专利名称：超荧光光源的多波长光谱分割系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种波分复用通信系统中的多波长光源，更具体的说，是 涉及一种可获得多个波长输出的超荧光光源的多波长光谱分割系统。
背景技术：
在波分复用通信系统中，掺铒光纤超荧光宽带光源广泛应用于掺铒光纤放 大器的测量、光纤光栅研制和光谱测试中。另外，它还是光纤传感领域中的一 种重要光源。随着近年来掺铒光纤超荧光宽带光源的深入研究以及密集波分复 用系统的不断发展，应用光谱分割技术分割掺铒光纤超荧光宽带光源形成多波 长光纤光源，逐渐成为了人们寻找密集波分复用通信系统中价格便宜、可靠光 源的重要途径。
由于利用光谱分割非相干宽带光源形成多波长光源的方案，只需要一个宽 带光源便可获得多波长输出。然而目前波分复用系统是采用半导体激光器阵列 来构成多波长光源，这种方案不仅需要大量的价格较为昂贵的激光器，而且随 着通道间隔的变小，要求对每个通道的激光器波长进行锁定，以避免串扰，这 必然导致系统复杂、造价昂贵。相比之下，光谱分割非相干宽带光源方案具有 明显的优势，而且分割的光信道数目及信道宽度可以自行设计，结合光纤光栅
制作工艺的特点，其反射波长可以作到精确i殳定以符合ITU-T的WDM波长标准， 可以取代传统系统中工作于不同波长的多个激光器，成本和复杂性远比以前低。 因此，预计在不久的将来，在光纤到户接入网及全光局域网应用中，宽带非相 干光纤光源及光谱分割技术将会发挥较为重要的作用。此外，对超荧光光源进 行光谱分割产生的光为非相干光，应用于传感技术中可以减少因相干产生的误 差。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题，提供了 一
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光光源的多波长光:^普分割系统。
为解决上述技术问题，本实用新型是采用了如下技术方案实现的所述的 超荧光光源的多波长光谱分割系统包括有泵浦源、波分复用器、中浓度4参铒光 纤、高浓度掺铒光纤、光耦合器、光隔离器；泵浦源的输出端与波分复用器的 980nm端口光纤连接，波分复用器的公共端口与中浓度掺铒光纤的一端光纤连 接，中浓度掺铒光纤的另一端与高浓度掺铒光纤的一端光纤连接，高浓度掺铒 光纤的另 一端与光耦合器的公共端口光纤连接，光耦合器两个输出端口光纤连
接在一起构成全光纤反射环，波分复用器的1550腿端口与光隔离器的输入端口
光纤连接作为超荧光光源的输出端。在此基础之上，所述的超焚光光源的多波
长光谱分割系统还增设了 1 x n光耦合器，其中n取大于零的自然数，增设了第 8光环行器、第10光环行器、第12光环行器、…与第N光环行器，其中N取 大于等于8的自然数中的偶数，以下相同，增设了第9光纤光栅、第11光纤光 栅、第13光纤光栅、…与第N+l光纤光栅。
将光功率平均分配到各分光口的lxn光耦合器的公共端口与光隔离器的 输出端口光纤连接，1 xn光耦合器的各分光口分别和第8光环行器、第IO光 环行器、第12光环行器、…与第N光环行器的端口 1光纤连接，第8光环行器、 第10光环行器、第12光环行器、…与第N光环行器的端口 2分别和第9光纤 光栅、第11光纤光栅、第13光纤光栅、…与第N+l光纤光栅的一端光纤连接， 第8光环行器、第10光环行器、第12光环行器、…与第N光环行器的端口 3 为超荧光光源的多波长光语分割系统的输出端口 。
技术方案中所述的泵浦源是通过波分复用器为超荧光光源提供980nm的泵 浦光的泵浦源；所述的波分复用器是结构为980nm/1550腿的波分复用器；所述 的光耦合器是分光比为50:50的光耦合器；所述的中浓度掺铒光纤和高浓度掺 铒光纤是分别采用优化了的10. 6m长的中浓度掺铒光纤和2. 6m长的高浓度掺铒 光纤；所述的1 xn光耦合器是将光功率勻均分配的耦合器，每路光功率均为总 功率的1/n;所述的第8光环行器、第10光环行器、第12光环行器、…与第N 光环行器是结构相同的光环行器；所述的第9光纤光栅、第11光纤光栅、第 13光纤光栅、…与第N+l光纤光栅是反射率接近100%、反射波长不同的光纤布 拉格光栅。
