本實(shí)用新型涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光子晶體光纖級(jí)聯(lián)的拉曼放大器。

背景技術(shù)：

光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)，由于受到光纖損耗、色散等作用，光脈沖幅度會(huì)下降，波形會(huì)失真。所以當(dāng)傳輸距離很大時(shí)，就需要在傳輸線路上加中繼器，將衰減的光信號(hào)放大，達(dá)到遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪康?。在放大器誕生之前，信號(hào)是通過光-電-光中繼再生來完成長距離傳輸?shù)?，大量的電中繼器不僅增加了網(wǎng)絡(luò)的成本，還帶來可靠性差，維護(hù)困難等問題。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，光放大器的出現(xiàn)能夠讓系統(tǒng)從這種尷尬的局面中解脫出來，通過提高信號(hào)發(fā)射功率和補(bǔ)償傳輸中的功率損失而延長無電中繼的傳輸距離，從而大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了成本；另外光放大器能夠同時(shí)透明放大多路高速WDM信號(hào)，實(shí)現(xiàn)寬帶、大容量的信號(hào)傳輸。光放大器不僅是全光網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)關(guān)鍵器件，同時(shí)也是密集波分復(fù)用系統(tǒng)的重要組成部分，因此其受到人們的廣泛關(guān)注。

在現(xiàn)有光纖放大器中，摻鉺光纖放大器(EDFA)可以實(shí)現(xiàn)多路波分復(fù)用信號(hào)的同時(shí)放大，但是其放大帶寬較窄，僅為C波段，并且其噪聲指數(shù)高，輸出增益較低，增益平坦度較差，不能滿足于當(dāng)代超高速度、超長距離、超大容量光纖通信系統(tǒng)的要求。而基于光子晶體光纖的拉曼放大器，其放大帶寬較寬，只要合適的選擇泵浦波長，就能實(shí)現(xiàn)任意波段的放大，并且其輸出信號(hào)增益高，增益平坦度小，響應(yīng)時(shí)間快，飽和輸出功率大且噪聲指數(shù)低，這對(duì)密集波分復(fù)用系統(tǒng)擴(kuò)容升級(jí)，降低成本和增加業(yè)務(wù)等具有十分重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

設(shè)計(jì)拉曼光纖放大器需要考慮的一個(gè)重要因素就是其增益平坦度，增益平坦度對(duì)于接收輸出的光信號(hào)影響很大，如果在輸出端得到的信號(hào)光增益不一致，不但會(huì)限制信號(hào)光的信噪比，而且還會(huì)導(dǎo)致WDM系統(tǒng)在輸出端引起串?dāng)_，所以良好的增益平坦度是放大器設(shè)計(jì)中必須考慮的。目前，實(shí)現(xiàn)拉曼放大器增益平坦最普遍的方法是利用多個(gè)泵浦源，此種設(shè)計(jì)方法大大的增加了系統(tǒng)的成本。而光纖級(jí)聯(lián)的方法能夠較好的平坦拉曼增益譜，因此，設(shè)計(jì)出來的拉曼光纖放大器不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且成本較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于光子晶體光纖級(jí)聯(lián)的拉曼放大器，實(shí)現(xiàn)了多路信號(hào)的增益平坦輸出，增益值高，增益帶寬寬，響應(yīng)速度快，噪聲指數(shù)低且易于耦合，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，實(shí)用性強(qiáng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型公開了如下技術(shù)方案：

