CN112134621A - 一种用于光纤时频同步的超低噪声指数双向中继系统 - Google Patents

一种用于光纤时频同步的超低噪声指数双向中继系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于光纤时频同步的超低噪声指数双向中继系统，其特征在于，包括色散补偿部分、前向和后向信号放大部分以及带有滤波功能的第一粗波分复用器和第二粗波分复用器。该发明利用色散补偿部分对光纤链路的色散效应进行补偿；利用粗波分复用器实现双向信号分离和合路；利用前、后向放大部分对光纤链路衰减进行双向补偿；放大部分利用双极结构单向掺铒光纤放大器获得超低噪声指数。

Description

一种用于光纤时频同步的超低噪声指数双向中继系统
技术领域
本发明属于光传输领域，特别涉及一种用于光纤时频同步的超低噪声指数双向中继系统。
背景技术
精密时间、频率同步技术在物理基本原理测试、原子钟比对、深空探索、军民信息网络的下一代发展等方面都有着重大的技术推动意义。目前基于卫星的时间、频率同步方法所能达到的传输相对稳定度最高只在10-16/日，而利用光纤同步光学时间、频率信号的相对稳定度在1日积分时间已达到10-20量级，足以满足目前光钟时频信号传输和远程比对的需求。
基于光纤链路的时频同步技术很大程度受限于光纤本身的衰减，最大传输距离可达到一百多公里。而实际应用中的光学时频同步距离常常达到数百公里，甚至上千公里。同时，光纤时频同步技术中需要对信号同时进行前后对向传输。为增加传输距离，需要使用低噪声指数的双向中继系统对光纤链路衰减进行补偿。另外由于光纤链路的色散效应会降低时频同步系统所能够获得的相对稳定度，故需要对光纤链路的色散进行补偿。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种用于光纤时频同步的超低噪声指数双向中继系统，其目的是对基于光纤的远距离时频同步技术中的链路衰减和色散效应进行补偿。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提出一种用于光纤时频同步的超低噪声指数双向中继系统，包括：色散补偿部分、信号放大部分以及带有滤波功能的第一粗波分复用器和第二粗波分复用器，所述色散补偿部分包括色散补偿光纤；所述放大部分包括前向放大部分和后向放大部分；所述色散补偿光纤的一端与第一粗波分复用器的a端相连；所述前向放大部分的输入端与所述第一粗波分复用器的b端相连，所述前向放大部分的输出端与所述第二粗波分复用器的b端相连；所述后向放大部分的输入端与所述第二波分复用器的c端相连，所述后向放大部分的输出端与所述第一粗波分复用器的c端相连；所述色散补偿光纤的另一端以及所述第二波分复用器的a端作为信号的输入输出端。
作为优先例，所述前向放大部分包括一个双极结构单向掺铒光纤放大器，所述后向放大部分也包括一个双极结构单向掺铒光纤放大器。
作为优选例，所述前向放大部分的双极结构单向掺铒光纤放大器包括第一隔离器、第一980nm:1550nm波分复用器、第一掺铒光纤、第二980nm:1550nm波分复用器、第二隔离器、第三980nm:1550nm波分复用器、第四980nm:1550nm波分复用器、第二掺饵光纤、第三隔离器、第一1:99 1550nm功分器、第一50:50 980nm功分器以及第一980nm泵浦激光器，所述第一隔离器的输入端作为前向放大部分的输入端，所述第一隔离器的输出端与所述第一980nm:1550nm波分复用器的b端相连，所述第一980nm:1550nm波分复用器的c端与所述第一掺饵光纤的一端相连，所述第一掺饵光纤的另一端与所述第二980nm:1550nm波分复用器的c端相连，所述第二980nm:1550nm波分复用器的b端与所述第二隔离器的输入端相连，所述第二隔离器的输出端与所述第三980nm:1550nm波分复用器的b端相连，所述第二980nm:1550nm波分复用器的a端和所述第三980nm:1550nm波分复用器的a端相连，所述第三980nm:1550nm波分复用器的c端和所述第四980nm:1550nm波分复用器的b端相连，所述第四980nm:1550nm波分复用器的c端与所述第二掺饵光纤的一端相连，所述第二掺饵光纤的另一端与所述第三隔离器的输入端相连，所述第三隔离器的输出端与所述第一1:99 1550nm功分器的输入端相连，所述第一1:99 1550nm功分器的99％输出端口作为所述前向放大部分的输出端，所述第一50:50 980nm功分器的b端和c端分别与所述第一980nm:1550nm波分复用器的a端和第四980nm:1550nm波分复用器的a端相连，所述第一980nm泵浦和所述第一980nm功分器的a端相连。
