CN219203729U - 一种双通道光纤放大器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种双通道光纤放大器，通过双通道实现对两个不同波长的信号光的放大。该双通道光纤放大器包括：泵浦激光器51、1×2光开关61、第一环形器41、第二环形器42、第一通道和第二通道；1×2光开关61的输入端与泵浦激光器51的输出端连接；1×2光开关61的两个输出端分别接入第一通道和第二通道中；环形器具有沿单向环形方向依次分布的第一、第二和第三端口；第一环形器41的第三端口经过所述第一通道连接到第二环形器42的第一端口；第二环形器42的第三端口经过所述第二通道连接到第一环形器41的第一端口；所述第一通道和第二通道均能够耦合输入的泵浦光和信号光以及放大信号光。

Description

一种双通道光纤放大器

技术领域

本实用新型涉及光纤通信技术领域，更具体地说，涉及一种双通道光纤放大器。

背景技术

光纤放大器是采用光纤作为增益介质的一种光学放大器，其在光通信、激光雷达和工业加工等领域都有着重要应用。

现有的光纤放大器为单通道，仅能实现对某一波长的信号光(例如1550nm波长的激光信号)的放大。如果想要对另一波长的信号光(例如1060nm波长的激光信号)进行放大，就需要将光纤放大器中的部分组件手动更换为与要放大的信号光的波长相匹配的组件，不仅增加了使用成本，还增加了操作复杂度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种双通道光纤放大器，通过双通道实现对两个不同波长的信号光的放大。

一种双通道光纤放大器，包括：泵浦激光器51、1×2光开关61、第一环形器41、第二环形器42、第一通道和第二通道；

其中，1×2光开关61的输入端与泵浦激光器51的输出端连接；

1×2光开关61的两个输出端分别接入所述第一通道和第二通道中；

环形器具有沿单向环形方向依次分布的第一、第二和第三端口；第一环形器41的第三端口经过所述第一通道连接到第二环形器42的第一端口；第二环形器42的第三端口经过所述第二通道连接到第一环形器41的第一端口；

所述第一通道和第二通道均能够耦合输入的泵浦光和信号光以及放大信号光。

在一个实施例中，所述第一通道和第二通道均采用两级掺杂光纤级联方式来放大信号光。

在一个实施例中，所述第一通道和第二通道均采用先正向泵浦、后反向泵浦的两级掺杂光纤级联方式来放大信号光。

在一个实施例中，所述双通道光纤放大器还包括：第一功率分配器31和第二功率分配器32；

所述第一通道上设置有第一光纤合束器21、第二光纤合束器22、第一掺杂光纤71和第二掺杂光纤71；所述第二通道上设置有第三光纤合束器23、第四光纤合束器24、第三掺杂光纤73和第四掺杂光纤74；

1×2光开关61的两个输出端与第一功率分配器31的输入端、第二功率分配器32的输入端一对一连接；

第一功率分配器31的两个输出端与第一光纤合束器21的其中一个输入端、第二光纤合束器22的其中一个输入端一对一连接；第二功率分配器32的两个输出端与第三光纤合束器23的其中一个输入端、第四光纤合束器24的其中一个输入端一对一连接；

第一环形器41的第三端口顺次经过第一光纤合束器21的另一输入端、第一光纤合束器21的输出端、第一掺杂光纤71、第二掺杂光纤72、第二光纤合束器22的另一输入端、第二光纤合束器22的输出端连接到第二环形器42的第一端口，形成所述第一通道；第二环形器42的第三端口顺次经过第三光纤合束器23的另一输入端、第三光纤合束器23的输出端、第三掺杂光纤73、第四掺杂光纤74、第四光纤合束器24的另一输入端、第四光纤合束器24的输出端连接到第一环形器41的第一端口，形成所述第二通道。

在一个实施例中，所述第一通道用于传输和放大1550nm波长的激光信号，第一掺杂光纤71为掺铒光纤，第二掺杂光纤72为铒镱共掺光纤。

在一个实施例中，所述第二通道用于传输和放大1060nm波长的激光信号，第三掺杂光纤73和第四掺杂光纤74均为掺镱光纤。

在一个实施例中，所述第一通道用于传输和放大1550nm波长的激光信号，所述第二通道用于传输和放大1060nm波长的激光信号，泵浦激光器51发射的泵浦光为980nm波长。

