专利名称：一种基于微结构光纤的双泵浦光纤参量放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种宽带高增益光纤参量放大器，尤其是一段较短微结构光纤的 双泵浦光纤参量放大器，适用于光纤通信和非线性光纤光学领域。
背景技术：
光纤通信因其宽带、低损耗、抗电磁干扰等特点成为现在通信网络的主干。而波分 复用技术(WDM)能比较充分地利用光纤的传输带宽，是用于骨干网配置的首选方案，波分 复用技术中关键环节之一是光放大技术。目前已研究发展出来的光纤光放大器有掺铒光纤 放大器，光纤拉曼放大器和光纤参量放大器。其中掺铒光纤放大器只能提供1550nm附近几 十纳米波长范围内的放大，不能满足密集波分复用系统扩容的进一步需求。光纤拉曼放大 器存在着泵浦要求复杂、增益不高的问题。而光纤参量放大器具有可对任意波长的信号进 行放大、对信号的比特率和调制格式完全透明、大带宽、高相敏特性等显著优点，被认为是 最适合未来超长距离密集波分复用系统和全光网络的最具前途的光放大技术。申请号为200610147217. 0的中国专利申请提供了一种两级光纤级联的双泵浦宽 带光纤参量放大器，由两个泵浦激光器、泵浦耦合器、信号激光器、信号耦合器、波分复用器 及依次级联的两级高非线性光纤构成，可以提供400nm的平坦增益带宽。由于上述技术 采用的高非线性光纤的长度较长并且是两段级联，会增加系统的光纤长度和光纤的连接损 耗，并使制作工艺复杂度增加。
实用新型内容本实用新型在于对现有技术的不足，提出一种在相对较低的泵浦功率下利用一段 较短的微结构光纤来实现高增益和宽带参量放大的光纤参量放大器，降低了系统复杂度， 并且通过偏振控制器对信号光和泵浦光的偏振态的调节来减少偏振态对参量放大器的增 益特性的影响。本实用新型的目的是通过如下手段来实现的。一种双泵浦光纤参量放大器，由泵 浦激光器、泵浦耦合器、信号激光器、信号耦合器、光滤波器及微结构光纤组成，其特征在于 泵浦激光器的输出经泵浦耦合器连接至信号耦合器，信号激光器的输出连接到信号耦合 器，信号耦合器将泵浦光和信号光耦合到微结构光纤，通过光纤的非线性效应实现对信号 光的参量放大，并通过光滤波器将经过参量放大的信号光过滤出来。作为改进的方案，可以在上述泵浦激光器与泵浦耦合器之间设置有偏振控制器， 信号激光器与信号耦合器之间设置有偏振控制器，偏振控制器用于将三束光的偏振态调整 为偏振方向相互平行的线偏振光，如果三束光的偏振态不相同的话将减少参量放大器的峰 值增益和增益带宽。另外，本实用新型所述的微结构光纤可以是保偏微结构光纤。本实用新型的微结构光纤的长度在IOm至20m之间，光纤非线性系数在eOWlm 1 至SOW-1Km1之间，泵浦光功率在IW至3W之间。信号光波长在1350nm至1850nm范围内，泵 浦光波长在零色散波长左右。[0008]本实用新型的基于微结构光纤的双泵浦光纤参量放大器的峰值增益和增益带宽 取决于微结构光纤的非线性系数、光纤长度、色散特性和两个泵浦光、一个信号光的输入功 率、波长、偏振态等因素，通过优化算法适当的调整这些参数可以得到较高峰值功率和宽带 增益带宽的参量放大器，本实用新型方案实现了峰值增益为62dB增益带宽为440nm的参量 放大，较现有技术的增益带宽拓宽了 40nm左右。通过分析微结构光纤的四阶色散系数对参 量放大效果的影响，可知四阶色散系数对参量放大器的增益带宽影响较大，当四阶色散系 数取负值且绝对值较小时能够得到较好的参量放大效果。
图1是本实用新型方案的系统框图。图2是微结构光纤结构示意图，其中d为气孔直径，A为相邻气孔中心的距离。图3是双泵浦参量放大过程的能量转移示意图。图4是62dB峰值增益440nm增益带宽的基于微结构光纤的双泵浦光纤参量放大 器的增益谱图。图5是四阶色散系数不同时的基于微结构光纤的双泵浦光纤参量放大器的增益 谱图，其中实线为β 4 = -I. 605X IO-5Ps4Knr1的增益谱，划线为β 4 = 1. 605X l(T5pS4Km 1的 增益谱，点线为β 4 = -2 X Kr4ps4KnT1的增益谱。图6是非线性系数不同时的基于微结构光纤的双泵浦光纤参量放大器的增益谱 图，其中实线为Y = Sor1Km1的增益谱，划线为Y = eow—Km1的增益谱。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施作进一步的描述。