CN203661068U - 一种增益平坦的As-S光纤拉曼放大器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种增益平坦的As-S光纤拉曼放大器，连接于光发送机和光接收机之间，包括第一连续泵浦激光器、复用器、光隔离器、光纤光栅、第二连续泵浦激光器、合波器和解复用器，光发送机和光接收机分别设置为多个，多个光发送机通过多根第一光纤均与复用器相接，第一连续泵浦激光器通过第二光纤与复用器连接，复用器的输出端通过第三光纤与光隔离器连接，光隔离器通过第四光纤与光纤光栅相连，光纤光栅的输出端通过第五光纤连接有合波器，第二连续泵浦激光器与合波器相接，合波器输出端通过第三光纤连接解复用器，解复用器通过多根第六光纤与多个光接收机相连。本实用新型结构简单，能够实现高增益且增益平坦输出，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及光通信技术领域，特别是一种增益平坦的As-S光纤拉曼放大器。
背景技术
在光纤通信系统中，即使单模光纤在1550nm的衰减系数仅为0.20dB/km，光信号在光纤中经过长距离传输并在与其他器件之间的连接处也会引起光信号能量的损耗。因此，为了解决由于光纤衰减对光源和光接收机之间光纤长度的限制问题，一般每隔40～60km必须对光信号进行放大处理，来补偿光信号的传输损耗和延长光源和光接收机之间的距离，实现长距离或超长距离的光纤传输。
在光放大器出现之前，解决信号光放大问题的办法是采用传统的光电中继。光电中继放大光信号的过程是:首先将光信号转化为电信号，然后对电信号进行放大，最后将放大的电信号转换为光信号并送入光纤中进行传输。光电中继器是一个既光-电-光（O-E-O）转换和信号处理（再定时、再整形和再放大）功能为一体的设备，其结构复杂，费用昂贵且可靠性差。为了彻底解决光电中继器存在的这些先天缺陷，人们研究了能够直接放大光信号且体积紧凑、结构简单的光放大器。光放大器是一个模拟光学器件，其输入和输出信号相同，仅仅放大光强和附加噪声，且具有简单和透明的特性，即在保持传输信号的形式，同时放大密集波分复用系统中多个业务不同的信号光。
而在现有的光纤放大器中，常用的掺杂光纤放大器（如掺铒光纤放大器）的放大波长范围仅为C波段35nm（1530～1565nm），并且其输出信号光噪声指数较高、输出增益较低、增益平坦度较差。而As-S光纤拉曼放大器只要选择合适的泵浦激光器波长，就可以实现任意波段特别是C波段的宽带放大，并且其 输出增益高、增益平坦度好、响应时间快、饱和输出功率大且噪声指数低，这对密集波分复用系统扩容升级，降低成本和增加业务等具有十分重要的技术经济价值。
实用新型内容
本实用新型的目的是要提供一种增益平坦的As-S光纤拉曼放大器，其结构简单，设计合理，实现方便且成本低，输出增益高，增益平坦度好，响应时间快，饱和输出功率大，噪声指数低且易于耦合，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
为达到上述目的，本实用新型是按照以下技术方案实施的：
一种增益平坦的As-S光纤拉曼放大器，连接于光发送机和光接收机之间，包括第一连续泵浦激光器、复用器、光隔离器、光纤光栅、第二连续泵浦激光器、合波器和解复用器，所述光发送机和光接收机分别设置为多个，多个光发送机的输出端对应地通过多根第一光纤与所述复用器的输入端相接，所述第一连续泵浦激光器的输出端通过第二光纤与所述复用器的输入端相接，所述复用器的输出端通过第一段第三光纤连接光隔离器的输入端，所述光隔离器的输出端通过第四光纤连接光纤光栅的输入端，所述光纤光栅输出端经第五光纤与所述合波器的输入端相接，所述第二连续泵浦激光器的输出端通过第二段第二光纤与所述合波器的输入端相接，所述合波器的输出端通过第二段第三光纤连接解复用器的输入端，所述解复用器输出端通过多根第六光纤与多个光接收机相连；所述多个光发送机的中心波长各不相同且多个光发送机中任意一个的中心波长λi均大于所述第一连续泵浦激光器的中心波长λ1P和所述第二连续泵浦激光器的中心波长λ2P，且
的取值范围为280cm-1～344cm-1，
的取值范围为344cm-1～408cm-1，其中，i为信道数且i的取值为1～N，N为信号光总数 且为整数。