在一个实施例中，所述第一通道和第二通道上均设置有至少一个光纤隔离器。

在一个实施例中，所述第一通道上设置有三个光纤隔离器，分别是第一光纤隔离器ISO11、第二光纤隔离器ISO12和第三光纤隔离器ISO13；

其中，第一光纤隔离器ISO11设置在第一环形器41的第三端口与第一光纤合束器21之间；

第二光纤隔离器ISO12设置在第一掺杂光纤71与第二掺杂光纤71之间；

第三光纤隔离器ISO13设置在第二光纤合束器22的输出端与第二环形器42的第一端口之间。

在一个实施例中，所述第二通道上设置有三个光纤隔离器，分别是第四光纤隔离器ISO14、第五光纤隔离器ISO15和第六光纤隔离器ISO16；

其中，第四光纤隔离器ISO14设置在第二环形器42的第三端口与第三光纤合束器23之间；

第五光纤隔离器ISO15设置在第三掺杂光纤73与第四掺杂光纤74之间；

第六光纤隔离器ISO16设置在第四光纤合束器24的输出端与第一环形器41的第一端口之间。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型通过1×2光开关选通第一或第二通道来实现对两个不同波长的信号光的放大，有效避免了不同通道上信号光传输时的串扰问题，而且由于两个通道共用同一个泵浦激光器，所以制造成本低、集成度高。

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为本实用新型实施例公开的一种双通道光纤放大器结构示意图；

图2为本实用新型实施例公开的又一种双通道光纤放大器结构示意图；

图3为本实用新型实施例公开的又一种双通道光纤放大器结构示意图；

图4为本实用新型实施例公开的又一种双通道光纤放大器结构示意图。

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，显然，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。

参见图1，本实用新型实施例公开了一种双通道光纤放大器，包括：泵浦激光器51、1×2光开关61、第一环形器41、第二环形器42、第一通道和第二通道；

其中，1×2光开关61的输入端与泵浦激光器51的输出端连接；

1×2光开关61的两个输出端分别接入所述第一通道和第二通道中；

环形器具有沿单向环形方向依次分布的第一、第二和第三端口；第一环形器41的第三端口经过所述第一通道连接到第二环形器42的第一端口；第二环形器42的第三端口经过所述第二通道连接到第一环形器41的第一端口；

所述第一通道和第二通道均能够耦合输入的泵浦光和信号光以及放大信号光。

下面，对本实用新型实施例的工作原理进行详述：

泵浦激光器51是双通道光纤放大器的激励光源，用于为第一通道和第二通道提供泵浦光也即激励光。为便于描述，以下将第一环形器41的第二端口2称为端口A、将第二环形器42的第二端口2称为端口B。所述第一通道用于传输和放大从端口A输入、端口B输出的第一波长的信号光(例如1550nm波长的激光信号)；所述第二通道用于传输和放大从端口B输入、端口A输出的第二波长的信号光(例如1060nm波长的激光信号)。

1×2光开关61具有一个输入端和两个输出端，1×2光开关61用于切换选通自身与第一功率分配器31、第二功率分配器32的连接，从而实现是启用第一通道还是第二通道。

当1×2光开关61与第一功率分配器31连通时，泵浦激光器51为第一波长的信号光提供泵浦能量；环形器是将进入其任一端口的入射波，根据由静偏磁场确定的方向顺序传入下一个端口的多端口器件；第一波长的信号光从第一环形器41的第二端口2也即端口A输入后，由第一环形器41的第三端口3传输至第一通道中，与泵浦光耦合、放大后传输至第二环形器42的第一端口1，最后由第二环形器的第二端口2也即端口B输出。

当1×2光开关61与第二功率分配器32连通时，泵浦激光器51为第二波长的信号光提供泵浦能量；第二波长的信号光从第二环形器42的第二端口2也即端口B输入后，由第二环形器42的第三端口3传输至第二通道中，与泵浦光耦合、放大后传输至第一环形器41的第一端口1，最后由第一环形器41的第二端口2也即端口A输出。

由以上描述可知，本实用新型实施例通过1×2光开关61选通第一或第二通道来实现对两个不同波长的信号光的放大，有效避免了不同通道上信号光传输时的串扰问题，而且由于两个通道共用同一个泵浦激光器51，所以制造成本低、集成度高。

