CN112366501A - 一种增益可调范围宽的掺铒光纤放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光通信领域,具体涉及一种增益可调范围宽的掺铒光纤放大器;所述掺铒光纤放大器包括输入组件,用于信号光放大的第一增益组件、用于实现增益平坦的调节组件、用于切换光路的光开关、用于信号光放大的第二增益组件、用于实现增益平坦的第二滤波器、用于信号光放大的第三增益组件以及输出组件;与现有技术相比,本发明通过设计一种增益可调范围宽的掺铒光纤放大器,使得其在保持原有噪声指数要求的基础上,极大了扩展了增益的可调节范围,以实现宽平坦增益调节范围,进一步地,通过在掺铒光纤放大器中加入光开关,实现了低平坦增益光路和高平坦增益光路的来回切换,本发明光路可运用在C波段光纤放大器中,也可运用在L波段光纤放大器中。
Description
技术领域
本发明涉及光通信领域,具体涉及一种增益可调范围宽的掺铒光纤放大器。
背景技术
掺铒光纤放大器是一种常用的光纤放大器,广泛应用在通信网络中,掺铒光纤放大器的基本原理是:通过在普通光纤中掺杂的稀土粒子作为增益介质,利用稀土粒子的受激辐射现象,实现能量从一种波长的光,到另一种波长的光的转换,一般我们把前一种波长的光叫做泵浦光,将另一种波长的光作为信号光,这样就实现了信号光的放大,而信号光通过光纤放大器获得了多少倍的放大程度,我们叫做增益;信号光被放大的倍数越高,则增益越大,但增益并不是越大越好,因为信号光太大,会导致链路终端的接收器饱和,从而丧失接收信号的功能,同时还有其他非线性效应的影响,增益也不是越小越好,因为增益若不能抵消损耗,则抵达链路终端的信号光太小,接收器也无法接收到任何信号,所以掺铒光纤放大器的增益在线路中是需要调节的,同时就DWDM系统来说,一根光纤中同时有多个不同波长的信号光在传输,同时在光纤放大器汇总被放大,但传统光纤放大器调节增益之后,长波长的信号光得到的增益和短波长的信号光得到的增益就不同,导致增益不平坦。
在现有的可调掺铒光纤放大器中为了使得信号光能够平坦输出,往往会在掺铒光纤放大器的两段增益光纤之间加入可调光衰减装置,在需要不同增益设置情况下,可通过调节可调光衰减装置对信号光进行衰减,以实现平坦输出,但是现有掺铒光纤放大器的增益调节范围有限,原因在于:增益减小多少,对应的可调光衰减装置的衰减量就需要增加多少,当可调光衰减装置的衰减量增大到一定程度时,由于在光路的一个点引入的衰减太大,导致增益上的噪声指数会受到非常显著的影响、劣化非常严重。同时,当增益增大到可调光衰减装置的衰减量为零的之后,因为可调光衰减装置的衰减量不能降低成一个负值(最小只能为零),所以更大的增益也无法保证信号光的增益平坦。
因此,设计一种增益可调范围宽的掺铒光纤放大器对本领域来说是至关重要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述缺陷,提供一种增益可调范围宽的掺铒光纤放大器,克服了现有技术中增益调节范围有限以及无法保证信号光的增益平坦的缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种增益可调范围宽的掺铒光纤放大器,其优选方案在于:所述掺铒光纤放大器包括用于信号光输入的输入组件,用于信号光放大的第一增益组件、用于实现增益平坦的调节组件、用于切换光路的光开关、用于信号光放大的第二增益组件、用于实现增益平坦的第二滤波器、用于信号光放大的第三增益组件以及用于信号光输出的输出组件;
其中,信号光通过输入组件输入后进入第一增益组件进行增益,增益后的信号光经调节组件后实现增益平坦,并通过光开关输入至第三增益组件进行再次增益,最后由输出组件输入,以实现信号光的低平坦增益;
或者,信号光通过输入组件输入后进入第一增益组件进行增益,增益后的信号光经调节组件后实现增益平坦,并通过光开关输入至第二增益组件进行再次增益,再次增益后的信号光经过第二滤波器后实现增益平坦,并通过第三增益组件进行第三次增益,最后由输出组件输入,以实现信号光的高平坦增益。
其中,较佳方案为:所述调节组件包括用于增益平坦控制的第一滤波器以及用于衰减信号光的可调光衰减器,增益后的信号光经过第一滤波器以及可调光衰减器以实现增益平坦。
其中,较佳方案为:所述第一增益组件包括第一泵浦激光器、泵浦分光器、第一合波器以及第一铒纤,所述第一泵浦激光器发射泵浦光,泵浦光经泵浦分光器分光后,一部分进入第一合波器并与输入的信号光进行合波,与信号光合波在第一铒纤进行增益,另一部分进入第二增益组件。
