專利名稱：具有形成在其中的光柵的鉺摻雜光纖及其制造方法
本申請要求題為“具有形成在其中的光柵的鉺摻雜光纖及其制造方法”的申請的優(yōu)先權(quán)，該申請于1999年3月11日向韓國產(chǎn)權(quán)局提交，順序號No.99-8079，其內(nèi)容被包括在本文中作為參考。
本發(fā)明一般地涉及放大光信號用的鉺摻雜光纖放大器(EDFA)，更具體地說，涉及具有增益平化功能的EDFA及其制造方法。
EDFA用來放大光信號，以便補償大量數(shù)據(jù)在單股光纖中長距離傳輸引起的衰減。就放大效率和成本而言，EDFA是有利的，因為為了傳輸數(shù)據(jù)，它直接放大光信號而不必進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、放大、然后電光轉(zhuǎn)換。但是，EDFA在不同的波長上有不同的放大增益，因而需要使增益平化。
為了使增益平化，在傳統(tǒng)的EDFA中在光敏光纖中形成長周期光纖光柵(LPFG)，再將該光纖與EDF(鉺摻雜光纖)拼接。具有LPFG的所述光纖與具有小纖芯半徑的EDF的拼接會引起損耗。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于制造增益平化的EDFA而不用額外的濾波器的EDF。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種不利用額外的濾波器而通過在EDF的纖芯中形成LPFG來制造增益平化的EDFA的方法。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種具有增益平化功能的EDFA。
這些和其它目的可以通過提供一種鉺摻雜光纖(EDF)及其制造方法來達(dá)到。EDF具有基本上由鉺摻雜硅形成的纖芯，其中以預(yù)定周期形成光柵，用以在其中傳播光線；以及包圍纖芯并具有比纖芯低的折射率的包層。
按照本發(fā)明的另一個方面，提供一種鉺摻雜光纖放大器(EDFA)的制造方法。為了制造EDFA，形成一種光纖預(yù)制棒，它包括基本上由鉺摻雜硅形成的纖芯和基本上由硅形成的包層。然后對光纖預(yù)制棒施加預(yù)定的拉力拉制光纖，并通過以預(yù)定的間隔對所述光纖進(jìn)行退火釋放光纖的殘余應(yīng)力而在拉制的光纖中寫入光柵。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種放大輸入光信號用的EDFA。在所述EDFA中，泵光源產(chǎn)生具有預(yù)定波長的泵光，光耦合器從泵光源接收泵光，把所述泵光與輸入光信號耦合，光纖具有基本上由鉺摻雜硅形成的纖芯并且具有以預(yù)定的周期在其中形成光柵，用來放大所泵送的光信號。
從以下結(jié)合附圖所進(jìn)行的詳細(xì)描述，將更加明白本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點，附圖中

圖1舉例說明典型的EDFA；圖2是說明EDF的光譜特性的示范的曲線圖；圖3是用來按照本發(fā)明利用CO2激光器形成帶有LPFG的EDF的裝置；圖4A和4B是顯示按照本發(fā)明當(dāng)光柵周期分別為500和300微米時EDFA中的LPFG的傳輸光譜的曲線圖；圖5舉例說明按照本發(fā)明由其中形成有LPFG的EDF形成的EDFA的實例；以及圖6舉例說明用來利用電弧的熱能制造其中形成有LPFG的EDFA的裝置。
下面將參照附圖描述本發(fā)明的最佳實施例。在以下的描述中，眾所周知的功能或結(jié)構(gòu)將不再詳細(xì)描述，因為不必要的細(xì)節(jié)會使本發(fā)明變得模糊不清。
在光纖通信系統(tǒng)中，EDFA直接放大光信號，而不必進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，而且易于補償傳播損耗。若EDF充分地擴展，則EDFA一般在1525和1565毫微米之間以及1570和1610毫微米之間具有高增益。因而，將兩個具有不同放大頻帶的EDFA一起使用，以增大放大帶寬。
圖1是典型的EDFA的示意圖。圖1中，EDFA包括第一隔離器10、第一泵激光二極管(PLD)12、波長選擇耦合器(WSC)14、EDF16和第二隔離器18。
