專(zhuān)利名稱(chēng)：基于倏逝波的亞波長(zhǎng)直徑光纖放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光纖放大器，特別是一種小尺寸，高性能的基于倏逝波的亞波 長(zhǎng)直徑光纖放大器。
背景技術(shù)：
光纖放大器是一種不需要經(jīng)過(guò)光/電、電/光轉(zhuǎn)化而直接對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大的有源 光器件，它完全摒棄了基于光一電一光轉(zhuǎn)換的昂貴中繼增強(qiáng)器，是光通信發(fā)展史上 的一個(gè)重要里程碑。與光纖通信系統(tǒng)的有關(guān)的光放大器能夠高效補(bǔ)償光功率在傳輸 中的損耗，延長(zhǎng)通信系統(tǒng)距離，擴(kuò)大用戶分配網(wǎng)的覆蓋范圍，是新一代的長(zhǎng)距離、 大容量、高速率光通信系統(tǒng)和光纖CATV網(wǎng)、用戶接入網(wǎng)、軍用領(lǐng)域等光纖傳輸系 統(tǒng)的關(guān)鍵部件。因?yàn)橥ㄐ诺男枨?，摻鉺光纖放大器得到了快速發(fā)展。但是近些年， 在非通信窗口，摻雜其他稀土離子的光放大器件在高能量激光加工、激光聚變、激 光醫(yī)療等方面獲得應(yīng)用，而且正在引起人們極大的關(guān)注。
放大光纖是光放大器的核心部件，到目前為止，使用的放大光纖都是摻雜稀土 的放大光纖，提高效率而改進(jìn)的雙包層摻雜稀土光纖和非圓內(nèi)包層摻雜稀土光纖。
但是，目前使用的摻雜稀土放大光纖制作的光纖放大器還存在以下問(wèn)題
① 使用光纖較長(zhǎng)(如摻鉺光纖用作光纖放大時(shí)，光纖可選擇在20m、30m等)；
② 為了更好地提高纖芯吸收泵浦光的效率，摻雜稀土放大光纖可采用非圓 內(nèi)包層的結(jié)構(gòu)形式，但制造工藝復(fù)雜、價(jià)格昂貴；
③ 每種摻雜光纖的帶寬有限(如基于石英光纖的摻鉺光纖放大器增益帶寬 約為30nm)，因此才出現(xiàn)了不同波段的摻雜稀土光纖，如摻鉺光纖、摻 鉺碲化物光纖、摻鐠氟化物光纖、摻銩氟化物光纖；
④ 在石英光纖中，高摻雜稀土元素，如鉺(一般摻雜量約為1018cm—3)，將會(huì) 出現(xiàn)上轉(zhuǎn)換效應(yīng)和離子集聚效應(yīng)，所以增加稀土元素濃度，在一定極限 后，不會(huì)提高增益。
由此看出，尋找一種新型的放大光纖，使其適合未來(lái)光纖激光器和放大器小型 化、輸出功率高、噪聲低等發(fā)展的需要，是很有必要的。
最近，由浙江大學(xué)童利民等人采用兩步拉制法得到的光纖直徑可低至50nm，并且保持較低的光纖損耗Nature 426 816-819， 2003。上海交通大學(xué)陳險(xiǎn)峰等人總 結(jié)了前人經(jīng)驗(yàn)提出了條形電加熱爐拉錐方法，采用這種新的拉錐方法己經(jīng)成功地拉 制出直徑可低至650nm，長(zhǎng)度可達(dá)十幾個(gè)厘米量級(jí)，光損耗在O.ldB/cm左右的亞波 長(zhǎng)直徑光纖Opt. Express 14(12) 5055-5060. 2006。這種光纖具有很強(qiáng)的倏逝場(chǎng)，這 一特性可以在光傳感、光放大等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有稀土摻雜光纖放大器的不足，設(shè)計(jì)一種基 于倏逝波的亞波長(zhǎng)直徑光纖放大器，要求其放大光纖纖芯尺寸具有亞波長(zhǎng)量級(jí)，增 益由包層來(lái)提供，通過(guò)倏逝波放大來(lái)實(shí)現(xiàn)傳導(dǎo)光的放大。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下
一種基于倏逝波的亞波長(zhǎng)直徑光纖放大器，包括至少一個(gè)泵浦光源，至少一段 放大光纖以及至少一個(gè)耦合器，該耦合器在輸入光纖、泵浦光源和放大光纖之間建 立連接，其特征在于所述的放大光纖由纖芯及其包層構(gòu)成，該纖芯的直徑為亞波長(zhǎng)， 在包層中具有有源材料，所述的放大光纖的輸入端和輸出端分別通過(guò)錐形光纖與所 述的輸入光纖和輸出光纖相耦合。
所述的放大光纖纖芯材料是石英、硅或其他玻璃。
所述的放大光纖纖芯是無(wú)源的。
所述的放大光纖的包層中的有源材料是液體激光材料或摻稀土的固體激光材料。
