CN220492413U - 一种基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统，属于光纤通信技术领域；包括：光纤耦合器、波分复用器、可变光衰减器、泵浦激光二极管、扇入模块、多芯掺铒光纤、扇出模块、隔离器，光纤耦合器的n个输出端口分别和n个波分复用器的信号端口对应相连；每个波分复用器的输出端口通过一个可变光衰减器与扇入模块的输入端口相连；每个波分复用器的泵浦端口连接泵浦激光二极管；扇入模块的输出端口通过多芯掺铒光纤与扇出模块的输入端口连接；扇出模块的n个输出端分别连接一个隔离器；多芯掺铒光纤包括n根纤芯，n根纤芯的铒离子浓度不完全相同。本实用新型可以实现对多路信号的独立放大控制。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤通信技术领域，尤其涉及一种基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统。
背景技术
互联网巨大的数据服务推动了对网络传输带宽需求的持续指数增长，光网络设计面临了新的挑战。光放系统是光网络中的重要系统组件，也是空分复用通信技术走向实用化的关键。
在早期研究和开发的通信装置中，一般采用单芯单模光纤进行信号的传输，虽然具有易于拼接、低非线性、较高的纤芯吸收效率等特点，然而它需要具有多路输入多路输出技术的专用集成电路用于光信号传输，使用的光纤数量多，且单模信道容量已基本接近香农极限，逐渐满足不了人们对网络带宽的需求。目前，空分复用技术被认为是未来实现光纤通信容量升级扩容的关键技术，通过多路传输，能克服光纤传输的香农极限。
多芯光纤可以提供多个空间并行通道，且不需要复杂的多输入多输出解耦算法，容易实现商用。空分复用技术传输系统要实现大容量、高速率、长距离传输，离不开光纤放大器对其传输损耗的补偿，因此多芯光纤放大器成为空分复用技术走向实用的关键，也是超大容量光通信、数据中心互连、量子通信技术等领域重要的研究方向。同时，多芯光纤放大器通过共享相同的包层，为多个纤芯提供增益，替代了使用多个单独的放大器，为降低通信系统的复杂性提供了新方向，具有重要的应用意义。
现有的光放系统主要依赖于掺铒光纤结构的设计，使用双包层型的多纤芯作为多纤芯光放大光纤，通过包层激发方式将纤芯中所含的作为稀土类元素的铒激发。
但目前并没有可实现的对各通道信号进行独立控制及不同程度放大的技术方案的提出，如果只进行简单的多路放大，存在一致性差、应用效率低的问题，无法满足工程中的各种实际需求。
因此，有必要研发一种简易系统并在实践中具体应用，使得系统在传输多路信号的同时按需进行不同倍数的放大。
实用新型内容
本实用新型的目的在于满足实际需求，提供一种基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统，能够将同一激光束按比例分离为n路光束，并基于多浓度掺铒光纤对每路光束进行独立倍率的放大。
为实现上述实用新型目的，本实用新型提供一种基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统，包括：1×n光纤耦合器、n个波分复用器、n个可变光衰减器、n个泵浦激光二极管、扇入模块、多芯掺铒光纤、扇出模块、n个隔离器；其中，n为大于1的自然数；所述1×n光纤耦合器的n个输出端口分别和n个波分复用器的信号端口一一对应相连；每个波分复用器的输出端口通过一个可变光衰减器与扇入模块的输入端口相连；每个波分复用器的泵浦端口连接泵浦激光二极管；所述扇入模块的输出端口通过多芯掺铒光纤与扇出模块的输入端口连接；所述扇出模块的n个输出端分别连接一个隔离器；所述多芯掺铒光纤包括n根纤芯，n根纤芯的铒离子浓度不完全相同。
在上述基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统的方案中，所述多芯掺铒光纤由n个单芯掺铒光纤制成。
在上述基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统的方案中，所述多芯掺铒光纤的纤芯数量为8，8根纤芯均匀分布于同一圆周上。
在上述基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统的方案中，相邻两根纤芯之间的距离为38μm，纤芯直径为4.6μm，内包层直径为8.5μm。
在上述基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统的方案中，所述多芯掺铒光纤的包层直径为140μm。
在上述基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统的方案中，所述多芯掺铒的纤芯数量为8，其中：
一号纤芯中掺杂的Al2O3浓度为26400ppm，掺杂的P2O5浓度为13600ppm，掺杂的Er2O3浓度为540ppm；
