專利名稱：一種功率可調(diào)的近高斯譜摻鉺超熒光光纖光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖光源，更特別地說，是指一種功率可調(diào)的近高斯譜摻鉺超熒 光光纖光源。
背景技術(shù)：
非相干寬帶光源有很重要的應(yīng)用，如應(yīng)用于EDFA測量、光纖光柵研制、光譜 測試、光纖傳感、信號(hào)處理、波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)、光纖通信以及低成本的接入網(wǎng)等。與低 相干性超輻射發(fā)光二極管相比，基于稀土摻雜鉺光纖放大自發(fā)輻射(Amplified spontaneous emission, ASE)的寬帶光源由于具有內(nèi)在極寬的發(fā)射譜、高的輸出 功率、易與光纖系統(tǒng)耦合和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，從而成為制作低相干寬帶光源的最佳 選擇，近年來獲得了廣泛的研究。
多種結(jié)構(gòu)的摻鉺超熒光光纖光源(SFS)已被提出和研究，大致可分為單程前向、 單程后向、雙程前向、雙程后向等類型。在單程結(jié)構(gòu)中，向前或向后的光子都直接從 兩個(gè)光纖端輸出。在雙程前向結(jié)構(gòu)中，向后傳輸?shù)墓庾釉诘竭_(dá)端面時(shí)又被反射回來， 從前端輸出，光子在光纖中傳輸時(shí)不斷地被受激放大；同理，在雙程后向結(jié)構(gòu)中，向 前傳輸?shù)鹿庾釉诘竭_(dá)端面時(shí)被反射回來，從后端輸出。在這些結(jié)構(gòu)中，單程前向結(jié)構(gòu) 的光源在帶寬較寬時(shí)輸出功率很小，因而一般不被采用。單程后向結(jié)構(gòu)由于實(shí)現(xiàn)簡單 并且不容易形成激光而被廣泛釆用，根據(jù)摻鉺超熒光光纖光源的工作原理，這種結(jié)構(gòu) 光源的輸出光譜中包含1530"m和1560"m處的兩個(gè)峰值。在鉺纖長度固定的情況 下，1530"w和1560"m兩個(gè)波長的功率譜密度會(huì)隨泵浦功率的變化而變化，從而 使得輸出光譜的形狀發(fā)生很大改變。雙程結(jié)構(gòu)的光源可以得到更髙的輸出功率、更好 的波長穩(wěn)定性和更大的帶寬，但是為了得到寬帶平坦輸出需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的濾波器。另 外，跟單程后向結(jié)構(gòu)相似，對于平坦譜光源，當(dāng)改變泵浦功率時(shí)雙程結(jié)構(gòu)光源的輸出 光譜形狀也會(huì)隨之發(fā)生改變。美國專利申請?zhí)?,144,788，申請日2000年11月7日，公開了一種高穩(wěn)定光 纖光源。該光纖光源為單程后向結(jié)構(gòu)的摻鉺超熒光光纖光源，其泵源的波長是 980nm,并采用摻鉺光纖作為光源輸出光譜的濾波器，濾波器在隔離器之前，該結(jié) 構(gòu)參見US006144788A中公開的圖5所示。該光纖光源輸出的光譜參見 US006144788A中公開的圖6所示。 發(fā)明 內(nèi) 容為了解決摻鉺超熒光光纖光源在鉺纖長度固定的情況下，1530 "m和1560"m 兩個(gè)波長的功率譜密度會(huì)隨泵浦功率的變化而變化，從而影響輸出光譜的形狀發(fā)生很 大改變的缺陷，本發(fā)明提供一種平均波長在1560"m附近、功率可調(diào)的近高斯譜摻 鉺超熒光光纖光源。