通信信號放大器的製造方法
2023-05-21 23:30:31 1
通信信號放大器的製造方法
【專利摘要】一種通信信號放大器，包括泵浦雷射器、波分復用合波器、摻鉺光纖，其特徵在於：所述摻鉺光纖包括：芯區，其摻雜有按重量計在3％到8％範圍內的鋁元素、按重量計在2000ppm到4000ppm範圍內的鉺元素，以及氟元素，並且所述芯區具有在15μm到28μm範圍內的外徑；以及包層區，其環繞所述芯區，並且具有低於所述芯區的折射率，其中，所述芯區相對於所述包層區的相對摺射率差大於或等於0.3％，並且小於或等於2.0％，所述光纖10的彎曲損耗在彎曲半徑為20mm時，不大於10db。
【專利說明】通信信號放大器
【技術領域】
[0001]本發明發明涉及光通信【技術領域】，具體涉及一種通信信號放大器，尤其是一種摻鉺光纖放大器。
【背景技術】
[0002]光放大器技術是新一代光纖通信系統中必不可少的關鍵技術，它具有對光信號進行實時、在線、寬帶、高增益、低噪聲、低功耗以及波長、速率和調製方式透明的直接放大功能。該技術既解決了光纖損耗對光網絡傳輸距離的限制，又開創了波分復用技術，為實現超高速、超大容量、超長距離的波分復用(WDM)、密集波分復用(DWDM)、全光傳輸等奠定了重要的技術基礎。
[0003]光放大器一般由增益介質、泵浦源和輸入輸出耦合結構組成，其功能是對復用後的光信號進行光放大，以延長無中繼系統或無再生系統的光纜傳輸距離。目前有幾種典型的光放大器，包括摻鉺光纖放大器(EDFA)和光纖拉曼放大器(FRA)。
[0004]典型的EDFA主要由泵浦雷射器(工作波長為980nm或1480nm)、光合波器、光隔離器和摻鉺光纖構成。EDFA利用摻鉺光纖中摻雜的稀土離子在泵浦光作用下，形成粒子數反轉，產生受激輻射，從而對信號光提供光增益。常規EDFA的工作範圍是1530?1565nm，增益譜比較平坦的部分是1540?1560nm。它
[0005]摻鉺光纖放大器(EDFA)作為新一代光通信系統的關鍵部件，具有增益高、輸出功率大、工作光學帶寬較寬、與偏振無關、噪聲指數較低、放大特性與系統比特率和數據格式無關等優點。如圖1所示，根據系統對增益、輸出功率及噪聲係數的不同要求，可將摻鉺光纖放大器分為功率放大器、線路放大器或前置放大器，分別放置於系統的不同位置。
[0006]根據在系統中不同的應用，摻鉺光纖放大器的設計通常有三種基本結構，即正向泵浦、反向泵浦和雙向泵浦，分別如圖2、圖3、圖4所示。所謂正向泵浦，亦稱前向泵浦，如圖2所示，表示泵浦光與信號光以相同方向通過摻鉺光纖EDF;反向泵浦，亦稱後向泵浦，如圖3所示，則表示泵浦光與信號光以相反方向通過摻鉺光纖EDF ;雙向泵浦結構中泵浦光則在兩個方向同時通過摻鉺光纖EDF,如圖4所不。
[0007]採用正向泵浦的摻鉺光纖放大器具有較低的噪聲係數，因此系統較多採用此種結構由於前置放大器，即泵浦結構如圖2所示。為了使摻鉺光纖放大器同時具有低噪聲和高飽和輸出的特性，大多採用雙向泵浦的結構，如圖4所示。在目前的摻鉺光纖放大器的設計中較少使用單獨的反向泵浦結構。
[0008]密集波分復用DWDM系統的技術大量在長途幹線網上應用，及長距尚的傳輸線路中，作為連接站點與站點間的光中繼——摻鉺光纖放大器的可靠性尤為重要，如果一旦出現摻鉺光纖放大器失效則會導致所有傳輸業務的中斷。
[0009]從摻鉺光纖放大器的基本結構圖可知，構成摻鉺光纖放大器的基本兀器件包括摻鉺光纖EDF、泵浦雷射器、波分復用WDM合波器和隔離器等，從其構成來看，摻鉺光纖EDF具有與傳輸光纖一樣的可靠性，而WDM合波器和隔離器等光無源器件基於熔融拉錐與鍍膜的技術，工藝成熟，目前不僅國外較多廠家能提供此類器件，國內在此類器件的生產和銷售上亦形成了 一定的規模。
[0010]從上面的描述可以看出摻鉺光纖放大器中的摻鉺光纖EDF作為放大器的基本構件，其可靠性、光信噪比、光放大效率等方面起著至關重要的作用。
