铌酸锂掺杂石英光纤拉曼光放大装置的制作方法

本发明涉及一种铌酸锂掺杂石英光纤拉曼放大装置，所属光纤通信和光纤传感领域。

背景技术：

随着高速率、大带宽、低损耗全光纤通信时代的到来，应用于全光中继的光纤放大器的研究成了当务之急。传统的掺铒光纤放大器（EDFA）具有高增益、高输出功率、低噪声、与偏振无关等优点，在目前的通信波段有着良好的放大特性。

但是随着波分复用系统研究朝着更大容量，更远传输距离的方向发展，EDFA 逐渐成为系统容量距离积进一步提升的“瓶颈”。首先EDFA 受铒离子限制，提供的增益带宽约70nm，只占全波光纤提供的400nm低损耗可用窗口的很小一部分（M. N. Islam. Raman amplifiers for telecommunications[J]. IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electronics, 2002,8(3): 548-559）。其次，由于EDFA需要特殊掺铒的光纤作为增益介质，因而仅适合于集中式放大。

因此有限的增益带宽和集中式放大的模式使得EDFA不能满足新一代大容量密集波分复用（DWDM）系统容量距离积进一步提升的要求。而光纤拉曼放大器（FRA）有效克服了这些问题，其放大波长仅与泵浦光波长有关，理论上可以放大任意波长的光，且利用多泵浦技术，理论上可达到任意的放大带宽；FRA可利用传输光纤做在线放大，能够有效地抑制非线性效应（N. Shu and E. Yoshihiro. Ultrabroad-Band Raman Amplifiers Pumped and Gain-Equalized by Wavelength-Division-Multiplexed High-Power Laser Diodes[J]. IEEE Journal on selected topics in quantum electronics, 2011, 7(1): 3-16）。但是，传统FRA主要运用普通单模光纤作为增益介质，其增益系数较小，要求在长距离和高泵浦的条件下才能得到明显的增益。

如何提高增益光纤的增益系数，获得更高增益的光纤拉曼放大装置，已成为现代光通信领域的一个重要的研究课题。

技术实现要素：

针对上述技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种高拉曼增益的铌酸锂掺杂石英光纤拉曼光放大装置。该装置使用了具有高拉曼增益的新型铌酸锂掺杂石英光纤取代传统的单模光纤，经过泵浦功率和光纤长度的优化后，能够有效地提高信号光的放大效果。

下面结合图1说明本发明的目的是如何实现的：

用相位掩膜法在铌酸锂掺杂石英光纤4上刻写光纤布拉格光栅3，刻写光栅的主要作用是反射泵浦光，以提高泵浦光利用效率。同时在增益光纤上刻写光栅可以避免使用外接光栅带来的损耗。

采用后向泵浦的方式搭建拉曼光放大装置，除铌酸锂掺杂石英光纤4外，还需要用到波分复用耦合器5、光隔离器甲2和乙7，高功率泵浦激光器6等器件。

波分复用耦合器5可以将泵浦光耦合进入铌酸锂掺杂石英光纤4，泵浦光和信号光在铌酸锂掺杂石英光纤4中产生受激拉曼散射放大效应，从而导致泵浦光功率被转移到信号光，实现信号光的放大。

高功率泵浦激光器6的输出功率可调，通过调节泵浦光输出功率可以改变该装置的放大效果，从而改变输出信号光的功率。

本发明装置的信号源1后和光功率计8前各接有一个光隔离器甲2和乙7，目的是隔离功率较高的泵浦光，保护信号源1和光功率计8的安全，防止因为过高的激光功率损坏设备。

信号光1从铌酸锂掺杂石英光纤4拉曼光放大装置的输入端输入，经由光隔离器甲2、光纤布拉格光栅3进入铌酸锂掺杂石英光纤4，因受激拉曼散射效应在铌酸锂掺杂石英光纤中被放大，并经波分复用耦合器5和光隔离器乙7输出到光功率计8。

根据上述的说明，本发明采用下述技术方案：

一种铌酸锂掺杂石英光纤拉曼光放大装置，包括信号源1、光隔离器甲2、光纤布拉格光栅3、铌酸锂掺杂石英光纤4、波分复用耦合器5、高功率泵浦激光器6、光隔离器乙7、光功率计8，其特征在于：所述信号源1通过石英光纤连接光隔离器甲2，光隔离器甲2通过铌酸锂掺杂石英光纤4连接波分复用耦合器，所述光纤布拉格光栅3是在铌酸锂掺杂石英光纤4上通过相位掩膜法刻写而成，所述波分复用耦合器5通过石英光纤连接高功率泵浦激光器6和光隔离器乙7，光隔离器乙7通过石英光纤连接光功率计8。

所述铌酸锂掺杂石英光纤拉曼光放大装置采用低损高拉曼增益系数的铌酸锂掺杂石英光纤作为放大装置的增益介质。用于反射泵浦光的光纤布拉格光栅3是在作为放大介质的掺铌酸锂石英光纤4上刻写而成，降低了器件之间的连接损耗。其放大范围为1200~1650nm。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出的实质性特点和显著优点：

采用低损耗、高拉曼增益的铌酸锂掺杂石英光纤4作为拉曼放大器的增益光纤，制作出的拉曼光放大装置增益明显高于普通单模光纤拉曼放大器。通过改变光纤布拉格光栅3和高功率泵浦激光器6的波长可以实现1200~1650nm范围内信号光的放大。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的实施方式结合附图详述如下：

实施例一：

参见图1，本铌酸锂掺杂石英光纤拉曼光放大装置，包括信号源1、光隔离器甲2、光纤布拉格光栅3、铌酸锂掺杂石英光纤4、波分复用耦合器5、高功率泵浦激光器6、光隔离器乙7、光功率计8，其特征在于：所述信号源1通过石英光纤连接光隔离器甲2，光隔离器甲2通过铌酸锂掺杂石英光纤4连接波分复用耦合器，所述光纤布拉格光栅3是在铌酸锂掺杂石英光纤4上通过相位掩膜法刻写而成，所述波分复用耦合器5通过石英光纤连接高功率泵浦激光器6和光隔离器乙7，光隔离器乙7通过石英光纤连接光功率计8。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述铌酸锂掺杂石英光纤拉曼光放大装置采用低损高拉曼增益系数的铌酸锂掺杂石英光纤作为放大装置的增益介质。用于反射泵浦光的光纤布拉格光栅3是在作为放大介质的掺铌酸锂石英光纤4上刻写而成，降低了器件之间的连接损耗。其放大范围为1200~1650nm。

实施例三：

如图1所示，本铌酸锂掺杂石英光纤拉曼光放大装置，包括信号源1、光隔离器甲2、光纤布拉格光栅3、铌酸锂掺杂石英光纤4、波分复用耦合器5、高功率泵浦激光器6、光隔离器乙7、光功率计8；各部分均有石英光纤相连，其中光纤布拉格光栅3是在铌酸锂掺杂石英光纤4上刻写而成，光隔离器甲2、光隔离器乙7、光纤布拉格光栅3的中心波长和高功率泵浦激光器6波长相匹配。

本装置的操作原理如下：

将打开信号源1，而后调节泵浦激光器6功率，输入信号光和泵浦光会在铌酸锂掺杂石英光纤中发生受激拉曼散射效应，从而将信号光放大，光功率计8可测得放大后的信号光功率。