CN207265406U - 一种1064泵浦大功率窄线宽C‑band掺铒光纤放大器 - Google Patents
一种1064泵浦大功率窄线宽C‑band掺铒光纤放大器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种1064泵浦大功率窄线宽C‑band掺铒光纤放大器，包括信号源、1064泵浦源、掺铒光纤和耦合系统；所述信号源发出的信号光和1064泵浦源发出的1064nm泵浦光通过耦合系统耦合至掺铒光纤，信号光得到放大而输出。本实用新型采用1064nm泵浦光对掺铒光纤进行泵浦，光转换效率高、功耗低、驱动及控制电路简单。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤放大器技术领域，尤其涉及一种1064泵浦大功率窄线宽C-band掺铒光纤放大器。
背景技术
光纤放大器一般由信号源、泵浦源、增益介质光纤、光隔离器及耦合系统组成，信号光和泵浦光在增益介质光纤中耦合，获得放大的信号光输出。掺铒光纤放大器中的增益介质光纤为掺铒光纤，其放大原理为：没有泵浦光作用时，铒离子的能量状态称为基态；吸收泵浦光能量后，铒离子便处于较高能量状态，即由基态跃迁到激发态；由于处于该高能量激发态的铒离子寿命很短，将迅速过渡到较低的激发态，被称为亚稳态；当铒离子从亚稳态跃迁回到基态时，多出来的能量转变为荧光辐射，辐射光的波长由亚稳态与基态的能级差决定；在1550nm波段上，在泵浦源不断作用下，处于亚稳态的铒离子不断累积，其数量可超过仍处于基态的粒子数；当高能态上的粒子数超过低能态上的粒子数时，达到了粒子数反转状态，只有在这种状态下才可能有光放大作用；如信号光的能量相当于基态和亚稳态之间的能级差，即其光波长与上述辐射光的波长相同，它将同时引发由基态→亚稳态的吸收跃迁和由亚稳态→基态的发射跃迁，吸收跃迁吸收光能，发射跃迁发射光能，吸收和发射光能的大小各与基态和亚稳态的粒子密度成正比；由于粒子数反转的缘故，总的效果是发射光能超过吸收光能，这就使得信号光增强，从而实现了光放大。
掺铒光纤放大器的一个重要问题是选择合适的泵浦源，目前常规的掺铒光纤放大器使用980nm单模泵浦激光器作为泵浦源，掺铒光纤的泵浦波长为980nm，其泵浦-信号转换效率较低，仅为30％，要达到1W的信号输出所需的泵浦功率非常大。此外，980nm单模泵浦激光器电光效率低，成本高昂，且对管芯温度的稳定性要求较高，需要制冷和控温，功耗大，驱动及控制电路复杂。温度偏差对泵浦输出波长影响较大，进而影响放大器的光学指标。
实用新型内容
基于此，本实用新型的目的在于，提供一种1064泵浦大功率窄线宽C-band掺铒光纤放大器，可以提高光转换效率和输出功率，且无需制冷和控温，功耗低，驱动及控制电路更简单。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：一种1064泵浦大功率窄线宽C-band掺铒光纤放大器，包括信号源、1064泵浦源、掺铒光纤和耦合系统；所述信号源发出的信号光和1064泵浦源发出的1064nm泵浦光通过耦合系统耦合至掺铒光纤，信号光得到放大而输出。
进一步，所述耦合系统包括至少一个波分复用器，所述波分复用器的信号输入端与信号光连接，所述波分复用器的泵浦输入端与1064泵浦光连接，所述波分复用器的输出端与掺铒光纤连接。波分复用器将信号光和1064nm泵浦光耦合至掺铒光纤中，对信号光进行放大。
进一步，所述耦合系统还包括耦合器，所述波分复用器包括第一波分复用器和第二波分复用器，所述耦合器的输入端与1064泵浦光连接，所述耦合器的第一输出端和第二输出端分别与第一波分复用器和第二波分复用器的泵浦输入端连接。耦合器将1064nm泵浦光以某一分光比进行分配，分别传输至第一波分复用器和第二波分复用器，作为泵浦。
