專利名稱：高平坦度的寬帶超熒光光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全光纖結(jié)構(gòu)的超熒光光源。
背景技術(shù)：
寬帶超熒光光源在光纖陀螺，摻鉺光纖放大器的測(cè)量中得到了非常廣泛的應(yīng)用。高精度光纖陀螺，尤其在航天慣性導(dǎo)航上，對(duì)應(yīng)用光源的特性有著非常高的要求，即光源必須是寬頻帶、高功率、平均波長(zhǎng)具有穩(wěn)定性，甚至光譜平坦度非常好等要求。在摻鉺光纖放大器的測(cè)試中，使用較小功率的寬頻帶超熒光光源和1550nm附近任意波長(zhǎng)的激光器，能夠較簡(jiǎn)便的精確測(cè)量摻鉺光纖放大器的小信號(hào)增義譜，避免了使用價(jià)格昂貴的多波長(zhǎng)掃描激光器。除此之外，寬帶光源在光纖傳感，低成本接入網(wǎng)以及波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)等許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。
目前商用的寬帶光源大多數(shù)為發(fā)光二極管(LED)和超發(fā)光二極管(SLED)，但是它們的壽命較短，波長(zhǎng)穩(wěn)定性差，輸出功率低，并且由于空間相干性差，與單模光纖較難耦合，較大程度地限制了在各個(gè)領(lǐng)域地應(yīng)用。光纖摻雜技術(shù)的日益成熟，以及半導(dǎo)體激光器的快速發(fā)展為人們提供了方便可靠的光纖光源。與LED和SLED相比，摻鉺光纖中的自發(fā)輻射(ASE)具有溫度穩(wěn)定性好，熒光譜線寬，輸出功率高，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，稱之為寬帶超熒光光纖光源(SFS)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
自從二十世紀(jì)八十年代提出利用激光二極管(LD)作為泵浦源的摻鉺光纖超熒光光源以來(lái)，人們對(duì)其進(jìn)行了廣泛的理論和實(shí)驗(yàn)研究。
一般說(shuō)來(lái)，超熒光光源可以分成四大類單程前向(SPF)、單程后向(SPB)、雙程前向(DPF)、雙程后向(DPF)。單程轉(zhuǎn)換效率比較低，但不容易引起激射光，與單程相比較，雙程在轉(zhuǎn)化效率上得到顯著提高，可以產(chǎn)生更大的輸出功率，提供更好的平均波長(zhǎng)穩(wěn)定性，但更容易引起激光激射，在應(yīng)用中必須小心防止激光的振蕩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題和不足，提供一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)緊湊的高效率和高平坦度的寬帶超熒光光源，。
按照本發(fā)明所提供的設(shè)計(jì)方案，一種高平坦度的寬帶超熒光光源，是一種光纖結(jié)構(gòu)的超熒光光源，包括第一增益介質(zhì)、第一波分復(fù)用耦合器、泵浦分光器、泵浦激光器、第二波分復(fù)用耦合器、第二增益介質(zhì)；其特征是泵浦激光器發(fā)出的光經(jīng)過(guò)泵浦分光器以合適的比例分成兩束光，其中一束光通過(guò)第一波分復(fù)用耦合器反向泵浦產(chǎn)生C波段的第一增益介質(zhì)，另一束光通過(guò)第二波分復(fù)用耦合器前向泵浦產(chǎn)生L波段的第二增益介質(zhì)。
