一种基于光子晶体光纤级联的拉曼放大器的制作方法

本实用新型涉及光通信技术领域，具体涉及一种基于光子晶体光纤级联的拉曼放大器。

背景技术：

光信号在光纤中传输时，由于受到光纤损耗、色散等作用，光脉冲幅度会下降，波形会失真。所以当传输距离很大时，就需要在传输线路上加中继器，将衰减的光信号放大，达到远距离传输的目的。在放大器诞生之前，信号是通过光-电-光中继再生来完成长距离传输的，大量的电中继器不仅增加了网络的成本，还带来可靠性差，维护困难等问题。随着信息技术的快速发展，光放大器的出现能够让系统从这种尴尬的局面中解脱出来，通过提高信号发射功率和补偿传输中的功率损失而延长无电中继的传输距离，从而大大简化了系统结构，降低了成本；另外光放大器能够同时透明放大多路高速WDM信号，实现宽带、大容量的信号传输。光放大器不仅是全光网络中的一个关键器件，同时也是密集波分复用系统的重要组成部分，因此其受到人们的广泛关注。

在现有光纤放大器中，掺铒光纤放大器(EDFA)可以实现多路波分复用信号的同时放大，但是其放大带宽较窄，仅为C波段，并且其噪声指数高，输出增益较低，增益平坦度较差，不能满足于当代超高速度、超长距离、超大容量光纤通信系统的要求。而基于光子晶体光纤的拉曼放大器，其放大带宽较宽，只要合适的选择泵浦波长，就能实现任意波段的放大，并且其输出信号增益高，增益平坦度小，响应时间快，饱和输出功率大且噪声指数低，这对密集波分复用系统扩容升级，降低成本和增加业务等具有十分重要的技术经济价值。

设计拉曼光纤放大器需要考虑的一个重要因素就是其增益平坦度，增益平坦度对于接收输出的光信号影响很大，如果在输出端得到的信号光增益不一致，不但会限制信号光的信噪比，而且还会导致WDM系统在输出端引起串扰，所以良好的增益平坦度是放大器设计中必须考虑的。目前，实现拉曼放大器增益平坦最普遍的方法是利用多个泵浦源，此种设计方法大大的增加了系统的成本。而光纤级联的方法能够较好的平坦拉曼增益谱，因此，设计出来的拉曼光纤放大器不仅结构简单，而且成本较低。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术中的不足，提供一种基于光子晶体光纤级联的拉曼放大器，实现了多路信号的增益平坦输出，增益值高，增益带宽宽，响应速度快，噪声指数低且易于耦合，结构简单，设计合理，实用性强。

为实现上述目的，本实用新型公开了如下技术方案：

一种基于光子晶体光纤级联的拉曼放大器，连接于发射机与接收机之间，包括第一泵浦激光器、波分复用器、光隔离器、光纤光栅、第二泵浦激光器、合波器、波分解复用器、分别设置的多个光发射机和光接收机，多个光发射机的输出端对应通过多根第一光纤与波分复用器输入端相连，第一泵浦激光器通过第二光纤与波分复用器的输入端相连，波分复用器的输出端通过第一段第三光纤与光隔离器的输入端相连，光隔离器通过第四光纤连接用于对第一泵浦激光器产生连续激光进行反射的光纤光栅，第一泵浦激光器产生连续激光经过光纤光栅反射后反向传输，再经过光隔离器滤除，光纤光栅的输出端经过第五光纤与合波器的输入端相连，第二泵浦激光器通过第二段第二光纤与所述合波器输入端相连，合波器的输出端通过第二段第三光纤与波分解复用器相连，波分解复用器的输出端通过多根第六光纤与多个光接收机相连，第二泵浦激光器经过波分解复用器输出。

