專利名稱：采用閃爍光柵的光學(xué)放大器監(jiān)控器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)放大器，特別是涉及對(duì)光學(xué)放大器的泵功率的監(jiān)控。
通過同時(shí)增加光學(xué)信號(hào)的傳輸數(shù)據(jù)率和距離，對(duì)光學(xué)放大器的改進(jìn)大大增強(qiáng)了光學(xué)通信系統(tǒng)的應(yīng)用。光學(xué)放大器用于增強(qiáng)沿光纖通信路徑上衰減的光學(xué)信號(hào)。一種對(duì)于這種放大器的重大改進(jìn)是開發(fā)出基于摻雜稀土元素的光纖的光學(xué)放大器。這些類型的放大器已經(jīng)取代了光纖通信鏈路中笨重的電中繼器，使真正的全光纖通信系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的中繼器需要復(fù)雜的電子線路將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，放大該信號(hào)，從放大的信號(hào)中恢復(fù)數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換回光。比較而言，摻雜光纖的光放大器不中斷光信號(hào)，只是給它增加能量。光學(xué)放大器系統(tǒng)中的元件相對(duì)簡(jiǎn)單。類似地，已提出使用光纖激光器來為光纖通信系統(tǒng)生成光學(xué)載體。這些類型的激光器可被外部調(diào)制或模鎖定，而且在一些情況下可選用二極管激光器作為光纖通信系統(tǒng)中的高功率光源。
光纖放大器和激光器的工作原理相近，光纖的波導(dǎo)部分中的硅玻璃摻雜諸如鉺、鐿、釹或鐠的稀土元素的微量離子。例如，如果激發(fā)狀態(tài)的鉺離子數(shù)的受激發(fā)射率超過自發(fā)發(fā)射和吸收率，那么鉺離子的能量結(jié)構(gòu)使得波長(zhǎng)大約在1530-1565nm的信號(hào)光可在光纖被放大。在這種情況下，在增益帶寬內(nèi)進(jìn)入光纖的光將產(chǎn)生凈增益并以更大能量射出。如果設(shè)置一個(gè)裝置用來使光纖中的這個(gè)放大信號(hào)再次循環(huán)，例如在光纖的端部放置適當(dāng)?shù)姆瓷淦鳎敲慈绻獾膬粼鲆娴扔谀骋还鈱W(xué)帶寬內(nèi)的光損耗，則在光纖內(nèi)產(chǎn)生激光作用。不管哪種情況，將鉺離子激發(fā)到適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)狀態(tài)對(duì)于產(chǎn)生增益是決定性的。這可通過利用例如980nm或1480nm的適當(dāng)波長(zhǎng)的光激發(fā)/泵發(fā)鉺離子實(shí)現(xiàn)，可由耦合到光纖的波導(dǎo)部分的市售高功率二極管激光器極為方便地提供。在這些波長(zhǎng)上泵發(fā)鉺離子，將使鉺離子能放大大約1535～1565nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的信號(hào)光。這部分的橫截面積相對(duì)較小有助于可確保高強(qiáng)長(zhǎng)度，由此使得該信號(hào)波長(zhǎng)具有相當(dāng)大的增益。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，采用這種放大器或激光器產(chǎn)生的信號(hào)特性將在很大程度上取決于用于泵發(fā)光纖的二極管激光器本身的特性。


