[发明专利]一种少模掺铒光纤放大器的优化设计方法

说明书

本发明公开了一种少模掺铒光纤放大器的优化设计方法，先测量出样纤中各个模式的损耗系数和粒子数反转系数，然后确定达到设计增益目标所需的反转粒子数和掺铒光纤长度，最后计算并核实信号光各个模式的增益性能是否满足设计要求；这样根据设计的目标增益，通过所需反转粒子数的方式来优化设计掺铒光纤纤放大器，具有设计效率高、容易实施、适应性强的优点。

技术领域

本发明属于光信号处理技术领域，更为具体地讲，涉及一种少模掺铒光纤放大器的优化设计方法。

背景技术

随着互联网、移动互联网、云计算等业务的飞速发展，通信系统对于传输容量的需求每年都在呈指数形式的增长。然而，以单模光纤为传输介质的波分复用系统通信容量又受限于非线性香农极限。为解决这种矛盾，模分复用技术作为进一步有效提高光纤传输容量的方法，受到各国的重视。

模分复用系统离不开少模掺铒光纤放大器，它是补偿模式衰减、实现长距离信号传输的关键器件。少模掺铒光纤放大器的核心指标参数包括模式增益以及它们之间的差模增益等，关键在于优化掺铒光纤的长度、设计泵浦模式及其功率等。

目前，少模掺铒光纤放大器的设计是通过数值计算少模光纤中铒离子的速率方程和各个模式的光功率传播方程的方法来实现的，设计前需要采用昂贵的专用精密仪器先测量出掺铒光纤的折射率分布和掺杂浓度分布等。显然，这种传统设计方法不仅依赖于昂贵的硬件资源和软件仿真工具，即使确定了设计参数，制备工艺也会带来误差，从而造成与实际增益性能有较大出入。正因为这样，目前少模光纤放大器还十分昂贵，大约为波分复用光纤放大器的30-50倍。显然，在工程实践中，我们需要一种更加有效的设计方法，希望能够只借用一些常规的测量仪器，如光功率计或光滤波器等，就能够快速地利用自制的或商用的掺铒光纤，设计开发出满足所需增益性能的少模掺铒光纤放大器，这对实际批量生产具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种少模掺铒光纤放大器的优化设计方法，根据设计的目标增益，通过反转粒子数参数来优化设计少模掺铒光纤放大器。

为实现上述发明目的，本发明一种少模掺铒光纤放大器的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、截取一段长度为L_sample的掺铒光纤作为样纤；

(2)、依次将不同模式信号光和泵浦光作为探测光注入到样纤中，分别测量出不同模式信号光和泵浦光在样纤中的损耗系数；

(2.1)、依次将不同模式信号光单独通过可调光衰减器，利用可调光衰减器调节其功率，使每种模式信号光均达到预设功率然后注入样纤，并通过光功率计测量每种模式信号光的输出功率其中，s＝1,2,…，表示信号光的模式；

(2.2)、通过各个模式信号光的输入功率和输出功率，利用公式计算出各个模式信号光在样纤中的损耗系数α^(s)；

(2.3)、分别依次将不同模式泵浦光单独通过可调光衰减器，利用可调光衰减器调节其功率，使每种模式泵浦光达到预设功率然后注入样纤，并通过光功率计测量每种模式泵浦光的输出功率其中，p＝1,2,…，表示信号光的模式；

(2.4)、通过各个模式泵浦光的输入功率和输出功率，利用公式计算出各个模式泵浦光在样纤中的损耗系数

(3)、计算不同模式信号光和泵浦光的粒子数反转系数；

(3.1)、将预设功率为不同模式信号光同时输入至模分复用器，利用模分复用器复用成一路信号光；将预设功率为不同模式泵浦光同时输入至另一个模分复用器，利用模分复用器复用成另一路泵浦光，最后利用波分复用器将复用后的信号光和泵浦光复用值至样纤中；