專利名稱：一種單泵浦雙級(jí)放大的摻鉺光纖放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型有關(guān)一種摻鉺光纖放大器，特別是指一種采用兩級(jí)放大結(jié)構(gòu)、使用一個(gè)泵浦光源進(jìn)行單泵浦雙級(jí)放大的摻鉺光纖放大器。
背景技術(shù)：
在光纖通信系統(tǒng)中，利用摻鉺光纖放大器(Erbium Droped Fiber Amplifier，簡稱EDFA)可以不需將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，而直接對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大。EDFA主要由摻鉺光纖(Erbium Droped Fiber, EDF，簡稱鉺纖)，泵浦光源(980nm 或1480nm激光器)，光波分復(fù)用器和光隔離器等組成。信號(hào)放大的原理如圖5所示，當(dāng)信號(hào)光和泵浦光同時(shí)注入到摻鉺光纖里時(shí)，鉺離子(Er3+)在泵浦光的作用下從基態(tài)m激發(fā)到高能級(jí)N2上，并很快衰變到亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)N3上，在亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)N3上積累電子，造成電子數(shù)多于基態(tài)，即形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在入射信號(hào)光的作用下，處于亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)N3的鉺離子迅速躍遷到基態(tài)m并發(fā)出信號(hào)光的光子(即受激輻射)，使信號(hào)光得到放大。EDFA的主要特性指標(biāo)是增益與噪聲。摻鉺光纖放大器的目的是提供增益，其增益定義為輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的比值， 增益可以看作是兩個(gè)信號(hào)值之差，表達(dá)式為G = IOLoglO (Pout/Pin) 0如圖6所示，EDFA的增益分為小信號(hào)增益和飽和增益兩種情況，當(dāng)泵浦光功率很強(qiáng)，信號(hào)光功率很弱的時(shí)候，上下級(jí)粒子反轉(zhuǎn)程度很高，沿著摻鉺光纖的長度方向上，泵浦功率逐漸轉(zhuǎn)化為信號(hào)光的功率，EDFA增益將達(dá)到一個(gè)很高的值，這種增益稱為小信號(hào)增益。 隨著入射光功率的逐漸增大，上能級(jí)的鉺離子的增加將因不足以補(bǔ)償損耗而減少，增益也將不能維持初始值而逐漸下降，此時(shí)EDFA進(jìn)入飽和狀態(tài)，所以對(duì)給定的泵浦光功率，EDFA 最大增益對(duì)應(yīng)一個(gè)最佳的摻鉺光纖長度值，當(dāng)摻鉺光纖長度超過最佳值時(shí)增益會(huì)迅速下降，多余的摻鉺光纖部分會(huì)起到吸收放大信號(hào)的作用。如圖6中曲線上的一點(diǎn)對(duì)應(yīng)增益為Gtl，在POTTS點(diǎn)之后EDFA進(jìn)入飽和區(qū)域，增益迅速下降。EDFA的另外一個(gè)重要參數(shù)是噪聲，噪聲的產(chǎn)生是因?yàn)樵谛盘?hào)放大過程中，亞穩(wěn)態(tài)的粒子不僅會(huì)以受激輻射的方式躍遷到基態(tài)，還會(huì)以自發(fā)輻射的方式躍遷到基態(tài)，所產(chǎn)生的光子在沿途又被不斷放大，形成放大的自發(fā)輻射(Amplified Spontaneous Emission, ASE)，由于ASE在信號(hào)放大期間疊加到信號(hào)光上，它與信號(hào)光相互作用會(huì)產(chǎn)生更大的噪聲， 所以噪聲的大小跟泵浦光功率和摻鉺光纖的長度有關(guān)摻鉺光纖越長，噪聲(NF)越大；泵浦光功率增加，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)增加，噪聲降低；當(dāng)泵浦光使EDFA飽和，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)達(dá)到最大值時(shí)，噪聲趨于一恒定值。