CN118554254A - 一种增益均衡的多芯拉曼光纤放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种增益均衡的多芯拉曼光纤放大器，包括以下部分：信号光、多模泵浦光、(N+1)*N多芯锥形耦合器、N芯光纤及N*(N+1)多芯锥形耦合器。其中，多个待放大信号和多模泵浦光与(N+1)*N多芯锥形耦合器的输入端相连，(N+1)*N多芯锥形耦合器的输出端与N芯光纤的输入端相连，N芯光纤的输出端与N*(N+1)多芯锥形耦合器的输入端相连，N*(N+1)多芯锥形耦合器输出放大信号。待放大信号与泵浦光在耦合器中进行耦合实现增益均衡，多个待放大信号光与多模泵浦光同时在N芯光纤中传输，光能量将会从泵浦光转移到信号光，从而使各纤芯信号光得到放大，获得拉曼增益。本发明还提出了一种用于多芯光纤传输系统与密集波分复用技术相结合的多芯拉曼光纤放大器的实现方法。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域和通信技术领域的光传输技术领域，
特别涉及一种用于多芯光纤传输系统的增益均衡的多芯拉曼光纤放大器的实现方法。
背景技术
近年来，云计算、高清视频、物联网以及5G通信系统等业务的蓬勃发展，全球网络流量急剧增加。然而，普通单芯单模光纤传输受限于香农极限。在光纤通信系统容量紧张的形势下，采用空分复用技术，多芯光纤、多模光纤或多芯多模光纤成为了光纤通信传输的必然发展趋势。多芯光纤传输系统要实现高速率、大容量、长距离传输，离不开多芯光纤放大器对其传输损耗的补偿。
因此，多芯光纤放大器成为空分复用技术走向实用的关键。各种少模掺铒光纤放大器(EDFA)、多芯掺铒光纤放大器，多芯掺稀土光纤放大器等放大器已经发展起来。但是，随着计算机网络及其他新的数据传输业务的迅猛发展，这些放大器由于其工作波段和带宽的局限性、增益的平坦性、与普通光纤不兼容性等问题越来越明显，已经不能完全满足光通信系统发展的要求。
光纤拉曼放大器的工作原理是在光纤中的受激拉曼散射效应，如果弱信号光与强泵浦光同时在光纤中传输，且信号光波长在泵浦光的拉曼增益谱内，光能量将会从泵浦光转移到信号光，从而使弱信号光得到放大，获得拉曼增益。光线拉曼放大器的增益波长由泵浦光波长决定，理论上可以对光纤窗口内的任意波长的信号进行放大，增益频谱比较宽。RFA由于具有全波段放大、低噪声、可以抑制非线性效应和能进行色散补偿等优点，使它有可能成为下一代光放大器的主流。因此，发明一种支持多芯光纤传输系统的多芯拉曼光纤放大器是必然趋势。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的无法承载大容量，与光纤传输系统不兼容的缺陷，提出一种支持多芯光纤传输系统的多芯拉曼光纤放大器实现方法及装置。
本发明的技术方案：一种支持多芯光纤传输系统的多芯拉曼光纤放大器实现方法及装置，其特征在于，包括以下部分：信号光、多模泵浦光、(N+1)*N多芯锥形耦合器、N芯光纤及N*(N+1)多芯锥形耦合器。其中，多个待放大信号和多模泵浦光与(N+1)*N多芯锥形耦合器的输入端相连，(N+1)*N多芯锥形耦合器的输出端与N芯光纤的输入端相连，N芯光纤的输出端与N*(N+1)多芯锥形耦合器的输入端相连，N*(N+1)多芯锥形耦合器输出放大信号。
在任何实施案例中，所述设备可进一步包含一个或多个泵浦光源、一个或多个波分复用器、一个或多个波分解复用器及多个待放大信号。其中，多个信号光和泵浦激光与波分复用器的输入相连，波分复用的输出端和多模泵浦光与(N+1)*N多芯锥形耦合器的输入端相连，(N+1)*N多芯锥形耦合器的输出端与N芯光纤的输入端相连，N芯光纤的输出端与N*(N+1)多芯锥形耦合器的输入端相连，N*(N+1)多芯锥形耦合器输出端与波分解复用器相连，波分解复用器的输出端输出放大信号。
发明的实施案例包含接收及放大的动作。接收动作包含在N芯光纤端处，从各个独立纤芯中接收信号光。放大动作包含信号光在经N芯光纤中受激拉曼散射效应，获得拉曼增益。
