CN201035288Y - Wdm多模泵浦光注入高功率光纤放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种WDM多模泵浦光注入高功率光纤放大器，结构主要由铒镱掺杂双包层光纤1、多模/单模混合WDM2、输入/输出光隔离器3/4、输入/输出单模光纤10组成；多模/单模混合WDM2包括大截面多模光纤－铒镱掺杂双包层光纤双芯准直器，介质膜滤波片和单模单芯光纤准直器三部分；泵浦光经多模光纤9输入；结构中多模/单模混合WDM2可以前置于铒镱掺杂双包层光纤1也可后置以实现前向或反向的泵浦。本实用新型采用反射型WDM多模泵浦光注入的方法，而不是目前常用的多端多模光纤合波器的泵浦光注入方法，使制作工艺大大简化，可显著降低高功率光纤放大器光模块的成本。

Description

WDM多模泵浦光注入高功率光纤放大器

技术领域

本发明涉及一种包层泵浦光纤放大器，具体地说，涉及一种采用WDM多模泵浦光注入的包层泵浦铒-镱高功率光纤放大器。

背景技术

FTTH是宽带接入的最佳选择这一点是无疑的，然而在具体的推行过程中却遇到各种各样的问题，系统成本居高不下就是其中之一，如何尽可能地降低系统设备的成本一直是系统制造商们不懈努力的方向。在光通信和光纤CATV系统中，光纤功率放大器用以补偿光分路器、传输光纤及连接器的衰耗，是整个系统中不可缺少的光学部件之一。目前，常规光纤功率放大器(EDFA)的饱和输出功率在+23dBm左右，若系统只考虑光分路器的损耗，且用户端接收机接收灵敏度保证在-3dBm时，则单台常规+23dBm EDFA产品可以支持256个用户，这个数量只相当于国内大中城市内的一个小规模社区的用户数。如果是较大规模的社区，那么必须使用多台常规EDFA产品，势必增加系统的维护费用及最终用户的消费成本。

新近的高功率光纤放大器采用多模双包层泵浦技术，放大器采用镱/铒共掺双包层光纤为增益介质。双包层泵浦高功率光放的主要优点如下：1)与单模纤芯泵浦技术相比，多模包层泵浦技术具有明显的优势，采用多模包层泵浦技术，是将泵浦光输入至横截面数百倍至数千倍于单模光纤的多模双包层光纤之中，因此，同样的输入光密度，多模包层泵浦可以允许数百倍至数千倍于单模泵浦的输入，从而容易实现光纤放大器的大功率或超大功率输出。2)光学结构简单。3)大功率多模泵浦激光器功率大，成本低，寿命长，使泵浦整体成本大幅度降低。

高功率光纤放大器饱和输出功率在+30dBm以上，其在同等条件下至少相当于4-5台常规的饱和输出功率为+23dBm EDFA产品。单台高功率光纤放大器至少支持1000-1300位用户，而其成本只相当采用常规EDFA产品的60％~70％，另外其维护成本低、安装尺寸小、可靠性高等优点，为系统制造商、运营商降低FTTH宽带接入系统硬件成本，提高系统的稳定性带来极大的竞争优势，随着FTTH的发展，高功率光纤放大器也将得到广泛应用。

目前的多模包层泵浦高功率放大器一般是基于光纤合路器的泵浦光注入技术，对于大功率光纤激光器来讲，这种方式可以说是很好的选择；但在用于出纤功率并不是非常大的光纤放大器时，采用单路泵浦光注入的WDM(波分复用)就能满足需要。采用介质膜滤波片WDM的泵浦光输入方法在EDFA中也有，但不如采用单模光纤WDM的普遍，这主要是因为单模光纤WDM比介质膜滤波片WDM更稳定且制做工艺简单，价格便宜，然而在包层泵浦铒镱共掺光纤放大器中情况则相反，多模光纤合波器的制做工艺复杂，价格昂贵，直接影响到整个光纤放大器的成本。本发明针对多模包层泵浦高功率放大器的特殊要求，采用了一种多模/单模混合结构的反射型WDM实现多模泵浦光注入，可望有效降低高功率光纤放大器的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种WDM多模泵浦光注入高功率光纤放大器，通过采用新的泵浦合波技术，在实现高功率光纤放大器优良特性的基础上，有效降低整个高功率光纤放大器的成本。

本发明的目的是这样实现的：一种WDM多模泵浦光注入高功率光纤放大器，它依次包括输入端隔离器3、串接标准单模光纤10、双包层光纤1、三端口WDM器件2、串接标准单模光纤10、输出端隔离器4，其特征在于：