作为本实用新型进一步优选方案，所述多个光发送机中任意一个的中心波长λi与所述第一连续泵浦激光器的中心波长λ1P满足频移计算公式Δv=(1/λ1P)—(1/λi)，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为280cm-1～344cm-1。
作为本实用新型进一步优选方案，所述多个光发送机中任意一个的中心波长λi与所述第二连续泵浦激光器的中心波长λ2P满足频移计算公式Δv=(1/λ2P)—(1/λi)，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为344cm-1～408cm-1。
作为本实用新型进一步优选方案，所述光纤光栅中心波长与第一连续泵浦激光器中心波长相同。
作为本实用新型进一步优选方案，所述第一段第三光纤和第二段第三光纤均为As-S高非线性光纤，所述As-S高非线性光纤的拉曼增益谱在280cm-1～408cm-1的频移范围内归一化拉曼增益系数取值范围为1×10-12m/W～1×10-11m/W。
作为本实用新型进一步优选方案，所述第一段第三光纤的有效作用长度Leff与所述第二段第三光纤的有效作用长度Leff′满足计算公式：[kPp(0)Leff+k′Pp′(0)Leff′]＝0，其中，Leff＝1-e-αL/α、Leff′＝1-e-αL′/α，L、L′分别为第一段第三光纤和第二段第三光纤实际长度，e为自然对数,α为泵浦光衰减系数，k为第一段第三光纤频移范围为280cm-1～344cm-1内的拉曼增益效率拟合直线斜率且取值为1.391×10-13m·cm/W，k′为第二段第三光纤频移范围为344cm-1～408cm-1内的拉曼增益效率拟合直线斜率且取值为-1.185×10-13m·cm/W，Pp(0)为所述第一连续泵浦激光器在第一段第三光纤输入端的功率，Pp′(0)为所述第二连续泵浦激光器在第二段第三光纤输入端的功率。
与现有技术相比，本实用新型结构简单，设计合理，实现方便且成本低， 输出增益高、增益平坦度好、响应时间快、饱和输出功率大、噪声指数低且易于耦合，只要选择合适的泵浦激光器波长，就可以实现任意波段的宽带放大，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图；
附图标记：1—光发送机；2—第一连续泵浦激光器；3—复用器；4—光隔离器；5—光纤光栅；6—第一光纤；7—第二光纤；8—第一段第三光纤；9—第四光纤；10—第五光纤；11—第二连续泵浦激光器；12—合波器；13—解复用器；14—光接收机；15—第二段第二光纤；16—第二段第三光纤；17—第六光纤；
图2是本实用新型的第三光纤归一化拉曼增益谱图；
图3是本实用新型的信号光功率随光纤长度的变化规律图；
图4是本实用新型的光纤拉曼放大器最终输出增益图。
具体实施方式
下面结合附图及其具体实施例对本实用新型作进一步描述，在此实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
如图1所示的一种增益平坦的As-S光纤拉曼放大器，连接于光发送机1和光接收机14之间，包括第一连续泵浦激光器2、复用器3、光隔离器4、光纤光栅5、第二连续泵浦激光器11、合波器12和解复用器13，所述光发送机1和光接收机14分别设置为多个，多个光发送机1的输出端对应通过多根第一光纤6与所述复用器3的输入端相接，所述第一连续泵浦激光器2通过第二光纤7与所述复用器3的输入端相接，所述复用器3的输出端通过用于通过受激拉曼散 射过程来进行信号光放大的第一段第三光纤8连接用于隔离反向传输光的光隔离器4，所述光隔离器4的输出端通过第四光纤9连接用于对第一连续泵浦激光器2产生连续激光进行反射的光纤光栅5，第一连续泵浦激光器2产生连续激光经光纤光栅5反射后反向传输，再经过光隔离器4滤除，所述光纤光栅5输出端经第五光纤10与所述合波器12的输入端相接，所述第二连续泵浦激光器11通过第二段第二光纤15与所述合波器12的输入端相接，所述合波器12的输出端通过用于对所述合波器12输出的功率各不相等的信号光进行增益补偿的第二段第三光纤16连接用于输出光功率值相等的信号光的解复用器13，所述解复用器13输出端通过多根第六光纤17与多个光接收机14相连，多个所述光发送机1的中心波长各不相同且多个所述光发送机1中任意一个的中心波长λi均大于所述第一连续泵浦激光器2的中心波长λ1P和所述第二连续泵浦激光器11的中心波长λ2P，且
