专利名称：多模掺饵光纤放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光学与空间光通信技术领域的光纤应用技术，尤指应用掺铒光纤制作的放大器。
目前，空间光通信由于其具有高度的方向性而且不需频率许可证，与微波通信相比，信息容量极大，不易窃听，施工安装极其方便等显著的优点，近几年来受到信息产业界的广泛重视，如BT、Lucent等公司。
Lucent公司采用单模光纤高速传输系统中已成熟的单模掺铒光纤放大器EDFA和波分复用技术(WDM)，已成功实现4×2.5G/S、传输距离超过4KM的光无线通信系统。但是，适用于单模在线的掺铒光纤放大器EDFA必须工作于光纤极小芯径及较低数值孔径的情形下，以使模场匹配，减少单模光纤的连接损耗。且其泵浦由于功率受纤芯非线性效应制约，而使放大器性能限制因素多，特别是泵浦激光器耦合效率低，而价格贵昂。这就使得采用传统掺铒光纤放大器EDFA构成的光无线通信设备难以被市场接纳。
本实用新型的目的是为空间激光通信寻找其关键技术即掺铒光纤放大器的解决方案。本实用新型基于空间光传输不存在色散效应这一基本特征，提出与传统单模掺铒光纤放大器EDFA工作模式限制为单模不同，即工作于多模，不仅具有工艺简单、成品率高、价格与传统单模掺铒光纤放大器相比大幅下降等突出优点，而且大大提高了放大器的性能的多模掺铒光纤放大器(以下简称MEDFA)。
本实用新型的目的是通过如下技术解决方案实现的本实用新型所述的多模掺铒光纤放大器由多模光纤连接器、多模波长选择耦合器、多模光纤T型分路耦合器、滤光器、泵浦源、多模掺铒光纤等组成，其特点是光载波信号由第一多模光纤联接器的信号输入端输入，该多模光纤联接器的信号输出端接入一多模光纤，并通过该多模光纤接入多模波长选择耦合器的一信号输入端；泵浦源的多模尾纤输出激光器产生的激光经第一多模光纤T型分路耦合器耦合输出后，也接至多模波长选择耦合器的另一信号输入端；多模波长选择耦合器的信号输出端通过多模掺铒光纤接至第二多模光纤T型分路耦合器的信号输入端；该多模光纤T型分路耦合器的信号输出端与一多模光纤相接，并通过该多模光纤接入一滤光器的信号输入端，该滤光器的信号输出端通过又一多模光纤与第二多模光纤联接器的信号输入端相接；放大后的信号通过该第二多模光纤联接器向外输出1550nm的信号光。
本实用新型的另一特点是前述的第二多模光纤T型分路耦合器还有一反馈控制信号输出端，该输出端通过多模光纤依次与第二滤光器及光探测器相接，将反馈控制信号输至增益控制模块，以控制泵浦源的供电电源，从而控制信号功率。
本实用新型的又一特点是前述的第一多模光纤联接器的信号输出端还通过一多模光纤与一光隔离器的信号输入端相接，光隔离器的信号输出端通过一多模光纤与多模波长选择耦合器的一信号输入端相接；前述的滤光器的信号输出端与第二多模光纤联接器的信号输入端之间通过多模光纤连接有一光隔离器。
本实用新型的还又一特点是前述的多模光纤、多模掺铒光纤其芯径最好为50μ或62.5μ或100μ，剖面折射率分布可为梯度型或阶跃型。
本实用新型的再一特点是前述的泵浦源之泵浦激光器为半导体激光器，其波长优选820nm、980nm、1480nm，尾纤为多模光纤，其剖面折射率分布与多模掺铒光纤相近似。
本实用新型的优点是1、由于采用多模掺铒光纤，从理论分析可知，MEDFA将工作于多模情况，但由于其几何长度(一般为数米内)与其激光空间信息传输距离相比可忽略不计，因而可不考虑其色散的影响(虽然模数与数值孔径及芯径成正比)。因而，采用本实用新型可实现由MEDFA构成的空间光收发器与现有高速光纤通信终端设备(包括DWDM)进行透明连接，构成极具灵活性的空间光通信系统。
2、在多模情形下，理论与实践可以证明，在全模均匀激励条件下，模场分布即为剖面折射率分布，而全模均匀激励可由扰模近似实现。由于掺铒有源光纤的信号光模场与泵浦光模场近似为剖面折射率分布，如多模掺铒光纤与泵浦多模尾纤两者剖面折射率分布相近似，可视为两者互相重叠。又由于其纤芯面积可比单模光纤大二个数量级(纤芯直径增加了一个数量级)，从而大大提高了相互作用面积。同时，用多模尾纤耦合进入有源光纤的泵浦功率也将提高二个数量级，因而在相同掺杂浓度情形下可实现粒子反转的机率将提高二个数量级以上。这就使得MEDFA将得到比单模掺铒放大器EDFA无比优越的性能，如极高的小信号增益、极低的放大自发幅射噪声以及极高的饱和输出功率等。
