[实用新型]多模掺饵光纤放大器

说明书

本实用新型涉及一种光学与空间光通信技术领域的光纤应用技术，尤指应用掺铒光纤制作的放大器。

目前，空间光通信由于其具有高度的方向性而且不需频率许可证，与微波通信相比，信息容量极大，不易窃听，施工安装极其方便等显著的优点，近几年来受到信息产业界的广泛重视，如BT、Lucent等公司。

Lucent公司采用单模光纤高速传输系统中已成熟的单模掺铒光纤放大器EDFA和波分复用技术(WDM)，已成功实现4×2.5G/S、传输距离超过4KM的光无线通信系统。但是，适用于单模在线的掺铒光纤放大器EDFA必须工作于光纤极小芯径及较低数值孔径的情形下，以使模场匹配，减少单模光纤的连接损耗。且其泵浦由于功率受纤芯非线性效应制约，而使放大器性能限制因素多，特别是泵浦激光器耦合效率低，而价格贵昂。这就使得采用传统掺铒光纤放大器EDFA构成的光无线通信设备难以被市场接纳。

本实用新型的目的是为空间激光通信寻找其关键技术即掺铒光纤放大器的解决方案。本实用新型基于空间光传输不存在色散效应这一基本特征，提出与传统单模掺铒光纤放大器EDFA工作模式限制为单模不同，即工作于多模，不仅具有工艺简单、成品率高、价格与传统单模掺铒光纤放大器相比大幅下降等突出优点，而且大大提高了放大器的性能的多模掺铒光纤放大器(以下简称MEDFA)。

本实用新型的目的是通过如下技术解决方案实现的：

本实用新型所述的多模掺铒光纤放大器由多模光纤连接器、多模波长选择耦合器、多模光纤T型分路耦合器、滤光器、泵浦源、多模掺铒光纤等组成，其特点是光载波信号由第一多模光纤联接器的信号输入端输入，该多模光纤联接器的信号输出端接入一多模光纤，并通过该多模光纤接入多模波长选择耦合器的一信号输入端；泵浦源的多模尾纤输出激光器产生的激光经第一多模光纤T型分路耦合器耦合输出后，也接至多模波长选择耦合器的另一信号输入端；多模波长选择耦合器的信号输出端通过多模掺铒光纤接至第二多模光纤T型分路耦合器的信号输入端；该多模光纤T型分路耦合器的信号输出端与一多模光纤相接，并通过该多模光纤接入一滤光器的信号输入端，该滤光器的信号输出端通过又一多模光纤与第二多模光纤联接器的信号输入端相接；放大后的信号通过该第二多模光纤联接器向外输出1550nm的信号光。

本实用新型的另一特点是：前述的第二多模光纤T型分路耦合器还有一反馈控制信号输出端，该输出端通过多模光纤依次与第二滤光器及光探测器相接，将反馈控制信号输至增益控制模块，以控制泵浦源的供电电源，从而控制信号功率。

本实用新型的又一特点是：前述的第一多模光纤联接器的信号输出端还通过一多模光纤与一光隔离器的信号输入端相接，光隔离器的信号输出端通过一多模光纤与多模波长选择耦合器的一信号输入端相接；前述的滤光器的信号输出端与第二多模光纤联接器的信号输入端之间通过多模光纤连接有一光隔离器。

本实用新型的还又一特点是：前述的多模光纤、多模掺铒光纤其芯径最好为50μ或62.5μ或100μ，剖面折射率分布可为梯度型或阶跃型。

本实用新型的再一特点是：前述的泵浦源之泵浦激光器为半导体激光器，其波长优选820nm、980nm、1480nm，尾纤为多模光纤，其剖面折射率分布与多模掺铒光纤相近似。

本实用新型的优点是：

1、由于采用多模掺铒光纤，从理论分析可知，MEDFA将工作于多模情况，但由于其几何长度(一般为数米内)与其激光空间信息传输距离相比可忽略不计，因而可不考虑其色散的影响(虽然模数与数值孔径及芯径成正比)。因而，采用本实用新型可实现由MEDFA构成的空间光收发器与现有高速光纤通信终端设备(包括DWDM)进行透明连接，构成极具灵活性的空间光通信系统。

2、在多模情形下，理论与实践可以证明，在全模均匀激励条件下，模场分布即为剖面折射率分布，而全模均匀激励可由扰模近似实现。由于掺铒有源光纤的信号光模场与泵浦光模场近似为剖面折射率分布，如多模掺铒光纤与泵浦多模尾纤两者剖面折射率分布相近似，可视为两者互相重叠。又由于其纤芯面积可比单模光纤大二个数量级(纤芯直径增加了一个数量级)，从而大大提高了相互作用面积。同时，用多模尾纤耦合进入有源光纤的泵浦功率也将提高二个数量级，因而在相同掺杂浓度情形下可实现粒子反转的机率将提高二个数量级以上。这就使得MEDFA将得到比单模掺铒放大器EDFA无比优越的性能，如：极高的小信号增益、极低的放大自发幅射噪声以及极高的饱和输出功率等。