本發(fā)明的一種功率可調(diào)的近髙斯譜摻鉺超熒光光纖光源的結(jié)構(gòu)為波長為 980nm的泵浦光源1的尾纖與波長為980nm/l550nm的第一波分復(fù)用器2的A 端入纖熔接，波長為980nm/1550nm的第一波分復(fù)用器2的B端尾纖與A段摻 鉺光纖3的一端熔接，A段摻鉺光纖3的另一端與波長為980nm/ 1550nm的第二 波分復(fù)用器4的A端入纖熔接，波長為9S0nm/ 1550nm的第二波分復(fù)用器4的D 端尾纖與法拉第旋轉(zhuǎn)鏡5的尾纖熔接，波長為980nm/1550nm的第一波分復(fù)用器 2的C端尾纖與B段摻鉺光纖6的一端熔接，B段摻鉺光纖6的另一端與隔離器7 的入纖熔接。所述的功率可調(diào)的近高斯譜摻鉺超熒光光纖光源，其波長為980"m的泵浦光源 l用于輸出980"m的泵浦光11。所述的功率可調(diào)的近高斯譜摻鉺超熒光光纖光源，其第一波分復(fù)用器2 —方面 把980"附泵浦光11傳輸給A段摻鉺光纖3;另一方面把A段摻鉺光纖3產(chǎn)生的C 信號(hào)光23傳輸給B段摻鉺光纖6; B段摻鉺光纖6作為光源輸出光譜的濾波器。所述的功率可調(diào)的近高斯譜摻鉺超熒光光纖光源，其特征在于法拉第旋轉(zhuǎn)鏡5 用于反射A信號(hào)光21，使光源輸出光譜的輸出功率增強(qiáng)了 1.5 2倍。本發(fā)明功率可調(diào)的近髙斯譜摻鉺超熒光光纖光源的優(yōu)點(diǎn)在于(1) 本發(fā)明采用雙程后向結(jié)構(gòu)，使得摻鉺超熒光光纖光源輸出的功率大于3mW。(2) 本發(fā)明用B段摻鉺光纖6作為A段摻鉺光纖3輸出光譜的濾波器，使得摻 鉺超熒光光纖光源輸出的光譜是近高斯形，且光譜的平均波長在1560" 附近，平 均波長的溫度穩(wěn)定性高。(3) 本發(fā)明釆用法拉第旋轉(zhuǎn)鏡5作為反射鏡，用于將A段摻鉺光纖3的輸出 光波的兩個(gè)偏振態(tài)的變化相同，使得摻鉺超熒光光纖光源輸出光波的偏振度幾乎接近零。(4) 本發(fā)明采用法拉第旋轉(zhuǎn)鏡5作為反射鏡，輸出光波偏振度的溫度穩(wěn)定性高。(5) 本發(fā)明釆用法拉第旋轉(zhuǎn)鏡5作為反射鏡，輸出光譜的溫度穩(wěn)定性髙。(6) 本發(fā)明輸出光譜的平均波長在一定的泵浦功率范圍內(nèi)基本保持不變。(7) 本發(fā)明的輸出功率可調(diào)，光譜形狀基本保持不變。


圖1是本發(fā)明功率可調(diào)的近高斯譜摻鉺超熒光光纖光源的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明輸出光譜曲線。圖3A是平均波長與泵源驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系圖。圖3B是光功率與泵源驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系圖。圖3C是半最大值全寬與泵源驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系圖。圖4A是平均波長與環(huán)境溫度的關(guān)系圖。圖4B是功率與環(huán)境溫度的關(guān)系圖。圖4C是半最大值全寬與環(huán)境溫度的關(guān)系圖。圖中 1 .波長為980 "m的泵浦光源2.波長為980, / 1550"m的第一波分復(fù)用器 3.A段摻鉺光纖 4.波長為9S0"附/1550"m的第二波分復(fù)用器 5.法拉第旋轉(zhuǎn)鏡 6.B段摻鉺光纖 7.隔離器11.980"附泵浦光 12.