与现有技术相比本实用新型的有益效果是
1. 超荧光光源的多波长光i普分割系统作为一种新型高性能光信号源，可用 于近距离低中码率光纤传输；
2. 超荧光光源的多波长光谱分割系统特别适用于波分复用通信系统及传感 网络，其良好的性能完全可以满足系统的要求；
3. 由于超荧光光源的多波长光谱分割系统具有天然良好的散热方式，其输 出功率及波长稳定；
4. 超荧光光源的多波长光谱分割系统可实现40mW的高功率稳定超荧光输
出；
5. 超荧光光源的多波长光谱分割系统具有任意选择输出波长、各光路输出 功率均匀、信道间无串扰的特点，与现有波分复用系统中用半导体激光器阵列 来构成多波长光源相比较结构简单且成本低廉；
6. 超荧光光源的多波长光谱分割系统采用全光纤结构方式，可实现真正的
低插入损耗的光纤耦合；
7.超荧光光源的多波长光语分割系统采用结构紧凑的模块化设计，最大限 度的降低其制作成本。
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明
图1是超荧光光源的多波长光谱分割系统的光路原理图； 图2 (a)是对超荧光光源的多波长光谱分割系统中的1520nm-1560nm (C 波段)超荧光的光谱测试图，此时的泵浦光功率为60mW;
图2 (b)是对超荧光光源的多波长光谱分割系统中的1520腿-1560腿(C 波段)超荧光的输入输出功率关系曲线测量图。
图中1.泵浦源，2.波分复用器，3.中浓度掺铒光纤，4.高浓度掺铒光纤， 5.光耦合器，6.光隔离器，7. lxn光耦合器，其中n取大于零的自然数，8.第 8光环行器，10.第10光环行器，12.第12光环行器，…N.第N光环行器，其 中N取大于等于8的自然数中的偶数，以下相同，9.第9光纤光栅，11.第ll 光纤光栅，13.第13光纤光栅，...N+1.第N+l光纤光栅。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作详细的描述
本实用新型主要技术构思是在现有超荧光光源上串联光谱分割装置的基础 上，基于光功率平均分配原理，提出功率均衡的多波长并联光谱分割系统。利 用铒离子能级结构和速率方程对掺铒光纤的增益特性进行分析，并结合 OptiAmplifier光纤放大设计软件建立结构模型对其进行数值模拟。使用不同 的抽运功率分别计算不同掺杂浓度和长度的掺铒光纤，比较输出光功率和超荧 光光谱，优化铒纤长度以得到最佳输出结果。釆用光耦合器构成的光纤环形镜 作为全反镜将泵浦光重新返回增益光纤中，进行二次光放大，使整个超焚光光 源具有较高的输出光功率、平坦的光谱、较宽的带宽、较高的稳定性，可用于 W匿光通信系统。在光谱分割中，用1 xn光耦合器将超焚光的输出光功率平均 分配到各路并联光路中，利用光纤光栅的滤波特性实现单波长光镨的输出。分 割后的光语光功率均衡、光谱稳定、边模抑制比较高，输出的光语由分辨率 0. 07腿的光纤光i普分析仪检测。通过实验验证和理论分析结果，对阈值泵浦功 率、最大输出功率、斜率效率等输出特性的参量作测试研究，并对其与各相关 技术参数的内在关系展开研究以优化超荧光光源的结构参量。
参阅图1,图1所示的是超萸光光源的多波长光镨分割系统的光^^原理图。 它包括以下主要零部件
泵浦源1，是通过波分复用器2为超荧光光源提供980nm泵浦光的泵浦源；
波分复用器2，是结构为980nm/1550nm的波分复用器，它把来自980nm泵
浦源的泵浦光输入4参铒光纤3,并将产生的超焚光从1550腿端口输出；
掺铒光纤3，超荧光光源采用的增益介质，采用优化了的10. 6m长的中浓 度掺铒光纤；
掺铒光纤4，超荧光光源采用的增益介质，采用优化了的2. 6m长的高浓度 掺铒光纤；
光耦合器5,是分光比为50:50的光耦合器，光耦合器5的公共端口与高 浓度掺铒光纤4相连接，光耦合器5的两个输出端光纤连接，使之成为全光纤 反射环；
