專(zhuān)利名稱(chēng)：大功率多波段多層摻稀土離子環(huán)芯光纖放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大功率多波段多層摻稀土離子環(huán)芯光纖放大器，屬于大功率寬帶光纖 放大器、激光器、特種光纖領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
摻稀土光纖放大器以其卓越的性能和低廉的價(jià)格，在光纖通信、工業(yè)加工、醫(yī)療、 軍事等領(lǐng)域取得了日益廣泛的應(yīng)用。摻稀土元素有Nd，Sm, Ho, Er, Pr, Tm, Yb等，由于摻稀 土元素的光電學(xué)特性彼此之間都不相同，導(dǎo)致各摻稀土元素工作波長(zhǎng)范圍也不一樣。例如， 摻釹光纖放大器工作波長(zhǎng)范圍為900-950nm，1000-1150nm, 1320-1400nm ；摻鉺光纖放大器 工作波長(zhǎng)范圍為 550nm，850nm, 980-1000nm, 1500-1600nm, 1660nm, 1720nm, 2700nm ；摻鐿 光纖放大器工作波長(zhǎng)范圍為970-1040nm ；摻釷光纖放大器工作波長(zhǎng)范圍為455nm，480nm， 803-825nm, 1460-1510nm, 1700-2015nm, 2250-2400nm ；摻鐠光纖放大器工作波長(zhǎng)范圍為 490nm,520nm,601_618nm，631_641nm，707_725nm，880_886nm，902_916nm，1060-1llOnm， 1260-1350nm ；摻鈥光纖放大器工作波長(zhǎng)范圍為 550nm，753nm, 1380nm, 2040_2080nm， 2900nm，摻釤光纖放大器工作波長(zhǎng)范圍為651nm。摻不同的玻璃基質(zhì)的稀土離子，其增益帶 寬與性質(zhì)也有差異，例如純硅光纖玻璃基質(zhì)的摻鉺光纖，其波長(zhǎng)1500nm時(shí)增益半波譜寬為 7. 94nm，而鋁磷硅光纖玻璃基質(zhì)的摻鉺光纖，其波長(zhǎng)1500nm時(shí)增益半波譜寬為43. 3nm[ff. J. Miniscalco. Optical and electronic properties ofrare-earth ions in glasses in rare-earth doped fiber lasers and amplifier. NewYork :Marcel Dekker. 2001, pp 17-112]。2002年5月國(guó)際電信聯(lián)盟ITU-T組織將光纖通信系統(tǒng)光波段劃分如下0波段原始波段為1260-1360nm，E波段擴(kuò)展波段為1360-1460·；S波段短波長(zhǎng)波段為1460-1530nm，C波段常規(guī)波段為1530-1565nm ；L波段長(zhǎng)波長(zhǎng) 波段為1565-1625nm ；U波段超長(zhǎng)波長(zhǎng)波段為1625_1675nm。實(shí)現(xiàn)研究表明，制作C波段摻鉺光纖放大器需要有源光纖長(zhǎng)度為2. 5米，而制作L 波段摻鉺光纖放大器需要有源光纖長(zhǎng)度為10米[傅永軍簡(jiǎn)偉鄭凱等.鉍鎵鋁共摻的高 濃度摻鉺光纖及放大器.光電子技術(shù).2007，27(1) :17-19]。顯然，僅僅采用一個(gè)摻鉺光纖 放大器是無(wú)法實(shí)現(xiàn)C波段與L波段兩波段的信號(hào)光放大?，F(xiàn)有的光纖放大器能放大的信號(hào)光僅僅為單波段的信號(hào)光，帶寬通常只有幾十 nm?