一种后向远程增益单元和遥泵放大器的制作方法

本发明实施例涉及光通信技术领域，尤其涉及一种后向远程增益单元和遥泵放大器。

背景技术：

随着特高压交直流电网的建设，变电站与变电站的传输距离越来越长。由于特高压直流、交流线路经过的地区往往交通不便，自然条件恶劣，设置光通信中继站十分困难，建设投资较大。因此，在特高压线路上采用超长跨距光传输技术进行数百公里以上的光纤传输具有非常重要的现实意义。

遥泵放大技术可应用于超长跨距无中继光传输系统中，用来提高系统功率预算，延长传输跨距。遥泵系统类似于传输链路中的无源线路放大器，可以比较有效提高无中继系统的传输。

目前，遥泵系统包括随路泵浦和旁路泵浦两种泵浦结构，随路泵浦结构为信号光和泵浦光在同一根纤芯传输；旁路泵浦结构为信号光和泵浦光在两根纤芯传输。在随路泵浦结构中，传输系统对泵浦光强有一定的限制，过高的泵浦光会产生受激布里渊和受激拉曼散射等非线性效应，并且经过长距离传输后，随路泵浦光或是旁路泵浦光到远程增益单元的功率已经难以满足泵浦功率的要求。因此常规的随路或旁路远程增益单元可延长的传输距离有限。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种后向远程增益单元和遥泵放大器，用以解决现有的远程增益单元可延长的距离有限的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种后向远程增益单元，包括第一波分复用器、第二波分复用器、第三波分复用器、第四波分复用器、第五波分复用器和掺铒光纤；

其中，第一波分复用器的第一透射端用于接收信号光，第一反射端与第二波分复用器的第二公共端连接，第一公共端与掺铒光纤的一端连接；

第二波分复用器的第二透射端和第二反射端分别用于接收旁路泵浦光；

第三波分复用器的第三透射端与第五波分复用器的第五透射端连接，第三反射端与第四波分复用器的第四公共端连接，第三公共端与掺铒光纤的另一端连接；

第四波分复用器的第四透射端用于接收旁路泵浦光，第四反射端与第五波分复用器的第五反射端连接；

第五波分复用器的第五公共端用于接收随路泵浦光并输出放大后的信号光。

第二方面，本发明实施例提供一种后向遥泵放大器，包括第一方面所述的远程增益单元，以及旁路泵浦单元和随路泵浦单元；旁路泵浦单元用于为远程增益单元提供旁路泵浦光，随路泵浦单元用于为远程增益单元提供随路泵浦光。

本发明实施例提供的一种后向远程增益单元和遥泵放大器，基于两路旁路泵浦光，通过第一波分复用器和第二波分复用器对掺铒光纤正向泵浦，基于一路旁路泵浦光和一路随路泵浦光，通过第三波分复用器、第四波分复用器和第五波分复用器对掺铒光纤反向泵浦，实现了双向泵浦，能够延长远程增益单元与接收端之间的距离，同时可以进一步改善遥泵系统的光信噪比，从而更有效地延长无中继传输距离。此外，由于远程增益单元由无源光器件和掺铒光纤组成，性能稳定性较好，无需供电，因此无需建设中继站、后期维护和监控，大大降低了建设成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的后向远程增益单元的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的后向遥泵放大器的结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的后向遥泵放大器的结构示意图；