在双包层光纤1和输出端隔离器4之间串接的是三端口的多模/单模混合WDM器件2；三端口的多模/单模混合WDM器件依次由多模双芯准直器7、介质滤波片6和标准单模单芯准直器8三部分构成，多模双芯准直器7中包含双包层光纤1和大截面多模光纤9，大截面多模光纤9连接泵浦激光器输出端，双包层光纤1和大截面多模光纤9的光路通过介质滤波片6反射连接，标准单模单芯准直器8中的单模光纤10透过介质滤波片6与双包层光纤1完成光学连接，单模光纤10另一端与输出隔离器4的输入连接；输入端隔离器3的输出标准单模光纤10与双包层光纤1之间通过光纤熔接接头5连接；

或者，在输入端隔离器3输出与双包层光纤1之间串接的是三端口的多模/单模混合WDM器件2；三端口的多模/单模混合WDM器件依次由标准单模单芯准直器8、介质滤波片6和多模双芯准直器7三部分构成，多模双芯准直器7中包含双包层光纤1和大截面多模光纤9，大截面多模光纤9连接泵浦激光器输出端，双包层光纤1和大截面多模光纤9的光路通过介质滤波片6反射连接，标准单模单芯准直器8中的单模光纤10透过介质滤波片6与双包层光纤1完成光学连接，单模光纤10另一端与输入隔离器4的输出连接；双包层光纤1与标准单模光纤10之间通过光纤熔接接头5连接。

如上所述的WDM多模泵浦光注入高功率光纤放大器，其特征在于：

所述的多模双芯准直器7中铒镱双包层光纤带有外包层，大截面多模光纤除去了外包层。铒镱双包层光纤带上外包层而多模光纤去除外包层，使两光纤纤芯距离比都去除外包层的要大，可以避免泵浦激光器(大截面多模光纤)一端回波，同时又比都保留外包层的纤芯距离要小，不致过多的加大多模双芯准直器7的孔径角。

本实用新型的基本原理是

①、将目前高功率包层泵浦光纤放大器中实现泵浦光注入采用的多模光纤合波器(Bundle)用一个3端口的多模/单模混合WDM器件替换，实现通过反射型WDM的多模光注入。

②、3端口的多模/单模混合WDM器件由多模双芯准直器，标准单模单芯准直器和介质滤波片三部分构成。

③、多模双芯准直器的结构充分考虑到了多模泵浦光经准直透镜后反射至铒镱双包层光纤的多模光斑尺寸与光纤截面尺寸的关系，为避免泵浦激光器一端回波，采取适当增加纤芯距离的结构。具体地采用了带外包层(Φ250um)的铒镱双包层光纤和除去外包层的大截面多模光纤(Φ125um)。

④、考虑到泵浦光功率较大的原因，WDM设计成导热高效的封装结构并采用导热良好的材料。

本实用新型的结构主要由铒镱掺杂双包层光纤1、多模/单模混合WDM2、输入/输出光隔离器3/4、输入/输出单模光纤10组成；多模/单模混合WDM2包括大截面多模光纤-铒镱掺杂双包层光纤双芯准直器，介质膜滤波片和单模单芯光纤准直器三部分；泵浦光经多模光纤9输入；结构中多模/单模混合WDM2可以前置于铒镱掺杂双包层光纤1也可后置以实现前向或反向的泵浦。

本实用新型具有以下优点和积极效果：

①采用反射型WDM的多模泵浦光注入，降低了高功率包层泵浦光纤放大器中关键器件的制作难度，从而降低了包层泵浦光纤放大器的成本；

②由于WDM的单模耦合损耗较低，比采用多模光纤合波器的结构少了双包层光纤熔锥单模过渡区和双包层光纤-铒镱双包层光纤熔接头三个引入损耗的因素，因此，由输入信号至增益介质之间引入的插入损耗较低。

③在特殊的多模/单模混合WDM器件中，采用了带保护包层的铒镱双包层尾纤和不带保护包层的多模光纤制作双芯插针结构，既解决了泵浦输出端的回波问题，又保护了铒镱双包层光纤的多模波导结构。

附图说明

图1-现有的多模包层泵浦超高功率放大器光路结构；

图2-本发明实施例1的光路结构示意图；

图3-是图2中WDM结构示意图；

图4-是图3中多模双芯准直器7的结构示意图；

图5-是图3中的单模单芯准直器8的结构示意图；

图6-本发明实施例2的光路结构示意图。

其中：

1-铒镱掺杂双包层光纤；

1.1-保护层；1.2-外包覆层；1.3-内包覆层；1.4-单模波导；

2-多模/单模混合WDM器件；

3-输入端隔离器；

4-输出端隔离器；

5-光纤熔接接头；

6-介质膜滤波片；

7-多模双芯准直器；

7.1-多模双芯插针套管；

8-单模单芯准直器；

8.1-单模单芯插针套管；

9-大截面多模光纤；

9.1-多模光纤包覆层；9.2-多模纤芯；

10-标准单模光纤；

10.1-单模光纤包覆层；10.2-单模纤芯；

11-泵浦光；

12-信号光；

13-多模光纤合波器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明。

包层泵浦铒镱共掺光纤放大器是近些年发展的一种高功率光纤放大器，现在的包层泵浦铒镱共掺光纤放大器通过多模光纤合波器13实现泵浦光注入，如图-1，图中9为用于输入泵浦光的大截面多模光纤。本实用新型采用一种基于介质膜滤波片的多模/单模混合结构多模WDM将泵浦光输入到铒镱共掺光纤中，同时实现单模信号光的传输，见图-2。

