[发明专利]串联两种光纤实现增益平坦的拉曼多波长转换器及方法

权利要求书

1.一种串联两种光纤实现增益平坦的拉曼多波长转换器，其特征在于：包括用于输出信号光的信号光发生器（1）、用于对信号光发生器（1）输出的信号光进行放大形成泵浦信号光的信掺铒光纤放大器（2）、用于输出多个连续探测光的多个探测光激光器（3）和用于输出连续泵浦光的连续泵浦激光器（4），以及用于对所述泵浦信号光和多个连续探测光进行耦合的第一合波器（5），所述信号光发生器（1）的输出端通过第一光纤（6）与所述信掺铒光纤放大器（2）的输入端连接，所述信掺铒光纤放大器（2）的输出端通过第一光纤（6）与所述第一合波器（5）的输入端连接，多个所述探测光激光器（3）的输出端分别对应通过多根第二光纤（7）与所述第一合波器（5）的输入端相接，所述第一合波器（5）的输出端通过用于通过受激拉曼散射放大过程来进行波长转换的第三光纤（8）连接有用于输出波长转换后的多个探测光的第一分波器（9），所述第一分波器（9）的输出端通过多根第四光纤（10）连接有用于对所述连续泵浦光和波长转换后的多个探测光进行耦合并输出功率各不相等的信号光的第二合波器（11），所述连续泵浦激光器（4）通过第五光纤（12）与所述第二合波器（11）的输入端相接，所述第二合波器（11）的输出端通过用于对所述第二合波器（11）输出的功率各不相等的信号光进行增益补偿的第六光纤（13）连接有用于输出光功率值相等的转换信号光的第二分波器（14），多个所述探测光激光器（3）的中心波长各不相同且多个所述探测光激光器（3）中任意一个的中心波长λ_i均大于所述信号光发生器（1）的中心波长λ₁，且的取值范围为280cm^-1～490cm^-1，所述连续泵浦激光器（4）的中心波长λ_P等于所述信号光发生器（1）的中心波长λ₁，其中，i为信道数且i的取值为2～N，N为信道总数且为整数，所述第三光纤（8）和第六光纤（13）为在相同频移范围内拉曼增益谱曲线走势相反的光纤。

2.按照权利要求1所述的串联两种光纤实现增益平坦的拉曼多波长转换器，其特征在于：所述信号光发生器（1）由依次电连接的脉冲激光器（1-1）、伪随机序列发生器（1-2）和马增调制器（1-3）构成。

3.按照权利要求1所述的串联两种光纤实现增益平坦的拉曼多波长转换器，其特征在于：所述第三光纤（8）为石英光纤，所述第六光纤（13）为掺磷光纤。

4.按照权利要求1所述的串联两种光纤实现增益平坦的拉曼多波长转换器，其特征在于：所述第三光纤（8）的有效作用长度L与所述第六光纤（13）的有效作用长度L′满足计算公式：其中，k₁为第三光纤（8）内信号光频移范围内的拉曼增益系数拟合直线斜率且取值为1.80×10^-16m·cm/w，k₂为第六光纤（13）内信号光频移范围内的拉曼增益系数拟合直线斜率且取值为-2.66×10^-16m．cm/w，e为自然对数，α¹为第三光纤（8）的线性衰减系数，L₁为第三光纤（8）的物理长度。

5.一种利用如权利要求1所述拉曼多波长转换器的串联两种光纤实现增益平坦的拉曼多波长转换方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、选择中心波长为λ₁的信号光发生器（1），信号光发生器（1）输出信号光并经过第一光纤（6）传输给信掺铒光纤放大器（2）；

步骤二、通过信掺铒光纤放大器（2）对信号光发生器（1）输出的信号光进行功率放大形成泵浦信号光，使得所述泵浦信号光的功率达到或超过受激拉曼散射效应的阈值，并将所述泵浦信号光通过第一光纤（6）传输给第一合波器（5）；

步骤三、根据频移计算公式Δv=(1/λ₁)—(1/λ_i)选择多个中心波长各不相同的探测光激光器（3），其中λ_i为多个所述探测光激光器（3）中任意一个的中心波长，多个所述探测光激光器（3）输出多个连续探测光并经过多根第二光纤（7）传输给第一合波器（5）；其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为280cm^-1～490cm^-1；

步骤四、通过合波器将第一光纤（6）传输的所述泵浦信号光和多根第二光纤（7）分别传输的多个连续探测光耦合输入到第三光纤（8）中；

步骤五、第三光纤（8）根据公式

P1i=Pi(t-z/u)·e-αz·e-G1i,i=2···NG1i=-kλ1MA(v~1-v~i)·P1(t-z/u)·v‾v1·L,i=2···NL=1-e-αzα]]>

并通过受激拉曼散射放大过程进行波长转换，将泵浦信号光上所携带的信息转换到多个连续探测光上并传输给第一分波器（9）；其中，P_1i为连续探测光在第三光纤（8）中传输时与泵浦信号光相互作用后的光功率，α为光功率在第三光纤（8）中的衰减系数，z为光在第三光纤（8）中传输的距离，t为传输距离z所用的时间，u为光在第三光纤（8）中的群速度，G_1i为第一信道与第i信道之间的增益，P_i(t-z/u)为探测光在第三光纤（8）传输了距离z后的光功率，e为自然对数，λ₁为泵浦信号光的中心波长，M为保偏系数且M的取值范围为1≤M≤2，A为第三光纤（8）的有效作用面积，k为常数且取k=1.80×10^-16m．cm/w，v₁为泵浦信号光的光波频率且c为光速且c=3×10⁸m/s，为第一信道的波数且为第i信道的波数且为第一信道的泵浦信号光的波长与第i信道的连续探测光的波长之间的频移且的取值范围为280cm^-1～490cm^-1，为第一信道的泵浦信号光中的平均光子频率，P₁(t-z/u)为泵浦信号光在第三光纤（8）传输了距离z后的光功率，L为第三光纤（8）的有效作用长度，N为信道数量且为整数；

步骤六、所述第一分波器（9）对携带有泵浦信号光上信息且混合在一起的多个连续探测光进行分离，输出波长转换后的多个探测光，多个所述探测光的光功率各不相同；

步骤七、选择中心波长为λ_P的连续泵浦激光器（4），连续泵浦激光器（4）输出连续泵浦光并经过第五光纤（12）传输给第二合波器（11）；

步骤八、通过第二合波器（11）将第五光纤（12）传输的所述连续泵浦光和多根所述第四光纤（10）分别传输的多个探测光耦合输入到第六光纤（13）中；

步骤九、第六光纤（13）根据公式

k1L+k2e-α1L1L′=0]]>

并通过受激拉曼散射放大过程进行增益补偿，使得多个所述探测光的光功率相等并传输给分波器；其中，k₁为第三光纤（8）内信号光频移范围内的拉曼增益系数拟合直线斜率且取值为1.80×10^-16m．cm/w，k₂为第六光纤（13）内信号光频移范围内的拉曼增益系数拟合直线斜率且取值为-2.66×10^-16m．cm/w，e为自然对数，α₁为第三光纤（8）的线性衰减系数，L₁为第三光纤（8）的物理长度；L为第三光纤（8）的有效作用长度，L′为第六光纤（13）的有效作用长度；

步骤十、所述分波器对混合在一起的多个光功率相等的探测光进行分离，输出波长转换后的多个光功率相等的探测光。