CN110311731A - 扫描光源输出增益平坦度提升装置及扫描光源 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于光通信技术领域,提供了一种扫描光源输出增益平坦度提升装置及扫描光源,包括:依次连接的第一波分复用器、第一掺铒光纤、第一隔离器、增益平坦滤波器、可调滤波器、第二波分复用器、第二掺铒光纤、第二隔离器和输出FC,还包括与第一波分复用器连接的第一泵浦源和与第二波分复用器连接的第二泵浦源;信号光经过由第一泵浦源、第一波分复用器、第一掺铒光纤、第一隔离器和增益平坦滤波器组成的前级放大器放大后进入可调滤波器进行滤波,经滤波后的信号光经过第二泵浦源、第二波分复用器、第二掺铒光纤和第二隔离器组成的后级放大器后由输出FC输出扫描光,前级放大器造成的不平坦性与后级放大器造成的不平坦性及扫描光高速扫描时造成的不平坦性叠加互补,从而实现很好的增益均衡。
Description
技术领域
本发明属于光通信技术领域,尤其涉及一种扫描光源输出增益平坦度提升装置及扫描光源。
背景技术
C波段高功率高速扫描光源具有调谐范围大,带宽窄,波长调谐速率快,性能稳定等特点,无论是在光纤通讯系统,还是在光纤光栅传感等领域都有重要的作用。但是,由于掺铒光纤中主要工作物质饵离子的影响,在C波段范围内的光转换效率不同,造成了不同波长光信号的增益平坦性较差,而在为满足高功率输出而增加了放大级后,增益的不平坦性越发明显,尤其在高速扫描的情况下,不平坦性更加明显,造成光信号的大幅度失真,影响其在光纤传感中的使用。为了更好的满足应用,对C波段扫描光源输出增益平坦度提出了更高的要求。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了扫描光源输出增益平坦度提升装置及扫描光源,以解决现有技术中扫描光源输出增益平坦度较差的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种扫描光源输出增益平坦度提升装置,包括依次连接的第一波分复用器、第一掺铒光纤、第一隔离器、增益平坦滤波器、可调滤波器、第二波分复用器、第二掺铒光纤、第二隔离器和输出FC,还包括与第一波分复用器连接的第一泵浦源和与第二波分复用器连接的第二泵浦源;
其中,信号光和所述第一泵浦源发出的第一泵浦光由所述第一波分复用器耦合至所述第一掺铒光纤,经所述第一掺铒光纤放大后的信号光经过第一隔离器后进入所述增益平坦滤波器进行增益调整,经增益调整后的信号光进入所述可调滤波器进行滤波,经滤波后的信号光与所述第二泵浦源发出的第二泵浦光由所述第二波分复用器耦合至所述第二掺铒光纤,经所述第二掺铒光纤二次放大后的信号光经过第二隔离器后由所述输出FC输出扫描光。
可选的,所述扫描光源输出增益平坦度提升装置还包括:
第三隔离器,设置在所述增益平坦滤波器和所述可调滤波器之间;和/或
第四隔离器,设置在所述可调滤波器与所述第二波分复用器之间。
可选的,所述第一隔离器、所述第二隔离器、所述第三隔离器和所述第四隔离器的工作波长均为1550±50nm,隔离度≥55dB。
可选的,所述第一泵浦源和所述第二泵浦源的波长均为980±5nm,功率为150±20mw。
可选的,所述增益平坦滤波器的工作波长在C波段,回波损耗≥50dB。
可选的,所述可调滤波器的工作波长在C波段。
可选的,所述第一波分复用器和所述第二波分复用器均为980/1550nm单模,插入损耗≤0.05dB,回波损耗≥60dB。
可选的,所述第一泵浦源的功率及第一掺铒光纤的长度根据扫描光的的最终功率需求进行调节。
可选的,所述第二掺铒光纤的长度根据输出FC端输出的扫描光的光谱进行调节。
本发明实施例的第二方面提供了一种扫描光源,包括如本发明实施例的第一方面所述的扫描光源输出增益平坦度提升装置。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是:信号光经过由第一泵浦源、第一波分复用器、第一掺铒光纤和第一隔离器组成的前级放大器放大后进入增益平坦滤波器进行增益调整,然后进入可调滤波器进行滤波,经滤波后的信号光经过第二泵浦源、第二波分复用器、第二掺铒光纤和第二隔离器组成的后级放大器进行二次放大后由输出FC输出扫描光;前级放大器造成的不平坦性与后级放大器造成的不平坦性及扫描光高速扫描时造成的不平坦性叠加互补,从而实现很好的增益均衡。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,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性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的扫描光源输出增益平坦度提升装置的结构示意图;
