[实用新型]四线偏振模信号光在线掺铒光纤放大器

说明书

技术领域

本实用新型涉及光通信技术，具体是一种四线偏振模信号光在线掺铒光纤放大器。

背景技术

近年来，单模光纤通信受到光纤固有的非线性与放大器自发辐射等限制，其容量逼近香农极限。为满足未来大容量通信需求，尚未被利用的光纤空间自由度成为当前新的关注焦点。当前模分复用(MDM)被广泛关注，是有可能突破光纤香农极限的重要研究方向之一。依据信息理论，少模光纤中每一个模式都可作为一个独立的传输信道；若模式的非线性、噪声等传输特性与单模光纤可比拟，则模分复用MDM容量与模式复用数量成正比。当前报道的复用模式最多的MDM为少模光纤前四个最低阶线偏振模，即基模LP₀₁，高阶模LP₁₁、LP₂₁和LP₀₂模。2013年，美国贝尔实验室报道的四模复用MDM系统实现了高达32bit/s/Hz的频谱传输效率。该实验采用多个普通单模掺铒光纤放大器放大不同模式信号光，由于模式相关增益限制，其最大传输距离仅为177km。具有少模放大功能的高性能在线掺铒光纤放大器仍是实现远距离、实用化MDM系统的重要光子器件之一。研究结果表明，由不同空间模式场分布差异性产生的放大器模式增益不均衡(即模式相关增益)是影响MDM系统容量提升的关键要素；且当复用线偏振模超过两个后，少模光纤放大器的模式相关增益极难控制。2014年，南安普敦大学学者提出LP₂₁模双向泵浦融合复杂纤芯铒粒子掺杂设计方案，将支持四线偏模信号光放大的掺铒光纤放大器模式相关增益控制在2dB左右。然而，目前支持四线偏振模信号光放大的掺铒光纤放大器模式增益控制方案要求掺铒光纤纤芯具有复杂铒粒子掺杂设计，部分方案还需要同时采用高阶泵浦模式(如LP₄₁模)。这些方案存在的问题是：基于改进化学气相沉积法难以制备如此复杂设计的掺铒光纤；高阶泵浦模式传输不稳定；基于同一掺铒光纤实现四线偏振模信号光增益控制，由于模式增益竞争影响，各模式增益动态可调范围有限，不利于克服MDM传输过程中的模式相关损耗等。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种四线偏振模信号光在线掺铒光纤放大器，包括顺序连接的第一模式复用模块、第一掺铒光纤、第二掺铒光纤和第二模式复用模块，第一掺铒光纤的纤芯铒粒子为环形掺杂，第二掺铒光纤纤芯铒粒子为中心掺杂，使离心模式信号光和中心模式信号光可分别在第一掺铒光纤和第二掺铒光纤中获得增益。

本实用新型设计的一种四线偏振模信号光在线掺铒光纤放大器，包括模式复用模块和掺铒光纤，具体为第一模式复用模块、第一掺铒光纤、第二掺铒光纤和第二模式复用模块顺序连接，第一掺铒光纤的纤芯铒粒子为环形掺杂，掺杂环的内径为2r₁、掺杂环的外径即为掺铒光纤纤芯直径，第二掺铒光纤纤芯铒粒子为中心掺杂，掺杂中心外径为2r₂。所述第一掺铒光纤和第二掺铒光纤的纤芯半径均为a＝4.67μm～12.8μm，r₁＝(0.45～0.75)a，r₂＝(0.25～0.65)a。所述第一掺铒光纤的长度L₁＝1.0～4.5m,第二掺铒光纤的长度L₂＝1.5～6.5m。所述第一掺铒光纤与第二掺铒光纤的数值孔径均为NA＝0.10～0.20。所述第一掺铒光纤与第二掺铒光纤的纤芯直径相对差异不超过10％。所述第一掺铒光纤与第二掺铒光纤的纤芯折射率相对差异小于5％。

第一泵浦模块与所述第一模式复用模块连接，第一泵浦模块为前向泵浦模块，其产生LP₁₁模泵浦光。

所述第一模式复用模块由顺序安装的第一透镜A、双色分光镜A和第二透镜A组成，其中双色分光镜A反射泵浦光，透射四线偏振模信号光，双色分光镜A的镜面与第一透镜A、第二透镜A的轴线成45度角。所述第二模式复用模块由顺序安装的第一透镜B、双色分光镜B和第二透镜B组成，其中的双色分光镜B反射泵浦光，透射四线偏振模信号光，双色分光镜B的镜面与第一透镜B、第二透镜B的轴线垂直。

所述第一掺铒光纤和第二掺铒光纤之间熔接连续。