圖1示意了用附圖標(biāo)記110表示的現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)放大器的方框圖。該方框圖是對(duì)市售放大器，如Corning,N.Y公司出品的零件號(hào)為CL-10的光纖增益(FiberGainTM)模塊的簡(jiǎn)化示意。放大器110包括一個(gè)摻雜有稀土元素離子的光纖112。在該優(yōu)選實(shí)施例中，摻雜劑是鉺。諸如釹的其它稀土元素離子業(yè)已用作光纖的摻雜劑，但鉺仍是最常用和最好的。光纖112提供一個(gè)用于接收光輸入信號(hào)LIN的輸入端114，以及一個(gè)用于提供經(jīng)放大的光輸出信號(hào)LOUT1的輸出端116。
放大器110還包括一個(gè)典型地為二極管激光器的光源裝置118。二極管118通過將能量“泵”入光纖112以將功率耦合到放大器，因此它也可稱為激光泵二極管。具體來說，二極管激光器118提供的光被光纖112中的鉺離子吸收，將這些離子泵激到一個(gè)高能級(jí)當(dāng)減弱的LIN信號(hào)進(jìn)入光纖112時(shí)，受激的鉺離子在稱為受激發(fā)射的過程中將其能量傳遞給該信號(hào)。結(jié)果，光纖112提供經(jīng)放大的光輸出信號(hào)LOUT1。二極管激光器118的陽極提供一個(gè)用于接收放大控制電流IC的輸入端120。為便于說明，所示的二極管激光器118的陰極接地。然而應(yīng)理解的是，可利用其它可選結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)二極管激光器118的激發(fā)和去激。
放大器110還包括一個(gè)典型地為光電二極管的泵功率探測(cè)器122。功率探測(cè)器122離提供光源的二極管激光器118很近，因此，提供一個(gè)與泵二極管激光器118的光強(qiáng)LPLD直接成正比的電信號(hào)IINT1。在放大器110的輸出端124可檢測(cè)信號(hào)IINT1。市售的放大器中，由于功率探測(cè)器122與二極管激光器118之間的物理關(guān)系，它常被稱為“背面探測(cè)器”。具體來說，二極管激光器118發(fā)出的一小部分光“向后”反射到該探測(cè)器，由此給該探測(cè)器取這個(gè)名字。在本技術(shù)領(lǐng)域中我們知道，光電二極管將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，即，IINT1，指示被探測(cè)光的強(qiáng)度。
雖然圖1中的放大器110與中繼器相比有很多優(yōu)點(diǎn)，但試圖提高包括設(shè)備穩(wěn)定性的光學(xué)系統(tǒng)性能的開發(fā)工作一直在繼續(xù)。例如，在本技術(shù)領(lǐng)域我們知道，需包括一個(gè)調(diào)節(jié)IC以使光輸出信號(hào)LOUN1保持恒定的反饋電路。因此，當(dāng)LIN的強(qiáng)度或波長(zhǎng)改變時(shí)，改變IC以使LOUT1保持在恒定電平。當(dāng)LIN降至低于某一電平或完全消失時(shí)，反饋系統(tǒng)將試圖大大增加IC的幅度。然而，當(dāng)超出一定的光輸出功率電平時(shí)，二極管118將被損壞。因此，這種系統(tǒng)將包括一個(gè)IC的限流器，將該電流限制在不會(huì)產(chǎn)生光輸出功率的破壞電平的值。隨著二極管118的老化，其功效降低。產(chǎn)生的光輸出電平低于給定的IC。這就降低了放大器性能而且縮短了其使用壽命。
因此，顯然需要精密監(jiān)控光學(xué)放大器的泵功率。
目前已經(jīng)有包括光纖在內(nèi)的各種已知光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在它們的波導(dǎo)的一個(gè)中間位置或不同的中間位置裝有嵌入式光柵，用于從各自的光波導(dǎo)注入或射出光。例如，在1988年6月7日頒證給Aberson,Jr等人的美國專利NO.4,749,248，公開了一種用于從單模光纖分接射出或注入光的裝置。Aberson,Jr.等人公開了通過至少在光纖的核芯上形成一個(gè)適當(dāng)周期的光柵，可將光纖中的導(dǎo)模轉(zhuǎn)變?yōu)樗淼佬?yīng)漏模，或相反，或者通過將其轉(zhuǎn)變?yōu)槁┠?