CN214255051U - 一种高功率光纤放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种高功率光纤放大器，包括种子光源、波分复用器、掺铒光纤、铒镱共掺双包层光纤、合束器、第一半导体激光器、第二半导体激光器及第三半导体激光器。本实用新型采用了掺铒光纤放大器和铒镱共掺光纤放大器的混合光路结构，掺铒光纤放大器对信号光进行预放大，并提高放大器的信噪比，铒镱共掺光纤放大器为主放大器，其双包层结构可以把更多的多模抽运光耦合进系统，在整体上提高光纤放大器的输出功率。

Description

一种高功率光纤放大器

技术领域

本实用新型涉及光纤放大器技术领域，尤其涉及一种高功率光纤放大器。

背景技术

掺铒光纤放大器以其高增益、低噪声、传输速度快等优良特质一度成为通信系统的核心部件，特别是其1550nm附近的工作波段刚好和光通信的第3窗口相吻合而受到了很大的关注。随着大容量、长距离全光通信网络的提出，通信系统中各种综合业务的多方面演化，需要承载更多的业务和增值服务，因此系统对光纤放大器的输出功率提出了越来越高的要求。传统的单模掺铒光纤放大器由于其纤芯面积很小，限制了抽运光的有效耦合，直接导致了它的输出功率只能停留在毫瓦的数量级，据资料显示，这种单模的掺铒光纤放大器的极限输出功率为26dB左右。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种高功率光纤放大器，以解决传统单模掺铒光纤放大器输出功率小的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种高功率光纤放大器，包括种子光源、波分复用器、掺铒光纤、铒镱共掺双包层光纤、合束器、第一半导体激光器、第二半导体激光器及第三半导体激光器；

种子光源的输出端连接波分复用器的长波复用端，第一半导体激光器的输出端连接波分复用器的短波复用端，波分复用器的公共端依次经掺铒光纤、铒镱共掺双包层光纤连接合束器的输入端，第二半导体激光器及第三半导体激光器的输出端分别连接合束器的输入端，合束器的输出端作为高功率光纤放大器的输出端。

可选的，第一半导体激光器采用前向抽运方式，第二半导体激光器及第三半导体激光器采用后向抽运方式。

可选的，种子光源的信号功率为10mW。

可选的，第一半导体激光器的输出功率为318.58mW，掺铒光纤的长度为20m。

可选的，第二半导体激光器及第三半导体激光器的输出功率均为11.47W，铒镱共掺双包层光纤的长度为14m。

可选的，高功率光纤放大器还包括第一光隔离器及第二光隔离器；

第一光隔离器接入种子光源的输出端与波分复用器的长波复用端之间，第二光隔离器接入掺铒光纤与铒镱共掺双包层光纤之间。

可选的，第一光隔离器或第二光隔离器包括第一楔形双折射晶体、第二楔形双折射晶体、第三楔形双折射晶体、第四楔形双折射晶体、45°法拉第旋转器、透镜及反射镜，第一楔形双折射晶体、第二楔形双折射晶体的光轴夹角为45°，第三楔形双折射晶体、第四楔形双折射晶体的光轴夹角为45°；

入射光经由第一楔形双折射晶体、45°法拉第旋转器及第二楔形双折射晶体组成的第一级隔离器分束后平行出射，经透镜会聚后被反射镜反射进入由第三楔形双折射晶体、45°法拉第旋转器及第四楔形双折射晶体组成的第二级隔离器。

可选的，反射镜为透射率为10％的部分反射镜。

本实用新型的高功率光纤放大器相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)采用了掺铒光纤放大器和铒镱共掺光纤放大器的混合光路结构，掺铒光纤放大器对信号光进行预放大，并提高放大器的信噪比，铒镱共掺光纤放大器为主放大器，其双包层结构可以把更多的多模抽运光耦合进系统，在整体上提高光纤放大器的输出功率；

(2)实现了两级隔离器的高隔离度，结构简单、元器件少、体积小，并采用部分反射镜，使隔离器在完成抑制反射光的基本功能的同时，有利于实现对所传输的光信号的实时监测。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的高功率光纤放大器的结构示意图；

图2为本实用新型的第一光隔离器或第二光隔离器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实施例的高功率光纤放大器包括种子光源、第一光隔离器、波分复用器、掺铒光纤、第二光隔离器、铒镱共掺双包层光纤、合束器、第一半导体激光器、第二半导体激光器及第三半导体激光器。种子光源的输出端经第一光隔离器连接波分复用器的长波复用端，波分复用器的公共端依次经掺铒光纤、第二光隔离器、铒镱共掺双包层光纤连接合束器的输入端，第二半导体激光器及第三半导体激光器的输出端分别连接合束器的输入端，合束器的输出端作为高功率光纤放大器的输出端。

本实施例中，种子光源选用的是分布反馈半导体激光器，中心波长为1555nm，激光线宽小于2MHz，采用调制器对信号光进行调制，频率为100KHz～10GHz连续可调。第一半导体激光器为980nm单模半导体激光器，最大输出功率为318.58mW，采用前向抽运方式。波分复用器选择的是980/1550WDM，作用是将抽运光和信号光有效的耦合进入增益光纤。第二半导体激光器及第三半导体激光器为975nm多模半导体激光器，采用后向抽运方式，以便得到较高的输出功率，每个多模半导体激光器的输出功率都可以达到6W以上。合束器为(2+1)×1多模抽运+信号光合束器，单臂最大抽运输入功率可以达到7W，传输效率大于98％。第一光隔离器及第二光隔离器用于隔离反射光的影响。