，F(xiàn)有實(shí)現(xiàn)多波段信號(hào)光的器件中，需要先將信號(hào)光分波處理為單個(gè)波段信號(hào)光，然后對(duì) 單個(gè)波段信號(hào)光分別配置對(duì)應(yīng)的摻稀土離子類(lèi)型的光纖放大器，最后將放大的單個(gè)波段信 號(hào)光進(jìn)行合波處理，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、引入的插入損耗大、分立元件多，可靠性差、對(duì)環(huán)境敏感且成 本很高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的雙包層光纖放大器僅僅只能放大單波段的信號(hào)光、現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)多波段信號(hào)光放大器件中由于需要對(duì)信號(hào)光分波、放大與合波處理而引起的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、插入損耗大、分立元件多，可靠性差、對(duì)環(huán)境敏感且成本很高等缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種大功率多波 段多層摻稀土離子環(huán)芯光纖放大器。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種大功率多波段多層摻稀土離子環(huán)芯光纖放大器，該放大器包括泵浦光、信號(hào) 光和有源光纖，有源光纖采用的是N層摻稀土離子環(huán)芯光纖，2 ^ N^ 10,泵浦光耦合進(jìn)有 源光纖，實(shí)現(xiàn)對(duì)多波段信號(hào)光放大。 第一泵浦光對(duì)有源光纖進(jìn)行端面泵浦或側(cè)面泵浦，或第一泵浦光和第二泵浦光同 時(shí)端面泵浦與側(cè)面泵浦。第一泵浦光或第一泵浦光和第二泵浦光為N層摻稀土離子環(huán)芯光纖中摻稀土離 子吸收截面對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)光源。第一泵浦光或第一泵浦光和第二泵浦光，或由多個(gè)不同的波長(zhǎng)范圍的泵浦光構(gòu) 成，其總的泵浦光波長(zhǎng)范圍對(duì)應(yīng)N層摻稀土離子環(huán)芯光纖中摻稀土離子吸收截面對(duì)應(yīng)的波 長(zhǎng)范圍內(nèi)。為了將摻稀土元素工作波長(zhǎng)范圍全部覆蓋上，這里定義A波段最短波長(zhǎng)波段為 小于1260nm ；Z波段最長(zhǎng)波長(zhǎng)波段為大于1675nm。本發(fā)明的有益效果具體如下這種大功率多波段多層摻稀土離子環(huán)芯光纖放大 器，包括泵浦光、信號(hào)光和N層摻稀土離子環(huán)芯光纖，能同時(shí)放大A、0、E、S，C，L，U、Z波段 的信號(hào)光，10。相對(duì)于現(xiàn)有的雙包層光纖放大器僅僅只能放大單波段的信號(hào)光，本 發(fā)明的這種大功率多波段多層摻稀土離子環(huán)芯光纖放大器實(shí)現(xiàn)了多波段信號(hào)光放大?，F(xiàn)有 實(shí)現(xiàn)多波段信號(hào)光放大的器件中，需要先將信號(hào)光分波處理為單個(gè)波段信號(hào)光，然后對(duì)單 個(gè)波段信號(hào)光分別配置對(duì)應(yīng)的摻稀土離子類(lèi)型光纖放大器，最后將放大的單個(gè)波段信號(hào)進(jìn) 行合波處理。由于采用N層摻稀土離子環(huán)芯光纖存在一個(gè)共同的中心包層區(qū)，因此極大提 高了泵浦效率。采用本發(fā)明的這種大功率多波段多層摻稀土離子環(huán)芯光纖放大器由于減少 了器件，結(jié)構(gòu)更加緊湊，插入損耗降低，可靠性提高，受環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為大功率兩波段兩層摻稀土離子圓環(huán)芯光纖放大器示意圖。圖2為圖1采用的有源光纖截面圖。圖3為大功率三波段三層摻稀土離子長(zhǎng)方環(huán)芯放大器示意圖。圖4為圖3采用的有源光纖截面圖。圖5為大功率四波段五層摻稀土離子橢圓環(huán)芯光纖放大器示意圖。
