專利名稱：高功率和寬波段光纖光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖光源，尤其是涉及高功率和寬波段的光纖光源，適合于使用放大的自發(fā)射(ASE)光作為輔助泵源。
對寬波段光源已經(jīng)進(jìn)行了持續(xù)研究，原因在于它們具有許多應(yīng)用，例如擴(kuò)展到陀螺傳感器、用于測試光學(xué)元件的光源以及用于廉價(jià)接入網(wǎng)絡(luò)的調(diào)制光譜。
特別地，利用來自攙雜稀土金屬比如說鉺的光纖的ASE光的光源已知是優(yōu)良的寬波段光源，原因是它們表現(xiàn)為寬波段、高功率以及低損耗特性。對于這種攙雜鉺的光纖(EDF)寬波段光源所作的所有研究努力都是關(guān)于從1,520到1,560納米波段的，大多數(shù)的光通訊元件和傳統(tǒng)的EDF放大器都工作在此波段。
然而，近來擴(kuò)大光通訊范圍的需要導(dǎo)致對工作于長波波段的光學(xué)放大器的發(fā)展活躍。關(guān)于這方面，還需要開發(fā)高效率、高功率和工作于長波波段的寬波段光源的泵源。


圖1是描述傳統(tǒng)的EDF光源的示意圖。參考圖1，一光束在通過第一EDF區(qū)(EDF I)和第二EDF區(qū)(EDF II)時(shí)振蕩，并作為輸出光20出射；所述EDF I被向前激勵(lì)裝置激勵(lì)，EDF II沒有被激勵(lì)。
前向激勵(lì)裝置包括一個(gè)激光二極管10，工作波長為980納米。激光二極管10經(jīng)由波分多路復(fù)用(WDM)耦合器30耦合到EDF光源。對所示的情況，光學(xué)隔離器40也設(shè)置在EDF光源的輸出端，目的是把光的傳播方向引導(dǎo)在一個(gè)方向上。然而，這一EDF光源的輸出光強(qiáng)度低，工作波段窄。
圖2描述了傳統(tǒng)EDF光源的ASE輸出光譜圖，所述光源具有上面談到的結(jié)構(gòu)，同時(shí)對于EDF II分別使用不同長度的光纖。參考圖2，可以發(fā)現(xiàn)在上面提到的結(jié)構(gòu)中輸出的ASE光的強(qiáng)度和輻射波段隨第二EDF區(qū)(亦即EDF II)的長度增加而迅速地降低。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一個(gè)種有高功率和高激勵(lì)效率的光纖光源。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種工作于長波長的寬波段的光纖光源。
依據(jù)本發(fā)明，通過提供一個(gè)光纖光源就可以實(shí)現(xiàn)這些目的，此光纖光源包括一個(gè)用于輸出泵浦光的泵光源；第一光纖部分，適合于被泵浦源的泵浦光光激勵(lì)；一個(gè)光學(xué)耦合器，耦合在泵浦源與第一光纖部分之間，并適合于把泵浦源的泵浦光傳輸?shù)降谝还饫w部分；以及第二光纖部分，耦合到第一光纖部分的輸入端，在此端第一光纖部分耦合到光耦合器上，第二光纖部分配置為不被泵浦源的泵浦光光激勵(lì)，而是利用來自第一光纖部分的被放大的自發(fā)射(ASE)光作為它的輔助激勵(lì)源。
從下面參考附圖的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)就將變得更加明顯，其中；圖1是描述傳統(tǒng)EDF光源的示意圖；圖2描述了傳統(tǒng)EDF光源的ASE輸出光譜圖，所述光源具有圖1的結(jié)構(gòu)，同時(shí)對于第二攙鉺光纖EDF II分別使用不同長度的光纖。
圖3是描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的寬波段攙雜稀土光纖光源的示意圖；圖4是描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的寬波段攙雜稀土光纖光源的ASE輸出光譜圖，分別對應(yīng)于其中第二光纖的不同長度；圖5描述用于識別存在足夠的反向ASE以便實(shí)現(xiàn)輸出功率顯著提高的裝置的示意圖；圖6是描述反向ASE光光譜的曲線圖，反向ASE光來自包括于圖4的光纖光源中的第一攙雜稀土光纖，在圖5的點(diǎn)A處測量；以及圖7是描述向前的ASE光的光譜的曲線圖，在圖5中的點(diǎn)B測量。
現(xiàn)在詳細(xì)描述本發(fā)明的最佳實(shí)施例。