图2是本发明又一实施例提供的扫描光源输出增益平坦度提升装置的结构示意图;
图3是本发明实施例提供的信号光的光谱图;
图4是图3所示信号光经过前级放大器和增益平坦滤波器后的光谱图。
具体实施方式
以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本发明实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案,下面通过具体实施例来进行说明。
参见图1,本发明一实施例提供了一种扫描光源输出增益平坦度提升装置,包括:依次连接的第一波分复用器102、第一掺铒光纤103、第一隔离器104、增益平坦滤波器105、可调滤波器106、第二波分复用器108、第二掺铒光纤109、第二隔离器110和输出FC111,还包括与第一波分复用器102连接的第一泵浦源101和与第二波分复用器108连接的第二泵浦源107。
其中,信号光和所述第一泵浦源101发出的第一泵浦光由所述第一波分复用器102耦合至所述第一掺铒光纤103,经所述第一掺铒光纤103放大后的信号光经过第一隔离器104后进入所述增益平坦滤波器105进行增益调整,经增益调整后的信号光进入所述可调滤波器106进行滤波,经滤波后的信号光与所述第二泵浦源107发出的第二泵浦光由所述第二波分复用器108耦合至所述第二掺铒光纤109,经所述第二掺铒光纤109二次放大后的信号光经过第二隔离器110后由所述输出FC111输出扫描光。
掺铒光纤(EDF)在纤芯中掺有饵离子(Er3+),当掺铒光纤中掺杂的饵离子没有受到其他来自外界激励的情况下,饵离子位于基态。此时,若向掺铒光纤中输入合适波长的泵浦光,饵离子会受到激发跃迁,声子的数量增多,如果这个时候光信号也加到光纤中,此时声子与光信号的光子相互作用,导致光子的数量增多,即放大了光信号。同一根掺铒光纤传输不同波长信号时,每个通道波长的增益是不一样的,因此造成了光信号的增益不平坦性。
泵浦源主要用于激发掺铒光纤中的饵离子实现粒子数翻转。
波分复用器用于将输入的信号光和泵浦光耦合后送入同一根掺铒光纤中。
隔离器能够避免光的反射,并且只允许信号光沿一个方向传输。掺铒光纤端面的寄生腔效应会引起震荡,使得放大后的光信号反射回掺铒光纤内,反射的光信号会使得放大器的噪声加大、放大效率减小,在掺铒光纤后放置隔离器可以保证系统工作的可靠性和稳定性,同时减小系统噪声,避免震荡。
如图1,第一泵浦源101、第一波分复用器102、第一掺铒光纤103和第一隔离器104共同组成前级放大器,第二泵浦源107、第二波分复用器108、第二掺铒光纤109和第二隔离器110共同组成后级放大器。扫描光增益平坦度调整的过程主要包括:前级放大、增益均衡、滤波、后级放大和输出。
前级放大:信号光和第一泵浦源101发出的第一泵浦光由第一波分复用器102耦合进入第一掺铒光纤103,第一掺铒光纤103中的饵离子受第一泵浦光的激发发生跃迁,信号光被放大。放大后的信号光经过第一隔离器104,防止放大后的信号光反射回第一掺铒光纤103中,影响系统性能。
增益均衡:经过前级放大器放大后的信号光增益非常不平坦,必须经过增益平坦度调整滤波器105进行整形,得到增益较平坦的信号光。
滤波:增益均衡后的信号光进入可调滤波器106进行滤波,选择波长,同时滤除噪声,降低噪声对系统的影响,提高系统的信噪比。
后级放大:为了弥补增益平坦滤波器105造成的损耗,再次对信号光进行放大。经过滤波后的信号光与第二泵浦源107发出的第二泵浦光由第二波分复用器108耦合至第二掺铒光纤109内进行二次放大,然后经过第二隔离器110隔离输出。
输出:经过以上处理后的具有较好增益平坦度的信号光作为扫描光由输出FC111输出。
信号光经过前级放大器放大后经增益平坦滤波器进行增益调整,然后经过滤波器滤波后再由后级放大器进行二次放大,其中前级放大器造成的的不平坦性与后级放大器造成的不平坦性以及扫描光高速扫描过程中造成的不平坦性互补叠加,从而实现较好的增益均衡。
参见图2,一些实施例中,所述扫描光源输出增益平坦度提升装置还可以包括第三隔离器112和/或第四隔离器113。
第三隔离器112设置在所述增益平坦滤波器105和所述可调滤波器106之间,用于防止回波反射,影响系统性能。第四隔离器113设置在所述可调滤波器106与所述第二波分复用器108之间,同样用于防止回波反射。第三隔离器112和第四隔离器113可均设置,或者仅设置其中一个。
由于光纤有两个长波长的低损耗窗口,即1310nm窗口和1550nm窗口,均可用于光信号传输。一些实施例中,所述扫描光为C波段扫描光,波长为1530nm~1565nm,在1550nm窗口附近。所述第一隔离器104、所述第二隔离器110、所述第三隔离112器和所述第四隔离器113的工作波长均可为1550±50nm,隔离度≥55dB。