所述的放大光纖的包層中的液體激光材料是若丹明6G，或4-(二氰亞甲基)-2-甲 基-6-(4-二甲氨基苯乙烯基)-4H-吡喃(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為DCM)或其他染料。
所述的放大光纖的包層中的固體激光材料是摻雜稀土元素鉺、鐿、銩、鑭的至 少一種，同時(shí)還摻雜鋁、磷、氟化物的至少一種的固體激光材料。所述的液體包層 可以通過(guò)把纖芯放在毛細(xì)管中，并通過(guò)封裝來(lái)實(shí)現(xiàn)。固體包層可以通過(guò)涂覆固體激 光材料在纖芯上來(lái)實(shí)現(xiàn)。
所述的泵浦光源通過(guò)光纖段與耦合器連接。 卒發(fā)明的技術(shù)效果
所述的放大光纖是纖芯具有亞波長(zhǎng)直徑的光纖，具有強(qiáng)的倏逝場(chǎng)，在光纖包層 中具有有源材料，依靠有增益能力的包層介質(zhì)，支持倏逝波的放大。本實(shí)用新型基 于倏逝波的亞波長(zhǎng)直徑光纖放大器具有增益高、轉(zhuǎn)換效率高、閾值低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高等特性。

圖1為本實(shí)用新型基于倏逝波的亞波長(zhǎng)直徑光纖放大器實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本實(shí)用新型基于倏逝波的亞波長(zhǎng)直徑光纖放大器實(shí)施例8的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本實(shí)用新型基于倏逝波的亞波長(zhǎng)直徑光纖放大器實(shí)施例9的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍。 實(shí)施例1:
圖1為本實(shí)用新型基于倏逝波的亞波長(zhǎng)直徑光纖放大器實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。 由圖可見(jiàn)，本實(shí)用新型基于倏逝波的亞波長(zhǎng)直徑光纖放大器，包括一個(gè)泵浦光源3， 一段放大光纖4和一個(gè)耦合器9，該耦合器9在輸入光纖2、泵浦光源3和放大光纖 4之間建立連接，其特征在于所述的放大光纖4由纖芯5和包層6構(gòu)成，該纖芯5 的直徑為亞波長(zhǎng)，在包層6中具有有源材料，所述的放大光纖4的輸入端和輸出端 分別通過(guò)錐形光纖8與所述的輸入光纖2和輸出光纖11相耦合。
所述的放大光纖4的纖芯5的直徑是200nm，材料是石英玻璃，包層6是液體 激光材料Rhodamine 6G。纖芯5置于毛細(xì)管7中，包層6即是纖芯5與毛細(xì)管7之 間的部分，毛細(xì)管7兩端進(jìn)行封裝。以可調(diào)諧光學(xué)參量放大(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為OPA)的 輸出作為信號(hào)光種子耦合進(jìn)入輸入光纖2進(jìn)入放大光纖4，以與OPA同步的鎖模 Nd:YAG激光的倍頻光作為該放大器的泵浦光源3，從放大光纖4的一端進(jìn)行縱向泵 浦，即可以進(jìn)行放大實(shí)驗(yàn)。
實(shí)施例2:
實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同點(diǎn)是所述的包層6注入以染料DCM為溶質(zhì)的溶 液，溶劑采用苯甲醇和乙二醇，溶液濃度為10-2mol/L，放大光纖4兩端進(jìn)行封裝。 Ar離子激光作為泵浦光源3、 He-Ne激光作為信號(hào)光同時(shí)耦合進(jìn)入放大光纖4，即 可以進(jìn)行放大實(shí)驗(yàn)。
實(shí)施例3:
實(shí)施例3與實(shí)施例1的不同點(diǎn)是:放大光纖的包層6注入以奇通紅(Kitonre4分 子式為e27H3oM2Q7&)為溶質(zhì)的溶液，溶劑采用乙二醇和甘油，溶液濃度為l(T2m0l/L， 光纖兩端進(jìn)行封裝。Ar離子激光作為泵浦光源3， He-Ne激光作為信號(hào)光同時(shí)耦合進(jìn)入放大光纖4，即可以進(jìn)行放大實(shí)驗(yàn)。 實(shí)施例4:
實(shí)施例4與實(shí)施例1的不同點(diǎn)是光纖包層6注入以染料DCM為溶質(zhì)的溶液， 溶劑采用甲醇和二甲基亞砜(DMSO)，溶液濃度為lCT"mol/L，光纖兩端進(jìn)行封裝。 調(diào)Q倍頻的YAG激光作為泵浦光源3、可調(diào)諧OPA的輸出信號(hào)作為信號(hào)光同時(shí)耦 合進(jìn)入放大光纖4，即可以進(jìn)行放大實(shí)驗(yàn)。