3、多模有源光纤按惯例进行的复绕结构将有效减少泄露模的影响，并接近全模均匀激励条件，从而不影响MEDFA的工作状态稳定。在多模工作情况下，各部件间的连接精度要求也可降低。
4、由于多模掺铒光纤MEDF芯径比单模EDF的芯径增加了一个数量级，采用一般的MCVD工艺就可制备，其工艺控制的难度与精度大大低于制备单模掺铒光纤。由于多模掺铒光纤连接损耗小，几何尺寸容差大，因而成品率高，从而成本将十分低廉。
5、本实用新型的泵浦源采用半导体泵浦激光器，尾纤由单模光纤改为多模光纤。采用量子阱工艺制备泵浦激光器，工艺已十分成熟，可获得长寿命、低阈值、高功率输出，以及毋须制冷的单横模和多纵模输出。可克服单模光纤尾纤耦合效率低，工艺复杂，成品率低的缺点，大大提高尾纤耦合效率，简化制作工艺，提高成品率，大大降低带尾纤的泵浦激光器价格。同时，由于泵浦功率可进一步提高(仅受纤芯非线效应限制)，有利于光的受激幅射与受激吸收，减少放大自发幅射噪声，提高小信号增益与饱和输出功率，从而可大幅提升MEDFA的性能。另外，在EDFA中，由于泵浦功率受限，往往采用双向泵浦方式，在MEDFA中则可不必。
6、在高速单模光纤系统中，由于存在光纤的背向散射，因此EDFA中光隔离器(ISO)是必需的。但在空间光传输系统中，由于不存在背向散射，故MEDFA中可省去价格昂贵的ISO。
7、采用本实用新型可大大拓宽空间光通信的应用领域，从根本上改变当前局限于短距离的专用系统(中低速率)的面貌。例如，可实现与现有光纤通信设备的透明连接，从而可大幅降低空间光通信设备的成本，提高其灵活性，便于系统升级。此外，其优异的小信号增益和高饱和输出也将大幅提高系统的可靠性。以MEDFA为基础可构成多中继空间光大容量通信系统，对中等距离范围的大容量通信也将具有竞争力。此外，MEDFA在光卫星通信、空间光信息处理等领域也具有良好的应用前景。
下面结合一个实施例及其附图对本实用新型的技术方案作进一步说明
图1是本实用新型一实施例的结构原理图。
在
图1中，所给出的所有元器件均为现有元器件。其中，1是第一多模光纤连接器，2是第一光隔离器，3是多模波长选择耦合器，4是多模掺铒光纤，5是第二多模光纤T型分路耦合器，6是第一滤光器，7是第二光隔离器，8是第二多模光纤连接器，11是增益控制模块，17是泵浦源。光载波信号由第一多模光纤联接器1的信号输入端进入多模光纤联接器1；其信号输出端通过多模光纤接入第一光隔离器2的信号输入端，该光隔离器2的信号输出端通过多模光纤与多模波长选择耦合器3的一信号输入端相接；泵浦源17的多模尾纤输出激光器产生的激光经第一多模光纤T型分路耦合器16耦合输出后，也接至多模波长选择耦合器3的另一信号输入端；该多模波长选择耦合器3的信号输出端通过多模掺铒光纤4接至第二多模光纤T型分路耦合器5的信号输入端；该多模光纤T型分路耦合器5的信号输出端通过多模光纤接入第一滤光器6，其反馈控制信号输出端通过多模光纤依次与第二滤光器9及光探测器10相接，将反馈控制信号输至增益控制模块11；第一滤光器6的信号输出端通过多模光纤与第二光隔离器7及第二多模光纤联接器8的信号输入端相接；放大后的信号通过该多模光纤联接器8向外输出输出。为确保技术效果，多模光纤及多模掺铒光纤4芯径最好为50μ或62.5μ或100μ，剖面折射率分布可为梯度型或阶跃型；泵浦源17之多模尾纤输出激光器为半导体激光器，其波长优选820nm、980nm、1480nm，尾纤为多模光纤，其剖面折射率分布与多模掺铒光纤相近似。
本实用新型的工作原理是，在多模情形下，由于掺铒有源光纤的信号光模场与泵浦光模场近似为剖面折射率分布，可视为两者互相重叠。又由于其纤芯面积可比单模光纤大二个数量级(纤芯直径增加了一个数量级，即由原来的几μ增加到几十μ，甚至上百μ)，从而大大提高了相互作用面积。同时，用多模尾纤耦合进入有源光纤的泵浦功率也将提高二个数量级，因而在相同掺杂浓度情形下可实现粒子反转的机率将提高二个数量级以上。从而实现对光信号的放大，使得MEDFA得到比单模掺铒放大器EDFA无比优越的性能。如对小信号具有极高的增益，使放大自发幅射噪声大大降低，饱和输出功率大大提高等。