本发明所达到的有益效果：本发明中的多芯拉曼光纤放大器，结构简单，与所有类型的多芯光纤都能很好的兼容，泵浦源、信号源和扇入扇出器件可以根据实际传输需求动态设置，能同时放大多波段的信号光，可以实现空间通道的增益均衡，并且能与密集波分复用技术结合使用，支持多信号注入，提高系统容量。此发明不仅大大地提升了光放大系统的集成度，很大程度降低了多芯放大器的成本，并有效地提高系统的传输容量，也提高了可靠性，实现光纤通信系统高速、大容量、低成本的传输，有望成为下一代多芯放大器的主流。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为实施例1的一种增益均衡的多芯拉曼光纤放大器的示意性结构图。
图2为图1所示中一些具体实施例的(N+1)*N多芯锥形耦合器的外端横截面示意性结构图。
图3为图1所示中一些具体实施例的(N+1)*N多芯锥形耦合器的示意性结构图。
图4为实施例2一种增益均衡的多芯拉曼光纤放大器的多信号注入的示意性结构图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本发明实施例1提供了一种支持多芯光纤传输系统的增益均衡的多芯拉曼光纤放大器的实现方法及装置，如图1至3所示，包括：信号光、多模泵浦光、(N+1)*N多芯锥形耦合器、N芯光纤及N*(N+1)多芯锥形耦合器。本发明的实施例中N芯光纤可以为任何类型的多芯光纤，优选与N芯光纤传输系统相匹配的多芯光纤。本发明在多芯光纤内采取多模泵浦，通过功率耦合实现泵浦对于各纤芯信号光的同时放大。
图2为图1所示中一个具体实施例的(N+1)*N多芯锥形耦合器的外端横截面示意性结构图，在本具体实施例中，假设多芯光纤为7芯光纤。本发明在N芯光纤内采取多模泵浦，泵浦光纤层包括多个用于传输待放大光信号的独立纤芯和一个中心纤芯，中心纤芯为多模光纤，不进行信号传输，中心纤芯接入多模泵浦光，多个独立纤芯围绕中心纤芯设置，通过内部功率耦合实现对各独立纤芯的信号增益，为保证增益的均衡性各独立纤芯沿中心纤芯周向均匀分布。
图3为图1所示中一个具体实施例的(N+1)*N多芯锥形耦合器的示意性结构图，实施例1中的(N+1)*N多芯锥形耦合器中纤芯的数目、类型和布置方式与多芯光纤配合设置。在本具体实施例中，设置多芯光纤为7芯光纤，配合7芯光纤的设计使用8*7耦合器，8*7耦合器包括7根用于连接独立纤芯的单模纤芯和1根用于连接中心纤芯的多模纤芯。7芯光纤的两端均设置8*7耦合器，用于完成外端独立纤芯的耦合并连接N芯光纤，8*7耦合器的一端为外端，用于连接外端独立纤芯，8*7耦合器的另一端为耦合端，用于连接N芯光纤。
本发明的实施例中，多个待放大信号光与多模泵浦光在(N+1)*N多芯锥形耦合器中进行功率耦合，随后，泵浦光和信号进入N芯光纤中，多个待放大信号光与多模泵浦光同时在N芯光纤中传输，且保证信号光波长在泵浦光的拉曼增益谱内，受激拉曼散射效应，光能量将会从泵浦光转移到信号光，从而使各纤芯信号光得到放大，获得拉曼增益。
本发明实施例结构简单、无需扇入扇出器件、只需单路泵浦光源，利于提高系统集成度，既可以降低成本，又可减少元件数目。
实施例2
本发明实施例2提供了一种增益均衡的多芯拉曼光纤放大器的多信号注入的示意性结构图，如图4所示，包括：信号光、泵浦光、第一级波分复用器、第二级波分复用器、(N+1)*N多芯锥形耦合器、N芯光纤、N*(N+1)多芯锥形耦合器及波分解复用器。特别地，在本实施例中，第一级波分复用器和第二级波分复用器仅是为了便于区分泵浦光与信号光部分。其内部各泵浦光或信号光无固定顺序，仅是为了便于理解，顺序可在内部随意调动。各波分复用器和波分解复用器均设置于外端独立纤芯处，波分解复用器将待放大的信号光和泵浦光进行耦合，波分解复用器将泵浦光和放大信号光分离。实施例中N芯光纤可以为任何类型的多芯光纤，优选与多芯光纤传输系统相匹配的多芯光纤。