其中,较佳方案为:所述第二增益组件包括第二合波器以及第二铒纤,所述第二合波器将经光开关入射的信号光与经泵浦分光器分光后入射的一部分泵浦光进行合波,合波后经第二铒纤进行增益并射入第二滤波器,以实现增益平坦。
其中,较佳方案为:所述第三增益组件包括第二泵浦激光器、第三合波器以及第三铒纤,所述第二泵浦激光器发射泵浦光并射入第三合波器,所述第三合波器将经光开关射入的信号光与泵浦光进行合波并射入第三铒纤,经第三铒纤进行第三次增益后经输出组件输出。
其中,较佳方案为:所述输入组件包括用于信号光探测的第一探测器,所述输出组件包括用于光探测的第二探测器。
其中,较佳方案为:所述输入组件还包括输入端、第一分光器以及第一隔离器,所述信号光经输入端输入,经第一分光器分光后一部分进入第一探测器以实现输入信号光功率的探测,另一部分进入第一隔离器以实现反向光的隔离后射入第一增益组件。
其中,较佳方案为:所述输出组件还包括第二隔离器、第二分光器以及输出端,所述信号光经第二隔离器以实现反向光的隔离后进入第二分光器,经第二分光器分光后一部分进入第二探测器以实现输出信号光功率的探测,另一部分经输出端输出。
其中,较佳方案为:所述光开关具体为2*2端口开关。
其中,较佳方案为:所述光开关具体包括两个1*2端口开关。
本发明的有益效果在于,与现有技术相比,本发明通过设计一种增益可调范围宽的掺铒光纤放大器,使得其在保持原有噪声指数要求的基础上,极大了扩展了增益的可调节范围,以实现宽平坦增益调节范围,进一步地,通过在掺铒光纤放大器中加入光开关,实现了低平坦增益光路和高平坦增益光路的来回切换,本发明光路可运用在C波段光纤放大器中,也可运用在L波段光纤放大器中。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1是本发明中的一种增益可调范围宽的掺铒光纤放大器的结构示意图;
图2是本发明中的调节组件的结构示意图;
图3是本发明中的第一增益组件的结构示意图;
图4是本发明中的第二增益组件的结构示意图;
图5是本发明中的第三增益组件的结构示意图;
图6是本发明中的输入组件的结构示意图;
图7是本发明中的输出组件的结构示意图;
图8是本发明中的光开关的结构示意图一;
图9是本发明中的光开关的结构示意图二。
具体实施方式
现结合附图,对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1所示,本发明提供一种增益可调范围宽的掺铒光纤放大器的最佳实施例。
一种增益可调范围宽的掺铒光纤放大器,并参考图1,所述掺铒光纤放大器包括用于信号光输入的输入组件10,用于信号光放大的第一增益组件20、用于实现增益平坦的调节组件30、用于切换光路的光开关40、用于信号光放大的第二增益组件50、用于实现增益平坦的第二滤波器60、用于信号光放大的第三增益组件70以及用于信号光输出的输出组件80;
其中,信号光通过输入组件10输入后进入第一增益组件20进行增益,增益后的信号光经调节组件30后实现增益平坦,并通过光开关40输入至第三增益组件70进行再次增益,最后由输出组件80输入,以实现信号光的低平坦增益;
或者,信号光通过输入组件10输入后进入第一增益组件20进行增益,增益后的信号光经调节组件30后实现增益平坦,并通过光开关40输入至第二增益组件50进行再次增益,再次增益后的信号光经过第二滤波器60后实现增益平坦,并通过第三增益组件70进行第三次增益,最后由输出组件80输入,以实现信号光的高平坦增益。
具体的,所述增益可调范围宽的掺铒光纤放大器可以为信号光提供两种光路,第一光路为信号光经输入组件输入后,依次经过第一增益组件、调节组件、光开关以及第三增益组件,最后经输出组件输出,以实现信号光的低平坦增益,第二光路为信号光经输入组件输入后,依次经过第一增益组件、调节组件、光开关、第二增益组件、第二滤波器以及第三增益组件,最后经输出组件输出,其通过额外添加第二增益组件以及第二滤波器可实现信号光的高平坦增益,并且,通过光开关还可以实现第一光路与第二光路之间的来回切换;使得该掺铒光纤激光器不仅可以作为C波段光纤放大器使用,又可以作为L波段光纤放大器使用,实现了非常高的增益调节范围,同时,通过在第二光路中设置第二滤波器,使得二次增益平坦,有效克服了在进行较大增益时,衰减量过大所造成的增益上的噪声指数劣化严重的缺陷,以实现高平坦增益输出。
如图2所示,本发明提供调节组件的最佳实施例。