进一步的，多个光发射机的中心波长各不相同且多个光发射机中任意一个中心波长λ_i均大于第一泵浦激光器的中心波长λ_1p和所述第二泵浦激光器的中心波长λ_2p。

进一步的，多个光发射机中任意一个的中心波长λ_i与所述第一泵浦激光器的中心波长λ_1p满足频移公式

式中，Δν为频移量且其取值范围为[8,12.6]THz，i为信道数且i的取值为1～N，N为信号光总数且为整数。

进一步的，多个光发射机中任意一个的中心波长λ_i与所述第二泵浦激光器的中心波长λ_2p满足频移公式

式中，Δν为频移量且其取值范围为[14,16]THz，i为信道数且i的取值为1～N，N为信号光总数且为整数。

本实用新型公开的一种基于光子晶体光纤级联的拉曼放大器，具有以下有益效果：

本实用新型是以光子晶体光纤作为增益介质，采用光纤级联的方式实现了一个高增益、低平坦度的拉曼光纤放大器，其结构简单，需要泵浦个数少，成本较低。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图；

图2是本实用新型的第三光纤的拉曼增益谱图；

图3是本实用新型的信号光功率随光纤长度的变化规律图；

图4是本实用新型的光纤拉曼放大器最终输出增益图。

附图标记：1—光发射机；2—第一泵浦激光器；3—波分复用器；4—光隔离器；5—光纤光栅；6—第一光纤；7—第二光纤；8—第一段第三光纤；9—第四光纤；10—第五光纤；11—第二泵浦激光器；12—合波器；13—波分解复用器；14—光接收机；15—第二段第二光纤；16—第二段第三光纤；17—第六光纤。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的核心是提供一种基于光子晶体光纤级联的拉曼放大器，实现了多路信号的增益平坦输出，增益值高，增益带宽宽，响应速度快，噪声指数低且易于耦合，结构简单，设计合理，实用性强。

请参见图1。

一种基于光子晶体光纤级联的拉曼放大器，连接于发射机与接收机之间，包括第一泵浦激光器2、波分复用器3、光隔离器4、光纤光栅5、第二泵浦激光器11、合波器12、波分解复用器13、分别设置的多个光发射机1和光接收机14，多个光发射机1的输出端对应通过多根第一光纤6与波分复用器3输入端相连，第一泵浦激光器2通过第二光纤7与波分复用器3的输入端相连，波分复用器3的输出端通过第一段第三光纤8与光隔离器4的输入端相连，光隔离器4通过第四光纤9连接用于对第一泵浦激光器2产生连续激光进行反射的光纤光栅5，第一泵浦激光器2产生连续激光经过光纤光栅5反射后反向传输，再经过光隔离器4滤除，光纤光栅5的输出端经过第五光纤10与合波器12的输入端相连，第二泵浦激光器11通过第二段第二光纤15与所述合波器12输入端相连，合波器12的输出端通过第二段第三光纤16与波分解复用器13相连，波分解复用器13的输出端通过多根第六光纤17与多个光接收机14相连，第二泵浦激光器11经过波分解复用器13输出。

作为具体实施例，多个光发射机1的中心波长各不相同且多个光发射机中任意一个中心波长λ_i均大于第一泵浦激光器2的中心波长λ_1p和所述第二泵浦激光器11的中心波长λ_2p。