放大器的增益和噪聲是系統(tǒng)應(yīng)用的最根本的因素，為了同時(shí)得到高增益和低噪聲的信號(hào)光，利用噪聲指數(shù)與增益的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在實(shí)際制作放大器時(shí)通常采用級(jí)聯(lián)放大器的形式，其中又以兩級(jí)級(jí)聯(lián)最為常見，兩級(jí)級(jí)聯(lián)光放大器中，第一級(jí)泵浦在高粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)下，保證高增益和低噪聲，第二級(jí)泵浦主要在于提高輸出功率。傳統(tǒng)的EDFA級(jí)聯(lián)通常采用兩級(jí)直連的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖1所示，每一級(jí)都由泵浦激光器，合波器和增益介質(zhì)鉺纖組成，兩級(jí)之間通過隔離器來減小反向ASE的影響，圖中實(shí)線為信號(hào)光，虛線為泵浦光。但是雙級(jí)結(jié)構(gòu)也有其固有的一些缺陷，由于泵浦激光器是EDFA的主要部件，這種結(jié)構(gòu)會(huì)很大程度上增加產(chǎn)品成本，并且雙激光器同時(shí)工作會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，影響產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性，其中一個(gè)激光器在使用中老化的話也會(huì)影響整體的性能，同時(shí)從結(jié)構(gòu)上來說，兩個(gè)激光器的設(shè)計(jì)不利于產(chǎn)品小型化的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種成本低、體積小、采用一個(gè)泵浦激光器進(jìn)行單泵浦雙級(jí)放大的摻鉺光纖放大器。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種單泵浦雙級(jí)放大的摻鉺光纖放大器，其包括有第一級(jí)放大部分、第二級(jí)放大部分及連接部分，所述第一級(jí)放大部分包括有一個(gè)能產(chǎn)生泵浦光的高功率的泵浦激光器及能對(duì)輸入的信號(hào)光進(jìn)行第一級(jí)放大的第一級(jí)鉺纖；所述第二級(jí)放大部分包括有能對(duì)信號(hào)光進(jìn)行第二級(jí)放大的第二級(jí)鉺纖，所述第一級(jí)放大部分與所述第二級(jí)放大部分之間通過所述連接部分連接。所述第一級(jí)放大部分還包括第一光隔離器及第一合波器，所述泵浦激光器的輸出端連接到所述第一合波器的第二輸入端，信號(hào)光傳輸?shù)剿龅谝还飧綦x器的輸入端，所述第一光隔離器的輸出端連接到所述第一合波器的第一輸入端，所述第一合波器的輸出端連接所述第一級(jí)鉺纖。所述第二級(jí)放大部分還包括有第二合波器與第二光隔離器，該第二合波器的輸出端連接到所述第二級(jí)鉺纖的輸入端，所述第二級(jí)鉺纖的輸出端連接到所述第二隔離器的輸入端，所述第二隔離器的輸出端為信號(hào)光的輸出，所述第一級(jí)鉺纖通過所述連接部分連接所述第二合波器。所述連接部分包括有第三光隔離器及用以分開信號(hào)光和泄露的泵浦光的分波器， 所述第一級(jí)鉺纖的輸出端連接到所述分波器的輸入端，所述信號(hào)光通過所述分波器的第一輸出端傳輸?shù)剿龅谌飧綦x器的輸入端，再由所述第三光隔離器傳輸?shù)剿龅诙喜ㄆ鞯牡谝惠斎攵?，再由所述第二合波器耦合進(jìn)所述第二級(jí)鉺纖，泄露的泵浦光由所述分波器的第二輸出端傳輸?shù)剿龅诙喜ㄆ鞯牡诙斎攵?，再由所述第二合波器耦合進(jìn)所述第二級(jí)鉺纖。利用本實(shí)用新型的單泵浦雙級(jí)放大的摻鉺光纖放大器，可以實(shí)現(xiàn)放大器結(jié)構(gòu)高增益、低噪聲的效果，并可以使放大器體積小，以降低成本。