参考图2,所述调节组件30包括用于增益平坦控制的第一滤波器31以及用于衰减信号光的可调光衰减器32,增益后的信号光经过第一滤波器31以及可调光衰减器32以实现增益平坦。
具体的,所述第一滤波器具体为增益平坦滤波器,其主要用于对不同波长的信号光进行不同的衰减量控制,从而达到所有波长的光增益平坦的效果,其可以采用膜片型增益平坦滤波器,也可以采用光纤光栅型增益平坦滤波器以及其他可以实现增益平坦功能的增益平坦滤波器,进一步地,光衰减器是一种非常重要的纤维光学无源器件,它可按用户的要求将光信号能量进行预期地衰减,常用于吸收或反射掉光功率余量、评估系统的损耗及各种测试中,在本实施例中,所述可调光衰减器主要设置在两段增益光纤之间,使得信号光在该增一下平坦输出,以实现平坦增益。
如图3所示,本发明提供第一增益组件的最佳实施例。
参考图3,所述第一增益组件20包括第一泵浦激光器21、泵浦分光器22、第一合波器23以及第一铒纤24,所述第一泵浦激光器21发射泵浦光,泵浦光经泵浦分光器22分光后一部分进入第一合波器23并与输入的信号光进行合波,在与信号光合波后在第一铒纤24进行增益,另一部分进入第二增益组件50。
具体的,所述第一泵浦激光器主要用于产生泵浦光,用于在铒纤中对信号光进行放大,在本实施例中,所述泵浦光的波长一般为980nm或者1480nm,所述泵浦分光器主要用于将泵浦光分成两束,其分配比例可以为50:50,也可以为40:60或30:70等,其具体分配比例可以根据具体需求进行选择,所述第一合波器主要用于将信号光与泵浦光进行合波,所述第一铒纤主要作为增益介质,与泵浦光共同作用对信号光进行放大。
如图4所示,本发明提供第二增益组件的最佳实施例。
参考图4,所述第二增益组件50包括第二合波器51以及第二铒纤52,所述第二合波器51将经光开关40入射的信号光与经泵浦分光器22分光后入射的一部分泵浦光进行合波,合波后经第二铒纤52进行增益并射入第二滤波器60,以实现增益平坦。
具体的,所述第二合波器主要用于将信号光与泵浦光进行合波,所述第二铒纤主要作为增益介质,与泵浦光共同作用对信号光进行放大。
如图5所示,本发明提供第三增益组件的最佳实施例。
参考图5,所述第三增益组件70包括第二泵浦激光器71、第三合波器72以及第三铒纤73,所述第二泵浦激光器71发射泵浦光并射入第三合波器72,所述第三合波器72将经光开关射入的信号光与泵浦光进行合波并射入第三铒纤73,经第三铒纤73进行第三次增益后经输出组件80输出。
具体的,所述第二泵浦激光器主要用于产生泵浦光,用于在铒纤中对信号光进行放大,在本实施例中,所述泵浦光的波长一般为980nm或者1480nm,所述第三合波器主要用于将信号光与泵浦光进行合波,所述第三铒纤主要作为增益介质,与泵浦光共同作用对信号光进行放大。
如图6所示,本发明提供输入组件的最佳实施例。
参考图6,所述输入组件10包括用于信号光探测的第一探测器11,还包括输入端12、第一分光器13以及第一隔离器14,所述信号光经输入端12输入,经第一分光器13分光后一部分进入第一探测器11以实现输入信号光功率的探测,另一部分进入第一隔离器14以实现反向光的隔离后射入第一增益组件20。
具体的,所述输入端主要用于输入信号光至掺铒光学放大器中,其一般为输入跳线,但其也可以选择其他可完成信号光输入功能的光学器件,例如法兰、光学等,所述第一分光器主要用于将输入的信号光分成两部分,一部分进入第一隔离器中,另一部分作为探测光进入第一探测器,一般来说,分光后进入第一探测器的探测光所占比例为1%-5%,所述第一探测器主要用于将所接收到的信号光按照一定比例转化为电流信号,用于后续电流监测或计算等,所述第一隔离器主要用于将光路中的反向光进行隔离。
参考图7,本发明提供输出组件的最佳实施例。
参考图7,所述输出组件80包括用于光探测的第二探测器81,还包括第二隔离器82、第二分光器83以及输出端84,所述信号光经第二隔离器82以实现反向光的隔离后进入第二分光器83,经第二分光器83分光后一部分进入第二探测器81以实现输出信号光功率的探测,另一部分经输出端84输出。
具体的,所述输出端主要用于将信号光从掺铒光学放大器中输出,其一般为输出跳线,但其也可以选择其他可完成信号光输出功能的光学器件,例如法兰、光学等,所述第二隔离器主要用于将光路中的反向光进行隔离,所述第二分光器主要用于将输入的信号光分成两部分,一部分进入第二隔离器中,另一部分作为探测光进入第二探测器,一般来说,分光后进入第二探测器的探测光所占比例为1%-5%,所述第二探测器主要用于将所接收到的信号光按照一定比例转化为电流信号,用于后续电流监测或计算等。