剩余980腦泵浦光 21.A信號(hào)光 22.B信號(hào)光23.C信號(hào)光24.D信號(hào)光具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明是一種平均波長在1560,附近、功率可調(diào)的近髙斯譜摻鉺超熒光光纖 光源，參見圖1所示，該摻鉺超熒光光纖光源的波長為980"m的泵浦光源1的尾纖 與波長為980"w/1550"m的第一波分復(fù)用器2的A端入纖熔接，波長為 980, /1550,的第一波分復(fù)用器2的B端尾纖與A段摻鉺光纖3的一端熔接，A段摻鉺光纖3的另一端與波長為980 "附/ 1550腦的第二波分復(fù)用器4的A端入 纖熔接，波長為980 "附/1550 "/n的第二波分復(fù)用器4的D端尾纖與法拉第旋轉(zhuǎn)鏡 5的尾纖熔接；波長為980訓(xùn)/ 1550"附的第一波分復(fù)用器2的C端尾纖與B段摻 鉺光纖6的一端熔接，B段摻鉺光纖6的另一端與隔離器7的入纖熔接。在本發(fā)明中，波長為980wn的泵浦光源1用于輸出980"m的泵浦光11。該 980"w泵浦光11經(jīng)第一波分復(fù)用器2、 A段摻鉺光纖3、第二波分復(fù)用器4后，剩 余的980"m泵浦光12被第二波分復(fù)用器4濾掉(由B端輸出)。在本發(fā)明中，第一波分復(fù)用器2—方面把980扁泵浦光ll傳輸給A段摻鉺光 纖3;另一方面把A段摻鉺光纖3產(chǎn)生的C信號(hào)光23 (后向超熒光)傳輸給B段 摻鉺光纖6。 B段摻鉺光纖6作為光源輸出光譜的濾波器。在本發(fā)明中，第二波分復(fù)用器4 一方面把經(jīng)A段摻鉺光纖3輸出的剩余980腦 泵浦光12濾掉，另一方面把經(jīng)A段摻鉺光纖3輸出的A信號(hào)光21由D端傳輸至 法拉第旋轉(zhuǎn)鏡5。在本發(fā)明中，法拉第旋轉(zhuǎn)鏡5用于反射A信號(hào)光21 (A信號(hào)光21為具有光譜 是1520"m 1600"m的超熒光的光波信號(hào))，使得本發(fā)明公開的摻鉺超熒光光纖光 源的輸出功率增強(qiáng)。另外，法拉第旋轉(zhuǎn)鏡5可以消除偏振效應(yīng)對超熒光的光譜穩(wěn)定 性造成的影響。A信號(hào)光21經(jīng)法拉第旋轉(zhuǎn)鏡5反射后傳輸B信號(hào)光22給第二波分 復(fù)用器4。在本發(fā)明中，B段摻鉺光纖6作為A段摻鉺光纖3發(fā)出的超熒光的濾波器，濾 掉1530"m附近的光波，使得本發(fā)明的摻鉺超熒光光纖光源輸出的光譜中只留下 1560"m附近的光波，記為D信號(hào)光24。在本發(fā)明中，A段摻鉺光纖3被980"w泵浦光ll激發(fā)后，產(chǎn)生向前和向后傳 輸?shù)木哂泄庾V是1520 1600"w的超熒光，即向前的為A信號(hào)光21,向后的為C 信號(hào)光23。在本發(fā)明中，在B段摻鉺光纖6后接隔離器7，能夠有效地阻止外界光進(jìn)入光 源里，影響光源輸出光波的穩(wěn)定性。隔離器7選用工作波長為1550"m的光隔離器。 本發(fā)明摻鉺超熒光光纖光源的光路走向?yàn)?A)波長為980 , /1550 ■的第一波分復(fù)用器2用于將波長為980nm的泵浦 光源1輸出的980 "m泵浦光11傳輸給A段摻鉺光纖3;(B) A段摻鉺光纖3被980"m泵浦光21激發(fā)，并輸出信號(hào)光31和殘余的泵浦 光32;(C) 信號(hào)光31經(jīng)波長為980"m /1550"m的第二波分復(fù)用器4后被傳輸給法拉 第旋轉(zhuǎn)鏡5;(D) 信號(hào)光41經(jīng)法拉第旋轉(zhuǎn)鏡5反射后輸出信號(hào)光51，信號(hào)光51通過波長為 980騰/1550,的第二波分復(fù)用器4后輸出信號(hào)光42給A段摻鉺光纖3;(E) 信號(hào)光42中的一部分短波長的光被A段摻鉺光纖3吸收，同時(shí)信號(hào)光42 激發(fā)A段摻鉺光纖3中的長波長的光轉(zhuǎn)換成信號(hào)光22，信號(hào)光22進(jìn)入第一波分復(fù) 用器2;(F) 信號(hào)光22經(jīng)第一波分復(fù)用器2的C端輸出信號(hào)光23， B段摻鉺光纖6被信 號(hào)光23激發(fā)，并輸出信號(hào)光61給隔離器7，隔離器7輸出信號(hào)光71。