全波段拉曼光纖放大器的製作方法
2023-04-26 02:17:31
專利名稱：全波段拉曼光纖放大器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光纖放大器，尤其涉及一種基於拉曼效應的全波段光纖放大器，適用於光纖通信系統和網絡。
為了提高拉曼放大帶寬，美國TYCO SUBMARINE SYSTEM公司的KidorfHoward David(US6052219，Wide bandwidth Raman amplifier capable of employingpump energy spectrally overlapping the signal)和Xiabing Ma(US6151160，Broadband Raman pre-amplifier for wavelength division multiplexed opticalcommunication systems)對此先後進行了研究。前者採用1455nm和1495nm兩個泵浦源反向泵浦，可以獲得1530-1610nm範圍(C波段和L波段)的信號放大，後者提出採用多個分帶結構，每個分帶可以用摻稀土離子光纖或拉曼效應放大所對應的光信號，可以實現寬帶放大，由於後者在分帶放大之前，還利用了一個摻鉺光纖放大器或拉曼光纖放大器，其分帶放大的帶寬受它前面的放大器的制約，其放大帶寬不超過120nm。
隨著用戶對帶寬的日益需求，光纖通信正在向著高速率和高帶寬的方向發展，無水峰的石英光纖已研製成功(ALLWAVE光纖)，不久將會投入商用。無水峰的石英光纖的低損耗帶寬為400nm(1250-1650nm)，覆蓋了第二、第三、第四和第五個通信窗口。然而，目前發明的光纖放大器的最大平坦帶寬只有120nm，其帶寬還不到全波光纖可利用帶寬的三分之一。因此，研究帶寬更寬的超寬帶光纖放大器成為近期密集波分復用技術的研究主題。
為實現這樣的目的，本發明的技術方案中，利用分帶結構和多波長泵浦相結合的方法，分別採用非零色散位移光纖和色散補償光纖，設計出400nm帶寬的全波段分布式和集中式拉曼光纖放大器。
本發明設計的全波段拉曼光纖放大器，包括五個信號傳輸及放大臂和一對波帶解復用器/復用器。五個放大臂分別用於傳輸和放大1250-1310nm、1310-1380nm、1380-1460nm、1460-1550nm及1550-1650nm波長範圍的光信號。波帶解復用器/復用器用於將1250-1650nm範圍的輸入光信號解復用成上述不同的五個波帶。
對於分布式拉曼放大，設置有五個總體平行的放大臂，五個放大臂使用非零色散位移光纖(NDSF)作傳輸和增益介質。使用基於帶通濾波器的波帶解復用器將來自輸入端的1250-1650nm波段的光信號解復用成五個波帶(1250-1310nm，1310-1380nm，1380-1460nm，1460-1550nm，1550-1650nm)，經過非零色散位移光纖反向泵浦放大後，通過波帶復用器合波輸出。
對於集中式拉曼放大，設置有五個總體平行的放大器臂，五個放大臂使用色散補償光纖(DCF)作傳輸和增益介質。使用基於帶通濾波器的波帶解復用器將來自輸入端的1250-1650nm波段的光信號解復用成五個波帶(1250-1310nm，1310-1380nm，1380-1460nm，1460-1550nm，1550-1650nm)，經過色散補償光纖反向泵浦放大後，通過波帶復用器合波輸出。
每個放大臂分別採用若干個發射波長不等的雷射器泵浦，用於泵浦該臂中的非零色散位移光纖，以便分布放大其中傳輸的光信號，或泵浦色散補償光纖，以便集中放大其中傳輸的光信號。
本發明的全波段拉曼光纖放大器的帶寬可以達到400nm，覆蓋全波光纖所有的低損耗通信窗口。在全波光纖通信系統中，可以充分利用全波光纖的有效帶寬。
如