圖6為圖5采用的有源光纖截面圖。圖7為大功率八波段十層摻稀土離子圓環(huán)芯光纖放大器示意圖。圖8為圖7采用的有源光纖截面圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例一
一種大功率兩波段兩層摻稀土離子圓環(huán)芯光纖放大器如圖1所示，該放大器包括第一泵浦光5、信號(hào)光6和有源光纖7，有源光纖7為兩層摻稀土離子圓環(huán)芯光纖，有源 光纖7截面圖如圖2所示，該有源光纖中心為硅芯區(qū)1、硅芯區(qū)1外，由內(nèi)到外分布第一摻稀 土離子環(huán)芯41、第二摻稀土離子環(huán)芯42，外包層3。第一摻稀土離子環(huán)芯41的摻稀土離子 為鉺離子，第二摻稀土離子環(huán)芯42摻稀土離子為鐿離子。第一泵浦光5為鉺離子、鐿離子吸收截面對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)光源。第一泵浦光5，或由兩個(gè)不同的波長(zhǎng)范圍的泵浦光構(gòu)成，一個(gè)為鉺離子吸收截面對(duì) 應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)光源，一個(gè)為鐿離子吸收截面對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)光源。信號(hào)光6波長(zhǎng)為A波段的IOOOnm與C波段的1550nm ；第一泵浦光5耦合進(jìn)有源 光纖，對(duì)有源光纖進(jìn)行端面泵浦，實(shí)現(xiàn)對(duì)A波段的IOOOnm與C波段的1550nm的信號(hào)光的放 大。實(shí)施例二一種大功率三波段三層摻稀土離子長(zhǎng)方環(huán)芯放大器如圖3所示，該放大器包括 第一泵浦光5、信號(hào)光6和有源光纖7，有源光纖7為三層摻稀土離子長(zhǎng)方環(huán)芯放大，有源光 纖7截面圖如圖4所示，該有源光纖中心為硅芯區(qū)1、硅芯區(qū)1外，由內(nèi)到外分布第一摻稀土 離子環(huán)芯41、第一硅環(huán)芯21、第二摻稀土離子環(huán)芯42、第二硅環(huán)芯22、第三摻稀土離子環(huán)芯 43、第三硅環(huán)芯23、外包層3。第一摻稀土離子環(huán)芯41的摻稀土離子為釹鐿互摻離子，第二摻稀土離子環(huán)芯42 摻稀土離子為鈥離子，第三摻稀土離子環(huán)芯43的摻稀土離子為釷離子。第一泵浦光5為鐿離子、鈥離子及釷離子吸收截面對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)光源。第一泵浦光5，或由兩個(gè)不同的波長(zhǎng)范圍的泵浦光構(gòu)成，一個(gè)為鐿離子和鈥離子吸 收截面對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)光源，一個(gè)為釷離子吸收截面對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)光源。信號(hào)光6波長(zhǎng)范圍為A波段的1000-1 lOOnm，E波段的1380nm，Z波段的 2050-2060nm與ISOOnm ；第一泵浦光5耦合進(jìn)有源光纖，對(duì)有源光纖3進(jìn)行側(cè)面泵浦，實(shí)現(xiàn) 對(duì)A波段的1000-1 lOOnm，E波段的1380nm，Z波段的2050_2060nm與1800nm的信號(hào)光的放 大。實(shí)施例三—種大功率四波段五層摻稀土離子橢圓環(huán)芯光纖放大器如圖5所示，該放大器包 括第一泵浦光5與第二泵浦光51、信號(hào)光6和有源光纖7，有源光纖7為五層摻稀土離子 橢圓環(huán)芯光纖，有源光纖7截面圖如圖6所示，該有源光纖中心為硅芯區(qū)1、硅芯區(qū)1外，由 內(nèi)到外分布第一摻稀土離子環(huán)芯41、第一硅環(huán)芯21、第二摻稀土離子環(huán)芯42、第二硅環(huán)芯 22、第三摻稀土離子環(huán)芯43、第三硅環(huán)芯23、第四摻稀土離子環(huán)芯44、第四硅環(huán)芯24、第五 摻稀土離子環(huán)芯45、第五硅環(huán)芯25、外包層3。