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一种双级级联低噪声掺铒光纤 放大器光学系统

阅读：781发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及光通信网络设备技术领域，具体而言，涉及一种双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统。一种双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统，包括第一级放大系统、第二级放大系统、第一光纤耦合器和第二光纤耦合器。所述第一级放大系统包括第一级掺铒光纤、第一隔离器、第一泵浦激光器和第一波分复用器WDM；所述第二级放大系统包括第二级掺铒光纤、第二隔离器、第二泵浦激光器和第二波分复用器WDM。，下面是一种双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统，其特征在于，包括：
第一级放大系统，包括接收第一光纤耦合器的部分输出光信号和泵浦光的第一级掺铒光纤；
第二级放大系统，包括接收所述第一级放大系统的输出光信号和泵浦光的第二级掺铒光纤，所述第二级掺铒光纤的长度大于所述第一级掺铒光纤的长度；
第一光纤耦合器，被配置为接收所述光学系统的输入光信号并路由所述输入光信号至所述第一级放大系统和输入光功率检测装置；
第二光纤耦合器，被配置为接收第二级放大系统的输出光信号并路由所述输出光信号至所述光学系统输出端和输出光功率检测装置。
2.根据权利要求1所述的一种双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统，其特征在于，所述第一级放大系统包括：
被配置为接收所述第一光纤耦合器的输出光信号的第一隔离器；
被配置为对所述第一级放大系统提供泵浦光的第一泵浦激光器；
被配置为接收来自所述第一隔离器的输出光信号和来自所述第一泵浦激光器的泵浦光并对所述第一级掺铒光纤提供输入光信号的第一波分复用器WDM。
3.根据权利要求2所述的一种双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统，其特征在于，所述第二级放大系统包括：
被配置为接收所述第一级放大系统的输出光信号并输出光信号的第二隔离器；
被配置为对所述第二级放大系统提供泵浦光的第二泵浦激光器；
被配置为接收来自所述第二隔离器的输出光信号和来自所述第一泵浦激光器的泵浦光，并对所述第二级掺铒光纤提供输入光信号的第二波分复用器WDM。
4.根据权利要求1所述的一种双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统，其特征在于，还包括接收所述第二级放大系统的输出光信号并为所述第二光纤耦合器提供输入光信号的第三隔离器。
5.根据权利要求1所述的一种双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统，其特征在于，所述第一级掺铒光纤的长度与所述第二级掺铒光纤的长度比值为1:2。
6.根据权利要求1或5所述的一种双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统，其特征在于，所述第一级掺铒光纤的长度为6米，所述第二级掺铒光纤的长度为12米。
7.根据权利要求2所述的一种双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统，其特征在于，所述第一泵浦激光器为正向设置。
8.根据权利要求3所述的一种双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统，其特征在于，所述第二泵浦激光器为正向设置。
9.根据权利要求1所述的一种双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统，其特征在于，所述光学系统的光信号为单方向传输。
10.根据权利要求1所述的一种双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统，其特征在于，所述输入光功率检测装置具体设置为输入PIN光电二极管，所述输出光功率检测装置具体设置为输出PIN 光电二极管。

说明书全文

一种双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统

技术领域

[0001] 本实用新型涉及光通信网络设备技术领域，具体而言，涉及一种双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统。

背景技术

[0002] 掺铒光纤是一个掺杂了少量稀土的光纤，具体的是掺杂了元素铒的光纤。90年代初期，掺铒光纤的研制成功，打破了光纤通信传输距离受光纤损耗的限制，使全光通信距离延长至几千公里，给光纤通信带来了革命性的变化，被誉为光通信发展的一个“里程碑”。

[0003] 掺铒光纤放大器(EDFA)的现有设计方法是通过1550nm 信号光的放大，该系统一般采用单级掺铒光纤放大技术。这种光学系统设计简单，操作方便，但系统噪声系数较高，信噪比较低，在高稳定性的光通信传输系统中性能较差，长期工作会降低泵浦激光器的使用寿命，影响系统长期稳定工作，因此很难应用到高稳定性的光通信传输系统中。

[0004] 所以如何降低EDFA光学系统的噪声系数，进一步降低泵浦激光器长期工作的失效率，提高EDFA光学系统的稳定性成为了亟待解决的问题。实用新型内容

[0005] 本实用新型的目的在于提供一种双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统，通过多级放大系统的级联以及多个隔离器的设置，降低了双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统的噪声系数，进一步降低了泵浦激光器长期工作的失效率，提高了双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统的稳定性。

