铒镱离子共掺光纤放大器光噪声测试装置及测试方法与流程

本发明涉及光通信，具体涉及一种铒镱离子共掺光纤放大器光噪声测试装置及测试方法。

背景技术：

1、铒镱离子共掺光纤是1.5um波段（典型光波长值范围1500-1650nm）中高功率输出、各种连续或脉冲光纤放大器构成中最常规的增益光纤类型。该光谱波段的电磁辐射信号，在光纤波导和自由空间大气环境中传输损耗低，且“人眼安全”（最大可接受光辐射功率密度阈值高出紫外和可见光谱波段2-4个数量级）。用此类型掺杂光纤的铒镱离子共掺光纤作为增益介质的光纤放大器，广泛应用于光纤通信、空间激光通信、光纤传感、激光雷达和大气环境激光遥感等领域。

2、常规低功率掺铒光纤放大器（erbium-doped fiber amplifier，以下简称edfa），由于铒离子之间猝灭效应对放大泵浦效率的影响，无法实现较高浓度掺杂，最高放大输出光功率仅在百毫瓦量级。铒镱离子掺杂光纤通过铒离子和镱离子按适当浓度比例混合掺杂，较高浓度掺杂的镱离子相比铒离子，可以更高效吸收注入光纤放大器的泵浦激光能量，有效降低铒离子之间浓度猝灭效应的负面影响。这种镱离子掺杂敏化作用可实现eydfa在1.5um光谱波段百瓦级激光功率放大输出。在实际系统工程应用中，光纤放大器主要提供各种前端输入小信号激光的增益放大功能，当输入激光功率低于一定阈值时，注入光纤放大器的泵浦光功率得不到有效吸收转换，系统中产生大量沿光纤链路正、反向传输的光噪声特征体现为宽谱放大自发辐射（amplified spontaneous emission，以下简称ase）噪声。系统内传输的光噪声累积到一定程度，会破坏链路中的各种光纤器件的正常性能，导致系统稳定性下降甚至器件损伤。实际工程应用中，需要测试设定输入激光信号的最低安全阈值功率，来保证系统正常工作。两种掺杂离子的存在，也意味着光纤放大器中存在两种波段的ase光噪声，典型光谱波长范围分别为1520-1570nm的铒波段ase光噪声和1000-1100nm的镱波段ase光噪声。

3、实际工程应用的eydfa设计中，尤其需要考虑输入待放大激光信号因故障中断情况下，系统内瞬态产生的铒镱双波段ase噪声强度和累积速度，设计合理的预警响应时间和安全阈值，关断放大器泵浦电流以消除ase光噪声，通过这种互锁（interlock）功能保护光纤放大器内各器件工作性能不受突发输入信号中断的影响。近年来，关于1.5um光谱波段eydfa中铒、镱双波段ase噪声的产生机制和抑制方案有大量的理论与实验研究，但是缺少针对这种光噪声强度在光纤放大器系统中瞬态演化过程的定量测试，无法精确标定诸如光纤放大器互锁响应时间、输入信号光功率安全阈值等实际工程应用设计所需参数。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术中缺少光噪声强度在光纤放大器系统中瞬态演化过程的定量测试，无法精确标定诸如光纤放大器互锁响应时间、输入信号光功率安全阈值等实际工程应用设计所需参数，针对此不足，提出了铒镱离子共掺光纤放大器光噪声测试装置及测试方法。

2、为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

3、铒镱离子共掺光纤放大器光噪声测试装置,包括信号发生器、泵浦激光器驱动器和泵浦激光器，且依次相连，还包括第一硅光电探测器、第二硅光电探测器、第一铟镓砷光电探测器、第二铟镓砷光电探测器、第一波分复用器、第二波分复用器、第一泵浦光合束器、第二泵浦光合束器和铒镱离子共掺光纤；

4、其中，信号发生器产生的电脉冲加载到泵浦激光器驱动器后，泵浦激光器产生泵浦激光脉冲，经第一泵浦光合束器进入铒镱离子共掺光纤，产生的正向传输铒镱双波段ase光噪声向右传输，正向传输铒镱双波段ase光噪声经第二波分复用器将正向传输铒镱双波段ase光噪声分离为铒波段和镱波段光噪声，镱波段光噪声经第二波分复用器收集进第二硅光电探测器，铒波段光噪声经第二波分复用器收集进第二铟镓砷光电探测器，形成光噪声在装置中正向传输探测路径；

