CN1293684C - 零色散拉曼放大器 - Google Patents

Abstract

本发明的零色散拉曼放大器，将信号光经过隔离器与泵浦光(13××nm)经由第一波分复用器一起进入传输光纤中， 泵浦光(14××nm)经由第二波分复用器反向进入传输光纤。色散补偿光纤设置在两段单模光纤之中，信号光功率在单模光纤和色散补偿光纤之中被放大，单模光纤产生的色散在色散补偿光纤被补偿。13××nm的泵浦光用来放大14××nm的泵浦光，从而提高传输线上的信号光功率水平。该放大器可以提高拉曼放大效果，而且可以减弱色散补偿光纤中的四波混频、自相位调制和交叉相位调制等非线性效应从而降低噪声。

Description

零色散拉曼放大器

                          技术领域

本发明属于光通信技术光纤放大器领域，涉及一种能补偿长距离传输光纤对信号光的衰减和色散，且具有很低噪声的分布式拉曼光纤放大器。

                          背景技术

光通讯系统的带宽越来越宽，传输距离越来越长。分布式拉曼放大器以其能放大任意带宽、噪声低等优点在宽带长距离系统中得到越来越广泛的应用。拉曼放大器可以维持长距离传输线的信号功率水平，在提高系统信噪比上表现出了优越的性能。延长放大器之间的距离可以使系统总的放大器数目下降，这对于降低系统成本具有重要意义。然而距离的延长意味着信号光更大的衰减和色散。

为了克服15××nm(1500nm～1599nm)的信号光的损耗，通常的方法是增加14××nm(1400nm～1499nm)附近的拉曼泵浦光的功率。但是14××nm泵浦光的功率受LD和瑞利散射的限制，只能达到1～2W，它能提供的增益是很有限的。另一种方法是使用双向泵浦拉曼放大器。然而，大家知道，使用双向拉曼泵浦，信号光之间的串扰和泵浦-信号噪声传输十分强烈，对系统产生不利影响。

克服色散的最有效的办法是使用色散补偿光纤(DCF)。DCF光纤通常被放置在传输线的两头。激光在DCF中损耗比在单模光纤中大很多，这些额外的损耗必需要被补偿掉。一种方法是使用分立式拉曼放大器，DCF作为增益介质，通过拉曼放大补偿DCF中信号光的损耗。然而在这种情况下，DCF中信号光的功率水平比较高，而且DCF的模场半径很小，产生很强烈的非线性效应，如四波混频，是的系统的信噪比急剧恶化。

                          发明内容

本发明的目的是为克服现有拉曼放大器的缺点，而提出来一种低噪声、高增益、零色散拉曼放大器。

本发明的零色散拉曼放大器包括：第一光隔离器、第二光隔离器、第一单模光纤、第二单模光纤、色散补偿光纤、波分复用器和泵浦，输入端输入的信号光经过第一光隔离器进入第一单模光纤，第一单模光纤与色散补偿光纤和第二单模光纤的输出输入端依次相联，第二单模光纤输出端的信号光进入波分复用器的公共端；泵浦输出的泵浦光从波分复用器的泵浦输入端输入，波分复用器的公共端输出反向进入第二单模光纤；信号光从波分复用器的信号输出端输出经第二隔离器从输出端输出。

本发明将DCF放置在传输线中间，放置位置是信号光衰减到最小的地方。因为在相同泵浦功率的条件下，DCF的增益要比单模光纤的大，这样信号的最小功率水平可以得到提高。而且DCF避开了信号光功率较大的传输线的两头，处于信号光功率最低的部分，从而使四波混频效应降到最低的程度，可实现低噪声。13××nm(1300nm～1399nm)激光作为后向泵浦放大14××nm激光，使衰减到很小功率的14××nm激光重新放大到较大的水平，从而使信号光在传输线前半段得到有效的放大。这样可以进一步的提高信号光最小功率，防止噪声对信号光的淹没。