作为优先例，所述后向放大部分的双极结构单向掺铒光纤放大器包括第四隔离器、第五980nm:1550nm波分复用器、第三掺铒光纤、第六980nm:1550nm波分复用器、第五隔离器、第七980nm:1550nm波分复用器、第八980nm:1550nm波分复用器、第四掺饵光纤、第六隔离器、第二1:99 1550nm功分器、第二50:50 980nm功分器以及第二980nm泵浦激光器，所述第四隔离器的输入端作为后向放大部分的输入端，所述第四隔离器的输出端与所述第五980nm:1550nm波分复用器的b端相连，所述第五980nm:1550nm波分复用器的c端与所述第三掺饵光纤的一端相连，所述第三掺饵光纤的另一端与所述第六980nm:1550nm波分复用器的c端相连，所述第六980nm:1550nm波分复用器的b端与所述第五隔离器的输入端相连，所述第五隔离器的输出端与所述第七980nm:1550nm波分复用器的b端相连，所述第六980nm:1550nm波分复用器的a端和所述第七980nm:1550nm波分复用器的a端相连，所述第七980nm:1550nm波分复用器的c端和所述第八980nm:1550nm波分复用器的b端相连，所述第八980nm:1550nm波分复用器的c端与所述第四掺饵光纤的一端相连，所述第四掺饵光纤的另一端与所述第六隔离器的输入端相连，所述第六隔离器的输出端与所述第二1:99 1550nm功分器的输入端相连，所述第二1:99 1550nm功分器的99％输出端口作为所述后向放大部分的输出端，所述第二50:50 980nm功分器的b端和c端分别与所述第五980nm:1550nm波分复用器的a端和第八980nm:1550nm波分复用器的a端相连，所述第二980nm泵浦和所述第二50:50980nm功分器的a端相连。
作为优选例，所述第一粗波分复用器的a端和所述第二粗波分复用器的a端能通过的光信号波长范围为1544.12～1556.92nm；所述第一粗波分复用器的b端和所述第二粗波分复用器的b端能通过的光信号波长范围为1550.52～1556.92nm；所述第一粗波分复用器的c端和所述第二粗波分复用器的c端口能通过的光信号波长范围为1544.32～1550.52nm。
作为优选例，所述第一980nm:1550nm波分复用器、第二980nm:1550nm波分复用器、第三980nm:1550nm波分复用器、第四980nm:1550nm波分复用器、第五980nm:1550nm波分复用器、第六980nm:1550nm波分复用器、第七980nm:1550nm波分复用器、第八980nm:1550nm波分复用器的a端能通过的光信号波长为980nm，b端和c端能通过的光信号波长范围为1544.12～1556.92nm。
作为优选例，所述第一1:99 1550nm功分器和第二1:99 1550nm功分器的1％输出端口用于观察放大后信号光质量。
作为优选例，所述第一掺铒光纤、第二掺铒光纤、第三掺铒光纤以及第四掺铒光纤型号相同，长度相等。
(三)有益效果
本发明提出的一种用于光纤时频同步的超低噪声指数双向中继系统，利用分别由隔离器、980nm:1550nm波分复用器、980nm功分器、980nm泵浦激光器和掺铒光纤构成的双极前向放大部分和后向放大部分对光纤时频同步传输链路中的双向信号进行低噪声放大。利用色散补偿光纤对光纤链路的色散效应进行补偿。利用波分复用器的带通滤波功能对双向信号进行分离，提高光纤时频同步系统的相对稳定度。
附图说明
图1是本发明实施例的一种用于光纤时频同步的超低噪声指数双向中继系统结构框图；
附图标号说明：
1：Dispersion compensation fiber，色散补偿光纤；