一個(gè)泵浦分光器只采用一個(gè)泵浦激光器。
第一增益介質(zhì)與第二增益介質(zhì)均為摻鉺光纖。
在第一波分復(fù)用耦合器的一個(gè)分支上設(shè)置信號(hào)分光器，在信號(hào)分光器的一個(gè)分支上設(shè)置增益平坦濾波器，在增益平坦濾波器的輸出端設(shè)置第一反射器，用于反射第一增益介質(zhì)產(chǎn)生的反向的C波段自發(fā)輻射光，增益平坦濾波器用于衰減摻鉺光纖增益吸收譜中的增益峰值，以得到平坦的增益譜，其器件插入損耗通常要達(dá)到3dB左右；在第二增益介質(zhì)的輸出端設(shè)置第二反射器，用于放大第二段增益介質(zhì)產(chǎn)生的前向的C波段和L波段的自發(fā)輻射光。
信號(hào)分光器采用50∶50的分光比例將第一增益介質(zhì)產(chǎn)生的C波段反向ASE(意思為放大的自發(fā)輻射光)光分成兩部分，一部分經(jīng)過(guò)增益平坦濾波器整形后，被第一反射器反射回第一增益介質(zhì)中繼續(xù)放大；一部分直接進(jìn)入第二增益介質(zhì)，作為第二增益介質(zhì)的輔助泵浦源，以得到加強(qiáng)的L波段增益。
在信號(hào)分光器的另一個(gè)分支上設(shè)置一個(gè)具有很高方向性的光纖環(huán)形器，用于將第一增益介質(zhì)產(chǎn)生的部分C波段反向自發(fā)輻射光傳送到第二增益介質(zhì)作為輔助泵浦源，同時(shí)將經(jīng)過(guò)第二反射鏡加強(qiáng)的L波段自發(fā)輻射光輸出，并提供超過(guò)50dB的隔離度，防止雙程結(jié)構(gòu)中容易出現(xiàn)的激光激射。
本發(fā)明還包括一個(gè)寬帶波長(zhǎng)合波器，用來(lái)將來(lái)自于第一增益介質(zhì)產(chǎn)生的C波段和第二反射鏡放大的L波段自發(fā)輻射光合成在一起，獲得寬帶高功率超熒光光源。在第一增益介質(zhì)1與波長(zhǎng)合波器間設(shè)置光纖隔離器。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、光路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，通過(guò)在光纖全反射鏡1之前設(shè)置一個(gè)增益平坦濾波器達(dá)到使輸出光譜更平坦的目的，而且比傳統(tǒng)的寬帶光源提高了輸出功率。2、通過(guò)對(duì)C波段反向ASE光源分光，為第二段增益介質(zhì)提供輔助泵浦源，并且兩個(gè)波段都采用全光纖反射鏡構(gòu)成雙程結(jié)構(gòu)可大大提高轉(zhuǎn)化效率。全光纖反射鏡具有成本低廉、插入損耗小、易連接等特點(diǎn)。
所有的光器件之間均采用裸纖熔接方式，方便集成封裝，而且可以做到結(jié)構(gòu)緊湊小巧。


圖1是高效率高平坦度寬帶超熒光光源結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2增益平坦濾波器的透射譜。
圖3增益平坦濾波器的兩種放置方式獲得的C波段寬帶光源光譜。
圖4高效率高平坦度寬帶超熒光光源光譜圖。
