CN205304807U - 一种基于edfa和级联rfa的混合光纤放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于EDFA和级联RFA的混合光纤放大器，光发射机通过第一光纤与波分复用器连接，波分复用器通过第三光纤与掺铒光纤放大器连接，第一泵浦光通过第二光纤与掺铒光纤放大器连接，掺铒光纤放大器通过第四光纤与第一带阻滤波器连接，第一带阻滤波器通过第五光纤与第一合波器连接，第一合波器通过第一段第七光纤与第二带阻滤波器连接，第二带阻滤波器通过第八光纤和第二合波器连接，第三泵浦光通过第二段第六光纤与第二合波器连接，第二合波器通过第二段第七光纤与解波分复用器连接，光接收机通过第九光纤与解波分复用器连接。本实用新型降低了泵浦功率，降低了成本，达到了70nm的平坦带宽，并达到了26.3854dB的平均增益。

Description

一种基于EDFA和级联RFA的混合光纤放大器

技术领域

本实用新型涉及光通信技术领域，尤其涉及一种基于EDFA和级联RFA的混合光纤放大器。

背景技术

在以前的光纤通信系统中，都采用光-电-光中继方式。即先将光信号变为电信号,在电域内进行放大、再生等信息处理，然后再变成光信号在光纤中传输，这种中继方式装置复杂、成本高、传输质量比较低。光纤放大器的出现取代了传统的光-电-光中继方式，实现了一根光纤中多路光信号的同时放大，大大降低了光中继的成本；同时可与传输光纤实现良好的耦合，具有高增益低噪声等优点。因此成功地应用于波分复用光通信系统，极大地增加了光纤中可传输的信息容量和传输距离。

近年来，随着高速互联网和数据传输的迅速发展，光纤通信技术得到了长足的发展，对密集波分复用光通信系统传输带宽的需求也日渐增长，通信使用的波长从C波段(1530-1565nm)向L波段(1565-1625nm)扩展。然而，目前技术较为成熟的掺铒光纤放大器仅限于对C波段放大，且只具有20nm的增益平坦带宽，因此其并不适用于大容量、宽带宽的通信系统。由于拉曼光纤放大器(RFA)理论上可以对任意波段的信号进行放大，并且具有优良的噪声特性，故受到越来越广泛的重视。然而，普通RFA相对于EDFA增益不高且自身的增益谱不平，人们提出各种方法对其进行优化:(1)采用多泵浦的RFA。(2)采用EDFA和RFA相结合的混合放大器。第一种方法成本太高，故使用的较少；第二种方法能较好的改善平坦增益带宽，因此受到了越来越多的关注。

EDFA的所放大的带宽窄，只覆盖了C波段；RFA的增益谱不平坦，若采用多泵浦的RFA，则成本太高，故采用EDFA和RFA相结合的混合放大器，而近年来对于混合放大器的研究大部分都采用了平坦滤波器或者直接与多泵浦的RFA级联，使得成本增加并且增加了了额外的损耗，本设计提出了一种级联光纤的RFA，即用两根光纤级联并加入不同泵浦来获得与EDFA互补的高增益，并将其与EDFA相结合，设计了覆盖C+L波段的混合放大器，实现了多路波分复用信号的增益平坦化输出。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于EDFA和级联RFA的混合光纤放大器，以解决上述技术问题。

为实现上述目的本实用新型采用以下技术方案：

一种基于EDFA和级联RFA的混合光纤放大器，包括用于输出信号光的光发射机、波分复用器、第一泵浦光、掺铒光纤放大器、第一带阻滤波器、第二泵浦光、第一合波器、第二带阻滤波器、第三泵浦光、第二合波器、解波分复用器及光接收机，多个光发射机的输出端通过第一光纤与波分复用器的输入端连接，波分复用器的输出端通过第三光纤与掺铒光纤放大器(EDFA)的输入端连接，第一泵浦光通过第二光纤与掺铒光纤放大器(EDFA)的输入端连接，掺铒光纤放大器(EDFA)的输出端通过第四光纤与第一带阻滤波器的输入端连接，第一带阻滤波器的输出端通过第五光纤与第一合波器的输入端连接，第二泵浦光通过第一段第六光纤与第一合波器的输入端连接，第一合波器的输出端通过用于通过受激拉曼散射放大过程来进行对信号光放大的第一段第七光纤与用于滤除掉第二泵浦光的第二带阻滤波器连接，第二带阻滤波器的输出端通过第八光纤和第二合波器的输入端连接，第三泵浦光通过第二段第六光纤与第二合波器的输入端连接，第二合波器的输出端通过用于通过受激拉曼散射放大过程来进行对信号光二次放大的第二段第七光纤与用于输出功率相等信号的解波分复用器的输入端连接，多个光接收机的输入端通过第九光纤与解波分复用器的输出端连接。