一種基于光子晶體光纖級(jí)聯(lián)的拉曼放大器，連接于發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間，包括第一泵浦激光器、波分復(fù)用器、光隔離器、光纖光柵、第二泵浦激光器、合波器、波分解復(fù)用器、分別設(shè)置的多個(gè)光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)，多個(gè)光發(fā)射機(jī)的輸出端對(duì)應(yīng)通過多根第一光纖與波分復(fù)用器輸入端相連，第一泵浦激光器通過第二光纖與波分復(fù)用器的輸入端相連，波分復(fù)用器的輸出端通過第一段第三光纖與光隔離器的輸入端相連，光隔離器通過第四光纖連接用于對(duì)第一泵浦激光器產(chǎn)生連續(xù)激光進(jìn)行反射的光纖光柵，第一泵浦激光器產(chǎn)生連續(xù)激光經(jīng)過光纖光柵反射后反向傳輸，再經(jīng)過光隔離器濾除，光纖光柵的輸出端經(jīng)過第五光纖與合波器的輸入端相連，第二泵浦激光器通過第二段第二光纖與所述合波器輸入端相連，合波器的輸出端通過第二段第三光纖與波分解復(fù)用器相連，波分解復(fù)用器的輸出端通過多根第六光纖與多個(gè)光接收機(jī)相連，第二泵浦激光器經(jīng)過波分解復(fù)用器輸出。

進(jìn)一步的，多個(gè)光發(fā)射機(jī)的中心波長各不相同且多個(gè)光發(fā)射機(jī)中任意一個(gè)中心波長λ_i均大于第一泵浦激光器的中心波長λ_1p和所述第二泵浦激光器的中心波長λ_2p。

進(jìn)一步的，多個(gè)光發(fā)射機(jī)中任意一個(gè)的中心波長λ_i與所述第一泵浦激光器的中心波長λ_1p滿足頻移公式

式中，Δν為頻移量且其取值范圍為[8,12.6]THz，i為信道數(shù)且i的取值為1～N，N為信號(hào)光總數(shù)且為整數(shù)。

進(jìn)一步的，多個(gè)光發(fā)射機(jī)中任意一個(gè)的中心波長λ_i與所述第二泵浦激光器的中心波長λ_2p滿足頻移公式

式中，Δν為頻移量且其取值范圍為[14,16]THz，i為信道數(shù)且i的取值為1～N，N為信號(hào)光總數(shù)且為整數(shù)。

本實(shí)用新型公開的一種基于光子晶體光纖級(jí)聯(lián)的拉曼放大器，具有以下有益效果：

本實(shí)用新型是以光子晶體光纖作為增益介質(zhì)，采用光纖級(jí)聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高增益、低平坦度的拉曼光纖放大器，其結(jié)構(gòu)簡單，需要泵浦個(gè)數(shù)少，成本較低。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的原理框圖；

圖2是本實(shí)用新型的第三光纖的拉曼增益譜圖；

圖3是本實(shí)用新型的信號(hào)光功率隨光纖長度的變化規(guī)律圖；

圖4是本實(shí)用新型的光纖拉曼放大器最終輸出增益圖。

附圖標(biāo)記：1—光發(fā)射機(jī)；2—第一泵浦激光器；3—波分復(fù)用器；4—光隔離器；5—光纖光柵；6—第一光纖；7—第二光纖；8—第一段第三光纖；9—第四光纖；10—第五光纖；11—第二泵浦激光器；12—合波器；13—波分解復(fù)用器；14—光接收機(jī)；15—第二段第二光纖；16—第二段第三光纖；17—第六光纖。

具體實(shí)施方式

下面將對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

本實(shí)用新型的核心是提供一種基于光子晶體光纖級(jí)聯(lián)的拉曼放大器，實(shí)現(xiàn)了多路信號(hào)的增益平坦輸出，增益值高，增益帶寬寬，響應(yīng)速度快，噪聲指數(shù)低且易于耦合，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，實(shí)用性強(qiáng)。