第一摻稀土離子環(huán)芯41的摻稀土離子為鉺鐿互摻離子，第二摻稀土離子環(huán)芯42 的摻稀土離子為鐠離子，第三摻稀土離子環(huán)芯43的摻稀土離子為釤離子，第四摻稀土離子 環(huán)芯44的摻稀土離子為釹離子，第五摻稀土離子環(huán)芯45的摻稀土離子為鉺離子。第一泵浦光5與第二泵浦光51為鐿離子、鐠離子、鉺離子、釤離子和釹離子吸收截 面對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)光源。信號(hào)光6波長(zhǎng)范圍為A波段的651nm與1060nm，0波段為1310nm，C波段為1550nm與U波段的1660nm;第一泵浦光5與第二泵浦光51耦合進(jìn)有源光纖，對(duì)有源光纖3同時(shí)進(jìn) 行端面泵浦與側(cè)面泵浦，實(shí)現(xiàn)對(duì)A波段的651nm與1060nm，0波段為1310nm，C波段為1550nm 與U波段的1660nm的信號(hào)光的放大。實(shí)施例四一種大功率八波段十層摻稀土離子圓環(huán)芯光纖放大器如圖7所示，該放大器包 括第一泵浦光5、信號(hào)光6和有源光纖7，有源光纖7為十層摻稀土離子圓環(huán)芯光纖，有源 光纖7截面圖如圖8所示，該有源光纖中心為硅芯區(qū)1、硅芯區(qū)1外，由內(nèi)到外分布第一摻 稀土離子環(huán)芯41、第二摻稀土離子環(huán)芯42、第三摻稀土離子環(huán)芯43、第四摻稀土離子環(huán)芯 44、第五摻稀土離子環(huán)芯45、第六摻稀土離子環(huán)芯46、第一硅環(huán)芯21、第七摻稀土離子環(huán)芯 47、第八摻稀土離子環(huán)芯48、第九摻稀土離子環(huán)芯49、第十摻稀土離子環(huán)芯410、第二硅環(huán) 芯22、外包層3。第一摻稀土離子環(huán)芯41的摻稀土離子為鐿離子，第二摻稀土離子環(huán)芯42的摻稀 土離子為鉺離子，第三摻稀土離子環(huán)芯43的摻稀土離子為釹鐿互摻離子，第四摻稀土離子 環(huán)芯44的摻稀土離子為鈥離子，第五摻稀土離子環(huán)芯45的摻稀土離子為釷離子，第六摻稀 土離子環(huán)芯46的摻稀土離子為鉺鐿互摻離子，第七摻稀土離子環(huán)芯47的摻稀土離子為鐠 離子，第八摻稀土離子環(huán)芯48的摻稀土離子為釤離子，第九摻稀土離子環(huán)芯49的摻稀土離 子為釹離子，第十摻稀土離子環(huán)芯410的摻稀土離子為鐿離子。第一泵浦光5為鉺離子、鐿離子、鈥離子，釷離子，鐠離子，釤離子和釹離子吸收截 面對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)光源。第一泵浦光5，可由三個(gè)不同的波長(zhǎng)范圍的泵浦光構(gòu)成，一個(gè)為鉺離子、鐿離子和 鈥離子，吸收截面對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)光源，一個(gè)為釷離子和鐠離子吸收截面對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范 圍內(nèi)光源，一個(gè)為釤離子和釹離子吸收截面對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)光源。