CN207529076U - 一种基于双级掺铒光纤的光信号放大装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种基于双级掺铒光纤的光信号放大装置，分束器分出的副信号光接入光性能监测模块测量其波长和功率，数据送入控制器。主信号光接入第一复用器与泵浦光合路后接至第一级掺铒光纤预放大，再经隔离器进入控制器控制的波长选择开关完成波长筛选、均衡及去噪；之后接入第二级掺铒光纤进行后放大输出。本实用新型双级掺铒光纤级联隔离器阻止自发辐射噪声光的串扰，有效抑制其影响；同时也减少了自发辐射噪声光对泵浦光的消耗，提高了增益；波长选择开关减少第一级掺铒光纤的前向自发辐射噪声光进入第二级掺铒光纤，降低整个放大系统的噪声。

Description

一种基于双级掺铒光纤的光信号放大装置

技术领域

本实用新型涉及一种光信号放大技术领域，具体涉及应用于光纤通信领域的一种基于双级掺铒光纤的光信号放大装置。

背景技术

掺铒光纤放大器以直接光放大代替了传统的光电再生中继，克服了“电子瓶颈”效应，同时具有对光信号的传输速率和数据调制格式透明的特点，带动了光通信速率的提高、容量的增大以及传输距离的延伸，为光纤通信带来了革命性的变化。掺铒光纤放大器作为光通信系统中的关键器件之一，其性能的优劣直接影响到网络通信的容量和质量。而随着光纤通信向超高速、超大容量、超长距离方向发展，特别是密集波分光纤通信网络超高速、超大容量、超长距离的光信号传输，需要有高效率的低噪声光信号放大方法和装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种基于双级掺铒光纤的光信号放大装置，采用单激光器泵浦、双级掺铒光纤级联、光自发辐射噪声隔离和滤波降噪的设计，以满足密集波分光纤通信网络超高速、超大容量、超长距离传输对高效率低噪声光信号放大的要求。

本实用新型设计的一种基于双级掺铒光纤的光信号放大装置，包括泵浦激光器、复用器和掺铒光纤，还有隔离器，分束器，解复用器、光性能监测模块、控制器以及波长选择开关。

输入信号光接入所述分束器，所述分束器输出为主信号光和副信号光，其中副信号光占信号光的比例为1％～10％，其余为主信号光。

所述副信号光接入光性能监测模块。所述光性能监测模块包括一个光栅、一个阵列探测器和检测电路，所述阵列探测器的灵敏度等于或高于-40dBm。

所述副信号光通过作为光谱色散元件的光栅色散，色散后不同的光谱波长投射于阵列探测器的不同位置，与阵列探测器连接的检测电路实时读取阵列探测器的输出信号，实时测量信号光的波长和功率。检测电路所得的波长和功率数据接入所述控制器。

所述控制器的控制指令输出端连接波长选择开关的控制端；根据光性能监测模块提供的副信号光实时的波长和功率数据，控制波长选择开关对主信号光进行波长的筛选、均衡以及带外噪声滤除。

所述分束器分出的主信号光接入第一复用器。

所述泵浦激光器也接入第一复用器，为主信号光放大提供泵浦能量。

在所述第一复用器泵浦光与主信号光合路，其输出接至第一级掺铒光纤。

所述第一级掺铒光纤将泵浦光能量转移至主信号光，实现主信号光的预放大。

所述第一级掺铒光纤的输出接入所述解复用器，预放大后的主信号光与剩余二级泵浦光分离。

所述解复用器分离的主信号光接入第二隔离器，此隔离器隔离其后的第二级掺铒光纤的后向自发辐射噪声对第一级掺铒光纤的影响。所述解复用器分离的第一级掺铒光纤剩余的泵浦光直接接入第二复用器。

第二隔离器的输出连接所述波长选择开关。该波长选择开关根据光信号的波长和功率检测数据进行主信号光波长的筛选、均衡以及带外噪声滤除。

所述波长选择开关包括依次连接的输入光纤端口、输入色散光栅、液晶模块、输出色散光栅以及输出光纤端口各一个；所述液晶模块含有不同像素的液晶。所述控制器的输出电信号接入该液晶模块，控制其内相应的像素液晶的取向。

