專利名稱：光纖光柵增強的l波段雙通摻鉺光纖放大器的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種摻鉺光纖放大器，特別是一種光纖光柵增強的L波段雙通摻鉺光纖放大器。屬于光通訊領域。
背景技術：
隨著Internet數據傳輸的迅速增長，在系統中使用L波段(1565nm-1610nm)變得越來越重要，L波段摻鉺光纖放大器具有內在的增益平坦性能。但是，因為L波段摻鉺光纖放大器工作波長遠離鉺離子的輻射峰，其泵浦轉換效率相當低。盡管目前有些技術可有效提高L波段信號增益，但由于較高的成本或者較差的噪聲指數，在實際應用中的作用并不大。
經文獻檢索發現，馬來西亞大學物理系S.W.Harun，P.Poopalan，和H.Ahmad等人發表論文“Gain Enhancement in L-Band EDFA Through a Double-PassTechnique(通過雙通技術提高L波段摻鉺光纖放大器的增益)”，IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.14，NO.3，MARCH 2002(2002年3月發表于美國電子電氣工程學會光電子技術快報)。該文獻報道了L波段信號增益的提高可通過雙通技術實現。即在摻鉺光纖的輸出端連接一個環行器，將放大的信號沿反方向再次輸入摻鉺光纖進行二次放大，最終放大的信號利用第一個環行器的第三個輸出端口接入光譜分析儀進行測量。該結構使用98mW的980nm泵浦激光器以及50m長鉺離子濃度為400ppm的摻鉺光纖，與單通結構相比，當輸入-20dBm的1570nm信號光時，可提高增益約11dB，噪聲指數劣化約2dB。因其噪聲指數偏高，尤其當泵浦功率較低的時候，當泵浦功率為60mW時，1580nm信號的噪聲指數高達10dB。這在某些應用場合是非常不利的。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種光纖光柵增強的L波段雙通摻鉺光纖放大器，使其具有低成本高性能的特點。本發明在雙通光路結構中通過插入一個光纖布拉格光柵來提高L波段信號的增益并且降低信號的噪聲指數，從而解決上述兩個存在于傳統的L波段摻鉺光纖放大器中的問題，即既能有效提高L波段的增益，由于光柵反射了一部分C波段自發輻射從而抑制了后向自發輻射，可以得到較低的噪聲指數，更重要的是系統的成本可以得到有效降低。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括光環行器、光纖反射鏡、光纖布拉格光柵、980nm/1550nm波長選擇耦合器、摻鉺光纖、980nm泵浦激光器、可調諧激光器、光譜分析儀，其連接方式為可調諧激光器的輸出連接到光環行器的a端口，光環行器的b端口連接到光纖布拉格光柵，光纖布拉格光柵的另一端連接到980nm/1550nm波長選擇耦合器的1550nm端口，980nm/1550nm波長選擇耦合器的980nm端口則連接980nm泵浦激光器，波長選擇耦合器的另一端連接摻鉺光纖，摻鉺光纖的另一端連接光纖反射鏡，光環行器的c端口輸出連接到光譜分析儀。
本發明所用信號光由可調諧激光器提供，也可由波長固定的單一波長激光器提供，為了得到較小的輸入信號功率，可在可調諧激光器輸出端連接衰減器降低信號功率，光衰減器可由多個分光比的耦合器級聯而成或按各損耗熔接光纖跳線而成。信號光從環行器a端進入b端輸出，光纖布拉格光柵將C波段自發輻射中的1553nm光的90％功率反射進摻鉺光纖作為中間泵浦放大L波段信號，1550/980的波長選擇耦合器，將信號光和激光耦合在一起輸入摻鉺光纖，半導體激光二極管輸出60mw的980nm泵浦光，光纖反射鏡將未吸收完的1553nmC波段光以及被放大的L波段信號光反射回摻鉺光纖對信號光進行二次放大，最終放大信號光從環行器b端進入c端輸出，然后從光環行器的c端口輸出連接到光譜分析儀，光譜分析儀用于測試輸入輸出信號光功率、增益及噪聲指數。