圖3是描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的寬波段攙雜稀土元素光纖光源的示意圖。如圖3所示，該寬波段光源包括第一光纖EDF I，它由一個(gè)攙雜稀土元素的光纖構(gòu)成，該光纖適合于被泵浦源10′輸出的泵浦光光激勵(lì)。光源還包括第二光纖EDF II，它由一個(gè)攙雜稀土的光纖構(gòu)成，該光纖不適于被泵浦源10′輸出的泵浦光光激勵(lì)。光學(xué)耦合器30耦合在泵浦源10′與第一光纖部分EDF I之間。泵浦源10′使用激光二極管。光學(xué)耦合器30用來將泵浦源10′的泵浦光傳輸?shù)降谝还饫w部分EDF I。本發(fā)明的寬波段光源還具有如下結(jié)構(gòu)即使用第一光纖EDF I輸出的放大的自發(fā)射(ASE)光作為第二光纖EDF II的輔助激勵(lì)源。依據(jù)所描述的本發(fā)明實(shí)施例，通過將第二光纖EDF II耦合到第一光纖部分EDF I的輸入端而實(shí)現(xiàn)這一結(jié)構(gòu)，在此端第一光纖EDF I以如下方式耦合到光學(xué)耦合器30上，即把第一光纖部分EDF I發(fā)射的ASE光作為第二光纖EDF II的輔助激勵(lì)源。
為了避免不希望的振蕩效應(yīng)，第二光纖EDF II具有加工成斜劈狀的輸入端50。而且光學(xué)隔離器40耦合到第一光纖EDF I的輸出端。光隔離器可以耦合到第二光纖EDF II的輸入端，代替加工成斜劈狀的輸入端50。
在參考圖1和3比較所示的依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)之后，可以發(fā)現(xiàn)雖然使用相同的總光纖長度，但它們在第二光纖EDFII的設(shè)置方面不同。圖3和圖1所示結(jié)構(gòu)的顯著差別是依據(jù)本發(fā)明第二光纖EDF II設(shè)置在激光二極管10′的前方，因此就沒有泵浦光通過第二光纖EDF II。
為了測量依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的寬波段光源的光譜，在布置好寬波段光源的所有元件后進(jìn)行光譜測量試驗(yàn)，所述所有元件除了本發(fā)明關(guān)于返回ASE光再利用的特征結(jié)構(gòu)以外，包括第一光纖EDF I和第二光纖EDF II，所采用的布置方式是它們具有與傳統(tǒng)光源相同的結(jié)構(gòu)。
試驗(yàn)中使用的第一光纖EDF I和第二光纖EDF II是用攙雜鉺硅石光纖附以攙雜鋁制成的，以便于它們在波長1,530納米處具有最大的吸收系數(shù)4.5dB/m。第一光纖EDF I長度固定為135米。作為泵浦光源的980納米的激光二極管的激勵(lì)功率設(shè)定在60mW。
為了觀察輸出光強(qiáng)度與未被激勵(lì)的攙雜稀土的光纖區(qū)的長度的相關(guān)性，也就是說與第二光纖EDF II的長度的相關(guān)性，分別在改變第二光纖EDF II的長度為0米、5米、35米、75米、110米和200米時(shí)，進(jìn)行試驗(yàn)。在本發(fā)明中，不考慮使用反向激勵(lì)結(jié)構(gòu)的寬波段光源。這是因?yàn)樵谶@樣的結(jié)構(gòu)中，光自發(fā)射主要在短波段發(fā)生。
圖4是描述根據(jù)本發(fā)明所述實(shí)施例的寬波段攙雜稀土元素的光纖光源的ASE輸出光譜曲線圖，這些光譜分別對應(yīng)于其中第二光纖的不同長度。參考圖4，可以發(fā)現(xiàn)在第二光纖EDF II的長度增加時(shí)，本發(fā)明的寬波段光源不僅表現(xiàn)為ASE輸出強(qiáng)度增加而且表現(xiàn)為發(fā)射波段增加。
這種輸出功率的提高是由于提供了光再利用結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明，所述結(jié)構(gòu)允許沿著與泵浦光傳播方向相反的方向傳播的無用的ASE光被再利用作為1,550納米的激勵(lì)源，從而產(chǎn)生光子，在后面放大級作為波長1,600納米的誘導(dǎo)光子(seed)。參考圖4所示的測試結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)沒有被激勵(lì)的第二光纖EDF II的長度為200米時(shí)，總輸出功率為6.7mW。與傳統(tǒng)的寬波段光源的總輸出功率相比，所述數(shù)值增加了10dB或更多。
為了找到?jīng)]有被激勵(lì)的第二光纖EDF II的最佳長度，分別改變第二光纖EDF II的長度為235米和270米的同時(shí)，進(jìn)行與上述觀察相同的觀察；然而沒有觀測到輸出功率有任何顯著變化?；谶@一測試結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)置沒有被激勵(lì)的第二光纖EDF II的長度大約為200米是有效的。當(dāng)然，對某些情況第二光纖EDF II的這個(gè)長度可能不是最佳長度，因?yàn)榈诙饫wEDF II的最佳長度與光源的各種設(shè)計(jì)參數(shù)有關(guān)，諸如波長和泵浦光的激勵(lì)功率。
圖5是描述用于識別存在足夠的反向ASE以便實(shí)現(xiàn)顯著提高輸出功率的裝置的示意圖。圖6是從第一攙雜稀土光纖出射的反向ASE譜線圖，它是在圖5中的點(diǎn)A測量。圖7是在圖5中的點(diǎn)B測量的前向ASE光譜的曲線圖。