在一个实施例中，所述第一通道和第二通道均采用两级掺杂光纤级联方式来放大信号光。

进一步的，所述第一通道和第二通道均可采用先正向泵浦、后反向泵浦的两级掺杂光纤级联方式来放大信号光，以实现低噪声、高增益的光功率输出，具体分析如下：

在对信号光进行放大时，会产生ASE(AmplifiedSpontaneousEmission，放大的自发辐射)噪声。现有的光纤放大器多采用一级掺杂光纤放大，信号光的增益有限，且由于输入的信号光和ASE之间存在竞争关系，当输入的信号光功率较低时，ASE将会获得更高的增益，而信号光的增益会减弱，导致难以实现低噪声、高增益的光功率输出。而本实用新型实施例在每个通道上均采用正向泵浦和反向泵浦两级掺杂光纤级联方式实现对信号光的放大。两级级联后总的噪声系数F₀可表示为：

F₀＝F₁+F₂/G₁

其中，F₁为第一级掺杂光纤的噪声系数，F₂为第二级掺杂光纤的噪声系数，G₁为一级放大器的增益。

由上式可以得到两级级联后总的噪声系数F₀主要取决于第一级掺杂光纤的噪声系数。对于掺杂光纤，反向泵浦比同向泵浦能够实现更高的增益，但同时噪声系数也更大。为了能够在努力降低噪声的情况下尽量提高增益，本实用新型实施例采用同向泵浦进行一级预放大，为整个系统提供更低的噪声系数，同时为二级放大提供更高的输入功率，而且采用反向泵浦进行二级主放大，尽量提高增益。

在一个实施例中，当所述第一通道和第二通道均采用先正向泵浦、后反向泵浦的两级掺杂光纤级联方式来放大信号光时，如图2所示，所述双通道光纤放大器还包括：第一功率分配器31和第二功率分配器32；所述第一通道上设置有第一光纤合束器21、第二光纤合束器22、第一掺杂光纤71和第二掺杂光纤71；所述第二通道上设置有第三光纤合束器23、第四光纤合束器24、第三掺杂光纤73和第四掺杂光纤74；

其中，第一功率分配器31、第二功率分配器32均具有一个输入端和两个输出端；第一光纤合束器21、第二光纤合束器22、第三光纤合束器23和第四光纤合束器24均具有两个输入端和一个输出端；

1×2光开关61的两个输出端与第一功率分配器31的输入端、第二功率分配器32的输入端一对一连接；

第一功率分配器31的两个输出端与第一光纤合束器21的其中一个输入端、第二光纤合束器22的其中一个输入端一对一连接；第二功率分配器32的两个输出端与第三光纤合束器23的其中一个输入端、第四光纤合束器24的其中一个输入端一对一连接；

第一环形器41的第三端口3顺次经过第一光纤合束器21的另一输入端、第一光纤合束器21的输出端、第一掺杂光纤71、第二掺杂光纤72、第二光纤合束器22的另一输入端、第二光纤合束器22的输出端连接到第二环形器42的第一端口1，形成第一通道；第二环形器42的第三端口3顺次经过第三光纤合束器23的另一输入端、第三光纤合束器23的输出端、第三掺杂光纤73、第四掺杂光纤74、第四光纤合束器24的另一输入端、第四光纤合束器24的输出端连接到第一环形器41的第一端口1，形成第二通道。

下面，以第一波长的信号光为1550nm波长的激光信号、第二波长的信号光为1060nm波长的激光信号为例，对图2所示方案工作原理的描述参见下述1)～2)：

1)当1×2光开关61与第一功率分配器31连通时，泵浦激光器51输出的泵浦光经第一功率分配器31分为两路，分别输出到第一光纤合束器21和第二光纤合束器22，第一光纤合束器21和第二光纤合束器22用于耦合输入泵浦光和1550nm波长的激光信号。输出到第一光纤合束器21的这一路泵浦光用于为第一掺杂光纤71正向放大1550nm波长的激光信号提供泵浦能量，输出到第二光纤合束器22的这一路泵浦光用于为第二掺杂光纤72反向放大1550nm波长的激光信号提供泵浦能量，从而实现第一通路上正向泵浦和反向泵浦级联的混合放大方式。

1550nm波长的激光信号从第一环形器41的第二端口2也即端口A输入后，由第一环形器41的第三端口3传输至第一通道中，经过正向泵浦和反向泵浦两级级联放大后传输至第二环形器42的第一端口1，最后由第二环形器的第二端口2也即端口B输出。