工作時，在從第一PLD12發(fā)射的具有980毫微米中心波長的泵光和1500毫微米的輸入光信號通過WSC14和EDF16(后者是用像鉺(Er)等稀土金屬摻雜的放大介質(zhì))時，泵光激發(fā)EDF 16中處于基態(tài)的鉺離子，然后光信號借助受激鉺的受激輻射而放大。放大后的信號通過第二隔離器18輸出。
第一隔離器10防止從EDF 16產(chǎn)生的放大的自發(fā)發(fā)射(ASE)光被從諸如信號輸入連接器等光學(xué)裝置反射而重新輸入到EDF 16，從而防止不然的話可能出現(xiàn)的導(dǎo)致信號放大效率的降低。類似地，第二隔離器18防止從EDF 16產(chǎn)生的ASE光重新輸入EDF 16并防止放大后的信號使放大效率降低。
但是，EDFA對每一個波長具有不同的放大增益。具體地說，1530毫微米下的ASE光強度和增益都高。結(jié)果，一般用于傳輸?shù)?550毫微米的光增益降低，而1550毫微米的噪聲因數(shù)增大，從而加大了波長之間的增益差。
圖2舉例說明使用100毫瓦、980毫微米泵激光器時EDF的光譜特性。EDFA是用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腤DM系統(tǒng)所需要的，但在1530和1560毫微米之間的波長帶中呈現(xiàn)出不均勻增益分布，因此在每一個WDM信道上呈現(xiàn)不同的增益。
為了使EDFA的增益平化已經(jīng)提出了許多方法。其中，LPFG引人注目，因為當(dāng)用LPFG作為增益平化濾波器時，損耗峰的位置和深度可以分別用光柵的周期和光柵的長度來調(diào)整，而帶寬可以通過增大光柵長度或串聯(lián)一個折射率降低的光柵來變窄或變寬。
對于EDFA的增益平化，高濾波效應(yīng)并不是必不可少的因素。這樣，通過增大曝光寬度和時間、減小CO2光束的功率密度，并因而局部消除殘余應(yīng)力，可以利用微弱的殘余應(yīng)力來把LPFG寫入光纖中。
殘余應(yīng)力可以用于光纖光柵的寫入。殘余應(yīng)力是由于光彈性而由拉力造成的并會減小纖芯的折射率。周期性地用CO2激光束照射纖芯，一部分一部分地在纖芯上解除殘余應(yīng)力使折射率回到其原來的水平，從而形成光柵。
殘余應(yīng)力分成熱應(yīng)力和機械應(yīng)力。前者是各層熱膨脹系數(shù)的差異造成的，而后者是由各層的粘度差異產(chǎn)生的，并與拉力有密切關(guān)系。熱應(yīng)力和機械應(yīng)力在光纖中引起的殘余應(yīng)力可以用來制造LPFG。
因此，可以利用CO2激光束或電弧來消除殘余應(yīng)力。周期性地交替出現(xiàn)的消除應(yīng)力部分和具有應(yīng)力部分具有不同的折射率。
現(xiàn)將描述利用CO2激光束或電弧在其中引起殘余應(yīng)力的EDF中形成LPFG的過程。
圖3舉例說明用來利用CO2激光器制造帶有LPFG的EDF的裝置。圖3中，該裝置包括CO2激光器系統(tǒng)31、反射鏡32、透鏡33、架子34和控制計算機35。CO2激光器系統(tǒng)31包括激光頭、電源模塊、遙控器和連接電纜，并以脈沖方式發(fā)射激光束，以便允許用戶調(diào)整其強度和功率電平。激光脈沖的寬度和周期可以由遙控器或與遙控器連接的脈沖發(fā)生器控制。反射鏡32鍍金，用來控制光束的通路，而透鏡33用ZnSe形成，用來使激光束聚焦成適當(dāng)?shù)膶挾取＞哂型哥R固定器和EDF固定器的架子34用高分辨率的步進(jìn)馬達(dá)移動。步進(jìn)馬達(dá)由控制計算機35通過GPIB(通用接口總線)33a和34a進(jìn)行控制。白光源(未示出)和光譜分析器(未示出)用來觀察EDF制造過程中LPFG的傳輸光譜。
圖4A和4B是表示EDFA中光柵周期分別為500和300μm的LPFG的傳輸光譜的曲線圖。這里，光柵長度為2厘米，曝光時間為0.5秒，而輸出光束的功率為18瓦(亦即，能量密度＝4.4焦耳/平方毫米)。把光柵周期從500微米減小到300微米時，損耗峰的位置向波長較短的方向移動。因而，對EDF進(jìn)行CO2激光處理可以制造增益平化的EDFA。
圖5舉例說明由帶有LPFG的EDF形成EDFA的過程。EDFA包括第一隔離器50、第一PLD 52、WSC 54、EDF 56和第二隔離器58。EDF 56具有包層563和帶有LPFG 562的纖芯561。
