多模包层泵浦大功率光纤放大器

《多模包层泵浦大功率光纤放大器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、多模包层泵浦大功率光纤放大器伍峰摘要：本文论述了多模包层泵浦技术在制作大功率光纤放大器上的优势，讨论了采用该技术制作30dBm以上光纤放大器需要考虑的问题，给出了研制产品的技术指标。关键词：光纤放大器，多模包层泵浦，双包层光纤，大功率1引言多模包层泵浦技术是最近发展起来的新兴技术，是一系列新技术、新工艺和新材料相结合的产物，是实现光纤放大器超大功率输出的技术核心，代表了大功率光纤放大器制作技术的发展方向。采用单模纤芯泵浦技术，实现更高输出功率在技术和成本上均受到极大限制，目前国内外采用这种技术途径制作的光纤放大

2、器，输出功率一般在23dBm（约0.2W）以下。如果要制作输出功率超过30dBm的光纤放大器，必须采用新的技术，多模包层泵浦技术就是实现光纤放大器大功率和超大功率输出的最佳选择。2多模包层泵浦技术的优势与单模纤芯泵浦技术相比，多模包层泵浦技术有如下明显的优势：2.1可采用条宽约100　m的宽发光区多模半导体激光器（LD）作为泵浦源，这种宽发光区LD由于注入电流的面积比单模LD的电流注入面积大得多，因而注入电流的密度较小，从而LD的寿命和可靠性大大提高，采用这种宽发光区多模泵浦激光器，能够在大大提高输出功率的情况

3、下获得足够的使用寿命和可靠性。2.2单模泵浦激光器需要单纵模运行，因而功率很难提高，目前的单模泵浦激光器，能够提供的最大输出功率的，都低于0.5W，而宽面发光多模泵浦激光器的尾纤输出功率可以轻易达到5W以上。2.3大功率单模泵浦激光器成本较高，而宽面发光多模泵浦激光器相对便宜，以每毫瓦的单价进行比较，后者仅为前者的3％至5％，而他们的泵浦效率是不相上下的，因此能大幅度降低泵浦成本。2.4采用多模包层泵浦技术，是将泵浦光输入至横截面数百倍于单模光纤的多模双包层光纤之中，因此，同样的输入光密度，多模包层泵浦可以允许

4、数百倍于单模泵浦的输入，从而轻易实现光纤放大器的大功率或超大功率输出。3多模包层泵浦大功率光纤放大器的应用光纤放大器是现代光通信的基础器件之一，也是大容量长距离全光通信网存在的前提。大功率和超大功率光纤放大器在光纤网络不断延伸和扩展的进程中将具有越来越重要的作用，目前，在中心机房，往往需要安装多台光纤放大器以便覆盖较大的范围和更多的用户，以有线电视网络（CATV）为例，一个中等规模的区县，如果需要将高质量的一级电视信号送到小区和村镇，往往需要几台至十几台光纤放大器，而采用超大功率光纤放大器，仅仅一台即可,可大幅

5、度节省成本和维护费用，网络运行的稳定性提高。多模泵浦超大功率光纤放大器的出现，将提供一种对人眼安全的大功率高速空间通信手段。大功率光纤放大器也将在光纤到大楼和光纤到户等应用中发挥重要作用。4多模包层泵浦光纤放大器的结构和工作原理4.1结构多模包层泵浦光纤放大器的光路结构如图1所示：宽面发光多模泵双包层有浦激光二极管源光纤LDLDLD信号信号输入TAP隔离器隔离器TAP输出PD侧向包LDLDLDPD层耦合图1多模包层泵浦光纤放大器的光路结构示意图4.2工作原理多模包层泵浦，是将多模泵浦激光耦合到双包层光纤的内包层

6、中，当多模泵浦光在内包层中传播时会反复穿过光纤纤芯（如图2所示），泵浦光在穿过掺有稀土元素的光纤纤芯时被吸收从而实现泵浦。外包层内包层纤芯泵浦光图2泵浦光在双包层光纤中的传播示意图与单模纤芯泵浦不同，用于光纤放大器的双包层光纤，泵浦光主要在内包层中传播，因此，同样的纤芯参数，包层泵浦的泵浦吸收截面要小得多，所以，提高泵浦吸收效率是制造双包层光纤需要重点考虑的因素。合理的内包层结构形状能够显著提高泵浦吸收效率，目前，已经设计并制作出了多种内包层形状的双包层光纤，这些专门设计的内包层结构和形状，使泵浦光在单位长度内

7、有效穿过光纤纤芯的几率大大增加。图3是设计制作的部分双包层光纤内包层形状示意图。图3几种双包层光纤内包层结构示意图另外，对于1550nm波段光纤放大器，采用铒、镱共掺的双掺杂技术，利用镱元素的高吸收和铒镱之间能量的高效传递，能够获得铒元素的高效泵浦。图4为铒镱共掺有源光纤的泵浦吸收和能量传递简单能级示意图。YbEr915nm~940nm915nm~940nm1550nm1550nm图4铒镱共掺有源光纤泵浦吸收和能量传递简单能级示意图铒、镱共掺由于存在能量传递的互逆性，因此，需要尽可能快的消耗铒离子的受激状态。减

8、小纤芯直径，有效提高光密度，是通常的做法，这样做对低功率光纤放大器影响不大，但是，对于大功率和超大功率光纤放大器，会由于过高的光功率密度导致非线性效应，这是有害的。对于光纤放大器的应用，双包层光纤主要用于大功率和超大功率情况，双包层光纤小芯径纤芯设计已经成为一种制约因素。采用高浓度铒单掺杂可能是解决小芯径问题的一种途径。我们知道，阻碍铒元素掺杂浓度进一步提高的主要原因，是铒元素在掺杂过