5、信号发生器产生的电脉冲加载到泵浦激光器驱动器后，泵浦激光器产生泵浦激光脉冲，经第二泵浦光合束器进入铒镱离子共掺光纤，产生的反向传输铒镱双波段ase光噪声向左进入第一波分复用器，将铒镱双波段ase光噪声分离为铒波段和镱波段光噪声，镱波段光噪声经第一波分复用器收集进第一硅光电探测器，铒波段光噪声经第一波分复用器收集进第一铟镓砷光电探测器，形成光噪声在装置中反向传输探测路径。

6、作为本发明的进一步优选，所述第一波分复用器与铒镱离子共掺光纤之间设置有第二泵浦滤除器；所述第二波分复用器与铒镱离子共掺光纤之间设置有第一泵浦滤除器。

7、作为本发明的进一步优选，所述第一泵浦滤除器和第二泵浦滤除器的结构相同，均包括尾纤芯径和数值孔径，所述尾纤芯径和数值孔径均与铒镱离子共掺光纤匹配。

8、作为本发明的进一步优选，所述第一硅光电探测器和第二硅光电探测器均可采用自由空间方式型硅光电探测器、带尾纤输入型硅光电探测器或可调衰减倍数的光电探测器。

9、作为本发明的进一步优选，所述第一铟镓砷光电探测器和第二铟镓砷光电探测器均可采用自由空间方式型硅光电探测器、带尾纤输入型硅光电探测器或可调衰减倍数的光电探测器。

10、作为本发明的进一步优选，所述铒镱离子共掺光纤设置为单模、少模或多模光纤。

11、作为本发明的进一步优选，所述第一波分复用器包括第一连接端口、第二连接端口和第三连接端口；所述第一连接端口用于连接第二泵浦滤除器，所述第二连接端口用于连接第一硅光电探测器，所述第三连接端口用于连接第一铟镓砷光电探测器。

12、作为本发明的进一步优选，第二波分复用器包括第四连接端口、第五连接端口和第六连接端口；所述第四连接端口用于连接第一泵浦滤除器，所述第五连接端口用于连接第二硅光电探测器，所述第六连接端口用于连接第二铟镓砷光电探测器。

13、铒镱离子共掺光纤放大器光噪声测试装置的测试方法，包括以下步骤：

14、s1、泵浦激光器输出光脉冲相对信号发生器输出触发电脉冲信号的延时为t0；

15、s2、第一硅光电探测器探测到的镱波段光噪声信号相对触发信号的延时为t1、光噪声信号强度为v1；

16、s3、第二硅光电探测器探测到的镱波段光噪声信号相对触发信号的延时为t2、光噪声信号强度为v2；

17、s4、第一铟镓砷光电探测器探测到的铒波段光噪声信号相对触发信号的延时为t3、光噪声信号强度为v3；

18、s5、第二铟镓砷光电探测器探测到的铒波段光噪声信号相对触发信号的延时为t4、光噪声信号强度为v4；

19、s6、经计算，得到反向传输镱波段光噪声产生时间为t1-t0，反向传输铒波段光噪声产生时间为t3-t0；

20、s7、经计算，得到正向传输镱波段光噪声产生时间为t2-t0，正向传输铒波段光噪声产生时间为t4-t0；

21、s8、对比s6和s7中的四组时间，其中，最小时间值定义为该铒镱离子共掺光纤放大器系统；在输入激光信号丢失时的安全互锁时间值，在小于安全互锁时间值内快速关断泵浦激光器驱动器以及关断泵浦激光器的输出激光，可保护系统内各器件性能正常；

22、s9、通过对比镱波段光噪声的光噪声信号强度v1和镱波段光噪声的光噪声信号强度为v2，定量分析反、正向镱波段光噪声的大小；

23、s10、通过对比铒波段光噪声的光噪声信号强度v3和铒波段光噪声的光噪声信号强度为v4，定量分析反、正向铒波段光噪声的大小；

24、s11、通过改变铒镱离子共掺光纤长度、泵浦激光强度，测量出对应的时间和光噪强度，形成设计参考值。

25、本发明提出的铒镱离子共掺光纤放大器光噪声测试装置及测试方法，与现有技术相比，具有如下有益效果：

26、1、本发明结构简单、测试方法简单、适用范围广、实用性高；

27、2、可精确测试任意规格铒镱离子共掺光纤增益介质在光纤放大器工作光噪声强度的动态变化；

28、3、通过该测试方法和装置，可精确标定eydfa系统输入激光信号因故障丢失所需的互锁保护响应时间。