光的作用下，表现出粒子基态吸收的特性，反转粒子数和光粒子数随时间的变化而变化。光脉冲在其中传输后形成时域上前沿低而后沿高的形状，并且其趋势与光纤放大器本体201的输出光脉冲形状畸变趋势互补，因此可以抵消以掺杂光纤放大器作为光纤放大器本体201造成的光脉冲形状畸变。
在具体实施过程中，上述波形整形器202可以使用稀土掺杂光纤，也可以使用稀土掺杂波导。如图4所示，信号光首先进入波形整形器202，调整光纤放大器本体201输入端的光脉冲的形状，降低输入光纤放大器本体201的光脉冲的上升沿高度。将预整形后的光脉冲输入光纤放大器本体201，最后得到输出光脉冲，抵消以掺杂光纤放大器作为光纤放大器本体201造成的光脉冲形状畸变。
目前，南安普顿大学的Khu Tri Vu提出使用模拟退火算法计算出掺杂光纤系统输入和输出脉冲形状相对应的关系，并采用参数可控的调制器，基于光纤系统输入和输出脉冲形状相对应的关系，对光纤放大器的输出光脉冲畸变进行补偿。该方法成本高，并且在产生圆滑脉冲时，为达到更好的拟合效果进行分段描述，操作复杂，退火参数设计难度高。
本申请实施例采用具有吸收信号光特性的材料作为波形整形器，大大降低了成本，参数更容易控制。本申请实施例提供的一种光纤放大器，在光纤放大器本体的输入端连接有波形整形器，并且通过波形整形器降低输入所述光纤放大器本体的光脉冲的上升沿的高度，从而补偿光脉冲在放大过程中产生的畸变，提升光纤放大器的输出光脉冲质量。
实施例二
图5示出了本申请实施例提供的另一种光纤放大器，包括：光纤放大器本体501和波形整形器502；还包括与波形整形器502的输入端通过光合成器503相连接的泵浦源504。
上述光纤放大器本体501为掺杂光纤放大器，上述波形整形器502为掺杂整形器。并且，波形整形器502中的掺杂物与光纤放大器本体501中的掺杂物相同。上述光合成器503可以使用波分复用器，也可以使用任意一种能将两种光波合成的光合成器。
通过将所述泵浦源504的功率调整为预设功率，可以将输入所述光纤放大器本体501的光脉冲的上升沿的高度调整为预设高度，从而根据光纤放大器本体501输出端光脉冲的畸变程度，调整波形整形器502输出的预整形后的光脉冲的上升沿与下降沿之间的高度差，使得波形整形器502输出的预整形后的光脉冲的上升沿与下降沿之间的高度差，与光纤放大器本体501的输出光脉冲形状畸变程度互补，有效抵消以掺杂光纤放大器作为光纤放大器本体501造成的光脉冲形状畸变。
本申请实施例提供的一种光纤放大器，可以补偿光脉冲在放大过程中产生的畸变，提升光纤放大器的输出光脉冲质量。
实施例三
图6示出了本申请实施例提供的另一种光纤放大器，包括：光纤放大器本体601、波形整形器602、与波形整形器602的输入端通过光合成器603相连接的泵浦源604、以及与泵浦源604和光纤放大器本体601的输出端连接的反馈装置605。
上述反馈装置605，用于获取所述光纤放大器本体的输出光脉冲，并根据所述输出光脉冲，确定所述泵浦源的功率。
上述光纤放大器本体601为掺杂光纤放大器，上述波形整形器602为掺杂整形器。并且，波形整形器602中的掺杂物与光纤放大器本体601中的掺杂物相同。上述光合成器603可以使用波分复用器。
反馈装置605，包括：光耦合器606、光电转换器607和微处理器608。
所述光耦合器606与所述光纤放大器本体601的输出端连接，用于采集光纤放大器本体601的输出光脉冲；
所述光电转换器607连接在所述光耦合器606和所述微处理器608之间，用于将所述输出光脉冲转换成输出电信号；
所述微处理器608连接在所述光电转换器607和所述泵浦源604之间，用于根据所述输出电信号，确定泵浦源604的功率。
另外，在一种可能的实施方式中个，光电转换器607将所述输出光脉冲转换成的输出电信号为模拟电信号，此时反馈装置605，还可以包括：数模转换器609；
上述数模转换器609连接在光电转换器607和微处理器608之间，用于将输出电信号由模拟电信号转换为数字电信号。
