單光柵高增益平坦l波段摻鉺光纖放大器的制造方法
【專利摘要】單光柵高增益平坦L波段摻鉺光纖放大器，屬于光通信【技術(shù)領(lǐng)域】。為了解決現(xiàn)有采用光纖環(huán)形鏡結(jié)構(gòu)的摻鉺光纖放大器的增益強(qiáng)化幅度非均勻，增益平坦性差的問(wèn)題?？烧{(diào)諧激光器發(fā)出L波段光經(jīng)第一隔離器與第一泵浦源進(jìn)入第一波分復(fù)用器，到第一鉺光纖，第一鉺光纖輸出C波段放大自發(fā)輻射光，L波段光、C波段放大自發(fā)輻射光和第二泵浦源發(fā)出的光經(jīng)第二波分復(fù)用器和光纖光柵注入第二鉺光纖，實(shí)現(xiàn)L波段光放大；放大的L波段光及殘余C波段放大輻射光到達(dá)第二隔離器；L波段信號(hào)光通過(guò)，殘余C波段放大輻射光被第二隔離器端面反射回第二鉺光纖，至光纖光柵后形成二次反射，再次激發(fā)第二鉺光纖中的鉺離子，實(shí)現(xiàn)L波段信號(hào)光的二次泵浦。它用于光通信與傳感系統(tǒng)中。
【專利說(shuō)明】單光柵高増益平坦L波段慘巧光纖放大器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于光通信【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 滲巧光纖放大器是光通信與傳感系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其性能決定光信號(hào)的接收質(zhì) 量。隨著通信容量的不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)C波段已難W滿足用戶需求。將滲巧光纖放大器的增益 譜拓展至L波段，實(shí)現(xiàn)超寬帶光信號(hào)傳送，對(duì)于光纖通訊與傳感系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用具有重要 價(jià)值。然而，相比與C波段，L波段位于巧光纖增益譜的末端，巧離子數(shù)目的反轉(zhuǎn)度較低，且 伴隨較高的放大自發(fā)福射噪聲與損耗，導(dǎo)致L波段滲巧光纖放大器的輸出增益效率降低， 性價(jià)比不高，制約了其在相關(guān)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。因此，增益強(qiáng)化是L波段滲巧光纖放大器研 究的熱點(diǎn)與焦點(diǎn)問(wèn)題。
[0003] 研究表明，改善L波段滲巧光纖放大器的輸出增益的關(guān)鍵是提高巧離子的累浦效 率。當(dāng)前主要方法是；由光纖環(huán)形鏡（或光纖光柵）與環(huán)形器構(gòu)成雙通結(jié)構(gòu)滲巧光纖放大 器，通過(guò)二次（或多次）累浦光纖內(nèi)部巧離子的放大自發(fā)福射，實(shí)現(xiàn)輸出光譜的增益強(qiáng)化。 此類方法的缺點(diǎn)在于；1、由于插入損耗、回波損耗及禪合比誤差的存在，光纖環(huán)形鏡的反射 率無(wú)法達(dá)到最佳值（即100% )，累浦效率的改善程度受限；2、光纖環(huán)形鏡多需要高雙折射 率光纖、偏振控制器和光纖環(huán)形器等配合實(shí)現(xiàn)，上述器件價(jià)格昂貴，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，令方案 的實(shí)用性不高；3、光纖環(huán)形鏡作用下的巧光纖輸出增益譜，其增益強(qiáng)化幅度呈現(xiàn)非均勻特 性，增益平坦性能較差。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有采用光纖環(huán)形鏡結(jié)構(gòu)的滲巧光纖放大器的增 益強(qiáng)化幅度呈現(xiàn)非均勻特性，增益平坦性能較差的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種單光柵高增 益平坦L波段滲巧光纖放大器。
[0005] 本實(shí)用新型的單光柵高增益平坦L波段滲巧光纖放大器，可調(diào)諧激光器、第一累 浦源、第二累浦源、第一隔離器、第二隔離器、第一巧光纖、第二巧光纖、第一波分復(fù)用器、第 二波分復(fù)用器、光纖光柵、光纖光譜儀和光功率計(jì)；