附图标记说明：

11-第一波分复用器；12-第二波分复用器；13-第三波分复用器；

14-第四波分复用器；15-第五波分复用器；16-掺铒光纤；

11a-第一透射端；11b-第一反射端；11c-第一公共端；

12a-第二透射端；12b-第二反射端；12c-第二公共端；

13a-第三透射端；13b-第三反射端；13c-第三公共端；

14a-第四透射端；14b-第四反射端；14c-第四公共端；

15a-第五透射端；15b-第五反射端；15c-第五公共端；

1-远程增益单元；2-旁路泵浦单元；3-随路泵浦单元；

21-第一旁路泵浦单元；22-第二旁路泵浦单元；23-第三旁路泵浦单元；

17-光隔离器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对当前的遥泵系统中，基于随路泵浦结构和旁路泵浦结构的远程增益单元能够延长的传输距离均有限的情况，本发明实施例提供了一种后向远程增益单元。图1为本发明实施例提供的后向远程增益单元的结构示意图，如图1所示，后向远程增益单元包括第一波分复用器11、第二波分复用器12、第三波分复用器13、第四波分复用器14、第五波分复用器15和掺铒光纤16；其中，第一波分复用器11的第一透射端11a用于接收信号光，第一反射端11b与第二波分复用器12的第二公共端12c连接，第一公共端11c与掺铒光纤16的一端连接；第二波分复用器12的第二透射端12a和第二反射端12b分别用于接收旁路泵浦光；第三波分复用器13的第三透射端13a与第五波分复用器15的第五透射端15a连接，第三反射端13b与第四波分复用器14的第四公共端14c连接，第三公共端13c与掺铒光纤16的另一端连接；第四波分复用器14的第四透射端14a用于接收旁路泵浦光，第四反射端14b与第五波分复用器15的第五反射端15b连接；第五波分复用器15的第五公共端15c用于接收随路泵浦光并输出放大后的信号光。

具体地，后向远程增益单元包括五个波分复用器，为便于描述，将上述五个波分复用器分别用第一波分复用器11、第二波分复用器12、第三波分复用器13、第四波分复用器14和第五波分复用器15进行表示和区分。需要说明的是，本发明实施例中的波分复用器均为三端口波分复用器，三个端口分别是透射端、反射端和公共端。需要说明的是，本发明实施例中，透射端和反射端用于表示波分复用器合波的两个输入端，同一波分复用器的透射端和反射端可以相互替换，例如第四波分复用器14的第四透射端14a用于接收旁路泵浦光，第四反射端14b与第五波分复用器15的第五反射端15b连接，还可以是第四波分复用器14的第四反射端14b用于接收旁路泵浦光，第四透射端14a与第五波分复用器15的第五反射端15b连接。此外，后向远程增益单元还包括掺铒光纤16，掺铒光纤16是一个掺杂了少量稀土元素铒的光纤，是远程增益单元的增益介质。

针对第二波分复用器12，第二波分复用器12包括第二透射端12a、第二反射端12b和第二公共端12c。其中，第二透射端12a和第二反射端12b均用于接收旁路泵浦光，此处射入第二透射端12a和第二反射端12b的旁路泵浦光可以是来自同一旁路泵浦单元，也可以是来自不同的旁路泵浦单元，本发明实施例对此不作具体限定。两路旁路泵浦光分别射入第二透射端12a和第二反射端12b后，在第二波分复用器12内合波，并通过第二公共端12c输出。第二公共端12c与第一波分复用器11的第一反射端11b连接，即两路旁路泵浦光合波后传输至第一反射端11b。

针对第一波分复用器11，第一波分复用器11包括第一透射端11a、第一反射端11b和第一公共端11c。其中，第一透射端11a用于接收信号光，此处信号光是指发送端传输的业务信号光。第一反射端11b与第二公共端12c连接，用于接收经过第二波分复用器12合波后的两路旁路泵浦光。第一公共端11c与掺铒光纤16的一端连接，信号光与合波后的两路旁路泵浦光在第一波分复用器11内合波，并通过第一公共端11c输出，对掺铒光纤16进行正向泵浦。

针对第五波分复用器15，第五波分复用器15包括第五透射端15a、第五反射端15b和第五公共端15c。其中，第五透射端15a用于接收放大后的信号光，放大后的信号光通过第五透射端15a进入第五波分复用器15后，通过第五公共端15c输出。此外，第五公共端15c还用于接收随路泵浦光。随路泵浦光通过第五公共端15c进入第五波分复用器15之后，在第五波分复用器15内分波，从第五反射端15b输出。第五反射端15b与第四反射端14b连接，随路泵浦光从第五反射端15b输出后通过第四反射端14b进入第四波分复用器14。

针对第四波分复用器14，第四波分复用器14包括第四透射端14a、第四反射端14b和第四公共端14c。其中，第四透射端14a用于接收旁路泵浦光，此处射入第四透射端14a的旁路泵浦光可以与第二透射端12a和第二反射端12b的旁路泵浦光来自同一旁路泵浦单元，也可以是来自不同的旁路泵浦单元，本发明实施例对此不作具体限定。第四反射端14b与第五反射端15b连接，接收第五反射端15b输出的随路泵浦光。第四公共端14c与第三反射端13b连接，通过第四透射端14a输入的旁路泵浦光与通过第四反射端14b输入的随路泵浦光在第四波分复用器14内合波，从第四公共端14c输出，通过第三反射端13b进入第三波分复用器13。