從根據(jù)本發(fā)明的寬波段光源輸出的反向ASE光是用圖5的識別裝置測量的，該識別裝置使用回轉(zhuǎn)器60。該識別裝置適于確定由反向ASE光獲得的激勵(lì)效應(yīng)，所述反向ASE光從第一攙雜稀土的光纖EDF I向第二攙雜稀土的光纖EDF II傳播。
參考圖6，可以發(fā)現(xiàn)在從1,520納米到1,580納米的大約60納米波段范圍內(nèi)，獲得強(qiáng)度為-30dBm或更高的輸出功率。把由使用回轉(zhuǎn)器60引起的1dB插入損耗歸一化為以后，反向ASE光的總輸出功率為19.9mW。這個(gè)值與980納米處的總激勵(lì)功率的大約33.2％相當(dāng)。這一測量是利用0.2納米分辨率帶寬進(jìn)行的。
參考圖7，可以發(fā)現(xiàn)在從波長1,525納米到1,630納米的波段范圍內(nèi)產(chǎn)生的光子量足以使得這些光子作為誘導(dǎo)光子，用于對被向前激勵(lì)的攙雜稀土光纖部分進(jìn)行放大。也就是說，可以發(fā)現(xiàn)未被激勵(lì)的第二攙雜稀土光纖EDF II作為第一攙雜稀土光纖EDF I的誘導(dǎo)光子發(fā)生器，第二攙雜稀土光纖EDF II位于激勵(lì)激光二極管的前方，而第一攙雜稀土光纖EDF I是后放大級。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種工作于從1,520納米到1,560納米的波段范圍內(nèi)的高功率和寬波段光源，從上面的描述可以清楚地看出。也就是說，依據(jù)本發(fā)明，在未被激勵(lì)的光纖區(qū)無用的反向ASE光被轉(zhuǎn)換成誘導(dǎo)光子，用于前方放大級，從而使得寬波段光纖光源的工作功率提高。
在整個(gè)發(fā)射波段都能觀察到輸出ASE光的強(qiáng)度提高了10dB或更高。關(guān)于這方面，對于除上面提到的波長外的其它泵浦波長，也希望依據(jù)本發(fā)明的高功率寬波段光纖光源的效率會(huì)有所提高。短波段的反向ASE光也可被再利用作為輔助激勵(lì)源。在此情況下，可以提高1.58μmEDF放大器的激勵(lì)效率。
雖然結(jié)合目前被認(rèn)為是最可行和最佳的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解本發(fā)明并不局限于所公開的實(shí)施例，相反，它將涵蓋所附權(quán)利要求書中的精神和范圍以內(nèi)的各種變形。
權(quán)利要求
1.一種光纖光源，包括一個(gè)用于輸出泵浦光的泵浦光源；第一光纖部分，適合于由泵浦源的泵浦光光激勵(lì)；一個(gè)光學(xué)耦合器，耦合在泵浦源與第一光纖部分之間，適合于將泵浦源的泵浦光傳輸?shù)降谝还饫w部分的；以及第二光纖部分，耦合在第一光纖部分的輸入端上，在此端第一光纖部分耦合到光學(xué)耦合器上，第二光纖部分配置成不被泵浦源的泵浦光光學(xué)激勵(lì)，而是利用由第一光纖部分發(fā)射的放大的自發(fā)光作為它的輔助激勵(lì)源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光源，其中第一和第二光纖部分中的每一個(gè)都由攙雜稀土光纖構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖光源，其中攙雜稀土光纖是攙雜珥的光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光源，還包括適合于防止產(chǎn)生不希望的振蕩效應(yīng)的裝置，并放置在第二光纖部分的與第一光纖部分相對的一端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖光源，其中第二光纖部分具有加工成斜劈狀的輸入端，作為適合于防止不希望的振蕩作用發(fā)生的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光源，其中泵浦源由激光二極管構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光源，還包括一個(gè)光學(xué)隔離器，耦合到第一光纖部分的輸出端，合并適于阻止光再進(jìn)入。
全文摘要
一種高功率和寬波段光纖光源,包括第一攙雜稀土光纖;第二攙雜稀土光纖;一個(gè)光學(xué)耦合器,耦合在第一與第二攙雜稀土光纖之間,并適合于將輸入泵浦光傳輸?shù)降诙v雜稀土光纖;以及一個(gè)泵浦源,適合于為光學(xué)耦合器提供泵浦光,作為輸入泵浦光。
文檔編號H01S3/16GK1248706SQ9911871
公開日2000年3月29日 申請日期1999年9月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月17日
發(fā)明者柳祐澯, 樸南奎, 李周翰 申請人:三星電子株式會(huì)社