[发明专利]基于混合泵浦的密集多芯光纤增益均衡放大系统和方法

说明书

本发明公开了基于混合泵浦的密集多芯光纤增益均衡放大系统和方法，包括包层泵浦光纤层和纤芯泵浦光纤层，纤芯泵浦光纤层设置于包层泵浦光纤层外部，构成混合泵浦的密集多芯光纤；包层泵浦光纤层内设置中心纤芯，中心纤芯接入多模泵浦光；纤芯泵浦光纤层的两端分别连接有波分复用器和波分解复用器。本发明提出的基于混合泵浦的密集多芯光纤增益均衡放大系统和方法，使得光纤通信系统中多芯放大增益差得到有效补偿，不仅提升了光放大系统的集成度，并有效地提高泵浦效率，降低功耗，也提高了系统的传输容量，实现光纤通信系统高速、大容量、低成本的传输。

技术领域

本发明涉及基于混合泵浦的密集多芯光纤增益均衡放大系统和方法，属于通信技术领域的光传输技术领域。

背景技术

随着新兴技术不断出现并迭代，5G通信技术开始大规模普及和商用，AI、自动驾驶和云服务等技术也崭露头角。这些新技术的发展无不依赖于规模越来越大的数据量，然而标准单模光纤自身存在的非线性效应已经决定了传输速率无法继续大幅度提升，目前的光网络已经逐渐逼近了其香农极限。多芯光纤（MCF）是通过一根光纤中包含的多个纤芯构建多个平行的空间信道，即通过空分复用（SDM）实现多路传输，能够克服光纤传输的香农容量限制，达到扩大传输系统容量的目的。多芯光纤能够提供多个空间并行通道，而且不需要复杂的多输入多输出（MIMO）解耦算法。近年来，基于多芯光纤的空分复用通信系统在骨干网、接入网和数据中心的应用研究逐渐增多。多芯光纤传输系统要实现大容量、高速率、长距离传输，离不开光纤放大器对其传输损耗的补偿，因此多芯光纤放大器成为空分复用技术走向实用的关键。

多芯光纤光通信系统中，不同信道光信号的损耗和增益不同，其信道功率差将随着传输距离的增加不断累积，最终很可能造成系统的中断和接收端误码率的升高。有效地进行中继放大是多芯光纤传输发展的关键技术之一，而传统多芯放大器由于泵浦效率不同会导致不同信道光增益不均衡，随着传输距离的增加，增益差不断累积，导致传输系统信噪比降低、误码率升高、性能劣化。现有的多芯光放大技术可以根据泵浦光耦合方式的不同，分为纤芯泵浦和包层泵浦两类。基于纤芯泵浦的多芯光放大方案均需要多路泵浦光源和额外扇入扇出复用器件，这种放大方案的优点是泵浦光转换效率高、增益大，且容易实现对各个纤芯增益的独立控制，不足的是通常需要与多芯光纤纤芯数目相同的泵浦光源，系统集成度较低、功耗大、元件数目较多且成本高，无法体现多芯复用的优势。多芯光纤中的包层泵浦是通过光纤包层功率耦合实现泵浦对于各纤芯信号光的同时放大，包层泵浦方式只需单路泵浦光源，无需扇入扇出器件，利于提高系统集成度，既可以降低成本，又可减少元件数目，但缺点是耦合效率低，和纤芯泵浦相比，短波长光信号的增益较低但噪声系数很大。此外，包层泵浦可放大纤芯数量有限，并且难以对各个纤芯通道进行精确的增益控制。目前，多芯光放大器报道的光纤增益数量最高为7 芯，能够支持更多纤芯数量光信号的长距离传输的多芯放大器还难以实现。如何实现在更多纤芯数量的密集多芯光纤上实现高效率增益均衡的多芯放大器已经成为一个重要的研究方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供基于混合泵浦的密集多芯光纤增益均衡放大系统和方法，针对传统多芯放大技术中难以在纤芯数量较多的密集多芯光纤放大系统中实现泵浦光高效率转换并同时降低纤芯间增益差的问题，提出了在多纤芯数的多芯放大系统中构建多层级混合泵浦结构，即在多芯光纤内层采取包层泵浦，对外层光纤采取纤芯泵浦，通过混合泵浦方式控制各纤芯的泵浦光功率，实现均匀泵浦下单个纤芯的增益可控性，降低光放大中多芯光纤不同纤芯间的增益差，并有效地提高泵浦效率，降低功耗，提升多芯光纤通信系统的大容量长距离传输能力。

为达到上述目的，第一方面，本发明提供基于混合泵浦的密集多芯光纤增益均衡放大系统，包括包层泵浦光纤层和纤芯泵浦光纤层，所述纤芯泵浦光纤层设置于包层泵浦光纤层外部，构成混合泵浦的密集多芯光纤；

所述包层泵浦光纤层内设置中心纤芯，所述中心纤芯接入多模泵浦光，用于放大通过包层泵浦光纤层的待放大的信号光；