本發(fā)明具有的功率可調(diào)的近高斯譜摻鉺超熒光光纖光源，有一個(gè)用于輸出 980,泵浦光的泵源(Pump);兩個(gè)980/1550"m的波分復(fù)用器(WDM)，其中第一 個(gè)用于把泵浦光傳輸給第一摻鉺光纖(EDF)，并把第一摻鉺光纖產(chǎn)生的后向超熒光傳 輸給第二摻鉺光纖，第二個(gè)用于把第一摻鉺光纖產(chǎn)生的前向超熒光傳輸?shù)椒ɡ谛D(zhuǎn) 鏡(FRM)，并防止殘余的980"m泵浦光被FRM反射；第一摻鉺光纖被泵浦光激勵(lì) 發(fā)出向前和向后傳輸?shù)?520 1600"w的超熒光；第二摻鉺光纖作為第一摻鉺光纖 發(fā)出的超熒光的濾波器，濾掉1530腦附近的光波，使得光源輸出的光譜中只留下 1560nm附近的光波，同時(shí)它發(fā)出的后向超熒光又作為了第一摻鉺光纖的輔助激勵(lì) 源； 一個(gè)用于防止光源形成激光的光隔離器(Isolator); —個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)鏡(FRM)， 用于反射第一摻鉺光纖發(fā)出的前向傳輸超熒光，使光源的輸出功率增強(qiáng)，它的另一個(gè) 作用是可以消除偏振效應(yīng)對超熒光的光譜穩(wěn)定性的影響。光源的輸出光譜如圖2所 示，偏振度為O.Ol。光源輸出光譜的主要特征參數(shù)是平均波長(Mean Wavelength)、總功率(Total Power)和半最大值全寬(FWHM)。圖中所示是光譜的特征參數(shù)與泵源驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān) 系曲線圖，泵源的輸出功率與驅(qū)動(dòng)電壓呈正比關(guān)系。圖3(a)是平均波長與泵源驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系曲線。從圖中得，隨驅(qū)動(dòng)電壓的增大， 平均波長減小。驅(qū)動(dòng)電壓小于0.6V時(shí)，平均波長急劇下降；驅(qū)動(dòng)電壓大于0.6V時(shí)， 平均波長的變化趨于平緩。圖3(b)是總功率與泵源驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系曲線。從圖中得，總功率跟驅(qū)動(dòng)電壓基本 呈正比關(guān)系，隨驅(qū)動(dòng)電壓的增大，總功率上升。圖3(c)是FWHM與泵源驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系曲線。此曲線的變化趨勢跟圖12(a)曲 線的變化趨勢相同。從圖中得到，當(dāng)泵源的驅(qū)動(dòng)電壓大于0.6V時(shí)，隨驅(qū)動(dòng)電壓的增加(即泵浦功率的增加)，光源的輸出功率隨之增加，而光譜的形狀卻表現(xiàn)出高穩(wěn)定性。圖4A、圖4B、圖4C、圖4D中是在一4CTC +6(rC范圍內(nèi)測試的光譜特征參數(shù)隨溫度變化的曲線。用如下公式計(jì)算光譜特征參數(shù)的最大相對變化，△i=2xiXmax:Xmm)xio6 u)幾max 八mjj!AP, = ~~~^ x 100% (2) 戶 +尸i f max ' f min爵服^^^^1扁 (3)式中，Ai表示平均波長的最大相對變化，I,表示平均波長的最大值，I，表 示平均波長的最小值，A^表示功率的最大相對變化，f^表示功率的最大值，《min 表示功率的最小值，AF『/fM表示半最大值全寬的最大相對變化，F(xiàn)『/ZM,表示半 最大值全寬的最大值，F(xiàn)『/fM皿表示半最大值全寬的最小值。用公式(1) (3)計(jì)算的 光譜特征參數(shù)在一4(TC + 6CrC范圍內(nèi)的相對變化如圖所示，平均波長、總功率和 半最大值全寬的相對變化分別為67ppm、 12.9%和2.2%。