进一步，所述掺铒光纤包括第一掺铒光纤和第二掺铒光纤，所述第一掺铒光纤和第二掺铒光纤分别与第一波分复用器和第二波分复用器连接，所述第一掺铒光纤和第二掺铒光纤之间连接有光隔离器。
进一步，所述1064泵浦源包括至少一个多模泵浦激光器和掺镱光纤，所述多模泵浦激光器发出的光进入掺镱光纤。掺镱光纤中的镱离子吸收泵浦后受激发，被激发到高能级的粒子弛豫振荡后产生1064nm的自发辐射。
进一步，所述1064泵浦源还包括第一光栅，所述第一光栅位于多模泵浦激光器和掺镱光纤之间。
进一步，所述1064泵浦源还包括第二光栅，所述第二光栅位于掺镱光纤和耦合系统之间。
进一步，所述第一光栅对1064nm光的反射率≥95％，所述第二光栅对1064nm光的透射率≥95％。
进一步，所述1064nm泵浦源还包括合束器，所述合束器位于多模泵浦激光器和掺镱光纤之间。多个多模泵浦激光器发出的光经合束器合束后进入掺镱光纤。
进一步，所述多模泵浦激光器为940nm多模泵浦激光器。
相对于现有技术，本实用新型采用1064nm泵浦光对掺铒光纤进行泵浦，与常规掺铒光纤使用980nm泵浦不同，本实用新型的掺铒光纤使用的泵浦波长为1064nm，光转换效率更高，获得的输出功率更大；且，由于电路中只有多模泵浦激光器，无需制冷和控温，因此驱动和控制电路结构简单，可靠性更高。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。
附图说明
图1为实施例的1064泵浦大功率窄线宽C-band掺铒光纤放大器的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1，图1为本实施例的1064泵浦大功率窄线宽C-band掺铒光纤放大器的结构示意图。本实施例的1064泵浦大功率窄线宽C-band掺铒光纤放大器包括信号源、1064泵浦源、掺铒光纤和耦合系统；所述信号源发出的信号光和1064泵浦源发出的1064nm泵浦光通过耦合系统耦合至掺铒光纤，信号光得到放大而输出。
具体的，所述信号源包括光输入端11和第一光隔离器12；所述1064泵浦源包括940nm多模泵浦激光器21、合束器22、第一光栅231、掺镱光纤24和第二光栅232；所述掺铒光纤包括第一掺铒光纤31和第二掺铒光纤32；所述耦合系统包括耦合器41、第一波分复用器421、第二光隔离器43、第二波分复用器422和第三隔离器44。
光输入端11经过第一光隔离器12与第一波分复用器421的信号输入端连接。信号源发出的信号光从光输入端11输入，然后经过第一光隔离器12进入第一波分复用器421。第一光隔离器12用于阻止反向光进入信号源，防止信号源被干扰或烧坏。
940nm多模泵浦激光器21依次经过合束器22、第一光栅231、掺镱光纤24和第二光栅232与耦合器41的输入端连接。本实施例中，940nm多模泵浦激光器21有2个，因此合束器22选用2×1合束器。940nm多模泵浦激光器21输出的激光经合束器22合束后进入第一光栅231，940nm光通过第一光栅231进入掺镱光纤24，掺镱光纤24中的镱离子吸收泵浦后受激发，被激发到高能级的粒子弛豫振荡后产生1064nm的自发辐射，该1064nm光经过第二光栅232进入耦合器41，耦合器41将该1064nm光以特定的分光比分别传输至第一波分复用器421和第二波分复用器422，作为泵浦光。具体的，第一光栅231为940nm透射光栅，使940nm光可以注入到掺镱光纤24中去，而第一光栅231对1064nm光具有高反射率。第二光栅232为1064nm透射光栅，对1064nm光具有高透射率，因此可以对掺镱光纤1024中的自发辐射进行选模，输出1064nm的激光，且该激光的能量全部集中在基模上。