优选的，所述多个光发射机的中心波长各不相同且多个所述光发射机中任意一个的中心波长λi均大于所述第一泵浦光的中心波长λp1和所述第二泵浦光的中心波长λp2。所述多个光发射机中任意一个的中心波长λi与所述第二泵浦光的中心波长λp1满足频移计算公式v＝(1/λp2)—(1/λi)，其中，v为频移量且v的取值范围为129～450cm^-1，即3.87～13.5THz。所述多个光发射机中任意一个的中心波长λi与所述第三泵浦光的中心波长λp3满足频移计算公式v＝(1/λp3)—(1/λi)，其中，v为频移量且v的取值范围为85～406cm^-1，即2.55～12.18THz。其中，为信道数且λi的取值为1～n，n为信号光总数且为整数。

本实用新型的优点在于，本实用新型的拉曼光纤放大器(RFA)采用两根光纤级联的方式，降低了泵浦功率，降低了成本，并且在多次仿真中得到了最优的参数设置，即拉曼光纤放大器(RFA)的光纤长度、泵浦功率、泵浦波长等；在不使用增益均衡器的条件下达到了70nm的平坦带宽，并达到了26.3854dB的平均增益，对于如今的光通信系统具有很大的应用。

附图说明

图1为本实用新型结构原理框图。

图2为掺铒光纤放大器(EDFA)的增益谱图；

图3为第七光纤的拉曼增益谱图；

图4为信号光经过第一段第七光纤和第二段第七光纤的增益谱图；

图5为信号光经过混合放大器的总增益谱图。

图中：1、光发射机，2、第一光纤，3、波分复用器，4、第一泵浦光，5、第二光纤，6、第三光纤，7、掺铒光纤放大器，8、第四光纤，9、第一带阻滤波器，10、第五光纤，11、第二泵浦光，12、第一段第六光纤，13、第一合波器，14、第一段第七光纤，15、第二带阻滤波器，16、第八光纤，17、第三泵浦光，18、第二段第六光纤，19、第二合波器，20、第二段第七光纤，21、解波分复用器，23、光接收机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，一种基于EDFA和级联RFA的混合光纤放大器，包括用于输出信号光的光发射机1、波分复用器3、第一泵浦光4、掺铒光纤放大器7、第一带阻滤波器9、第二泵浦光11、第一合波器13、第二带阻滤波器15、第三泵浦光17、第二合波器19、解波分复用器21及光接收机23，多个光发射机1的输出端通过第一光纤2与波分复用器3的输入端连接，波分复用器3的输出端通过第三光纤6与EDFA7的输入端连接，第一泵浦光4通过第二光纤5与EDFA7的输入端连接，EDFA7的输出端通过第四光纤8与第一带阻滤波器9的输入端连接，第一带阻滤波器9的输出端通过第五光纤10与第一合波器13的输入端连接，第二泵浦光11通过第一段第六光纤12与第一合波器13的输入端连接，第一合波器13的输出端通过用于通过受激拉曼散射放大过程来进行对信号光放大的第一段第七光纤14与用于滤除掉第二泵浦光11的第二带阻滤波器15连接，第二带阻滤波器15的输出端通过第八光纤16和第二合波器19的输入端连接，第三泵浦光17通过第二段第六光纤18与第二合波器19的输入端连接，第二合波器19的输出端通过用于通过受激拉曼散射放大过程来进行对信号光二次放大的第二段第七光纤20连与用于输出功率相等信号的解波分复用器21的输入端连接，多个光接收机23的输入端通过第九光纤22与解波分复用器21的输出端连接。

所述多个光发射机的中心波长各不相同且多个所述光发射机中任意一个的中心波长λi均大于所述第一泵浦光的中心波长λp1和所述第二泵浦光的中心波长λp2。所述多个光发射机中任意一个的中心波长λi与所述第二泵浦光的中心波长λp1满足频移计算公式v＝(1/λp2)—(1/λi)，其中，v为频移量且v的取值范围为129～450cm^-1，即3.87～13.5THz。所述多个光发射机中任意一个的中心波长λi与所述第三泵浦光的中心波长λp3满足频移计算公式v＝(1/λp3)—(1/λi)，其中，v为频移量且v的取值范围为85～406cm^-1，即2.55～12.18THz。其中，为信道数且λi的取值为1～n，n为信号光总数且为整数。

采用本实用新型进行光信号放大的方法，包括以下步骤：

步骤一、选取各光发射机1发送信号光的波长范围为1540nm～1620nm且各波长间隔为1nm，光功率均为0.05mW；

步骤二、选择中心波长为λp1的第一泵浦光4，第一泵浦光4经过第二光纤5传输到EDFA7；本实施例中，选择中心波长为λp1＝1480nm、功率为60mw的第一泵浦光4；经EDFA7放大的光信号输入到第一带阻滤波器9，第一泵浦光经第一带阻滤波器9滤除掉。如图2所示为信号光经过EDFA后的增益图。

