專利名稱：用于光纖放大的大功率泵浦器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泵浦器件，尤其是一種用于光纖放大、采用波長復(fù)用泵浦源的大功率泵浦裝置。
光纖放大器被廣泛用于如波分復(fù)用系統(tǒng)等光傳輸系統(tǒng)中。
通常來講，光纖放大器的輸出功率受泵浦功率的限制。具體而言，在需要泵浦的單模光纖放大器中，泵浦功率將光纖放大器的輸出限制在幾百毫瓦。所以，為了獲得大功率，一個(gè)多模激發(fā)二極管可能會(huì)與一個(gè)涂層激發(fā)光纖或一個(gè)波束成形器一同使用。然而，多模激發(fā)二極管的輸出光強(qiáng)度(亮度)卻遠(yuǎn)小于單模激發(fā)二極管的輸出光強(qiáng)。這樣小的光強(qiáng)使光纖很難在高粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的情況下運(yùn)行。而高粒子數(shù)反轉(zhuǎn)對(duì)于在980納米發(fā)光的摻Y(jié)b3+光纖激光等三級(jí)系統(tǒng)、增益補(bǔ)償光纖放大器、摻鉺光纖放大器(EDFA)來說，是必需的。
采用大功率二極管泵浦的另一種方法是使用許多個(gè)二極管。

圖1所示即是采用多個(gè)二極管的一個(gè)光纖放大器。圖1所示的放大器含有第一單向波導(dǎo)管100、第一激光二極管(LD)單元110、第一波分復(fù)用合并器120、一個(gè)EDF130、第二波分復(fù)用合并器140、第二LD單元150、和第二單向波導(dǎo)管160。
第一和第二LD單元110和150包括一個(gè)控制單元151、第一LD152、第二LD153、第三LD154和第四LD155、用來對(duì)第一LD152和第二LD153泵浦出的同樣波長的光進(jìn)行極化合并的第一極化束合并器156、用來對(duì)第三LD154和第四LD155泵浦出的同樣波長的光進(jìn)行極化合并的第二極化束合并器157、用來對(duì)第一極化束合并器156和第二極化束合并器157輸出的不同波長的光進(jìn)行合并的第三波分復(fù)用合并器158。
各個(gè)LD152、153、154和155按照控制單元151的控制信號(hào)產(chǎn)生預(yù)定波長的光。第一極化束合并器156將第一LD152和第二LD153泵浦出的預(yù)定波長，如1465納米，的光進(jìn)行合并。第二極化束合并器157將第三LD154和第四LD155泵浦出的預(yù)定波長，如1490納米，的光進(jìn)行合并。第三波分復(fù)用合并器158將第一極化束合并器156和第二極化束合并器157輸出的不同波長的光進(jìn)行復(fù)用合并。
第一LD單元110的運(yùn)行與第二LD單元150相同。通過第一波分復(fù)用合并器120，第一LD單元110泵浦出的光與通過第一單向?qū)Рü?10的信號(hào)光合并。EDF130把依據(jù)于通過第一和第二波分復(fù)用合并器120和140的泵浦光的信號(hào)光放大。第一和第二單向波導(dǎo)管100和160防止EDF130的自發(fā)發(fā)射被輸入和輸出口反射，并防止這種自發(fā)發(fā)射的再入射。然而，本方法中所采用的極化復(fù)用器價(jià)格昂貴，且其功率難以控制。
用于光纖放大的另一種方法是多點(diǎn)入射。多點(diǎn)入射的一個(gè)最簡單的例子就是圖2中所示的EDFA雙向泵浦。在任意位置入射泵浦光都是可能的。圖2中的WDM是一個(gè)波分復(fù)用器。PD是一個(gè)發(fā)光二極管。這種多點(diǎn)方式的問題在于，它產(chǎn)生接合損失，且泵浦光的吸收長度被減小。因此導(dǎo)致低粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、低增益和高噪聲指數(shù)。
