專利名稱：用自發(fā)輻射光源為輔助泵浦的增益位移型摻銩光纖放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光纖放大器；具體地說，涉及增益位移型摻銩光纖放大器的泵浦波長選擇和光路設計。
背景技術：
目前，光傳輸系統(tǒng)向著更大容量、更高速率的方向發(fā)展；相應光放大器的研究也已經延伸到短波段(S-Band，1450-1520nm)和超長波段(UL-Band，1610-1670nm)。其中，S-Band內信號有低損耗(＜0.25dB/km)、低色散的特點，因此引起了人們的廣泛重視。
目前，實現(xiàn)S-Band放大的光纖放大器主要有3種摻銩光纖放大器(TDFA)、摻鉺光纖放大器(EDFA)和光纖拉曼放大器(FRA)。鉺離子的本征發(fā)射帶寬為普通波段(C-Band，1530-1560nm)，因此作S-Band設計時需對EDFA的波導結構進行重新考慮；FRA能實現(xiàn)寬帶放大，但泵浦轉換效率較低，成本較高。
TDFA增益高，輸出功率大以及可以接受的噪聲指數，是實現(xiàn)S-band放大的首選方案。TDFA根據增益波段分為兩種普通型摻銩光纖放大器(TDFA，放大范圍是1455-1485nm，即S+-band)和增益位移型摻銩光纖放大器(GS-TDFA，放大范圍是1480-1510nm，即S-band)。由于硅基光纖在S-band的色散和損耗低于S+-band，因此GS-TDFA已成為目前S-band放大器的主要研究方向。
實現(xiàn)GS-TDFA的泵浦組合方式有很多。其中，1400nm+1560nm是一種主要的應用方式。目前，1400nm泵浦激光器的制作工藝已很成熟；但1560nm泵浦激光器在市場上還比較匱乏，限制了這一泵浦組合的實際應用。

發(fā)明內容
實驗中發(fā)現(xiàn)與只使用1400nm泵浦相比，采用1400nm與1560nm組合泵浦的S-band光放大器能獲得更優(yōu)良的噪聲特性；用C-Band ASE(自發(fā)輻射)光源作輔助泵浦的TDFA可以彌補這一缺陷；實現(xiàn)GS-TDFA有很多種泵浦組合方式。為了獲得高增益、低噪聲的特性，采用新泵浦波長的組合，在獲得性能優(yōu)良的同時也簡化了光路結構的設計。因此本發(fā)明的目的就是彌補市場上大功率1560nm半導體泵浦激光器匱乏的不足，提供一種用自發(fā)輻射光源為輔助泵浦的增益位移型摻銩光纖放大器(即一種用ASE光源為輔助泵浦的GS-TDFA)。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的通過使用C-band ASE光源輔助泵浦，提高四能級Tm3+系統(tǒng)的基態(tài)吸收，從而提高粒子的反轉度，改善GS-TDFA的噪聲指數。在提高產品性能的同時也降低了產品的制造成本。
(1)理論分析Tm3+是一個四能級系統(tǒng)，能級結構圖見圖1。
其中3H4→3F4的受激輻射躍遷產生S-band放大。
在雙波長泵浦時，1560nm泵浦使3H6→3F4，接著1400 nm泵浦使3F4→3H1。調節(jié)兩泵浦波長的能量以控制Tm3+在各能級的分布，TDFA的放大帶寬由S+-band移到S-band。
結合Tm3+的能級圖，可以看出要想得到放大的S-band(1450~1500nm)信號輸出，一般情況要分兩步來實現(xiàn)第一步，通過基態(tài)吸收(GSA)使Tm3+躍遷到3F4；第二步，通過激發(fā)態(tài)吸收(ESA)使3F4上的Tm3+躍遷到更高的激發(fā)態(tài)3H4，實現(xiàn)上下能級的粒子數翻轉(3H4-3F4)。