如图8所示,本发明提供光开关的最佳实施例。
方案一
参考图8,所述光开关40采用2*2端口开关,其具体包括端口P1、P2、P3以及P4。
当需要实现低平坦增益范围时,所述光开关为水平通路状态,即P1的端口输入信号光并导通至P3端口,P2端口的信号光导通至P4端口,这样一来,信号光在经调节组件输出后,直接经光开关导通至第三增益组件进行信号光的增益,最后经输出组件输出,以实现低平坦增益。
当需要实现高平坦增益范围时,所述光开关为交叉通路状态,即P1的端口输入信号光并导通至P4端口,P2端口的信号光导通至P3端口,这样一来,信号光在经调节组件输出后,经光开关导通至第二增益组件进行信号光的增益,再经第二滤波器实现增益平坦后射入第三增益组件,最后经输出组件输出,以实现高平坦增益。
方案二
参考图9,所述光开关40具体包括两个1*2端口开关,分别为第一光开关41和第二光开关42。
其主要的作用及原理与方案一所述的光开关相同。
以上所述者,仅为本发明最佳实施例而已,并非用于限制本发明的范围,凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰,皆为本发明所涵盖。
Claims (10)
1.一种增益可调范围宽的掺铒光纤放大器,其特征在于:所述掺铒光纤放大器包括用于信号光输入的输入组件,用于信号光放大的第一增益组件、用于实现增益平坦的调节组件、用于切换光路的光开关、用于信号光放大的第二增益组件、用于实现增益平坦的第二滤波器、用于信号光放大的第三增益组件以及用于信号光输出的输出组件;
其中,信号光通过输入组件输入后进入第一增益组件进行增益,增益后的信号光经调节组件后实现增益平坦,并通过光开关输入至第三增益组件进行再次增益,最后由输出组件输入,以实现信号光的低平坦增益;
或者,信号光通过输入组件输入后进入第一增益组件进行增益,增益后的信号光经调节组件后实现增益平坦,并通过光开关输入至第二增益组件进行再次增益,再次增益后的信号光经过第二滤波器后实现增益平坦,并通过第三增益组件进行第三次增益,最后由输出组件输入,以实现信号光的高平坦增益。
2.根据权利要求1所述的掺铒光纤放大器,其特征在于:所述调节组件包括用于增益平坦控制的第一滤波器以及用于衰减信号光的可调光衰减器,增益后的信号光经过第一滤波器以及可调光衰减器以实现增益平坦。
3.根据权利要求1所述的掺铒光纤放大器,其特征在于:所述第一增益组件包括第一泵浦激光器、泵浦分光器、第一合波器以及第一铒纤,所述第一泵浦激光器发射泵浦光,泵浦光经泵浦分光器分光后,一部分进入第一合波器并与输入的信号光进行合波,与信号光合波在第一铒纤进行增益,另一部分进入第二增益组件。
4.根据权利要求3所述的掺铒光纤放大器,其特征在于:所述第二增益组件包括第二合波器以及第二铒纤,所述第二合波器将经光开关入射的信号光与经泵浦分光器分光后入射的一部分泵浦光进行合波,合波后经第二铒纤进行增益并射入第二滤波器,以实现增益平坦。
5.根据权利要求1所述的掺铒光纤放大器,其特征在于:所述第三增益组件包括第二泵浦激光器、第三合波器以及第三铒纤,所述第二泵浦激光器发射泵浦光并射入第三合波器,所述第三合波器将经光开关射入的信号光与泵浦光进行合波并射入第三铒纤,经第三铒纤进行第三次增益后经输出组件输出。
6.根据权利要求1所述的掺铒光纤放大器,其特征在于:所述输入组件包括用于信号光探测的第一探测器,所述输出组件包括用于光探测的第二探测器。
7.根据权利要求6所述的掺铒光纤放大器,其特征在于:所述输入组件还包括输入端、第一分光器以及第一隔离器,所述信号光经输入端输入,经第一分光器分光后一部分进入第一探测器以实现输入信号光功率的探测,另一部分进入第一隔离器以实现反向光的隔离后射入第一增益组件。
8.根据权利要求6所述的掺铒光纤放大器,其特征在于:所述输出组件还包括第二隔离器、第二分光器以及输出端,所述信号光经第二隔离器以实现反向光的隔离后进入第二分光器,经第二分光器分光后一部分进入第二探测器以实现输出信号光功率的探测,另一部分经输出端输出。
9.根据权利要求1所述的掺铒光纤放大器,其特征在于:所述光开关具体为2*2端口开关。
10.根据权利要求1所述的掺铒光纤放大器,其特征在于:所述光开关具体包括两个1*2端口开关。
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