2：Forward amplifier，前向放大部分；
3：Backward amplifier，后向放大部分；
4：First coarse wavelength division multiplexer，第一粗波分复用器；
5：Second coarse wavelength division multiplexer，第二粗波分复用器；
6：First isolator，第一隔离器；
7：First 980nm:1550nm wavelength division multiplexer，第一980nm:1550nm光波分复用器；
8：First Er-doped fiber，第一掺铒光纤；
9：Second 980nm:1550nm wavelength division multiplexer，第二980nm:1550nm波分复用器；
10：Second isolator，第二隔离器；
11：Third 980nm:1550nm wavelength division multiplexer，第三980nm:1550nm波分复用器；
12:Fourth 980nm:1550nm wavelength division multiplexer，第四980nm:1550nm波分复用器；
13：Second Er-doped fiber，第二掺铒光纤；
14：Third isolator，第三隔离器；
15：First 1:99 1550nm power divider,第一1:99 1550nm功分器；
16：First 50:50 980nm power divider，第一50:50 980nm功分器；
17：First 980nm pump laser，第一980nm泵浦激光器；
18：Fourth isolator，第四隔离器；
19：Fifth 980nm:1550nm wavelength division multiplexer，第五980nm:1550nm波分复用器；
20：Third Er-doped fiber，第三掺铒光纤；
21：Sixth 980nm:1550nm wavelength division multiplexer，第六980nm:1550nm波分复用器；
22：Fifth isolator，第五隔离器；
23：Seventh 980nm:1550nm wavelength division multiplexer，第七980nm:1550nm波分复用器；
24:Eighth 980nm:1550nm wavelength division multiplexer，第八980nm:1550nm波分复用器；
25：Fourth Er-doped fiber，第四掺铒光纤；
26：Sixth isolator，第六隔离器；
27：Second 1:99 1550nm power divider,第一1:99 1550nm功分器；
28：Second 50:50 980nm power divider，第二50:50 980nm功分器；
29：Second 980nm pump laser，第二980nm泵浦激光器；
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面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，都属于本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明:
如图1所示，本实施例的中继系统，包括色散补偿部分、信号放大部分以及带有滤波功能的第一粗波分复用器和第二粗波分复用器；其中，所述色散补偿部分包括色散补偿光纤，用于补偿长距离光纤传输中色散效应；所述放大部分包括前向放大部分和后向放大部分，其中前向放大部分用于补偿前向传输光的功率损耗，后向放大部分用于补偿后向传输光的功率损耗；第一粗波分复用器和第二粗波分复用器用于对前向和后向光进行分路和合路以及带外噪声滤除。
所述的中继系统，所述前向放大部分包括一个双极结构单向掺铒光纤放大器，所述后向放大部分也包括一个双极结构单向掺铒光纤放大器。
