基于不同泵浦方案的全光纤少模放大器放大特性对比研究

张心怡; 方翼鸿; 黄锡恒; 曾研; 秦玉文; 许鸥; 李建平

doi:10.12263/DZXB.20230078

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基于不同泵浦方案的全光纤少模放大器放大特性对比研究

学术论文 | 更新时间：2025-12-11

- 基于不同泵浦方案的全光纤少模放大器放大特性对比研究
- Experimental Comparative Study on Gain and Noise Characteristics of All-Fiber Few-Mode Amplifier Under Different Pumping Methods
- 电子学报 2024年52卷第6期页码：2074-2082
- 作者机构：
  
  1.广东工业大学物理与光电工程学院,广东广州 510006
  2.广东工业大学信息工程学院,广东广州 510006
  3.先进光子技术研究院,广东广州 510006
- 作者简介：
  
  [ "张心怡女，1998年12月出生于山东省威海市.2021年考入广东工业大学物理与光电工程学院.现为广东工业大学硕士研究生.主要研究方向为少模掺铒光纤放大器的增益特性优化.E-mail: 2112115137@mail2.gdut.edu.cn" ]
  [ "方翼鸿男，1995年11月出生于广东省揭阳市.2020年毕业于广东工业大学物理与光电工程学院.现为广东工业大学信息工程学院在读博士研究生.主要研究方向为少模掺铒光纤放大器.E-mail: nymph@uestc.edu.cn" ]
  [ "黄锡恒男，1998年7月出生于广东省深圳市.2021年考入广东工业大学信息工程学院.现为广东工业大学硕士研究生.主要研究方向为少模掺铒光纤放大器.E-mail: 2112103110@mail2.gdut.edu.cn" ]
  [ "曾研男，1997年1月出生于广东省梅州市.2020年毕业于广东工业大学电子信息工程专业.现为广东工业大学在读博士研究生.主要研究方向为少模光纤放大器与激光器.E-mail: nymph@uestc.edu.cn" ]
  [ "秦玉文男.广东工业大学百人特聘教授，先进光子技术研究院院长.目前的科研工作主要集中于光纤通信、光纤传感和光学信息处理等方面.E-mail: qinyw@gdut.edu.cn" ]
  [ "许鸥女.现为广东工业大学信息工程学院副教授.主要研究方向为光纤通信及传感应用、光纤光栅基器件等.E-mail: xuou@gdut.edu.cn" ]
  [ "李建平男.现为广东工业大学“百人计划”特聘教授.主要研究方向为高速光纤通信.E-mail: jianping@gdut.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划(2018YFB1800900)
- DOI：10.12263/DZXB.20230078
  中图分类号： TN929.11;TN722
- 收稿：2023-01-30，
  
  修回：2023-09-05，
  
  纸质出版：2024-06-25
- 稿件说明：
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张心怡, 方翼鸿, 黄锡恒, 等. 基于不同泵浦方案的全光纤少模放大器放大特性对比研究[J]. 电子学报, 2024, 52(06): 2074-2082.

ZHANG Xin-yi, FANG Yi-hong, HUANG Xi-heng, et al. Experimental Comparative Study on Gain and Noise Characteristics of All-Fiber Few-Mode Amplifier Under Different Pumping Methods[J]. Acta Electronica Sinica, 2024, 52(06): 2074-2082.
张心怡, 方翼鸿, 黄锡恒, 等. 基于不同泵浦方案的全光纤少模放大器放大特性对比研究[J]. 电子学报, 2024, 52(06): 2074-2082. DOI：10.12263/DZXB.20230078

ZHANG Xin-yi, FANG Yi-hong, HUANG Xi-heng, et al. Experimental Comparative Study on Gain and Noise Characteristics of All-Fiber Few-Mode Amplifier Under Different Pumping Methods[J]. Acta Electronica Sinica, 2024, 52(06): 2074-2082. DOI：10.12263/DZXB.20230078

摘要

设计并构建全光纤型少模掺铒放大器，实验对比研究不同泵浦模式及方向对LP

、LP

11a

、LP

11b

这3个信号模式的增益特性影响.实验对泵浦功率、输入信号功率以及多波长情况下的放大器特性进行分析.结果表明，4种泵浦方案中，前向LP

泵浦情况下放大器有最佳性能，在整个C波段上信号增益超过20 dB、模式增益差低于0.9 dB，噪声系数小于9.6 dB；信号输入功率为-10 dBm/模式时，在1 550 nm处，3个信号模式的增益均超过20.8 dB、DMG低至0.3 dB、LP