圖1所示，本發明的全波段分布式拉曼光纖放大器設置有五個總體平行的信號傳輸及放大臂，分別用於傳輸五個不同波長範圍的光信號，五個臂採用非零色散位移光纖作傳輸和增益介質。多波長泵浦雷射二極體陣列連接並泵浦非零色散位移光纖。基於帶通濾波器的波帶解復用器將輸入的全波光纖信號解復用成五個波帶，每個波帶由非零色散位移光纖傳輸放大後，經波帶復用器合波輸出。
圖2為本發明的全波段集中式拉曼光纖放大器的結構示意圖。
如圖2所示，本發明的全波段集中式拉曼光纖放大器設置有五個總體平行的信號傳輸及放大臂，分別用於傳輸五個不同波長範圍的光信號，五個臂採用色散補償光纖作傳輸和增益介質。多波長泵浦雷射二極體陣列連接並泵浦色散補償光纖。基於帶通濾波器的波帶解復用器將輸入的全波光纖信號解復用成五個波帶，每個波帶由色散補償光纖傳輸放大後，經波帶復用器合波輸出。
本實施例中的全波段拉曼光纖放大器包括五個信號傳輸及放大臂，第一個放大臂用於傳輸1250-1310nm波長範圍的超短波長信號，第二個放大臂用於傳輸1310-1380nm波長範圍的短波長信號，第三個用於傳輸1380-1460nm波長範圍的短波長信號，第四個用於傳輸1460-1550nm波長範圍的信號，第五個用於傳輸1550-1650nm波長範圍的信號，使用25km長的非零色散位移光纖(NDSF)作傳輸和增益介質，非零色散位移光纖參數如表1所示，用於放大的泵浦波長和泵浦功率的優化配置如表2所示。
表1 用於分布式拉曼放大的非零色散位移光纖參數
表中，β1，β2一階色散和二階色散；D1，D2色散的一階導數和二階導數；λ0零色散波長；PMD偏振模色散；A纖芯有效面積；L光纖長度表2 用於分布式拉曼放大的泵浦波長和泵浦功率的優化配置
每一個輸入信道功率為-20dBm，信道間距為1.6nm。第一個傳輸和放大臂用波長分別為1184.4nm，1212.1nm，1241.2nm、總功率為720mW的3個半導體雷射器泵浦，光信號波長範圍為1250-1310nm，所得平坦帶寬為60nm，平均增益在10dB左右，平坦度在1dB以內。第二個傳輸和放大臂用波長為1237.1nm，1268.5nm，1298.1nm，1307.2nm、總功率為744mW的4個半導體雷射器泵浦，光信號波長範圍1310-1380nm，所得平坦帶寬為70nm，平均增益在10dB左右，平坦度在1dB以內。第三個傳輸和放大臂用總功率為798mW、發射波長為1300.4nm，1336.4nm，1373.1nm的3個半導體雷射器泵浦，光信號的波長範圍為1380-1460nm，所得平坦帶寬為80nm，平均增益在10dB左右，其平坦度在1dB以內。第四個傳輸和放大臂用總功率為855mW、發射波長為1371.2nm，1409.9nm，1452.3nm的3個半導體雷射器泵浦，光信號的波長範圍為1460-1550nm，所得平坦帶寬為90nm，平均增益在10dB左右，其平坦度在1dB以內。第五個傳輸和放大臂用總功率為896mW、發射波長為1450.3nm，1493.7nm，1539.7nm的3個半導體雷射器泵浦，光信號波長範圍為1550-1650nm，所得平坦帶寬為100nm，平均增益在10dB左右，其平坦度在1dB以內。經過以上五個傳輸和放大臂後，從波帶復用器耦合輸出的增益譜平坦帶寬可以達到400nm。
由上可見，本發明的全波段拉曼光纖放大器的平坦帶寬可以達到400nm帶寬，覆蓋的波長範圍為1250-1650nm。2.集中式拉曼放大本實施例中的全波段拉曼光纖放大器包括五個信號傳輸及放大臂，第一個放大臂用於傳輸1250-1310nm波長範圍的超短波長信號，第二個放大臂用於傳輸1310-1380nm波長範圍的短波長信號，第三個用於傳輸1380-1460nm波長範圍的短波長信號，第四個用於傳輸1460-1550nm波長範圍的信號，第五個用於傳輸1550-1650nm波長範圍的信號，使用1km長的色散補償光纖(DCF)作傳輸和增益介質，參數如表3所示。用於集中式拉曼放大的泵浦波長和泵浦功率的優化配置如表4所示。
表3 用於集中式拉曼放大的色散補償光纖參數
表中，β1，β2一階色散和二階色散；D1，D2色散的一階導數和二階導數；λ0零色散波長；PMD偏振模色散；A纖芯有效面積；L光纖長度表4 用於集中式拉曼放大的泵浦波長和泵浦功率的優化配置