目前，實現(xiàn)S-band TDFA的泵浦波長組合方式有很多。不同的泵浦波長、不同的光路結構可能導致不同的泵浦轉換效率和噪聲特性。當TDF纖芯的摻Tm3+濃度約6000ppm時，由于摻雜濃度高，Tm3+靠得很近。處于3H4能級的Tm3+在自發(fā)輻射至3F4的過程中會把能量轉移給與其鄰近的基態(tài)Tm3+，而基態(tài)的Tm3+由于吸收能量被激發(fā)到3F4能級，即所謂的交叉弛豫過程。交叉弛豫使處于3F4能級的粒子數增多，低粒子數反轉態(tài)得于形成，使增益譜向長波方向移動。使用高摻雜光纖時，主要采用1400nm(1047nm)主泵浦加1560nm輔助泵浦的組合方式。
試驗中發(fā)現(xiàn)當輔助泵浦波長在1540nm-1560nm之間變化時，GS-TDFA的性能并沒有明顯的變化；同時，目前1560nm附近的半導體泵浦激光器技術還不夠成熟。因此，我們在以上理論的指導下，設計了利用C-band ASE光源作為輔助泵浦的GS-TDFA。
(2)具體方案通常單級結構S-Band GS-TDFA的光路結構如圖3所示，由輸入信號A、輸出信號B、光隔離器1、信號/泵浦合波器2、摻銩光纖3、泵浦合波器4、主泵浦5、輔助泵浦6組成。
這里采用的1400nm和1560nm泵浦激光器均是采用同向泵浦方式，當然也可采用反向泵浦或雙向泵浦的方式。
輔助泵浦6的波長在1540nm-1560nm之間變化時，GS-TDFA的性能并沒有明顯的變化。
本發(fā)明的技術方案是①C-Band ASE泵源采用了摻鉺光纖的ASE輸出光作為泵浦。其典型結構由一個980nm或1480nm半導體泵浦激光器與合適長度的鉺纖構成，具體結構如圖4所示，由泵浦8、摻鉺光纖9、耦合器10、反射鏡11、輸出泵浦12組成。
②本發(fā)明采用圖4所示的C-Band ASE輔助泵源7替代圖3中的1560nm輔助泵浦6，從而得到如圖5所示的光路結構。
由于以C-Band ASE輔助泵源7替代1560nm泵浦6，使3F4上的Tm3+躍遷到更高的激發(fā)態(tài)3H4，實現(xiàn)上下能級的粒子數翻轉(3H1-3F4)。
在以往的設計中，1560nm泵浦激光器可以通過光纖激光器或EDFA放大1560nm信號的方式來實現(xiàn)，這會導致復雜的光路結構和昂貴的成本。采用本發(fā)明提出的C-Band ASE輔助泵浦結構的GS-TDFA將使產品更富有競爭力。
同時，與1560nm輔助泵浦相比，C-Band ASE輔助泵浦對放大器的性能不會造成損傷，在適當條件下，還可能會在噪聲特性方面有所改進。
測試不同光路結構GS-TDFA的性能，得到輸出功率譜和噪聲譜參見圖6。
試驗中采用了摻雜濃度為6500ppm(By weight)的氟化物摻銩光纖，長度為5m。
其中虛線表示486mW的1425nm泵浦和20.7dBm的1560nm泵浦；實線表示486mW的1425nm泵浦和17.95dB的C-band ASE泵浦。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點和積極效果
1)C-Band ASE輔助泵源采用很成熟的1480nm半導體泵浦激光器技術，制作簡單可靠。
2)本發(fā)明光路結構簡單，易于實現(xiàn)，在提高產品性能的同時，可以有效降低成本。
3)可以顯著改善GS-TDFA的噪聲指數特性。


圖1為Tm3+的能級結構圖；圖中所示的泵浦波長對應著Tm3+吸收譜的峰值。
圖2為雙波長泵浦TDFA的能級圖。