請(qǐng)參見圖1。

一種基于光子晶體光纖級(jí)聯(lián)的拉曼放大器，連接于發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間，包括第一泵浦激光器2、波分復(fù)用器3、光隔離器4、光纖光柵5、第二泵浦激光器11、合波器12、波分解復(fù)用器13、分別設(shè)置的多個(gè)光發(fā)射機(jī)1和光接收機(jī)14，多個(gè)光發(fā)射機(jī)1的輸出端對(duì)應(yīng)通過多根第一光纖6與波分復(fù)用器3輸入端相連，第一泵浦激光器2通過第二光纖7與波分復(fù)用器3的輸入端相連，波分復(fù)用器3的輸出端通過第一段第三光纖8與光隔離器4的輸入端相連，光隔離器4通過第四光纖9連接用于對(duì)第一泵浦激光器2產(chǎn)生連續(xù)激光進(jìn)行反射的光纖光柵5，第一泵浦激光器2產(chǎn)生連續(xù)激光經(jīng)過光纖光柵5反射后反向傳輸，再經(jīng)過光隔離器4濾除，光纖光柵5的輸出端經(jīng)過第五光纖10與合波器12的輸入端相連，第二泵浦激光器11通過第二段第二光纖15與所述合波器12輸入端相連，合波器12的輸出端通過第二段第三光纖16與波分解復(fù)用器13相連，波分解復(fù)用器13的輸出端通過多根第六光纖17與多個(gè)光接收機(jī)14相連，第二泵浦激光器11經(jīng)過波分解復(fù)用器13輸出。

作為具體實(shí)施例，多個(gè)光發(fā)射機(jī)1的中心波長各不相同且多個(gè)光發(fā)射機(jī)中任意一個(gè)中心波長λ_i均大于第一泵浦激光器2的中心波長λ_1p和所述第二泵浦激光器11的中心波長λ_2p。

作為具體實(shí)施例，多個(gè)光發(fā)射機(jī)1中任意一個(gè)的中心波長λ_i與所述第一泵浦激光器2的中心波長λ_1p滿足頻移公式

式中，Δν為頻移量且其取值范圍為[8,12.6]THz，i為信道數(shù)且i的取值為1～N，N為信號(hào)光總數(shù)且為整數(shù)。

作為具體實(shí)施例，多個(gè)光發(fā)射機(jī)1中任意一個(gè)的中心波長λ_i與所述第二泵浦激光器11的中心波長λ_2p滿足頻移公式

式中，Δν為頻移量且其取值范圍為[14,16]THz，i為信道數(shù)且i的取值為1～N，N為信號(hào)光總數(shù)且為整數(shù)。

采用本實(shí)用新型進(jìn)行全光放大的方法，包括以下步驟：

步驟一：本實(shí)例中選擇中心波長為λ_p1＝1450nm，功率為P_p1＝0.9w的第一泵浦激光器2，第一泵浦激光器2輸出泵浦光經(jīng)過第二光纖7傳輸給波分復(fù)用器3；

步驟二：根據(jù)頻移計(jì)算公式計(jì)算多個(gè)中心波長各不相同的光發(fā)射機(jī)1所產(chǎn)生信號(hào)光的波長，其中λ_i為多個(gè)所述光發(fā)射機(jī)1中任意一個(gè)的中心波長，并將所述多個(gè)光發(fā)射機(jī)1輸出中心波長各不相同的信號(hào)光經(jīng)多根第一光纖6傳輸給波分復(fù)用器3；其中，Δν為頻移量且其取值范圍為[8,12.6]THz，這個(gè)取值范圍處于拉曼增益譜內(nèi)拉曼增益系數(shù)隨頻移增大而增大的范圍內(nèi)，本實(shí)施例中，選取各光發(fā)射機(jī)1發(fā)送信號(hào)光的波長范圍為1508nm～1544nm，且各波長間隔為1nm，光功率均為0.01mW；

步驟三：通過波分復(fù)用器3將第二光纖7傳輸?shù)乃龅谝槐闷止夂投喔谝还饫w6分別傳輸?shù)亩鄠€(gè)信號(hào)光耦合輸入到第一段第三光纖8中；

