[发明专利]增益可控的两段式掺铒光纤放大器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤放大器，特别是一种增益可控的两段式掺铒光纤放大器。

背景技术

随着通信技术的不断发展，宽带和高速的通信越来越受到社会的广泛关注。尤其是在光通信领域，它稳定的传输和DWDM(密集波分复用)带来的巨大潜在带宽，宽带传输更受人瞩目。自掺铒光纤放大器商用以来，它毫无疑问在全光通信中起着至关重要的作用。铒经过激活，它在1550nm窗口既可以将数字信号、也可以将模拟信号光进行全光的放大，对码型和速率都是透明的。980nm光学泵浦激光器能向特殊的光纤注入高强度能量，从而激活铒离子，把传输中的光信号加以放大。

掺铒光纤放大器能同时放大多个波长或信号，而与信号的比特率无关，同时还具有高增益、高输出功率、低噪声、宽带宽、与偏振无关等优点。在很多领域和场合，掺铒光纤放大器正逐步取代传统的光-电-光中继模式，成为现代光纤通信系统中不可缺少的关键部件。

掺铒光纤放大器的基本原理是利用掺铒光纤在泵浦能量下实现粒子数反转，通过泵浦能量的跃迁和弛豫转化为信号能量实现信号的放大。在实际系统中，由于自发辐射和光噪声的存在，掺铒光纤放大器不仅仅传播和放大信号光，而还放大了自发辐射，这种在光纤中传播并放大的非信号光叫做ASE光(放大的自发辐射：Amplified SpontaneousEmission)。虽然ASE的功率很小，但是它覆盖的频率很宽，会消耗一部分的泵浦功率，而且有两个传播方向(正向和反向)以至于影响信号的放大倍数。尤其是反向传输的ASE光经过反向的放大之后，传到掺铒光纤放大器的输入端时已经相当大了，而此时的信号光则最弱，这样就会直接导致噪声系数和信号增益的恶化。所以对于掺铒光纤放大器而言，增益并不是唯一的指标，在评定一个掺铒光纤放大器时噪声系数也是一项重要的指标，而它的性能主要取决于传输过程中放大了的自发辐射的大小。

传统的单段式掺铒光纤放大器光路如图2所示：信号光和泵浦光通过耦合器耦合入掺铒光纤，掺铒光纤的长度一般通过理论建模在给定的泵浦效率下达到最大化。由于掺铒光纤放大器中同时存在着受激辐射和自发辐射，自发辐射在传播的过程中被不断地放大，到输出端时会成为明显的噪声，从而影响输出信号的信噪比。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有掺铒光纤放大器的不足，提供一种增益可控的两段式掺铒光纤放大器，通过隔离反向传播的ASE噪声和将增益钳制在一个恒定值，从而优化了噪声性能和增益。

本发明的技术解决方案如下：

一种增益可控的两段式掺铒光纤放大器，其特点是：

①整个光路中有掺铒光纤：第一掺铒光纤6和掺铒光纤10；

②两段掺铒光纤6和10之间有依次连接的信号/泵浦波分解复用器7、第二光隔离器件8和第二信号/泵浦波分复用器件9，用来隔离第二段较长掺铒光纤中反向传播的ASE，使之不能进入第一段掺铒光纤。

本发明中，所述的增益可控的两段式掺铒光纤放大器，其中：

(1)在第一掺铒光纤6之前设有信号/泵浦波分复用器5，在该信号/泵浦波分复用器5之前设有分光器2，在该分光器的分光反向上设有第一pin管接收检测器3组成的信号输入功率测量装置；在分光器2与输入信号之间还设有第一光隔离器1；

(2)在第二掺铒光纤10之后设有第三光隔离器11，在该光隔离器11之后设有第二分光器13，在该第二分光器13的分光方向上设有第二pin管接收检测器14组成的信号输出功率测量装置；在该第二分光器13的回光方向上设有第三pin管接收检测器12组成的有回光输出功率测量装置；

(3)pin管接收检测器3、12和14检测的电信号都记入泵浦激光控制器15，该泵浦激光控制器15据此控制泵浦激光器4的工作，泵浦激光器4的激光功率由信号/泵浦波分复用器5与信号光耦合后输入第一段掺铒光纤。

本发明中，所述泵浦激光器的波长为980nm。

本发明中，所述的信号/泵浦波分复用器5和9采用马赫-曾特波分复用器，还可采用熔融拉锥双信道合波器或薄膜滤波的波分复用器。

本发明中，所述的泵浦激光控制器15包括一个模数转换器(A/D)、一个数模转换器(D/A)和微处理器(MCU)。其增益控制的功能具体如下：

一、测量信号增益

①信号输入功率测量装置和信号输出功率测量装置测得输入、输出信号的即时激光功率，并输出相应的电信号；

②泵浦激光器控制器的A/D转换器将功率测量装置输出的电信号由模拟量转换成数字信号；

③经微处理器处理，求得信号的增益。

二、与目标增益比较，微调泵浦激光器的泵浦功率