權(quán)利要求
1、一種功率可調(diào)的近高斯譜摻鉺超熒光光纖光源，其特征在于波長為980nm的泵浦光源(1)的尾纖與波長為980nm/1550nm的第一波分復(fù)用器(2)的A端入纖熔接，波長為980nm/1550nm的第一波分復(fù)用器(2)的B端尾纖與A段摻鉺光纖(3)的一端熔接，A段摻鉺光纖(3)的另一端與波長為980nm/1550nm的第二波分復(fù)用器(4)的A端入纖熔接，波長為980nm/1550nm的第二波分復(fù)用器(4)的D端尾纖與法拉第旋轉(zhuǎn)鏡(5)的尾纖熔接，波長為980nm/1550nm的第一波分復(fù)用器(2)的C端尾纖與B段摻鉺光纖(6)的一端熔接，B段摻鉺光纖(6)的另一端與隔離器(7)的入纖熔接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率可調(diào)的近高斯譜摻鉺超熒光光纖光源，其特征在于 波長為980腦的泵浦光源(1)用于輸出980"m的泵浦光(11)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率可調(diào)的近高斯譜摻鉺超熒光光纖光源，其特征在于 第一波分復(fù)用器(2) —方面把980"m泵浦光(11)傳輸給A段摻鉺光纖(3); 另一方面把A段摻鉺光纖(3)產(chǎn)生的C信號(hào)光(23)傳輸給B段摻鉺光纖(6); B段摻鉺光纖(6)作為光源輸出光譜的濾波器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的功率可調(diào)的近高斯譜摻鉺超熒光光纖光源，其特征在于 法拉第旋轉(zhuǎn)鏡(5)用于反射A信號(hào)光(21)，使光源輸出光譜的輸出功率增強(qiáng)了 1.5 2倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種功率可調(diào)的近高斯譜摻鉺超熒光光纖光源，波長為980nm的泵浦光源(1)的尾纖與波長為980nm/1550nm的第一波分復(fù)用器(2)的A端入纖熔接，波長為980nm/1550nm的第一波分復(fù)用器(2)的B端尾纖與A段摻鉺光纖(3)的一端熔接，A段摻鉺光纖(3)的另一端與波長為980nm/1550nm的第二波分復(fù)用器(4)的A端入纖熔接，波長為980nm/1550nm的第二波分復(fù)用器(4)的D端尾纖與法拉第旋轉(zhuǎn)鏡(5)的尾纖熔接，波長為980nm/1550nm的第一波分復(fù)用器(2)的C端尾纖與B段摻鉺光纖(6)的一端熔接，B段摻鉺光纖(6)的另一端與隔離器(7)的入纖熔接。本發(fā)明采用雙程后向結(jié)構(gòu)，使得摻鉺超熒光光纖光源輸出的功率大于3mW，并且是一個(gè)能夠在平均波長為1560nm附近、功率可調(diào)的光纖光源。
文檔編號(hào)H01S3/091GK101270861SQ20081010351
公開日2008年9月24日 申請日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者晞 張, 張春熹, 張曦雯, 徐宏杰, 彥 李, 李立京, 楊德偉, 生 梁, 攀 歐, 許文淵 申請人:北京航空航天大學(xué)