本公開屬于光纖通信領域，更具體地涉及一種光纖放大器。
背景技術：
光纖通信是當今世界上發(fā)展最快的領域之一，在傳統(tǒng)的光纖通信系統(tǒng)中，為了克服光纖損耗對信號傳輸?shù)挠绊?，需要每隔一定的距離對衰減了的光信號進行再生中繼。而傳統(tǒng)的中繼器放大光信號時，需要進行光電轉換、電放大、再定時、脈沖整形以及電光轉換，盡管這個過程對于中等速率的單波長很適用，但對于高速多波長系統(tǒng)則不適用，存在傳輸瓶頸，所以各種光放大技術的研究對于光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展具有很重要的意義。
作為光放大器的一種，摻鉺光纖放大器(edfa)在光纖通信系統(tǒng)中有廣泛的應用，比如作為長距離通信系統(tǒng)中的中繼放大器、作為光纖通信系統(tǒng)中光發(fā)送機后級的功率提升放大器和光接收機前級的前置放大器、作為高速大容量多信道光纖通信系統(tǒng)的寬帶放大器，及作為高速長距離光纖孤子通信系統(tǒng)中的孤子能量補償放大器。
在某些需要高增益的光纖放大器通信鏈路中，往往采用多個edfa級聯(lián)的方案，但在提高增益的同時，鏈路噪聲系數(shù)和長度都會增加，導致鏈路性能下降。
公開內容
基于以上技術問題，本公開的主要目的在于提出一種光纖放大器，用于解決以上技術問題的至少之一。
為了實現(xiàn)上述目的，本公開提出了一種光纖放大器，包括泵浦源、信號源、及構成光學主路的波分復用器、摻鉺光纖和波分解復用器，其中：
泵浦源，用于提供泵浦光；
信號源，用于提供信號光；
波分復用器，用于耦合所述泵浦光和信號光得到復合光；
摻鉺光纖，用于吸收所述復合光中的泵浦光以對所述復合光中的信號光進行增益放大；
波分解復用器，用于將摻鉺光纖輸出的復合光分解為殘余泵浦光和輸出信號光。
在本公開的一些實施例中，上述光纖放大器還包括第一光學支路，該第一光學支路包括光纖布拉格光柵，用于反射殘余泵浦光，以使殘余泵浦光經由波分解復用器返回至摻鉺光纖進行再次吸收。
在本公開的一些實施例中，上述布拉格光柵的周期結構與泵浦光的波長相匹配。
在本公開的一些實施例中，上述光纖放大器還包括第二光學支路，該第二光學支路包括定向耦合器和光環(huán)形器，其中：
光環(huán)形器，用于將摻鉺光纖再次吸收后剩余的部分殘余泵浦光，經由波分復用器傳輸至定向耦合器；
定向耦合器，用于將部分殘余泵浦光與泵浦源再次提供的泵浦光耦合后作為后續(xù)泵浦光。
在本公開的一些實施例中，上述光環(huán)形器為三端口無源器件，其中的一個端口僅作為輸入端，用于輸入泵浦源提供的泵浦光；其中的另外兩個端口作為輸入/輸出端。
在本公開的一些實施例中，上述光纖放大器還包括兩個光隔離器，其中：
兩個光隔離器的其中之一置于波分復用器和信號源之間，用于防止反向的自發(fā)輻射噪聲沿摻鉺光纖傳輸至信號源；
兩個光隔離器的其中另一置于波分解復用器遠離摻鉺光纖的一端，用于防止反饋的所述輸出信號光返回至光學主路。
在本公開的一些實施例中，上述光纖放大器還包括兩個抽頭耦合器，其中：
兩個抽頭耦合器分別位于光學主路的兩端，用于比較信號光和輸出信號光，得到光纖放大器的增益倍數(shù)。
在本公開的一些實施例中，上述兩個抽頭耦合器的分光比相等；優(yōu)選地，該兩個抽頭耦合器的分光比為99∶1至95∶5。
在本公開的一些實施例中，上述信號光的波長大于泵浦光的波長；優(yōu)選地，信號光的波長為1550nm，泵浦光的波長為980nm。
在本公開的一些實施例中，上述摻鉺光纖的長度與光纖放大器的增益放大倍數(shù)相匹配；優(yōu)選地，摻鉺光纖的長度具有一最佳值，以使光纖放大器的增益放大倍數(shù)最大。
本公開提出的光纖放大器，具有以下有益效果：
1、本公開的信號光和泵浦光，通過波分復用器耦合形成復合光，使得信號光和泵浦光從同一方向注入摻鉺光纖中，從而降低光纖放大器的噪聲系數(shù)；