光隔离器6,其作用是仅让一个方向光通过而阻止反方向光通过，防止传 输光路中的光反馈及光纤端面反射而造成不良影响，提高输出光的稳定性；
lxn光耦合器7，是匀均分配光功率的耦合器，将输入的超荧光均匀分配 到各分光口，实现功率的平均分配；
第8光环行器8、第IO光环行器IO、第12光环行器12、…与第N光环行 器N，是结构相同的光环行器，与光隔离器6共同保证光的单向运转，提高稳 定性，控制输出光方向；
第9光纤光栅9、第ll光纤光栅ll、第13光纤光栅13、…与第N+1光纤 光栅N+1，是反射率接近100%、反射波长不同的光纤布拉格光栅，作为窄带反 射式波长选择结构，经过光纤光栅选择特定波长而产生输出光。
它们之间的连接关系为泵浦源1的输出端与波分复用器2的980nm端口 相连，波分复用器2的公共端口与中浓度掺铒光纤3的一端光纤连接；中浓度 掺铒光纤3的另一端与高浓度掺铒光纤4 一端光纤连接；高浓度掺铒光纤4的 另一端与分光比为50: 5G的光耦合器5的公共端口光纤连接，光耦合器5两个 输出端口光纤连接在一起构成全光纤反射环；波分复用器2的1550nm端口与光 隔离器6的输入端口光纤连接作为超荧光光源的输出端；超焚光光源的输出端 (即光隔离器6的输出端口 )连接1 x n光耦合器7的公共端，将输入的光功率 平均分配到1 x n光耦合器7的各分光口 (各输出端)；1 x n光耦合器7的各路 分光口分别和第8光环行器8、第IO光环行器IO、第12光环行器12、…与第 N光环行器N的端口 1光纤连接；第8光环行器8、第10光环行器10、第12 光环行器12、…与第N光环行器N的端口 2分别和第9光纤光栅9、第ll光纤 光栅11、第13光纤光栅13、…与第N+l光纤光栅N+1的一端光纤连接，第8 光环行器(8)、第IO光环行器(IO)、第12光环行器(12)、…与第N光环行 器(N)的端口 3为超荧光光源的多波长光谱分割系统的输出端口。
超荧光光源的多波长光谱分割系统的工作原理
为超荧光光源提供980nm的泵浦光的泵浦源1所发出的泵浦光通过波分复 用器2的公共端口进入掺铒光纤增益介质，进行后向泵浦。采用中浓度掺铒光
纤3和高浓度掺铒光纤4依次对光信号进行放大，中浓度掺铒光纤3具有宽的 泵浦吸收带宽且增益平坦，高浓度掺铒光纤4更有效地提高输出光功率，而且 掺杂铒离子浓度的增高可以缩短掺铒光纤的长度。将分光比为50:50的光耦合 器5的两个输出端口光纤连接，形成全光纤反射环，反射率接近100%,经光耦 合器5后的光信号将全部被按原路反射回掺铒光纤增益介质中，再次实现光放 大，提高输出光功率。光隔离器6用来抑制噪声并保证光的单向传输，提高光 源稳定性，并且起到有效保护光源的作用。1520nm-1560nm (C波段)超荧光通 过光耦合器7均匀分光进入各分光口 (各输出端)中，理想光路中每路得到的 光功率应相同并为总输出功率的n分之一。结构相同的第8光环行器8、第10 光环行器10、第12光环行器12、…与第N光环行器N的端口 2分别和反射率 接近100%但反射波长不同的第9光纤光栅9、第ll光纤光栅ll、第13光纤光 栅13、…与第N+l光纤光栅N+1的一端串联，各串联光路之间并联即组成并联 的光谱分割系统，各光环行器用来控制光的传输及输出方向，各光纤光栅作为 反射型滤波器进行波长选择，将特定波长的光波选择并反射，从各环行器的端 口 3输出，从而达到光谱分割的目的。超荧光光源及其多波长光谱分割系统有 效的将宽带荧光光谱进行分割，实现多波长超荧光的输出，且并联光纤光栅分 割光谱结构在国内未见报道，具有一定的创新性。
参阅图2,图中所示的超荧光光源及其多波长光谱分割系统后向泵浦结构 的C波段超荧光的光谱图及输出功率随泵浦光功率变化关系曲线图。从图中可 以看出，超荧光的光谱为C波段(1520nm-1560腿)，有23nm的平坦区，光谱稳 定；随着泵浦功率的增加，超荧光光源的输出功率呈线性增大。试验测量最大 的C波段超焚光光源的输出光功率可以达到40mW，对温度变化不敏感，同时保 持较低的强度噪声。
