CN203551923U - 一种提高泵浦光向信号光能量转换效率的光纤参量放大系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种提高泵浦光向信号光能量转换效率的光纤参量放大系统，由信号激光器、泵浦激光器、偏振控制器、相位调制器、光衰减器、掺铒光纤放大器、伪随机序列、光耦合器、高非线性光纤、光纤布拉格光栅和光谱分析仪组成，其特征在于在高非线性光纤之间连接光纤布拉格光栅，利用光纤布拉格光栅反射部分闲频光而改变光纤参量放大过程中的相位失配，提高光纤参量放大系统中泵浦光向信号光的能量转换效率。本实用新型通过采用光纤布拉格光栅与高非线性光纤级联的方式，提高了单泵浦光纤参量放大系统的泵浦光向信号光的能量转换效率并提高了系统的增益，有利于全光网络中全光放大技术的发展。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种单泵浦光纤参量放大系统，尤其涉及一种采用光纤布拉格光栅与高非线性光纤级联实现泵浦光向信号光能量转换效率提高的单泵浦光纤参量放大系统，适用于光纤通信和非线性光纤光学领域。
背景技术
随着互联网宽带业务的快速发展，流量呈现爆炸式的增长，光纤通信系统因其大容量、宽带、低损耗和抗电磁干扰等特点，构成了现代通信网络的主干。其中，波分复用技术能充分地利用光纤的传输带宽，是用于骨干网配置的首选方案；但是波分复用系统中亦伴随着数据传输中的损耗等问题，因此需要先进的全光放大技术作为支撑。其中，光纤参量放大技术具有可对任意波长的信号进行放大、低噪声系数、宽带、高增益、高相敏特性以及产生闲频带等显著优点，受到了越来越多的关注。提高放大系统的增益特性是研究放大系统的重要指标，而光纤参量放大系统中泵浦光向信号光的能量转换效率是影响系统增益的决定因素。因此，如何提高光纤参量放大系统中泵浦光向信号光能量转换的效率成为研究光放大系统的关键因素。
就目前的研究进展而言，主要是通过采用高非线性系数的光纤、提高泵浦光的输入功率、在两段高非线性光纤间连接光隔离器来抑制受激布里渊散射以及采用在高非线性光纤间级联色散补偿光纤实现色散补偿等方式来提高光纤参量放大系统泵浦光向信号光的能量转换效率。
实用新型内容
本实用新型在现有技术的基础上，提出一种采用光纤布拉格光栅与高非线性光纤级联的方式实现泵浦光向信号光能量转换效率提高的单泵浦光纤参量放大系统，在两段高非线性光纤之间连接光纤布拉格光栅，反射经过第一高非线性光纤后产生的部分闲频光，补偿光纤参量放大过程中的相位失配，实现单泵浦光纤参量放大系统泵浦光向信号光能量转换效率的提高。
为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术装置：
一种提高泵浦光向信号光能量转换效率的光纤参量放大系统，由信号激光器、第一偏振控制器、光衰减器、泵浦激光器、第二偏振控制器、相位调制器、1Gb／s伪随机序列、第三偏振控制器、掺铒光纤放大器、光耦合器、第一高非线性光纤、光纤布拉格光栅、第二高非线性光纤和光谱分析仪构成；具体如下：用于产生信号光的信号激光器连接用于调整信号光偏振态的第一偏振控制器上，接着连接到用于调整信号光功率的光衰减器上；另一路，用于产生泵浦光的泵浦激光器连接用于调整泵浦光偏振态的第二偏振控制器上，接着连接到相位调制器(其中相位调制器连接1Gb／s伪随机序列)用于抑制部分受激布里渊散射，相位调制器连接到第三偏振控制器上，第三偏振控制器连接到掺铒光纤放大器上，然后，两路调整后的信号光和泵浦光经光耦合器耦合进入第一高非线性光纤上，接着连接到光纤布拉格光栅上，通过光纤布拉格光栅反射部分闲频光补偿光纤参量放大过程中的相位失配，再连接到第二高非线性光纤上，实现泵浦光向信号光能量转换效率的提高和对信号光的进一步放大，然后由光谱分析仪分析系统光功率的变化。
经过如上的设计，在高非线性光纤之间连接光纤布拉格光栅，反射经过第一段高非线性光纤后产生的部分闲频光，改变了经过第一高非线性光纤后的泵浦光、信号光、闲频光和二阶边带光之间的相对功率，补偿了光纤参量放大过程中的相位失配，进而提高了光纤参量放大系统中泵浦光向信号光能量转换效率。
本实用新型具有如下优点：在两段高非线性光纤间，采用均匀光纤布拉格光栅与高非线性光纤级联的方案补偿光纤参量过程的相位失配，有效地提高了光纤参量放大系统的泵浦光向信号光能量转换效率，本实用新型容易实现，提高了光纤参量放大系统的特性。
附图说明
图1为本实用新型的系统框图。
图2为级联四波混频效应的示意图。
图3为(a)经过第一高非线性光纤后输出的系统光功率谱图；(b)经过第一高非线性光纤和第二高非线性光纤后输出的系统光功率谱图；(c)经过第一高非线性和光纤布拉格光栅后输出的系统光功率谱图；(d)经过第一高非线性光纤、光纤布拉格光栅和第二高非线性光纤后输出的系统光功率谱图。