2)当1×2光开关61与第二功率分配器32连通时，泵浦激光器51输出的泵浦光经第二功率分配器32分为两路，分别输出到第三光纤合束器23和第四光纤合束器24，第三光纤合束器23和第四光纤合束器24用于耦合输入泵浦光和1060nm波长的激光信号。输出到第三光纤合束器23的这一路泵浦光用于为第三掺杂光纤73正向放大1060nm波长的激光信号提供泵浦能量，输出到第四光纤合束器24的这一路泵浦光用于为第四掺杂光纤74反向放大1060nm波长的激光信号提供泵浦能量，从而实现第二通路上正向泵浦和反向泵浦级联的混合放大方式。

1060nm波长的激光信号从第二环形器42的第二端口2也即端口B输入后，由第二环形器42的第三端口3传输至第二通道中，经过正向泵浦和反向泵浦两级级联放大后传输至第一环形器41的第一端口1，最后由第一环形器41的第二端口2也即端口A输出。

在一个实施例中，还包括设置在第一通道上的至少一个光纤隔离器以及设置在第二通道上的至少一个光纤隔离器，用于防止反向自发辐射噪声对泵浦激光器51的影响，保证信号光的稳定输出。

在一个实施例中，设置在第一通道上的至少一个光纤隔离器包括：第一光纤隔离器ISO11、第二光纤隔离器ISO12、第三光纤隔离器ISO13，如图3所示，其中：

第一光纤隔离器ISO11设置在第一环形器41的第三端口与第一光纤合束器21之间；

第二光纤隔离器ISO12设置在第一掺杂光纤71与第二掺杂光纤71之间；

第三光纤隔离器ISO13设置在第二光纤合束器22的输出端与第二环形器42的第一端口之间。

在一个实施例中，设置在第二通道上的至少一个光纤隔离器包括：第四光纤隔离器ISO14、第五光纤隔离器ISO15、第六光纤隔离器ISO16，如图1或图2所示，其中：

第四光纤隔离器ISO14设置在第二环形器42的第三端口与第三光纤合束器23之间；

第五光纤隔离器ISO15设置在第三掺杂光纤73与第四掺杂光纤74之间；

第六光纤隔离器ISO16设置在第四光纤合束器24的输出端与第一环形器41的第一端口之间。

光纤放大器的核心是掺杂光纤。掺铒光纤用于信号光的放大。根据掺杂光纤中掺杂剂的不同，掺杂光纤有掺铒光纤、掺镱光纤、铒镱共掺光纤等。当第一波长的信号光为1550nm波长的激光信号时，推荐设置第一掺杂光纤71为掺铒光纤EDF，第二掺杂光纤72为铒镱共掺光纤EYDF。当第二波长的信号光为1060nm波长的激光信号时，推荐设置第三掺杂光纤73和第四掺杂光纤74均为掺镱光纤，分别用YDF1和YDF2表示，如图4所示。

在上述公开的任一实施例中，当第一波长的信号光为1550nm波长的激光信号，第二波长的信号光为1060nm波长的激光信号时，推荐设置泵浦激光器51发射的泵浦光为980nm波长的激光信号。

最后，针对图4所示方案，本实用新型实施例进行了仿真(下述功率分配器的分光比、泵浦激光器的输出功率、信号光输入功率以及EDF、EYDF、YDF1和YDF2的长度等参数仅是举例，并不局限)，具体如下：

设置第一功率分配器31的分光比为1：9，泵浦激光器51的输出功率为10W，经过第一功率分配器31后分为1W和9W的功率分别进入第一光纤合束器Combiner21和第二光纤合束器22，为一级和二级放大提供泵浦能量，1550nm波长的激光信号输入功率为1mW，经过第一级长度为6米的EDF放大后的输出功率为628mW，而在经过第二级长度为1.5米的EYDF放大后输出功率达到2.3W，级联放大实现了比一级放大高出5.6dB的增益。

第二功率分配器32的分光比为1：9，泵浦激光器51的输出功率为10W，经过第二功率分配器32后分为1W和9W的功率分别进入第三光纤合束器3和第四光纤合束器24，为一级和二级放大提供泵浦能量，1060nmnm波长的激光信号输入功率为1mW，经过第一级长度为11米的YDF1放大后的输出功率为303mW，而在经过第二级长度为5.8米的YDF2放大后输出功率则达到4.8W，级联放大实现了比一级放大高出12dB的增益。

由仿真结果可以看出，本实用新型实施例明显提高了增益。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可，不再赘述。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的不同对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种双通道光纤放大器，其特征在于，包括：泵浦激光器(51)、1×2光开关(61)、第一环形器(41)、第二环形器(42)、第一通道和第二通道；

