[發(fā)明專利]一種全光纖型弱耦合少模摻鉺光纖放大器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810710310.0
• 申請(qǐng)日: 2018-07-02
• 公開（公告）號(hào): CN108767636B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李巨浩;朱景龍;陳章淵;何永琪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/067
• 分類號(hào): H01S3/067;H01S3/091
• 代理公司: 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11200
• 代理人: 司立彬

本發(fā)明公開一種全光纖型弱耦合少模摻鉺光纖放大器。本發(fā)明的摻鉺光纖放大器包括模式選擇耦合器、一信號(hào)?泵浦合路器和一少模摻鉺光纖；其中，所述模式選擇耦合器用于對(duì)輸入的各單模泵浦光分別轉(zhuǎn)換為少模光纖中一對(duì)應(yīng)設(shè)定模式的光；所述信號(hào)?泵浦合路器的輸入端與所述模式選擇耦合器的輸出端連接，用于將輸入的模分復(fù)用信號(hào)光和所述模式選擇耦合器模式轉(zhuǎn)換后的泵浦光進(jìn)行耦合輸出，所述信號(hào)?泵浦合路器的輸出端與所述少模摻鉺光纖連接。本發(fā)明具備體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試容易，且與光纖傳輸鏈路完全兼容的優(yōu)勢(shì)，完全可以應(yīng)用于弱耦合傳輸系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種全光纖型弱耦合少模摻鉺光纖放大器。

背景技術(shù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，高清電視、移動(dòng)多媒體等新型業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，信息傳輸帶寬需求以指數(shù)型不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的單模光纖由于非線性香農(nóng)極限的限制，傳輸容量達(dá)到100-Tbit/s已是極限，因此我們需要研究新的技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提升光網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量。近年來(lái)，采用少模光纖作為新的空間復(fù)用方式受到了廣泛關(guān)注，并已被證明是提升光傳輸系統(tǒng)容量的有效方法。目前，模分復(fù)用系統(tǒng)分為兩類：一類是強(qiáng)耦合系統(tǒng)，另一類是弱耦合系統(tǒng)。在強(qiáng)耦合傳輸系統(tǒng)中，模式耦合是無(wú)法避免的，接收端需要使用相干檢測(cè)以及多輸入多輸出數(shù)字信號(hào)處理(Multiple Input Multiple Output Digital Signal Processing，MIMODSP)技術(shù)實(shí)現(xiàn)空間模式的分離。需要指出，傳統(tǒng)的相干檢測(cè)和MIMO DSP雖然能夠增加系統(tǒng)的傳輸距離和傳輸速率，但無(wú)疑也會(huì)極大地增加系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。在弱耦合傳輸系統(tǒng)中，系統(tǒng)中每一部分的模式耦合都是嚴(yán)格控制的，隨著器件以及光纖性能的進(jìn)一步優(yōu)化，結(jié)合波長(zhǎng)交織技術(shù)進(jìn)一步抑制模式耦合，弱耦合模分復(fù)用系統(tǒng)的傳輸距離已經(jīng)可以做到幾百公里，并且接收端只需要采用簡(jiǎn)單的直接檢測(cè)方式，這種方案無(wú)疑會(huì)極大地降低系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。

目前，模分復(fù)用光纖的傳輸損耗已經(jīng)降低到約0.2dB/km，但是當(dāng)傳輸距離達(dá)到幾百或上千公里的時(shí)候，信號(hào)功率由于衰減無(wú)法繼續(xù)向前傳輸。因此，為了使加載信息的光信號(hào)傳得更遠(yuǎn)，必須在光信號(hào)傳輸過程中使用放大器。摻鉺光纖放大器是中長(zhǎng)距離模分復(fù)用傳輸系統(tǒng)的重要器件之一，目前大部分模分復(fù)用系統(tǒng)中使用的是單模摻鉺光纖放大器，在放大時(shí)，模分復(fù)用信號(hào)需要解復(fù)用到單模信號(hào)再進(jìn)行放大，放大后的單模信號(hào)再轉(zhuǎn)變?yōu)樯倌Ｐ盘?hào)繼續(xù)向前傳輸，這種放大方式會(huì)引入額外的功率損耗以及模式耦合；并且當(dāng)所用模式數(shù)目較多時(shí)，所需單模摻鉺光纖放大器數(shù)量也多，這會(huì)極大地增加系統(tǒng)成本。為了解決上述問題，研究者提出支持多個(gè)模式同時(shí)放大的少模摻鉺光纖放大器。目前，已報(bào)道的少模摻鉺光纖放大器應(yīng)用都是在強(qiáng)耦合模分復(fù)用系統(tǒng)中，且少模摻鉺光纖放大器的結(jié)構(gòu)絕大部分都是基于空間型的，即采用分立的光學(xué)器件實(shí)現(xiàn)泵浦光的模式轉(zhuǎn)換以及耦合入少模摻鉺光纖，該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是體積大、不易調(diào)試、與光纖鏈路兼容性差。

根據(jù)調(diào)研，少模摻鉺光纖放大器目前還沒有成熟的商品，仍處于技術(shù)驗(yàn)證階段。

i.模分復(fù)用技術(shù)

隨著時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用、相干接收和多維調(diào)制等技術(shù)的不斷成熟，單模光纖的傳輸容量已達(dá)到香農(nóng)極限，波分復(fù)用光傳輸?shù)娜萘吭鲩L(zhǎng)速度正在減慢，少模光纖中的模分復(fù)用技術(shù)被作為一種可以進(jìn)一步提升光網(wǎng)絡(luò)容量的方案而被廣泛關(guān)注。模分復(fù)用技術(shù)是利用光纖中各模式間的正交性將每個(gè)模式作為獨(dú)立的信道加載信號(hào)，在模式復(fù)用系統(tǒng)中，模式作為一種新的維度資源被引入，有助于大幅提升光網(wǎng)絡(luò)的通信容量。目前，模分復(fù)用系統(tǒng)分為兩類：一類是強(qiáng)耦合系統(tǒng)，另一類是弱耦合系統(tǒng)。在強(qiáng)耦合傳輸系統(tǒng)中，模式耦合是無(wú)法徹底避免的，接收端需要使用相干檢測(cè)以及MIMO DSP技術(shù)實(shí)現(xiàn)空間模式的分離。需要指出，傳統(tǒng)的相干檢測(cè)和MIMO DSP雖然能夠增加系統(tǒng)的傳輸距離和傳輸速率，但無(wú)疑也會(huì)極大地增加系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。在弱耦合傳輸系統(tǒng)中，系統(tǒng)中每一部分的模式耦合都是嚴(yán)格控制的，輔之以弱耦合少模摻鉺光纖放大器補(bǔ)償鏈路損耗，在接收端只采用簡(jiǎn)單的直接檢測(cè)方式，這種方案會(huì)極大地降低系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。

ii.空間型少模摻鉺光纖放大器