                          附图说明

图1是本发明一种结构框图；

图2是本发明另一种结构框图；

图3表示信号光功率在本发明结构的拉曼放大器和一般结构拉曼放大器中的分布；

图中：“——”对应本发明结构；“……”对应本发明结构13××nm泵浦光为0的情况；“---”对应一般结构拉曼放大器。

图4表示四波混频(FWM)噪声功率在本发明结构的拉曼放大器和一般结构拉曼放大器中的分布；

图中：“——”对应本发明结构；“……”对应本发明结构13××nm泵浦光为0的情况；“---”对应一般结构拉曼放大器。

                         具体实施方式

参照图1，本发明的低噪声、高增益、零色散拉曼放大器包括：第一光隔离器2、第二光隔离器10、第一单模光纤5、第二单模光纤7、色散补偿光纤6、波分复用器9和泵浦8，从输入端1输入的信号光经过第一光隔离器2进入第一单模光纤5；第一单模光纤5与色散补偿光纤6和第二单模光纤7的输出输入端依次相联；第二单模光纤7输出端的信号光进入波分复用器9的公共端，泵浦8输出的泵浦光从波分复用器9的泵浦输入端输入，波分复用器9的公共端输出反向进入第二单模光纤7；信号光从波分复用器9的信号输出端输出经第二隔离器10从输出端11输出。

上述第一光隔离器2是一种宽带隔离器，带宽为1500～1600nm，可以有效隔离剩余的后向传输的14××nm激光。波分复用器9可以采用反射薄膜波分复用器，如果信号带宽和泵浦光带宽比较小，则波分复用器可以用较便宜的光纤熔融拉锥方法形成的粗波分复用器。因为泵浦8输出的激光(14××nm)是后向传输的，所以波分复用器也可以用环形器来代替。第一、第二单模光纤5、7可以是包括G.652、G.653、G.654、G.655型号的单模光纤光缆，通常采用G.652光纤。DCF光纤可以是光缆形式分布式埋在地下，也可以是以分立模块形式放在光纤连接箱中。第一、第二单模光纤5、7产生的色散在色散补偿光纤6中被补偿，色散补偿光纤6的长度是刚好可以使传输链路总的色散为零。信号光功率在单模光纤5、单模光纤7和色散补偿光纤6之中被放大。泵浦8可以是1400～1500nm中的一个波长的激光器或者由1400～1500nm中多个波长的激光器组成，可用偏振合波器或者波分复用器将不同激光器发出的光合并在一起得到。

为了进一步提高增益和信号功率水平，通常可如图2所示，在第一光隔离器2与第一单模光纤5之间接入第二波分复用器3和第二泵浦4。第二波分复用器3的信号输入端与第一光隔离器的输出端连接，泵浦输入端与第二泵浦4连接，公共端与第一单模光纤5连接。

第二泵浦4输出的光(13××nm)经由第二波分复用器3和第一光隔离器2输出的信号光一起进入传输光纤中。13××nm泵浦光需要较大的功率，在2W左右，可以采用1300～1400nm中的一个波长的光纤激光器或者由1300～1400nm中多个波长的光纤激光器组成。13××nm的泵浦光用来放大14××nm的泵浦光，从而提高传输线上的信号光功率水平。第二波分复用器3可以是反射薄膜波分复用器，如果信号带宽和泵浦光带宽比较小，则波分复用器可以用较便宜的光纤熔融拉锥方法形成的粗波分复用器。

13××nm、14××nm泵浦光的波长和功率以及DCF在传输线中的位置必需由模拟计算得到，特别是DCF在传输线中的位置，用实验确定比较困难。我们采用拉曼散射的耦合方程来进行模拟，方程如下：

$\frac{{\mathrm{dP}}^{\±}(z,v)}{\mathrm{dz}}=\mathrm{\μ\α}\left(v\right)P^{\±}(z,v)\±\underset{\mathrm{\ζ}>v}{\mathrm{\Σ}}\left\{\frac{g_r(v-\mathrm{\ζ})}{K_{\mathrm{eff}}{A}_{\mathrm{eff}}}\right[P^{\±}(z,\mathrm{\ζ})+P^{\mathrm{\μ}}(z,\mathrm{\ζ})]P^{\±}(z,v)$