本發(fā)明的目的是提供一種大功率泵浦器件，使得通過它有可能通過提高泵浦光的帶寬來提高泵浦光的功率，且有可能通過利用一個(gè)預(yù)定的反射器選擇泵浦光的波長來產(chǎn)生穩(wěn)定的泵浦光。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于光纖放大的大功率泵浦裝置，它包括，用來產(chǎn)生具有預(yù)定波長帶的泵浦光的一個(gè)泵浦部分，所述泵浦光的波長取決于從下一個(gè)部分反饋回來的泵浦光的波長；用來把所述泵浦部分所產(chǎn)生的泵浦光復(fù)用、按照波長將從所述下一個(gè)部分入射來的信號(hào)光進(jìn)行分離、并將信號(hào)光輸出到所述泵浦部分的一個(gè)波分復(fù)用器；以及用來將所述波分復(fù)用器所復(fù)用的輸出光的一部分反射、將反射光輸出到所述波分復(fù)用器、并將其余的光作為用于光放大的泵浦光輸出一個(gè)寬帶反射部分。
本發(fā)明提供一種用于光纖放大的大功率泵浦裝置，它包括，用來產(chǎn)生具有預(yù)定波長帶的泵浦光的一個(gè)泵浦部分，所述泵浦部分的波長取決于從下一個(gè)部分反饋回來的泵浦光的波長；用來將所述泵浦部分產(chǎn)生的泵浦光按各自的波長衍射、反向衍射將從所述下一個(gè)部分入射來的光、并將光輸出到所述泵浦部分的一個(gè)衍射光柵；用來將所述衍射光柵所衍射的光聚集起來、按照波長將所述下一個(gè)部分所反射的入射光分離、并將光輸出到所述衍射光柵的一個(gè)聚光透鏡；以及將所述聚光透鏡所聚集的光的一部分反射、將反射光輸出到所述聚光透鏡、并將其余的光作為用于光放大的泵浦光輸出的一個(gè)光纖光柵反射器。
下面結(jié)合最佳實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說明，以更清楚地闡明本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)。
圖1是采用多個(gè)二極管的現(xiàn)有光纖放大器示意圖；圖2是一個(gè)現(xiàn)有的多點(diǎn)光纖放大器示意圖；圖3A是本發(fā)明所提供的一個(gè)用于光纖放大的大功率泵浦裝置；圖3B是對(duì)圖3A中所示的裝置略做改動(dòng)的實(shí)施例；圖3C對(duì)圖3A中所示的裝置加以改動(dòng)后的另一個(gè)實(shí)施例；圖4是本發(fā)明所提供的用于光纖放大的大功率泵浦裝置的另一個(gè)實(shí)施例；圖5是圖4中的衍射光柵的一個(gè)橫斷剖視圖；圖6是圖4中的衍射光柵的一個(gè)示例的示意圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明加以說明。圖3A至3C給出了本發(fā)明提供的用于光纖放大的大功率泵浦器件的結(jié)構(gòu)。圖3A至3C給出的大功率泵浦器件含有一個(gè)泵浦部分200、一個(gè)復(fù)用器(MUX)220、用來將泵浦部分200的一側(cè)與MUX220的一側(cè)接合起來的接合部分210。
泵浦部分200含有多個(gè)泵浦裝置，如一個(gè)激光二極管部分300，以用來產(chǎn)生一種泵浦光，該泵浦光的波長決定于從一個(gè)寬帶反射部分230反射回來并通過MUX220解復(fù)用的光。激光二極管部分300含有一個(gè)激光二極管306，激光二極管306的一個(gè)表面302是高反射(HR)鍍膜，另一個(gè)表面304是抗反射(AR)鍍膜；激光二極管部分300還含有一根光纖308，光纖308與激光二極管306接觸的末端被處理成透鏡型，并且一個(gè)精細(xì)的透鏡被添加到它的豎向部分。
參見圖3A，寬帶反射部分230含有一個(gè)連接于MUX220的90∶10光耦合器232、一個(gè)連接于光耦合器232的極化維持光纖環(huán)234，該極化維持光纖維持一個(gè)傳輸模的極化并將這個(gè)模轉(zhuǎn)移。