，將?dǎo)模從核芯移入包層，以及最終全都從光纖，或通過將適當(dāng)波長(zhǎng)的光從光纖外部導(dǎo)向光柵以在光纖包層內(nèi)傳播，并通過光柵轉(zhuǎn)變?yōu)楹诵緝?nèi)的導(dǎo)模，將適當(dāng)波長(zhǎng)的光注入核芯以在其上形成一個(gè)導(dǎo)模。從核芯移出的導(dǎo)?？捎糜诒O(jiān)控光學(xué)放大器的激光泵功率。即使這種裝置在某些應(yīng)用上可取得滿意的結(jié)果，但仍然存在一個(gè)大的缺陷，即，這種方法導(dǎo)致大量光功率從光纖中流失。這至少部分歸因于一個(gè)事實(shí)，由于光柵垂直于核芯的縱向軸施加，導(dǎo)模向漏模的轉(zhuǎn)換在光纖軸附近都均勻分布，這樣當(dāng)利用這種方法從光纖分接出光時(shí)，很大比例的漏模沒有被傳感裝置捕獲。
本發(fā)明的目的是提供一種具有嵌入式閃爍光柵光波導(dǎo)的光學(xué)放大器監(jiān)控器。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于高精度測(cè)量光學(xué)放大器中的激光泵功率的裝置。
監(jiān)控激光泵功率的傳統(tǒng)技術(shù)解決方案是使用激光泵的背面來監(jiān)控其功率。然而，背面的穩(wěn)定性和老化問題使得利用這種方法難于或根本不可能高精度測(cè)量泵功率。泵激光器經(jīng)常采用光纖布拉格光柵來穩(wěn)定其波長(zhǎng)。然而，如果使用閃爍光柵，則泵功率從光柵流出耦合到探測(cè)器并被監(jiān)控。本發(fā)明的方法使元件最少，而且能實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖耦合功率的直接監(jiān)控。另外，可以類似方法采用從WDM耦合出光來監(jiān)控泵功率。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種具有監(jiān)控器分接頭的反饋、前饋光學(xué)電路，該電路包括一個(gè)在激光波長(zhǎng)λL有一反射帶的布拉格光柵，用于將入射其上的不大于10％的光向后反射以提供反饋，所述布拉格光柵設(shè)置在有核芯和包層的光纖內(nèi)，而且其中所述布拉格光柵有一個(gè)反射光譜，該光譜有一個(gè)或多個(gè)鄰近該波長(zhǎng)反射頻帶的旁瓣，用于反射波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)不同于激光波長(zhǎng)λL的一個(gè)或多個(gè)旁瓣的光，所述布拉格光柵還有一個(gè)相對(duì)于光纖的光軸的光柵最強(qiáng)光區(qū)，該光柵有一個(gè)閃爍角將入射到其上不足5％的光從光纖透過包層射出，所述光的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)λL，而且光柵的傳輸光譜使得入射到其上的至少85％的光通過光柵傳播，而不在波長(zhǎng)λL反射回來；以及包括一個(gè)探測(cè)器，用于接收和探測(cè)從包層透射出的光。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一個(gè)具有監(jiān)控器分接頭的反饋、前饋光學(xué)電路，該電路包括(a)一個(gè)用于提供激光波長(zhǎng)為λL的光的泵激光器；(b)一個(gè)設(shè)置在光纖的核芯內(nèi)用于從泵激光器接收激光波長(zhǎng)λL的閃爍光纖布拉格光柵，所述閃爍光纖布拉格光柵在激光波長(zhǎng)λL處有一個(gè)反射帶，用于將入射到其上不大于10％的光向后反射以提供反饋，所述閃爍光纖布拉格光柵有一個(gè)反射光譜，該光譜有一個(gè)或多個(gè)鄰近該反射帶的旁瓣，所述旁瓣有用于反射波