用於物聯網的信號放大裝置製造方法
2023-05-09 16:58:16
用於物聯網的信號放大裝置製造方法
【專利摘要】一種用於物聯網的信號放大裝置，包括：信號輸入端，第一光學隔離器，光波長耦合器，稀土摻雜光纖，第二光學隔離器，濾光器，信號輸出端，其特徵在於：所述稀土摻雜光纖為光子晶體光纖。
【專利說明】用於物聯網的信號放大裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於物聯網的光網構架【技術領域】，涉及一種信號放大裝置，具體涉及一種光信號放大裝置。
【背景技術】
[0002]物聯網是指通過各種信息傳感設備，如傳感器、射頻識別(RFID)技術、全球定位系統、紅外感應器、雷射掃描器、氣體感應器等各種裝置與技術，實時採集任何需要監控、連接、互動的物體或過程，採集其聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各種需要的信息，與網際網路結合形成的一個巨大網絡。其目的是實現物與物、物與人，所有的物品與網絡的連接，方便識別、管理和控制。
[0003]實現上述信息交換需要強大的網際網路做支撐，目前主流的網際網路是以光纖維傳輸介質的光纖通信網絡，即俗稱的「光網」。長距離的信號傳輸需要相應的中繼的信號放大器，在光網中，通常採用光纖放大器。光纖放大器(OFA)是指運用於光纖通信線路中，實現信號放大的一種新型全光放大器。根據它在光纖線路中的位置和作用，一般分為中繼放大、前置放大和功率放大三種。OFA不需要經過光電轉換、電光轉換和信號再生等複雜過程，可直接對信號進行全光放大，具有很好的「透明性」，特別適用於長途光通信的中繼放大。可以說，OFA為實現全光通信奠定了一項技術基礎。
[0004]現有技術中CN102692783A公開了一種高分子材料修飾的量子點單模光纖放大器及其製備方法，屬於納米材料相複合的光纖放大器【技術領域】。此單模光纖放大器，是將高分子材料修飾的半導體量子點，以溶液的形式塗覆在裸2X2熔錐光纖耦合器的熔錐區，當信號光和泵浦光同時通過錐區，通過漸逝波激發，達到信號光的放大。通過量子點製備與塗覆過程分離，使高分子修飾量子點的製備質量好、濃度高、分散性好，並從油相經相轉化成了水溶性量子點塗覆液，並成膜於光纖上，成一種複合的單模光纖放大器。本發明實現了高增益、寬放大帶寬、小尺寸、易於集成、製備簡便、低成本的水溶性半導體量子點的單模光纖放大器，該光纖放大器在超高速、大容量的寬帶接入等領域具有重要的實際意義和應用價值。
[0005]CN202268891U公開了一種R F嵌入式摻餌光纖放大器，放大器包括C P U控制中心，C P U控制中心連接兩個泵浦雷射器，泵浦雷射器分別連接波分復用器；一個波分復用器連接光輸入端，另一個波分復用器連接光輸出端，兩個波分復用器間連接有摻餌光纖。此種裝置通過摻餌光纖的放大原理，在鄉鎮的節目接收來自市、縣的主信號的同時，能較完美的混合多套當地的自辦節目信號；而且通過本放大器，對主信號的光功率要求較低，抗幹擾能力較強；同時操作簡便，設有報警裝置，安全性高。
[0006]CN102147551A公開了一種多模光纖放大器及多模光纖放大系統。其中，所述多模光纖放大器包括:環繞在一物體表面且環繞成具有導程和轉矩的三維螺旋曲線形狀的多模光纖。例如，所述三維螺旋曲線形狀的多模光纖呈右螺旋形或左螺旋形。所述多模光纖放大系統包括雷射光源及所述多模光纖等。本發明的優點包括:所述三維螺旋曲線形狀的多模光纖能在放大信號光的同時，使光束質量達到衍射極限，M 2小於1.2，其中M 2 = I表示衍射極限的光束質量:高斯光束。
[0007]但是現有技術中的光纖放大裝置由於光纖本身的限制普遍存在這抗雷射損傷閾值較低，難以實現對較大功率是信號進行放大，同時在光纖內實現光放大，光學非線性效應較為明顯，輸出的光信噪比較低，光輸出信號質量難以保證。
【發明內容】
[0008]因此，本發明的目的在於克服現有技術的上述缺陷與不足，提供一種用於物聯網的信號放大裝置，尤其是一種光信號放大裝置，特別是光纖放大器，