第一波分复用器421的泵浦输入端与耦合器41的第一输出端连接；第一波分复用器421的输出端依次经过第一掺铒光纤31、第二光隔离器43、第二掺铒光纤32与第二波分复用器422的信号输入端连接；第二波分复用器422的泵浦输入端与耦合器41的第二输出端连接。通过耦合器41输出的光以特定的分光比分别进入第一波分复用器421和第二波分复用器422的泵浦输入端，作为泵浦光，第一波分复用器421和第二波分复用器422将信号光和泵浦光分别耦合至第一掺铒光纤31和第二掺铒光纤32，对信号光进行放大。第二光隔离器43用于阻止反向光返回，提高光转换效率。
第二波分复用器422的信号输出端与第三光隔离器44连接。经过放大后的信号光从第二波分复用器422的信号输出端输出，经过第三光隔离器44，最终输出。第三光隔离器44用以使信号光单向传输。
本实施例中，光输入端11为跳线，信号光从跳线进入，跳线波长为1550nm，输入功率范围为-15dBm～20dBm。第一光隔离器12和第二光隔离器43均为工作波长为1550nm的在线式光隔离器，输入功率等级为500mW。第一波分复用器421和第二波分复用器422均为1064/1055滤波片型波分复用器，可以将1064nm泵浦光与1550nm信号光进行耦合，且耦合效率达到98％。第一掺铒光纤31和第二掺铒光纤32均为单包层有源增益光纤，可吸收1064nm泵浦光，对1550nm信号光进行放大，且泵浦方式为纤芯泵浦，使用的长度分别为8m和10m，优选Fibercore的DF1500Y型光纤。合束器22为多模泵浦合束器，波长为940nm。第一光栅231对1064nm光的反射率为99％，第二光栅232对1064nm光的反射率为5％。掺镱光纤24为双包层掺镱光纤，长度为6m，优选Nufern的10/125掺镱双包层光纤。耦合器41为1064nm单模耦合器，其分光比为10/90，功率等级为50W。第三光隔离器44为工作波长为1550nm的大功率在线式光隔离器，输入功率等级为5W。
本实施例的具体连接方式及工作原理如下：
两个940nm多模泵浦激光器21通过合束器22合束后功率可以达到20W，20W的940nm光通过第一光栅231注入到掺镱光纤24中，掺镱光纤24中的镱离子吸收泵浦后受激发，被激发到高能级的粒子弛豫振荡后产生1064nm的自发辐射，该1064nm光经过第二光栅232进入耦合器41，耦合器41将该1064nm光以10/90的分光比进行分配，分别传输至第一波分复用器421和第二波分复用器422，作为泵浦光。
波长为1550nm的信号光从光输入端11进入，经过第一光隔离器12，进入到1064/1550波分复用器421的1550端口；同时，10/90耦合器41的10％端口传出的约1.4W的1064nm光进入到1064/1550波分复用器421的1064nm端口；从而，1064/1550波分复用器421将1550nm信号光和1064nm光耦合至第一掺铒光纤31中，该1064nm光作为泵浦对1550nm信号光进行预放大，经过预放大后的信号光功率可达到300mW左右。
预放大后的信号光经过第二光隔离器43，进入到1064/1550波分复用器422的1550端口；同时，10/90耦合器41的90％端口传出的约12.6W的1064nm光进入到1064/1550波分复用器422的1064nm端口；从而，1064/1550波分复用器422将预放大后的1550nm信号光和1064nm光耦合至第二掺铒光纤32中，1064nm光作为泵浦对1550nm信号光进行进一步放大，进一步放大后的1550信号光功率可达到2W左右；进一步放大后的1550信号光从1064/1550nm波分复用器422输出，经过第三光隔离器44，最终输出。