圖5高效率高平坦度寬帶超熒光光源的12小時(shí)輸出功率穩(wěn)定性。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所述的高平坦度的寬帶超熒光光源是一種光纖結(jié)構(gòu)的超熒光光源，包括第一增益介質(zhì)1、第一波分復(fù)用耦合器2、泵浦分光器3、泵浦激光器4、第二波分復(fù)用耦合器9、第二增益介質(zhì)10；其特征是泵浦激光器4發(fā)出的光經(jīng)過(guò)泵浦分光器3以合適的比例分成兩束光，其中一束光通過(guò)第一波分復(fù)用耦合器2反向泵浦產(chǎn)生C波段的第一增益介質(zhì)1，另一束光通過(guò)第二波分復(fù)用耦合器9前向泵浦產(chǎn)生L波段的第二增益介質(zhì)10。并且，一個(gè)泵浦分光器3只采用一個(gè)泵浦激光器4。第一增益介質(zhì)1與第二增益介質(zhì)10均為摻鉺光纖，這種摻餌光纖都是可以外購(gòu)的，目前市場(chǎng)上主要有普通光纖與摻餌光光纖兩種。
在第一波分復(fù)用耦合器2的一個(gè)分支上設(shè)置信號(hào)分光器5，在信號(hào)分光器5的一個(gè)分支上設(shè)置增益平坦濾波器6，在增益平坦濾波器6的輸出端設(shè)置第一反射器7，用于反射第一增益介質(zhì)1產(chǎn)生的反向的C波段自發(fā)輻射光，增益平坦濾波器6用于衰減摻鉺光纖增益吸收譜中的增益峰值，以得到平坦的增益譜，其器件插入損耗通常要達(dá)到3dB左右；在第二增益介質(zhì)10的輸出端設(shè)置第二反射器11，用于放大第二段增益介質(zhì)產(chǎn)生的前向的C波段和L波段的自發(fā)輻射光。
其中，增益平坦濾波器6通常是為摻鉺光纖放大器設(shè)計(jì)的，用于衰減摻鉺光纖增益吸收譜中的增益峰值，以期得到盡量平坦的增益譜，其器件插入損耗通常要達(dá)到3dB左右。在傳統(tǒng)的寬帶超熒光光源結(jié)構(gòu)中，增益平坦濾波器通常置于輸出隔離器之前用于對(duì)輸出光譜進(jìn)行整形。但是因?yàn)樵撈骷牟迦霌p耗比較大，通常會(huì)造成輸出功率的減小。本發(fā)明中，將增益平坦濾波器置于信號(hào)分光器和第一反射鏡之間，這樣的設(shè)計(jì)除了能夠保證C波段寬帶光源具有更為平坦的光譜，同時(shí)能夠有效提高光源輸出功率，進(jìn)而提高泵浦轉(zhuǎn)化效率。
第二反射器11，放置在第二段增益介質(zhì)之后10，用于放大第二段增益介質(zhì)產(chǎn)生的前向的C波段和L波段的自發(fā)輻射光。
信號(hào)分光器5采用50∶50的分光比例將第一增益介質(zhì)1產(chǎn)生的C波段反向ASE光分成兩部分，一部分經(jīng)過(guò)增益平坦濾波器6整形后，被第一反射器7反射回第一增益介質(zhì)1中繼續(xù)放大；一部分直接進(jìn)入第二增益介質(zhì)10，作為第二增益介質(zhì)10的輔助泵浦源，以得到加強(qiáng)的L波段增益。
在信號(hào)分光器5的另一個(gè)分支上設(shè)置一個(gè)具有很高方向性的光纖環(huán)形器8，用于將第一增益介質(zhì)1產(chǎn)生的部分C波段反向自發(fā)輻射光傳送到第二增益介質(zhì)10作為輔助泵浦源，同時(shí)將經(jīng)過(guò)第二反射鏡11加強(qiáng)的L波段自發(fā)輻射光輸出，并提供超過(guò)50dB的隔離度，防止雙程結(jié)構(gòu)中容易出現(xiàn)的激光激射。
還包括一個(gè)寬帶波長(zhǎng)合波器13，用來(lái)將來(lái)自于第一增益介質(zhì)1產(chǎn)生的C波段和第二反射鏡11放大的L波段自發(fā)輻射光合成在一起，獲得寬帶高功率超熒光光源。在第一增益介質(zhì)1與波長(zhǎng)合波器13間設(shè)置光纖隔離器12。