如图1所示，本实用新型方案由两个泵浦激光器，一个信号激光器，三个偏振控制 器，两个耦合器，一个微结构光纤和一个光滤波器构成。微结构光纤跟普通光纤相比，具有 较大的非线性系数，利用其高非线性研制的光纤参量放大器可以大大减小所用光纤的长 度，使器件的结构更紧凑。图2为微结构光纤的结构示意图，在微结构光纤中，微结构光纤 的有效面积Arff与空气孔的直径d和相邻气孔中心的距离Λ的关系如公式(1)所示，光纤 的非线性系数Y与Arff的关系如公式(2)所示，通过调整微结构光纤中空气孔的直径d和 相邻气孔中心的距离Λ的大小，可使Y较大，其色散曲线可以做到很平坦，并且高阶色散 项可以控制。由于微结构光纤的零色散点可以在较宽的频带范围内调节，利用它可以使放 大器在较宽的频带内进行放大。Aeff ccIxA2⑴ ν_η!ω (2)
CAeff 在图1中，两个泵浦激光器输出的波长分别为Jp,和Jp2的泵浦光经过偏振控制 器1和偏振控制器2调整其偏振态后与信号激光器输出的波长为λ s信号光(通过偏振控 制器3调整其偏振态后)分别经过耦合器1和耦合器2后进入一段光纤长度为L的微结构 光纤，通过调整两个泵浦光和信号光的输入功率和波长，生成波长为Xi的闲频光，实现对 信号光的参量放大，然后经过一个光滤波器，得到被放大的信号光。双泵浦参量放大过程的 能量转移如图3所示，两个泵浦光的能量分别转移到信号光和闲频光上，使信号光得到参
4量放大。 微结构光纤内光波的振幅的演变由一组耦合振幅方程决定 _3] d^- = Μ(\Λρι |2 + 2(|ΛI2 + μ; Γ + \AP2 \2))AP] + 2AsA1 Api、_]
权利要求1.一种双泵浦光纤参量放大器，由泵浦激光器、泵浦耦合器、信号激光器、信号耦合器 及微结构光纤组成，其特征在于泵浦激光器的输出经泵浦耦合器连接至信号耦合器，信号 激光器的输出连接到信号耦合器，信号耦合器将泵浦光和信号光耦合到微结构光纤，通过 光纤的非线性效应实现对信号光的参量放大。
2.根据权利要求1所述的双泵浦光纤参量放大器，其特征在于，泵浦激光器与泵浦耦 合器之间设置有偏振控制器，信号激光器与信号耦合器之间设置有偏振控制器，偏振控制 器用于将三束光的偏振态调整为偏振方向相互平行的线偏振光。
3.根据权利要求1所述的双泵浦光纤参量放大器，其特征在于，还包括一个设置在微 结构光纤之后的光滤波器，用于将经过参量放大的信号光过滤出来。
4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的双泵浦光纤参量放大器，其特征在于，所述 微结构光纤为保偏微结构光纤。
5.根据权利要求1至3任一权利要求所述的双泵浦光纤参量放大器，其特征在于，所述 微结构光纤的长度在IOm至20m之间。
6.根据权利要求1至3任一权利要求所述的双泵浦光纤参量放大器，其特征在于，所述 微结构光纤非线性系数在eOW—Km 1至SOW-1Km 1之间。
7.根据权利要求1至3任一权利要求所述的双泵浦光纤参量放大器，其特征在于，所述 泵浦光功率在IW至3W之间，信号光波长在1350nm至1850nm范围内。
8.根据权利要求4所述的双泵浦光纤参量放大器，其特征在于，所述微结构光纤的长 度在IOm至20m之间。
9.根据权利要求4所述的双泵浦光纤参量放大器，其特征在于，所述微结构光纤非线 性系数在eOWlm 1至SOW-1Km 1之间。
10.根据权利要求4所述的双泵浦光纤参量放大器，其特征在于，所述泵浦光功率在IW 至3W之间，信号光波长在1350nm至1850nm范围内。
专利摘要本实用新型涉及一种双泵浦光纤参量放大器，由泵浦激光器、泵浦耦合器、信号激光器、信号耦合器、偏振控制器、光滤波器及微结构光纤组成，其特征在于泵浦激光器的输出通过偏振控制器调整其偏振态后经泵浦耦合器连接至信号耦合器，信号激光器的输出通过偏振控制器调整其偏振态后连接到信号耦合器，信号耦合器将泵浦光和信号光耦合到微结构光纤，通过光纤的非线性效应实现对信号光的参量放大，并通过光滤波器将经过参量放大的信号光过滤出来。本实用新型在相对低泵浦功率下利用一段较短的微结构光纤实现了较高的参量放大，拓展了参量放大器的增益带宽，可以充分利用全波光纤的带宽，有利于波分复用技术的发展。
文档编号G02F1/35GK201886253SQ20102053824
公开日2011年6月29日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者常相辉, 朱宏娜, 杨春蕾, 石剑虹 申请人:西南交通大学