本發明所使用的光纖布拉格光柵的反射波長為1553nm，由于1553nm向L波段信號轉化的效率比較低，因此在前向通過摻鉺光纖后，從摻鉺光纖輸出的光除了被放大L波段信號光外，還包括很大一部分1553nm光功率。光纖反射鏡將這兩部分光功率同時反射回摻鉺光纖，此時泵浦激光器相當于對L波段信號光進行后向泵浦放大，1553nm光功率則作為附加泵浦對L波段信號光進行前向放大，轉化為L波段信號。如果使用其它反射波長的光柵，如向L波段信號轉換效率較高的C波段波長，則信號正向通過摻鉺光纖后，輸出光中只有被放大的L波段信號，光纖反射鏡將信號光反射回摻鉺光纖，泵浦激光器對信號光進行后向放大。在實際應用中，可改變光纖布拉格光柵的反射波長，選擇合適的反射波長以及反射率，摻鉺光纖放大器的性能可以得到進一步優化。
本發明結構中所使用的泵浦激光器、摻鉺光纖、光纖布拉格光柵以及光纖反射鏡的參數不是唯一的、固定的，在實際使用中可根據需要做相應的變動，如泵浦激光可由980nm泵浦激光器或者1480nm泵浦激光器提供，而且泵浦功率可調；摻鉺光纖的長度可改變而且可使用其它摻雜光纖；光纖布拉格光柵可由可調諧反射型濾波器替代，可改變其反射波長和反射率；光纖反射鏡可采用在摻鉺光纖末端鍍反射膜實現，也可用一個光環行器替代。
與傳統的L波段摻鉺光纖放大器相比，本發明使摻鉺光纖放大器的成本可以得到有效降低，利用較低泵浦功率及較短摻鉺光纖不僅能得到較高的增益和較低的噪聲指數，而且由于經濟使用泵浦功率和摻鉺光纖長度，其成本優勢也是相當明顯的。改變光纖布拉格光柵的反射波長，選擇合適的反射波長以及反射率，摻鉺光纖放大器的性能可以進一步優化。因此該結構在摻鉺光纖放大器的實際應用中將非常有競爭力。
圖1本發明結構示意圖具體實施方式
如圖1所示，本發明包括可調諧激光器1、光環行器2、光纖布拉格光柵3、980/1550nm波長選擇耦合器4、980nm泵浦激光器5、摻鉺光纖6、光纖反射鏡7、光譜分析儀8，其連接方式為光環行器2和光纖反射鏡7構成雙通結構，可調諧激光器1的輸出連接到光環行器2的a端口，光環行器2的b端口連接到光纖布拉格光柵3，光纖布拉格光柵3的另一端連接到980/1550nm波長選擇耦合器4的1550nm端口，980/1550nm波長選擇耦合器4的980nm端口則連接980nm泵浦激光器5；波長選擇耦合器4的另一端連接摻鉺光纖6，摻鉺光纖6的另一端連接光纖反射鏡7，光環行器2的c端口輸出連接到光譜分析儀8。
光纖布拉格光柵3或者為可調諧反射型濾波器。光纖反射鏡7或者采用在摻鉺光纖末端鍍反射膜，或者為一個光環行器。摻鉺光纖的長度和類型根據不同輸出功率和增益需求進行調整。980nm泵浦激光器5或者由1480nm泵浦激光器代替。可調諧激光器1前的光衰減器由多個分光比的耦合器級聯而成或按各損耗熔接光纖跳線而成。可調諧激光器1為波長固定的單一波長或可調諧多波長激光器。
以下結合實施例對本發明作進一步的說明首先，按圖1所示連接裝置，使用一個帶有光衰減器的可調諧激光源作為L波段信號輸入源。其中光纖布拉格光柵3的反射波長為1553nm，反射率為90％，反射3dB帶寬為0.2nm所用摻鉺光纖長度為70m，摻鉺濃度為240ppm。為了便于理解本發明的優點，還測量了另外三種結構的實驗結果。型號1是無光柵單通結構，該結構可通過在新結構中取出光纖布拉格光柵，同時用兩個光隔離器分別取代光纖布拉格光柵和光纖耦合器得到；型號2是有光柵單通結構，該結構是在型號1的基礎上插入一個光纖布拉格光柵；型號3是無光柵雙通結構，該結構可通過從新結構中直接取出光纖布拉格光柵得到；型號4即本發明所使用的有光柵雙通結構。在型號1和2中，光譜分析儀是連接到第二個隔離器的輸出端口；而在型號3和4中，光譜分析儀連接到光纖耦合器的第三個輸出端口。在本實驗中，所有結構的測量結構都是在相同的實驗條件下進行。輸入輸出信號的光功率、增益及噪聲指數由光譜分析儀測量得出。下面結合不同的波長和不同的光功率輸入作為實施例來分析說明本發明的特性。