實(shí)施例5:
實(shí)施例5與實(shí)施例1的不同點(diǎn)是光纖包層6注入以DOTCI (diethyloxatricarbocyanine iodide)為溶質(zhì)的溶液，溶劑采用DMSO和甲醇，溶液濃 度為1.2X10^mol/L，光纖兩端進(jìn)行封裝。DCM染料激光器作為泵浦光源3、 750nm 的激光二極管發(fā)出信號(hào)光，它們同時(shí)耦合進(jìn)入放大光纖4，可以進(jìn)行放大實(shí)驗(yàn)。
實(shí)施例6:
實(shí)施例6與實(shí)施例1的不同點(diǎn)是光纖包層6為摻雜2.0 wtX氧化鐿的石英玻 璃，摻雜濃度為10000ppm，為了改善性能，還摻雜了鋁離子。放大實(shí)驗(yàn)可以采用 976nm光纖輸出半導(dǎo)體激光器作為泵浦光源3，單塊非平面環(huán)形腔激光器產(chǎn)生的1064 rnn連續(xù)單頻信號(hào)光作為信號(hào)源。
實(shí)施例7:
實(shí)施例7與實(shí)施例1的不同點(diǎn)是放大光纖4的纖芯5直徑是100nm，材料是 硅，具體放大實(shí)驗(yàn)可參照實(shí)施例l一7。 實(shí)施例8:
實(shí)施例8與實(shí)施例1的不同點(diǎn)是放大光纖4兩端均有泵浦光源3和耦合器9, 泵浦光源3通過(guò)光纖段10與耦合器9連接，具體放大實(shí)驗(yàn)可參照實(shí)施例1_7。 實(shí)施例9:
實(shí)施例9與實(shí)施例1的不同點(diǎn)是具有兩段放大光纖4，具有三個(gè)泵浦光源3、 三個(gè)耦合器9，泵浦光源3通過(guò)光纖段10與耦合器9連接，具體放大實(shí)驗(yàn)可參照實(shí) 施例1 — 7。
權(quán)利要求1.一種基于倏逝波的亞波長(zhǎng)直徑光纖放大器，包括至少一個(gè)泵浦光源(3)，至少一段放大光纖(4)以及至少一個(gè)耦合器(9)，該耦合器(9)在輸入光纖(2)、泵浦光源(3)和放大光纖(4)之間建立連接，其特征在于所述的放大光纖(4)由纖芯(5)和包層(6)構(gòu)成，該纖芯(5)的直徑為亞波長(zhǎng)，在包層(6)中具有有源材料，所述的放大光纖(4)的輸入端和輸出端分別通過(guò)錐形光纖(8)與所述的輸入光纖(2)和輸出光纖(11)相耦合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于倏逝波的亞波長(zhǎng)直徑光纖放大器，其特征在于所 述的放大光纖(4)的纖芯(5)材料是石英、硅或其他玻璃。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于倏逝波的亞波長(zhǎng)直徑光纖放大器，其特征在于所 述的放大光纖(4)的纖芯(5)是無(wú)源的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于倏逝波的亞波長(zhǎng)直徑光纖放大器，其特征在于所 述的泵浦光源(3)通過(guò)光纖段(10)與耦合器(9)連接。
專(zhuān)利摘要一種基于倏逝波的亞波長(zhǎng)直徑光纖放大器，包括至少一個(gè)泵浦光源，至少一段放大光纖以及至少一個(gè)耦合器，該耦合器在輸入光纖、泵浦光源和放大光纖之間建立連接，其特征在于所述的放大光纖由纖芯及其包層構(gòu)成，該纖芯的直徑為亞波長(zhǎng)，在包層中具有有源材料，所述的放大光纖的輸入端和輸出端分別通過(guò)錐形光纖與所述的輸入光纖和輸出光纖相耦合。本實(shí)用新型依靠有增益能力的包層介質(zhì)，支持倏逝波的放大。本實(shí)用新型基于倏逝波的亞波長(zhǎng)直徑光纖放大器具有增益高、轉(zhuǎn)換效率高、閾值低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高等特性。
文檔編號(hào)G02B6/24GK201133993SQ20072007468
公開(kāi)日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2007年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者唐志祥, 范滇元, 趙楚軍, 錢(qián)列加 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所