由于泵浦部分300所產(chǎn)生的泵浦光被一個(gè)外部反饋所穩(wěn)定，所以各個(gè)二極管可以具有同樣的波長帶。這時(shí)，外部反饋是靠寬帶反射部分230的寬帶反射和MUX220的解復(fù)用實(shí)現(xiàn)的。泵浦部分300的各個(gè)二級(jí)管的波長由入射自MUX220的反射光來選擇。即是說，各個(gè)二極管產(chǎn)生一束波長由MUX220的反饋決定的泵浦光。所產(chǎn)生的泵浦光被轉(zhuǎn)移到與MUX220相連接的各個(gè)單模光纖。例如，為產(chǎn)生980納米波長泵浦光的二極管在一個(gè)1微米或略大的波長被反饋回來時(shí)產(chǎn)生一束具有1微米或略大波長的泵浦光。所以在些情況下，波長大于990納米的反饋被抑制。由于二極管的輸出表面具有AR鍍膜304，所以只有很少量的反射來自該輸出表面。這種AR鍍膜對(duì)于二極管產(chǎn)生單頻光是很重要的。此外，來自透鏡型末端表面或來自光纖的反射必須被控制。但是，這里不能使用單向波導(dǎo)管，因?yàn)樗送獠糠答伒挠绊?。所以，通過將一個(gè)精細(xì)透鏡添加到光纖的末端表面或?qū)⒐饫w的末端表面處理成透鏡型，控制了來自光纖末端表面的反射。
泵浦部分300所產(chǎn)生的泵浦光通過接合部分210輸入到MUX220。此時(shí)，MUX220是一個(gè)單模光纖復(fù)用器。當(dāng)MUX220的波長間隙是0.8納米或1.6納米，由于當(dāng)前的光柵穩(wěn)定980納米激光二極管的帶寬為0.5納米，一束功率為50毫瓦或100毫瓦的泵浦光必須調(diào)整到1納米帶寬。所以，為了從10個(gè)或10個(gè)以上的二極管獲得1瓦或1瓦以上的泵浦功率，可以采用從1470納米到1490納米的波長范圍實(shí)現(xiàn)帶間激發(fā)。并且，通過泵浦980納米激光，在20納米波長范圍采用類似數(shù)量的二極管獲得同樣的總泵浦功率是可能的。從這個(gè)例子可以看出，有可能用一個(gè)8×1MUX通過復(fù)用從八個(gè)泵浦二極管輸出的泵浦激光獲得0.5瓦或以上的總泵浦功率。
被MUX220復(fù)用后的泵浦激光通過寬帶反射部分230實(shí)現(xiàn)波長穩(wěn)定。參見圖3A，泵浦激光經(jīng)光耦合器232通過環(huán)234。此時(shí)，入射到光耦合器232沿a方向行進(jìn)的光不發(fā)生位相移動(dòng)，沿b行進(jìn)的光發(fā)生90°位相移動(dòng)。作為極化維持光纖的環(huán)234引導(dǎo)光沿a方向行進(jìn)，并使一束光入射到光耦合器232上。從光耦合器232分離出來的10％的光被反射到MUX220，而其余的90％入射到一個(gè)光放大器(圖中未示出)上。
圖3B是圖3A所示的泵浦裝置的另一個(gè)實(shí)施例，它含有泵浦部分240、接合部分250和MUX260，分別與圖3A中所示的泵浦部分200、接合部分210和MUX220相同。它有一個(gè)不同于寬帶反射部分230的寬帶反射部分270。圖3B所示的寬帶反射部分270包括連接于MUX260的一個(gè)波分復(fù)用(WDM)耦合器274和連接于WDM耦合器274、兩端都有HR鍍膜272的一根光纖。
泵浦光的穩(wěn)定是這樣進(jìn)行的。經(jīng)MUX260被復(fù)用的泵浦光又被WDM耦合器274分入兩段HR鍍膜的光纖并被HR鍍膜表面272反射。有些反射光又通過WDM耦合器274被輸入給MUX260，而其余的光入射到一個(gè)光放大器(圖中未示出)。
圖3C是圖3A所示的泵浦裝置的另一個(gè)實(shí)施例，它含有泵浦部分280、接合部分285和MUX290，分別與圖3A中所示的泵浦部分200、接合部分210和MUX220相同。它有一個(gè)不同于寬帶反射部分230的寬帶反射部分295。圖3C所示的寬帶反射部分295是一個(gè)光纖光柵反射器。MUX290的輸出光中有些又被光纖光柵反射器295反射到MUX290，而其余的光入射到一個(gè)光放大器(圖中未示出)。
圖4是本發(fā)明提供的用于光纖放大的大功率泵浦裝置的另一個(gè)實(shí)施例。圖4中的泵浦裝置包括一個(gè)泵浦部分400、一個(gè)聚光部分402，一個(gè)衍射光柵404、一個(gè)聚光透鏡406以及一個(gè)光纖光柵反射器408。
泵浦部分400含有多個(gè)激光二級(jí)管，二級(jí)管的輸出表面是AR鍍膜，這樣使得在輸出表面發(fā)生很少的反射。泵浦光的波長由經(jīng)衍射光柵404反射的反饋光的波長來決定。