其中，1×2光开关(61)的输入端与泵浦激光器(51)的输出端连接；

1×2光开关(61)的两个输出端分别接入所述第一通道和第二通道中；

环形器具有沿单向环形方向依次分布的第一、第二和第三端口；第一环形器(41)的第三端口经过所述第一通道连接到第二环形器(42)的第一端口；第二环形器(42)的第三端口经过所述第二通道连接到第一环形器(41)的第一端口；

所述第一通道和第二通道均能够耦合输入的泵浦光和信号光以及放大信号光。

2.根据权利要求1所述的双通道光纤放大器，其特征在于，所述第一通道和第二通道均采用两级掺杂光纤级联方式来放大信号光。

3.根据权利要求2所述的双通道光纤放大器，其特征在于，所述第一通道和第二通道均采用先正向泵浦、后反向泵浦的两级掺杂光纤级联方式来放大信号光。

4.根据权利要求3所述的双通道光纤放大器，其特征在于，所述双通道光纤放大器还包括：第一功率分配器(31)和第二功率分配器(32)；

所述第一通道上设置有第一光纤合束器(21)、第二光纤合束器(22)、第一掺杂光纤(71)和第二掺杂光纤(72)；所述第二通道上设置有第三光纤合束器(23)、第四光纤合束器(24)、第三掺杂光纤(73)和第四掺杂光纤(74)；

1×2光开关(61)的两个输出端与第一功率分配器(31)的输入端、第二功率分配器(32)的输入端一对一连接；

第一功率分配器(31)的两个输出端与第一光纤合束器(21)的其中一个输入端、第二光纤合束器(22)的其中一个输入端一对一连接；第二功率分配器(32)的两个输出端与第三光纤合束器(23)的其中一个输入端、第四光纤合束器(24)的其中一个输入端一对一连接；

第一环形器(41)的第三端口顺次经过第一光纤合束器(21)的另一输入端、第一光纤合束器(21)的输出端、第一掺杂光纤(71)、第二掺杂光纤(72)、第二光纤合束器(22)的另一输入端、第二光纤合束器(22)的输出端连接到第二环形器(42)的第一端口，形成所述第一通道；第二环形器(42)的第三端口顺次经过第三光纤合束器(23)的另一输入端、第三光纤合束器(23)的输出端、第三掺杂光纤(73)、第四掺杂光纤(74)、第四光纤合束器(24)的另一输入端、第四光纤合束器(24)的输出端连接到第一环形器(41)的第一端口，形成所述第二通道。

5.根据权利要求4所述的双通道光纤放大器，其特征在于，所述第一通道用于传输和放大1550nm波长的激光信号，第一掺杂光纤(71)为掺铒光纤，第二掺杂光纤(72)为铒镱共掺光纤。

6.根据权利要求4所述的双通道光纤放大器，其特征在于，所述第二通道用于传输和放大1060nm波长的激光信号，第三掺杂光纤(73)和第四掺杂光纤(74)均为掺镱光纤。

7.根据权利要求4所述的双通道光纤放大器，其特征在于，所述第一通道用于传输和放大1550nm波长的激光信号，所述第二通道用于传输和放大1060nm波长的激光信号，泵浦激光器(51)发射的泵浦光为980nm波长。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的双通道光纤放大器，其特征在于，所述第一通道和第二通道上均设置有至少一个光纤隔离器。

9.根据权利要求8所述的双通道光纤放大器，其特征在于，所述第一通道上设置有三个光纤隔离器，分别是第一光纤隔离器(ISO11)、第二光纤隔离器(ISO12)和第三光纤隔离器(ISO13)；

其中，第一光纤隔离器(ISO11)设置在第一环形器(41)的第三端口与第一光纤合束器(21)之间；

第二光纤隔离器(ISO12)设置在第一掺杂光纤(71)与第二掺杂光纤(72)之间；

第三光纤隔离器(ISO13)设置在第二光纤合束器(22)的输出端与第二环形器(42)的第一端口之间。

10.根据权利要求8所述的双通道光纤放大器，其特征在于，所述第二通道上设置有三个光纤隔离器，分别是第四光纤隔离器(ISO14)、第五光纤隔离器(ISO15)和第六光纤隔离器(ISO16)；

其中，第四光纤隔离器(ISO14)设置在第二环形器(42)的第三端口与第三光纤合束器(23)之间；

第五光纤隔离器(ISO15)设置在第三掺杂光纤(73)与第四掺杂光纤(74)之间；

第六光纤隔离器(ISO16)设置在第四光纤合束器(24)的输出端与第一环形器(41)的第一端口之间。

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