2、本公開的結構中具有光纖布拉格光柵，從而可將摻鉺光纖未吸收的泵浦光返回至摻鉺光纖進行再次吸收，因此可高效利用泵浦光，實現(xiàn)光纖放大器的高增益；且本公開的結構還可以包括定向耦合器和光環(huán)形器，從而可將摻鉺光纖未吸收的部分殘余泵浦光與泵浦源再次提供的泵浦光耦合后再次使用，從而可進一步提高泵浦光的利用率，進一步增大光纖放大器的增益倍數(shù)，降低泵浦功耗；
3、由于本公開的結構可以明顯增大增益倍數(shù)，實現(xiàn)光纖放大器的高增益，因此僅使用單個摻鉺光纖即可，本公開的光纖放大器無需使用級聯(lián)結構，從而在實現(xiàn)高增益的同時能夠有效保證低噪聲系數(shù)；
4、本公開的結構還包括兩個光隔離器，置于結構的兩端，從而可有效防止反向自發(fā)輻射噪聲對信號源的影響，保證信號源的穩(wěn)定輸出；同時可防止可能的反饋以避免光纖放大器發(fā)生激射；
5、本公開的結構可以采用980nm波長的泵浦光，由于980nm波長的光子能量高，因此可實現(xiàn)大的粒子數(shù)反轉，進一步保證高增益；
6、本公開利用光纖布拉格光柵和光環(huán)形器來多次利用殘余的泵浦光，實現(xiàn)鉺離子最大數(shù)量的躍遷，在保持泵浦低功耗和單段摻鉺光纖低噪聲系數(shù)的同時提高了放大器的增益，可用來實現(xiàn)高速長距離光纖通信系統(tǒng)中信號的放大。
附圖說明
圖1是本公開的一實施例提出的光纖放大器的結構示意圖。
具體實施方式
為使本公開的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本公開作進一步的詳細說明。
現(xiàn)有技術中，高增益光纖放大器主要是由多段摻餌光纖放大器(edfa)級聯(lián)構成，每段edfa都需要泵浦源提供能量激發(fā)鉺離子，且每段edfa引入的噪聲系數(shù)會疊加導致整個光纖鏈路噪聲系數(shù)很大，影響鏈路性能。
基于上述問題，本公開提供了一種光纖放大器，包括泵浦源、信號源、及構成光學主路的波分復用器、摻鉺光纖和波分解復用器，其中：
泵浦源，用于提供泵浦光；
信號源，用于提供信號光；
波分復用器，用于耦合泵浦光和信號光得到復合光；
摻鉺光纖，用于吸收復合光中的泵浦光以對復合光中的信號光進行增益放大；
波分解復用器，用于將摻鉺光纖輸出的復合光分解為殘余泵浦光和輸出信號光。
因此，本公開的信號光和泵浦光，通過波分復用器耦合形成復合光，使得信號光和泵浦光從同一方向注入摻鉺光纖中，從而可有效降低光纖放大器的噪聲系數(shù)。
本公開的波分復用器和波分解復用器具有雙色波長選擇性，來實現(xiàn)信號光和泵浦光的耦合與分離。
在本公開的一些實施例中，上述光纖放大器還包括第一光學支路，該第一光學支路包括光纖布拉格光柵，用于反射殘余泵浦光，以使殘余泵浦光經由波分解復用器返回至摻鉺光纖進行再次吸收。
在本公開的一些實施例中，上述光纖放大器還包括第二光學支路，該第二光學支路包括定向耦合器和光環(huán)形器，其中：
光環(huán)形器，用于將摻鉺光纖再次吸收后剩余的部分殘余泵浦光，經由波分復用器傳輸至定向耦合器；
定向耦合器，用于將部分殘余泵浦光與泵浦源再次提供的泵浦光耦合后作為后續(xù)泵浦光。
因此，本實施例的結構可將摻鉺光纖未吸收的泵浦光返回至摻鉺光纖進行再次吸收，因此可高效利用泵浦光，實現(xiàn)光纖放大器的高增益；且本實施例的結構還可以包括定向耦合器和光環(huán)形器，從而可將摻鉺光纖未吸收的部分殘余泵浦光與泵浦源再次提供的泵浦光耦合后再次使用，實現(xiàn)未吸收泵浦光的多次再吸收，從而可進一步提高泵浦光的利用率，進一步增大光纖放大器的增益倍數(shù)，降低泵浦功耗。
在本公開的一些實施例中，上述布拉格光柵的周期結構與泵浦光的波長相匹配。具體的，布拉格光柵是利用光寫入技術在光纖中形成的一種周期性結構，該結構設計的理論依據(jù)為布拉格方程，以實現(xiàn)對泵浦光的反射傳輸。