[0009]具體技術方案如下:一種用於物聯網的信號放大裝置，包括:信號輸入端，第一光學隔離器，光波長稱合器，稀土摻雜光纖，第二光學隔離器，濾光器，信號輸出端，其特徵在於:所述稀土摻雜光纖為光子晶體光纖。
[0010]所述光子晶體光纖包括:添加了稀土族元素的稀土族添加芯、形成在上述稀土族添加芯周圍的包層，和形成在該包層內的多個通孔，從上述包層的端部入射激勵光，激勵稀土族元素以輸出大功率的雷射振蕩光，在所述多個通孔中填充有介電常數為1.6-2.8的液體材料。
[0011]所述稀土為鉺。
[0012]所述信號放大裝置為光纖放大器。
[0013]所述信號放大裝置為光纖前置放大器
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是表不本發明第一實施例的光纖放大器不意圖；
[0015]圖2表不本發明第二實施例的光纖放大器不意圖；
[0016]圖3是光纖放大器用光纖的截面圖。
[0017]圖4是本發明另外一個實施例中的光子晶體光纖的截面圖。
[0018]符號說明
[0019]I光纖放大器用光纖
[0020]2稀土族添加芯
[0021]3 包層
[0022]4 通孔
[0023]X稀土族添加芯附近的包層【具體實施方式】
[0024]下面按照【專利附圖】
【附圖說明】本發明的優選實施方式。
[0025]【具體實施方式】
[0026]圖1示出了本發明第一實施例的光纖前置放大器。參看圖1，光纖前置放大器包括:接收來自光發送器的光信號的輸入端接頭la、第一光隔離器2a、光波長稱合器3、充有稀土兀素鉺的光纖4、第二光隔離器2、光電變換器6、激射光源7、自動調諧裝置和電氣電路
20、激射光源驅動器和監視電路8、濾光器21和輸出端接頭I。
[0027]圖2為另一實施例的光纖前置放大器包括輸入端接頭la、第一光隔離器2a、光波長率禹合器3、充有稀土兀素鉺的光纖4、第二光隔離器2、光電變換器6、激射光源7、激射光源驅動和監控電路8、寬帶濾光器5和輸出端接頭I。
[0028]寬帶濾光器5可按在線式裝在光纖放大器內，熔接在光隔離器2與光接頭I之間或者將光隔離器2a的透鏡敷上幹涉濾光材料，從而製成兼備濾光和光隔離功能的多功能兀件，裝入光纖放大器中。
[0029]濾光器設計成可讓加到可用作光纖前置放大器的光纖放大器的1530納米-1560納米波長的光通過，從而無論光源波長的大小如何都可在光發送器上用作光纖前置放大器。
[0030]上述光纖放大器採用寬帶幹涉濾光片，因而可以放大波長在1540納米-1560納米的光信號和濾除ASE(放大的自發發射)信號，對1520納米-1540納米波長的放大作用高，因而對通信有利。
[0031]圖3是表示本發明優選實施方式的光纖放大器用光纖橫截面圖。
[0032]如圖3所示，本發明的光纖放大器用光纖I具有通過進行規定的激勵而發光的發光功能，並通過使該發出的光進行反射激勵而成為雷射振蕩介質。
[0033]該光纖放大器用光纖I具備添加了稀土族元素的稀土族添加芯2、形成在該稀土族添加芯2周圍的包層3、和在該包層3內以包圍稀土族添加芯2的方式形成的多個通孔4。
[0034]在所述多個通孔4中填充有導熱性能良好的、具有特定介電常數為1.6-2.8的液體材料，優選採用水、甘油等常規的液體材料，由於在通孔中填充了上述導熱性能良好的液體材料，因此，相比於填充材料為空氣的情況，芯部2產生的熱量能夠相對較好的向外擴散，提高了光子晶體光纖的散熱性能，從而提高了光子晶體光纖的光損傷閾值。另外通過改變所述填充材料可以改變光子晶體的光學禁帶寬度，從而實現對雷射器的調諧。
[0035]在稀土族添加芯2中(在圖3中的掛暗網的部分表示的中心部分)微量地添加(摻雜)了 Yb、Er、Er/Yb、Tm、Nd等稀土族元素。在本實施方式中，激勵光Le的波長為Ae(915nm或975-980nm)，為了出射波長λ (1030-1 IOOnm)的雷射L，作為稀土族元素使用了 Yb。Yb是適合波長λ e的激勵光L的吸收和波長λ光的放大(受激發射)的稀土族元素。
