專利名稱：用光環(huán)行器保護泵浦激光器的兩級聯(lián)高功率光纖放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用光環(huán)行器保護泵浦激光器的兩級聯(lián)高功率光纖放大器，能夠有 效防止第一級光纖放大器中的泵浦激光器被燒毀，屬于光纖放大器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
早在1964年人們就開始研究光纖放大器，隨著人們對低損耗稀土摻雜光纖工作 特性的研究和這種光纖制造技術(shù)的發(fā)展，1986年開始了實際使用。光纖放大器的增益介質(zhì) 是摻雜了稀土元素的增益光纖，摻雜的稀土元素包括鉺、鈥、釤、鐠、銩和鐿等，它們用于制 造工作在從可見光到紅外波段的不同波長的光纖放大器。光纖放大器由半導體激光器泵 浦，半導體激光器輸出的泵浦光通過波長耦合器件耦合進入摻有稀土元素的增益光纖，波 長耦合器件采用波分復用器或者(N+l) Xl熔錐光纖合束器，增益光纖中的稀土元素吸收 泵浦光后被泵浦到高能級，這時有信號光通過時，即可將信號光放大。為了獲得更高的放大 功率，現(xiàn)有技術(shù)以鉺鐿共摻光纖為增益光纖獲得一種高功率光纖放大器，甚至將多個高功 率光纖放大器串聯(lián)起來，構(gòu)成級聯(lián)高功率光纖放大器。在光纖放大器中，增益介質(zhì)中的稀土 元素吸收了泵浦光被泵浦到高能級，它們將以自發(fā)輻射的形式躍遷回低能級，形成具有一 定光譜寬度的自發(fā)輻射，這些自發(fā)輻射在增益光纖中傳輸?shù)倪^程中又被不斷放大，這就是 放大自發(fā)輻射，放大自發(fā)輻射構(gòu)成了信號光放大過程中的噪聲。由于放大自發(fā)輻射源自于 稀土元素的自發(fā)輻射，所以，在增益光纖中有與信號光同向傳輸?shù)那跋蚍糯笞园l(fā)輻射和與 信號光反向傳輸?shù)暮笙蚍糯笞园l(fā)輻射。對于級聯(lián)高功率光纖放大器如兩級聯(lián)高功率光纖放 大器，第二級光纖放大器的后向放大自發(fā)輻射會回到第一級光纖放大器，在第一級光纖放 大器中又被不斷放大，隨后經(jīng)波長耦合器件進入第一級光纖放大器的泵浦源，一種半導體 激光器，造成該半導體激光器的燒毀。雖然第一級光纖放大器輸出端的隔離器會阻止一部 分第二級光纖放大器的后向放大自發(fā)輻射回到第一級光纖放大器，但是，當光纖放大器工 作在高功率狀態(tài)時，后向放大自發(fā)輻射很強，依然會燒毀第一級光纖放大器中的泵浦源半 導體激光器。光環(huán)行器是光通信裝置中的常用部件，其在光纖放大器中的作用在于共端耦合輸 入輸出信號，光環(huán)行器有三個端口，第一端口為信號輸入端，第二端口與放大器相連，輸入 信號經(jīng)第一端口、第二端口進入放大器被放大后又反向從第二端口回到光環(huán)行器，這就是 所謂的共端耦合，最后由第三端口輸出放大信號。如申請?zhí)枮?00310108304. 1的一件中國 發(fā)明專利申請公開了一項題為“光纖光柵增強的L波段雙通摻鉺光纖放大器”的方案，見圖 1所示，光輸入信號自光環(huán)行器1第一端口 a輸入，自第二端口 b進入光放大器，光放大器由 光纖布拉格光柵2、泵浦激光器3、波長選擇耦合器4、摻鉺光纖5、光纖反射鏡6構(gòu)成，獲得 小信號增益和低噪聲指數(shù)效果，光輸出信號自光環(huán)行器第三端口 c輸出。該方案采用光環(huán) 行器的目的包括1、獲得特定波長；2、獲得更大的功率；3、使得增益平坦；4、減小噪聲。
為了解決兩級聯(lián)高功率光纖放大器工作時，第二級光纖放大器功率很高的后向放 大自發(fā)輻射回到第一級光纖放大器，燒毀第一級光纖放大器的泵浦源半導體激光器的問 題，我們提出了本發(fā)明之用光環(huán)行器保護泵浦激光器的兩級聯(lián)高功率光纖放大器。在本發(fā)明之用光環(huán)行器保護泵浦激光器的兩級聯(lián)高功率光纖放大器中，中間光隔 離器7位于第一級光纖放大器A與第二級光纖放大器B之間，第一級光纖放大器A及第二 級光纖放大器B均為高功率光纖放大器，見圖2所示，其特征在于，第一級光纖放大器A的 輸出端與光環(huán)行器1的第一端口 a連接，光環(huán)行器1的第二端口 b與中間光隔離器7輸入 端連接，中間光隔離器7輸出端與第二級光纖放大器B的輸入端連接。