所述的中继系统，所述前向放大部分的双极结构单向掺铒光纤放大器包括第一隔离器、第一980nm:1550nm波分复用器、第一掺铒光纤、第二980nm:1550nm波分复用器、第二隔离器、第三980nm:1550nm波分复用器、第四980nm:1550nm波分复用器、第二掺饵光纤、第三隔离器、第一1:99 1550nm功分器、第一50:50 980nm功分器以及第一980nm泵浦激光器，所述第一隔离器的输入端作为前向放大部分的输入端，所述第一隔离器的输出端与所述第一980nm:1550nm波分复用器的b端相连，所述第一980nm:1550nm波分复用器的c端与所述第一掺饵光纤的一端相连，所述第一掺饵光纤的另一端与所述第二980nm:1550nm波分复用器的c端相连，所述第二980nm:1550nm波分复用器的b端与所述第二隔离器的输入端相连，所述第二隔离器的输出端与所述第三980nm:1550nm波分复用器的b端相连，所述第二980nm:1550nm波分复用器的a端和所述第三980nm:1550nm波分复用器的a端相连，所述第三980nm:1550nm波分复用器的c端和所述第四980nm:1550nm波分复用器的b端相连，所述第四980nm:1550nm波分复用器的c端与所述第二掺饵光纤的一端相连，所述第二掺饵光纤的另一端与所述第三隔离器的输入端相连，所述第三隔离器的输出端与所述第一1:99 1550nm功分器的输入端相连，所述第一1:99 1550nm功分器的99％输出端口作为所述前向放大部分的输出端，所述第一50:50 980nm功分器的b端和c端分别与所述第一980nm:1550nm波分复用器的a端和第四980nm:1550nm波分复用器的a端相连，所述第一980nm泵浦和所述第一980nm功分器的a端相连。
所述的中继系统，所述后向放大部分的双极结构单向掺铒光纤放大器包括第四隔离器、第五980nm:1550nm波分复用器、第三掺铒光纤、第六980nm:1550nm波分复用器、第五隔离器、第七980nm:1550nm波分复用器、第八980nm:1550nm波分复用器、第四掺饵光纤、第六隔离器、第二1:99 1550nm功分器、第二50:50 980nm功分器以及第二980nm泵浦激光器，所述第四隔离器的输入端作为后向放大部分的输入端，所述第四隔离器的输出端与所述第五980nm:1550nm波分复用器的b端相连，所述第五980nm:1550nm波分复用器的c端与所述第三掺饵光纤的一端相连，所述第三掺饵光纤的另一端与所述第六980nm:1550nm波分复用器的c端相连，所述第六980nm:1550nm波分复用器的b端与所述第五隔离器的输入端相连，所述第五隔离器的输出端与所述第七980nm:1550nm波分复用器的b端相连，所述第六980nm:1550nm波分复用器的a端和所述第七980nm:1550nm波分复用器的a端相连，所述第七980nm:1550nm波分复用器的c端和所述第八980nm:1550nm波分复用器的b端相连，所述第八980nm:1550nm波分复用器的c端与所述第四掺饵光纤的一端相连，所述第四掺饵光纤的另一端与所述第六隔离器的输入端相连，所述第六隔离器的输出端与所述第二1:99 1550nm功分器的输入端相连，所述第二1:99 1550nm功分器的99％输出端口作为所述后向放大部分的输出端，所述第二50:50 980nm功分器的b端和c端分别与所述第五980nm:1550nm波分复用器的a端和第八980nm:1550nm波分复用器的a端相连，所述第二980nm泵浦和所述第二50:50980nm功分器的a端相连。
所述双级结构单向掺铒光纤放大器可获得高增益和超低噪声指数，以下是所述双级结构单向掺铒光纤放大器的实测数据：
Figure BDA0002697919590000041
所述的中继系统，所述第一粗波分复用器的a端和所述第二粗波分复用器的a端能通过的光信号波长范围为1544.12～1556.92nm；所述第一粗波分复用器的b端和所述第二粗波分复用器的b端能通过的光信号波长范围为1550.52～1556.92nm；所述第一粗波分复用器的c端和所述第二粗波分复用器的c端口能通过的光信号波长范围为1544.32～1550.52nm。