【發明內容】
[0011]為解決現有技術的上述缺陷與不足，本發明的目的在於提供一種新型的通信信號放大器，具有為光信號放大器，特別是一種摻鉺光纖放大器，該放大器可靠性高，光信噪比較高，光放大效率較高，且結構緊湊。
[0012]本發明所採用的技術方案為:一種通信信號放大器，包括泵浦雷射器、波分復用WDM合波器、摻鉺光纖EDF，其特徵在於:所述摻鉺光纖包括:芯區，其摻雜有按重量計在3%到8%範圍內的招元素、按重量計在2000ppm到4000ppm範圍內的鉺元素，以及氟元素，並且所述芯區具有在15 μ m到28 μ m範圍內的外徑；以及包層區，其環繞所述芯區，並且具有低於所述芯區的折射率，其中，所述芯區相對於所述包層區的相對摺射率差大於或等於0.3 %，並且小於或等於2.0 %。所述光纖10的彎曲損耗在彎曲半徑為20mm時，不大於IOdb.。
[0013]所述放大器為摻鉺光纖放大器。
[0014]其採用正向泵浦或反向泵浦或雙向泵浦。
[0015]兩個或多個泵浦雷射器與光無源器件相連接，兩個或多個泵浦光源經過光無源器件後形成不同泵浦光的復用，共同激勵摻鉺光纖(EDF)。
[0016]所述的光無源器件為泵浦耦合器，對兩個泵浦光源，在泵浦耦合器輸出埠輸出兩路、且每路具有一定比例的兩個波長的泵浦。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為摻鉺光纖放大器在波分復用系統中的應用示意圖；
[0018]圖2為正向泵浦示意圖；
[0019]圖3為反向泵浦示意圖；
[0020]圖4為雙向泵浦示意圖；
[0021]圖5為本發明所採用的光放大用的光纖垂直於光軸平面的截面圖；
[0022]圖6為圖5所述光纖的折射率分布圖
[0023]圖7為泵浦合波器原理示意圖；
[0024]圖8為泵浦耦合器原理示意圖；
[0025]圖9為泵浦合波器應用示意圖；
[0026]圖10為泵浦耦合器應用示意圖；
【具體實施方式】
[0027]下面根據附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明:
[0028]實施例1:
[0029]根據圖7和圖9，本發明包括泵浦雷射器、波分復用WDM合波器、摻鉺光纖EDF和隔離器，兩個泵浦雷射器與泵浦合波器相連接，從泵浦雷射器分別輸出兩個泵浦光源λ 1、λ 2經過泵浦合波器後形成不同泵浦光的復用，共同激勵摻鉺光纖EDF，如圖7所示:泵浦合波器，即Pump combiner，實現兩個波長泵浦光λ 1、λ 2的復用，其通道帶寬取決於兩泵浦波長的間隔，實現工藝主要有熔融拉錐與鍍膜技術，如圖9所示，泵浦合波器用於單泵浦結構的正向泵浦保護。
[0030]實施例2:
[0031]根據圖8和圖10，本發明包括泵浦雷射器、波分復用WDM合波器、摻鉺光纖EDF和隔離器，兩個泵浦雷射器與泵浦耦合器相連接，從泵浦雷射器分別輸出兩個泵浦光源經過泵浦耦合器，在泵浦耦合器輸出埠輸出兩路、且每路具有一定比例的兩個波長的泵浦光後，形成不同泵浦光的復用，共同激勵摻鉺光纖EDF。如圖8所示，泵浦耦合器，即Pumpcoupler，對兩個泵浦雷射器復用，並在兩個輸出端進行功率分配，從而在泵浦耦合器輸出埠每路具有相應的一定比例的復用的泵浦光，該兩路輸出分別為a*LDl/(l+a)和LD2/(l+α),以及LDl/ (1+ α )和a *LD2/ (l+α),泵浦耦合器可輸入兩個相同或不同波長的泵浦光源，實現功率的合/分，這種具有一定分光比的2X2四埠的泵浦耦合器的實現工藝主要為熔融拉錐技術，在本實施例中，泵浦耦合器用於雙向泵浦，如圖10所示，在兩個輸出埠實現一定比例α的分光，也就是說，從每一個輸出埠可以按照比例同時輸出兩個復用的泵浦光，共同對摻鉺光纖進行激勵。