本發(fā)明其技術(shù)效果在于，越過中間光隔離器7的部分第二級光纖放大器B的后向 放大自發(fā)輻射自第二端口 b進入光環(huán)行器1后，自第三端口 c釋放，不會回到第一級光纖放 大器A，從而避免了燒毀泵浦源半導體激光器的現(xiàn)象的發(fā)生，也就是說，中間光環(huán)行器1其 作用在于保護第一級光纖放大器A中的泵浦源半導體激光器，這一作用也與光環(huán)行器1在 現(xiàn)有技術(shù)中的作用不同。例如，現(xiàn)有兩級聯(lián)高功率光纖放大器輸出功率達到1. 16W時，就發(fā) 生第一級光纖放大器A泵浦源半導體激光器被燒毀的情況，而本發(fā)明之兩級聯(lián)高功率光纖 放大器輸出功率達到4W時仍未發(fā)生這種情況，借助現(xiàn)有器件解決了我們所遇到的兩級聯(lián) 高功率光纖放大器出現(xiàn)的燒泵問題。所制備的兩級聯(lián)高功率光纖放大器能夠滿足高功率光 纖放大裝置、CATV系統(tǒng)、自由空間激光通信中的前置放大器的需要。


圖1是現(xiàn)有光纖光柵增強的L波段雙通摻鉺光纖放大器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明之用光環(huán)行器保護泵浦激光器的兩級聯(lián)高功率光纖放大器結(jié)構(gòu)示意圖，該圖 兼作為摘要附圖。
圖3是本發(fā)明之用光環(huán)行器保護泵浦激光器的兩級聯(lián)高功率光纖放大器的一種具體方案 結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明之用光環(huán)行器保護泵浦激光器的兩級聯(lián)高功率光纖放大器具體是這樣實 施的，見圖3所示，在第一級光纖放大器A中，輸入光隔離器8及單模光纖輸出半導體激光 器9分別與波分復用器10輸入端相應(yīng)波長端口連接，單模光纖輸出半導體激光器9作為泵 浦源，波分復用器10作為波長耦合器件，單模增益光纖11的一端接波分復用器10的輸出 端，另一端接光環(huán)行器1的第一端口 a，單模增益光纖11作為增益介質(zhì)，采用鉺鐿共摻光纖 或者鉺銩共摻光纖。光環(huán)行器1的第二端口 b與中間光隔離器7輸入端連接，中間光隔離 器7輸出端及多模光纖輸出半導體激光器12分別與(N+l) X 1熔錐光纖合束器13輸入端 相應(yīng)波長端口連接，多模光纖輸出半導體激光器12作為泵浦源，(N+l) X 1熔錐光纖合束器 13作為波長耦合器件，雙包層增益光纖14的一端接(N+l) X 1熔錐光纖合束器13輸出端， 另一端接輸出光隔離器15，雙包層增益光纖14作為增益介質(zhì)，也是一種鉺鐿共摻光纖或者 鉺銩共摻光纖，輸出光隔離器15采用高功率光隔離器。輸入光信號由輸入光隔離器8的輸入端進入第一級光纖放大器A，單模光纖輸出半導體激光器9輸出的泵浦光經(jīng)波分復用器10進入單模增益光纖11的纖芯中，輸入光信 號經(jīng)波分復用器10也進入單模增益光纖11的纖芯中，泵浦光在單模增益光纖11的纖芯中 傳輸時不斷被摻雜的稀土離子吸收，使稀土離子從基態(tài)能級被泵浦到激發(fā)態(tài)能級，處于激 發(fā)態(tài)能級的稀土離子很快地弛豫到亞穩(wěn)態(tài)能級，在亞穩(wěn)態(tài)能級和基態(tài)能級之間形成粒子數(shù) 反轉(zhuǎn)，在從亞穩(wěn)態(tài)躍遷回基態(tài)時，發(fā)出與輸入光信號光子全同的受激輻射光子，由于這時輸 入光信號也進入單模增益光纖11的纖芯中，輸入光信號被放大，并經(jīng)光環(huán)行器1、中間光隔 離器7進入第二級光纖放大器B。在第二級光纖放大器B中，多模光纖輸出半導體激光器 12輸出的泵浦光經(jīng)(N+l) X 1熔錐光纖合束器13進入雙包層增益光纖14的內(nèi)包層中，由 第一級光纖放大器A放大了的輸入光信號經(jīng)(N+l) X 1熔錐光纖合束器13進入雙包層增益 光纖14的纖芯中，在內(nèi)包層中傳輸?shù)谋闷止饨?jīng)過纖芯時被纖芯中的稀土離子吸收，稀土離 子在泵浦光作用下從基態(tài)能級被泵浦到激發(fā)態(tài)能級，被泵浦到激發(fā)態(tài)能級上的稀土離子很 快的弛豫到亞穩(wěn)態(tài)能級，在亞穩(wěn)態(tài)能級和基態(tài)能級之間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在從亞穩(wěn)態(tài)躍遷 回基態(tài)時，發(fā)出與輸入光信號光子全同的受激輻射光子，由于這時輸入光信號也進入了雙 包層增益光纖14的纖芯中，輸入光信號被再次放大，并由輸出光隔離器15輸出。