信号光的噪声系数低于6.2 dB以及LP

信号光的噪声系数低于9.6 dB.4种泵浦方案下对比不同泵浦方向可得：前向泵浦放大器的噪声系数最小，但3种信号模式的增益也较小，而采用后向泵浦时，高阶信号模式增益增加，但噪声系数也会变大.对比泵浦模式可发现，相比于LP

泵浦，LP

泵浦能大幅提高LP

信号光的增益，对LP

信号光增益影响较小，从而可降低DMG值.

Abstract

An all-fiber few-mode erbium-doped amplifier was built to compare the effects of different pump modes and different pump directions on the gain characteristics of the three signal modes

11a

and LP

11b.

The experimental results show that the amplifier has the best performance under forward LP

pumping. The signal gain is more than 20 dB

the differential modal gain (DMG) is less than 0.9 dB and the noise figure is less than 9.6 dB in the whole C band. At a signal input power of -10 dBm/mode

the gain of all three signal modes at 1 550 nm exceeds 20.8 dB

the DMG is as low as 0.3 dB

the noise figure of LP

signaling light is lower than 6.2 dB

and the noise figure of LP

signaling light is lower than 9.6 dB. Comparing the different pumping directions under the four pumping schemes

it can be found that the noise figure of the forward-pumped amplifier is the smallest

but the gains of the three signal

modes are also smaller

while the gain of the higher-order signal modes is increased by using the backward-pumped one

but the noise figure will also become larger. Comparing the pumping modes

it can be found that compared with the LP

pumping

the LP

pumping can significantly increase the gain of the LP

signaling light

and has less effect on the gain of the LP

signaling light

which can reduce the DMG value.

关键词

Keywords

references

JUNG Y , ALAM S U , RICHARDSON D J , et al . Multicore and multimode optical amplifiers for space division multiplexing [M ] // Optical Fiber Telecommunications VII . Amsterdam : Elsevier , 2020 : 301 - 333 .

JUNG Y , KANG Q Y , SAHU J K , et al . Reconfigurable modal gain control of a few-mode EDFA supporting six spatial modes [J ] . IEEE Photonics Technology Letters , 2014 , 26 ( 11 ): 1100 - 1103 .

BAI N , IP E , WANG T , et al . Multimode fiber amplifier with tunable modal gain using a reconfigurable multimode pump [J ] . Optics Express , 2011 , 19 ( 17 ): 16601 - 16611 .

YUNG Y , ALAM S , LI Z , et al . First demonstration of multimode amplifier for spatial division multiplexed transmission systems [C ] // 2011 37th European Conference and Exhibition on Optical Communication . Piscataway : IEEE , 2011 : 1 - 3 .

JUNG Y , KANG Q , SHEN L , et al . Few mode ring-core fibre amplifier for low differential modal gain [C ] // 2017 European Conference on Optical Communication (ECOC) . Piscataway : IEEE , 2017 : 1 - 3 .

AMMA Y , HOSOKAWA T , ONO H , et al . Ring-core multicore few-mode erbium-doped fiber amplifier [J ] . IEEE Photonics Technology Letters , 2017 , 29 ( 24 ): 2163 - 2166 .

ONO H , HOSOKAWA T , ICHII K , et al . 2-LP mode few-mode fiber amplifier employing ring-core erbium-doped fiber [J ] . Optics Express , 2015 , 23 ( 21 ): 27405 - 27418 .

LE COCQ G , BIGOT L , LE ROUGE A , et al . Design and characterization of a multimode EDFA supporting 4 transverse mode groups for modal division multiplexed transmissions [C ] // 2012 38th European Conference and Exhibition on Optical Communications . Piscataway : IEEE , 2012 : 1 - 3 .

LE COCQ G , QUIQUEMPOIS Y , BIGOT L . Optimization algorithm applied to the design of few-mode erbium doped fiber amplifier for modal and spectral gain equalization [J ] . Journal of Lightwave Technology , 2015 , 33 ( 1 ): 100 - 108 .

JUNG Y , ALAM S , LI Z , et al . First demonstration and detailed characterization of a multimode amplifier for Space Division Multiplexed transmission systems [J ] . Optics Express , 2011 , 19 ( 26 ): B952 - B957 .