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)旁瓣的光，而且其中所述旁瓣的波長(zhǎng)不同于激光波長(zhǎng)λL，所述閃爍光纖布拉格光柵的傳輸光譜使得入射到其上的至少85％的光通過光柵傳播，而不在波長(zhǎng)λL反射回來，而且所述閃爍光纖布拉格光柵還有一個(gè)相對(duì)于光纖的光軸的光柵最強(qiáng)光區(qū)，該閃爍光纖布拉格光柵的閃爍角使得它能將入射到其上的不足5％的光從光纖透過包層射出，所述從光纖射出的光波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)λL；(c)一個(gè)探測(cè)器，用于接收和探測(cè)從閃爍光纖布拉格光柵透過光纖包層射出的光，其中所述探測(cè)器用于提供一個(gè)控制信號(hào)；以及(d)一個(gè)控制電路，用于接收來自探測(cè)器的控制信號(hào)，并為泵激光器提供控制信號(hào)用于監(jiān)控泵激光器的功率電平。
現(xiàn)在根據(jù)附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，其中圖1示意了現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)放大器的方框圖；圖2示意了現(xiàn)有技術(shù)光波導(dǎo)的局部剖面圖；圖3表示另一現(xiàn)有技術(shù)光波導(dǎo)的局部剖面圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)放大器監(jiān)控器分接頭的原理圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)放大器監(jiān)控器分接頭的原理圖；圖6示出了通過閃爍光纖布拉格光柵的光信號(hào)的典型的探測(cè)器響應(yīng)；圖7(a)和7(b)示出了通過根據(jù)本發(fā)明的閃爍光纖布拉格光柵的光信號(hào)有旁瓣的探測(cè)器響應(yīng)；圖8示出了已通過根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的閃爍光纖布拉格光柵的光信號(hào)的探測(cè)器響應(yīng)，其中旁瓣與主信號(hào)相鄰。
轉(zhuǎn)到圖2，圖2所示意的現(xiàn)有技術(shù)光波導(dǎo)的局部剖面圖在美國專利NO.4,725,110中Glenn等人已經(jīng)闡明。光波導(dǎo)200的核芯220優(yōu)選為摻雜鍺的硅或玻璃絲。核芯220包含布拉格反射光柵210。通過將核芯透過包層暴露在兩個(gè)相關(guān)紫外光束的干涉圖形的照射下，這兩個(gè)光束以相對(duì)于光纖軸彼此成180°互補(bǔ)的兩個(gè)角度射入光纖，周期性光柵210或折射率擾動(dòng)被永久地施加到核芯。這導(dǎo)致出現(xiàn)光柵垂直光纖軸230放置的情況，以便它反射射入核芯220的光以在傳播方向在其上被引導(dǎo)傳播，只有在極窄范圍內(nèi)有一段波長(zhǎng)，沿光纖軸230朝著與原傳播方向相反的方向返回，以便這種反射光在核芯220內(nèi)被引導(dǎo)回原始光射入核芯220的點(diǎn)。另一方面，光柵210對(duì)于前面提到的窄波帶以外波長(zhǎng)的光是透射的，這樣它就不影響這種其它光的進(jìn)一步傳播。可以看到這個(gè)方法也有其缺陷，即，它不適合于從光纖各自端部以外的任何其它位置射出或射入大量光。
圖3示意了Meltz和Glenn在美國專利NO.5,042,897公開的另一現(xiàn)有技術(shù)光波導(dǎo)300的局部剖面圖。所示的波導(dǎo)300形成一段光纖，在此只描繪了其相對(duì)較短的一個(gè)縱向部分，而且它包括核芯360和圍繞核芯360的光纖包層320。核芯360結(jié)合了光柵區(qū)340，該光柵區(qū)340包括大量光柵元件310，每個(gè)光柵元件310都沿與核芯360的縱向軸330基本上成同一傾斜角α350延伸。光柵元件310在光纖300縱向彼此之間間距a370排列。