[0006] 本实用新型的实施例是这样实现的：

[0007] 本实用新型实施例提供一种双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统，包括：

[0008] 第一级放大系统，包括接收第一光纤耦合器的部分输出光信号和泵浦光的第一级掺铒光纤；

[0009] 第二级放大系统，包括接收所述第一级放大系统的输出光信号和泵浦光的第二级掺铒光纤，所述第二级掺铒光纤的长度大于所述第一级掺铒光纤的长度；

[0010] 第一光纤耦合器，被配置为接收所述光学系统的输入光信号并路由所述输入光信号至所述第一级放大系统和输入光功率检测装置；

[0011] 第二光纤耦合器，被配置为接收第二级放大系统的输出光信号并路由所述输出光信号至所述光学系统输出端和输出光功率检测装置。

[0012] 可选地，所述第一级放大系统包括：

[0013] 被配置为接收所述第一光纤耦合器的输出光信号的第一隔离器；

[0014] 被配置为对所述第一级放大系统提供泵浦光的第一泵浦激光器；

[0015] 被配置为接收来自所述第一隔离器的输出光信号和来自所述第一泵浦激光器的泵浦光并对所述第一级掺铒光纤提供输入光信号的第一波分复用器WDM。

[0016] 可选地，所述第二级放大系统包括：

[0017] 被配置为接收所述第一级放大系统的输出光信号并输出光信号的第二隔离器；

[0018] 被配置为对所述第二级放大系统提供泵浦光的第二泵浦激光器；

[0019] 被配置为接收来自所述第二隔离器的输出光信号和来自所述第一泵浦激光器的泵浦光，并对所述第二级掺铒光纤提供输入光信号的第二波分复用器WDM。

[0020] 可选地，所述双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统还包括接收所述第二级放大系统的输出光信号并为所述第二光纤耦合器提供输入光信号的第三隔离器。

[0021] 可选地，所述第一级掺铒光纤的长度与所述第二级掺铒光纤的长度比值为1:2。

[0022] 可选地，所述第一级掺铒光纤的长度为6米，所述第二级掺铒光纤的长度为12米。

[0023] 可选地，所述第一泵浦激光器为正向设置。

[0024] 可选地，所述第二泵浦激光器为正向设置。

[0025] 可选地，所述光学系统的光信号为单方向传输。

[0026] 可选地，所述输入光功率检测装置具体设置为输入PIN光电二极管，所述输出光功率检测装置具体设置为输出PIN 光电二极管。

[0027] 本实用新型实施例的有益效果包括：通过多级放大系统的级联以及多个隔离器的设置，降低了双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统的噪声系数，进一步降低了泵浦激光器长期工作的失效率，提高了双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统的稳定性。附图说明

[0028] 为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

[0029] 图1示出了根据本实用新型一个实施例的双级级联低噪声掺铒光纤放大器光学系统结构示意图。

[0030] 图示说明：

[0031] 其中，100-放大器光学系统；102-第一光纤耦合器；104-输入光功率检测装置；112-第一隔离器；114-第一波分复用器WDM；116-第一泵浦激光器；118-第一级掺铒光纤；
122-第二隔离器；124-第二波分复用器WDM；126-第二泵浦激光器；128-第二级掺铒光纤；
132-第三隔离器；142-第二光纤耦合器；144-输出光功率检测装置。

具体实施方式

[0032] 现为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0033] 因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

[0034] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0035] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时习惯摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0036] 此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

[0037] 在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

[0038] 第一实施例

[0039] 如图1所示，放大器光学系统100包括在系统输入端的第一光纤耦合器102，接受来自外部的输入光信号。例如来自光缆的输入光信号或其他光通信设备的信号。输入的光信号可以包括不同频率不同波段的信号。在至少另一些实施例中，第一光纤耦合器102具备标准接口，例如小圆头FC或者是大方头SC，便于和通用光缆以及其他光设备的连接。

[0040] 第一光纤耦合器102路由大部分输入光信号至所述第一级放大系统。在本实施例中，设置第一光纤耦合器102路由99％的输入光信号至所述第一级放大系统，这样设置能够尽可能的保留强的输入光信号。

[0041] 第一光纤耦合器102路由另一部分输入光信号至输入光功率检测装置104用于总输入光信号的功率测量。在本实施例中，设置第一光纤耦合器102路由1％的输入光信号至输入光功率检测装置104，从而确定全部输入光信号的功率值，对放大器光学系统100放大效果的评价提供数据参考。在本实施例中，第一光纤耦合器102具体可以设置为 PIN光电二极管，如图1所示。