一些实施例中,所述第一泵浦源101和所述第二泵浦源107的波长均可为980±5nm,功率为150±20mw。使用此波长的泵浦源使得掺铒光纤放大具有增益大、噪声低等优点。
一些实施例中,所述扫描光为C波段扫描光,因此所述增益平坦滤波器105的工作波长可在C波段,回波损耗≥50dB。
一些实施例中,扫描光为C波段扫描光,所述可调滤波器106的工作波长可在C波段。
一些实施例中,所述第一波分复用器102和所述第二波分复用器108均可为980/1550nm单模,插入损耗≤0.05dB,回波损耗≥60dB。
在信号光功率、泵浦功率及掺铒光纤饵离子浓度等其他条件固定的情况下,当掺铒光纤的长度较短时,饵离子数量有限,泵浦光不能被掺铒光纤中的饵离子全部吸收,因此增益较小;当掺铒光纤的长度加长时,饵离子数量增加,增益逐渐增加;然后由于泵浦功率是固定的,当掺铒光纤长度加长到不能使所有的饵离子都吸收到泵浦光而激发跃迁时,会导致放大后的信号光反而被掺铒光纤所吸收,此时增益开始下降;因此,泵浦功率和掺铒光纤长度共同决定了最终输出功率和光谱波形。
一些实施例中,可根据扫描光的的最终功率需求及掺铒光纤吸收泵浦光系数对所述第一泵浦源101的功率及第一掺铒光纤103的长度进行调节,找到第一掺铒光纤103的最优长度及第一泵浦源101功率,使得前级放大器增益较大,噪声较少,增益平坦性较好。例如,图3为信号光的光谱图,经过前级放大器放大及增益平坦滤波器105后输出的光谱图为图4。
一些实施例中,所述第二掺铒光纤109的长度可根据输出FC端输出的扫描光的光谱进行调节。
为了使经扫描光源输出增益平坦度提升装置调整后的扫描光源具有较好的增益平坦度,前级放大器的输出与后级放大器的输出增益及扫描光高速扫描的输出增益更好的互补,一些实施例中,可以对第二掺铒光纤109的长度进行优化设计,找到合适的光纤长度,得到更好的增益平坦度。一些实施例中,可采用多次迭代法优化第二掺铒光纤109的长度,得到更好的增益平坦度
一些实施例中,可采用光纤熔接的方式对光纤长度进行调整。
本发明一实施例提供一种扫描光源,包括图1实施例中的扫描光源输出增益平坦度提升装置。
以上所述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,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种扫描光源输出增益平坦度提升装置,其特征在于,包括依次连接的第一波分复用器、第一掺铒光纤、第一隔离器、增益平坦滤波器、可调滤波器、第二波分复用器、第二掺铒光纤、第二隔离器和输出FC,还包括与第一波分复用器连接的第一泵浦源和与第二波分复用器连接的第二泵浦源;
其中,信号光和所述第一泵浦源发出的第一泵浦光由所述第一波分复用器耦合至所述第一掺铒光纤,经所述第一掺铒光纤放大后的信号光经过第一隔离器后进入所述增益平坦滤波器进行增益调整,经增益调整后的信号光进入所述可调滤波器进行滤波,经滤波后的信号光与所述第二泵浦源发出的第二泵浦光由所述第二波分复用器耦合至所述第二掺铒光纤,经所述第二掺铒光纤二次放大后的信号光经过第二隔离器后由所述输出FC输出扫描光。
2.如权利要求1所述的扫描光源输出增益平坦度提升装置,其特征在于,还包括:
第三隔离器,设置在所述增益平坦滤波器和所述可调滤波器之间;和/或
第四隔离器,设置在所述可调滤波器与所述第二波分复用器之间。
3.如权利要求2所述的扫描光源输出增益平坦度提升装置,其特征在于,所述第一隔离器、所述第二隔离器、所述第三隔离器和所述第四隔离器的工作波长均为1550±50nm,隔离度≥55dB。
4.如权利要求1所述的扫描光源输出增益平坦度提升装置,其特征在于,所述第一泵浦源和所述第二泵浦源的波长均为980±5nm,功率为150±20mw。
5.如权利要求1所述的扫描光源输出增益平坦度提升装置,其特征在于,所述增益平坦滤波器的工作波长在C波段,回波损耗≥50dB。
6.如权利要求1所述的扫描光源输出增益平坦度提升装置,其特征在于,所述可调滤波器的工作波长在C波段。
7.如权利要求1所述的扫描光源输出增益平坦度提升装置,其特征在于,所述第一波分复用器和所述第二波分复用器均为980/1550nm单模,插入损耗≤0.05dB,回波损耗≥60dB。
8.如权利要求1至7任一项所述的扫描光源输出增益平坦度提升装置,其特征在于,所述第一泵浦源的功率及所述第一掺铒光纤的长度根据扫描光的最终功率需求进行调节。
9.如权利要求1至7任一项所述的扫描光源输出增益平坦度提升装置,其特征在于,所述第二掺铒光纤的长度根据输出FC端输出的扫描光的光谱进行调节。
10.一种扫描光源,其特征在于,包括如权利要求1至9中任一项所述的扫描光源输出增益平坦度提升装置。
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