發(fā)明人均為Meltz等人的名稱為“嵌入式光波導(dǎo)光改向布拉格光柵裝置”的美國專利5,042,897和名稱為“嵌入式光學(xué)波導(dǎo)光改向和聚焦布拉格光柵裝置”的美國專利5,061,032，均包括含有光波導(dǎo)的光波導(dǎo)光改向裝置，如圖3所示，它有一個(gè)固體部分沿縱向軸330的第一路徑引導(dǎo)光，在遠(yuǎn)離該固體部分的端部位置嵌入至少一個(gè)光柵區(qū)340。光柵區(qū)340包括大量縱向間距a370以及與縱向軸330成傾斜角α350延伸的光柵元件310，以使到達(dá)第一路徑和沿波導(dǎo)300外部延伸的至少一個(gè)第二路徑之間的光柵元件310的光，以及位于從波導(dǎo)300預(yù)定距離的焦點(diǎn)和光柵區(qū)之間發(fā)散的光改向。當(dāng)光在第一或第二路徑導(dǎo)向光柵區(qū)340時(shí)，它被光柵元件310分別改向至第二和第一路徑中的另外一個(gè)相應(yīng)路徑，同時(shí)在光波長(zhǎng)在圍繞中心波長(zhǎng)范圍內(nèi)的另一個(gè)路徑上同相組合。通過將波導(dǎo)300暴露在兩個(gè)紫外輻射光束的干涉圖形下，光柵元件310可在波導(dǎo)300內(nèi)形成，這兩個(gè)紫外輻射光束相對(duì)于光柵區(qū)340的中心處與波導(dǎo)軸330成傾斜角α延伸的平面對(duì)稱。
在這些專利中提供的技術(shù)解決方案涉及與波導(dǎo)區(qū)(如核芯)的縱向軸成一個(gè)傾斜角寫入光柵元件，這樣由此形成的閃爍光柵改向在波導(dǎo)區(qū)縱向延伸的第一路徑，以及在光柵與波導(dǎo)外部之間以依賴于軸向波數(shù)或如此改向的光波長(zhǎng)的方向延伸的至少第二路徑之間的光。所示的第二路徑有一個(gè)在波導(dǎo)的縱向方考慮的尺寸，該尺寸基本上對(duì)應(yīng)光柵的相關(guān)尺寸，而且在第二路徑上有一個(gè)外部透鏡，根據(jù)光柵是用作從波導(dǎo)中分接出光還是向波導(dǎo)中注入光，該外部透鏡用于聚焦從光纖射出的光或校準(zhǔn)由外部光源向光柵射入的光。
并列式(in-line)光纖光柵已經(jīng)很普遍地用于制造光通信組件，短周期反射光柵和長(zhǎng)周期傳輸光柵很有用，并被廣泛用作光纖。曾特意使用長(zhǎng)周期并列式光柵用于將光耦合到光纖的包層中，而短周期布拉格光柵在多路復(fù)用器和彌散補(bǔ)償電路中通常用作反射光纖。例如以Ip名義申請(qǐng)的名稱為“色散補(bǔ)償裝置”、并轉(zhuǎn)讓給JDS Fitel公司的美國專利NO.5,557,468，公開了反射布拉格光柵在彌散補(bǔ)償器中的應(yīng)用。以Ip名義申請(qǐng)的名為“采用光纖布拉格光柵的多波長(zhǎng)濾波裝置”、并轉(zhuǎn)讓給JDS Fitel公司的美國專利NO.5,608,825，公開了反射布拉格光柵在多路復(fù)用器中的應(yīng)用。以Duck等人名義申請(qǐng)的名為“用于雙向傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)相關(guān)轉(zhuǎn)接器系統(tǒng)”、并轉(zhuǎn)讓給JDS Fitel公司的美國專利NO.5,748,363，公開了布拉格光纖衍射光柵和單獨(dú)摻雜鉺的光學(xué)放大器(EDFA)實(shí)現(xiàn)至少兩波長(zhǎng)雙向-單光纖-光學(xué)放大器模塊。在上面提到的‘468,‘825和‘363專利中，布拉格光柵設(shè)計(jì)成在布拉格反射波長(zhǎng)內(nèi)盡可能接近100％的反射率。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，采用并列式光纖布拉格光柵，允許大部分信號(hào)通過閃爍光柵傳輸，而且小百分比的信號(hào)流到監(jiān)控器分接頭。例如，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，閃爍光柵允許約97％傳輸，2-4％反射回進(jìn)入激光器光腔，以及約1％或更少的信號(hào)強(qiáng)度分給監(jiān)控器。