典型的EDFA表現(xiàn)出如圖2所示的不均勻的波長增益分布。為了使增益平化，應(yīng)該在圖2中表現(xiàn)出相對較高增益的1530毫微米附近的波長帶上產(chǎn)生額外的增益損耗。利用圖3所示的CO2激光器，通過控制周期和激光強度，在EDF中形成LPFG，即可使不同波長上不同的損耗特性如圖4A和4B所示。因此，若構(gòu)成具有圖2的傳輸特性的EDFA，則通過在EDF中形成LPFG使之具有圖4B所示的損耗特性，便可以在1520和1560毫微米之間表現(xiàn)出幾乎均勻的增益特性。
圖6舉例說明用來利用電弧的熱能消除機械應(yīng)力而制造帶有LPFG的EDFA的裝置。一對電極61調(diào)整放電電壓。光纖63放在V型槽塊62上，并周期性地在箭頭64所指示的方向上移動預(yù)定的距離。
在利用電弧形成的帶有LPFG的EDFA與利用CO2激光器形成的帶有LPFG的EDFA之間簡單比較中，耦合峰幾乎出現(xiàn)在同一位置，在耦合方式下電弧的效率低于CO2激光器的效率。這是因為放電時間不能調(diào)整，并且采用電弧方法時退火邊界不清晰。
同時，利用掩模用紫外線(UV)輻照包含鍺的EDF可以形成光柵。就是說，向EDF的纖芯提供光敏性，并且用紫外(UV)光使EDF退火，從而在EDF中形成LPFG。
如上所述，按照本發(fā)明，通過利用CO2激光器或電弧局部地消除殘余應(yīng)力，直接把LPFG寫入EDF，即可制造具有增益平化功能的EDFA。由于高的濾波作用并不是增益平化所要求的，所以，即使纖芯折射率小的變化都會帶來足夠的作用。另外，用紫外線輻照包含鍺的EDF可以寫入LPFG。因而，沒有必要為了EDFA具有增益平化功能而把EDF與增益平化濾波器拼接，從而免去拼接引起的損耗。
盡管已經(jīng)參照其最佳實施例顯示和描述了本發(fā)明，但本專業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離后附權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式上或在細(xì)節(jié)上作出各種各樣的變化。
權(quán)利要求
1.一種鉺摻雜光纖(EDF)，它包括基本上由鉺摻雜硅形成的并在其中以預(yù)定周期形成光柵的纖芯，用來在其中傳播光線；以及包圍所述纖芯并具有比所述纖芯低的折射率的包層。
2.權(quán)利要求1的EDF，其特征在于所述纖芯還包含鍺。
3.一種制造鉺摻雜光纖放大器(EDFA)的方法，所述方法包括以下步驟形成包括基本上由鉺摻雜的硅形成的纖芯和基本上由硅形成的包層的光纖預(yù)制棒；對所述光纖預(yù)制棒施加預(yù)定的拉力拉制光纖；以及通過按照預(yù)定的間隔對所述光纖進(jìn)行退火釋放所述光纖的殘余應(yīng)力而在所述拉制的光纖中寫入光柵。
4.權(quán)利要求3的EDFA制造方法，其特征在于在光柵的寫入步驟中利用CO2激光對所述光纖進(jìn)行退火。
5.權(quán)利要求3的EDFA制造方法，其特征在于在光柵的寫入步驟中利用電弧對所述光纖進(jìn)行退火。
6.權(quán)利要求3的EDFA制造方法，其特征在于在光柵的寫入步驟中向纖芯提供光敏性并利用紫外激光進(jìn)行退火。
7.一種用來放大輸入光信號的EDFA，它包括泵光源，用來產(chǎn)生預(yù)定波長的泵光；光耦合器，從所述泵光源接收所述泵光，并且把所述泵光與所述輸入光信號耦合；以及具有基本上由鉺摻雜的硅形成的纖芯并以預(yù)定的周期在其中形成光柵的光纖，用來放大所述泵激的光信號。
全文摘要
一種鉺摻雜光纖(EDF)及其制造方法。該EDF包括:基本上由鉺摻雜硅形成并在其中以預(yù)定周期形成光柵的纖芯,用來在其中傳播光線;以及包圍纖芯并具有比纖芯低的折射率的包層。由于EDF起增益平化濾波器的作用,所以由所述EDF形成的EDFA便沒有必要拼接帶有增益平化濾波器的EDF。
文檔編號G02B6/10GK1266995SQ0010413
公開日2000年9月20日 申請日期2000年3月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月11日
發(fā)明者白云出, 鄭?；I, 金昌錫, 韓榮銀, 樸賢洙, 郭京昊 申請人:三星電子株式會社