由于泵浦部分400的各個(gè)二極管的波長由經(jīng)衍射光柵404反饋的光來選定，所以可以使用具有相同波長的二極管。由于二極管的輸出表面被AR鍍膜，輸出表面上只發(fā)生少量的反射。這樣的AR鍍膜對(duì)于二極管產(chǎn)生具有單一頻率的光是很重要的。
聚光部分402將泵浦部分400泵浦出的光聚集起來并輸出具有各自波長的光。聚光部分402將從衍射光柵404反射來的光聚集起來并將這些光輸出到泵浦部分400。
衍射光柵404將通過聚光部分402的光衍射并將這些光輸出到聚光透鏡406，并把來自聚光透鏡406的被按各自波長分離的光衍射。
下面參照?qǐng)D5對(duì)衍射光柵404的工作情況作進(jìn)一步的說明。圖5是為描述衍射光柵的工作原理而給出的一個(gè)衍射光柵的剖視圖。i、df、g分別代表入射光、衍射光和衍射光柵。d、1-1’、2-2’分別代表光柵的間距、入射光的波面和衍射光的波面。當(dāng)從兩個(gè)反射點(diǎn)反射的光束l1、l2的光程差是整數(shù)倍時(shí)，波長為λ的入射光被沿著與入射方向不同的一個(gè)方向衍射，其條件可以如下表示。d(sinβ-sinα)=mλ(m=1,2,…)其中，α是相對(duì)于衍射光柵表面的入射角，β是衍射角。
衍射角依入射光的波長的變化量，即與棱鏡的角色散相應(yīng)的衍射光柵的dβ/dλ值由如下公式?jīng)Q定。dβ/dλ=m/dcosβ為了使dβ/dλ變大，有效的方法是減小光柵的間距并增大m的數(shù)值級(jí)。在實(shí)際應(yīng)用中，最好采用鋸齒狀的小階梯光柵。當(dāng)平行光入射到光柵上，衍射光的光強(qiáng)取決于單槽的反射效果與單槽衍射效果的乘積。反射的進(jìn)行與波長無關(guān)，但光在從槽的傾斜表面上一個(gè)滿足反射條件的方向具有最大的光強(qiáng)。衍射的進(jìn)行使光在滿足衍射條件的方向具有最大的光強(qiáng)。所以，在某個(gè)特定的角度和波長上，有可能聚集到幾乎100％的衍射光。例如，當(dāng)入射光垂直入射到槽的傾斜表面上而且在使用第一級(jí)衍射光的情況下，衍射光垂直返回。此時(shí)的波長被稱為布拉格(Bragg)波長λB，由如下公式確定。λB=2dsinθ。
其中d代表光柵的間距。
聚光透鏡406將衍射光柵404衍射的泵浦光聚集起來，將泵浦光入射到光纖光柵反射器408上，并按照各個(gè)波長將光纖光柵反射器408反射的光分離開。
光纖光柵反射器408將大約80％的入射泵浦光傳輸過去，將其余的20％反射。反射光通過聚光透鏡406入射到衍射光柵404上。泵浦部分400的激光二極管通過從衍射光柵404反饋回來的光決定泵浦光的波長。
在本發(fā)明提供的大功率泵浦裝置中，同樣的泵浦二極管可以在沒有波長選擇二極管的情況下作用。
由于泵浦可以用于很寬的波譜范圍，用于光纖放大的大功率泵浦裝置可以應(yīng)用于有線電視、遙距泵浦、大功率模擬放大器EDFA、以及拉曼(Raman)放大器中。
此外，該大功率泵浦裝置可以用于包括980納米和1480納米在內(nèi)的任何波長。即使在有一個(gè)泵浦激光二極管損壞的情況下，也不會(huì)產(chǎn)生大的影響。
在該大功率泵浦裝置中，有可能用泵浦二極管進(jìn)行最大功率的泵浦，也有可能自動(dòng)控制波長與極化。
權(quán)利要求
1.一種用于光纖放大的大功率泵浦裝置，其特征在于，它含有用來產(chǎn)生具有預(yù)定波長帶的泵浦光的一個(gè)泵浦部分，所述泵浦光的波長取決于從下一個(gè)部分反饋回來的泵浦光的波長；用來把所述泵浦部分所產(chǎn)生的泵浦光復(fù)用、按照波長將從所述下一個(gè)部分入射來的信號(hào)光進(jìn)行分離、并將信號(hào)光輸出到所述泵浦部分的一個(gè)波分復(fù)用器；以及用來將所述波分復(fù)用器所復(fù)用的輸出光的一部分反射、將反射光輸出到所述波分復(fù)用器、并將其余的光作為用于光放大的泵浦光輸出一個(gè)寬帶反射部分。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述泵浦部分含有多個(gè)具有相同波長帶的激光二極管。