圖4提供了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)放大器監(jiān)控器分接頭的原理圖。采周散射光430來監(jiān)視光學(xué)放大器400中的泵功率。泵激光器410發(fā)出光信號(hào)415。光信號(hào)415通過閃爍光纖布拉格光柵420，該光柵使得一小百分比的信號(hào)415反射回到泵激光器，更小百分比的光信號(hào)415，即1％或更小，被送至光電探測(cè)器440。光電探測(cè)器440向控制電路450發(fā)送信號(hào)445?？刂齐娐?50又向泵激光器發(fā)送信號(hào)460用于控制激光泵功率。在現(xiàn)有技術(shù)中，泵激光器410的背面用于監(jiān)視激光泵功率。正如上面提到的，背面的穩(wěn)定性和老化問題對(duì)激光泵功率的高精度測(cè)量帶來困難。泵激光器常使用光纖布拉格光柵來穩(wěn)定波長(zhǎng)。然而，如果采用閃爍光柵，一些信號(hào)能耦合出光柵進(jìn)入到監(jiān)控信號(hào)的探測(cè)器。
或者，以類似方法采用從WDM耦合出的光來監(jiān)控激光泵功率。這在圖5中示意，圖5示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)放大器監(jiān)控器分接頭的原理，光學(xué)裝置500提供了到WDM 530的信號(hào)輸入520。泵激光器510向WDM 530發(fā)送激光以放大輸入信號(hào)520。信號(hào)540提供一個(gè)放大的輸出信號(hào)。閃爍光纖布拉格光柵設(shè)置在WDM 530內(nèi)，以提供數(shù)射光550作為分路到光電探測(cè)器560的光．光電探測(cè)器560向控制電路580發(fā)出控制信號(hào)570，控制電路580又向泵激光器510提供反饋信號(hào)590。反饋信號(hào)590用于調(diào)節(jié)激光泵的功率。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，閃爍光纖布拉格光柵設(shè)置在光纖的核芯內(nèi)。核芯被包層包覆。核芯結(jié)合了一個(gè)光柵區(qū)，該光柵區(qū)包括多個(gè)光柵元件，每個(gè)光柵元件與核芯的縱軸基本上成相同傾斜角α伸展。光柵元件沿核芯的縱軸方向等間距排列，這與包含圖3中描繪的閃爍光纖布拉格光柵的現(xiàn)有技術(shù)光纖類似。當(dāng)光柵元件按此方法排列時(shí)，相鄰光柵元件以相同周期性間距貫穿整個(gè)光柵區(qū)，但不包括光柵區(qū)兩端縱向相連的核芯區(qū)域。這樣，被導(dǎo)出或射入核芯的光，僅在光柵區(qū)而不是在光纖的別處被分別改向出或射入光纖，由此避免不必要和極不想要的光功率損失。雖然由于光柵元件的出現(xiàn)使得折射率改變，通過核芯傳播或射入核芯的光中僅一小部分在每個(gè)光柵元件處改向，接下來的是，或通過其包層離開光纖，或射入核芯，用于在其內(nèi)縱向傳播，光柵元件的積累效應(yīng)為，波長(zhǎng)在極窄范圍的光被大量改向。
此外，在任意一個(gè)光柵元件這樣改向出光纖的窄范圍內(nèi)的光，與在任何其它光柵元件改向的光之間成這樣的相位關(guān)系，使得由此形成的積累改向光束有基本平坦的波前，以便基本上沒有這種逃逸改向光束丟失而產(chǎn)生破壞性干擾成衍射。另外，這種逃逸改向光束在光纖外沿由前面提到的傾斜角α確定的單個(gè)方向傳播，雖然沿圓周方向扇面射出，而不是沿光纖周圍射出；這便于捕獲這種逃逸光以及增加實(shí)際捕獲這種光的比例。