在60mW的泵浦功率條件下，輸入-20dBm的1580nm信號對四種結構進行測量。型號1、2、3、4中，1580nm的輸出功率分別為-16.06dBm、-4.19dBm、-8.97dBm、0.04dBm。型號1的增益很低，只有4dB，因為對此結構而言泵浦效率比較低。型號2中，一個反射波長為1553nm的光纖布拉格光柵反射了一部分自發輻射進入摻鉺光纖作為二級泵浦。與型號1相比，1580nm的增益提高了約12dB，但1553nm光的輸出功率相當強，達到-9.36dBm，這將影響L波段信號的接收。如果增加摻鉺光纖的長度，1553nm的光可以被完全吸收，并且轉化為放大的L波段信號光，但這種技術是不經濟的。型號3利用雙通技術來放大L波段信號，但后向的自發輻射太強，因而導致放大信號的噪聲指數很高。而型號4的結構綜合了型號2和3的優點，在此結構中，1580nm的增益高達20dB，并且由于FRM將剩余的1553nm光反射回摻鉺光纖進行再次吸收，在輸出光譜中不再含有此波長功率。值得一提的是，由于被反射進摻鉺光纖中的1553nm光抑制了后向自發輻射，型號4中的后向自發輻射功率水平比型號3低約9dB，因此該結構同時也能得到較低的噪聲指數。
權利要求
1.一種光纖光柵增強的L波段雙通摻鉺光纖放大器，包括可調諧激光器(1)、光環行器(2)、980/1550nm波長選擇耦合器(4)、980nm泵浦激光器(5)、摻鉺光纖(6)、光譜分析儀(8)，其特征在于還包括光纖布拉格光柵(3)、光纖反射鏡(7)，其連接方式為光環行器(2)和光纖反射鏡(7)構成雙通結構，可調諧激光器(1)的輸出連接到光環行器(2)的a端口，光環行器(2)的b端口連接到光纖布拉格光柵(3)，光纖布拉格光柵(3)的另一端連接到980/1550nm波長選擇耦合器(4)的1550nm端口，980/1550nm波長選擇耦合器(4)的980nm端口則連接980nm泵浦激光器(5)，波長選擇耦合器(4)的另一端連接摻鉺光纖(6)，摻鉺光纖(6)的另一端連接光纖反射鏡(7)，光環行器(2)的c端口輸出連接到光譜分析儀(8)。
2.根據權利要求1所述的光纖光柵增強的L波段雙通摻鉺光纖放大器，其特征是，光纖布拉格光柵(3)或者為可調諧反射型濾波器。
3.根據權利要求1所述的光纖光柵增強的L波段雙通摻鉺光纖放大器，其特征是，光纖反射鏡(7)或者采用在摻鉺光纖(6)末端鍍反射膜，或者為一個光環行器。
4.根據權利要求1或3所述的光纖光柵增強的L波段雙通摻鉺光纖放大器，其特征是，摻鉺光纖(6)的長度和類型根據輸出功率和增益需求進行調整。
5.根據權利要求1所述的光纖光柵增強的L波段雙通摻鉺光纖放大器，其特征是，980nm泵浦激光器(5)或者由1480nm泵浦激光器代替。
6.根據權利要求1所述的光纖光柵增強的L波段雙通摻鉺光纖放大器，其特征是，可調諧激光器(1)前的光衰減器由多個分光比的耦合器級聯而成或按各損耗熔接光纖跳線而成。
7.根據權利要求1所述的光纖光柵增強的L波段雙通摻鉺光纖放大器，其特征是，可調諧激光器(1)為波長固定的單一波長或可調諧多波長激光器。
全文摘要
一種光纖光柵增強的L波段雙通摻鉺光纖放大器，屬于光通訊領域。本發明包括光環行器、光纖反射鏡、光纖布拉格光柵、980nm/1550nm波長選擇耦合器、摻鉺光纖、980nm泵浦激光器、可調諧激光器、光譜分析儀，可調諧激光器輸出連接到光環行器的a端口，光環行器b端口連接到光纖布拉格光柵，光纖布拉格光柵另一端連接到980nm/1550nm波長選擇耦合器的1550nm端口，980nm/1550nm波長選擇耦合器980nm端口則連接980nm泵浦激光器，波長選擇耦合器另一端連接摻鉺光纖，摻鉺光纖另一端連接光纖反射鏡，光環行器c端口連接到光譜分析儀。本發明利用較低泵浦功率及較短摻鉺光纖得到高的小信號增益和低的噪聲指數，改變光纖布拉格光柵反射波長，選擇合適的反射波長以及反射率，本發明的性能可進一步優化。
文檔編號G02F1/35GK1540429SQ20031010830
公開日2004年10月27日 申請日期2003年10月30日 優先權日2003年10月30日
發明者詹黎, 義理林, 詹 黎 申請人:上海交通大學