空分复用光纤放大器增益均衡技术研究进展

裴丽; 李祉祺; 王建帅; 解宇恒; 郑晶晶; 李晶; 宁提纲

doi:doi:10.3788/AOS202141.0106001

光学学报, 2021, 41 (1): 0106001, 网络出版: 2021-02-23

空分复用光纤放大器增益均衡技术研究进展下载： 1598次特邀综述

Review on Gain Equalization Technology of Fiber Amplifier Using Space Division Multiplexing

裴丽 ^*李祉祺王建帅解宇恒郑晶晶李晶宁提纲

作者单位

北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044

图 & 表

图 1. FM-EDFA示意图

Fig. 1. Schematic diagram of FM-EDFA

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图 2. 纤芯泵浦MC-EDFA的典型结构^[14]

Fig. 2. Typical structure of MC-EDFA with fiber-core pumping^[14]

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图 3. 包层泵浦MC-EDFA的典型结构^[15]

Fig. 3. Typical structure of MC-EDFA with cladding-pumping^[15]

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图 4. 采用包层泵浦的MC-FM-EDFA原理图^[16]

Fig. 4. MC-FM-EDFA with cladding-pumping^[16]

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图 5. 少模掺铒光纤放大器结构^[17]

Fig. 5. Structure of few-mode erbium-doped fiber amplifier^[17]

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图 6. 使用SLM的少模掺铒光纤放大系统^[19]

Fig. 6. Few-mode erbium-doped fiber amplification system with SLM^[19]

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图 7. 双模光纤传输系统^[20]。(a)结构图;(b)掺铒光纤折射率差分布

Fig. 7. Two-mode fiber transmission system^[20]. (a) Structural diagram; (b) refractive index difference profile of erbium-doped fiber

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图 8. 环芯光纤折射率分布及各模式模场分布^[22]

Fig. 8. Refractive index profile and mode field distributions of ring core fiber^[22]

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图 9. 不同结构的环芯光纤。(a)带沟槽的环芯光纤折射率分布及掺杂结构^[25];(b)环芯掺铒光纤截面^[26]

Fig. 9. Ring-core fibers with different structures. (a) Refractive index distribution and doping structure of ring-core fiber with trench^[25]; (b) cross section of ring core erbium-doped fiber^[26]

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图 10. 不同的掺杂剖面

Fig. 10. Different doping profiles

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图 11. 掺杂剖面设计。(a)单层掺杂^[27];(b)相同掺杂浓度的多层掺杂^[28];(c)不同掺杂浓度的多层掺杂^[29]

Fig. 11. Doping profile designs. (a) Monolayer doping^[27]; (b) multilayer doping with the same doping concentration^[28]; (c) multilayer doping with different doping concentrations^[29]

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图 12. 不同的多芯单模光纤。(a)12芯铒镱共掺双包层光纤^[30];(b)环形包层泵浦多芯掺铒光纤^[31]

Fig. 12. Different multi-core single-mode fibers. (a) 12-core erbium-ytterbium co-doped double-cladding fiber^[30]; (b) annular cladding-pumped multi-core erbium-doped fiber^[31]

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图 13. 混合泵浦MC-EDFA结构示意图^[34]。(a)单级;(b)多级

Fig. 13. Schematic diagram of MC-EDFA with hybrid pumping^[34]. (a) Single-stage; (b) multi-stage

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图 14. 双包层六芯三模光纤截面及折射率分布^[16]

Fig. 14. Cross section and refractive index distribution of double-cladding six-core three-mode fiber^[16]

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图 15. 不同的MC-FM-EDF。(a)环芯七芯光纤^[36];(b)六芯光纤^[37]

Fig. 15. Different MC-FM-EDF. (a) Ring-core seven-core fiber^[36]; (b) six-core fiber^[37]

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图 16. 纳米孔辅助的双包层结构少模光纤^[38]

Fig. 16. Nanopore-assisted double-cladding few-mode fiber^[38]

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图 17. 4种模式的增益随传输距离的变化曲线。(a)正向泵浦;(b)反向泵浦

Fig. 17. Variation of gain with transmission distance for four modes. (a) Forward pumping; (b) backward pumping

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裴丽, 李祉祺, 王建帅, 解宇恒, 郑晶晶, 李晶, 宁提纲. 空分复用光纤放大器增益均衡技术研究进展[J]. 光学学报, 2021, 41(1): 0106001. Li Pei, Zhiqi Li, Jianshuai Wang, Yuheng Xie, Jingjing Zheng, Jing Li, Tigang Ning. Review on Gain Equalization Technology of Fiber Amplifier Using Space Division Multiplexing[J]. Acta Optica Sinica, 2021, 41(1): 0106001.