针对第三波分复用器13，第三波分复用器13包括第三透射端13a、第三反射端13b和第三公共端13c。其中，第三反射端13b与第四公共端14c连接，用于接收第四公共端14c输出的合波后的旁路泵浦光和随路泵浦光。第三公共端13c与掺铒光纤16的另一端连接，合波后的旁路泵浦光和随路泵浦光通过第三公共端13c输出，对掺铒光纤16进行反向泵浦。此外，第三公共端13c还用于接收经过掺铒光纤16放大后的信号光，放大后的信号光在第三波分复用器13内分波后从第三透射端13a输出。第三透射端13a与第五透射端15a连接，放大后的信号光通过第五透射端15a进入第五波分复用器15，并从第五公共端15c输出。

本发明实施例提供的远程增益单元，基于两路旁路泵浦光，通过第一波分复用器11和第二波分复用器12对掺铒光纤16正向泵浦，基于一路旁路泵浦光和一路随路泵浦光，通过第三波分复用器13、第四波分复用器14和第五波分复用器15对掺铒光纤16反向泵浦，实现了双向泵浦，能够延长远程增益单元与接收端之间的距离，同时可以进一步改善遥泵系统的光信噪比，从而更有效地延长无中继传输距离。此外，由于远程增益单元由无源光器件和掺铒光纤组成，性能稳定性较好，无需供电，因此无需建设中继站、后期维护和监控，大大降低了建设成本。

基于上述实施例，远程增益单元还包括光隔离器，光隔离器设置在第三透射端与第五透射端之间，光隔离器的输入端与第三透射端连接，光隔离器的输出端与第五透射端连接。

具体地，光隔离器是基于法拉第旋转的非互易性实现的只允许单向光通过的无源光器件，具有高隔离度、低插损的特点，能够提高光波传输效率。在第三波分复用器的第三透射端和第五波分复用器的第五透射端之间设置光隔离器，使得第三透射端与第五透射端之间，只允许第三透射端输出的放大后的信号光传输至第五透射端，隔离反向自发辐射噪声。

基于上述任一实施例，掺铒光纤的铒离子浓度在1530nm波长处为2.5～3.0db/m，掺铒光纤的数值孔径为0.28～0.3，掺铒光纤的模场直径在1550nm波长处为4.2～4.6μm，掺铒光纤的长度为25～35m。

此处，数据孔径用于表征光进入掺铒光纤时的锥角大小，模场直径(modefielddiameter，mfd)用于表征在掺铒光纤的纤芯区域基模光的分布状态。

基于上述任一实施例，图2为本发明实施例提供的后向遥泵放大器的结构示意图，如图2所示，后向遥泵放大器包括远程增益单元1，以及旁路泵浦单元2和随路泵浦单元3；旁路泵浦单元2用于为远程增益单元1提供旁路泵浦光，随路泵浦单元3用于为远程增益单元1提供随路泵浦光。

具体地，远程增益单元1为上述任一实施例中的后向远程增益单元，旁路泵浦单元2用于为远程增益单元1提供旁路泵浦光，随路泵浦单元3用于为远程增益单元1提供随路泵浦光。进一步地，远程增益单元1中第二波分复用器12的第二透射端12a和第二反射端12b用于接收旁路泵浦光，第四波分复用器14的第四透射端14a用于接收旁路泵浦光，第五波分复用器15的第五公共端15c用于接收随路泵浦光。因此，对应地，旁路泵浦单元2需要为第二透射端12a、第二反射端12b和第四透射端14a提供旁路泵浦光，随路泵浦单元3需要为第五公共端15c提供随路泵浦光。此处，旁路泵浦单元2提供的旁路泵浦光可以来自同一泵浦源，也可以来自不同的泵浦源，例如旁路泵浦单元2内包含两个泵浦源，其中一个泵浦源用于为第二透射端12a和第二反射端12b提供旁路泵浦光，另一个泵浦源用于为第四透射端14a提供旁路泵浦光，还可以包含三个泵浦源，每个泵浦源对应一个端口，本发明实施例对此不作具体限定。

