[發明專利]一種鉺鐿共摻雜少模光纖放大器

有效

• 申請號: 202210192625.7
• 申請日: 2022-03-01
• 公開（公告）號: CN114268014B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 王一礴;徐中巍;王順
• 申請（專利權）人: 武漢長進激光技術有限公司
• 主分類號: H01S3/16
• 分類號: H01S3/16;H01S3/067
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 黃君軍

本發明公開了一種鉺鐿共摻雜少模光纖放大器，沿光通信方向依次包括光源激光器、第一模式復用器、泵浦合束單元、鉺鐿共摻光纖、包層光剝離器和第二模式復用器；鉺鐿共摻光纖從內到外依次包括纖芯、內包層和外包層，纖芯中共摻雜鉺離子和鐿離子，沿垂直于纖芯軸線的截面上，纖芯的折射率從內到外逐漸遞增，且纖芯和外包層的折射率均小于內包層的折射率。本發明一方面通過鉺鐿共摻雜，提高了少模放大器的增益；另一方面通過光纖剖面折射率的特定分布設置，使模斑面積增大，減少模群中的功率填充因子，在包層泵浦結構下，顯著降低了模式之間的差分模態增益，提高了泵浦轉換效率。

技術領域

本發明涉及光電通信領域，特別是一種鉺鐿共摻雜少模光纖放大器。

背景技術

目前隨著光通信頻譜利用技術以及數字信號處理技術的飛速發展，普通單模光纖所能承載的數據容量已達到非線性香農極限（100 Tbit/s），無法滿足日益增長的網絡流量需求。空分復用技術通過構建多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）空間信道可以提高信道容量以及傳輸可靠性，最早應用在頻段資源匱乏的無線通信中。在光纖通信中，空分復用技術利用多芯光纖中的單個芯，少模光纖或者多模光纖中的正交模式作為傳輸信道，已經實現了Pbit傳輸，被研究者們認為是面對“流量危機”最具潛力的手段之一。模分復用技術作為空分復用技術的典型代表，目前已經實現了超過6000km的傳輸距離，近年來備受關注。為了實現長距離少模傳輸，作為信號中繼器的少模摻鉺放大器必不可少。

少模摻鉺放大器需要同時放大多個模式，研究表明模式之間增益的不均衡會系統容量，因此與傳統的摻鉺放大器相比，少模摻鉺放大器有一個關鍵的技術指標-差分模態增益（Differential Modal Gain，簡稱為DMG）。少模摻鉺放大器中的DMG是由信號模式、鉺離子分布以及泵浦分布三者之間的重疊差異導致的。圍繞著這三點，模態均衡可以通過改變光纖折射率剖面，鉺離子摻雜分布以及調控泵浦組分來實現。其中采用包層泵浦的方式對降低DMG效果突出，因為包層泵浦技術使用多模泵浦注入包層能在整個光纖截面達到一個相對均勻的泵浦強度分布，相比纖芯泵浦而言，隨著模式數量的增多可以降低對光纖的設計難度。然而從目前的研究結果來看，無論是基于纖芯泵浦還是包層泵浦的少模摻鉺放大器，增益性能遠不及傳統摻鉺放大器，尤其是在注入大信號增益的情況下。故亟需提供一種新的設計方式用于解決現有技術中少模摻餌放大器的不足。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種鉺鐿共摻雜少模光纖放大器，用于解決現有技術中少模摻鉺放大器的增益效果不佳的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種鉺鐿共摻雜少模光纖放大器，沿光通信方向依次包括光源激光器、第一模式復用器、泵浦合束單元、鉺鐿共摻光纖、包層光剝離器和第二模式復用器；鉺鐿共摻光纖從內到外依次包括纖芯、內包層和外包層，纖芯中共摻雜鉺離子和鐿離子，沿垂直于纖芯軸線的截面上，纖芯的折射率從內到外逐漸遞增，且內包層和外包層的折射率均小于纖芯的折射率最大值。

優選的，泵浦合束單元包括泵浦激光器、泵浦傳能光纖和泵浦合束器，泵浦激光器通過泵浦傳能光纖與泵浦合束器通信連接；泵浦合束器的輸出端與鉺鐿共摻光纖的輸入端通信連接。

優選的，光源激光器產生的信號光和泵浦激光器產生的泵浦光通過泵浦合束器耦合，并同步注入鉺鐿共摻光纖中進行信號增益；光源激光器產生的信號光注入纖芯中，泵浦激光器產生的泵浦光注入內包層中。

優選的，第一模式復用器設有若干不同模式的輸入端口；光源激光器輸出單模的信號光，并分別注入第一模式復用器的若干輸入端口后，轉換成不同模式的信號光。

優選的，包層光剝離器用于濾除未被鉺鐿共摻光纖完全吸收的泵浦光，并輸出信號增益后的增益光。

優選的，第二模式復用器設有若干不同模式的輸出端口；增益光傳遞至第二模式復用器中進行模式解調，解調后由第二模式復用器的若干輸出端口分別輸出不同模式的解調信號。