的取值范围为280cm-1～344cm-1，的取值范围为344cm-1～408cm-1，其中，i为信道数且i的取值为1～N，N为信号光总数且为整数。
本实施例中，所述多个光发送机1中任意一个的中心波长λi与所述第一连续泵浦激光器2的中心波长λ1P满足频移计算公式Δv=(1/λ1P)—(1/λi)，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为280cm-1～344cm-1。所述多个光发送机（1）中任意一个的中心波长λi与所述第二连续泵浦激光器（11）的中心波长λ2P满足频移计算公式Δv=(1/λ2P)—(1/λi)，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为344cm-1～408cm-1。
本实施例中，所述光纤光栅5中心波长与第一连续泵浦激光器2中心波长相同。
本实施例中，所述第一段第三光纤8和第二段第三光纤16均为As-S高非 线性光纤，As-S高非线性光纤归一化拉曼增益谱如图2所示，所述As-S高非线性光纤的拉曼增益谱在280cm-1～408cm-1的频移范围内归一化拉曼增益系数范围为1×10-12m/W～1×10-11m/W，横坐标表示拉曼频移Δv，单位为cm-1；纵坐标表示归一化拉曼增益系数gR，单位为m/W。
本实施例中，所述第一段第三光纤8的有效作用长度Leff与所述第二段第三光纤16的有效作用长度Leff′满足计算公式：[kPp(0)Leff+k′Pp′(0)Leff′]＝0，其中，Leff＝1-e-αL/α、Leff′＝1-e-αL′/α，L和L′分别为第一段第三光纤（8）和第二段第三光纤（16）实际长度，e为自然对数,α为泵浦光衰减系数，k为第一段第三光纤（8）频移范围为280cm-1～344cm-1内的拉曼增益效率拟合直线斜率且取值为1.391×10-13m·cm/W，k′为第二段第三光纤（16）频移范围为344cm-1～408cm-1内的拉曼增益效率拟合直线斜率且取值为-1.185×10-13m·cm/W，Pp(0)为所述第一连续泵浦激光器（2）在第一段第三光纤（8）输入端的功率，Pp′(0)为所述第二连续泵浦激光器（11）在第二段第三光纤（16）输入端的功率。
采用本实用新型进行全光放大的方法，包括以下步骤：
步骤一、选择中心波长为λ1P的第一连续泵浦激光器1，第一连续泵浦激光器1输出连续泵浦光并经过第一段第二光纤7传输给复用器2；本实施例中，选择中心波长为λ1P=1480nm、功率为2W的第一连续泵浦激光器1；
步骤二、根据频移计算公式Δv=(1/λ1P)—(1/λi)选择多个中心波长各不相同的光发送机1，其中λi为多个所述光发送机1中任意一个的中心波长，并将多个所述光发送机1输出多个中心波长各不相同的信号光经多根第一光纤6传输给复用器3；其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为280cm-1～344cm-1，这个取值范围处于拉曼增益谱内拉曼增益系数随频移增大而增大的范围内，如图2所示； 本实施例中，选取各光发送机1发送信号光的波长范围为1546.4nm～1559.2nm且各波长间隔为0.4nm，光功率均为0.01mW；
步骤三、通过复用器3将多根第二光纤7传输的所述第一连续泵浦光和多根第一光纤6分别传输的多个信号光耦合输入到第一段第三光纤8中；
步骤四、经复用器3输入的所述第一连续泵浦光和多个信号光在第一段第三光纤8中经过受激拉曼散射效应对多个信号光进行放大后输入到光隔离器4，然后经第四光纤9传输输入到光纤光栅5中，第一连续泵浦光经光纤光栅5反射，进入光隔离器4，最终将第一连续泵浦光滤除；本实施例中，选取光纤光栅5的中心波长与第一连续泵浦激光器1波长相同为1480nm；
步骤五、根据频移计算公式Δv=(1/λ2P)—(1/λi)选择第二连续泵浦激光器11中心波长，其中λi为多个所述光发送机1中任意一个的中心波长，第二连续泵浦激光器3输出连续泵浦光并经过第二根第二光纤15传给合波器，与经光纤光栅5反射后剩下的波长经合波器12输入到第二段第三光纤16中，Δv为频移量且Δv的取值范围为344cm-1～408cm-1，这个取值范围处于拉曼增益谱内拉曼增益系数随频移增大而减小的范围内，如图2所示；本实施例中，第二连续泵浦激光器11中心波长为1461.2nm；