相对于现有技术，本实用新型采用940nm多模泵浦激光器泵浦掺镱光纤来产生单模1064nm的泵浦光，对掺铒光纤进行泵浦，与常规掺铒光纤使用980nm泵浦不同，本实用新型的掺铒光纤使用的泵浦波长为1064nm，光转换效率更高，获得的输出功率更大；且本实用新型使用的泵浦方式为纤芯泵浦，可避免双包层光纤中存在的高阶模式及自发辐射对放大器稳定性产生的影响；此外，由于电路中只有940nm多模泵浦激光器，无需制冷和控温，因此驱动和控制电路结构简单，可靠性更高，且940nm多模泵浦激光器相较于其它泵浦激光器，在实现同样的输出功率时成本更低。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种1064泵浦大功率窄线宽C-band掺铒光纤放大器，其特征在于：包括信号源、1064泵浦源、掺铒光纤和耦合系统；所述信号源发出的信号光和1064泵浦源发出的1064nm泵浦光通过耦合系统耦合至掺铒光纤，信号光得到放大而输出。
2.根据权利要求1所述的1064泵浦大功率窄线宽C-band掺铒光纤放大器，其特征在于：所述耦合系统包括至少一个波分复用器，所述波分复用器的信号输入端与信号光连接，所述波分复用器的泵浦输入端与1064泵浦光连接，所述波分复用器的输出端与掺铒光纤连接。
3.根据权利要求2所述的1064泵浦大功率窄线宽C-band掺铒光纤放大器，其特征在于：所述耦合系统还包括耦合器，所述波分复用器包括第一波分复用器和第二波分复用器，所述耦合器的输入端与1064泵浦光连接，所述耦合器的第一输出端和第二输出端分别与第一波分复用器和第二波分复用器的泵浦输入端连接。
4.根据权利要求3所述的1064泵浦大功率窄线宽C-band掺铒光纤放大器，其特征在于：所述掺铒光纤包括第一掺铒光纤和第二掺铒光纤，所述第一掺铒光纤和第二掺铒光纤分别与第一波分复用器和第二波分复用器连接，所述第一掺铒光纤和第二掺铒光纤之间连接有光隔离器。
5.根据权利要求1所述的1064泵浦大功率窄线宽C-band掺铒光纤放大器，其特征在于：所述1064泵浦源包括至少一个多模泵浦激光器和掺镱光纤，所述多模泵浦激光器发出的光进入掺镱光纤。
6.根据权利要求5所述的1064泵浦大功率窄线宽C-band掺铒光纤放大器，其特征在于：所述1064泵浦源还包括第一光栅，所述第一光栅位于多模泵浦激光器和掺镱光纤之间。
7.根据权利要求6所述的1064泵浦大功率窄线宽C-band掺铒光纤放大器，其特征在于：所述1064泵浦源还包括第二光栅，所述第二光栅位于掺镱光纤和耦合系统之间。
8.根据权利要求7所述的1064泵浦大功率窄线宽C-band掺铒光纤放大器，其特征在于：所述第一光栅对1064nm光的反射率≥95％，所述第二光栅对1064nm光的透射率≥95％。
9.根据权利要求5所述的1064泵浦大功率窄线宽C-band掺铒光纤放大器，其特征在于：所述1064泵浦源还包括合束器，所述合束器位于多模泵浦激光器和掺镱光纤之间。
10.根据权利要求5所述的1064泵浦大功率窄线宽C-band掺铒光纤放大器，其特征在于：所述多模泵浦激光器为940nm多模泵浦激光器。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN107453194A (zh) * | 2017-09-18 | 2017-12-08 | 珠海光恒科技有限公司 | 一种1064泵浦大功率窄线宽C‑band掺铒光纤放大器 |
| WO2023109805A1 (zh) * | 2021-12-13 | 2023-06-22 | 华为技术有限公司 | 一种光纤放大器和放大光信号的方法 |
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