[0006] 可調(diào)諧激光器發(fā)出的L波段信號(hào)光入射至第一隔離器，第一隔離器發(fā)出的L波段 信號(hào)光和第一累浦源發(fā)出的激光同時(shí)入射至第一波分復(fù)用器，第一波分復(fù)用器發(fā)出的光入 射至第一巧光纖，第一巧光纖同時(shí)發(fā)出C波段放大自發(fā)福射光和L波段信號(hào)；所述C波段放 大自發(fā)福射光、L波段信號(hào)和第二累浦源發(fā)出的激光同時(shí)入射至第二波分復(fù)用器，所述第二 波分復(fù)用器發(fā)出的光入射至光纖光柵，光纖光柵發(fā)出的光入射至第二巧光纖，經(jīng)第二巧光 纖后發(fā)出C波段放大自發(fā)福射光和累浦的L波段信號(hào)光，所述C波段放大自發(fā)福射光和放 大的L波段信號(hào)光同時(shí)入射至第二隔離器，所述L波段信號(hào)光透過(guò)第二隔離器后同時(shí)入射 至光纖光譜儀和光功率計(jì)；所述C波段放大自發(fā)福射光經(jīng)第二隔離器反射后經(jīng)第二巧光纖 入射至至光纖光柵，經(jīng)光纖光柵反射后再次入射至第二巧光纖，實(shí)現(xiàn)L波段信號(hào)光的再次 累浦。
[0007] 光纖光柵與第二隔離器的后端面形成F-P腔結(jié)構(gòu)。
[000引可調(diào)諧激光器輸出波長(zhǎng)為1570nm-1610nm，其輸出功率為-20地m ;
[0009] 所述第一累浦源為具有尾纖結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)為980nm的半導(dǎo)體激光器，其輸出功率為 30mW ；
[0010] 所述第一巧光纖的長(zhǎng)度為11米，工作區(qū)域?yàn)镃波段，實(shí)現(xiàn)C波段放大自發(fā)福射；
[OCm] 所述第二累浦源為具有尾纖結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)為980nm的半導(dǎo)體激光器，其輸出功率為 70加；
[0012] 所述光纖光柵的周期均勻，其中屯、波長(zhǎng)為1529. 4nm，其帶寬為Inm，其反射率為 99% ；
[0013] 所述第二巧光纖的長(zhǎng)度為40米，工作區(qū)域?yàn)镃波段，實(shí)現(xiàn)L波段信號(hào)光放大。
[0014] 所述光纖光柵為光纖布拉格光柵。
[0015] 本實(shí)用新型的有益效果在于，設(shè)計(jì)了一種基于單光纖光柵的雙累浦級(jí)聯(lián)滲巧光纖 放大器，它可在提高L波段輸出增益的同時(shí)有效改善增益譜的平坦度，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成 本低廉的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的特點(diǎn)在于；1、采用雙累浦級(jí)聯(lián)巧光纖工作方式，利用C波段高 輸出增益特性提高L波段滲巧光纖放大器的累浦轉(zhuǎn)換效率；2、利用高反射率光纖光柵6反 射光纖內(nèi)殘余的巧離子放大自發(fā)福射，形成二次累浦，提高L波段滲巧光纖放大器的累浦 轉(zhuǎn)換效率；3、基于增益猜制效應(yīng)，利用光纖光柵6與光纖隔離器構(gòu)成弱諧振腔，實(shí)現(xiàn)L波段 增益譜的非均勻衰減，壓縮放大器輸出增益的不平坦度。
[0016] 經(jīng)測(cè)試，上述二次累浦過(guò)程使得1570nm-16 lOnm范圍內(nèi)信號(hào)光的平均增益從Gm。= 25. 2地提高至Gmi= 28. 9地；且在1600nm-1610皿波段的增益強(qiáng)化效果較明顯，增益改善達(dá) 5. 4地。依據(jù)公式GI = "'1 尸-…。(1)，光放大器的平均增益改善為9. 47%。由于光纖光柵6 的中屯、波長(zhǎng)遠(yuǎn)離L波段，注入信號(hào)光在所形成的F-P腔內(nèi)形成弱諧振。基于增益猜制效應(yīng)， 1570nm-1585皿處的信號(hào)光增益被不同程度地衰減了 0-2. 7地，1585nm-1610皿處的信號(hào)光 增益則基本無(wú)影響，該使得整個(gè)輸出信號(hào)光的增益譜平坦性得到顯著改善。此結(jié)構(gòu)下光放 大器輸出增益譜的不平坦度被限制在±0.4地W內(nèi)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本實(shí)用新型的單光柵高增益平坦L波段滲巧光纖放大器的原理示意圖。
[0018] 圖2為單光纖光柵級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)信號(hào)光增益的曲線示意圖。
[0019] 圖3為無(wú)光纖光柵級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)信號(hào)光增益的曲線示意圖。
[0020] 圖4為非級(jí)聯(lián)放大結(jié)構(gòu)信號(hào)光增益的曲線示意圖。