圖中1、第一增益介質(zhì)，摻鉺光纖；2、第一波分復(fù)用耦合器；3-泵浦分光器；4-泵浦激光器；5-信號(hào)分光器；6-增益平坦濾波器；7、第一全光纖反射器；8-光纖環(huán)形器；9、第二波分復(fù)用耦合器；10、第二增益介質(zhì)，11第二全光纖反射器，12-光纖隔離器；13-波長(zhǎng)合波器。
其中，1、10為增益介質(zhì)，可以是不同摻雜濃度的摻鉺光纖。4為泵浦激光器，一般為技術(shù)比較成熟的980nm或1480nm半導(dǎo)體激光器。本例中，采用120mW的980nm的激光器。2和9為波分復(fù)用耦合器，用于把泵浦光與信號(hào)光耦合到一起的光無(wú)源器件。泵浦分光器3是針對(duì)980nm波長(zhǎng)的35∶65的分光器。信號(hào)分光器5是對(duì)1527-1566nm波段50∶50的分光器，泵浦激光器4經(jīng)由第一波分復(fù)用器2對(duì)第一增益介質(zhì)1進(jìn)行放大，得到的C波段前向ASE光源作為C波段光源輸出，C波段反向的ASE光源一部分經(jīng)過(guò)增益平坦濾波器整形后被反射鏡1反射到輸出端獲得高功率輸出，另一部分用于作為第二段增益介質(zhì)的輔助泵浦源。C波段反向ASE功率這樣的分配有兩個(gè)目的一是C波段功率比較容易獲得，為了得到較為均衡平坦的C+L波段寬帶超熒光光譜，我們只是利用一部分反向C波段ASE功率即可。另一方面，由于L波段增益的獲得是先經(jīng)由C波段積累然后向L波段移動(dòng)獲得的，所以多余的C波段反向ASE功率就用于作為L(zhǎng)波段的輔助泵浦源用于加強(qiáng)L波段增益。
光纖全反射鏡1由一個(gè)對(duì)1520-1570nm波長(zhǎng)1∶1分光的寬帶耦合器構(gòu)成，將耦合器的兩個(gè)同向輸出端熔接起來(lái)就構(gòu)成一個(gè)全光纖反射鏡。這樣的光纖反射鏡對(duì)于C波段光源有較高和較平坦的反射率。一個(gè)增益平坦慮波器被放置在光纖反射鏡1之前，一方面第一反射鏡的平坦反射率由于濾波器的影響發(fā)生了變化，這種反射率的變化最終可以對(duì)前向的C波段ASE光譜進(jìn)行平坦化。另一方面，增益平坦濾波器有很大的插入損耗，放在反射臂這端而不是置于輸出端可以大大減少輸出端的插入損耗，提高輸出光源的功率。
光纖反射鏡2是由一個(gè)對(duì)1520-1600nm波長(zhǎng)1∶1分光的寬帶耦合器的兩個(gè)同向輸出端熔接起來(lái)構(gòu)成的。該反射鏡對(duì)于這個(gè)的C+L波段的光源都具有較高和較為平坦的反射率。這個(gè)反射鏡的存在可大大提高L波段寬帶光源的輸出功率。
光纖反射鏡2用于對(duì)L波段寬帶光源構(gòu)成雙程結(jié)構(gòu)，可以節(jié)省摻鉺光纖的長(zhǎng)度，提高泵浦光的效率；而且光纖環(huán)形器的方向性決定了每個(gè)輸出端具有高于50dB的隔離度可以有效的防止激光激射現(xiàn)象。
高隔離度光纖隔離器12的使用是為了防止激光振蕩的產(chǎn)生。波長(zhǎng)合波器13可以對(duì)C波段和L波段的寬帶光源進(jìn)行有效的合波，得到寬帶的超熒光光譜。
本發(fā)明在設(shè)計(jì)高性能的寬帶超熒光光源的過(guò)程中，主要考慮以下幾個(gè)重要因素1、獲得功率均衡的C波段和L波段寬帶光源。具體實(shí)施過(guò)程中遇到的問(wèn)題就是C波段屬于較短波長(zhǎng)，比較容易得到較高增益但是不容易得到平坦的增益譜，而L波段屬于較長(zhǎng)波長(zhǎng)，比較容易得到平坦增益譜但是不容易得到高增益。所以設(shè)計(jì)中將反向的C波段ASE光源通過(guò)合適比例的分光器分為兩部分，一部分用于對(duì)C波段光譜進(jìn)行整形和優(yōu)化，另外一部分作為輔助泵浦源對(duì)產(chǎn)生L波段增益的第二增益介質(zhì)進(jìn)行泵浦。分光器分光比例可能需要優(yōu)化。