本发明实施例提供的后向遥泵放大器，包括远程增益单元1、旁路泵浦单元2和随路泵浦单元3，在不改变现有传输设备和光纤线路，通过在实际线路中增加一个远程增益单元1，即可实现大容量长距跨距无电中继光放大。远程增益单元1中，基于两路旁路泵浦光，通过第一波分复用器11和第二波分复用器12对掺铒光纤16正向泵浦，基于一路旁路泵浦光和一路随路泵浦光，通过第三波分复用器13、第四波分复用器14和第五波分复用器15对掺铒光纤16反向泵浦，实现了双向泵浦，能够延长远程增益单元1与接收端之间的距离，同时可以进一步改善遥泵系统的光信噪比，从而更有效地延长无中继传输距离。此外，由于远程增益单元1由无源光器件和掺铒光纤组成，性能稳定性较好，无需供电，因此无需建设中继站、后期维护和监控，大大降低了建设成本。

基于上述任一实施例，旁路泵浦单元包括第一旁路泵浦单元、第二旁路泵浦单元和第三旁路泵浦单元；第一旁路泵浦单元与第二透射端连接，第二旁路泵浦单元与第二反射端连接，第三旁路泵浦单元与第四透射端连接。

具体地，在旁路泵浦单元中，第一旁路泵浦单元、第二旁路泵浦单元和第三旁路泵浦单元为相互独立的三个泵浦源。其中，第一旁路泵浦单元通过光纤与第二透射端连接，为第二透射端提供旁路泵浦光。第二旁路泵浦单元通过光纤与第二反射端连接，为第二反射端提供旁路泵浦光。第三旁路泵浦单元通过光纤与第四透射端连接，为第四透射端提供旁路泵浦光。第一旁路泵浦单元、第二旁路泵浦单元和第三旁路泵浦单元发送的泵浦光可以是相同或不同波长的泵浦光，本发明实施例对此不作具体限定。

基于上述任一实施例，旁路泵浦单元和随路泵浦单元设置在放大后的信号光的接收端。

此处，接收端是指在光路传输中，用于接收业务信号光的设备。信号光经过远程增益单元放大后，通过光纤传输至接收端。随路泵浦单元设置在接收端，并将随路泵浦光通过上述光纤传输至远程增益单元。也就是说，本发明实施例中，远程增益单元的第五公共端接收到的随路泵浦光，是从接收端发出的。

基于上述任一实施例，远程增益单元与接收端之间的光缆的长度l如下式所示：

式中，ppump为随路泵浦光或旁路泵浦光的功率，ppump的单位是mw；λ为随路泵浦光或旁路泵浦光的波长，λ的单位是nm；α为光缆在1460nm波长处的损耗系数，α的单位是db/km。

当随路泵浦光的功率和旁路泵浦光的功率不同，或随路泵浦光的波长和旁路泵浦光的波长不同时，分别将随路泵浦光的功率和波长以及旁路泵浦光的功率和波长代入上式中，得到不同的光缆长度l，并从中选取最小的光缆长度l作为最终确定的远程增益单元和接收端之间的距离。

确定远程增益单元与接收端之间的光缆长度后，即可根据光缆长度l确定远程增益单元的安装位置。

基于上述任一实施例，第一旁路泵浦单元输出的旁路泵浦光和随路泵浦单元输出的随路泵浦光的波长为1460～1475nm，第二旁路泵浦单元输出的旁路泵浦光和第三旁路泵浦单元输出的旁路泵浦光的波长为1476～1490nm。

基于上述任一实施例，图3为本发明另一实施例提供的后向遥泵放大器的结构示意图，如图3所示，后向遥泵放大器包括远程增益单元1、旁路泵浦单元2和随路泵浦单元3。

其中，旁路泵浦单元2包括第一旁路泵浦单元21、第二旁路泵浦单元22和第三旁路泵浦单元23。随路泵浦单元3设置在接收端。远程增益单元1包括第一波分复用器11、第二波分复用器12、第三波分复用器13、第四波分复用器14、第五波分复用器15、光隔离器17和掺铒光纤16。