$+\mathrm{hv\Δv}\frac{g_r(v-\mathrm{\ζ})}{A_{\mathrm{eff}}}[P^{\±}(z,\mathrm{\ζ})+P^{\mathrm{\μ}}(z,\mathrm{\ζ})]\}$

$\mu \underset{\zeta ＜v}{\Sigma }\left\{\frac{g_r(v-\zeta )}{K_{\mathrm{eff}}{A}_{\mathrm{eff}}}\right[P^{\pm }(z,\zeta )+P^{\mu }(z,\zeta )]P^{\pm }(z,v)$

$+2\mathrm{h\ζ\Δ\ζ}\frac{g_r(v-\mathrm{\ζ})}{A_{\mathrm{eff}}}{P}^{\±}(z,v)\}$

式中：P(z，v)表示频率为v的光在光纤长度上z点的功率；α(v)是频率为v的光在光纤中的衰减系数；g_r(v-ζ)表示频率间隔为(v-ζ)的拉曼增益系数；K_eff是与泵浦光和信号光偏振态有关的一个因子，取1到2之间的某个数。后向泵浦的线偏振态的泵浦光经过几公里光纤后，线偏振被消除，只有一半的泵浦光参与有效的拉曼效应，所以取K_eff＝2；A_eff表示拉曼效应的有效作用面积，普通单模光纤的A_eff约等于80um²，DCF的A_eff约等于17um²。

图3、4为模拟得到的信号和噪声功率分布。由图可知，本发明的拉曼放大器的信号功率水平和噪声比一般放大器优越。

Claims (8)

1.一种零色散拉曼放大器，其特征是包括：第一光隔离器(2)、第二光隔离器(10)，第一单模光纤(5)、第二单模光纤(7)、色散补偿光纤(6)、波分复用器(9)和泵浦(8)，输入端(1)输入的信号光经过第一光隔离器(2)进入第一单模光纤(5)，第一单模光纤(5)与色散补偿光纤(6)和第二单模光纤(7)的输出输入端依次相联，第二单模光纤(7)输出端的信号光进入波分复用器(9)的公共端；泵浦(8)输出的泵浦光从波分复用器(9)的泵浦输入端输入，波分复用器(9)的公共端输出反向进入第二单模光纤(7)；信号光从波分复用器(9)的信号输出端输出经第二隔离器(10)从输出端(11)输出。

2.根据权利要求1所述的拉曼放大器，其特征是在第一光隔离器(2)与第一单模光纤(5)之间接入第二波分复用器(3)和第二泵浦(4)，第二波分复用器(3)的信号输入端与第一光隔离器的输出端连接，泵浦输入端与第二泵浦(4)连接，公共端与第一单模光纤(5)连接。

3.根据权利要求2所述的拉曼放大器，其特征在于所说的第二泵浦(4)是1300～1400nm中的一个波长的光纤激光器或者由1300～1400nm中多个波长的光纤激光器组成。

4.根据权利要求2所述的拉曼放大器，其特征还在于第二波分复用器(3)是反射薄膜波分复用器或是由光纤熔融拉锥方法形成的粗波分复用器。

5.根据权利要求1所述的拉曼放大器，其特征在于泵浦(8)是1400～1500nm中的一个波长的激光器或者由1400～1500nm中多个波长的激光器组成。

6.根据权利要求1所述的拉曼放大器，其特征在于色散补偿光纤(6)是光缆或是放在光纤连接箱中的分立模块。

7.根据权利要求1所述的零色散拉曼放大器，其特征是波分复用器(9)是反射薄膜波分复用器或是由光纤熔融拉锥方法形成的粗波分复用器或是环形器。

8.根据权利要求1所述的拉曼放大器，其特征是第一单模光纤(5)和第二单模光纤(7)包括G.652、G.653、G.654、G.655型号的单模光纤。

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