所述主信号光通过输入光纤端口进入输入色散光栅进行色散，色散后不同的光谱波长投射到液晶模块的不同像素液晶上，控制器根据当前电信号控制液晶模块相应像素液晶的取向，投射在不同像素液晶上的不同光谱波长光信号的功率及方向被控制，液晶模块不同像素液晶构成的波长通道调节不同波长光信号的功率，使不同波长的输出功率一致，实现信号光的“均衡”，同时主信号光波长的筛选，且由于控制了不同波长光信号的功率和方向，带外噪声，即包括掺铒光纤的自发辐射噪声的有用光谱范围以外的随机噪声，相应的光谱成份不能通过液晶模块，实现滤波降噪。

通过液晶模块选择的不同强度的不同波长信号进入输出色散光栅，最后汇聚到输出光纤端口输出，实现主信号光波长的筛选、均衡以及带外噪声滤除。

所述波长选择开关的输出接入第二复用器，剩余泵浦光与经过筛选、均衡和去噪后的主信号光合路，第二复用器的输出接入第二级掺铒光纤。

所述第二级掺铒光纤，将第一级掺铒光纤剩余的泵浦光能量转移至经过筛选、均衡和去噪的主信号光，完成主信号光的后放大。

所述第一级掺铒光纤长度为1～4m，第二级掺铒光纤长度为7～10m，其它规格参数相同。

所述泵浦激光器的中心波长为980nm，输出功率为300mW～1000mW。

输入信号光先进入第一隔离器，第一隔离器的输出连接所述分束器。第一隔离器抑制光反射和隔离本级掺铒光纤内部自发辐射噪声对输入信号光的干扰。

第二级掺铒光纤的输出连接第三隔离器，第三隔离器抑制反射光和隔离输出端对本级掺铒光纤的影响。

所述第一复用器与第二复用器的规格相同；所述第一隔离器、第二隔离器与第三隔离器的规格相同。

与现有技术相比，本实用新型一种基于双级掺铒光纤的光信号放大装置至少具有下列优点：1、双级掺铒光纤级联显著降低放大装置的噪声；三个隔离器分别阻止正反向自发辐射噪声光，有效抑制自发辐射噪声的影响，获得较低的噪声；同时也减少了自发辐射噪声光对泵浦光的消耗，粒子反转度增加，从而也提高了增益；2、波长选择开关相当于可调谐滤波器，减少第一级掺铒光纤的前向自发辐射噪声光进入第二级掺铒光纤，从而降低整个放大系统的噪声。

附图说明

图1为本基于双级掺铒光纤的光信号放大装置实施例的结构框图；

图2为图1中光性能监测模块的结构框图；

图3为图1中波长选择开关的结构框图；

图4为本基于双级掺铒光纤的光信号放大装置实施例与对比例的放大增益对比图；

图5为本基于双级掺铒光纤的光信号放大装置实施例与对比例的噪声指数对比图。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行详细说明。

本基于双级掺铒光纤的光信号放大装置实施例如图1所示，包括泵浦激光器、2个复用器、2个掺铒光纤、3个隔离器，分束器，解复用器、光性能监测模块、控制器以及波长选择开关。

输入信号光先进入第一隔离器，第一隔离器的输出连接所述分束器。第一隔离器抑制光反射和隔离本级掺铒光纤内部自发辐射噪声对输入信号光的干扰。

所述分束器，本例分束器分束比为5：95，即输出的副信号光占信号光的比例为5％，主信号光占95％。

所述副信号光接入光性能监测模块。本例光性能监测模块如图2所示，包括一个光栅、一个灵敏度为-40dBm的阵列探测器和检测电路。

本例副信号光通过光栅色散后不同的光谱波长投射于阵列探测器的不同位置，与阵列探测器连接的检测电路实时读取阵列探测器的输出信号，实时测量信号光的波长和功率。检测电路所得的波长和功率数据接入所述控制器。