在本公開的一些實施例中，上述光環(huán)形器為三端口無源器件，其中的一個端口僅作為輸入端，用于輸入泵浦源提供的泵浦光；其中的另外兩個端口作為輸入/輸出端。
在本公開的一些實施例中，上述光纖放大器還包括兩個光隔離器，其中：
兩個光隔離器的其中之一置于波分復用器和信號源之間，用于防止反向的自發(fā)輻射噪聲沿摻鉺光纖傳輸至信號源，從而保證信號源的穩(wěn)定輸出；
兩個光隔離器的其中另一置于波分解復用器遠離摻鉺光纖的一端，用于防止反饋光返回至光學主路，即防止可能的反饋返回到放大器，從而可避免放大器發(fā)生激射。
優(yōu)選地，該兩個光隔離器對偏振不敏感。
在本公開的一些實施例中，上述光纖放大器還包括兩個抽頭耦合器，其中：
兩個抽頭耦合器分別位于光學主路的兩端，用于比較信號光和輸出信號光，得到光纖放大器的增益倍數(shù)。
優(yōu)選地，上述兩個抽頭耦合器的分光比相等；根據(jù)通常設置，該兩個抽頭耦合器的分光比可以為99∶1至95∶5。
在本公開的一些實施例中，上述信號光的波長大于泵浦光的波長；優(yōu)選地，信號光的波長為1550nm，泵浦光的波長為980nm。因此，本實施例的光纖放大器可應用于光通信領域，且由于980nm波長的光子能量高，所以用其作為泵浦光產生的噪聲較低并且能得到較大的粒子數(shù)反轉，從而有利于實現(xiàn)高增益。
在本公開的一些實施例中，上述摻鉺光纖的長度與光纖放大器的增益放大倍數(shù)相匹配；優(yōu)選地，摻鉺光纖的長度有一最佳值，以使光纖放大器的增益放大倍數(shù)最大。這是因為摻鉺光纖作為增益介質，光纖長度會影響放大器增益，所以先理論計算出edfa增益和光纖長度的關系，從而確定光纖的最佳長度，以盡可能實現(xiàn)高增益。
以下通過具體實施例，對本公開提出的光纖放大器進行詳細描述。
實施例
如圖1所示，本實施例提供了一種基于泵浦光高效利用的低噪聲系數(shù)高增益光纖放大器，該光纖放大器包括泵浦源激光器1，抽頭耦合器2和8，光隔離器3和7，波分復用器4，摻鉺光纖5，波分解復用器6，光纖布拉格光柵9，光環(huán)形器10，定向耦合器11和信號光源12，其中：
泵浦源激光器1的發(fā)射的泵浦光波長為980nm，信號光源12發(fā)射的信號光的波長為1550nm；光環(huán)形器10是單向三端口無源器件，端口1僅作為輸入端口，端口2和3作為輸入/輸出端口，其中，從端口1的輸入從端口2輸出，從端口2的輸入從端口3輸出。具體的：
泵浦源激光器1，用于提供能量，泵浦光子直接激勵鉺離子能級中的基態(tài)電子到激發(fā)態(tài)，電子到達激發(fā)態(tài)后，會釋放一些能量并很快馳豫到受激輻射能級，在這個能級上，信號光子觸發(fā)它產生受激輻射，以產生新光子的形式釋放剩余的能量，新光子的波長等于信號光的波長，最終實現(xiàn)信號光的放大；
抽頭耦合器2和8，用于將輸入信號和放大的輸出信號進行比較，該兩個抽頭耦合器的分光比相等為97∶1，因此比較結果不受波長影響；
輸入端的光隔離器3，用于防止反向的自發(fā)輻射噪聲(ase)沿光纖返回影響信號源，使輸出光不穩(wěn)定；
輸出端的光隔離器7，用于防止可能的反饋(如輸出信號光的反饋)以避免放大器發(fā)生激射；
波分復用器4，用于將波長為1550nm的信號光和波長為980nm的泵浦光耦合共同輸入到摻餌光纖中實現(xiàn)信號光放大；
摻餌光纖5，作為增益介質；
波分解復用器6，用于將混合的1550nm信號光和未被完全利用的980nm泵浦光分開，一路作為信號光輸出；另一路輸入到光纖布拉格光柵9中；
光纖布拉格光柵9，用于反射未被完全吸收的980nm泵浦光，使其返回摻餌光纖進行再次激發(fā)鉺離子；
光環(huán)形器10，用于使反射回來的980nm殘余泵浦光定向傳輸?shù)江h(huán)形器的3端口，從而與原來的泵浦光耦合；
定向耦合器11，用于將泵浦光和反射回來的殘余泵浦光結合作為泵浦光。