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图 1. FM-EDFA示意图

Fig. 1. Schematic diagram of FM-EDFA

图 2. 纤芯泵浦MC-EDFA的典型结构^[14]

Fig. 2. Typical structure of MC-EDFA with fiber-core pumping^[14]

图 3. 包层泵浦MC-EDFA的典型结构^[15]

Fig. 3. Typical structure of MC-EDFA with cladding-pumping^[15]

图 4. 采用包层泵浦的MC-FM-EDFA原理图^[16]

Fig. 4. MC-FM-EDFA with cladding-pumping^[16]

图 5. 少模掺铒光纤放大器结构^[17]

Fig. 5. Structure of few-mode erbium-doped fiber amplifier^[17]

图 6. 使用SLM的少模掺铒光纤放大系统^[19]

Fig. 6. Few-mode erbium-doped fiber amplification system with SLM^[19]

图 7. 双模光纤传输系统^[20]。(a)结构图;(b)掺铒光纤折射率差分布

Fig. 7. Two-mode fiber transmission system^[20]. (a) Structural diagram; (b) refractive index difference profile of erbium-doped fiber

图 8. 环芯光纤折射率分布及各模式模场分布^[22]

Fig. 8. Refractive index profile and mode field distributions of ring core fiber^[22]

图 9. 不同结构的环芯光纤。(a)带沟槽的环芯光纤折射率分布及掺杂结构^[25];(b)环芯掺铒光纤截面^[26]

Fig. 9. Ring-core fibers with different structures. (a) Refractive index distribution and doping structure of ring-core fiber with trench^[25]; (b) cross section of ring core erbium-doped fiber^[26]

图 10. 不同的掺杂剖面

Fig. 10. Different doping profiles

图 11. 掺杂剖面设计。(a)单层掺杂^[27];(b)相同掺杂浓度的多层掺杂^[28];(c)不同掺杂浓度的多层掺杂^[29]

Fig. 11. Doping profile designs. (a) Monolayer doping^[27]; (b) multilayer doping with the same doping concentration^[28]; (c) multilayer doping with different doping concentrations^[29]

图 12. 不同的多芯单模光纤。(a)12芯铒镱共掺双包层光纤^[30];(b)环形包层泵浦多芯掺铒光纤^[31]

Fig. 12. Different multi-core single-mode fibers. (a) 12-core erbium-ytterbium co-doped double-cladding fiber^[30]; (b) annular cladding-pumped multi-core erbium-doped fiber^[31]

图 13. 混合泵浦MC-EDFA结构示意图^[34]。(a)单级;(b)多级

Fig. 13. Schematic diagram of MC-EDFA with hybrid pumping^[34]. (a) Single-stage; (b) multi-stage

图 14. 双包层六芯三模光纤截面及折射率分布^[16]

Fig. 14. Cross section and refractive index distribution of double-cladding six-core three-mode fiber^[16]

图 15. 不同的MC-FM-EDF。(a)环芯七芯光纤^[36];(b)六芯光纤^[37]

Fig. 15. Different MC-FM-EDF. (a) Ring-core seven-core fiber^[36]; (b) six-core fiber^[37]

图 16. 纳米孔辅助的双包层结构少模光纤^[38]

Fig. 16. Nanopore-assisted double-cladding few-mode fiber^[38]

图 17. 4种模式的增益随传输距离的变化曲线。(a)正向泵浦;(b)反向泵浦

Fig. 17. Variation of gain with transmission distance for four modes. (a) Forward pumping; (b) backward pumping

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图 1. FM-EDFA示意图

Fig. 1. Schematic diagram of FM-EDFA

图 2. 纤芯泵浦MC-EDFA的典型结构[14]

Fig. 2. Typical structure of MC-EDFA with fiber-core pumping[14]

图 3. 包层泵浦MC-EDFA的典型结构[15]

Fig. 3. Typical structure of MC-EDFA with cladding-pumping[15]

图 4. 采用包层泵浦的MC-FM-EDFA原理图[16]

Fig. 4. MC-FM-EDFA with cladding-pumping[16]

图 5. 少模掺铒光纤放大器结构[17]

Fig. 5. Structure of few-mode erbium-doped fiber amplifier[17]

图 6. 使用SLM的少模掺铒光纤放大系统[19]

Fig. 6. Few-mode erbium-doped fiber amplification system with SLM[19]

图 7. 双模光纤传输系统[20]。(a)结构图;(b)掺铒光纤折射率差分布

Fig. 7. Two-mode fiber transmission system[20]. (a) Structural diagram; (b) refractive index difference profile of erbium-doped fiber

图 8. 环芯光纤折射率分布及各模式模场分布[22]

Fig. 8. Refractive index profile and mode field distributions of ring core fiber[22]

图 9. 不同结构的环芯光纤。(a)带沟槽的环芯光纤折射率分布及掺杂结构[25];(b)环芯掺铒光纤截面[26]

Fig. 9. Ring-core fibers with different structures. (a) Refractive index distribution and doping structure of ring-core fiber with trench[25]; (b) cross section of ring core erbium-doped fiber[26]