作为具体实施例，多个光发射机1中任意一个的中心波长λ_i与所述第一泵浦激光器2的中心波长λ_1p满足频移公式

式中，Δν为频移量且其取值范围为[8,12.6]THz，i为信道数且i的取值为1～N，N为信号光总数且为整数。

作为具体实施例，多个光发射机1中任意一个的中心波长λ_i与所述第二泵浦激光器11的中心波长λ_2p满足频移公式

式中，Δν为频移量且其取值范围为[14,16]THz，i为信道数且i的取值为1～N，N为信号光总数且为整数。

采用本实用新型进行全光放大的方法，包括以下步骤：

步骤一：本实例中选择中心波长为λ_p1＝1450nm，功率为P_p1＝0.9w的第一泵浦激光器2，第一泵浦激光器2输出泵浦光经过第二光纤7传输给波分复用器3；

步骤二：根据频移计算公式计算多个中心波长各不相同的光发射机1所产生信号光的波长，其中λ_i为多个所述光发射机1中任意一个的中心波长，并将所述多个光发射机1输出中心波长各不相同的信号光经多根第一光纤6传输给波分复用器3；其中，Δν为频移量且其取值范围为[8,12.6]THz，这个取值范围处于拉曼增益谱内拉曼增益系数随频移增大而增大的范围内，本实施例中，选取各光发射机1发送信号光的波长范围为1508nm～1544nm，且各波长间隔为1nm，光功率均为0.01mW；

步骤三：通过波分复用器3将第二光纤7传输的所述第一泵浦光和多根第一光纤6分别传输的多个信号光耦合输入到第一段第三光纤8中；

步骤四：所述第一泵浦光和多个信号光在第一段第三光纤8传输中发生受激拉曼散射效应，使得多个信号光被放大后输入进光隔离器4，经过第四光纤9传输到光纤光栅5，第一泵浦光经光纤光栅5反射后，进入光隔离器4，最终将第一泵浦光滤除；本实施例中，选取光纤光栅5的中心波长与第一泵浦激光器2波长相同为1450nm；

步骤五：根据频移计算公式选择第二泵浦激光器11的中心波长，其中λ_i为多个所述光发射机1中任意一个的中心波长，第二泵浦激光器11输出第二泵浦光并经过第二段第二光纤15输入合波器12，与经过光纤光栅5反射后剩下多路信号光一起通过合波器12耦合到第二段第三光纤16中，Δν为频移量且其取值范围为[14,16]THz，这个取值范围处于拉曼增益谱内拉曼增益系数随频移增大而减小的范围内；本实施例中，第二泵浦激光器11的中心波长为λ_p2＝1410.2nm，泵浦光功率为P_p2＝0.36w；

步骤六：第二泵浦光和多个信号光在第二段第三光纤16中发生受激拉曼散射效应，使得多个信号光得到增益补偿，从而实现增益平坦；

步骤七：由于第一泵浦光和第二泵浦光波长不同，信号光波长相同，故频移范围发生变化，通过将两段增益谱变化趋势相反的光纤级联来实现较低的增益平坦度。本实例中，所述第一段第三光纤8和第二段第三光纤16的长度都为0.2km，在第一段第三光纤8中，即拉曼增益放大部分，频移范围的拉曼增益谱内拉曼增益系数随频移的增大而增大，而在第二段第三光纤16中，即拉曼增益补偿部分，频移范围的拉曼增益谱内拉曼增益系数随频移的增大而减小，因此，多个信号光在第二段第三光纤16的输出端几乎得到了同等程度的放大，多个信号光光功率随第三光纤长度的变化规律如图3所示，从图中可以看出，多个信号光光功率明显的收敛于一点，横坐标表示光纤长度L，单位为千米km；纵坐标表示光功率P，单位为瓦特W。

步骤八：波分解复用器13将经过两次放大的多个不同波长的信号光分离，其输出的信号光功率几乎相等。光接收机14将与其中心波长对应的信号光接收。第二泵浦光也经过波分解复用器13输出，达到与信号光分离的目的。进行增益补偿后各个信号光获得的最终增益如图4所示，横坐标表示信号光波长λ，单位为微米μm；纵坐标均表示增益G，单位为分贝dB；从图4可以看出，经过增益补偿后各个信号光获得的最终增益趋于相等，平均增益为21.25dB，增益平坦度为0.14dB。

仿真结果表明，所述光子晶体光纤拉曼放大器的增益带宽为37nm，增益值高达21.25dB，增益平坦度仅为0.14dB，适用于当代快速发展的光纤通信系统。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，而非对其限制；应当指出，尽管参照上述各实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。