第一波分复用器11的第一透射端11a用于接收信号光，第一反射端11b与第二波分复用器12的第二公共端12c连接，第一公共端11c与掺铒光纤16的一端连接；第二波分复用器12的第二透射端12a与第一旁路泵浦单元21连接，第二反射端12b与第二旁路泵浦单元22连接；第三波分复用器13的第三透射端13a通过光隔离器17与第五波分复用器15的第五透射端15a连接，第三反射端13b与第四波分复用器14的第四公共端14c连接，第三公共端13c与掺铒光纤16的另一端连接；第四波分复用器14的第四透射端14a与第三旁路泵浦单元23连接，第四反射端14b与第五波分复用器15的第五反射端15b连接；第五波分复用器15的第五公共端15c与接收端连接，用于接收随路泵浦单元3发送的随路泵浦光，并向接收端传输放大后的信号光。为了便于区分，下文将第一旁路泵浦单元21、第二旁路泵浦单元22和第三旁路泵浦单元23发出的泵浦光称为第一旁路泵浦光、第二旁路泵浦光和第三旁路泵浦光。

上述后向遥泵放大器中，信号光的流向如下：信号光首先通过第一透射端11a进入第一波分复用器11，经过第一波分复用器11合波后，从第一公共端11c输出。第一公共端11c与掺铒光纤16的一端连接，信号光通过掺铒光纤16和泵浦光共同作用后被放大，并从掺铒光纤16的另一端输出。掺铒光纤16的另一端与第三公共端13c连接，放大后的信号光通过第三公共端13c进入第三波分复用器13，经过第三波分复用器13分波后从第三透射端13a输出。第三透射端13a通过光隔离器17与第五透射端15a连接，放大后的信号光通过第五透射端15a进入第五波分复用器15，经过第五波分复用器15合波后从第五公共端15c输出，传输向接收端。

上述后向遥泵放大器中，泵浦光的流向如下：第二波分复用器12的第二透射端12a和第二反射端12b分别接收来自第一旁路泵浦单元21和第二旁路泵浦单元22发送的第一旁路泵浦光和第二旁路泵浦光，第一旁路泵浦光和第二旁路泵浦光进入第二波分复用器12后，经过第二波分复用器12合波，从第二公共端12c输出。第二公共端12c与第一反射端11b连接，合波后的第一旁路泵浦光和第二旁路泵浦光通过第一反射端11b进入第一波分复用器11，经过第一波分复用器11合波后从第一公共端11c输出，进入掺铒光纤16进行正向泵浦。第五波分复用器15的第五公共端15c接入随路泵浦光，随路泵浦光通过第五公共端15c进入第五波分复用器15后，在第五波分复用器15内分波后从第五反射端15b输出。第五反射端15b与第四反射端14b连接，随路泵浦光通过第四反射端14b进入第四波分复用器14。此外，第四透射端14a接收来自第三旁路泵浦单元23发送的第三旁路泵浦光，第三旁路泵浦光通过第四透射端14a进入第四波分复用器14。随路泵浦光和第三旁路泵浦光在第四波分复用器14内合波，并通过第四公共端14c输出。第四公共端14c与第三反射端13b连接，合波后的随路泵浦光和第三旁路泵浦光通过第三反射端13b进入第三波分复用器13，并在第三波分复用器13内合波后从第三公共端13c输出，进入掺铒光纤16，进行反向泵浦。最终，正向泵浦与反向泵浦共同作用于掺铒光纤16，实现对信号光的放大。

本发明实施例提供的后向遥泵放大器，包括远程增益单元1、旁路泵浦单元2和随路泵浦单元3，在不改变现有传输设备和光纤线路，通过在实际线路中增加一个远程增益单元1，即可实现大容量长距跨距无电中继光放大。远程增益单元1中，基于两路旁路泵浦光，通过第一波分复用器11和第二波分复用器12对掺铒光纤16正向泵浦，基于一路旁路泵浦光和一路随路泵浦光，通过第三波分复用器13、第四波分复用器14和第五波分复用器15对掺铒光纤16反向泵浦，实现了双向泵浦，能够延长远程增益单元1与接收端之间的距离，同时可以进一步改善遥泵系统的光信噪比，从而更有效地延长无中继传输距离。此外，由于远程增益单元1是无源器件，性能稳定性较好，无需供电，因此无需建设中继站、后期维护和监控，大大降低了建设成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的实施例各实施例技术方案的范围。