图 10. 不同的掺杂剖面

Fig. 10. Different doping profiles

图 11. 掺杂剖面设计。(a)单层掺杂[27];(b)相同掺杂浓度的多层掺杂[28];(c)不同掺杂浓度的多层掺杂[29]

Fig. 11. Doping profile designs. (a) Monolayer doping[27]; (b) multilayer doping with the same doping concentration[28]; (c) multilayer doping with different doping concentrations[29]

图 12. 不同的多芯单模光纤。(a)12芯铒镱共掺双包层光纤[30];(b)环形包层泵浦多芯掺铒光纤[31]

Fig. 12. Different multi-core single-mode fibers. (a) 12-core erbium-ytterbium co-doped double-cladding fiber[30]; (b) annular cladding-pumped multi-core erbium-doped fiber[31]

图 13. 混合泵浦MC-EDFA结构示意图[34]。(a)单级;(b)多级

Fig. 13. Schematic diagram of MC-EDFA with hybrid pumping[34]. (a) Single-stage; (b) multi-stage

图 14. 双包层六芯三模光纤截面及折射率分布[16]

Fig. 14. Cross section and refractive index distribution of double-cladding six-core three-mode fiber[16]

图 15. 不同的MC-FM-EDF。(a)环芯七芯光纤[36];(b)六芯光纤[37]

Fig. 15. Different MC-FM-EDF. (a) Ring-core seven-core fiber[36]; (b) six-core fiber[37]

图 16. 纳米孔辅助的双包层结构少模光纤[38]

Fig. 16. Nanopore-assisted double-cladding few-mode fiber[38]

图 17. 4种模式的增益随传输距离的变化曲线。(a)正向泵浦;(b)反向泵浦

Fig. 17. Variation of gain with transmission distance for four modes. (a) Forward pumping; (b) backward pumping

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图 2. 纤芯泵浦MC-EDFA的典型结构^[14]

Fig. 2. Typical structure of MC-EDFA with fiber-core pumping^[14]

图 3. 包层泵浦MC-EDFA的典型结构^[15]

Fig. 3. Typical structure of MC-EDFA with cladding-pumping^[15]

图 4. 采用包层泵浦的MC-FM-EDFA原理图^[16]

Fig. 4. MC-FM-EDFA with cladding-pumping^[16]

图 5. 少模掺铒光纤放大器结构^[17]

Fig. 5. Structure of few-mode erbium-doped fiber amplifier^[17]

图 6. 使用SLM的少模掺铒光纤放大系统^[19]

Fig. 6. Few-mode erbium-doped fiber amplification system with SLM^[19]

图 7. 双模光纤传输系统^[20]。(a)结构图;(b)掺铒光纤折射率差分布

Fig. 7. Two-mode fiber transmission system^[20]. (a) Structural diagram; (b) refractive index difference profile of erbium-doped fiber

图 8. 环芯光纤折射率分布及各模式模场分布^[22]

Fig. 8. Refractive index profile and mode field distributions of ring core fiber^[22]

图 9. 不同结构的环芯光纤。(a)带沟槽的环芯光纤折射率分布及掺杂结构^[25];(b)环芯掺铒光纤截面^[26]

Fig. 9. Ring-core fibers with different structures. (a) Refractive index distribution and doping structure of ring-core fiber with trench^[25]; (b) cross section of ring core erbium-doped fiber^[26]

图 11. 掺杂剖面设计。(a)单层掺杂^[27];(b)相同掺杂浓度的多层掺杂^[28];(c)不同掺杂浓度的多层掺杂^[29]

Fig. 11. Doping profile designs. (a) Monolayer doping^[27]; (b) multilayer doping with the same doping concentration^[28]; (c) multilayer doping with different doping concentrations^[29]

图 12. 不同的多芯单模光纤。(a)12芯铒镱共掺双包层光纤^[30];(b)环形包层泵浦多芯掺铒光纤^[31]

Fig. 12. Different multi-core single-mode fibers. (a) 12-core erbium-ytterbium co-doped double-cladding fiber^[30]; (b) annular cladding-pumped multi-core erbium-doped fiber^[31]

图 13. 混合泵浦MC-EDFA结构示意图^[34]。(a)单级;(b)多级

Fig. 13. Schematic diagram of MC-EDFA with hybrid pumping^[34]. (a) Single-stage; (b) multi-stage

图 14. 双包层六芯三模光纤截面及折射率分布^[16]

Fig. 14. Cross section and refractive index distribution of double-cladding six-core three-mode fiber^[16]

图 15. 不同的MC-FM-EDF。(a)环芯七芯光纤^[36];(b)六芯光纤^[37]

Fig. 15. Different MC-FM-EDF. (a) Ring-core seven-core fiber^[36]; (b) six-core fiber^[37]

图 16. 纳米孔辅助的双包层结构少模光纤^[38]

Fig. 16. Nanopore-assisted double-cladding few-mode fiber^[38]