[0042] 第一级放大系统包括接收第一光纤耦合器102的输出光信号和泵浦光的第一级掺铒光纤118。在本实施例中，所述第一级放大系统还包括第一隔离器112、第一波分复用器WDM114和第一泵浦激光器116，如图1所示。

[0043] 第一隔离器112接收来自第一光纤耦合器102的输出光信号，第一隔离器112将原输入光信号中1550nm 波长的光信号路由通过第一隔离器112，将1550nm之外其他波长的光信号大幅度衰减阻止通过，使得第一隔离器112的输出光信号为放大器光学系统100所需要的1550nm波长的光信号。这样设置的有益效果在于避免了光信号中其他波长信号在放大器光学系统100内产生干扰。降低了放大器光学系统100的增益难度，提高了泵浦激光器的寿命和稳定性。

[0044] 第一泵浦激光器116作为所述第一级放大系统的泵浦光源。在本实施例中，第一泵浦激光器116将泵浦光注入第一级掺铒光纤118之前注入第一波分复用器WDM114。在至少另一些实施例中，第一泵浦激光器116的中心波长设置为974nm，泵浦光功率设置为360mW。

[0045] 进一步地，第一泵浦激光器116设置为正向泵浦，即设置信号光与泵浦光的传输方向相同。相比较于反响泵浦和双向泵浦的设置方式，正向泵浦的设置方式可以使放大器光学系统100得到较小的噪声系数。噪声系数作为一个放大器光学系统的指标参数，用于度量光学系统信噪比恶化的程度，它可以反映放大器光学系统的性能。

[0046] 需要说明的是，在掺铒光纤放大器光学系统中，大部分零部件都是无源光器件，其可靠性较高。泵浦激光器为有源器件，为了保证系统稳定的输出增益，需要根据系统输出光信号功率和输入光信号功率的比值关系来调整泵浦激光器的功率，从而使得放大器光学系统得到稳定的输出水平。因此一个较低的噪声系数，能够使得放大器光学系统更加的稳定，从而减少泵浦激光器的调整频率和调整幅度，提高泵浦激光器的稳定性和寿命。泵浦激光器稳定性的提高和寿命的提高直接决定了掺铒光纤放大器光学系统的整体稳定性，使得掺铒光纤放大器光学系统在光通信省际干线或国际干线领域能够有实际的应用。

[0047] 第一波分复用器WDM114多路复用来自第一隔离器112的光信号和来自第一泵浦激光器116的泵浦光，复用后的光信号输出注入第一级掺铒光纤118进行光信号的预放大。

[0048] 第一级掺铒光纤118接收来自第一波分复用器WDM114的输出光信号，所述输出光信号包括1550nm波长光信号和980nm波长的泵浦光，第一级掺铒光纤118吸收泵浦光的能量，并将所吸收的能量用于光信号的放大。在本实施例中，设置第一级掺铒光纤118的长度小于第二级掺铒光纤128的长度。这样设置能够使得放大器光学系统100得到更小的噪声系数。

[0049] 第二级放大系统包括接收来自所述第一级放大系统的输出光信号和接收泵浦光的第二级掺铒光纤128，第二级掺铒光纤128的长度大于第一级掺铒光纤118的长度。在本实施例中，所述第二级放大系统还包括第二隔离器122、第二波分复用器WDM124和第二泵浦激光器126。

[0050] 第二隔离器122，在本实施例中被配置为接收来自第一级掺铒光纤118的预放大光信号。第二隔离器122将光信号中1550nm波长的光信号路由通过隔离器，将1550nm之外其他波长的干扰光信号大幅度衰减阻止通过，使得第二隔离器122输出的光信号为放大器光学系统100所需要的1550nm波长的光信号。这样设置的有益效果在于避免了在所述第二级放大系统的输入光信号中其他波长信号在放大器光学系统100内产生干扰，从而降低了系统的噪声系数，使得泵浦激光器的功率调整的频率和幅度下降，提高了泵浦激光器的稳定性和寿命，进一步提高了光学系统的稳定性。

[0051] 第二泵浦激光器126被配置为对所述第二级放大系统提供泵浦光。在本实施例中，第二泵浦激光器126将泵浦光注入第二级掺铒光纤128之前注入第二波分复用器WDM124。在至少另一些实施例中，第二泵浦激光器126的设置和第一泵浦激光器相同，其中心波长设置为974nm，泵浦光功率设置为360mW。

[0052] 进一步地，第二泵浦激光器126设置为正向泵浦，即设置信号光与泵浦光的传输方向相同。相比较于反响泵浦和双向泵浦的设置方式，正向泵浦的设置方式可以使放大器光学系统100得到较小的噪声系数。

[0053] 第二波分复用器WDM124在本实施例中多路复用来自第二隔离器122的光信号和来自第二泵浦激光器126的泵浦光，将复用后的光信号输出注入第二级掺铒光纤128进行光信号的二次放大。

[0054] 第二级掺铒光纤128接收来自第二波分复用器WDM124的输出光信号，所述输出光信号包括1550nm波长光信号和980nm波长的泵浦光，第二级掺铒光纤128吸收泵浦光的能量，并将所吸收的能量用于光信号的放大。在本实施例中，第二级掺铒光纤128的长度大于第一级掺铒光纤118的长度。

[0055] 需要说明的是，掺铒放大器通常应用于长途干线作为光中继使用，通常情况下放大器光学系统中的无源光器件例如光纤耦合器、隔离器、波分复用器等性能较稳定，不易损坏。有源器件泵浦激光器较容易发生故障，如果泵浦激光器发生故障无法工作，光信号在掺铒放大器中不但信号不会放大，还会产生较大的损耗，从而导致接收站无法接收到光信号，通信会产生中断，这在一些高可靠业务负载光缆上是不允许发生的。因此设置所述第二级放大系统能够有效的提高系统可靠性，当第一级放大系统发生故障，第二级放大系统任然可以放大光信号，在光缆的接收端依然可以接收到光信号，此时信号强度虽然无法达到正常水平，但不会产生通信中断，给系统抢修提供了宝贵的时间。

[0056] 进一步地，第一级掺铒光纤118的长度与第二级掺铒光纤128的长度比值设置为1：2，这样可以得到较小的噪声系数。

[0057] 进一步地，第一级掺铒光纤118的长度设置为6米，第二级掺铒光纤128的长度设置为12米，这样可以得到较小的噪声系数。在这样设置的条件下，实验室可以得到输出信号光功率为23dBm，噪声系数为3.7dB的优质放大器性能，使得泵浦激光器的功率调整控制的频率和幅度下降，提高了泵浦激光器的稳定性和寿命，使得放大器光学系统100在长距离通信应用成为可能。

[0058] 在本实施例中，放大器光学系统100还包括接收来自第二级放大系统的输出光信号并输出所需特定波长光信号的第三隔离器132。第三隔离器132将第二级掺铒光纤128输出的二次放大光信号中1550nm波长的光信号路由通过第三隔离器132，将1550nm波长信号之外其他波长的干扰光信号大幅度衰减阻止通过，使得第三隔离器132输出的光信号为放大器光学系统100所需要输出的1550nm波长的光信号。这样设置的有益效果在于可以避免放大器光学系统100输出的光信号包含其它干扰信号。

[0059] 第二光纤耦合器142在本实施例中被配置为接收所来自述第二级放大系统的输出光信号，即接收来自第三隔离器132的输出光信号。第二光纤耦合器142路由一部分第三隔离器132注入的光信号至输出光功率检测装置144，用于总输出光信号的功率测量。

[0060] 在本实施例中，第二光纤耦合器142路由1％的第三隔离器132注入的光信号至输出光功率检测装置144，从而确定全部输出光信号的功率，对放大器光学系统100放大效果的评价提供数据参考。

[0061] 在本实施例中，第二光纤耦合器142具体可以设置为PIN光电二极管，如图1所示。

[0062] 进一步地，通过比较输出光功率检测装置144的测量数值和输入光功率检测装置104的数值，可以判断放大器光学系统100的输出增益，通过其它已知的控制方法调整第一泵浦激光器116和第二泵浦激光器126的功率，从而保证放大器光学系统100保持稳定的输出指标。

[0063] 第二光纤耦合器142路由大部分第三隔离器132注入的光信号至放大器光学系统100的输出端。在至少另一些实施例中，第二光纤耦合器142的输出端具备标准接口，例如小圆头FC或者是大方头SC，便于和通用光缆以及其他光设备的连接。

[0064] 在本实施例中，第二光纤耦合器142路由99％的第三隔离器132注入的光信号至放大器光学系统100的输出端，这样设置能够尽可能的保留更高强度的输出光信号。

[0065] 进一步地，放大器光学系统100中光信号为单方向传输。由于第一泵浦激光器116和第二泵浦激光器126均为正向设置，因此需要保证系统中光方向与所述泵浦激光器的方向一致。相比较于反响泵浦和双向泵浦的设置方式，正向泵浦的设置方式可以使放大器光学系统100得到较小的噪声系数。

[0066] 放大器光学系统100装配简单，操作方便，成本较低，可以降低泵浦激光器长期工作的失效率，而较低的噪声系数，使得在高稳定性的光通信传输系统中应用成为可能。

[0067] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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