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的多個(gè)激光二級(jí)管的輸出表面是抗反射鍍膜的。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的寬帶反射部分又含有連接于所述波分復(fù)用器、用來按90∶10的比例將入射光分離的一個(gè)光耦合器；和使來自所述光耦合器的入射光沿一個(gè)方向行進(jìn)、并將光輸出到所述光耦合器上的一個(gè)光纖環(huán)。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述的光纖環(huán)是一根極化穩(wěn)定光纖。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的寬帶反射部分又含有兩端都是高反射鍍膜的一根光纖，以及連接于所述光纖、將反射自所述光纖兩端的光的一部分反射、將反射光作為反饋信號(hào)光轉(zhuǎn)移、并將其余的光作為泵浦光輸出的一個(gè)光耦合器。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的寬帶反射部分是用來把一部分入射光反射、把反射光作為反饋信號(hào)光轉(zhuǎn)移、并傳輸其余入射光的一個(gè)光纖光柵反射器。
8.一種用于光纖放大的大功率泵浦裝置，其特征在于，它含有用來產(chǎn)生具有預(yù)定波長帶的泵浦光的一個(gè)泵浦部分，所述泵浦部分的波長取決于從下一個(gè)部分反饋回來的泵浦光的波長；用來將所述泵浦部分產(chǎn)生的泵浦光按各自的波長衍射、反向衍射將從所述下一個(gè)部分入射來的光、并將光輸出到所述泵浦部分的一個(gè)衍射光柵；用來將所述衍射光柵所衍射的光聚集起來、按照波長將所述下一個(gè)部分所反射的入射光分離、并將光輸出到所述衍射光柵的一個(gè)聚光透鏡；以及將所述聚光透鏡所聚集的光的一部分反射、將反射光輸出到所述聚光透鏡、并將其余的光作為用于光放大的泵浦光輸出的一個(gè)光纖光柵反射器。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，它還進(jìn)一步含有位于所述泵浦部分與所述衍射光柵之間、用來按照波長聚集泵浦光、將聚集到的光輸出給所述衍射光柵、按照波長聚集被所述衍射光柵反向衍射的光、并將被反向衍射的光輸出到所述泵浦部分的一個(gè)聚光部分。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述泵浦部分含有多個(gè)輸出表面是抗反射鍍膜的激光二極管。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)激光二極管含有多個(gè)具有相同輸出波長范圍的二極管。
12.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述衍射光柵是小階梯光柵。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于光纖放大的大功率泵浦裝置,它包括:一個(gè)泵浦部分;用來把所述泵浦部分所產(chǎn)生的泵浦光復(fù)用、按照波長將從所述下一個(gè)部分入射來的信號(hào)光進(jìn)行分離、并將信號(hào)光輸出到所述泵浦部分的一個(gè)波分復(fù)用器;以及用來將所述波分復(fù)用器所復(fù)用的輸出光的一部分反射、將所述反射光輸出到所述波分復(fù)用器、并將其余的光作為用于光放大的泵浦光輸出一個(gè)寬帶反射部分。在該裝置中,同樣的泵浦二極管可以在沒有波長選擇二極管的情況下使用。
文檔編號(hào)H01S3/094GK1211841SQ9811981
公開日1999年3月24日 申請(qǐng)日期1998年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月12日
發(fā)明者李勇雨, 拉斯·約翰·阿爾比森·尼爾森 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社