权利要求1.一种超荧光光源的多波长光谱分割系统，包括有泵浦源(1)、波分复用器(2)、中浓度掺铒光纤(3)、高浓度掺铒光纤(4)、光耦合器(5)、光隔离器(6)；泵浦源(1)的输出端与波分复用器(2)的980nm端口光纤连接，波分复用器(2)的公共端口与中浓度掺铒光纤(3)的一端光纤连接，中浓度掺铒光纤(3)的另一端与高浓度掺铒光纤(4)的一端光纤连接，高浓度掺铒光纤(4)的另一端与光耦合器(5)的公共端口光纤连接，光耦合器(5)两个输出端口光纤连接在一起构成全光纤反射环，波分复用器(2)的1550nm端口与光隔离器(6)的输入端口光纤连接作为超荧光光源的输出端；其特征在于，所述的超荧光光源的多波长光谱分割系统还增设了1×n光耦合器(7)，其中n取大于零的自然数，增设了第8光环行器(8)、第10光环行器(10)、第12光环行器(12)、...与第N光环行器(N)，其中N取大于等于8的自然数中的偶数，以下相同，增设了第9光纤光栅(9)、第11光纤光栅(11)、第13光纤光栅(13)、...与第N+1光纤光栅(N+1)；将光功率平均分配到各分光口的1×n光耦合器(7)的公共端口与光隔离器(6)的输出端口光纤连接，1×n光耦合器(7)的各分光口分别和第8光环行器(8)、第10光环行器(10)、第12光环行器(12)、...与第N光环行器(N)的端口1光纤连接，第8光环行器(8)、第10光环行器(10)、第12光环行器(12)、...与第N光环行器(N)的端口2分别和第9光纤光栅(9)、第11光纤光栅(11)、第13光纤光栅(13)、...与第N+1光纤光栅(N+1)的一端光纤连接，第8光环行器(8)、第10光环行器(10)、第12光环行器(12)、...与第N光环行器(N)的端口3为超荧光光源的多波长光谱分割系统的输出端口。
2. 按照权利要求1所述的超焚光光源的多波长光谱分割系统，其特征在于， 所述的泵浦源(1 )是通过波分复用器(2 )为超焚光光源提供980nm的泵浦光 的泵浦源。
3. 按照权利要求1所述的超荧光光源的多波长光谱分割系统，其特征在于， 所述的波分复用器(2)是结构为980nm/1550mn的波分复用器。
4. 按照权利要求1所述的超荧光光源的多波长光谱分割系统，其特征在于， 所述的光耦合器(5)是分光比为50: 50的光耦合器。
5. 按照权利要求1所述的超荧光光源的多波长光谱分割系统，其特征在于， 所述的中浓度掺铒光纤(3)和高浓度掺铒光纤(4)是分别采用优化了的10. 6m长 的中浓度掺铒光纤和2. 6m长的高浓度掺铒光纤。
6. 按照权利要求1所述的超焚光光源的多波长光语分割系统，其特征在于， 所述的1 xn光耦合器(7)是将光功率匀均分配的耦合器，每路光功率均为总功 率的1/n。
7. 按照权利要求1所述的超荧光光源的多波长光谱分割系统，其特征在于，所述的第8光环行器(8)、第10光环行器(10)、第12光环行器(12)、…与 第N光环行器(N)是结构相同的光环行器。
8. 按照权利要求1所述的超荧光光源的多波长光语分割系统，其特征在于, 所述的第9光纤光栅(9)、第ll光纤光栅(ll)、第13光纤光栅(13)、…与 第N+l光纤光栅(N+l )是反射率接近100%、反射波长不同的光纤布拉格光栅。
专利摘要本实用新型公开了一种超荧光光源的多波长光谱分割系统。旨在克服现有技术存在的系统复杂、造价昂贵等问题。方案是在现有光源的基础上增设了1×n光耦合器(7)、第8光环行器(8)、第10光环行器(10)、第12光环行器(12)、……第N光环行器(N)、第9光纤光栅(9)、第11光纤光栅(11)、第13光纤光栅(13)、……与第N+1光纤光栅(N+1)。其中n取大于零的自然数，N取大于等于8自然数中的偶数，1×n光耦合器(7)的公共端口与光隔离器(6)的一端光纤连接，1×n光耦合器(7)的各分光口分别和各光环行器的端口1光纤连接，各光环行器的端口2分别和各光纤光栅光纤连接，各环行器(8)的端口3为输出端口。
文档编号H04B10/12GK201199690SQ200820071910
公开日2009年2月25日 申请日期2008年5月29日 优先权日2008年5月29日
发明者莹 张, 蒋蒙菊, 郭玉彬, 霍佳雨 申请人:吉林大学