[0021] 圖5為單光纖光柵級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)、無(wú)光纖光柵級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)和非級(jí)聯(lián)放大結(jié)構(gòu)的增益與增 益平坦性能比較的曲線示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 結(jié)合圖1至圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的單光柵高增益平坦L波段滲 巧光纖放大器，所述滲巧光纖放大器包括可調(diào)諧激光器1、第一累浦源9和第二累浦源10、 第一隔離器2和第二隔離器8、第一巧光纖4和第二巧光纖7、第一波分復(fù)用器3和第二波 分復(fù)用器5、光纖光柵6、光纖光譜儀11和光功率計(jì)12 ;
[0023] 其中，第一累浦源9、第一波分復(fù)用器3和第一巧光纖4形成第一級(jí)光放大，第二累 浦源10、第二波分復(fù)用器5、光纖光柵6和第二巧光纖7形成第二級(jí)光放大。所選隔離器為 C+L波段光隔離器，輸出信號(hào)光的光譜特性和增益特性由光纖光譜儀11和光功率計(jì)12觀察 得到。兩個(gè)隔離器的工作區(qū)域均在C+L波段，第一隔離器2的功能在于防止累浦源、C波段 放大自發(fā)福射和L波段信號(hào)光反射進(jìn)入可調(diào)諧激光器1，造成干擾；第二隔離器允許被放大 的L波段信號(hào)光和部分殘留C波段放大自發(fā)福射單向通過(guò)，;剩余部分C波段放大自發(fā)福射 則被第二隔離器的后端面反射回第二巧光纖，并在光纖光柵與第二隔離器形成的F-P腔中 諧振。F-P腔中屯、工作波長(zhǎng)位于1530皿波段，遠(yuǎn)離L波段，因此對(duì)于1570nm-1585皿波段光 譜產(chǎn)生弱增益猜制效應(yīng)，非均勻衰減對(duì)應(yīng)L波段信號(hào)光的增益，改善輸出增益譜的平坦性。
[0024] 由可調(diào)諧激光器1發(fā)出的L波段信號(hào)光，經(jīng)第一隔離器2后與第一累浦源9發(fā)出 的光共同進(jìn)入第一波分復(fù)用器3,到達(dá)第一巧光纖4,激發(fā)第一巧光纖4中的巧離子，使其產(chǎn) 生具有高輸出增益的C波段放大自發(fā)福射光；進(jìn)而，L波段信號(hào)光、C波段放大自發(fā)福射光 及第二累浦源10發(fā)出的光經(jīng)第二波分復(fù)用器5和光纖光柵6共同注入到第二巧光纖7中， 激發(fā)第二巧光纖7中的巧離子，實(shí)現(xiàn)L波段注入信號(hào)光的受激放大。
[0025] 被放大的L波段信號(hào)光及殘余的C波段放大福射光到達(dá)第二隔離器8, L波段信號(hào) 光通過(guò)，殘余的C波段放大福射光則被隔離器端面反射回第二巧光纖7,到達(dá)光纖光柵6后 形成二次反射，再次激發(fā)第二巧光纖7中的巧離子，實(shí)現(xiàn)L波段信號(hào)光的二次累浦，提高累 浦增益效率。
[0026] 本實(shí)施方式，可調(diào)諧激光器發(fā)出的L波段信號(hào)光的波長(zhǎng)位于1570nm-1610nm范圍 內(nèi)。
[0027] 所述光纖光譜儀11工作區(qū)域的波長(zhǎng)范圍為1200nm-1700nm，用于監(jiān)測(cè)信號(hào)光輸出 增益譜的平坦性。
[002引光功率計(jì)12工作區(qū)域的波長(zhǎng)范圍在0. lnW-500mW，用于監(jiān)測(cè)累浦源及輸出信號(hào)光 的功率與增益。
[0029] 本實(shí)施方式，首先確定信號(hào)光源、累浦源的特征參量及巧光纖的最優(yōu)長(zhǎng)度，具體方 式如下：
[0030] 選擇可調(diào)諧激光器1作為信號(hào)光源，固定其輸出波長(zhǎng)為1570nm，輸出功率 為-20地m，將其與第一隔離器2連接，并與第一波分復(fù)用器3輸入端連接。選擇具有尾纖結(jié) 構(gòu)的980nm半導(dǎo)體激光器作為第一累浦源9,將其與第一波分復(fù)用器3輸入端連接。第一波 分復(fù)用器3輸出端與第一巧光纖4的一端相連接，第一巧光纖4的另一端作為輸出端口與 光功率計(jì)12連接。選取第一巧光纖4長(zhǎng)度10米，并令累浦源工作電流位于闊值W上，調(diào)節(jié) 工作電流，記錄對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)光的數(shù)值結(jié)果，確定峰值時(shí)的累浦源注入功率為103. 7mW。進(jìn) 而，將第一巧光纖4的長(zhǎng)度縮短至9米，觀測(cè)到信號(hào)光輸出值隨之減??；將第一巧光纖4長(zhǎng) 度增加至11米，觀測(cè)到信號(hào)光輸出值進(jìn)一步增加；繼續(xù)增加第一巧光纖4長(zhǎng)度至12米，信 號(hào)光輸出不再增加，確定第一巧光纖4最佳長(zhǎng)度為11米。
