[发明专利]高增益高信噪比保偏光纤放大系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通讯与光纤激光器技术领域，具体是一种利用环形器与光纤光栅实现双程放大的高增益高信噪比保偏光纤放大系统。

背景技术

目前，常用的光纤放大器有两种：第一种是连续光放大器，第二种是脉冲光放大器。连续光光纤放大器技术比较成熟，目前市场上成熟的产品相对比较多。而脉冲光光纤放大器，一般放大增益比较小，而且信噪比较低。尤其是保偏光纤放大器，受到自增益效应与非线性效应的影响，很难同时实现高增益与高信噪比。当信号光的信号较弱时，高增益的光纤激光器放大一般会引入比较大的噪声，使输出光信号指标难以符合实际需求。

经过对现有技术的检索发现，在美国杂志应用光学（英文版）2006年9月10日第45卷26期上有一篇名为“High-gain,polarization-preserving,Yb-doped fiber amplifier for low-duty-cycle pulse amplification”（应用于低占空比脉冲放大的高增益保偏掺镱光纤放大器）的论文，它里面介绍了一种经过双程放大实现脉冲光高增益高信噪比放大的系统。但其放大能力有限，放大倍数偏低。而且该系统中使用了法拉第旋转镜和偏振光束分离器去分开输入光与输出光，虽然保证了信号光的线偏振状态，但同时也使得系统无法成为一个全光纤系统。此外，系统中使用了波分复用器来实现系统中泵浦光与信号光的分离，但是波分复用器一般阈值功率比较低，两路光的信噪比也比较低。另外，由于掺杂光纤使用了较短的单包层掺镱光纤，大大限制了系统的放大倍数。最后系统中使用了偏振分束器实现了系统的双程放大后输出，损耗较大。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提供一种高增益高信噪比保偏光纤放大系统，不仅实现高增益放大，而且抑制小信号在放大过程中的自增益以及非线性效应。

本发明的技术解决方案如下：

一种高增益高信噪比保偏光纤放大系统，其构成包括：信号源、第一光隔离器、光纤环形器、第一光纤合束器、第一段掺镱光纤、光纤光栅、第一泵浦光源、第二光纤隔离器、第二光纤合束器、第二段掺镱光纤、泵浦光剥离器和第二泵浦光源，上述各元部件的连接关系如下：

所述的信号源的输出端与所述的第一光隔离器的输入端相连，该第一光隔离器的输出端与所述的光纤环形器的第一端口连接，该光纤环形器的第二端口与所述的第一光纤合束器的信号端口连接，所述的第一泵浦光源的输出端与该第一光纤合束器的泵浦端口连接，该第一光纤合束器的第三端口通过第一段掺镱光纤与所述的光纤光栅相连，该光纤光栅的反射光依次经所述的第一段掺镱光纤、第一光纤合束器的第三端口和信号端口、光纤环形器的第二端口和第三端口进入所述的第二光纤隔离器，该第二光纤隔离器的输出端与所述的第二光纤合束器的信号端口连接，所述的第二泵浦光源的输出端与该第二光纤合束器的泵浦端口连接，该第二光纤合束器的第三端口通过第二段掺镱光纤与所述的泵浦光剥离器相连。

所述的光纤隔离器的中心波长为1064nm，工作带宽为±10nm，插入损耗为0.73dB，器件阈值功率为1W，反向隔离度为31dB。

所述的光纤环形器的中心波长为1064nm，第一端口到第二端口的插入损耗为0.74dB，第二端口到第三端口的插入损耗为0.77dB。反向传输时的损耗为25dB,交叉损耗为51dB,器件阈值功率为3W。

所述的光纤合束器的阈值功率为10W，信号光的损耗率为0.23dB。光纤合束器泵浦光的输入光纤纤芯与包层厚度分别为105/125微米，信号光输入与输出光纤为PM1060。

所述的掺镱光纤为双包层掺镱光纤，纤芯的直径为6微米，内外包层直径分别为105/125微米，光纤泵浦的吸收效率为0.6±0.2dB/m，第一段掺镱光纤的长度为7.5m，第二段掺镱光纤的长度为8m。

所述的光纤光栅的半高带宽为0.02nm，光纤光栅反射率大于99%，光纤光栅的中心波长为1064.00nm，光纤光栅的光纤类型为PM980。

所述的泵浦光剥离器输出光纤的类型为PM1060，泵浦光剥离效率高于20dB,信号光损耗为0.2dB，操作波长为800-2000nm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）使用了窄带光纤光栅实现输出光的窄线宽。

（2）双包层的掺杂光纤使整个放大系统的放大能力得到了很大的提高。

（3）利用光纤环形器提高了输出信号光的信噪比。

（4）利用高功率的泵浦光剥离器来滤除系统中的泵浦光。