步骤三、选择中心波长为λp2的第二泵浦光11，第二泵浦光11经过第一段第六光纤12传输到第一合波器13；选择中心波长为λp2＝1510nm、功率为980mw的第二泵浦光11；根据频移计算公式v＝(1/λp2)—(1/λi)选择多个中心波长各不相同的光发射机1，其中λi为多个所述光发射机器1中任意一个的中心波长，并将由EDFA7所放大后输出的多个中心波长各不相同的信号光经第五光纤10传输给第一合波器13；如图3所示，其中，v为频移量且v的取值范围为129～450cm^-1，即3.87～13.5THz。

步骤四、经第一合波器13输入的所述第二泵浦光11和多个信号光在第一段第七光纤14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第二带阻滤波器15中，第二泵浦光11经第二带阻滤波器15被滤除掉。

步骤五、选择中心波长为λp3的第三泵浦光17，第三泵浦光17经过第二段第六光纤18传输到第二合波器19；选择中心波长为λp3＝1520nm、功率为938mw的第三泵浦光17；根据频移计算公式v＝(1/λp2)—(1/λi)，v为频移量且v的取值范围为85～406cm^-1，即2.55～12.18THz。

步骤六、经第二合波器19输入的所述第三泵浦光17和多个信号光在第二段第七光纤20中经过受激拉曼散射效应对多个信号光进行再次放大。

步骤七、多个信号光在EDFA中进行了不同程度的放大后，再在第二泵浦光和第三泵浦光下分别经过第一段第七光纤14和第二段第七光纤20进行增益补偿，使得多个信号光的光功率得到了等值的放大并传输给解波分复用器21；所述第一段第七光纤14的长度为8.2km，第二段第七光纤20的长度为8.3km；由于第一泵浦光与第二泵浦光的波长不同，则频移范围也不同，故使用第一段第七光纤14和第二段第七光纤20共同对EDFA输出的光信号进行补偿会达到更好的增益平坦度。如图4所示，分别为信号光经过第一段第七光纤14和第二段第七光纤20后的增益图。

步骤八、所述解波分复用器21对混合在一起的多个信号光进行分离，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λi，单位为nm；纵坐标均表示增益，单位为dB；从图5中可以看出，经过增益补偿后各信号光获得的最终增益趋于相等，在增益带宽为70nm时,平均增益为26.3854dB，增益平坦度小于1.6dB。

本实用新型的拉曼光纤放大器(RFA)采用两根光纤级联的方式，降低了泵浦功率，降低了成本，并且在多次仿真中得到了最优的参数设置，即拉曼光纤放大器(RFA)的光纤长度、泵浦功率、泵浦波长等；在不使用增益均衡器的条件下达到了70nm的平坦带宽，并达到了26.3854dB的平均增益，对于如今的光通信系统具有很大的应用。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (2)

1.一种基于EDFA和级联RFA的混合光纤放大器，包括用于输出信号光的光发射机、波分复用器、第一泵浦光、掺铒光纤放大器、第一带阻滤波器、第二泵浦光、第一合波器、第二带阻滤波器、第三泵浦光、第二合波器、解波分复用器及光接收机，其特征在于，多个光发射机的输出端通过第一光纤与波分复用器的输入端连接，波分复用器的输出端通过第三光纤与掺铒光纤放大器的输入端连接，第一泵浦光通过第二光纤与掺铒光纤放大器的输入端连接，掺铒光纤放大器的输出端通过第四光纤与第一带阻滤波器的输入端连接，第一带阻滤波器的输出端通过第五光纤与第一合波器的输入端连接，第二泵浦光通过第一段第六光纤与第一合波器的输入端连接，第一合波器的输出端通过用于通过受激拉曼散射放大过程来进行对信号光放大的第一段第七光纤与用于滤除掉第二泵浦光的第二带阻滤波器连接，第二带阻滤波器的输出端通过第八光纤和第二合波器的输入端连接，第三泵浦光通过第二段第六光纤与第二合波器的输入端连接，第二合波器的输出端通过用于通过受激拉曼散射放大过程来进行对信号光二次放大的第二段第七光纤与用于输出功率相等信号的解波分复用器的输入端连接，多个光接收机的输入端通过第九光纤与解波分复用器的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于EDFA和级联RFA的混合光纤放大器，其特征在于，所述光发射机的中心波长各不相同且多个所述光发射机中任意一个的中心波长均大于第一泵浦光的中心波长和所述第二泵浦光的中心波长。