通过反馈装置605可以根据光纤放大器本体601的输出光脉冲形状，动态调整泵浦源604的功率，动态调整波形整形器602输出的预整形后的光脉冲的上升沿的高度，从而动态调整波形整形器602输出的预整形后的光脉冲的上升沿与下降沿之间的高度差。通过根据光纤放大器本体601输出端光脉冲的畸变程度，动态调整波形整形器602输出的预整形后的光脉冲的上升沿与下降沿之间的高度差，使得波形整形器602输出的预整形后的光脉冲的上升沿与下降沿之间的高度差与光纤放大器本体601的输出光脉冲形状畸变程度实时互补，更加有效地抵消以掺杂光纤放大器作为光纤放大器本体601造成的光脉冲形状畸变。
本申请实施例提供的一种光纤放大器，可以补偿光脉冲在放大过程中产生的畸变，提升光纤放大器的输出光脉冲质量。
实施例四
图7示出了本申请实施例提供的另一种光纤放大器，包括：光纤放大器本体701和波形整形器702。
上述光纤放大器本体701为掺杂光纤放大器，上述波形整形器702为半导体整形器。光纤放大器本体701中的掺杂物，包括：镱、铒或铥。
上述半导体整形器的材料为半导体可饱和吸收晶体，所述可饱和吸收体整形器的材料包括以下至少一种：砷化镓类半导体、碳纳米管、石墨烯、拓扑绝缘体、过渡金属硫化物、黑磷、氮化硼等。上述波形整形器702可以采用由半导体可饱和吸收晶体制成的光纤、波导、管状等任意可能的形态。
本申请实施例提供的一种光纤放大器，可以补偿光脉冲在放大过程中产生的畸变，提升光纤放大器的输出光脉冲质量。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的光纤放大器，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光纤放大器，其特征在于，包括：光纤放大器本体，和与光纤放大器本体的输入端连接的波形整形器；所述波形整形器，用于降低输入所述光纤放大器本体的光脉冲的上升沿的高度。
2.根据权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于，所述光纤放大器本体，包括：掺杂光纤放大器；
所述波形整形器，包括：掺杂整形器。
3.根据权利要求2所述的光纤放大器，其特征在于，在所述波形整形器，包括掺杂整形器的情况下，所述掺杂整形器中的掺杂物与所述掺杂光纤放大器中的掺杂物相同。
4.根据权利要求2所述的光纤放大器，其特征在于，所述光纤放大器，还包括：
泵浦源；所述泵浦源与所述掺杂整形器之间通过光合成器连接，用于将输入所述光纤放大器本体的光脉冲的上升沿的高度，调整为预设高度。
5.根据权利要求4所述的光纤放大器，其特征在于，通过将所述泵浦源的功率调整为预设功率，将输入所述光纤放大器本体的光脉冲的上升沿的高度调整为预设高度。
6.根据权利要求4所述的光纤放大器，其特征在于，所述光纤放大器，还包括：
与所述泵浦源和所述光纤放大器本体的输出端连接的反馈装置；所述反馈装置，用于获取所述光纤放大器本体的输出光脉冲，并根据所述输出光脉冲，确定所述泵浦源的功率。
7.根据权利要求6所述的光纤放大器，其特征在于，所述反馈装置，包括：光耦合器、光电转换器和微处理器；
所述光耦合器与所述光纤放大器本体的输出端连接，用于采集光纤放大器本体的输出光脉冲；
所述光电转换器连接在所述光耦合器和所述微处理器之间，用于将所述输出光脉冲转换成输出电信号；
所述微处理器连接在所述光电转换器和所述泵浦源之间，用于根据所述输出电信号，确定所述泵浦源的功率。
8.根据权利要求6所述的光纤放大器，其特征在于，所述输出电信号为模拟电信号，所述反馈装置还包括：数模转换器；
所述数模转换器连接在所述光电转换器和所述微处理器之间，用于将所述输出电信号由模拟电信号转换为数字电信号。
9.根据权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于，所述波形整形器，包括：可饱和吸收体整形器；
所述可饱和吸收体整形器的材料包括以下至少一种：砷化镓类半导体、碳纳米管、石墨烯、拓扑绝缘体、过渡金属硫化物、黑磷和氮化硼。
10.根据权利要求2所述的光纤放大器，其特征在于，在所述波形整形器包括所述掺杂整形器的情况下，
所述掺杂整形器的基质包括以下至少一种：玻璃、波导、钇铝石榴石晶体、钒酸钇晶体和四硼酸铝钇晶体；
所述掺杂整形器中的掺杂元素包括以下至少一种：铒、镱、铥和钕。
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