[0032]對於這種雙向泵浦結構的摻鉺光纖放大器，比較圖4和圖10，本實施例只增加了一泵浦耦合器，通過合理分光比α的泵浦耦合器，便可以實現每個輸出埠設定的泵浦光功率，從圖10可以看出，對於泵浦耦合器的任何一個輸出埠都分別有兩個一定比例的復用的泵浦光，因此即使有一個泵浦雷射器失效，即其中一個泵浦光源失效時，即便是正向結構的泵浦光源失效，由於正反方向仍然有另一個泵浦雷射器的泵浦光，不會導致光信噪比的急劇惡化，而只是總增益降低。
[0033]圖5和6是根據本發明實施例的光放大用光纖的示意圖，其中，圖5是垂直於光軸的平面的截面圖，圖6顯示了折射率分布圖。光放大用光纖10包含的主成分為石英玻璃，並具有摻雜鉺、鋁和氟元素的芯區11、以及圍繞芯區11的包層區12，包層區12具有比芯區11低的折射率。芯區11可以摻雜Ge02 ( 二氧化鍺)，而包層區可以摻雜氟元素。
[0034]芯區摻雜鉺的濃度在2000wt.ppm(2000wt.ppm是指按重量計為2000ppm,以下類同)到4000wt.ppm的範圍內，並且芯區摻雜招元素的濃度在3wt% (lwt%是指按重量計為I %，以下類同)到8wt%的範圍內。芯區的外徑在15 μ m到28 μ m範圍內，包層區的外徑大於或等於80 μ m並小於195 μ m,芯區相對於包層區的相對摺射率差在0.3%到2.0%的範圍(優選的是0.3%到1.0%)內。利用這樣構成的光放大用光纖10，可以進一步增加輸出光強度，並且充分地抑制非線性光學現象的發生。
[0035]優選地，光放大用光纖10具有2.0 μ m或更長的截止波長。芯區摻雜鉺的濃度優選的在2500wt.ppm到4000wt.ppm的範圍內。芯區摻雜招元素的濃度優選的在4wt%到8wt%的範圍內。芯區摻雜氟元素的濃度優選的在0.1wt %到2.5wt %的範圍內，以及更優選的在0.3wt%到2.0wt %範圍內。而且，芯區相對於包層區的相對摺射率差優選的在0.3%到
1.0%的範圍內。
[0036]所以，當鋁濃度根據鉺濃度的增加而增加時，通過給芯區摻雜所需量的氟元素，可以抑制芯區相對摺射率差的增加，並且抑制模場直徑MFD的降低，從而可以抑制非線性光學現象的發生。
[0037]所述光纖10的彎曲損耗在彎曲半徑為20mm時，不大於10db。光纖10滿足上述條件的好處在於:其可以以較小的彎曲半徑彎曲，有利於所述摻鉺光纖放大器結構的小型化。
[0038]儘管本發明結合目前被認為最實用的和優選實施例進行了描述，但本發明並不限於公開的實施例，相反，本發明其本意在不超出本發明的實質和附屬權利要求保護範圍的前提下覆蓋各種不同的修改和等同變化。
【權利要求】
1.一種通信信號放大器，包括泵浦雷射器、波分復用合波器、摻鉺光纖，其特徵在於:所述摻鉺光纖包括:芯區，其摻雜有按重量計在3%到8%範圍內的招元素、按重量計在2000ppm到4000ppm範圍內的鉺元素，以及氟元素，並且所述芯區具有在15 μ m到28 μ m範圍內的外徑；以及包層區，其環繞所述芯區，並且具有低於所述芯區的折射率，其中，所述芯區相對於所述包層區的相對摺射率差大於或等於0.3 %，並且小於或等於2.0%，所述光纖10的彎曲損耗在彎曲半徑為20mm時，不大於10db。
2.如權利要求1所述的通信信號放大器，所述放大器為摻鉺光纖放大器。
3.如權利要求1所述的放大器，其採用正向泵浦或反向泵浦。
4.如權利要求1所述的放大器，兩個或多個泵浦雷射器與光無源器件相連接，兩個或多個泵浦光源經過光無源器件後形成不同泵浦光的復用，共同激勵摻鉺光纖(EDF)。
5.如權利要求4所述的放大器，所述的光無源器件為泵浦耦合器，對兩個泵浦光源，在泵浦耦合器輸出埠輸出兩路、且每路具有一定比例的兩個波長的泵浦。
【文檔編號】H04B10/291GK103812568SQ201210442135
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月7日 優先權日:2012年11月7日
【發明者】耿振民 申請人:無錫華御信息技術有限公司