二号纤芯中掺杂的Al2O3浓度为26400ppm，掺杂的P2O5浓度为13600ppm，掺杂的Er2O3浓度为610ppm；
三号纤芯中掺杂的Al2O3浓度为26400ppm，掺杂的P2O5浓度为13600ppm，掺杂的Er2O3浓度为840ppm；
四号纤芯中掺杂的Al2O3浓度为26400ppm，掺杂的P2O5浓度为13600ppm，掺杂的Er2O3浓度为1010ppm；
五号纤芯中掺杂的Al2O3浓度为26400ppm，掺杂的P2O5浓度为13600ppm，掺杂的Er2O3浓度为1340ppm；
六号纤芯中掺杂的Al2O3浓度为51400ppm，掺杂的P2O5浓度为13600ppm，掺杂的Er2O3浓度为2350ppm；
七号纤芯中掺杂的Al2O3浓度为51400ppm，掺杂的P2O5浓度为13600ppm，掺杂的Er2O3浓度为2470ppm；
八号纤芯中掺杂的Al2O3浓度为51400ppm，掺杂的P2O5浓度为13600ppm，掺杂的Er2O3浓度为2630ppm。
在上述基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统的方案中，所述扇入模块和所述扇出模块的封装长度为9-13cm。
在上述基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统的方案中，所述扇入模块和扇出模块的单端口处连接的八芯光纤长度为10cm。
在上述基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统的方案中，所述多芯掺铒光纤的长度为16.5-18m。
在上述基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统的方案中，在每个隔离器的输出端口连接有光功率计。
本申请具有的积极效果是：
基于上述技术方案，本申请使信号光通过光纤耦合器进入波分复用器，与泵浦光在波分复用器中耦合后进入可变光衰减器中，再通过扇入模块耦合进入多芯掺铒光纤进行放大，该多芯掺铒光纤包括多根纤芯，多根纤芯的铒离子浓度不完全相同，即每根纤芯可实现独立的放大倍率，光束经由一定长度的多芯掺铒光纤放大后的信号光进入扇出模块，最后从隔离器输出端口输出；本申请可以显著降低器件结构复杂性和制作成本，同时，采用纤芯泵浦的方式，可以实现对每一路信号的独立控制。
由于每个纤芯掺杂的铒离子浓度不同，可以实现对信号的不同程度的放大，采用可变光衰减器实现对放大光信号的微调，更具灵活性。在工程中，可根据实际情况定制合适的多芯光纤来满足需求，具有重要应用意义。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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示出了本实用新型实施例所提供的一种基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统的装置图；
图2示出了本实用新型实施例所提供的一种多芯掺铒光纤的结构示意图。
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。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
在本实用新型创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型创造中的具体含义。
第一实施例
本实用新型提供的一种基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统，包括：1×n光纤耦合器2、波分复用器3、可变光衰减器4、泵浦激光二极管5、扇入模块6、多芯掺铒光纤7、扇出模块8、隔离器9；其中，n为大于1的自然数。
此处，选择多芯掺铒光纤的纤芯数量n为8为例。
如图1所示，具体连接方式如下内容：
1×8光纤耦合器2的8个输出端口分别和8个波分复用器3的信号端口一一对应相连；每个波分复用器3的输出端口通过一个可变光衰减器4与扇入模块6的输入端口相连；每个波分复用器3的泵浦端口连接泵浦激光二极管5；所述扇入模块6的输出端口通过多芯掺铒光纤7与扇出模块8的输入端口连接；所述扇出模块8的8个输出端分别连接一个隔离器9。
可选地，可由中心波长为1550nm的种子激光器产生特定波长的光，提供光信号源。
所述光纤耦合器2又叫光分路器，可以将一个波长的光分成多路输出光信号，光功率均匀分布在所有输出端口上。例如，一个分光比为1：8的光分路器可以将一路信号按照比例分成八份，在八个不同的通道中传输。
所述波分复用器3可以将一系列载有信号，但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光纤传输，使得一根光纤上传输多路信号。例如，将信号光和泵浦光耦合为一路信号进行传输。
所述可变光衰减器4通过衰减传输光功率来实现对信号的实时控制，同时能够实现对光功率的微调，从而实现对放大光信号功率的微调。
