一种由单泵实现两级双向泵浦分光双次放大的光纤放大器

1.本发明涉及一种由单泵实现两级双向泵浦分光双次放大的光纤放大器。涉及光纤放大器领域。


背景技术：

2.随着全球数据流量快速膨胀，传输系统逐渐走向其容量极限。光纤通信凭借其带宽宽、容量大、损耗低、中继距离长等优点，成为研究与应用的重点。光放大器是光纤通信系统中不可或缺的关键器件。
3.为了获得更长的中继距离和更大的通信容量，提升光纤放大器的增益以及带宽一直以来都是我们研究的关键。两级双波长双向泵浦的使用可以扩展光纤放大器的带宽。传统的两级双波长双向泵浦光纤放大器过于繁琐，对泵浦要求较多在一定程度上增加放大器的材料成本。在光网络拓扑结构中，往往需要将光信号分解为多路光信号输出，分光的过程会导致光功率降低使中继距离变短。当前常用解决措施是将光信号分光后再采用光放大器放大，需要一个分光器加两个放大器才能实现，器件利用率低且成本较高，分光器和放大器堆叠使用会导致体积倍增不利于散热，长期使用也会导致放大器寿命的衰减。
4.本专利所述由单泵实现两级双向泵浦分光双次放大的光纤放大器，通过结构设计在增加带宽、增益和输出端口数量的同时，不失光纤放大器无需光电转换、易于与光纤系统连接、灵活应用的优点。