這種波長(zhǎng)選擇性、全向改向效應(yīng)，使得在分路光在遠(yuǎn)離光纖任意一個(gè)端部的光柵區(qū)位置從光纖逃逸后，能很容易捕獲窄波長(zhǎng)帶內(nèi)的分接改向光。這樣，含有本發(fā)明傾斜光柵元件14的光柵區(qū)，構(gòu)成了光纖內(nèi)的一個(gè)波長(zhǎng)選擇分接頭。
圖6示出了光信號(hào)通過閃爍光纖布拉格光柵時(shí)的典型的探測(cè)器響應(yīng)。選擇閃爍光柵以便探測(cè)器響應(yīng)表示被監(jiān)控的泵激光器的波長(zhǎng)。光信號(hào)在通過閃爍光柵時(shí)產(chǎn)生偏振。閃爍光柵的應(yīng)用已在發(fā)明人均為Strasser和Wagener的美國專利NO.5,850,302、美國專利NO.5,832,156和美國專利NO.6,002,822中公開,這些專利公開了包括光學(xué)波導(dǎo)分接頭的產(chǎn)品。Strasser等人公開的閃爍角典型地約小于15度，而且閃爍角的選擇依據(jù)允許的偏振依賴性和想要的模式耦合效率。閃爍角越大，越具有偏振依賴性，這就是光柵的特性。例如，8度的閃爍角表示在耦合功率中的偏振靈敏度小于0.35dB。另一方面，對(duì)于給定的折射率變化，耦合效率隨閃爍角的增大而減小。
然而，當(dāng)從激光泵發(fā)出的光信號(hào)通過閃爍光纖布拉格光柵傳播時(shí)，信號(hào)產(chǎn)生漂移，例如，假設(shè)監(jiān)控波長(zhǎng)為980nm，在通過閃爍布拉格光柵后將不再能探測(cè)到。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，這種情況可通過提供一個(gè)折射率有明顯變化以產(chǎn)生具有旁瓣的探測(cè)器響應(yīng)的閃爍光柵來彌補(bǔ)。這種探測(cè)器響應(yīng)的例子在圖7(a)和7(b)中示意。通常，旁瓣由變跡法確定。例如，一個(gè)純理論的高斯變跡法可去掉波瓣。如果不采用變跡法，將產(chǎn)生很多波瓣。然而，采用高斯變跡法和不采用變跡法產(chǎn)生的變跡程度的不同如圖7(a)和7(b)所示。如果希望的話，通過在光柵中產(chǎn)生縫合誤差可增強(qiáng)旁瓣?？p合誤差是光柵內(nèi)有一系列相位漂移的光柵周期的不規(guī)則變化。這些相位漂移典型地為每一個(gè)50或100μm。
比較圖7(a)和7(b)，很明顯圖7(b)中探測(cè)器響應(yīng)曲線從圖7(a)所示的探測(cè)器響應(yīng)曲線向右漂移。方便地通過變跡法其中一個(gè)旁瓣移入探測(cè)器窗口作為在此討論的例子監(jiān)控980nm波長(zhǎng)的激光泵。這樣，例如激光泵產(chǎn)生的信號(hào)中分路的一小部分，例如，約1％，被光電探測(cè)器接收。
圖8示意了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，旁瓣810和820與主信號(hào)800在980nm處相鄰。閃爍光柵的折射率變化如上所述確定。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，為避免光信號(hào)在通過閃爍光柵后的強(qiáng)變跡相關(guān)性，閃爍角保持在4到10度之間。此外，耦合效率隨閃爍角的增大而降低。
上述的本發(fā)明實(shí)施例只是本發(fā)明的示例，在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下可對(duì)本發(fā)明的特定實(shí)施例作出許多修改、變化和改動(dòng)，這些都將落入權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1．