LE COCQ G , BIGOT L , LE ROUGE A , et al . Modeling and characterization of a few-mode EDFA supporting four mode groups for mode division multiplexing [J ] . Optics Express , 2012 , 20 ( 24 ): 27051 - 27061 .

ZHU J L , YANG Y , ZHANG Z Z , et al . Weakly-coupled MDM-WDM amplification and transmission based on compact FM-EDFA [J ] . Journal of Lightwave Technology , 2020 , 38 ( 18 ): 5163 - 5169 .

LOPEZ-GALMICHE G , SANJABI EZNAVEH Z , ANTONIO-LOPEZ J E , et al . Few-mode erbium-doped fiber amplifier with photonic lantern for pump spatial mode control [J ] . Optics Letters , 2016 , 41 ( 11 ): 2588 - 2591 .

江歆睿 , 武保剑 , 许焰 , 等 . 光纤型少模掺铒光纤放大器的差模增益可调性研究 [J ] . 光学学报 , 2022 , 42 ( 15 ): 1506004 .

JIANG X R , WU B J , XU Y , et al . Adjustability of differential mode gain for all-fiber few-mode erbium-doped fiber amplifiers [J ] . Acta Optica Sinica , 2022 , 42 ( 15 ): 1506004 . (in Chinese)

MOLIN D , BIGOT-ASTRUC M , SILLARD P . Leaky modes in trench-assisted bend-insensitive MMFs [C ] // Optical Fiber Communication Conference/National Fiber Optic Engineers Conference 2013 . Washington : OSA , 2013 : 1 - 3 .

REN G B , LIN Z , ZHENG S W , et al . Resonant coupling in trenched bend-insensitive optical fiber [J ] . Optics Letters , 2013 , 38 ( 5 ): 781 - 783 .

BECKER P M , OLSSON A A , SIMPSON J R . Erbium-Doped Fiber Amplifiers: Fundamentals and Technology‍ [M ] . San Diego : Academic Press , 1999 .

张振振 . 增益均衡的少模光纤掺铒及拉曼放大器的研究 [D ] . 天津 : 天津大学 , 2019 .

ZHANG Z Z . Study on the Gain Equalized Few-Mode Erbium Doped Fiber Amplifiers and Fiber Raman Amplifiers [D ] . Tianjin : Tianjin University , 2019 . (in Chinese)

武保剑 . 光纤放大器噪声系数的光学测量 [J ] . 中国有线电视 , 2001 ( 4 ): 26 - 30 .

WU B J . Optical measurement of noise figure of fiber amplifier [J ] . China Cable Television , 2001 ( 4 ): 26 - 30 . (in Chinese)

张珂卫 , 赵卫 , 谢小平 , 等 . 基于掺铒光纤的高增益低噪声光放大器实验研究 [J ] . 光学学报 , 2013 , 33 ( 5 ): 0506003 .

ZHANG K W , ZHAO W , XIE X P , et al . Experimental research of high gain and low noise figure optical amplifier based on erbium-doped fiber [J ] . Acta Optica Sinica , 2013 , 33 ( 5 ): 0506003 . (in Chinese)

窦清影 . 增益控制EDFA研究 [D ] . 天津 : 南开大学 , 2006 .

DOU Q Y . Research on Gain Control EDFA [D ] . Tianjin : Nankai University , 2006 . (in Chinese)

明海 , 刘宇 , 杨宝 , 等 . 979nm波长泵浦掺Er3+光纤的放大自发辐射 [J ] . 中国科学技术大学学报 , 1995 , 25 ( 3 ): 330 - 333 .

MING H , LIU Y , YANG B , et al . Amplification of spontaneous emission in Er3+—doped fiber pumped at 979nm wavelength [J ] . Journal of University of Science and Technology of China , 1995 , 25 ( 3 ): 330 - 333 . (in Chinese)

强则煊 . 低噪声、高增益、高平坦度掺铒光纤放大器的分析与实验研究 [D ] . 杭州 : 浙江大学 , 2004 .

QIANG Z X . Experimental Studies, Analysis and Design for Erbium Doped Fiber Amplifiers with Low Noise Figure, High and Flat Gain [D ] . Hangzhou : Zhejiang University , 2004 . (in Chinese)

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