[发明专利]一种多芯多稀土掺杂超宽带光梳光源

说明书

本发明公开了一种多芯多稀土掺杂超宽带光梳光源。本发明的光梳光源由输出梳状光源的单模光纤、波长分插复用器、多模泵浦分支、多模耦合器、多芯扇入合束器和多芯多稀土掺杂双包层光纤和多芯光纤光栅组成，其中掺杂的稀土离子发射谱覆盖O、E、S、C、L五个带。由多芯光纤纤芯中掺杂的相同稀土离子在泵浦时产生的发射谱，到达多芯光纤光栅刻写多个等间距窄带反射谱线，再次经过纤芯稀土离子放大，因谱线竞争而使光谱增益和信噪比进一步增强，得到一个超宽带高增益高信噪比和疏密间隔均匀的光梳光源。

(一)技术领域

本发明涉及中、短距离，大容量通信和光纤传感用的光纤光梳光源。

(二)背景技术

短距离，大容量通信传统上都是多模通信。对于汽车和机器控制的通信场合，其基本控制在50米以内。这种场合非常容易满足，例如采用塑料光纤和普通光源组成的通信系统，带宽在100MHz以内。

对于数据中心和船舶等略微扩展的场合，其基本控制在500米以内。这种场合也比较容易满足，例如材料梯度渐变型多模光纤，配合LED或VECSEL激光器，带宽在10GHz以内。

对于多数场景，通信距离在1000m到10km以内，带宽要求较高的情形，通常的通信系统较难满足要求。现有的单模光纤系统在这个长度范围内基本无需放大器支持。粗波分复用系统(CWDM，波长间距>10nm)作为一种低成本、技术成熟的通信技术，其在传统通信的领域一直在应用，但是也受制于成本下降的难度，相对多模光纤的价格还是昂贵很多。主要原因还是DFB激光器的价格昂贵。

多模的并行通信和波分复用系统近年来已经开始流行。例如8根多模光纤配合8个VECSEL激光器的并行通信模块；或是采用OM5多模光纤配合4个波长的VECSEL激光器搭建的中、短距离波分复用通信系统。但是其通信带宽还是很难突破粗波分复用系统(CWDM)的10km和100GHz的性能。

多芯光纤近年来已经研究多年，作为空分复用技术，其是单模通道，理论带宽可以达到1000THz*N芯的性能。例如最新报道22芯光纤可以实现2.15Pbit/s的信号，这个带宽对未来的通信系统扩容带来了极大的想象空间。

多芯掺杂光纤作为一种新的特种光纤，其在光纤通信和光纤传感领域的研究已经越来越多了。

专利201610862707.2公开了一种基于光源阵列的梳状谱信号产生装置，包括：光源阵列、波分复用器、电光调制器、光纤光栅滤波器、光电探测器和微波功分器；光源阵列产生不同波长的多束激光；波分复用器对不同波长的多束激光进行光合路；电光调制器对光合路后的激光进行相位调制，生成光载波；光纤光栅滤波器对光载波进行滤波，并将滤波后的光载波通过长距离光纤传输至光电探测器；光电探测器对滤波后的光载波进行光电转换，生成微波信号；微波功分器将微波信号进行功分，功分后的一路信号反馈至电光调制器形成正反馈环路，功分后的另一路信号作为产生的梳状谱信号。该专利描述了光源阵列配合器件产生梳状光源，但是其并非在多芯光纤中产生，没有描述利用掺杂稀土光纤的谱线竞争机制产生梳状光源。

专利200510060672.2公开了的光纤拉曼放大受激布里渊散射梳状光源，包括半导体激光器，第一光隔离器，单模光纤，泵浦－信号光纤波分复用器，泵浦光纤激光器和第二光隔离器，半导体激光器的输出端与第一个隔离器的输入端相连，第一个隔离器的输出端与单模光纤的输入端相连，单模光纤的输出端与泵浦－信号光纤波分复用器的一端相连，泵浦－信号光纤波分复用器的另一端分二路，分别与泵浦光纤激光器和与第二光隔离器相连。该梳状光源结构简单，耦合效率高，利用光纤中的非线性级联的受激布里渊散射效应，所产生的梳状光源频移约为11GHz，间隔均匀稳定。该专利描述了采用泵浦激光在常规光纤里利用非线性效应产生梳状光源，但是其并非在多芯光纤中产生，没有描述利用掺杂稀土光纤的谱线竞争机制产生梳状光源。