2、選用合適比例的泵浦分光器，只使用一個(gè)泵浦激光器就可以獲得C+L波段寬帶平坦超熒光光源。這種超熒光光源結(jié)構(gòu)緊湊而且成本低廉。本發(fā)明中曾使用35∶65的分光器，泵浦光功率為110mW，輸出的超熒光光源功率為16.18dBm。
3、本發(fā)明中對(duì)C波段和L波段分別采用了成本低廉的全光纖環(huán)形鏡。全光纖環(huán)形鏡的高反射率大大提高了兩段鉺纖的增益，而且雙程結(jié)構(gòu)使增益介質(zhì)的長(zhǎng)度大大減少，同時(shí)降低了對(duì)泵浦光的功率要求；以上兩方面大大降低了寬帶光源的成本。
4、增益平坦濾波器的位置優(yōu)化也是一個(gè)重要考慮因素。本發(fā)明結(jié)構(gòu)中，將增益平坦濾波器從傳統(tǒng)的前向結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)移到分光器和光纖反射鏡之間，使反射鏡的反射譜發(fā)生了我們想要的變化，不僅提高了C波段光譜的平坦度，更提高了泵浦轉(zhuǎn)化效率。
5、光纖環(huán)形器的使用使L波段構(gòu)成了雙程后向結(jié)構(gòu)，獲得了較高的L波段增益，大大提高了泵浦轉(zhuǎn)化效率，另外環(huán)形器3個(gè)端口的大于50dB的隔離度避免了雙程結(jié)構(gòu)中最容易出現(xiàn)的激光激射現(xiàn)象，從而得到了輸出功率和波長(zhǎng)都是高穩(wěn)定度的寬帶超熒光光源。
6、本發(fā)明中波長(zhǎng)合波器的利用可以得到寬帶的C+L波段的超熒光光源。如果去掉波長(zhǎng)合波器還可以得到獨(dú)立控制的雙端口的C波段和L波段寬帶光源結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種高平坦度的寬帶超熒光光源，是一種光纖結(jié)構(gòu)的超熒光光源，包括第一增益介質(zhì)(1)、第一波分復(fù)用耦合器(2)、泵浦分光器(3)、泵浦激光器(4)、第二波分復(fù)用耦合器(9)、第二增益介質(zhì)(10)；其特征是泵浦激光器(4)發(fā)出的光經(jīng)過(guò)泵浦分光器(3)以合適的比例分成兩束光，其中一束光通過(guò)第一波分復(fù)用耦合器(2)反向泵浦產(chǎn)生C波段的第一增益介質(zhì)(1)，另一束光通過(guò)第二波分復(fù)用耦合器(9)前向泵浦產(chǎn)生L波段的第二增益介質(zhì)(10)。
2.如權(quán)利要求1所述的高平坦度的寬帶超熒光光源，其特征是一個(gè)泵浦分光器(3)只采用一個(gè)泵浦激光器(4)。
3.如權(quán)利要求1所述的高平坦度的寬帶超熒光光源，其特征是第一增益介質(zhì)(1)與第二增益介質(zhì)(10)均為摻鉺光纖。
4.如權(quán)利要求1所述的高平坦度的寬帶超熒光光源，其特征是在第一波分復(fù)用耦合器(2)的一個(gè)分支上設(shè)置信號(hào)分光器(5)，在信號(hào)分光器(5)的一個(gè)分支上設(shè)置增益平坦濾波器(6)，在增益平坦濾波器(6)的輸出端設(shè)置第一反射器(7)，用于反射第一增益介質(zhì)(1)產(chǎn)生的反向的C波段自發(fā)輻射光，增益平坦濾波器(6)用于衰減摻鉺光纖增益吸收譜中的增益峰值，以得到平坦的增益譜，其器件插入損耗通常要達(dá)到3dB左右；在第二增益介質(zhì)(10)的輸出端設(shè)置第二反射器(11)，用于放大第二段增益介質(zhì)產(chǎn)生的前向的C波段和L波段的自發(fā)輻射光。