本例控制器的控制指令输出端连接波长选择开关；

上述分束器分出的主信号光接入第一复用器。本例泵浦激光器也接入第一复用器。本例泵浦激光器的中心波长为980nm，输出功率为600mW。

第一复用器将泵浦光与主信号光合路，其输出接至第一级掺铒光纤。所述第一级掺铒光纤将泵浦光能量转移至主信号光，实现主信号光的预放大。

第一级掺铒光纤的输出接入解复用器，预放大后的主信号光与剩余二级泵浦光分离。

本例解复用器分离的主信号光接入第二隔离器。第二隔离器的输出连接波长选择开关。解复用器分离的第一级掺铒光纤剩余的泵浦光直接接入第二复用器。

本例波长选择开关的结构如图3所示，包括依次连接的输入光纤端口、输入色散光栅、液晶模块、输出色散光栅以及输出光纤端口各一个；所述液晶模块含有不同像素的液晶。上述控制器的输出电信号接入该液晶模块，控制其内相应的像素液晶的取向。

本例主信号光通过输入光纤端口进入输入色散光栅进行色散，色散后不同的光谱波长投射到液晶模块的不同像素液晶上，控制器根据当前电信号控制液晶模块相应像素液晶的取向，投射在不同像素液晶上的不同光谱波长光信号的功率及方向被控制，液晶模块不同像素液晶构成的波长通道调节不同波长光信号的功率，使不同波长的输出功率一致，实现信号光的“均衡”、波长的筛选及滤波降噪。

通过液晶模块选择的不同强度的不同波长信号进入输出色散光栅，最后汇聚到输出光纤端口输出。

波长选择开关输出光纤端口的输出接入第二复用器，剩余泵浦光与经过筛选、均衡和去噪后的主信号光合路，第二复用器的输出接入第二级掺铒光纤。

所述第二级掺铒光纤，将第一级掺铒光纤剩余的泵浦光能量转移至经过筛选、均衡和去噪的主信号光，完成主信号光的后放大。

本例第一级掺铒光纤长度为2m，第二级掺铒光纤长度为8m，两级掺铒光纤的其它规格参数相同。

本例第二级掺铒光纤的输出连接第三隔离器，第三隔离器抑制反射光和隔离输出端对本级掺铒光纤的影响。

本例第一复用器与第二复用器的规格相同；本例第一隔离器、第二隔离器与第三隔离器的规格相同。

上述基于双级掺铒光纤的光信号放大装置实施例使用时，输入的信号光输入信号光先经第一隔离器，再接入分束器。分出5％的光作为副信号光，其余为主信号光；

主信号光在第一级掺铒光纤用泵浦激光器的泵浦激光进行预放大；

分束得到的副信号光在光性能监测模块进行波长和功率的实时监测，所得结果送入控制器；

经预放大的主信号光经第二隔离器进入波长选择开关，控制器根据信号光的波长和功率数据控制所述波长选择开关对主光信号进行波长的筛选、均衡以及带外噪声滤除；处理后的主信号光进入第二级掺铒光纤进行后放大，然后再经第三隔离器后输出。

对比例为基于单级掺铒光纤的光信号放大装置，其结构为：输入光信号接入复用器，所述泵浦激光器也接入复用器。复用器将泵浦光与主信号光合路后接入掺铒光纤；本对比例泵浦激光器的中心波长为980nm，输出功率为600mW，与本实用新型放大装置实施例相同。本对比例掺铒光纤长度为10m，即与本实用新型放大装置实施例的两级掺铒光纤总长度相同，其它规格参数与上述本实用新型实施例的两级掺铒光纤相同。

本实用新型实施例与对比例的放大增益对比如图4所示，图中横坐标为波长，单位nm；纵坐标为增益，单位dB；图内两条曲线实线为本实施例的光信号放大增益约为36.7dB；虚线为对比例的光信号放大增益为33.4dB，本实施例的放大增益显著提高3.3dB。

本实施例与对比例的噪声指数对比如图5所示，图中横坐标为波长，单位nm；纵坐标为噪声指数，单位dB；图内两条曲线实线为本实施例的光信号放大的最大噪声指数，虚线为上述对比例的光信号放大的最大噪声指数。图中可见在1530nm到1560nm波长范围本实施例的光信号放大最大噪声指数仅约为4.8dB，而对比例的光信号放大最大噪声指数达7.7dB，本实用新型实施例显著降低噪声指数达2.9dB。本实用新型实现了高效率低噪声的光信号放大。