[0031] 選取具有尾纖結(jié)構(gòu)的980nm半導(dǎo)體激光器作為第二累浦源10,將第一巧光纖4輸 出端、第二累浦源10分別與第二波分復(fù)用器5輸入端相連接。第二累浦源10輸出端與光 纖光柵6 -端相連接，光纖光柵6的另一端則與第二巧光纖7的一端連接。第二巧光纖7 另一端與第二隔離器8連接，第二隔離器8輸出端與光功率計(jì)12相連。啟動(dòng)可調(diào)諧激光器 1，固定其輸出波長(zhǎng)為1570nm，輸出功率為-20地m。令第一累浦源9和第二累浦源10的初 始功率均為50mW，第二巧光纖7初始長(zhǎng)度為30米。調(diào)節(jié)第一、第二累浦源10的功率，記錄 光功率計(jì)12的數(shù)值結(jié)果。確定峰值時(shí)所對(duì)應(yīng)的第一累浦源9輸出功率為30mW，第二累浦 源10輸出功率為7〇mW。將第二巧光纖7的長(zhǎng)度縮減至29米，觀測(cè)到信號(hào)光輸出值隨之減 小；將第二巧光纖7長(zhǎng)度增加至31米，觀測(cè)到信號(hào)光輸出值隨之增加。W 3米為間隔，持續(xù) 增加第二巧光纖7長(zhǎng)度，至40米時(shí)信號(hào)光輸出值達(dá)到峰值。確定第二巧光纖7最佳長(zhǎng)度為 40米，對(duì)應(yīng)的第一累浦源9功率為30mW，第二累浦源10功率為70mW。
[0032] 本實(shí)施方式，在上述的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)中插入光纖光柵6,通過(guò)測(cè)試確定光纖光柵對(duì)應(yīng)的 反射率與中屯、波長(zhǎng)，具體方式如下；
[0033] 為實(shí)現(xiàn)信號(hào)光在第二巧光纖7內(nèi)的二次累浦，將光纖光柵6置于第二波分復(fù)用器5 和第二巧光纖7之間，與第二隔離器8的后端面形成F-P腔結(jié)構(gòu)。鑒于C波段的放大自發(fā) 福射在1530nm處于峰值，將光纖光柵6的中屯、波長(zhǎng)確定在1530nm波段。進(jìn)而，選取反射率 分別為99%、90%、80%、70%、60%的五支光纖光柵6進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。啟動(dòng)第一累浦源9， 令其輸出功率為30mW ;啟動(dòng)第二累浦源10,令其輸出功率為70mW ;啟動(dòng)可調(diào)諧激光器1，固 定其輸出波長(zhǎng)為1570nm，輸出功率為-20地m。記錄光功率計(jì)12的數(shù)值結(jié)果，確定光纖光柵 6的反射率R = 99%時(shí)信號(hào)光具有最大的輸出增益。且經(jīng)光纖光譜儀11實(shí)際測(cè)量，此光纖 光柵6的中屯、波長(zhǎng)為A = 1529. 4皿。
[0034] 本實(shí)施方式的光纖光柵6為光纖布拉格光柵。
[0035] 本實(shí)施方式，測(cè)試比較=種級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的放大器的輸出增益與光譜平坦度，具體方 式如下：
[0036] 對(duì)本實(shí)用新型采用單光纖光柵級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的放大器進(jìn)行測(cè)試，固定第一巧光纖4長(zhǎng) 度為11米，固定第二巧光纖7長(zhǎng)度為40米，固定光纖光柵6的反射率R = 99%，中屯、波 長(zhǎng)入= 1529. 4nm。啟動(dòng)第一累浦源9,輸出功率為30mW;啟動(dòng)第二累浦源10,輸出功率 為70mW ;固定可調(diào)諧激光器1的輸出功率為-20地m，設(shè)定信號(hào)光的初始波長(zhǎng)為1570nm， 記錄光纖光譜儀11上對(duì)應(yīng)的單光纖光柵級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)信號(hào)光輸出增益。旋轉(zhuǎn)波長(zhǎng)調(diào)諧旋鈕， 每間隔4. Onm記錄光纖光譜儀11上對(duì)應(yīng)的單光纖光柵級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)信號(hào)光輸出增益，至信號(hào) 光波長(zhǎng)為leiOnm結(jié)束。單光纖光柵級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)信號(hào)光增益的數(shù)值結(jié)果如圖2所示，最大 增益29. 3地，最小增益28. 5地，1570nm-1610皿帶寬內(nèi)的平均增益為28. 9地。依據(jù)公式