圖1為傳統(tǒng)的雙泵浦雙級(jí)光放大器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型單泵浦雙級(jí)放大的摻鉺光纖放大器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型中的信號(hào)光與泵浦光在兩級(jí)之間的傳遞示意圖；圖4為本實(shí)用新型中的信號(hào)光和泵浦光能量經(jīng)過每一級(jí)后的變化示意圖；圖5為EDF能級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為小信號(hào)增益和飽和增益的狀態(tài)曲線。
具體實(shí)施方式
為便于對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)及達(dá)到的效果有進(jìn)一步的了解，現(xiàn)結(jié)合附圖并舉較佳實(shí)施例詳細(xì)說明如下。如圖2所示，本實(shí)用新型單泵浦雙級(jí)放大的摻鉺光纖放大器包括有第一級(jí)放大部分A、第二級(jí)放大部分B及連接部分C。該第一級(jí)放大部分A包括有一個(gè)能產(chǎn)生泵浦光的高功率的泵浦激光器1及能對(duì)輸入的信號(hào)光進(jìn)行第一級(jí)放大的第一級(jí)鉺纖4 ；該第二級(jí)放大部分包括有能對(duì)信號(hào)光進(jìn)行第二級(jí)放大的第二級(jí)鉺纖8，該第一級(jí)放大部分A與第二級(jí)放大部分B之間通過該連接部分C連接。圖中實(shí)線為信號(hào)光，虛線為泵浦光。其中第一級(jí)放大部分A還包括第一光隔離器2及第一合波器3，該泵浦激光器1的輸出端連接到第一合波器3的第二輸入端，輸入光(即信號(hào)光)傳輸?shù)降谝还飧綦x器2的輸入端，第一光隔離器2的輸出端連接到第一合波器3的第一輸入端，第一合波器3的輸出端連接第一級(jí)鉺纖4，工作的時(shí)候，信號(hào)光和泵浦光分別從第一合波器3的第一輸入端和第二輸入端耦合到第一級(jí)鉺纖4中，在第一級(jí)鉺纖4中實(shí)現(xiàn)泵浦光和信號(hào)光能量的轉(zhuǎn)移。第二級(jí)放大部分B還包括有第二合波器7與第二光隔離器9，第二合波器7的輸出端連接到第二級(jí)鉺纖8的輸入端，第二級(jí)鉺纖8的輸出端連接到第二隔離器9的輸入端，第二隔離器9的輸出端即信號(hào)的輸出，輸出經(jīng)過二次放大的信號(hào)光。連接部分C包括有分波器5及第三光隔離器6，其中第一級(jí)鉺纖4的輸出端連接到分波器5的輸入端，分波器5將放大后的信號(hào)光和泄露泵浦光分開，其中信號(hào)光通過分波器5的第一輸出端傳輸?shù)降谌飧綦x器6的輸入端，再由第三光隔離器6傳輸?shù)降诙喜ㄆ?的第一輸入端，再由第二合波器7耦合進(jìn)第二級(jí)鉺纖8，泄露的泵浦光由分波器5的第二輸出端傳輸?shù)降诙喜ㄆ?的第二輸入端，再由第二合波器7耦合進(jìn)第二級(jí)鉺纖8，信號(hào)光分別通過分波器5和第二合波器7耦合到第二級(jí)鉺纖8中，其中信號(hào)光經(jīng)過第三光隔離器6的作用減小第二級(jí)放大部分B反向ASE的影響。本實(shí)用新型中的泵浦激光器1用來提供第一級(jí)和第二級(jí)的泵浦光能量；光隔離器可防止反向光對(duì)EDF和信號(hào)光產(chǎn)生影響；合波器能將信號(hào)光和泵浦光的能量耦合到EDF中； 分波器5可將信號(hào)光和泵浦光分出；第一級(jí)鉺纖4與第二級(jí)鉺纖8作為增益介質(zhì)，能將泵浦光轉(zhuǎn)化為信號(hào)光，如圖3所示信號(hào)光與泵浦光在兩級(jí)之間的傳遞示意圖，其中泵浦光經(jīng)過兩級(jí)鉺纖后大部分轉(zhuǎn)化為信號(hào)光。本實(shí)用新型的放大結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)在于第一級(jí)放大部分A處于未完全泵浦狀態(tài)，所以選擇合適的鉺纖長度是實(shí)現(xiàn)本產(chǎn)品的關(guān)鍵所在，具體實(shí)施的方式如下通常情況下，第一級(jí)放大部分A的泵浦激光器1的能量應(yīng)使EDF中鉺離子處于一種完全粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的狀態(tài)，假設(shè)泵浦激光器為500mW的980nm的激光器，那么第一級(jí)鉺纖4 的長度應(yīng)該小于使它工作在500mW對(duì)應(yīng)的最佳的EDF的長度，此時(shí)980nm泵浦能量高，信號(hào)小，鉺離子處于完全粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的狀態(tài)，增益大而噪聲小，通常情況下為了使第二級(jí)鉺纖8 有充分的激光泵浦，將鉺纖的長度設(shè)計(jì)為使泵浦光泄露的能量為總激光器輸出的一半的時(shí)候(根據(jù)增益最大化和噪聲最小化原則可以調(diào)整功率大小)。