具體地，1550nm波長的信號光通過抽頭耦合器、光隔離器輸入到波分復用器4中，此處光隔離器3用于防止反向的自發(fā)輻射噪聲(ase)沿光纖返回影響信號源，使輸出光不穩(wěn)定，980nm波長的泵浦源激光器1通過定向耦合器11和光環(huán)形器10傳輸?shù)讲ǚ謴陀闷?中，1550nm的信號光和980nm的泵浦光通過波分復用器4耦合，以相同的方向注入到摻雜光纖，即同向泵浦，泵浦光提供能量使摻鉺光纖中的鉺離子能級中的基態(tài)電子躍遷到激發(fā)態(tài)，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉，電子到達激發(fā)態(tài)后，會釋放一些能量并很快馳豫到受激輻射能級，在這個能級上，信號光子觸發(fā)它產生受激輻射，以產生新光子的形式釋放剩余的能量，新光子的波長等于信號光的波長，從而實現(xiàn)對信號光的放大。
摻鉺光纖5作為增益介質，摻雜鉺離子是為了使其工作在通信常用的c波段，此處信號光波長設為1550nm，波分解復用器6實現(xiàn)1550nm波長的光和未被利用的980nm波長的泵浦光的分離，其中1550nm的光經過光隔離器7和抽頭耦合器8輸出，此處的光隔離器7用于防止可能的反饋以避免放大器發(fā)生激射，具有相同抽光比的抽頭耦合器2和8能夠將輸入光功率和放大后的輸出光功率進行比較，進而得出放大器增益。
經過波分解復用器6分出的另一路波長為980nm的泵浦光輸入到光纖布拉格光柵9中，經過光纖布拉格光柵9的反射返回到摻鉺光纖5中，再一次激發(fā)鉺離子能級中的基態(tài)電子到激發(fā)態(tài)，從而在信號光的觸發(fā)下產生受激輻射，實現(xiàn)再一次的光放大；這次放大未被完全利用的980nm的泵浦光通過波分復用器4輸入到環(huán)形器10的2端口中，由于光環(huán)形器10的特性，泵浦光將從光環(huán)形器10的3端口輸出，光環(huán)形器10的3端口的輸出光與泵浦源激光器1的輸出光通過定向耦合器11耦合輸入到光環(huán)形器10的1端口中，端口1進則由端口2出，端口2的輸出光通過波分復用器進入到摻鉺光纖5中提供能量，所以在未增加泵浦功率即能耗的情況，實現(xiàn)了泵浦光的高效利用；
本實施例中的。在本實施例中，輸入光信號波長為1550nm，泵浦源激光器1的波長為980nm，980nm波長的光子能量高，所以用其作為泵浦光產生的噪聲較低并且能得到較大的粒子數(shù)反轉；抽頭耦合器2和8只要保證抽頭比相同即可；光隔離器3和7應該與偏振無關；波分復用器4和波分解復用器6是實現(xiàn)980nm和1550nm波長的光的耦合與分開的雙色性波長選擇耦合器；摻鉺光纖5作為增益介質，光纖長度會影響放大器增益，所以先理論計算出edfa增益和光纖長度的關系，從而確定光纖的最佳長度；光纖布拉格光柵9是利用光寫入技術在光纖中形成的一種周期性結構，可以實現(xiàn)對980nm光的反射傳輸；定向耦合器11是2×2的無源耦合器。根據(jù)光環(huán)形器10單向傳輸光的特性和定向耦合器11實現(xiàn)未被利用的泵浦光返回與原泵浦光耦合再次進入光纖，從而在未增加泵浦功率和級聯(lián)其他edfa的條件下，實現(xiàn)低噪聲系數(shù)高增益的光纖放大器。
綜上，通過本實施例提供的低噪聲系數(shù)高增益光纖放大器，可以在不增加泵浦功耗和噪聲系數(shù)的情況下，實現(xiàn)高增益的光放大，對于高速長距離的光纖通信系統(tǒng)中的光信號放大有很重要的意義。
以上所述的具體實施例，對本公開的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本公開的具體實施例而已，并不用于限制本公開，凡在本公開的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本公開的保護范圍之內。