[实用新型]支持六线偏振模信号光放大的EDFA

说明书

本实用新型公开一种支持六线偏振模信号光放大的EDFA，依据少模光纤本征空间模场的电磁特征，设计两段具有简单掺杂结构的掺铒光纤以中心对准方式连续构成放大器的增益介质。两段掺铒光纤的铒粒子掺杂环分别偏向纤芯外侧和内侧，掺杂位置具有空间互补性，使六线偏振模信号光依次经历差别性放大和补偿性放大后实现模式增益均衡。相对于多环式和阶梯式等复杂铒粒子掺杂设计的掺铒光纤，本实用新型大大简化了掺铒光纤的制备工艺。

技术领域

本实用新型涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种支持六线偏振模信号光放大的EDFA(掺铒光纤放大器)。

背景技术

单模光纤通信系统中，波分复用(WDM)、偏分复用(PDM)等复用方案融合各种复杂信号调制格式和先进相干检测手段大大增加了信息传输容量。而随着信息传输容量的增加，单模系统正逐渐逼近非线性香农极限(Shannon limit)。为了能够突破该极限，以便满足未来超大容量通信需求，基于少模光纤空间自由度的空间模式复用方案(MDM)已成为近年光纤通信领域的前沿方向和热点课题之一。MDM技术以彼此正交的少模光纤特征空间模式作为独立的传输信道。弱导条件下，光纤的特征空间模式用线偏振模表示，即LP模。MDM系统实用化的关键之一是开发结构简单、能对所有空分复用线偏振模式信号光均衡放大的全光少模光纤放大器。

目前公开报道的少模光纤放大器主要包含基于受激拉曼散射效应的分布式拉曼放大器和基于稀土离子掺杂的集总式放大器。其中集总式的掺铒光纤放大器(EDFA)具有增益大、结构设计灵活等优势，得到更突出关注。实验和理论研究表明：当MDM复用的空间模式数目超过两个LP模时，由于各个LP模的模场特征差异致使实现所有空分复用LP模的增益均衡异常困难。

2014年，英国学者提出多模泵浦融合复杂的阶梯式铒粒子掺杂结构设计的少模掺铒光纤放大器。仿真结果证明，该放大器使C波段内六个LP模空分复用信号光的差分模式增益(DMG)小于1dB。2016年，贝尔实验室在OFC会议提出一种基于包层泵浦方案的支持六个LP模空分复用信号光放大的掺铒光纤放大器，其DMG值小于2dB。2018年，天津大学的学者提出一种融合包层泵浦技术、特制纤芯折射率分布和双包层结构的少模掺铒光纤放大器，将12个LP模空分复用信号光的DMG值控制在3dB。

事实上，上述三种不同设计方案的少模掺铒光纤放大器均能较好控制空分复用模式的增益均衡，但其缺陷和不足之处也很明显：(1)基于阶梯式铒粒子掺杂设计的掺铒光纤，结构复杂、制备困难，且结构参数制备容限小；(2)包层泵浦方案所需泵浦功率高达数W量级，功耗过高、效率低下；(3)特殊折射率分布的掺铒光纤与传输少模光纤折射率不匹配，不可避免引入由空间模式线性耦合产生的模式串扰。

实用新型内容

本实用新型针对现有少模掺铒光纤放大器所存在的问题，提供一种支持六线偏振模信号光放大的EDFA。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

支持六线偏振模信号光放大的EDFA，由光波合束器、第一掺铒光纤、第二掺铒光纤、滤波器和泵浦模块组成；光波合束器的信号光输入端通过少模光纤输入六线偏振模信号光，光波合束器的泵浦光输入端连接泵浦模块的输出端；光波合束器的输出端连接第一掺铒光纤的输入端，第一掺铒光纤的输出端连接第二掺铒光纤的输入端，第二掺铒光纤的输出端连接滤波器的输入端；滤波器的输出端通过少模光纤输出均衡放大后的六线偏振模信号光；其中第一掺铒光纤和第二掺铒光纤的纤芯横截面的铒粒子分布形貌均为单环状、且掺杂位置具有空间互补性；第一掺铒光纤的输出端和第二掺铒光纤的输入端以中心对准方式熔接连续。

上述方案中，第一掺铒光纤的铒粒子掺杂环偏向纤芯外侧，第二掺铒光纤的铒粒子掺杂环偏向纤芯内侧；或者第二掺铒光纤的铒粒子掺杂环偏向纤芯外侧，第一掺铒光纤的铒粒子掺杂环偏向纤芯内侧。

上述方案中，铒粒子掺杂环偏向纤芯外侧的掺铒光纤掺杂内径大于等于铒粒子掺杂环偏向纤芯内侧的掺铒光纤掺杂外径。