所述的中继系统，所述第一980nm:1550nm波分复用器、第二980nm:1550nm波分复用器、第三980nm:1550nm波分复用器、第四980nm:1550nm波分复用器、第五980nm:1550nm波分复用器、第六980nm:1550nm波分复用器、第七980nm:1550nm波分复用器、第八980nm:1550nm波分复用器的a端能通过的光信号波长为980nm，b端和c端能通过的光信号波长范围为1544.12～1556.92nm。
所述中继系统，所述第一1:99 1550nm功分器和第二1:99 1550nm功分器的1％输出端口用于观察放大后信号光质量。
所述中继系统，所述第一掺铒光纤、第二掺铒光纤、第三掺铒光纤以及第四掺铒光纤型号相同，长度相等。
最后应说明的是：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实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用于光纤时频同步的超低噪声指数双向中继系统，其特征在于，包括色散补偿部分、信号放大部分以及带有滤波功能的第一粗波分复用器(4)和第二粗波分复用器(5)，所述色散补偿部分包括色散补偿光纤(1)；所述放大部分包括前向放大部分(2)和后向放大部分(3)；所述色散补偿光纤(1)的一端与所述第一粗波分复用器(4)的a端相连；所述前向放大部分(2)的输入端与所述第一粗波分复用器(4)的b端相连，所述前向放大部分(2)的输出端与所述第二粗波分复用器的b端相连；所述后向放大部分(3)的输入端与所述第二粗波分复用器(5)的c端相连，所述后向放大部分(3)的输出端与所述第一粗波分复用器(4)的c端相连；所述色散补偿光纤(1)的另一端以及所述第二粗波分复用器(5)的a端作为双向信号的输入输出端。
2.按照权利要求1所述的一种用于光纤时频同步的超低噪声指数双向中继系统，其特征在于，所述前向放大部分(2)包括一个双级结构单向掺铒光纤放大器，所述后向放大部分(3)也包括一个双极结构单向掺铒光纤放大器。
3.按照权利要求1和2所述的一种用于光纤时频同步的超低噪声指数双向中继系统，其特征在于，所述前向放大部分(2)的双极结构单向掺铒光纤放大器包括第一隔离器(6)、第一980nm:1550nm波分复用器(7)、第一掺铒光纤(8)、第二980nm:1550nm波分复用器(9)、第二隔离器(10)、第三980nm:1550nm波分复用器(11)、第四980nm:1550nm波分复用器(12)、第二掺饵光纤(13)、第三隔离器(14)、第一1:99 1550nm功分器(15)、第一50:50 980nm功分器(16)以及第一980nm泵浦激光器(17)，所述第一隔离器(6)的输入端作为前向放大部分的输入端，所述第一隔离器(6)的输出端与所述第一980nm:1550nm波分复用器(7)的b端相连，所述第一980nm:1550nm波分复用器(7)的c端与所述第一掺饵光纤(8)的一端相连，所述第一掺饵光纤(8)的另一端与所述第二980nm:1550nm波分复用器(9)的c端相连，所述第二980nm:1550nm波分复用器(9)的b端与所述第二隔离器(10)的输入端相连，所述第二隔离器(10)的输出端与所述第三980nm:1550nm波分复用器(11)的b端相连，所述第二980nm:1550nm波分复用器(9)的a端和所述第三980nm:1550nm波分复用器(11)的a端相连，所述第三980nm:1550nm波分复用器(11)的c端和所述第四980nm:1550nm波分复用器(12)的b端相连，所述第四980nm:1550nm波分复用器(12)的c端与所述第二掺饵光纤(13)的一端相连，所述第二掺饵光纤(13)的另一端与所述第三隔离器(14)的输入端相连，所述第三隔离器(14)的输出端与所述第一1:99 1550nm功分器的输入端相连，所述第一1:99 1550nm功分器的99％输出端口作为所述前向放大部分(2)的输出端，所述第一50:50 980nm功分器(16)的b端和c端分别与所述第一980nm:1550nm波分复用器(7)的a端和第四980nm:1550nm波分复用器(12)的a端相连，所述第一980nm泵浦(17)和所述第一50:50 980nm功分器(16)的a端相连。