在发射端，各独立纤芯外侧的波分复用器将多种不同波长的信号光和泵浦光汇合在一起，耦合到外部独立纤芯中，然后，(N+1)*N多芯锥形耦合器完成各独立纤芯和多模泵浦的耦合，从而实现增益的均衡，提高泵浦效率。所有信号和泵浦光耦合到同一根N芯光纤中进行传输，受激拉曼散射效应，光能量从泵浦光转移到信号光，从而使各纤芯信号光得到放大，获得拉曼增益。在接收端，经N*(N+1)多芯锥形耦合器将各独立纤芯分离，独立纤芯的输出端均连接有波分解复用器，用于分离泵浦光和放大后的光信号。本案例巧妙的结合了空分复用技术和密集波分复用技术，并结合使用了多模泵浦光和单模泵浦光，一方面充分利用了光纤资源，另一方面可以有效地均衡各纤芯之间的增益，很好地对N芯光纤传输系统的传输损耗进行高效补偿。
本发明案例结合使用了空分复用与密集波分复用，使用了双重或多重泵浦，可以最大限度利用泵浦光源，实现增益均衡，同时实现对多路信号的放大传输，充分利用了光纤资源，极大地降低了线路建设的成本，提升多芯光纤通信系统的大容量长距离传输能力。
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种支持多芯光纤传输系统的增益均衡的多芯拉曼光纤放大器，包括以下部分：信号光、多模泵浦光、(N+1)*N多芯锥形耦合器、N芯光纤及N*(N+1)多芯锥形耦合器。其中，多个待放大信号和多模泵浦光与(N+1)*N多芯锥形耦合器的输入端相连，(N+1)*N多芯锥形耦合器的输出端与N芯光纤的输入端相连，N芯光纤的输出端与N*(N+1)多芯锥形耦合器的输入端相连，N*(N+1)多芯锥形耦合器输出放大信号。
每个扇入扇入器件连接N芯光纤的一个纤芯；各个纤芯传输的信号独立工作；输入的多模泵浦光同时给所有待放大信号提供泵浦；待放大信号与泵浦光在(N+1)*N耦合器中进行耦合实现增益均衡，多个待放大信号光与多模泵浦光同时在N芯光纤中传输，且信号光波长在泵浦光的拉曼增益谱内，受激拉曼散射效应，光能量将会从泵浦光转移到信号光，从而使各纤芯信号光得到放大，获得拉曼增益。
2.根据权利要求1所述的多芯拉曼光纤放大器，其特征在于：所述N芯光纤的两端分别设置用于耦合连接外部独立纤芯的(N+1)*N多芯锥形耦合器与N*(N+1)多芯锥形耦合器。
3.根据权利要求2所述的多芯拉曼光纤放大器，其特征在于：所述(N+1)*N多芯锥形耦合器与N*(N+1)多芯锥形耦合器中纤芯的数目、类型和布置方式与N芯光纤配合设置。(N+1)*N多芯锥形耦合器与N*(N+1)多芯锥形耦合器的一端为外端，用于连接独立纤芯；所述(N+1)*N多芯锥形耦合器及N*(N+1)多芯锥形耦合器的另一端为耦合端，用于连接N芯光纤。
4.根据权利要求3所述的多芯拉曼光纤放大器，其特征在于：所述N*(N+1)多芯锥形耦合器及(N+1)*N多芯锥形耦合器包括N根用于连接独立纤芯的单模纤芯和1根用于连接中心纤芯的多模纤芯。
5.根据权利要求1所述的多芯拉曼光纤放大器，其特征在于：所述的信号光与泵浦光包含1个或多个波长的光信号。其中，泵浦源可由任意激光器提供，例如半导体激光器，拉曼泵浦激光器等。
6.根据权利要求1～3所述的多芯拉曼光纤放大器，其特征在于：通过控制(N+1)*N多芯锥形耦合器及N*(N+1)多芯锥形耦合器的中心纤芯中多模泵浦光的强度调整各纤芯增益。
7.根据权利要求1所述的多芯拉曼光纤放大器，其特征在于：所述放大用的N芯光纤为普通多芯光纤，与所有传输类型的多芯光纤具有很好的兼容性。
8.根据权利要求6所述的多芯拉曼光纤放大器，其特征在于：通过控制各泵浦光的强度，控制各个待放大信号的增益。
9.根据权利要求1～8所述的多芯拉曼光纤放大器，其特征在于：所述的扇入扇出器件、待放大信号、泵浦光的数量可根据实际传输需求动态设置。
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118554254A true CN118554254A (zh) | 2024-08-27 |
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