所述泵浦激光二极管5可以产生用于激发稀土离子掺杂如铒离子(Er3+)的增益光纤的泵浦光源，其中心峰值在980nm，发射的最大泵浦功率约为30W。
所述扇入模块6和所述扇出模块8将单模光纤和多模光纤正确对接。
示例性地，所述扇入模块6和所述扇出模块8的封装长度为9-13cm，以保证结构的稳定性。扇入模块6和扇出模块8的单端口处连接的八芯光纤长度为10cm。
所述多芯掺铒光纤的长度为16.5-18m。
所述隔离器9用来有效避免不必要的反射和抑制放大器自发辐射噪声，即ASE噪声等。
本实施例中，如图2所示，所述多芯掺铒光纤6是双包层结构，8根纤芯均匀分布于同一圆周上，相邻两根纤芯之间的距离均为38μm，纤芯直径为4.6μm，内包层直径为8.5μm，所述多芯掺铒光纤包层直径为140μm。
其中，每两个周围纤芯之间的距离均为38μm，可以使得传输的能量无串扰或串扰很弱，提高多芯光纤的信道数量和带宽。
周围纤芯可以采用MCVD工艺制备，在掺杂反应石英管内壁沉积疏松层，作为Er3+溶液渗入掺杂的基底材质。使用Al2O3-P2O5-Er2O3溶液注入石英管内，Er3+被疏松体捕获固定在疏松体的空隙结构中，经过两次连续的平滑沉积和溶液掺杂使掺杂区域变厚，中心区域留有一个小孔，沉积SiO2后制成纤芯部分，得到单芯掺铒光纤预制件。
八芯掺铒光纤可以采用打孔法制作，需要将高纯度石英套管按预设的纤芯分布进行打孔，对上述制好的单芯掺铒光纤预制件进行打磨和拉细处理，插入八孔套管中，然后架到拉丝塔上进行火焰拉锥，最终得到八芯掺铒光纤。
其中，每个单芯掺铒光纤预制件中掺杂的Er3+浓度不同，以实现多种放大倍数。具体原理是：泵浦光源向掺铒光纤提供能量，将基带的Er3+激励到高能态，致使粒子数发生反转，从而产生受激辐射，实现对1550nm波段光的放大。
示例性地，模块单端口处连接的八芯光纤的长度为10cm。
示例性地，为了实现对信号的不同程度的放大，各纤芯各成分浓度可分别设置为以下参数：
一号纤芯中掺杂的Al2O3浓度可以为26400ppm，掺杂的P2O5浓度可以为13600ppm，掺杂的Er2O3浓度可以为540ppm；
二号纤芯中掺杂的Al2O3浓度可以为26400ppm，掺杂的P2O5浓度可以为13600ppm，掺杂的Er2O3浓度可以为610ppm；
三号纤芯中掺杂的Al2O3浓度可以为26400ppm，掺杂的P2O5浓度可以为13600ppm，掺杂的Er2O3浓度可以为840ppm；
四号纤芯中掺杂的Al2O3浓度可以为26400ppm，掺杂的P2O5浓度可以为13600ppm，掺杂的Er2O3浓度可以为1010ppm；
五号纤芯中掺杂的Al2O3浓度可以为26400ppm，掺杂的P2O5浓度可以为13600ppm，掺杂的Er2O3浓度可以为1340ppm；
六号纤芯中掺杂的Al2O3浓度可以为51400ppm，掺杂的P2O5浓度可以为13600ppm，掺杂的Er2O3浓度可以为2350ppm；
七号纤芯中掺杂的Al2O3浓度可以为51400ppm，掺杂的P2O5浓度可以为13600ppm，掺杂的Er2O3浓度可以为2470ppm；
八号纤芯中掺杂的Al2O3浓度可以为51400ppm，掺杂的P2O5浓度可以为13600ppm，掺杂的Er2O3浓度可以为2630ppm。
其中，共掺高浓度铝离子(Al3+)提高了Er3+在硅光纤中的溶解度，即提高Er3+在玻璃结构中的分散程度，降低了团簇效应，提高了光转换效率，对1550nm附近的增益波动有着明显的抑制作用，有利于改善掺铒光纤增益平坦的特性。
具体地，在测量了掺铒光纤光源的平均波长与泵浦功率的比例系数后，选择了所述多芯掺铒光纤长度为17.8m。
需要说明的是，在实际应用中，周围纤芯可以分组，间距可不相同，如每两组周围纤芯之间的距离可以大于组内两个纤芯之间的距离，使得组内两个纤芯之间更好地耦合。此外，为了满足耦合以及放大特性的需要，可以通过改变Er3+浓度、纤芯区域结构、或是微调纤芯直径等方式对8个周围纤芯的折射率进行设置，但是本发明保护的多芯光纤不限于8个纤芯，可以为任意个纤芯，同时纤芯中的Er3+浓度也不做限定。
可选地，所述隔离器9可连接光功率计10用于测量光的平均功率。
基于前述设置的参数，当输入信号功率在-23.1dBm到1.4dBm之间，注入泵功率为24W时，八芯掺铒光纤放大器的最小增益约为15.3dB，最大噪声系数(NF)为5.4dB，一号纤芯的光增益约为15.3dB；二号纤芯的光增益约为18.6dB；三号纤芯的光增益约为20.8dB；四号纤芯的光增益约为25.2dB；五号纤芯的光增益约为27.3dB；六号纤芯的光增益约为32.4dB；七号纤芯的光增益约为35.5dB；八号纤芯的光增益约为40.3dB。
基于上述技术方案，可由种子激光器1产生信号光并通过连接的所述光纤耦合器2进入所述波分复用器3，同时所述泵浦激光二极管5产生的泵浦光在所述波分复用器3中同前述信号光耦合，再进入连接的所述可变光衰减器4，通过连接的所述扇入模块6后耦合进入所述多芯掺铒光纤7放大，通过一定长度的所述多芯掺铒光纤7，放大后的信号光进入所述扇出模块8，最后经过连接的所述隔离器9输出。此外，也可连接光功率计10进行功率探测。