本实施例进行实验研究后发现，在增益光纤长度、信号功率一定时，输出功率随着抽运功率的增加而增大。当抽运功率达到一定值时，输出功率会达到饱和而不会再随着抽运功率的增加而增大。对于第一级掺铒光纤放大器，由于选择的第一半导体激光器的最大输出功率只为318.58mW，在实验中没有看到输出功率饱和的现象。在种子光源的输入信号功率为10mW、掺铒光纤长度为20m、最大抽运功率318.58mW的条件下，得到了101mW的最大输出功率，这样优选第一半导体激光器的输出功率为318.58mW，掺铒光纤的长度为20m，便可实现功率最大化。对于第二级铒镱共掺光纤放大器，在抽运功率均为9.93W、铒镱共掺双包层光纤长度为20m时，得到了1.47W的最大输出功率，而在优化了光纤长度为14m时，得到了1.83W的输出功率。在光纤长度为14m时，增加抽运功率，在抽运功率为11.47W时，最终得到了2.11w的输出功率，这样便可优选第二半导体激光器及第三半导体激光器的输出功率均为11.47W，铒镱共掺双包层光纤的长度为14m，实现功率最大化。可以看到，优化长度之后，在同等条件下测量输出功率有了明显的提升，优化之后功率提升了近30％。可见除了增加抽运功率，优化光纤长度对提高输出功率也有着很大的帮助。这样本实施例采用了掺铒光纤放大器和铒镱共掺光纤放大器的混合光路结构，掺铒光纤放大器对信号光进行预放大，并提高放大器的信噪比，铒镱共掺光纤放大器为主放大器，其双包层结构可以把更多的多模抽运光耦合进系统，在整体上提高光纤放大器的输出功率，并通过优化光纤长度，在抽运功率为11.47W、信号功率为10mW、铒镱共掺双包层光纤长度为14m时，得到了2.11W的输出功率。

一般的，光隔离器只实现对反射光信号的抑制作用，但使用的器件体积大、元件数量多。对此，本实施例中，如图2所示，优选第一光隔离器或第二光隔离器包括第一楔形双折射晶体P11、第二楔形双折射晶体P12、第三楔形双折射晶体P21、第四楔形双折射晶体P22、45°法拉第旋转器FR、透镜L及反射镜M。反射镜M可为透射率为10％的部分反射镜。第一楔形双折射晶体P11、第二楔形双折射晶体P12的光轴夹角为45°，第三楔形双折射晶体P21、第四楔形双折射晶体P22的光轴夹角为45°。入射光经由第一楔形双折射晶体P11、45°法拉第旋转器FR及第二楔形双折射晶体P12组成的第一级隔离器分束后平行出射，经透镜L会聚后被反射镜M反射进入由第三楔形双折射晶体P21、45°法拉第旋转器FR及第四楔形双折射晶体P22组成的第二级隔离器，部分光透射通过反射镜M，可被外接的光检测器接收。反向光入射时，先被第二级隔离器分光，大部分光被反射镜M反射进入第二级隔离器，部分光透射通过反射镜M，但此时透射光的传播方向与正向传输时不同，所以不会被光检测器接收。进入第一级隔离器的光被进一步分光，出射光发散，无法进图入射光纤。这样本实施例实现了两级隔离器的高隔离度，结构简单、元器件少、体积小，并采用部分反射镜，使隔离器在完成抑制反射光的基本功能的同时，有利于实现对所传输的光信号的实时监测。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高功率光纤放大器，其特征在于，包括种子光源、波分复用器、掺铒光纤、铒镱共掺双包层光纤、合束器、第一半导体激光器、第二半导体激光器及第三半导体激光器；

种子光源的输出端连接波分复用器的长波复用端，第一半导体激光器的输出端连接波分复用器的短波复用端，波分复用器的公共端依次经掺铒光纤、铒镱共掺双包层光纤连接合束器的输入端，第二半导体激光器及第三半导体激光器的输出端分别连接合束器的输入端，合束器的输出端作为高功率光纤放大器的输出端。

2.如权利要求1所述的高功率光纤放大器，其特征在于，第一半导体激光器采用前向抽运方式，第二半导体激光器及第三半导体激光器采用后向抽运方式。

3.如权利要求1所述的高功率光纤放大器，其特征在于，种子光源的信号功率为10mW。

4.如权利要求3所述的高功率光纤放大器，其特征在于，第一半导体激光器的输出功率为318.58mW，掺铒光纤的长度为20m。

5.如权利要求3所述的高功率光纤放大器，其特征在于，第二半导体激光器及第三半导体激光器的输出功率均为11.47W，铒镱共掺双包层光纤的长度为14m。

6.如权利要求1所述的高功率光纤放大器，其特征在于，还包括第一光隔离器及第二光隔离器；

第一光隔离器接入种子光源的输出端与波分复用器的长波复用端之间，第二光隔离器接入掺铒光纤与铒镱共掺双包层光纤之间。

7.如权利要求6所述的高功率光纤放大器，其特征在于，第一光隔离器或第二光隔离器包括第一楔形双折射晶体、第二楔形双折射晶体、第三楔形双折射晶体、第四楔形双折射晶体、45°法拉第旋转器、透镜及反射镜，第一楔形双折射晶体、第二楔形双折射晶体的光轴夹角为45°，第三楔形双折射晶体、第四楔形双折射晶体的光轴夹角为45°；

入射光经由第一楔形双折射晶体、45°法拉第旋转器及第二楔形双折射晶体组成的第一级隔离器分束后平行出射，经透镜会聚后被反射镜反射进入由第三楔形双折射晶体、45°法拉第旋转器及第四楔形双折射晶体组成的第二级隔离器。

8.如权利要求7所述的高功率光纤放大器，其特征在于，反射镜为透射率为10％的部分反射镜。

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