每一個輸入信道功率為-20dBm，信道間距為1.6nm。第一個傳輸和放大臂用波長分別為1161.4nm，1162.3nm，1163.2nm，1164.1nm，1165.0nm，1206.3nm和1239.2nm、總功率為3782mW的7個半導體雷射器泵浦，光信號波長範圍為1250-1310nm，所得平坦帶寬為60nm，平均增益在10dB左右，平坦度在1dB以內。第二個傳輸和放大臂用1235.0nm，1237.1nm，1239.1nm，126 8.5nm，1301.5nm、總功率為3071mW的5個半導體雷射器泵浦，所得平坦帶寬為70nm，平均增益在10dB左右，平坦度在1dB以內。第三個傳輸和放大臂用總功率為3276mW、發射波長為1298.2nm，1300.4nm，1302.7nm，1336.4nm，1373.1nm的5個半導體雷射器泵浦，所得平坦帶寬為80nm，平均增益在10dB左右，其平坦度在1dB以內。第四個傳輸和放大臂用總功率為4252mW、發射波長為1339.4nm，1340.6nm，1341.8nm，1343nm，1386.4nm，1413.9nm，1452.3nm的7個半導體雷射器泵浦，所得平坦帶寬為90nm，平均增益在10dB左右，其平坦度在1dB以內。第五個傳輸和放大臂用用總功率為3668mW、發射波長為1448.9nm，1450.3nm，1451.7nm，1453.1nm，1495.2nm，154 1.3nm的6個半導體雷射器泵浦，所得平坦帶寬為100nm，平均增益在10dB左右，其平坦度在1dB以內。經過以上五個傳輸和放大臂後，從波帶復用器耦合輸出的增益譜平坦帶寬可以達到400nm。
由上可見，全波段拉曼光纖放大器的平坦帶寬可以達到400nm帶寬，覆蓋的波長範圍為1250-1650nm。
權利要求
1.一種全波段拉曼光纖放大器，其特徵在於包括五個信號傳輸及放大臂和一對波帶解復用器/復用器，五個放大臂分別傳輸和放大1250-1310nm、1310-1380nm、1380-1460nm、1460-1550nm及1550-1650nm波長範圍的光信號，波帶解復用器將1250-1650nm範圍的輸入光信號解復用成上述不同的五個波帶。每一個波帶經半導體雷射器泵浦放大後，通過波帶復用器合波輸出。
2.如權利要求1所說的全波段拉曼光纖放大器，其特徵在於對於分布式拉曼放大，五個總體平行的信號傳輸及放大臂使用非零色散位移光纖作傳輸和增益介質。
3.如權利要求1所說的全波段拉曼光纖放大器，其特徵在於對於集中式拉曼放大，五個總體平行的信號傳輸及放大器臂使用色散補償光纖作傳輸和增益介質。
4.如權利要求2所說的全波段拉曼光纖放大器，其特徵在於五個放大臂的非零色散位移光纖分別用3個、4個、3個、3個、3個發射波長不等的半導體雷射器泵浦。
5.如權利要求3所說的全波段拉曼光纖放大器，其特徵在於五個放大臂的色散補償光纖分別用7個、5個、5個、7個、6個發射波長不等的半導體雷射器泵浦。
全文摘要
一種全波段拉曼光纖放大器，包括五個信號傳輸及放大臂和一對波帶解復用器/復用器，五個放大臂分別傳輸放大不同波長範圍的光信號，波帶解復用器將輸入光信號解復用成不同的五個波帶，經半導體雷射器泵浦放大後，通過波帶復用器合波輸出。對於分布式拉曼放大，放大臂使用非零色散位移光纖作傳輸和增益介質，對於集中式拉曼放大，放大臂使用色散補償光纖作傳輸和增益介質。每個放大臂分別採用若干個發射波長不等的雷射器泵浦，用於反向泵浦該臂中的非零色散位移光纖或色散補償光纖，分布放大或集中放大其中傳輸的光信號。本發明利用分帶結構和多波長泵浦相結合的方法，帶寬可以達到400nm，覆蓋全波光纖所有的低損耗通信窗口。
文檔編號G02F1/39GK1398061SQ0213651
公開日2003年2月19日 申請日期2002年8月15日 優先權日2002年8月15日
發明者姜淳, 胡衛生, 曾慶劑 申請人:上海交通大學