综上所述，该方案可以只用单根多芯光纤很好地实现对各路信号的不同倍数放大，同时最大程度减小串扰，降低噪声对放大效果的影响。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统，其特征在于，包括：1×n光纤耦合器(2)、n个波分复用器(3)、n个可变光衰减器(4)、n个泵浦激光二极管(5)、扇入模块(6)、多芯掺铒光纤(7)、扇出模块(8)、n个隔离器(9)；其中，n为大于1的自然数；
所述1×n光纤耦合器(2)的n个输出端口分别和n个波分复用器(3)的信号端口一一对应相连；每个波分复用器(3)的输出端口通过一个可变光衰减器(4)与扇入模块(6)的输入端口相连；每个波分复用器(3)的泵浦端口连接泵浦激光二极管(5)；所述扇入模块(6)的输出端口通过多芯掺铒光纤(7)与扇出模块(8)的输入端口连接；所述扇出模块(8)的n个输出端分别连接一个隔离器(9)；所述多芯掺铒光纤(7)包括n根纤芯，n根纤芯的铒离子浓度不完全相同。
2.根据权利要求1所述的基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统，其特征在于，所述多芯掺铒光纤(7)由n个单芯掺铒光纤制成。
3.根据权利要求1所述的基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统，其特征在于，所述多芯掺铒光纤(7)的纤芯数量为8，8根纤芯均匀分布于同一圆周上。
4.根据权利要求3所述的基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统，其特征在于，相邻两根纤芯之间的距离为38μm，纤芯直径为4.6μm，内包层直径为8.5μm。
5.根据权利要求3所述的基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统，其特征在于，所述多芯掺铒光纤(7)的包层直径为140μm。
6.根据权利要求3所述的基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统，其特征在于，所述多芯掺铒的纤芯数量为8。
7.根据权利要求1所述的基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统，其特征在于，所述扇入模块(6)和所述扇出模块(8)的封装长度为9-13cm。
8.根据权利要求1所述的基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统，其特征在于，所述扇入模块(6)和扇出模块(8)的单端口处连接的八芯光纤长度为10cm。
9.根据权利要求5所述的基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统，其特征在于，所述多芯掺铒光纤的长度为16.5-18m。
10.根据权利要求6所述的基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统，其特征在于，在每个隔离器(9)的输出端口连接有光功率计(10)。
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|---|---|---|---|
| CN202322017439.2U CN220492413U (zh) | 2023-07-31 | 2023-07-31 | 一种基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统 |
Publications (1)
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| CN220492413U true CN220492413U (zh) | 2024-02-13 |
Family
ID=89829014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202322017439.2U Active CN220492413U (zh) | 2023-07-31 | 2023-07-31 | 一种基于多浓度掺铒光纤的多通道光放系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN220492413U (zh) |
-
2023
- 2023-07-31 CN CN202322017439.2U patent/CN220492413U/zh active Active
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |