专利名称：采用相移光栅提高光纤参量放大器增益的方案及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高增益光纤參量放大器，尤其是一种采用相移光栅实现增益提高的光纤參量放大器，适用于光纤通信和非线性光纤光学领域。
背景技术：
随着互联网数据业务的增多，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，而能够实现全光信号放大技术的光放大器是光纤通信系统中的重要器件之一。其中，光纤參量放大器因为具有高増益带宽、高増益水平、饱和输出功率、高相敏特性以及多路任意波长信号同时放大的能力，受到了越来越多的关注，被认为是适合未来密集波分复用系统中最具前途的全光放大技木。提高增益是研究放大器的重要指标，因此， 研究提高光纤參量放大器的増益成为极有吸引カ的热点。就目前的研究进展而言，主要是通过让泵浦光波长工作在光纤的零色散波长附近以及采用几段高非线性光纤级联实现色散补偿等方式来提高光纤參量放大器的増益。但是，根据光纤通信系统的相应需要，也希望泵浦光波长工作在远离光纤的零色散波长，在一个相对大的波长范围内同样实现増益的提高。
发明内容
鉴于以上陈述的已有技术的不足，本发明的目的是提出一种采用相移光栅来提高光纤參量放大器増益的方案及装置，在泵浦光波长和光纤零色散波长间隔为ー个相对大的波长范围下，采用相移光栅插入在两段高非线性光纤间实现光纤參量放大器増益的提高。本发明的目的是通过如下手段来实现的。采用相移光栅提高光纤參量放大器増益的方案及装置，由外腔激光器、相位调制器、掺铒光纤放大器、偏振控制器、耦合器、相移光柵、高非线性光纤和光谱分析仪组成；包含如下的处理步骤外腔激光器ECLl产生的泵浦光Pumpl和外腔激光器ECL2产生的泵浦光Pump2依次分别经相位调制器PMl和PM2调制、掺铒光纤放大器EDFAl和EDFA2放大，以及偏振控制器PCl和PC2调整其偏振状态后，通过耦合器OCl耦合，一起与经过偏振控制器 PC3调整的外腔激光器ECL3产生的信号光Signal耦合进入耦合器0C2，然后两个泵浦光和信号光同时进入高非线性光纤HNLF1，通过高非线性光纤中的參量过程实现闲频光的产生和信号光的放大，接着四个光波同时进入相移光栅PS-FBG，通过相移光栅对闲频光的部分滤波和相移实现參量过程的相位匹配，再进入高非线性光纤HNLF2后实现对信号光的再放大，利用光谱分析仪OSAl和0SA2測量相应功率的变化。本发明采用的相移光栅补偿相位失配实现了光纤參量放大器増益的提高。经过如上的设计后，利用ー个相移光栅反射部分闲频光并对闲频光产生相应相移，调整了两个泵浦光、信号光和闲频光之间的相位失配參数，进而补偿了第一段光纤參量过程中的相位失配，提高了光纤參量放大器的增益并同时提高了泵浦光向信号光的能量转换效率。本发明具有如下优点只需根据反射率和相移的需要来选择相应的光栅长度和相对折射率的相移光柵，就可以有效地提高光纤參量放大器的増益，本方案及装置简单容易实现，提高了光纤參量放大器的能量转换效率和系统灵活性。
如下图1为本发明方案的系统框图。图2为相移光栅的结构示意图，其中Λ为光栅周期，phase shift为相移。图3为π相移时相移光栅的(a)反射谱和(b)相移示意图。图4为两个泵浦光、闲频光和信号光的功率随光纤长度变化的示意图，其中实线为弓I入相移光栅的，点线为无相移光栅的。图5为光栅插入损耗和信号光増益的关系示意图。
图6为信号光増益随光纤长度变化的关系示意图，其中实线为引入相移光栅的，点线为无相移光栅的。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施作进ー步的描述。如图1所示，本发明方案及装置，由外腔激光器ECL、相位调制器PM、掺铒光纤放大器EDFA、偏振控制器PC、耦合器0C、相移光栅PS-FBG、高非线性光纤HNLF和光谱分析仪OSA 构成。相移光栅因其体积小、成本低和插入损耗低等优点在光纤通信与传感领域中的窄带滤波、波分复用/解复用、相移控制以及掺铒光纤增益平坦等方面有着广阔的应用前景。在图1中，外腔激光器ECLl产生的波长λρ1 = 1480nm的泵浦光Pumpl，与ECL2产生的波长λρ2 = 1620nm的泵浦光Pump2，分别经过相位调制器、掺铒光纤放大器和偏振控制器后耦合进入耦合器0C1，再与另一路外腔激光器ECL3产生的波长Xs= 1520nm的信号光Signal —起耦合进耦合器0C2，在第一段光纤长度为60m零色散波长λ ^ = 1550nm的高非线性光纤HNLFl中发生四波混频作用，产生波长为λ i的闲频光Idler，同时对信号光进行放大。在光纤參量放大过程中两个泵浦光、信号光和闲频光间的角频率满足ωρ1+ωρ2 = ωs+Oi的条件。光纤距离较短时一般不考虑其传输损耗，并且在各个光波偏振态保持线偏振连续光的情况下，四个光波间的复振幅变化过程满足下面的耦合模方程
权利要求
1.采用相移光栅提高光纤參量放大器増益的方案及装置，由外腔激光器ECL、相位调制器PM、掺铒光纤放大器EDFA、偏振控制器PC、耦合器0C、相移光栅PS-FBG、高非线性光纤 HNLF和光谱分析仪OSA构成，其特征在于外腔激光器ECLl产生的泵浦光Pumpl和外腔激光器ECL2产生的泵浦光Pump2依次分别经相位调制器PMl和PM2调制、掺铒光纤放大器EDFAl 和EDFA2放大，以及偏振控制器PCl和PC2调整其偏振状态后，通过耦合器OCl耦合，并与经过偏振控制器PC3调整的外腔激光器ECL3产生的信号光Signal耦合进耦合器0C2，然后两个泵浦光和信号光同时进入高非线性光纤HNLF1，通过光纤中的參量过程实现闲频光的产生和信号光的放大，接着四个光波同时进入相移光栅PS-FBG，通过相移光栅对闲频光的部分滤波和相移实现相位匹配，再进入高非线性光纤HNLF2后实现对信号光的再放大，利用光谱分析仪OSAl和0SA2測量相应功率的变化。本发明采用的相移光栅进行相位失配补偿实现了光纤參量放大器増益的提高。
2.根据权利要求1所述的采用相移光栅提高光纤參量放大器増益的方案及装置，其特征在于，在两段高非线性光纤间引入相移光栅作为滤波器和相移器对闲频光产生反射和相移，补偿了光纤參量过程中的相位失配。并且通过选择相移光栅的反射率和相移，在可调谐范围内，实现不同条件下光纤參量放大器増益的提高。
3.根据权利要求1所述的采用相移光栅提高光纤參量放大器増益的方案及装置，其特征在干，本光纤參量放大器増益的提高同样适用于泵浦光波长和光纤零色散波长间隔为ー 个相对广的波长范围内。
全文摘要
本发明公开了一种采用相移光栅提高光纤参量放大器增益的方案及装置，由外腔激光器、相位调制器、掺铒光纤放大器、偏振控制器、耦合器、相移光栅、高非线性光纤和光谱分析仪组成，其特征在于在泵浦光波长与光纤零色散波长间隔为一个相对大的范围下，在两段高非线性光纤间引入相移光栅作为滤波器和相移器对闲频光产生反射和相移，补偿了光纤参量过程中的相位失配，进而提高光纤参量放大器的增益。本发明引入一个相移光栅实现了较高的参量放大，提高了光纤参量放大器的增益，有利于光通信系统中全光放大技术的发展。
文档编号G02F1/365GK102540623SQ201210043568
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者朱宏娜, 温坤华, 潘炜, 罗斌, 闫连山, 项水英 申请人:西南交通大学