CN203551924U - 一种掺铒光子晶体光纤放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于光放大器技术领域，提供了一种掺铒光子晶体光纤放大器，包括泵浦光源、第一隔离器、耦合器、光纤环形器、波分复用器、掺铒光子晶体光纤和第二隔离器；所述泵浦光源与所述波分复用器相连，用于发出泵浦掺铒光子晶体光纤的泵浦光；所述第一隔离器与耦合器相连，用于使输入的信号光单向传输；所述耦合器将信号光分成两部分，一部分信号光通过波分复用器耦合到掺铒光子晶体光纤中，另一部分信号光通过光纤环形器返回到掺铒光子晶体光纤中进行放大；所述掺铒光子晶体光纤在所述泵浦光的作用下实现对信号光的放大。所述的掺铒光子晶体光纤放大器结构简单、成本低、操作方便且可以提高放大增益和降低噪声系数。

Description

一种掺铒光子晶体光纤放大器

技术领域

本实用新型属于光放大器技术领域，尤其涉及一种掺铒光子晶体光纤放大器。

背景技术

目前在实际中用于光纤通信的光放大器有半导体激光放大器、非线性光纤放大器和掺杂光纤放大器等。其中掺杂光纤放大器在光纤通信中起着十分重要的作用，掺杂光纤放大器利用掺杂离子在泵浦光作用下形成粒子数反转分布，当有入射光信号通过时实现对入射光信号的放大作用。掺杂光纤放大器是目前最为成熟，应用最成功和最广泛的光放大器。

但目前的掺杂光纤放大器由于放大增益不够平坦，噪声系数大、输出功率小而满足不了实际使用的要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种掺铒光子晶体光纤放大器，旨在解决现有技术中的光纤放大器增益不够平坦、噪声系数大的问题。

本实用新型是这样实现的，一种掺铒光子晶体光纤放大器，包括泵浦光源、第一隔离器、耦合器、光纤环形器、波分复用器、掺铒光子晶体光纤和第二隔离器；

所述泵浦光源的输出端连接所述波分复用器的输入端，用于产生可泵浦掺铒光子晶体光纤的泵浦光，并把所述泵浦光通过所述波分复用器输送到所述掺铒光子晶体光纤；

所述第一隔离器的输入端作为信号光的输入端，输出端连接所述耦合器的输入端，用于使输入的信号光单向传输；

所述耦合器的第一输出端连接所述波分复用器的输入端，所述耦合器的第二输出端连接所述光纤环形器，用于将通过的信号光分成两部分，其中一部分信号光通过所述波分复用器耦合到掺铒光子晶体光纤中，另一部分信号光为反向自发辐射光通过所述光纤环形器返回到所述掺铒光子晶体光纤中进行放大；

所述波分复用器的输出端连接掺铒光子晶体光纤，将所述泵浦光耦合到掺铒光子晶体光纤中；

所述掺铒光子晶体光纤在所述泵浦光的作用下实现对信号光的放大；

所述第二隔离器的输入端与所述掺铒光子晶体光纤的输出端相连，输出端作为信号光的输出端，使信号光单向传输且确保无反向光返回。

进一步地，所述掺铒光子晶体光纤放大器还包括滤波器，所述滤波器连接在所述掺铒光子晶体光纤和所述第二隔离器之间，用于滤除除中心波长之外的光。

进一步地，所述泵浦光源为发出的泵浦光波长为980nm的可调光源。

进一步地，所述耦合器的耦合比为10：90。

进一步地，所述波分复用器为980/1550的波分复用器。

进一步地，所述掺铒光子晶体光纤的长度为9m，铒离子掺杂浓度为1000ppm。

进一步地，所述滤波器的中心波长为1530nm。

本实用新型所述的掺铒光子晶体光纤放大器使用掺铒光子晶体光纤作为放大媒质，在泵浦光源的作用下实现放大，并且利用反向自发辐射光加强信号输入，从而得到更好效果的增益和更小的噪声系数。同时所述的掺铒光子晶体光纤放大器结构简单，成本低，操作方便。

附图说明

图1是本实用新型掺铒光子晶体光纤放大器的连接示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型所述的掺铒光子晶体光纤放大器通过掺铒光子晶体光纤作为放大媒质在泵浦光源的作用下实现信号光的放大，同时使用光纤环形器将反向ASE噪声（即反向自发辐射光）返回到掺铒光子晶体光纤中再次进行放大，使用隔离器使信号光单向传输等可以得到高增益、噪声系数小的放大信号光。

如图1所示，一种掺铒光子晶体光纤放大器，包括泵浦光源101、第一隔离器102、耦合器103、波分复用器104、掺铒光子晶体光纤105、第二隔离器107和光纤环形器108。所述泵浦光源101的输出端连接所述波分复用器104的输入端，用于产生可泵浦掺铒光子晶体光纤105的泵浦光，并把所述泵浦光通过所述波分复用器104输送到所述掺铒光子晶体光纤105。所述第一隔离器102的输入端作为信号光的输入端，输出端连接所述耦合器103的输入端，用于使输入的信号光单向传输。所述耦合器103的第一输出端连接所述波分复用器104的输入端，所述耦合器103的第二输出端连接所述光纤环形器108，耦合器103用于将通过的信号光分成两部分，其中一部分信号光通过所述波分复用器104耦合到掺铒光子晶体光纤105中，另一部分信号光为反向自发辐射光通过所述光纤环形器108返回到所述掺铒光子晶体光纤105中进行放大。所述波分复用器104的输出端连接掺铒光子晶体光纤105，将所述泵浦光耦合到掺铒光子晶体光纤105中。所述掺铒光子晶体光纤105在所述泵浦光的作用下实现对信号光的放大，利用掺铒光子晶体光纤105（ED-PCF）作为放大介质可以改善放大器的性能。所述第二隔离器107的输入端与所述掺铒光子晶体光纤105的输出端相连，输出端作为信号光的输出端，使信号光单向传输且确保无反向光返回，所述输出端可以与光功率计相连。