步骤六、经合波器12耦合输入到所述第二段第三光纤16中的第一连续泵浦光和多个信号光在第二段第三光纤16中经过受激拉曼散射效应对多个信号光进行增益补偿；
步骤七、通过合波器12将第五光纤10传输的所述第二连续泵浦光和多个所述信号光耦合输入到第二段第三光纤16中；
步骤八、第二段第三光纤16根据公式
[kPp(0)Leff+k′Pp′(0)Leff′]＝0
并通过受激拉曼散射放大过程进行增益补偿，对多个所述信号光的光功率进行调节，使得多个所述信号光的光功率相等并传输给解复用器13；其中，k为第一段第三光纤8频移范围为280cm-1～344cm-1内的拉曼增益效率拟合直线斜率且取值为1.391×10-13m·cm/W，k′为第二段第三光纤频移范围为344cm-1～408cm-1内的拉曼增益效率拟合直线斜率且取值为-1.185×10-13m·cm/W，Pp(0)为所述第一连续泵浦激光器在第一段第三光纤8输入端的功率，Pp′(0)为所述第二连续泵浦激光器11在第二段第三光纤16输入端的功率，Leff为第一段第三光纤8的有效作用长度，Leff′为第二段第三光纤16的有效作用长度且Leff＝1-e-αL/α、Leff′＝1-e-αL′/α，其中L和L′分别为第一段第三光纤8和第二段第三光纤16实际长度，e为自然对数,α为泵浦光衰减系数；本实施例中，所述L的取值为0.018km，所述L′的取值为0.014km；由于在与第一段第三光纤8同种类的第二段第三光纤16中加入了中心波长与第一连续泵浦光波长不同的第二连续泵浦光，对第二连续泵浦激光器11波长的改变使得频移范围得到了改变，使得第二段第三光纤16达到与第一段第三光纤8相反的拉曼增益系数走势，第一段第三光纤8的拉曼增益系数随频移的增大而增大，第二段第三光纤16的拉曼增益系数随频移的增大而减小，使得在第一段第三光纤8中运用第一部分频移范围使得进行拉曼放大，在第二段第三光纤16中运用第二部分频移范围使得进行放大功率的补偿作用，最终达到相等效果。多个信号光光功率随第三光纤长度的变化规律如图3所示，信号光光功率明显的收敛到2.1×10-3W到2.3×10-3W之间，横坐标表示光纤长度L，单位为千米km；纵坐标表示光功率P，单位为瓦特W;
步骤十、所述解复用器13对混合在一起的多个光功率相等的信号光进行分离，输出增益补偿后的多个光功率相等的信号光。进行增益补偿后各信号光获得最终增益如图4所示，横坐标表示信号光波长λ，单位为微米μm；纵坐标均 表示增益G，单位为分贝dB;从图4可以看出，经过增益补偿后各信号光获得的最终增益趋于相等，平均增益为20.45dB，增益平坦度为0.15dB。
本实用新型的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本实用新型的技术方案做出的技术变形，均落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种增益平坦的As-S光纤拉曼放大器，连接于光发送机（1）和光接收机（14）之间，其特征在于，包括第一连续泵浦激光器（2）、复用器（3）、光隔离器（4）、光纤光栅（5）、第二连续泵浦激光器（11）、合波器（12）和解复用器（13），所述光发送机（1）和光接收机（14）分别设置为多个，多个光发送机（1）的输出端对应地通过多根第一光纤（6）与所述复用器（3）的输入端相接，所述第一连续泵浦激光器（2）的输出端通过第二光纤（7）与所述复用器（3）的输入端相接，所述复用器（3）的输出端通过第一段第三光纤（8）连接光隔离器（4）的输入端，所述光隔离器（4）的输出端通过第四光纤（9）连接光纤光栅（5）的输入端，所述光纤光栅（5）输出端经第五光纤（10）与所述合波器（12）的输入端相接，所述第二连续泵浦激光器（11）的输出端通过第二段第二光纤（15）与所述合波器（12）的输入端相接，所述合波器（12）的输出端通过第二段第三光纤（16）连接解复用器（13）的输入端，所述解复用器(13)输出端通过多根第六光纤（17）与多个光接收机（14）相连；所述多个光发送机（1）的中心波长各不相同且多个光发送机（1）中任意一个的中心波长λi均大于所述第一连续泵浦激光器（2）的中心波长λ1P和所述第二连续泵浦激光器（11）的中心波长λ2P，且的取值范围为280cm-1～344cm-1，