將第一級(jí)放大部分A泄露的泵浦光耦合到第二級(jí)鉺纖8中后，第二級(jí)鉺纖8應(yīng)該選擇使980nm光完全泵浦情況下的EDF的長度，此時(shí)EDFA達(dá)到最大的增益，如圖4所示信號(hào)光和泵浦光能量經(jīng)過每一級(jí)后的變化示意圖。兩級(jí)EDF的長度選定后，按照?qǐng)D2的結(jié)構(gòu)連接好其它的光學(xué)器件，高增益，低噪聲，低成本和高可靠性的單泵浦雙級(jí)放大的鉺纖放大器制作完成。 以上所述，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種單泵浦雙級(jí)放大的摻鉺光纖放大器，其包括有第一級(jí)放大部分、第二級(jí)放大部分及連接部分，其特征在于，所述第一級(jí)放大部分包括有一個(gè)能產(chǎn)生泵浦光的高功率的泵浦激光器及能對(duì)輸入的信號(hào)光進(jìn)行第一級(jí)放大的第一級(jí)鉺纖；所述第二級(jí)放大部分包括有能對(duì)信號(hào)光進(jìn)行第二級(jí)放大的第二級(jí)鉺纖，所述第一級(jí)放大部分與所述第二級(jí)放大部分之間通過所述連接部分連接。
2.如權(quán)利要求1所述的單泵浦雙級(jí)放大的摻鉺光纖放大器，其特征在于，所述第一級(jí)放大部分還包括第一光隔離器及第一合波器，所述泵浦激光器的輸出端連接到所述第一合波器的第二輸入端，信號(hào)光傳輸?shù)剿龅谝还飧綦x器的輸入端，所述第一光隔離器的輸出端連接到所述第一合波器的第一輸入端，所述第一合波器的輸出端連接所述第一級(jí)鉺纖。
3.如權(quán)利要求2所述的單泵浦雙級(jí)放大的摻鉺光纖放大器，其特征在于，所述第二級(jí)放大部分還包括有第二合波器與第二光隔離器，該第二合波器的輸出端連接到所述第二級(jí)鉺纖的輸入端，所述第二級(jí)鉺纖的輸出端連接到所述第二隔離器的輸入端，所述第二隔離器的輸出端為信號(hào)光的輸出，所述第一級(jí)鉺纖通過所述連接部分連接所述第二合波器。
4.如權(quán)利要求3所述的單泵浦雙級(jí)放大的摻鉺光纖放大器，其特征在于，所述連接部分包括有第三光隔離器及用以分開信號(hào)光和泄露的泵浦光的分波器，所述第一級(jí)鉺纖的輸出端連接到所述分波器的輸入端，所述信號(hào)光通過所述分波器的第一輸出端傳輸?shù)剿龅谌飧綦x器的輸入端，再由所述第三光隔離器傳輸?shù)剿龅诙喜ㄆ鞯牡谝惠斎攵耍儆伤龅诙喜ㄆ黢詈线M(jìn)所述第二級(jí)鉺纖，泄露的泵浦光由所述分波器的第二輸出端傳輸?shù)剿龅诙喜ㄆ鞯牡诙斎攵耍儆伤龅诙喜ㄆ黢詈线M(jìn)所述第二級(jí)鉺纖。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種單泵浦雙級(jí)放大的摻鉺光纖放大器，其包括有第一級(jí)放大部分、第二級(jí)放大部分及連接部分，所述第一級(jí)放大部分包括有一個(gè)能產(chǎn)生泵浦光的高功率的泵浦激光器及能對(duì)輸入的信號(hào)光進(jìn)行第一級(jí)放大的第一級(jí)鉺纖；所述第二級(jí)放大部分包括有能對(duì)信號(hào)光進(jìn)行第二級(jí)放大的第二級(jí)鉺纖，所述第一級(jí)放大部分與所述第二級(jí)放大部分之間通過所述連接部分連接。利用本實(shí)用新型的單泵浦雙級(jí)放大的摻鉺光纖放大器，可以實(shí)現(xiàn)放大器結(jié)構(gòu)高增益、低噪聲的效果，并可以使放大器體積小，以降低成本。
文檔編號(hào)H01S3/094GK202217909SQ20112031516
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者李敏杰 申請(qǐng)人:武漢奧新科技有限公司