掺铒光子晶体光纤的放大原理为：铒离子常温下处于基态，在泵浦光的作用下产生受激吸收并激发至激发态，然后绝大部分受激离子通过非辐射至一个亚稳态，铒离子在亚稳态与基态之间实现粒子反转，构成激光上、下能级，相应的波长处于1550nm附近。当1550nm附近信号光通过时，处于上能级的铒离子将产生受激辐射，从而实现对信号光的放大。

与上述实施例相结合，所述掺铒光子晶体光纤放大器还包括滤波器106，所述滤波器106连接在所述掺铒光子晶体光纤105和所述第二隔离器107之间，用于滤除除中心波长之外的光，可以减小反向自发辐射（ASE）噪声。

在上述基础上，通过改善或为各器件设置合适的参数可以得到更好的效果。以下为各器件可以选择的具体参数：所述泵浦光源101为发出的泵浦光波长为980nm的可调光源，最大输出功率为500mw。所述耦合器103的耦合比为10：90。所述波分复用器104为980/1550的波分复用器。经过与其他的光纤长度相对比，优选的，所述掺铒光子晶体光纤105的长度为9m，铒离子掺杂浓度为1000ppm，信号光输入波长为1530nm。所述滤波器106的中心波长为1530nm。

所述掺铒光子晶体光纤放大器的工作过程如下：信号光从第一隔离器102的输入端输入，当直接接光功率计时可测得输入功率为P_in；当悬空所述第一隔离器102的输入端，输出端连接光功率计可测得ASE功率为P_ASE；当信号光从第一隔离器102的输入端输入，输出端连接光功率计时可测得输出功率为P_out，通过公式 $G\left(\mathrm{dB}\right)=10{\log }_{10}\left[\frac{P_{\mathrm{out}}-P_{\mathrm{ASE}}}{P_{\mathrm{in}}}\right]$ 和 $\mathrm{NF}\left(\mathrm{dB}\right)=10{\log }_{10}(\frac{P_{\mathrm{ASE}}}{\mathrm{hvG}{B}_0}+\frac{1}{G})=10{\log }_{10}(\frac{P_{\mathrm{in}}{P}_{\mathrm{ASE}}}{\mathrm{hv}{B}_0(P_{\mathrm{out}}-P_{\mathrm{ASE}})}+\frac{P_{\mathrm{in}}}{P_{\mathrm{out}}-P_{\mathrm{ASE}}})$ 可分别计算出输出增益和噪声系数，式中G(dB)表示增益，NF(dB)表示噪声系数，h是普朗克常数，v是光频率，B₀是有效带宽，改变输入信号光的光功率可得到不同输出放大增益及噪声系数。

所述的掺铒光子晶体光纤放大器可以实现的最高增益为25dB，最低噪声系数为1.5dB。由于所述的掺铒光子晶体光纤放大器与光纤的最小损耗窗口一致，且具有增益高、带宽大、噪声低、工作稳定性好等优点，可以作为发射机的功率放大器、前置放大器、光中继以及接入网中的节点放大器使用，具有广泛的应用潜力。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种掺铒光子晶体光纤放大器，其特征在于，包括泵浦光源、第一隔离器、耦合器、光纤环形器、波分复用器、掺铒光子晶体光纤和第二隔离器；

所述泵浦光源的输出端连接所述波分复用器的输入端，用于产生可泵浦掺铒光子晶体光纤的泵浦光，并把所述泵浦光通过所述波分复用器输送到所述掺铒光子晶体光纤；

所述第一隔离器的输入端作为信号光的输入端，输出端连接所述耦合器的输入端，用于使输入的信号光单向传输；

所述耦合器的第一输出端连接所述波分复用器的输入端，所述耦合器的第二输出端连接所述光纤环形器，用于将通过的信号光分成两部分，其中一部分信号光通过所述波分复用器耦合到掺铒光子晶体光纤中，另一部分信号光为反向自发辐射光通过所述光纤环形器返回到所述掺铒光子晶体光纤中进行放大；

所述波分复用器的输出端连接掺铒光子晶体光纤，将所述泵浦光耦合到掺铒光子晶体光纤中；

所述掺铒光子晶体光纤在所述泵浦光的作用下实现对信号光的放大；

所述第二隔离器的输入端与所述掺铒光子晶体光纤的输出端相连，输出端作为放大器的输出端供信号光输出，使信号光单向传输且确保无反向光返回。

2.根据权利要求1所述的掺铒光子晶体光纤放大器，其特征在于，所述掺铒光子晶体光纤放大器还包括滤波器，所述掺铒光子晶体光纤和所述第二隔离器之间通过所述滤波器连接，用于滤除除中心波长之外的光。

3.根据权利要求1所述的掺铒光子晶体光纤放大器，其特征在于，所述泵浦光源为发出的泵浦光波长为980nm的可调光源。

4.根据权利要求1所述的掺铒光子晶体光纤放大器，其特征在于，所述耦合器的耦合比为10：90。

5.根据权利要求1所述的掺铒光子晶体光纤放大器，其特征在于，所述波分复用器为980/1550的波分复用器。

6.根据权利要求1所述的掺铒光子晶体光纤放大器，其特征在于，所述掺铒光子晶体光纤的长度为9m，铒离子掺杂浓度为1000ppm。

7.根据权利要求2所述的掺铒光子晶体光纤放大器，其特征在于，所述滤波器的中心波长为1530nm。

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