[实用新型]一种低噪声低增益的增益钳制双向掺铒光纤放大器

说明书

本实用新型提供一种低噪声低增益的增益钳制双向掺铒光纤放大器，包括包括第一光环形器、第一光隔离器、第一泵浦光源、第一波分复用器、第二光环行器、线性腔、第三光环行器、第二光隔离器、第一滤波器、第一光衰减器、第四光环形器、第三光隔离器、第二泵浦光源、第二波分复用器、第四光隔离器、第二滤波器、第二光衰减器。采用单根铒纤对衰荡腔中顺时针、逆时针方向传输的两束光进行双向放大和增益钳制，提供了稳定、平坦的增益，且保证了正反向光具有相同的增益特性，克服了传统掺铒光纤放大器增益大、噪声大所带来的增益不稳定的问题，提升了传感系统的灵敏度、稳定度和精度，在空域有源光纤腔衰荡传感系统中具有很好的应用前景和实用价值。

技术领域

本实用新型属于光纤传感领域，具体涉及一种低噪声低增益的增益钳制双向掺铒光纤放大器

背景技术

在光纤传感技术领域，空域光纤腔衰荡技术作为一种新兴的光纤传感技术，已经受到了越来越多研究者的青睐^[1-2]。它通过测量连续光在光纤衰荡腔内的衰减速度来获得待测参量的大小，不需要脉冲激光器或外部调制器，也不需要高速数据采集仪和快速探测器，大大降低了传感系统的成本。此外，该技术采用差分探测消除干涉信号中的直流噪声，提高了系统的信噪比。但是空域光纤腔衰荡传感系统的灵敏度与传统的时域腔衰荡技术一样，取决于光纤衰荡腔的固有损耗。固有损耗越大，系统的灵敏度越低。受光纤的吸收损耗、光纤耦合器的插入损耗、光纤的传输损耗和光纤熔接点损耗等等影响，固有损耗一般在0.3～0.5dB，很难进一步降低。为了提高系统的灵敏度，必须对衰荡腔内的固有损耗进行补偿。最简单可行的方法是采用掺铒光纤放大器对信号光进行放大，使损耗尽可能的降低，但必须注意增益不能超过衰荡腔的衰减系数，以防止激光产生。

掺铒光纤放大器具有高增益、宽带宽、偏振不敏感等优点，已广泛应用于光纤通信系统和光纤传感系统等领域^[3]。传统的掺铒光纤放大器属于单向光纤放大器，具有增益高的优点，特别适用于光纤通信系统中的中继放大。但对于光纤传感系统，这种高增益的掺铒光纤放大器所携带的自发辐射噪声(ASE)噪声较大，严重影响了传感系统的传感性能。比如将这种放大器用于时域有源光纤腔衰荡传感系统中时^[4-5]，其高噪声会导致基线漂移、增益不稳定，无法拟合衰荡曲线或拟合精度很低，从而大大降低系统的测量精度。于是有人设计了一种基于环形腔的增益钳制单向掺铒光纤放大器^[6]，使增益稳定性得到了一定程度的改善，但其仍存在ASE噪声大的缺点。因此，基于单向掺铒光纤放大器的时域有源光纤腔衰荡传感系统的传感性能，如灵敏度、稳定性和精度等，仍然达不到实用的要求。

为了降低光纤腔衰荡传感系统的成本和改善传感系统的稳定性、灵敏度等，近年来人们提出了空域光纤腔衰荡传感技术^[1-2]。对于空域光纤腔衰荡技术而言，在衰荡腔内存在顺时针和逆时针两个方向的两路信号光。两者必须同时放大进行同时补偿，才能补偿衰荡腔内的固有损耗，从而提高系统的灵敏度。因此，单向掺铒光纤放大器无法奏效，必须采用双向掺铒光纤放大器。尽管双向掺铒光纤放大器已有少量的研究和应用^[7-8]，但普遍存在高增益、ASE噪声大的特点，且没有增益钳制功能。因此，设计适合于空域有源光纤腔衰荡传感系统的低噪声低增益的增益钳制双向掺铒光纤放大器显得尤为迫切。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提出一种低噪声低增益的增益钳制双向掺铒光纤放大器，为空域腔衰荡传感技术提供稳定的增益，获得低噪声特性，提升系统的灵敏度和精度。本实用新型为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：