【權(quán)利要求】
1. 單光柵高增益平坦L波段摻鉺光纖放大器，其特征在于，可調(diào)諧激光器（1)、第一泵 浦源（9)、第二泵浦源（10)、第一隔離器（2)、第二隔離器（8)、第一鉺光纖（4)、第二鉺光纖 (7)、第一波分復(fù)用器（3)、第二波分復(fù)用器（5)、光纖光柵￠)、光纖光譜儀（11)和光功率計(jì) (12)； 可調(diào)諧激光器（1)發(fā)出的L波段信號(hào)光入射至第一隔離器（2)，第一隔離器（2)發(fā)出的 L波段信號(hào)光和第一泵浦源（9)發(fā)出的激光同時(shí)入射至第一波分復(fù)用器（3)，第一波分復(fù)用 器（3)發(fā)出的光入射至第一鉺光纖（4)，第一鉺光纖（4)同時(shí)發(fā)出C波段放大自發(fā)輻射光和 L波段信號(hào)； 所述C波段放大自發(fā)輻射光、L波段信號(hào)和第二泵浦源（10)發(fā)出的激光同時(shí)入射至第 二波分復(fù)用器（5)，所述第二波分復(fù)用器（5)發(fā)出的光入射至光纖光柵（6)，光纖光柵（6) 發(fā)出的光入射至第二鉺光纖（7)，經(jīng)第二鉺光纖（7)后發(fā)出C波段放大自發(fā)輻射光和泵浦 的L波段信號(hào)光，所述C波段放大自發(fā)輻射光和放大的L波段信號(hào)光同時(shí)入射至第二隔離 器（8)，所述L波段信號(hào)光通過(guò)第二隔離器（8)后同時(shí)入射至光纖光譜儀（11)和光功率計(jì) (12)； 所述C波段放大自發(fā)輻射光經(jīng)第二隔離器（8)反射后經(jīng)第二鉺光纖（7)入射至光纖光 柵（6)，經(jīng)光纖光柵（6)反射后再次入射至第二鉺光纖（7)，實(shí)現(xiàn)L波段信號(hào)光的再次泵浦。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單光柵高增益平坦L波段摻鉺光纖放大器，其特征在于，光纖 光柵（6)與第二隔離器（8)的后端面形成F-P腔結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的單光柵高增益平坦L波段摻鉺光纖放大器，其特征在于， 可調(diào)諧激光器（1)輸出波長(zhǎng)為1570nm-1610nm，其輸出功率為-20dBm; 所述第一泵浦源（9)為具有尾纖結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)為980nm的半導(dǎo)體激光器，其輸出功率為 30mff ； 所述第一鉺光纖（4)的長(zhǎng)度為11米，工作區(qū)域?yàn)镃波段，實(shí)現(xiàn)C波段放大自發(fā)輻射； 所述第二泵浦源（10)為具有尾纖結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)為980nm的半導(dǎo)體激光器，其輸出功率為 70mff ； 所述光纖光柵（6)的周期均勻，其中心波長(zhǎng)為1529. 4nm，其帶寬為lnm，其反射率為 99% ； 所述第二鉺光纖（7)的長(zhǎng)度為40米，工作區(qū)域?yàn)镃波段，實(shí)現(xiàn)L波段信號(hào)光放大。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的單光柵高增益平坦L波段摻鉺光纖放大器，其特征在于，所述 光纖光柵（6)為光纖布拉格光柵。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的單光柵高增益平坦L波段摻鉺光纖放大器，其特征在于，所述 光纖光譜儀（11)工作區(qū)域的波長(zhǎng)范圍為1200nm-1700nm，用于監(jiān)測(cè)信號(hào)光輸出增益譜的平 坦性。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的單光柵高增益平坦L波段摻鉺光纖放大器，其特征在于，光功 率計(jì)（12)工作區(qū)域的波長(zhǎng)范圍在0. lnW-500mW，用于監(jiān)測(cè)泵浦源及輸出信號(hào)光的功率與增 益。
【文檔編號(hào)】H01S3/067GK204205276SQ201420759467
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】楊九如, 柳春郁 申請(qǐng)人:黑龍江大學(xué)