的取值范围为344cm-1～408cm-1，其中，i为信道数且i的取值为1～N，N为信号光总数且为整数。
2.根据权利要求1所述的增益平坦的As-S光纤拉曼放大器，其特征在于：所述多个光发送机（1）中任意一个的中心波长λi与所述第一连续泵浦激光器（2）的中心波长λ1P满足频移计算公式Δv=(1/λ1P)—(1/λi)，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为280cm-1～344cm-1。
3.根据权利要求1所述的增益平坦的As-S光纤拉曼放大器，其特征在于： 所述多个光发送机（1）中任意一个的中心波长λi与所述第二连续泵浦激光器（11）的中心波长λ2P满足频移计算公式Δv=(1/λ2P)—(1/λi)，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为344cm-1～408cm-1。
4.根据权利要求1所述的增益平坦的As-S光纤拉曼放大器，其特征在于：所述光纤光栅（5）中心波长与第一连续泵浦激光器（2）中心波长相同。
5.根据权利要求1所述的增益平坦的As-S光纤拉曼放大器，其特征在于：所述第一段第三光纤（8）和第二段第三光纤（16）均为As-S高非线性光纤，所述As-S高非线性光纤的拉曼增益谱在280cm-1～408cm-1的频移范围内归一化拉曼增益系数取值范围为1×10-12m/W～1×10-11m/W。
6.根据权利要求1所述的增益平坦的As-S光纤拉曼放大器，其特征在于：所述第一段第三光纤（8）的有效作用长度Leff与所述第二段第三光纤（16）的有效作用长度Leff′满足计算公式：[kPp(0)Leff+k′Pp′(0)Leff′]＝0，其中，Leff＝1-e-αL/α、Leff′＝1-e-αL′/α，L、L′分别为第一段第三光纤（8）和第二段第三光纤（16）实际长度，e为自然对数,α为泵浦光衰减系数，k为第一段第三光纤（8）频移范围为280cm-1～344cm-1内的拉曼增益效率拟合直线斜率且取值为1.391×10-13m·cm/W，k′为第二段第三光纤（16）频移范围为344cm-1～408cm-1内的拉曼增益效率拟合直线斜率且取值为-1.185×10-13m·cm/W，Pp(0)为所述第一连续泵浦激光器（2）在第一段第三光纤（8）输入端的功率，Pp′(0)为所述第二连续泵浦激光器（11）在第二段第三光纤（16）输入端的功率。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180130 Address after: 710061 Changan South Road, Shaanxi, No. 563, No. Patentee after: Xi'an Xi You Asset Management Ltd. Address before: Changan South Road, Yanta District of Shaanxi city of Xi'an province No. 563 710061 Patentee before: Xi'an University of Posts & Telecommunications |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180626 Address after: 710119 No. 15 Shanglin Yuan Road, hi tech Zone, Xi'an, Shaanxi. Patentee after: Shaanxi optoelectronic integrated circuit pilot Technology Research Institute Co.,Ltd. Address before: 710061 No. 563 South Changan Road, Shaanxi, Xi'an Patentee before: Xi'an Xi You Asset Management Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140618 Termination date: 20220107 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |