高效L波段远程放大器说明书

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920361660.0
(22)申请日 2019.03.20
(73)专利权人 无锡市德科立光电子技术有限公
司
地址 214028 江苏省无锡市新吴区科技产
业园93号-C地块
(72)发明人 迟荣华　桂桑　
(74)专利代理机构 无锡市大为专利商标事务所
(普通合伙) 32104
代理人 曹祖良　屠志力
(51)Int.Cl.
H01S 3/067(2006.01)
H01S 3/094(2006.01)
(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
(54)实用新型名称
高效L波段远程放大器
(57)摘要
本实用新型提供一种高效L波段远程放大
器，包括远程无源增益模块组和远程泵浦单元
组；远程无源增益模块组中，信号光输入端接第
一光纤环形器的1端口，第一光纤环形器的2端口
接第三反射器的一端，第三反射器另一端接第一
合波器的信号端；第一光纤环形器的3端口接信
号光输出端，信号光输出端用于接主光路传输光
纤；第一合波器的反射端接第一反射器，第一合
波器的公共端接掺铒光纤一端，掺铒光纤另一端
接第二合波器的公共端，第二合波器的信号端接
第二反射器，第二合波器的反射端接泵浦光输入
端；所述远程泵浦单元组用于产生多个不同波长
的相对于信号光的一阶拉曼泵浦光；本实用新型
能提高掺铒光纤增益效率，并避免出现非线性激
射。

权利要求书2页 说明书7页 附图2页CN 209487928 U 2019.10.11
C N 209487928
U
1.一种高效L波段远程放大器，其特征在于，包括远程无源增益模块组和远程泵浦单元组；
远程无源增益模块组包括信号光输入端(10)、第一光纤环形器(20)、第一反射器(30)、第一合波器(41)、掺铒光纤(50)、第二合波器(42)、第二反射器(60)、信号光输出端(70)、泵浦光输入端(80)、第三反射器(140)；
对于第一光纤环形器(20)，光只能沿其1端口->2端口->3端口方向传输；3端口至1端口方向不通；
信号光输入端(10)接第一光纤环形器(20)的1端口，第一光纤环形器(20)的2端口接第三反射器(140)的一端，第三反射器(140)另一端接第一合波器(41)的信号端；第一光纤环形器(20)的3端口接信号光输出端(70)，信号光输出端(70)用于接主光路传输光纤(90)；
第一合波器(41)的反射端接第一反射器(30)，第一合波器(41)的公共端接掺铒光纤(50)一端，掺铒光纤(50)另一端接第二合波器(42)的公共端，第二合波器(42)的信号端接第二反射器(60)，第二合波器(42)的反射端接泵浦光输入端(80)；
泵浦光输入端(80)接远程泵浦单元组的输出；
所述远程泵浦单元组用于产生多个不同波长的相对于信号光的一阶拉曼泵浦光；
第一反射器(30)的反射波长范围对应于从远程泵浦单元组进入掺铒光纤(50)的泵浦光波长范围；
第三反射器(140)的中心反射波长在1530nm～1540nm间，其对反射带宽内的光进行反射，而对反射带宽外的光透射。

2.如权利要求1所述的高效L波段远程放大器，其特征在于，
第二反射器(60)包括第二光纤环形器(60a)，对于第二光纤环形器(60a)，光只能沿其1端口->2端口->3端口方向传输，3端口至1端口方向不通；第二光纤环形器(60a)的2端口接第二合波器(42)的信号端，3端口通过一段光纤接1端口。

3.如权利要求1所述的高效L波段远程放大器，其特征在于，
第二反射器(60)采用光纤环形镜，光纤环形镜包括一个50:50的分光器(60b)，分光器(60b)的两个50%的输出端口通过光纤连接。

4.如权利要求1所述的高效L波段远程放大器，其特征在于，
第三反射器(140)的中心反射波长在1533nm，反射带宽0.2nm～2nm。

5.如权利要求1所述的高效L波段远程放大器，其特征在于，
远程泵浦单元组包括高阶拉曼泵浦激光器(120)、第一辅助泵浦调整模块(110)、泵浦传送光纤(130)、第二辅助泵浦调整模块(100)；
高阶拉曼泵浦激光器(120)用于产生相对于信号光的n阶拉曼泵浦光，n≥2；高阶拉曼泵浦激光器(120)的输出端接第一辅助泵浦调整模块(110)一端，第一辅助泵浦调整模块(110)另一端通过泵浦传送光纤(130)接第二辅助泵浦调整模块(100)一端，第二辅助泵浦调整模块(100)另一端接远程无源增益模块组的泵浦光输入端(80)；
第一辅助泵浦调整模块(110)和第二辅助泵浦调整模块(100)中均包括布拉格反射光纤光栅，第一辅助泵浦调整模块(110)、泵浦传送光纤(130)和第二辅助泵浦调整模块(100)构成激光谐振腔，并通过光纤光栅的选频作用，得到多个不同波长的相对于信号光的一阶拉曼泵浦光。

6.如权利要求5所述的高效L波段远程放大器，其特征在于，
高阶拉曼泵浦激光器(120)产生相对于信号光的2阶拉曼泵浦光；
第一辅助泵浦调整模块(110)与第二辅助泵浦调整模块(100)中均包括至少2个布拉格反射光纤光栅，且数量相同；
第一辅助泵浦调整模块(110)与第二辅助泵浦调整模块(100)中的各布拉格反射光纤光栅为对应于2阶拉曼泵浦光一级斯托克斯频移的且反射波长不同的光纤光栅；
第一辅助泵浦调整模块(110)与第二辅助泵浦调整模块(100)中，按照靠近泵浦传送光纤(130)的次序，布拉格反射光纤光栅成对设置，同一对的布拉格反射光纤光栅反射波长相同；
第二辅助泵浦调整模块(100)中的布拉格反射光纤光栅为半透半反射光栅。

7.如权利要求6所述的高效L波段远程放大器，其特征在于，
第一辅助泵浦调整模块(110)中的布拉格反射光纤光栅反射率均大于99%；
第二辅助泵浦调整模块(100)中的布拉格反射光纤光栅反射率均小于30%。

8.如权利要求5所述的高效L波段远程放大器，其特征在于，
高阶拉曼泵浦激光器(120)产生相对于信号光的3阶拉曼泵浦光；
第一辅助泵浦调整模块(110)与第二辅助泵浦调整模块(100)中均包括至少3个布拉格反射光纤光栅，且数量相同；其中，对应于3阶拉曼泵浦光一级斯托克斯频移的光纤光栅1个，对应于3阶拉曼泵浦光二级斯托克斯频移的且反射波长不同的光纤光栅至少2个；
第一辅助泵浦调整模块(110)与第二辅助泵浦调整模块(100)中，按照靠近泵浦传送光纤(130)的次序，布拉格反射光纤光栅成对设置，同一对的布拉格反射光纤光栅反射波长相同；
第一辅助泵浦调整模块(110)与第二辅助泵浦调整模块(100)中，对应于3阶拉曼泵浦光一级斯托克斯频移的光纤光栅相对于所有的对应于3阶拉曼泵浦光二级斯托克斯频移的光纤光栅，位于靠近泵浦传送光纤(130)次序位置或背离泵浦传送光纤(130)次序位置；
第二辅助泵浦调整模块(100)中，对应于3阶拉曼泵浦光二级斯托克斯频移的光纤光栅为半透半反射光栅。

9.如权利要求8所述的高效L波段远程放大器，其特征在于，
第一辅助泵浦调整模块(110)中的布拉格反射光纤光栅反射率均大于99%；
第二辅助泵浦调整模块(100)中，对应于3阶拉曼泵浦光一级斯托克斯频移的光纤光栅的反射率大于99%，而对应于3阶拉曼泵浦光二级斯托克斯频移的光纤光栅反射率均小于30%。

10.如权利要求1所述的高效L波段远程放大器，其特征在于，
掺铒光纤(50)为L波段掺铒光纤。

高效L波段远程放大器
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种光放大器，尤其是一种用于光通信及光传输系统中的L波段远程放大器。

背景技术
[0002]在海底传输或陆地上的特殊应用场合，由于自然条件限制，无法在传输链路中建立有源中继及监控系统；或者使用有源中继后的运营和维护费用让运营商无法承受，这时就必须要增大单跨无中继传输距离。

[0003]掺铒光纤放大器（EDFA）是最为成熟的放大器。

其中C波段掺铒光纤放大器（1527～1568nm)已经广泛应用于通信线路中。

L波段掺铒光纤放大器的增益处于1570～1610nm。

由于L波段EDFA的工作波长远离掺铒光纤的受激吸收和发射峰，泵浦输入端附近的反向C波段放大的自发辐射光将消耗大量的反转粒子，影响了L波段信号光的放大效果。

[0004]远程遥泵L波段放大器可以延长单跨无中继系统的传输距离。

远程放大器置于线路中间对微弱信号进行放大，可提高接收端的光信噪比，进而提高接收机灵敏度。

远程放大器的增益光纤（掺铒光纤）与泵浦光分离，产生泵浦光的泵浦需要供电，一般放置在信号发射端或接收端机房，泵浦光通过一段传送光纤将功率送至增益光纤；传送光纤长度过长，导致送至增益光纤的光功率过小，在增益光纤中产生的增益就小；传送光纤长度过短，虽然到达增益光纤泵浦光功率比较高，但是对无中继传输系统距离延长效果有限，所以需要设想各种办法在保持传送光纤长度的前提下，提高远程放大器的增益。

[0005]虽然提高泵浦光功率可以提高放大器增益，但是在远程放大器中并不是泵浦光功率越高越好，例如对于L波段的远程放大器，过高的1480nm波长泵浦光功率超过拉曼阈值，容易形成拉曼激射震荡信号，激射信号波长位于1590nm附近，这些震荡信号对实际传输信号(L波段，1570～1610nm)造成干扰，引起性能劣化。

实验发现当位于发射端的1480nm的泵浦光功率超过1W时候，就会在泵浦传送光纤中引起自发拉曼散射造成系统性能严重下降，无中继传输距离变短。

[0006]一方面，希望能够提高进入铒纤中的泵浦功率获得大增益，另一方面在泵浦功率资源不够的情况下，改善远程无源泵浦模块的铒纤增益效率也是一种增加无中继传输距离的有效途径。

发明内容
[0007]本实用新型的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种高效L波段远程放大器，能够提高掺铒光纤增益效率，并通过多个波长分散的一阶拉曼泵浦光作为进入掺铒光纤的泵浦光，提高最大允许泵浦入纤功率，避免出现非线性激射；能够延长无中继系统的传输距离。

本实用新型采用的技术方案是：
[0008]一种高效L波段远程放大器，包括远程无源增益模块组和远程泵浦单元组；[0009]远程无源增益模块组包括信号光输入端、第一光纤环形器、第一反射器、第一合波
器、掺铒光纤、第二合波器、第二反射器、信号光输出端、泵浦光输入端、第三反射器；[0010]对于第一光纤环形器，光只能沿其1端口->2端口->3端口方向传输；3端口至1端口方向不通；
[0011]信号光输入端接第一光纤环形器的1端口，第一光纤环形器的2端口接第三反射器的一端，第三反射器另一端接第一合波器的信号端；第一光纤环形器的3端口接信号光输出端，信号光输出端用于接主光路传输光纤；
[0012]第一合波器的反射端接第一反射器，第一合波器的公共端接掺铒光纤一端，掺铒光纤另一端接第二合波器的公共端，第二合波器的信号端接第二反射器，第二合波器的反射端接泵浦光输入端；
[0013]泵浦光输入端接远程泵浦单元组的输出；
[0014]所述远程泵浦单元组用于产生多个不同波长的相对于信号光的一阶拉曼泵浦光；[0015]第一反射器的反射波长范围对应于从远程泵浦单元组进入掺铒光纤的泵浦光波长范围；
[0016]第三反射器的中心反射波长在1530nm～1540nm间，其对反射带宽内的光进行反射，而对反射带宽外的光透射。

[0017]进一步地，第二反射器包括第二光纤环形器，对于第二光纤环形器，光只能沿其1端口->2端口->3端口方向传输，3端口至1端口方向不通；第二光纤环形器的2端口接第二合波器的信号端，3端口通过一段光纤接1端口。

[0018]或者，
[0019]第二反射器采用光纤环形镜，光纤环形镜包括一个50:50的分光器，分光器的两个50%的输出端口通过光纤连接。

[0020]进一步地，第三反射器的中心反射波长在1533nm，反射带宽0.2nm～2nm。

[0021]进一步地，远程泵浦单元组包括高阶拉曼泵浦激光器、第一辅助泵浦调整模块、泵浦传送光纤、第二辅助泵浦调整模块；
[0022]高阶拉曼泵浦激光器用于产生相对于信号光的n阶拉曼泵浦光，n≥2；高阶拉曼泵浦激光器的输出端接第一辅助泵浦调整模块一端，第一辅助泵浦调整模块另一端通过泵浦传送光纤接第二辅助泵浦调整模块一端，第二辅助泵浦调整模块另一端接远程无源增益模块组的泵浦光输入端；
[0023]第一辅助泵浦调整模块和第二辅助泵浦调整模块中均包括布拉格反射光纤光栅，第一辅助泵浦调整模块、泵浦传送光纤和第二辅助泵浦调整模块构成激光谐振腔，并通过光纤光栅的选频作用，得到多个不同波长的相对于信号光的一阶拉曼泵浦光。

[0024]更进一步地，高阶拉曼泵浦激光器产生相对于信号光的2阶拉曼泵浦光；[0025]第一辅助泵浦调整模块与第二辅助泵浦调整模块中均包括至少2个布拉格反射光纤光栅，且数量相同；
[0026]第一辅助泵浦调整模块与第二辅助泵浦调整模块中的各布拉格反射光纤光栅为对应于2阶拉曼泵浦光一级斯托克斯频移的且反射波长不同的光纤光栅；
[0027]第一辅助泵浦调整模块与第二辅助泵浦调整模块中，按照靠近泵浦传送光纤的次序，布拉格反射光纤光栅成对设置，同一对的布拉格反射光纤光栅反射波长相同；[0028]第二辅助泵浦调整模块中的布拉格反射光纤光栅为半透半反射光栅。

[0029]更进一步地，
[0030]第一辅助泵浦调整模块中的布拉格反射光纤光栅反射率均大于99%；
[0031]第二辅助泵浦调整模块中的布拉格反射光纤光栅反射率均小于30%。

[0032]或者，更进一步地，高阶拉曼泵浦激光器产生相对于信号光的3阶拉曼泵浦光；[0033]第一辅助泵浦调整模块与第二辅助泵浦调整模块中均包括至少3个布拉格反射光纤光栅，且数量相同；其中，对应于3阶拉曼泵浦光一级斯托克斯频移的光纤光栅1个，对应于3阶拉曼泵浦光二级斯托克斯频移的且反射波长不同的光纤光栅至少2个；
[0034]第一辅助泵浦调整模块与第二辅助泵浦调整模块中，按照靠近泵浦传送光纤的次序，布拉格反射光纤光栅成对设置，同一对的布拉格反射光纤光栅反射波长相同；[0035]第一辅助泵浦调整模块与第二辅助泵浦调整模块中，对应于3阶拉曼泵浦光一级斯托克斯频移的光纤光栅相对于所有的对应于3阶拉曼泵浦光二级斯托克斯频移的光纤光栅，位于靠近泵浦传送光纤次序位置或背离泵浦传送光纤次序位置；
[0036]第二辅助泵浦调整模块中，对应于3阶拉曼泵浦光二级斯托克斯频移的光纤光栅为半透半反射光栅。

[0037]更进一步地，
[0038]第一辅助泵浦调整模块中的布拉格反射光纤光栅反射率均大于99%；
[0039]第二辅助泵浦调整模块中，对应于3阶拉曼泵浦光一级斯托克斯频移的光纤光栅的反射率大于99%，而对应于3阶拉曼泵浦光二级斯托克斯频移的光纤光栅反射率均小于30%。

[0040]进一步地，掺铒光纤为L波段掺铒光纤。

[0041]本实用新型的优点在于：
[0042]1）远程无源增益模块组中通过三个反射器的作用，更加有效的提高饵纤增益；第一反射器反射 1480nm附近的泵浦光，第二反射器反射信号光，构成双通结构；第三反射器反射1533nm附近的自发辐射光，对L波段信号形成二次泵浦；能够充分利用剩余泵浦光和自发辐射光、信号光，提高泵浦光效率，具有增益高，噪声低的特点
[0043]2）远程泵浦单元组利用拉曼频移原理，可大大提高最大允许泵浦入纤功率，而避免出现非线性激射，获得多个频率（波长）分散的相对于信号光的一阶拉曼泵浦光作为掺铒光纤放大器的泵浦光。

[0044]该高效L波段远程放大器可大大延长远程无源增益模块组与接收端机房的距离，进而可大大延长无中继系统的传输距离。

附图说明
[0045]图1为本实用新型的结构组成示意图。

[0046]图2为本实用新型的第二反射器的一种结构示意图。

[0047]图3为本实用新型的第二反射器的另一种结构示意图。

[0048]图4为本实用新型的远程泵浦单元组的一种结构示意图。

[0049]图5为本实用新型的远程泵浦单元组的另一种结构示意图。

具体实施方式
[0050]下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

[0051]本实用新型提出一种高效L波段远程放大器（以下简称放大器），适用于异纤传输结构，主光路传输光纤和泵浦传送光纤相分离；
[0052]如图1所示，本实用新型提出的高效L波段远程放大器，包括远程无源增益模块组和远程泵浦单元组；
[0053]远程无源增益模块组包括信号光输入端10、第一光纤环形器20、第一反射器30、第一合波器41、掺铒光纤50、第二合波器42、第二反射器60、信号光输出端70、泵浦光输入端80、第三反射器140；
[0054]第一光纤环形器20具有单向传输的特点，光只能沿其1端口->2端口->3端口方向传输；3端口至1端口方向不通；
[0055]信号光输入端10接第一光纤环形器20的1端口，第一光纤环形器20的2端口接第三反射器140的一端，第三反射器140另一端接第一合波器41的信号端；第一光纤环形器20的3端口接信号光输出端70，信号光输出端70用于接主光路传输光纤90；
[0056]第一合波器41的反射端接第一反射器30，第一合波器41的公共端接掺铒光纤50一端，掺铒光纤50另一端接第二合波器42的公共端，第二合波器42的信号端接第二反射器60，第二合波器42的反射端接泵浦光输入端80；
[0057]泵浦光输入端80接远程泵浦单元组的输出；
[0058]对于需要放大的L波段的信号光，其波长为1570nm～1610nm；
[0059]所述远程泵浦单元组用于产生多个不同波长的相对于信号光的一阶拉曼泵浦光，例如远程泵浦单元组产生并输出的一阶拉曼泵浦光包括1480nm、1470nm两个波长，或者包括1465nm、1475nm、1485nm三个波长；一阶拉曼泵浦光的波长范围可以是1460nm～1490nm；[0060]第一反射器30的反射波长范围对应于从远程泵浦单元组进入掺铒光纤50的泵浦光波长范围；例如本例中，第一反射器30的反射波长范围为1460nm～1490nm；第一反射器30可采用反射型光纤光栅；第一反射器30用于将剩余泵浦光反射回掺铒光纤50，提高泵浦光效率；
[0061]第三反射器140的中心反射波长在1530nm～1540nm间，典型的，中心反射波长为1533nm，反射带宽0.2nm～2nm，其对中心反射波长的反射带宽内的光进行反射，而对反射带宽外的光透射；第三反射器140可采用反射型光纤光栅；作用是充分利用C波段自发辐射光，利用光纤光栅反馈回掺铒光纤50中，构成二次泵浦；
[0062]信号光在掺铒光纤50中，被来自于远程泵浦单元组数个不同波长的一阶拉曼泵浦光放大；然后经过第一光纤环形器20的3端口、信号光输出端70，进入长距离的主光路传输光纤90；
[0063]第二反射器60可采用光纤环形器或光纤环形镜；第二反射器60的作用是将来自于第二合波器42的信号光全部返回掺铒光纤，使铒纤增益得到增强；三个反射器的共同作用，可以更加有效的提高泵浦效率，增大铒纤增益。

例如在同样泵浦功率的情况下，传输信号可获得更大增益和更低噪声，并可节省铒纤成本；
[0064]第二反射器60的一个例子如图2所示，包括第二光纤环形器60a，第二光纤环形器60a具有单向传输的特点，光只能沿其1端口->2端口->3端口方向传输；3端口至1端口方向
不通；第二光纤环形器60a的2端口接第二合波器42的信号端，3端口通过一段光纤接1端口；具体过程：信号光由第二合波器42的信号端输出，进入第二光纤环形器60a的2端口，由3端口输出，3端口与1端口直接连接，所以从1端口又进入第二光纤环形器60a，由第二光纤环形器60a的2端口输出，返回第二合波器42；
[0065]第二反射器60的另一个例子如图3所示，第二反射器60采用光纤环形镜，光纤环形镜包括一个50:50的分光器60b，分光器60b的两个50%的输出端口通过光纤熔接方式连接；光纤环形镜理论上能将来自于第二合波器42的信号光100%反射回掺铒光纤中，对放大信号构成双通结构，使信号得到再次放大；双通结构不仅可以提高信号增益，而且能够减少铒纤长度，降低对泵浦功率的要求；
[0066]掺铒光纤50为L波段掺铒光纤，长度为7米，在1530nm处的吸收系数为25～30dB/m；[0067]本实用新型中的远程泵浦单元组，在实现传送泵浦功率的同时，形成多个不同波长的相对于信号光的一阶拉曼泵浦光，每个波长的功率只有数mW，总功率不会超过拉曼阈值，因此可避免传统远程放大器在传送光纤中1480nm泵浦光发生斯托克斯频移形成1590nm 的激射信号，对放大的L波段信号光造成干扰；
[0068]本实用新型提出的高效L波段远程放大器，是通过异纤泵浦方式泵浦的，泵浦光不经过主光路传输光纤送泵浦功率至远程增无源益模块组，而是通过一段与主光路传输光纤距离相同或相近的泵浦传送光纤传送泵浦功率至远程无源增益模块组；
[0069]图1中，远程泵浦单元组包括高阶拉曼泵浦激光器120、第一辅助泵浦调整模块110、泵浦传送光纤130、第二辅助泵浦调整模块100；
[0070]高阶拉曼泵浦激光器120用于产生相对于信号光的n阶拉曼泵浦光，n≥2；高阶拉曼泵浦激光器120的输出端接第一辅助泵浦调整模块110一端，第一辅助泵浦调整模块110另一端通过泵浦传送光纤130接第二辅助泵浦调整模块100一端，第二辅助泵浦调整模块100另一端接远程无源增益模块组的泵浦光输入端80；
[0071]第一辅助泵浦调整模块110和第二辅助泵浦调整模块100中均包括布拉格反射光纤光栅，第一辅助泵浦调整模块110、泵浦传送光纤130和第二辅助泵浦调整模块100构成激光谐振腔，并通过光纤光栅的选频作用，得到多个不同波长的相对于信号光的一阶拉曼泵浦光；
[0072]本例中，一阶拉曼泵浦光由高阶拉曼泵浦激光器120的高阶拉曼泵浦光通过拉曼频移得到；
[0073]远程泵浦单元组的第一个实施例，如图4所示；
[0074]高阶拉曼泵浦激光器120产生相对于信号光的2阶拉曼泵浦光，其波长为1390nm；[0075]第一辅助泵浦调整模块110与第二辅助泵浦调整模块100中均包括至少2个布拉格反射光纤光栅，且数量相同；
[0076]第一辅助泵浦调整模块110与第二辅助泵浦调整模块100中的各布拉格反射光纤光栅为对应于2阶拉曼泵浦光一级斯托克斯频移的且反射波长不同的光纤光栅；
[0077]第一辅助泵浦调整模块110与第二辅助泵浦调整模块100中，按照靠近泵浦传送光纤130的次序，布拉格反射光纤光栅成对设置，同一对的布拉格反射光纤光栅反射波长相同；例如布拉格反射光纤光栅FBG1和FBG1′为一对，反射波长均为1470nm，布拉格反射光纤光栅FBG2和FBG2′为一对，反射波长均为1480nm；。