为了实现本实用新型的可控调节，增益控制模块11中的信号功率控制器12将根据光探测器10检测出的、来自第二多模光纤T型分路耦合器5的反馈信号，通过控制总线控制泵浦源17的供电电源15，控制其输出功率，从而实现对本放大器信号功率的控制。增益控制模块11中的泵浦功率控制器13通过光探测器18检测第一多模光纤T型分路耦合器16输出的反馈信号，通过控制总线控制泵浦源17的供电电源15，控制其输出功率，实现对泵浦功率的控制。增益控制模块11中的温度控制器14通过对泵浦源17的温度进行检测，实现对泵浦源的温度控制。
权利要求1.多模掺铒光纤放大器，由多模光纤连接器(1)、(8)、多模波长选择耦合器(3)、多模光纤T型分路耦合器(5、)、(16)、滤光器(6)、泵浦源(17)、多模掺铒光纤(4)等组成，其特征在于光载波信号由第一多模光纤联接器(1)的信号输入端进入多模光纤联接器(1)；该多模光纤联接器(1)的信号输出端接入一多模光纤并通过该多模光纤接入多模波长选择耦合器(3)的一信号输入端；泵浦源(17)的多模尾纤输出激光器产生的激光经第一多模光纤T型分路耦合器(16)耦合输出后，也接至多模波长选择耦合器(3)的另一信号输入端；多模波长选择耦合器(3)的信号输出端接入一多模掺铒光纤(4)、并通过该多模掺铒光纤(4)接至第二多模光纤T型分路耦合器(5)的信号输入端；该多模光纤T型分路耦合器(5)的信号输出端与一多模光纤相接并通过该多模光纤接入滤光器(6)，滤光器(6)的信号输出端通过多模光纤与第二多模光纤联接器(8)的信号输入端相接；放大后的信号通过该多模光纤联接器(8)向外输出。
2.根据权利要求1所述的多模掺铒光纤放大器，其特征在于所述的第二多模光纤T型分路耦合器(5)的信号输出端还有一反馈控制信号输出端，该输出端通过多模光纤依次与第二滤光器(9)及光探测器(10)相接，将反馈控制信号输至增益控制模块(11)，以控制泵浦源(17)的供电电源，从而控制信号功率。
3.根据权利要求1所述的多模掺铒光纤放大器，其特征在于所述的第一多模光纤联接器(1)的信号输出端还通过一多模光纤与一光隔离器(2)的信号输入端相接，光隔离器(2)的信号输出端通过一多模光纤与多模波长选择耦合器(3)的一信号输入端相接；所述的滤光器(6)的信号输出端与第二多模光纤联接器(8)的信号输入端之间通过多模光纤连接有一光隔离器(7)。
4.根据权利要求1或2所述的多模掺铒光纤放大器，其特征在于所述的多模光纤、多模掺铒光纤(4)其芯径最好为50μ或62.5或100μ，剖面折射率分布可为梯度型或阶跃型。
5.根据权利要求3所述的多模掺铒光纤放大器，其特征在于所述的多模光纤、多模掺铒光纤(4)其芯径最好为50μ或62.5μ或100μ，剖面折射率分布可为梯度型或阶跃型。
6.根据权利要求1或2所述的多模掺铒光纤放大器，其特征在于所述的泵浦源(17)之激光器为半导体激光器，其波长优选820nm、980nm、1480nm，尾纤为多模光纤，其剖面折射率分布与多模掺铒光纤相近似。
7.根据权利要求3所述的多模掺铒光纤放大器，其特征在于所述的泵浦源(17)之激光器为半导体激光器，其波长优选820nm、980nm、1480nm，尾纤为多模光纤，其剖面折射率分布与多模掺铒光纤相近似。
8.根据权利要求4所述的多模掺铒光纤放大器，其特征在于所述的泵浦源(17)之激光器为半导体激光器，其波长优选820nm、980nm、1480nm，尾纤为多模光纤，其剖面折射率分布与多模掺铒光纤相近似。
专利摘要本实用新型公开了一种多模掺铒光纤放大器,由多模光纤连接器、波长选择耦合器、T型分路耦合器、滤光器、泵浦源及多模掺铒光纤等组成,特点是将光载波信号经多模光纤联接器用多模光纤送入多模波长选择耦合器,与泵浦激光器多模尾纤耦合后,注入多模掺铒光纤放大后,再送入T型分路耦合器、滤光器等处理后,由另一多模光纤连接器向外输出输出。其优点是增益高、噪声低、饱和输出功率大、生产成品率高、工艺简单、成本低、应用广。可广泛用于激光空间通讯、光纤通讯领域中对光载波信号的放大。
文档编号G02F1/35GK2482113SQ01244678
公开日2002年3月13日 申请日期2001年7月6日 优先权日2001年7月6日
发明者张爽斌, 张晓曦 申请人:南京华盾网络技术有限公司