图-3为多模/单模混合结构WDM器件的工作原理，泵浦激光能量11经大截面多模光纤9和准直透镜射到介质滤波片6上，6为一个910~980nm反射/1500~1610nm透射的介质滤波片，泵浦光11(915~976nm)被反射并经准直透镜到双芯准直器的铒镱共掺光纤1的端面，双芯准直器光纤端面结构见图-4。由于大截面多模光纤9的数值孔径为0.22，多模导光区截面尺寸Φ105um；而铒镱共掺双包层光纤1的数值孔径大于0.4，第一包层区截面的多边形对边距离大于125um，因此由多模光纤9的入射泵浦光能够低损耗地耦合到铒镱共掺光纤1的第一包层即多模波导中。

参见图-4。多模双芯准直器7与普通单模光纤双芯准直器的不同之处在于，铒镱共掺双包层光纤1的玻璃介质1.3(内包覆层1.3)为非圆形截面，直接采用铒镱共掺光纤1的玻璃介质(1.3和其内包含的1.4)和多模光纤的玻璃介质(9.1和其内包含的9.2)制作双芯准直器有结构不确定因素；另一方面，如果两纤芯的横向距离过小，来至多模光纤9的大截面光束经光学系统再进入铒镱共掺双包层光纤1时容易部分射回到多模光纤9中，影响泵浦激光器的稳定性，因此这里采用带保护层的铒镱共掺双包层光纤(截面Φ250um)和没有保护层的自多模光纤(截面Φ125um)制作多模双芯准直器7，多模双芯准直器光纤端面结构见图-4。

图-6为采用WDM多模泵浦光注入的铒-镱高功率光纤放大器的另一种结构，即正向泵浦结构。

Claims (4)

1.一种WDM多模泵浦光注入高功率光纤放大器，它依次包括输入端隔离器(3)、串接标准单模光纤(10)、双包层光纤(1)、三端口WDM器件(2)、串接标准单模光纤(10)、输出端隔离器(4)，其特征在于：

在双包层光纤(1)和输出端隔离器(4)之间串接的是三端口的多模/单模混合WDM器件(2)；三端口的多模/单模混合WDM器件依次由多模双芯准直器(7)、介质滤波片(6)和标准单模单芯准直器(8)三部分构成，多模双芯准直器(7)中包含双包层光纤(1)和大截面多模光纤(9)，大截面多模光纤(9)连接泵浦激光器输出端，双包层光纤(1)和大截面多模光纤(9)的光路通过介质滤波片(6)反射连接，标准单模单芯准直器(8)中的单模光纤(10)透过介质滤波片(6)与双包层光纤(1)完成光学连接，单模光纤(10)另一端与输出隔离器(4)的输入连接；标准单模光纤(10)与双包层光纤(1)之间通过光纤熔接接头(5)连接。

2.如权利要求1所述的WDM多模泵浦光注入高功率光纤放大器，其特征在于：

所述的多模双芯准直器(7)中铒镱双包层光纤带外包层，大截面多模光纤除去了外包层。

3.一种WDM多模泵浦光注入高功率光纤放大器，它依次包括输入端隔离器(3)、串接标准单模光纤(10)、双包层光纤(1)、三端口WDM器件(2)、串接标准单模光纤(10)、输出端隔离器(4)，其特征在于：

在输入端隔离器(3)与双包层光纤(1)之间串接的是3端口的多模/单模混合WDM器件(2)；3端口的多模/单模混合WDM器件依次由标准单模单芯准直器(8)、介质滤波片(6)和多模双芯准直器(7)三部分构成；标准单模单芯准直器(8)中的单模光纤(10)与输入端隔离器(3)的输出连接；多模双芯准直器(7)中包含双包层光纤(1)和大截面多模光纤(9)，大截面多模光纤(9)连接泵浦激光器输出端，双包层光纤(1)和大截面多模光纤(9)的光路通过介质滤波片(6)反射连接；双包层光纤(1)与标准单模光纤(10)之间通过光纤熔接接头(5)连接。

4.如权利要求3所述的WDM多模泵浦光注入高功率光纤放大器，其特征在于：

所述的多模双芯准直器(7)中铒镱双包层光纤带外包层，大截面多模光纤除去了外包层。

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