[发明专利]光放大器动态泵浦耦合方法

说明书

技术领域

本发明涉及通用的光纤放大器，特别涉及到扩展光放大器动态输出范围，改善小信号工作点稳定度和提高泵浦利用效率的光放大器。

背景技术

在当前光通讯技术领域中，现有光纤放大器的典型结构为采用一只或多只激光二级管LD作为泵源，经波分复用耦合器，对一段稀土掺杂光纤进行正向、反向或双向泵浦，LD波长通常为980nm或1480nm波段。

基于光纤放大器的工作原理，图1给出了增益恒定为20dB的情况下，放大器的信号输入功率与需求的泵浦输入功率的关系曲线。由图1可见，在增益恒定时，需要的泵浦功率随信号输入功率单调递增。因此，放大器的稳定输出范围，直接取决于泵浦激光器的稳定工作范围。在实际使用的泵浦激光器中，由于激光器的工作原理、生产工艺等原因，可使用的激光器的最大输出功率、最小稳定输出功率都有一定的范围限制。例如，对于一只常用的980nm，300mW泵浦激光器，在输出上限为300mW。在小功率，其输出光功率大于20mW时，输出稳定性典型值在4％左右，输出在12-20mW时，则稳定性恶化到10％，低于12mW，激光器基本不能正常工作。因此，该最小稳定输出功率，又限定了激光器可使用的最小工作点，从而也就确定了光放大器的动态增益范围。

通常设计光放大器时，为了在小功率点时避免泵浦工作不稳定时导致输出光的不稳定，主要采用两种方式来解决：

1.根据计算分析，在泵源输出端或主光路上人为通过熔接方式产生一定损耗14，使得泵源的最小工作点提高，其典型熔接位置如图2所示：熔接位置可位于泵源11的尾纤后；如图3所示：熔接位置可位于波分复用器12与掺铒光纤13之间、可位于泵源11与泵浦分光器15之间、可位于泵浦分光器15与波分复用器12之间；如图4所示：熔接位置可位于第一级铒纤13与第二级铒纤131之间以及Bypass光路中。例如，系统分析的最小工作点需要泵源稳定在8mW，而实际满足输出稳定性要求时泵源的工作点在12mW，则在泵源输出熔接10*log(12/8)＝1.76dB损耗。于是，泵源的最小工作点从8mW提高到12mW，满足输出的稳定性要求。此种方案的弊端在于：此方案在提高小功率工作点的同时，也相应提高了高功率工作点，如果不熔接损耗所对应先前的高功率点需要200mW泵浦时，熔接损耗后则需要用到300mW，显然极大的浪费了泵源功率。同时，由于可使用的泵源功率有限，采用此方案使得放大器的高工作点相应降低了许多；

2.脉宽调制泵源。通过外接电路和软件控制产生高频调制波型调制泵源，控制调制波占空比使泵源的平均输出功率为所要求的输出功率。此方案的好处是泵源利用充分，泵源平均功率可以控制到很小。缺点是需要软、硬件结合控制，外接电路复杂，提高了成本，且控制稳定性与软、硬件皆有关。

发明内容

本发明提供了一种可以动态衰减泵浦的方法，能够有效的解决小信号输入时放大器输出的稳定性问题，并将此方案应用到放大器设计中，使得在相同工作条件下泵浦利用效率得到很大提高，从而充分的节省成本，并且，该方案简单易行。

本发明的方案如下：光放大器动态泵浦耦合方法，其特征在于：在所需衰减位置熔接一定长度掺杂稀土元素光纤，用以提供与泵浦功率相关的衰减，其对泵浦光功率的衰减量与泵浦输入光功率相关，泵浦输入光功率越小，其衰减量越大。

其中，所需衰减位置可为泵源的输出端。

其中，所需衰减位置可为多级光路放大器的各级泵浦光路径中，调节泵源功率比例。

其中，所需衰减位置可为多级分泵浦光路放大器的各分泵浦光支路中，调节泵源功率比例。

其中，所需衰减位置可为多级Bypass光路放大器的Bypass支路中，调节泵源功率比例。

其中，所述掺杂稀土元素光纤可为掺铒光纤、掺镱光纤、掺铥光纤。

本发明的优点在于：

1.扩展光放大器的动态范围，使光放大器能稳定工作在更小的功率点。

2.在多级光路中，简单灵活的调节泵浦功率分配，使泵源得到充分有效的利用，节省了泵源，改善了放大器的噪声指标。

3.提升了对光放大器的瞬态响应过冲的抑制。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用技术的光路结构进一步说明。

图1为现有技术在dB空间泵浦输出功率和泵浦输入功率之间的关系图。

图2，3，4为现有技术提高放大器小功率输出稳定性的光路结构图。