一種具有監(jiān)控器分接頭的反饋、前饋光學(xué)電路，包括一個(gè)布拉格光要柵，它在激光波長(zhǎng)λL有一個(gè)反射帶，用于將入射其上的不大于10％的光向后反射以提供反饋，所述布拉格光柵設(shè)置在具有核芯和包層的光纖內(nèi)，而且其中所述布拉格光柵有一個(gè)反射光譜，該光譜具有一個(gè)或多個(gè)旁瓣鄰近該波長(zhǎng)反射帶，用于反射波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于不同于激光波長(zhǎng)λL的一個(gè)或多個(gè)旁瓣的光，所述布拉格光柵還具有一個(gè)相對(duì)于光纖光軸的光柵最強(qiáng)光區(qū)，該光柵具有一個(gè)閃爍角，將入射到其上不足5％的光透過包層射出光纖，所述光具有一個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)λL，而且該光柵具有一個(gè)傳輸光譜，以便入射到其上至少85％的光通過該光柵傳播，而不在波長(zhǎng)λL向后反射，以及一個(gè)探測(cè)器，用于接收和探測(cè)從包層透射出的光，用于提供一個(gè)控制信號(hào)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的反饋、前饋光學(xué)電路，還包括一個(gè)提供具有激光波長(zhǎng)λL的激光的泵激光器。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的反饋、前饋光學(xué)電路，還包括一個(gè)控制電路，用于從探測(cè)器接收控制信號(hào)，并向泵激光器提供控制信號(hào)，用于對(duì)泵激光器的功率電平進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)中的至少一種功能。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的反饋、前饋光學(xué)電路，其中通過變跡法獲得一個(gè)或多個(gè)旁瓣。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的反饋、前饋光學(xué)電路，其中一個(gè)或多個(gè)旁瓣鄰近波長(zhǎng)λL。
6．根據(jù)權(quán)利要求4的反饋、前饋光學(xué)電路，其中通過在布拉格光柵中產(chǎn)生縫合誤差而增強(qiáng)旁瓣。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的反饋、前饋光學(xué)電路，其中閃爍角大于3°。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的反饋、前饋光學(xué)電路，其中閃爍角大于15°。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的反饋、前饋光學(xué)電路，其中閃爍角實(shí)際上為6°。
10．根據(jù)權(quán)利要求8的反饋、前饋光學(xué)電路，其中閃爍角大于等于4°并小于等于11°。
全文摘要
監(jiān)控泵激光器功率的傳統(tǒng)解決辦法是使用激光泵的背面來監(jiān)控其功率。然而,背面的穩(wěn)定性和老化問題使得利用該方法很難或甚至不可能高精度測(cè)量泵功率。泵激光器常采用光纖布拉格光柵來穩(wěn)定其波長(zhǎng)。然而,如果采用并列式光纖布拉格光柵,則泵功率將從光柵耦合到探測(cè)器并被監(jiān)控。本發(fā)明的方法可使元件最少,并提供對(duì)光纖耦合功率的直接監(jiān)控?；蛘?可以類似方法采用從WDM耦合出光來監(jiān)控泵功率。
文檔編號(hào)H01S5/14GK1312623SQ0111723
公開日2001年9月12日 申請(qǐng)日期2001年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月1日
發(fā)明者詹妮弗·阿斯白爾, 唐納德·R.·齊默爾曼 申請(qǐng)人:Jds尤尼費(fèi)斯公司