光環(huán)行器 1將來自第二級光放大器B、經(jīng)中間光隔離器7回到第一級光纖放大器A的后向放大自發(fā)輻 射由第三端口 c釋放。 輸入光隔離器8的作用是保證輸入光信號單向傳輸，防止在被泵浦的單模增益光 纖11中形成不同于輸入光信波長的其他波長光激射，保證第一級光纖放大器A穩(wěn)定工作。 單模光纖輸出半導體激光器9的作用是為單模增益光纖11提供泵浦光，使單模增益光纖11 中的稀土離子從基態(tài)能級被泵浦到激發(fā)態(tài)能級，實現(xiàn)光放大。波分復用器10的作用是將輸 入光信號和泵浦光耦合到單模增益光纖11中。單模增益光纖11的作用是作為增益介質(zhì)， 摻有稀土離子，借助泵浦光放大輸入光信號。光環(huán)行器1的作用一是將由第一級光纖放大 器A放大了的輸入光信號傳輸給第二級光纖放大器B，二是將來自第二級光纖放大器B的后 向放大自發(fā)輻射釋放，避免回到第一級光纖放大器A，造成單模光纖輸出半導體激光器9的 燒毀。中間光隔離器7的作用是保證由第一級光纖放大器A放大了的輸入光信號單向傳輸 至第二級光纖放大器B。多模光纖輸出半導體激光器12作用是為雙包層增益光纖14提供 泵浦光，使稀土離子從基態(tài)能級被泵浦到激發(fā)態(tài)能級，實現(xiàn)光放大。(N+l) X 1熔錐光纖合 束器13的作用是由第一級光纖放大器A放大了的輸入光信號和多模光纖輸出半導體激光 器13發(fā)出的泵浦光耦合到雙包層增益光纖14中。雙包層增益光纖14的作用是作為增益 介質(zhì)，摻有稀土離子，借助泵浦光再次放大由第一級光纖放大器A放大了的輸入光信號。輸 出光隔離器15的作用是保證先后由第一級光纖放大器A、第二級光纖放大器B放大了的輸 入光信號單向傳輸，阻止其他光進入兩級聯(lián)高功率光纖放大器，維護工作穩(wěn)定，降低噪聲。
權(quán)利要求
1.一種用光環(huán)行器保護泵浦激光器的兩級聯(lián)高功率光纖放大器，中間光隔離器(7)位 于第一級光纖放大器A與第二級光纖放大器B之間，第一級光纖放大器A及第二級光纖放 大器B均為高功率光纖放大器，其特征在于，第一級光纖放大器A的輸出端與光環(huán)行器(1) 的第一端口 a連接，光環(huán)行器(1)的第二端口 b與中間光隔離器(7)輸入端連接，中間光隔 離器(7)輸出端與第二級光纖放大器B的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級聯(lián)高功率光纖放大器，其特征在于，在第一級光纖放大 器A中，采用單模光纖輸出半導體激光器(9)作為泵浦源，波分復用器(10)作為波長耦合 器件，單模增益光纖(11)作為增益介質(zhì)且采用鉺鐿共摻光纖或者鉺銩共摻光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級聯(lián)高功率光纖放大器，其特征在于，在第二級光纖放大 器B中，采用多模光纖輸出半導體激光器(12)作為泵浦源，(N+l) X 1熔錐光纖合束器(13) 作為波長耦合器件，雙包層增益光纖(14)作為增益介質(zhì)且為一種鉺鐿共摻光纖或者鉺銩 共摻光纖，輸出光隔離器(15)采用高功率光隔離器。
全文摘要
用光環(huán)行器保護泵浦激光器的兩級聯(lián)高功率光纖放大器屬于光纖放大器技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)有兩級聯(lián)高功率光纖放大器在高功率工作時，存在燒毀第一級光纖放大器中的泵浦源半導體激光器的問題。在本發(fā)明之兩級聯(lián)高功率光纖放大器的結(jié)構(gòu)為，中間光隔離器位于第一級光纖放大器A與第二級光纖放大器B之間，第一級光纖放大器A及第二級光纖放大器B均為高功率光纖放大器，第一級光纖放大器A的輸出端與光環(huán)行器的第一端口a連接，光環(huán)行器的第二端口b與中間光隔離器輸入端連接，中間光隔離器輸出端與第二級光纖放大器B的輸入端連接。能夠?qū)崿F(xiàn)高達4W的光輸出，適用于高功率光纖放大裝置、CATV系統(tǒng)、自由空間激光通信中的前置放大器等。
文檔編號G02F1/39GK102073189SQ201010623688
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者劉國軍, 姜會林, 張劍家, 李洪祚, 王國政, 王薊 申請人:長春理工大學