步驟四：所述第一泵浦光和多個(gè)信號(hào)光在第一段第三光纖8傳輸中發(fā)生受激拉曼散射效應(yīng)，使得多個(gè)信號(hào)光被放大后輸入進(jìn)光隔離器4，經(jīng)過第四光纖9傳輸?shù)焦饫w光柵5，第一泵浦光經(jīng)光纖光柵5反射后，進(jìn)入光隔離器4，最終將第一泵浦光濾除；本實(shí)施例中，選取光纖光柵5的中心波長與第一泵浦激光器2波長相同為1450nm；

步驟五：根據(jù)頻移計(jì)算公式選擇第二泵浦激光器11的中心波長，其中λ_i為多個(gè)所述光發(fā)射機(jī)1中任意一個(gè)的中心波長，第二泵浦激光器11輸出第二泵浦光并經(jīng)過第二段第二光纖15輸入合波器12，與經(jīng)過光纖光柵5反射后剩下多路信號(hào)光一起通過合波器12耦合到第二段第三光纖16中，Δν為頻移量且其取值范圍為[14,16]THz，這個(gè)取值范圍處于拉曼增益譜內(nèi)拉曼增益系數(shù)隨頻移增大而減小的范圍內(nèi)；本實(shí)施例中，第二泵浦激光器11的中心波長為λ_p2＝1410.2nm，泵浦光功率為P_p2＝0.36w；

步驟六：第二泵浦光和多個(gè)信號(hào)光在第二段第三光纖16中發(fā)生受激拉曼散射效應(yīng)，使得多個(gè)信號(hào)光得到增益補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)增益平坦；

步驟七：由于第一泵浦光和第二泵浦光波長不同，信號(hào)光波長相同，故頻移范圍發(fā)生變化，通過將兩段增益譜變化趨勢(shì)相反的光纖級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)較低的增益平坦度。本實(shí)例中，所述第一段第三光纖8和第二段第三光纖16的長度都為0.2km，在第一段第三光纖8中，即拉曼增益放大部分，頻移范圍的拉曼增益譜內(nèi)拉曼增益系數(shù)隨頻移的增大而增大，而在第二段第三光纖16中，即拉曼增益補(bǔ)償部分，頻移范圍的拉曼增益譜內(nèi)拉曼增益系數(shù)隨頻移的增大而減小，因此，多個(gè)信號(hào)光在第二段第三光纖16的輸出端幾乎得到了同等程度的放大，多個(gè)信號(hào)光光功率隨第三光纖長度的變化規(guī)律如圖3所示，從圖中可以看出，多個(gè)信號(hào)光光功率明顯的收斂于一點(diǎn)，橫坐標(biāo)表示光纖長度L，單位為千米km；縱坐標(biāo)表示光功率P，單位為瓦特W。

步驟八：波分解復(fù)用器13將經(jīng)過兩次放大的多個(gè)不同波長的信號(hào)光分離，其輸出的信號(hào)光功率幾乎相等。光接收機(jī)14將與其中心波長對(duì)應(yīng)的信號(hào)光接收。第二泵浦光也經(jīng)過波分解復(fù)用器13輸出，達(dá)到與信號(hào)光分離的目的。進(jìn)行增益補(bǔ)償后各個(gè)信號(hào)光獲得的最終增益如圖4所示，橫坐標(biāo)表示信號(hào)光波長λ，單位為微米μm；縱坐標(biāo)均表示增益G，單位為分貝dB；從圖4可以看出，經(jīng)過增益補(bǔ)償后各個(gè)信號(hào)光獲得的最終增益趨于相等，平均增益為21.25dB，增益平坦度為0.14dB。

仿真結(jié)果表明，所述光子晶體光纖拉曼放大器的增益帶寬為37nm，增益值高達(dá)21.25dB，增益平坦度僅為0.14dB，適用于當(dāng)代快速發(fā)展的光纖通信系統(tǒng)。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，而非對(duì)其限制；應(yīng)當(dāng)指出，盡管參照上述各實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，其依然可以對(duì)上述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或?qū)ζ渲胁糠只蛘呷考夹g(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改和替換，并不使相應(yīng)的技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。