[0036]包層3由純石英構成。各通孔4沿光纖的長度方向貫通地形成，在稀土族添加芯2的周圍排列成蜂窩狀，從而在包層3內形成光學晶體結構。
[0037]因此，光纖放大器用光纖I是一種PCF。形成了通孔4的部分的包層3成為激勵波導。若將各通孔4的外經(通孔直徑)設為d、將通孔間距離設為Λ則作為PCF的光纖放大器用光纖I的結構參數和特性由d/Λ決定。
[0038]進而，在光纖放大器用光纖I中，在稀土族添加芯2附近的包層3(在圖3中用掛明網的部分X表示)中添加折射率增加劑，使稀土族添加芯2附近的包層3的折射率接近稀土族添加芯2的折射率。在本實施方式中，折射率增加劑使用Cl、使稀土族添加芯2和與其相鄰的通孔4 (圖3中為6個通孔4)附近的包層3的折射率之差幾乎等於零(稀土族添加芯2附近的包層3的折射率與稀土族添加芯2的折射率一致)。
[0039]下面詳細說明光纖放大器用光纖I的一例。
[0040]I)寬頻帶單模條件結構設計[0041]首先，為了使光纖放大器用光纖I在寬頻帶中動作，設定通孔4的外經d與相鄰通孔4的中心間距離(通孔間距離)Λ之比d/Λ。
[0042]若設在光纖放大器用光纖I中傳輸的雷射振蕩光L的波長為λ、設稀土族添加芯2的折射率為nc、設成為稀土族添加芯2的附近的Cl添加包層3的折射率為ncl，則標準頻率Veff由式(I)表示。
[0043]式IVeff (λ)=2πΛ/λ V nc2 ( λ ) -ncl2 ( λ ) (I)
[0044]根據式(I)可知，Veff< π時，光纖放大器用光纖I在光纖全長上進行單模動作。
[0045]附圖4示出了本發明所使用的光子晶體光纖束，其中可以看出，在該光子晶體光纖束中具有四根光子晶體光纖，它們分別位於左上角，右上角，左下角和右下角。並且在每根光子晶體光纖的二維光子晶體的周期結構中心均存在一個缺陷位，並且在每根光子晶體光纖中摻雜有與光子晶體光纖所能傳導的光波長相對應的增益物質。
[0046]使用上述的結構的光子晶體光纖作為可調諧光纖放大器的增益光纖之後，就可以實現四個不同波長的可調諧輸出，其中調諧的手段可以是利特羅光柵，所採用的調諧手段均是現有技術已知的，在此不需要進行詳細描述。上述的四個波長分別是由四個角位置上的二維光子晶體結構和其中摻雜的增益物質所決定的，由於每個波長均是由每個周期結構的光子晶體光纖所限定的，所以當調諧到該波長輸出的時候，其會具有對於外界環境並不敏感的穩定的輸出。
[0047]應該可以理解，二維光子晶體結構的數量並不局限於四種，需要幾種波長輸出就可以設置幾種結構，例如兩種，三種，五種均是可以的。也即在光纖束中可包括兩根，三根或五根具有不同摻雜和不同周期結構的光子晶體光纖。並且，幾種二維光子晶體結構的位置分布可隨意設置，只要能夠保證正常工作即可。
【權利要求】
1.一種用於物聯網的信號放大裝置，包括:信號輸入端，第一光學隔離器，光波長I禹合器，稀土摻雜光纖，第二光學隔離器，濾光器，信號輸出端，其特徵在於:所述稀土摻雜光纖為光子晶體光纖。
2.如權利要求1所述的信號放大裝置，所述光子晶體光纖包括:添加了稀土族元素的稀土族添加芯、形成在上述稀土族添加芯周圍的包層，和形成在該包層內的多個通孔，從上述包層的端部入射激勵光，激勵稀土族元素以輸出大功率的雷射振蕩光，在所述多個通孔中填充有介電常數為1.6-2.8的液體材料。
3.如權利要求2所述的信號放大裝置，所述稀土為鉺。
4.如權利要求2所述的信號放大裝置，所述信號放大裝置為光纖放大器。
5.如權利要求1所述是信號放大裝置，所述信號放大裝置為光纖前置放大器。
【文檔編號】H04B10/291GK103812569SQ201210453448
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月13日 優先權日:2012年11月13日
【發明者】耿振民 申請人:無錫華御信息技術有限公司