圖3為采用1400nm與1560nm組合泵浦源的單級結構GS-TDFA的光路結構圖。
圖4為C-Band ASE輔助泵源光路結構圖。
圖5為采用1400nm與C-Band ASE組合泵浦源的單級結構GS-TDFA的光路結構圖。
圖6為使用雙波長泵浦源1420nm+1560nm或1420nm+C-band ASE，測量的單級結構GS-TDFA的增益譜和噪聲指數圖。
其中A-輸入信號；B-輸出信號；1-光隔離器；2-信號/泵浦合波器；3-摻銩光纖，即氟化物摻銩光纖；4-泵浦合波器；5-主泵浦，或為1400nm(1400nm-1420nm)主泵浦帶，或為1050nm主泵浦；6-輔助泵浦，一種1560nm輔助泵浦；7-C-Band ASE輔助泵源；
8-泵浦，或980nm泵浦，或1480nm泵浦9-摻鉺光纖，其長度為11m±2m10-耦合器，或為980nm/1550nm耦合器，或為1480nm/1550nm耦合器；11-反射鏡；12-輸出泵浦。
具體實施例方式
如圖3，在單級結構GS-TDFA的光路結構中，用C-band ASE輔助泵源7替代1560nm輔助泵浦6得到圖5所示的新型GS-TDFA組合泵浦。
在相同的泵浦方式(均為同向泵浦)和泵浦功率條件下，分別應用圖3和圖5所示的光路結構進行GS-TDFA測試，所得的結果見圖6。其中虛線表示486mW的1425nm泵浦和117mW的1560nm泵浦；實線表示486mW的1425nm泵浦和62mW的C-band ASE泵浦。由比較可見，適當條件下，相對于1560nm泵浦而言，C-bandASE光源輔助泵浦有利于進一步降低GS-TDFA的噪聲指數。
同時，我們對輔助泵浦還進行了反向配置的實驗。實驗發(fā)現(xiàn)其作用與1560nm輔助泵浦功能相當。
經過大量的實驗驗證，本發(fā)明的設計方案是切實可行的。
權利要求
1.一種用自發(fā)輻射光源為輔助泵浦的增益位移型摻銩光纖放大器，包括通用單級結構S-Band GS-TDFA的光路結構，由輸入信號(A)、輸出信號(B)、光隔離器(1)、信號/泵浦合波器(2)、摻銩光纖(3)、泵浦合波器(4)、主泵浦(5)、輔助泵浦(6)組成；還包括C-Band ASE輔助泵源(7)，由泵浦(8)、摻鉺光纖(9)、耦合器(10)、反射鏡(11)、輸出泵浦(12)組成；其特征在于用C-Band ASE輔助泵源(7)替代1560nm輔助泵浦(6)；泵浦(8)或為980nm泵浦，或為1480nm泵浦；耦合器(10)或為980nm/1550nm耦合器，或為1480nm/1550nm耦合器；摻鉺光纖(9)的長度為11m+2m
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用自發(fā)輻射光源為輔助泵浦的增益位移型摻銩光纖放大器，涉及一種光纖放大器；具體地說，涉及增益位移型摻銩光纖放大器的泵浦波長選擇和光路設計。本發(fā)明主要利用1400nm(1050)泵浦加C－band ASE輔助泵浦來改善增益位移型摻銩光纖放大器的性能；泵源采用了摻鉺光纖的ASE輸出光作為泵浦，由一個980nm或1480nm半導體泵浦激光器與長度為11m±2m的鉺纖構成，具體結構由泵浦8、摻鉺光纖9、耦合器10、反射鏡11、輸出泵浦12組成；本發(fā)明在提高產品性能的同時，并能夠有效地降低產品的制造成本與系統(tǒng)的維護費用。
文檔編號G02F1/39GK1556438SQ20031011168
公開日2004年12月22日 申請日期2003年12月30日 優(yōu)先權日2003年12月30日
發(fā)明者何萬暉, 付成鵬, 印新達, 龍浩, 江山 申請人:武漢光迅科技有限責任公司