5.如權(quán)利要求4所述的高平坦度的寬帶超熒光光源，其特征是，信號(hào)分光器(5)采用50∶50的分光比例將第一增益介質(zhì)(1)產(chǎn)生的C波段反向ASE光分成兩部分，一部分經(jīng)過(guò)增益平坦濾波器(6)整形后，被第一反射器(7)反射回第一增益介質(zhì)(1)中繼續(xù)放大；一部分直接進(jìn)入第二增益介質(zhì)(10)，作為第二增益介質(zhì)(10)的輔助泵浦源，以得到加強(qiáng)的L波段增益。
6.如權(quán)利要求4所述的高平坦度的寬帶超熒光光源，其特征是在信號(hào)分光器(5)的另一個(gè)分支上設(shè)置一個(gè)具有很高方向性的光纖環(huán)形器(8)，用于將第一增益介質(zhì)(1)產(chǎn)生的部分C波段反向自發(fā)輻射光傳送到第二增益介質(zhì)(10)作為輔助泵浦源，同時(shí)將經(jīng)過(guò)第二反射鏡(11)加強(qiáng)的L波段自發(fā)輻射光輸出，并提供超過(guò)50dB的隔離度，防止雙程結(jié)構(gòu)中容易出現(xiàn)的激光激射。
7.如權(quán)利要求1所述的一種高平坦度的寬帶超熒光光源，其特征是還包括一個(gè)寬帶波長(zhǎng)合波器(13)，用于將來(lái)自第一增益介質(zhì)(1)產(chǎn)生的C波段和第二反射鏡(11)放大的L波段自發(fā)輻射光合成在一起，獲得寬帶高功率超熒光光源。
8.如權(quán)利要求7所述的一種高平坦度的寬帶超熒光光源，其特征是在第一增益介質(zhì)(1)與波長(zhǎng)合波器(13)間設(shè)置光纖隔離器(12)。
全文摘要
高平坦度的寬帶超熒光光源，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全光纖結(jié)構(gòu)的超熒光光源。按照本發(fā)明所提供的設(shè)計(jì)方案，一種高平坦度的寬帶超熒光光源，是一種光纖結(jié)構(gòu)的超熒光光源，包括第一增益介質(zhì)、第一波分復(fù)用耦合器、泵浦分光器、泵浦激光器、第二波分復(fù)用耦合器、第二增益介質(zhì)；其特征是泵浦激光器發(fā)出的光經(jīng)過(guò)泵浦分光器以合適的比例分成兩束光，其中一束光通過(guò)第一波分復(fù)用耦合器反向泵浦產(chǎn)生C波段的第一增益介質(zhì)，另一束光通過(guò)第二波分復(fù)用耦合器前向泵浦產(chǎn)生L波段的第二增益介質(zhì)。它具有寬帶、高平坦度和高轉(zhuǎn)換效率的特點(diǎn)。本發(fā)明包括了兩段增益介質(zhì)，分別用來(lái)產(chǎn)生C波段和L波段自發(fā)輻射光，具有很高的泵浦轉(zhuǎn)化效率。
文檔編號(hào)G02B6/00GK1901410SQ20061008638
公開日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2006年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月11日
發(fā)明者遲榮華, 李現(xiàn)勤 申請(qǐng)人:無(wú)錫市中興光電子技術(shù)有限公司