上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于双级掺铒光纤的光信号放大装置，包括泵浦激光器、复用器和掺铒光纤，其特征在于：

还包括隔离器，分束器，解复用器、光性能监测模块、控制器以及波长选择开关；

输入信号光接入所述分束器，所述分束器输出为主信号光和副信号光；

所述副信号光接入光性能监测模块；所述光性能监测模块包括一个光栅、一个阵列探测器和检测电路；所述副信号光通过作为光谱色散元件的光栅色散，色散后不同的光谱波长投射于阵列探测器的不同位置，与阵列探测器连接的检测电路实时读取阵列探测器的输出信号，实时测量信号光的波长和功率；检测电路所得的波长和功率数据接入所述控制器；

所述控制器的控制指令输出端连接波长选择开关的控制端；根据光性能监测模块提供的副信号光实时的波长和功率数据，控制波长选择开关对主信号光进行波长的筛选、均衡以及带外噪声滤除；

所述分束器分出的主信号光接入第一复用器；

所述泵浦激光器也接入第一复用器；

在所述第一复用器泵浦光与主信号光合路，其输出接至第一级掺铒光纤；

所述第一级掺铒光纤将泵浦光能量转移至主信号光，实现主信号光的预放大；

所述第一级掺铒光纤的输出接入所述解复用器，预放大后的主信号光与剩余二级泵浦光分离；

所述解复用器分离的主信号光接入第二隔离器，第二隔离器的输出连接所述波长选择开关；所述解复用器分离的第一级掺铒光纤剩余的泵浦光直接接入第二复用器；

所述波长选择开关的输出接入第二复用器，剩余泵浦光与经过筛选、均衡和去噪后的主信号光合路，第二复用器的输出接入第二级掺铒光纤；

所述第二级掺铒光纤，将第一级掺铒光纤剩余的泵浦光能量转移至经过筛选、均衡和去噪的主信号光，完成主信号光的后放大。

2.根据权利要求1所述的基于双级掺铒光纤的光信号放大装置，其特征在于：

所述分束器输出的副信号光占信号光的比例为1％～10％，其余为主信号光。

3.根据权利要求1所述的基于双级掺铒光纤的光信号放大装置，其特征在于：

所述光性能监测模块中的阵列探测器的灵敏度等于或高于-40dBm。

4.根据权利要求1所述的基于双级掺铒光纤的光信号放大装置，其特征在于：

所述波长选择开关包括依次连接的输入光纤端口、输入色散光栅、液晶模块、输出色散光栅以及输出光纤端口各一个；所述液晶模块含有不同像素的液晶；所述控制器的输出电信号接入该液晶模块；

所述主信号光通过输入光纤端口进入输入色散光栅进行色散，色散后不同的光谱波长投射到液晶模块的不同像素液晶上，控制器根据当前电信号控制液晶模块相应像素液晶的取向，投射在不同像素液晶上的不同光谱波长光信号的功率及方向被控制；通过液晶模块选择的不同强度的不同波长信号进入输出色散光栅，最后汇聚到输出光纤端口输出。

5.根据权利要求1所述的基于双级掺铒光纤的光信号放大装置，其特征在于：

所述第一级掺铒光纤长度为1～4m，第二级掺铒光纤长度为7～10m，两个掺铒光纤的其它规格参数相同。

6.根据权利要求1所述的基于双级掺铒光纤的光信号放大装置，其特征在于：

所述泵浦激光器的中心波长为980nm，输出功率为300mW～1000mW。

7.根据权利要求1所述的基于双级掺铒光纤的光信号放大装置，其特征在于：

输入信号光先进入第一隔离器，第一隔离器的输出连接所述分束器。

8.根据权利要求7所述的基于双级掺铒光纤的光信号放大装置，其特征在于：

第二级掺铒光纤的输出连接第三隔离器。

9.根据权利要求8所述的基于双级掺铒光纤的光信号放大装置，其特征在于：

所述第一复用器与第二复用器的规格相同；所述第一隔离器、第二隔离器与第三隔离器的规格相同。