技术实现要素：

5.为了解决上述现有技术不足，本发明提供由单泵实现两级双向泵浦分光双次放大的光纤放大器。
6.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.一种由单泵实现两级双向泵浦分光双次放大的光纤放大器，该放大器由隔离器(1)，分光器(2)，环形器(3)，光纤光栅(4)，增益光纤(5)，环形器(6)，光纤光栅(7)，增益光纤(8)，分光器(9)，隔离器(10)，泵浦(11)，波分复用器(13)，环形器(14)，反射镜(15)，光纤光栅(16)，光纤光栅(17)共同组成。
8.泵浦(11)经过隔离器(10)和分光器(9)后一路泵浦进入增益光纤(5),从环形器(3)a端口进c端口出，被光纤光栅(16)反射回到环形器(3)b端口，经过分光器(2)、环形器(6)进入增益光纤(8)；被分光器(9)分光后的另一路泵浦进入增益光纤(8),从环形器(6)b端口进c端口出，被光纤光栅(17)反射回到环形器(6)a端口，经过分光器(2)、环形器(3)进入增益光纤(5)。实现泵浦(11)的双向泵浦。信号光经过隔离器(1)、分光器(2)和环形器(6)后进入增益光纤(8),信号光在增益光纤(8)中受泵浦光激发实现单次放大，放大后的信号光经过分光器(9)、波分复用器(13)后从环形器(14)b口输出。用光纤连接环形器(14)b和c口，单次放大后的信号返回放大系统，经过波分复用器(13)和分光器(9)后进入增益光纤(5)和(8)实现分束和二次放大，之后分别经过环形器(3)和(6)、光纤光栅(4)和(7)、光纤光
栅(16)和(17)后输出，由此实现对信号光单次放大或分光二次放大的控制。分光器(2)和分光器(9)、环形器(3)和(6)、光纤光栅(4)和(7)、反射镜(15)以及增益光纤(5)和(8)一起构成了环形腔和增益介质，泵浦(11)输入到增益介质(5)和(8)后激发环形腔对应波长的光不断循环放大生成新的泵浦激光，新泵浦同泵浦(11)一样经过分光器(9)实现双向泵浦。两个泵浦一起实现了双波长两级双向泵浦。
9.上述方案中，所述光栅(4)和光栅(7)参数相同，光栅反射波长和波分复用器(13)与反射镜(15)相连的一端波长相同，且该波长在增益光纤的增益波长内。
10.上述方案中，所述增益光纤(5)和增益光纤(8)为同种增益光纤，为掺杂有稀土离子的有源光纤或者掺铋光纤。
11.上述方案中，所述光栅(16)和光栅(17)参数相同，光栅反射波长为泵浦(11)输入波长。
12.上述方案中，所述分光器的分光比可根据需要进行调整。
13.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本发明实施例一提供的单泵实现两级双向泵浦分光双次放大的光纤放大器结构示意图。
16.图2为本发明实施例二提供的单泵实现两级双向泵浦分光双次放大的光纤放大器结构示意图。
具体实施方式
17.以下结合附图和实施例对本发明做进一步描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
18.实施例一
19.本发明实施例提供的一种由单泵实现两级双向泵浦分光双次放大的光纤放大器结构如图1所示。放大器由隔离器(1)，分光器(2)，环形器(3)，光纤光栅(4)，增益光纤(5)，环形器(6)，光纤光栅(7)，增益光纤(8)，分光器(9)，隔离器(10)，泵浦(11)，反射镜(12),光纤光栅(16)，光纤光栅(17)构成。泵浦(11)经过隔离器(10)和分光器(9)后一路泵浦进入增益光纤(5),从环形器(3)a端口进c端口出，被光纤光栅(16)反射回到环形器(3)b端口，经过分光器(2)、环形器(6)进入增益光纤(8)；被分光器(9)分光后的另一路泵浦进入增益光纤(8),从环形器(6)b端口进c端口出，被光纤光栅(17)反射回到环形器(6)a端口，经过分光器(2)、环形器(3)进入增益光纤(5)。实现泵浦(11)的双向泵浦。信号光经过隔离器(1)、分光器(2)和环形器(6)后进入增益光纤(8),信号光在增益光纤(8)内被泵浦光激发实现单次放大；放大后的信号光通过分光器(9)后被反射镜(12)反射回分光器(9)，被分光器(9)分成两
束的信号光进入增益光纤(5)和(8)实现二次放大，之后分别经过环形器(3)和(6)、光纤光栅(4)和(7)、光纤光栅(16)和(17)后输出，由此实现对信号光的分束双次放大。分光器(2)和分光器(9)、环形器(3)和(6)、光纤光栅(4)和(7)、反射镜(12)以及增益光纤(5)和(8)共同构成了环形腔和增益介质，泵浦(11)输入到增益介质(5)和(8)后除了放大需要的信号光外还使得环形腔对应波长的光循环放大生成新的泵浦激光，新泵浦同泵浦(11)一样经过分光器(9)实现双向泵浦。两个泵浦一起实现了双波长两级双向泵浦。
20.本实施例的一个较优实例为：泵浦(11)的波长为1240nm，增益光纤(5)和(8)为掺铋光纤，光纤光栅(4)和(7)为反射率99％的1310nm布拉格光栅，分光器(2)的分光比为90:10，分光器(9)的分光比为50:50。
21.本实施例的一个较优实例为：泵浦(11)的波长为1180nm，增益光纤(5)和(8)为掺铋光纤，光纤光栅(4)和(7)为反射率99％的1270nm布拉格光栅，分光器(2)的分光比为90:10，分光器(9)的分光比为60:40。
22.实施例二
23.本发明实施例提供的一种由单泵实现两级双向泵浦分光双次放大的光纤放大器结构如图2所示。放大器由隔离器(1)，分光器(2)，环形器(3)，光纤光栅(4)，增益光纤(5)，环形器(6)，光纤光栅(7)，增益光纤(8)，分光器(9)，隔离器(10)，泵浦(11)，波分复用器(13)，环形器(14)，反射镜(15),光纤光栅(16)，光纤光栅(17)构成。泵浦(11)经过隔离器(10)和分光器(9)后一路泵浦进入增益光纤(5),从环形器(3)a端口进c端口出，被光纤光栅(16)反射回到环形器(3)b端口，经过分光器(2)、环形器(6)进入增益光纤(8)；被分光器(9)分光后的另一路泵浦进入增益光纤(8),从环形器(6)b端口进c端口出，被光纤光栅(17)反射回到环形器(6)a端口，经过分光器(2)、环形器(3)进入增益光纤(5)。实现泵浦(11)的双向泵浦。信号光经过隔离器(1)、分光器(2)和环形器(6)后进入增益光纤(8),信号光在增益光纤(8)中受泵浦光激发实现单次放大，放大后的信号光经过分光器(9)、波分复用器(13)后从环形器(14)b口输出。用光纤连接环形器(14)b和c口，单次放大后的信号返回放大系统，经过波分复用器(13)和分光器(9)后进入增益光纤(5)和(8)实现分束和二次放大，之后分别经过环形器(3)和(6)、光纤光栅(4)和(7)、光纤光栅(16)和(17)后输出，由此实现对信号光单次放大或分束二次放大的控制。分光器(2)和分光器(9)、环形器(3)和(6)、光纤光栅(4)和(7)、反射镜(15)以及增益光纤(5)和(8)一起构成了环形腔和增益介质，泵浦(11)输入到增益介质(5)和(8)后激发环形腔对应波长的光不断循环放大生成新的泵浦激光，新泵浦同泵浦(11)一样经过分光器(9)实现双向泵浦。两个泵浦一起实现了双波长两级双向泵浦。
24.本实施例的一个较优实例为：泵浦(11)的波长为1240nm，增益光纤(5)和(8)为掺铋光纤，光纤光栅(4)和(7)为反射率99％的1310nm布拉格光栅，波分复用器(13)的波长为1310nm/e，分光器(2)的分光比为90:10，分光器(9)的分光比为50:50。