4.按照权利要求1和2所述的一种用于光纤时频同步的超低噪声指数双向中继系统，其特征在于，所述后向放大部分(3)的双极结构单向掺铒光纤放大器包括第四隔离器(18)、第五980nm:1550nm波分复用器(19)、第三掺铒光纤(20)、第六980nm:1550nm波分复用器(21)、第五隔离器(22)、第七980nm:1550nm波分复用器(23)、第八980nm:1550nm波分复用器(24)、第四掺饵光纤(25)、第六隔离器(26)、第二1:99 1550nm功分器(27)、第二50:50 980nm功分器(28)以及第二980nm泵浦激光器(29)，所述第四隔离器(18)的输入端作为后向放大部分的输入端，所述第四隔离器(18)的输出端与所述第五980nm:1550nm波分复用器(19)的b端相连，所述第五980nm:1550nm波分复用器(19)的c端与所述第三掺饵光纤(20)的一端相连，所述第三掺饵光纤(20)的另一端与所述第六980nm:1550nm波分复用器(21)的c端相连，所述第六980nm:1550nm波分复用器(21)的b端与所述第五隔离器(22)的输入端相连，所述第五隔离器(22)的输出端与所述第七980nm:1550nm波分复用器(23)的b端相连，所述第六980nm:1550nm波分复用器(21)的a端和所述第七980nm:1550nm波分复用器(23)的a端相连，所述第七980nm:1550nm波分复用器(23)的c端和所述第八980nm:1550nm波分复用器(24)的b端相连，所述第八980nm:1550nm波分复用器(24)的c端与所述第四掺饵光纤(25)的一端相连，所述第四掺饵光纤(25)的另一端与所述第六隔离器(26)的输入端相连，所述第六隔离器(26)的输出端与所述第二1:99 1550nm功分器(27)的输入端相连，所述第二1:99 1550nm功分器的99％输出端口作为所述后向放大部分(3)的输出端，所述第二50:50 980nm功分器(28)的b端和c端分别与所述第五980nm:1550nm波分复用器(19)的a端和第八980nm:1550nm波分复用器(24)的a端相连，所述第二980nm泵浦(29)和所述第二50:50 980nm功分器(28)的a端相连。
5.按照权利要求1至权利要求4所述的一种用于光纤时频同步的超低噪声指数双向中继系统，其特征在于，所述第一粗波分复用器(4)的a端和所述第二粗波分复用器(5)的a端能通过的光信号波长范围为1544.12～1556.92nm；所述第一粗波分复用器(4)的b端和所述第二粗波分复用器(5)的b端能通过的光信号波长范围为1550.52～1556.92nm；所述第一粗波分复用器(4)的c端和所述第二粗波分复用器(5)的c端口能通过的光信号波长范围为1544.12～1550.52nm。
6.按照权利要求1至权利要求4所述的一种用于光纤时频同步的超低噪声指数双向中继系统，其特征在于，所述第一980nm：1550nm波分复用器(7)、第二980nm：1550nm波分复用器(9)、第三980nm：1550nm波分复用器(11)、第四980nm：1550nm波分复用器(12)、第五980nm：1550nm波分复用器(19)、第六980nm：1550nm波分复用器(21)、第七980nm：1550nm波分复用器(23)、第八980nm：1550nm波分复用器(24)的a端能通过的光信号波长为980nm，b端和c端能通过的光信号波长范围为1544.12～1556.92nm。
7.按照权利要求1至权利要求4所述的一种用于光纤时频同步的超低噪声指数双向中继系统，其特征在于，所述第一1：99 1550nm功分器(15)和第二1：99 1550nm功分器(27)的1％输出端口用于观察放大后信号光质量。
8.按照权利要求1至权利要求4所述的一种用于光纤时频同步的超低噪声指数双向中继系统，其特征在于，所述第一掺饵光纤(8)、第二掺饵光纤(13)、第三掺饵光纤(20)以及第四掺饵光纤(25)型号相同，长度相等。
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