图4为输入的信号光功率对输出的信号光功率的影响关系图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例对本实用新型做进一步的描述。
如图1所示，本实用新型系统由信号激光器、第一偏振控制器、光衰减器、泵浦激光器、第二偏振控制器、相位调制器、1Gb/s伪随机序列、第三偏振控制器、光耦合器、第一高非线性光纤、光纤布拉格光栅、第二高非线性光纤和光谱分析仪构成。
信号激光器可以产生波长为1563.5nm的信号光，泵浦激光器可以产生波长为1556.8nm的泵浦光，信号激光器产生的信号光经过第一偏振控制器调整其偏 振态后进入光衰减器使信号光功率调整为-19.64dBm；泵浦激光器产生的泵浦光经过第二偏振控制器调整其偏振态后分别进入由1Gb/s伪随机序列驱动的相位调制器和用于进一步调整其偏振态的第三偏振控制器后进入掺铒光纤放大器使泵浦光功率放大为25dBm，接着信号光和泵浦光耦合进入10dB光耦合器，在光纤长度为1000m，零色散波长λ0＝1556nm，高非线性系数γ＝30W-1km-1，色散斜率为0.02ps/nm2/km的第一高非线性光纤中产生参量放大过程，放大信号光并产生闲频光和二阶边带光。级联四波混频效应的示意图如图2所示，在光纤参量放大过程中泵浦光的角频率ω1、信号光的角频率ω2和闲频光间的角频率ω3满足2ω1＝ω2+ω3的条件，信号光和闲频光称为一阶边带光，在一定条件下，泵浦光分别与信号光和闲频光作用可以产生二阶边带光，二阶边带光的角频率分别满足ω4＝2ω2-ω1和ω5＝2ω3-ω1。
经过第一高非线性光纤输出的光功率谱图如图3(a)所示，可以看出，输入功率为25dBm的泵浦光和输入功率为-19.64dBm的信号光经过10dB耦合器进入第一高非线性光纤后，通过光纤参量放大过程产生闲频光和二阶边带光，信号光功率提高到-8.98dBm，泵浦光功率减少到15.73dBm，产生的二阶边带光的平均功率约为-35dBm，对应着泵浦光和信号光间的功率差为25.91dB。在没有采用与光纤布拉格光栅级联时，在第一高非线性光纤后直接连接第二高非线性光纤，测得如图3(b)所示的光功率谱，可见，此时直接连接第二高非线性光纤后二阶边带光的功率提高到约-20dBm，对应着更多的光功率转移至二阶边带，而信号光的功率反而降低至-14.63dBm，并且，泵浦光和信号光间的功率差为24.71dB；而采用光纤布拉格光栅在第一高非线性光纤级联后，得到如图3(c)所示的光功率谱，图中闲频光的功率从-8.93dBm减少至-15.91dBm，信号光功率因为连接损耗的因素稍减少至-9.06dBm；接着在光纤布拉格光栅之后连接第二高非线性光纤，得到如图3(d)所示的功率谱，可见，信号光的功率提高到-5.39dBm，泵浦光功 率减少至11.89dBm，并且泵浦光和信号光间的功率差为17.28dB。从图3中结果可见，采用光纤布拉格光栅在两段高非线性光纤间级联后，信号光的功率得到提高，并且泵浦光向信号光的能量转换效率亦显著提高。
进一步，改变输入的信号光功率，分析采用光纤布拉格光栅在高非线性光纤间级联前后对系统的输出信号光功率的影响，如图4中所示，输入的信号光功率在-24dBm至-20.5dBm间变化时，采用光纤布拉格光栅后输出的信号光功率平均提高了10dB，并且意味着泵浦光向信号光的能量转换效率得到了显著提高。
本实用新型的光纤参量放大系统中泵浦光向信号光能量转换效率的提高取决于高非线性光纤的非线性系数、光纤长度、色散特性、泵浦光和信号光的输入功率、波长，偏振态、光纤布拉格光栅的反射系数和布拉格波长等因素，适当的调整这些参数可以进一步提高光纤参量放大系统的特性，推动光纤参量放大技术在光纤通信系统中的应用发展。
Claims (1)
1.一种提高泵浦光向信号光能量转换效率的光纤参量放大系统，由信号激光器、第一偏振控制器、光衰减器、泵浦激光器、第二偏振控制器、相位调制器、1Gb／s伪随机序列、第三偏振控制器、掺铒光纤放大器、光耦合器、第一高非线性光纤、光纤布拉格光栅、第二高非线性光纤和光谱分析仪构成，其特征在于用于产生信号光的信号激光器连接到第一偏振控制器上，第一偏振控制器连接到光衰减器上，用于产生泵浦光的泵浦激光器连接到第二偏振控制器上，第二偏振控制器和1Gb／s伪随机序列连接到相位调制器上，相位调制器连接到第三偏振控制器上，第三偏振控制器连接到掺铒光纤放大器上，两路调整后的信号光和泵浦光经光耦合器耦合连接到第一高非线性光纤上，第一高非线性光纤连接到光纤布拉格光栅上，光纤布拉格光栅连接到第二高非线性光纤上，第二高非线性光纤的输出连接光谱分析仪。
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| CN109525322A (zh) * | 2018-11-02 | 2019-03-26 | 南京信息工程大学 | 一种多参量过程混合级联的超低噪光多载波发射方法 |
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