信號(hào)光6波長(zhǎng)范圍為A波段的455nm，550nm，651nm，1060nm與lllOnm, 0波段的 1330nm, E 波段的 1380nm，S 波段的 1520_1530nm，C 波段的 1550_1560nm，L 波段的 1600nm， U波段的1660nm及Z波段的2900nm ；第一泵浦光5耦合進(jìn)有源光纖，對(duì)有源光纖7進(jìn)行側(cè) 面泵浦，實(shí)現(xiàn)對(duì)A波段的455nm，550nm, 651nm, 1060nm與lllOnm，0波段的1330nm，E波段的 1380nm,，S 波段的 1520_1530nm，C 波段的 1550_1560nm，L 波段的 1600nm，U 波段的 1660nm 及Z波段的2900nm的信號(hào)光的放大。本發(fā)明采用的N層摻稀土離子環(huán)芯光纖，2彡N彡10，即為2009. 12. 18由 北京交通大學(xué)申請(qǐng)的發(fā)明名稱(chēng)為“多層摻稀土離子環(huán)芯光纖及其制作方法”，申請(qǐng)?zhí)?200910243346. 3，的光纖。該光纖的特征為該光纖中心為硅芯區(qū)1、硅芯區(qū)1外，由內(nèi) 到外分布第一摻稀土離子環(huán)芯41、第二摻稀土離子環(huán)芯42...第N摻稀土離子環(huán)芯4N， 2彡N彡10，第N摻稀土離子環(huán)芯4N的外邊分布外包層3。第一摻稀土離子環(huán)芯41、第二摻稀土離子環(huán)芯42、...第N摻稀土離子環(huán)芯4N的 折射率相等；硅芯區(qū)1的折射率低于第一摻稀土離子環(huán)芯41、第二摻稀土離子環(huán)芯42、...第N 摻稀土離子環(huán)芯4N的折射率；外包層3的折射率低于硅芯區(qū)1的折射率。第一摻稀土離子環(huán)芯41、第二摻稀土離子環(huán)芯42...第N摻稀土離子環(huán)芯4N、外包層3之間由內(nèi)到外分布為第一硅環(huán)芯21、第二硅環(huán)芯22...第K硅環(huán)芯2K，0彡K彡N ；
第一硅環(huán)芯21...第K硅環(huán)芯2K的折射率與硅芯區(qū)1的折射率相等。
權(quán)利要求
一種大功率多波段多層摻稀土離子環(huán)芯光纖放大器，該放大器包括泵浦光、信號(hào)光和有源光纖；其特征在于有源光纖采用的是N層摻稀土離子環(huán)芯光纖，2≤N≤10，泵浦光耦合進(jìn)有源光纖，實(shí)現(xiàn)對(duì)多波段信號(hào)光放大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率多波段多層摻稀土離子環(huán)芯光纖放大器，其特征在 于第一泵浦光對(duì)有源光纖進(jìn)行端面泵浦或側(cè)面泵浦，或第一泵浦光和第二泵浦光同時(shí)端 面泵浦與側(cè)面泵浦。
全文摘要
一種大功率多波段多層摻稀土離子環(huán)芯光纖放大器，屬于大功率寬帶光纖放大器、激光器、特種光纖領(lǐng)域。該光纖放大器包括泵浦光、信號(hào)光和有源光纖，有源光纖采用的是N層摻稀土離子環(huán)芯光纖，2≤N≤10，泵浦光耦合進(jìn)有源光纖，實(shí)現(xiàn)對(duì)多波段信號(hào)光放大。由于采用的N層摻稀土離子環(huán)芯光纖存在一個(gè)共同的中心包層區(qū)，因此極大提高了泵浦效率。相對(duì)于現(xiàn)有的雙包層光纖放大器僅僅只能放大單波段的信號(hào)光，本發(fā)明的光纖放大器實(shí)現(xiàn)了多波段信號(hào)光放大。相對(duì)于現(xiàn)有的多波段信號(hào)光放大器件，本發(fā)明的光纖放大器由于減少了器件，結(jié)構(gòu)更加緊湊，插入損耗降低，可靠性提高，受環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01S3/091GK101814687SQ20101003389
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者周倩, 寧提綱, 張帆, 李晶, 王春燦, 胡旭東, 裴麗, 譚中偉 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)