專利名稱：半導(dǎo)體－固態(tài)激光器光波導(dǎo)泵激裝置和方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉參照本申請(qǐng)要求1999年1月8日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)連續(xù)號(hào)60/115,229的優(yōu)先權(quán)，該專利的內(nèi)容被依靠，并通過引用整個(gè)包括在此。
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及光波導(dǎo)裝置、半導(dǎo)體激光器、固態(tài)激光器，特別涉及應(yīng)用激光器來泵激光波導(dǎo)放大器。
光放大器與激光器是應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)的重要元件。光纖中傳送的光信號(hào)沿光纖傳播時(shí)容易變?nèi)酰夥糯笃鳛榉糯筮@類弱化的光信號(hào)并保持信號(hào)的光學(xué)特性提供了一種經(jīng)濟(jì)的手段。
摻鉺光纖放大器已成為在1550nm光通信窗中放大光信號(hào)的主要裝置。此類摻鉺光纖放大器一般直接用980nm和/或1480nm半導(dǎo)體泵激激光器泵激。運(yùn)用這種放大器-泵激系統(tǒng)，施加于980nm(1480nm)半導(dǎo)體泵激激光器的電能產(chǎn)生980nm(1480nm)的光子，這些光子通過光纖尾纖耦合到摻鉺光纖中。980nm和/或1480nm泵激光對(duì)摻鉺光纖中的鉺離子進(jìn)行激發(fā)/賦能，從而通過受激/賦能的鉺離子放大1550nm光通信信號(hào)。在光通信行業(yè)，鑒于可靠性與相關(guān)的應(yīng)用要求，如擁擠的空間應(yīng)用，已經(jīng)普遍利用半導(dǎo)體產(chǎn)生的光子對(duì)光放大器直接作光學(xué)泵激。但是，除了經(jīng)濟(jì)開銷問題以外，這類直接半導(dǎo)體泵激激光器還存在這樣一些問題，即一方面已經(jīng)達(dá)到了最大光輸出功率的極限，另一方面在開發(fā)光放大器時(shí)仍繼續(xù)要求越來越高的泵激功率輸入。現(xiàn)在商品化980nm半導(dǎo)體激光器的最大可靠輸出功率可能穩(wěn)定在300mW輸出功率范圍，而光放大器的輸入泵激功率要求卻繼續(xù)在攀升。半導(dǎo)體激光器的研究與開發(fā)繼續(xù)致力于改進(jìn)980nm半導(dǎo)體激光泵的結(jié)構(gòu)與性能，以盡量滿足光放大器的要求。
光放大器行業(yè)要求泵激激光器技術(shù)能滿足其日益增長(zhǎng)的光功率需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面是一種組合于激光波導(dǎo)的光波導(dǎo)裝置，光波導(dǎo)裝置包括一個(gè)輸出以約946nm為中心的波長(zhǎng)發(fā)射λss的固態(tài)激光器，激光波導(dǎo)包括一摻鐿光波導(dǎo)，從而將λss輸出輸入激光波導(dǎo)時(shí)，激光波導(dǎo)就產(chǎn)生中心約為980nm的波長(zhǎng)發(fā)射λy。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明包括一種產(chǎn)生980nm光放大器泵激波長(zhǎng)光的方法，包括提供產(chǎn)生發(fā)射λ1的第一激光器，將產(chǎn)生的發(fā)射λ1輸入第二激光器以產(chǎn)生發(fā)射λ2，將產(chǎn)生的發(fā)射λ2，將產(chǎn)生的發(fā)射λ2輸入第三激光器以產(chǎn)生中心約為980nm光放大器泵激波長(zhǎng)的發(fā)射λ3。
在再一個(gè)方面，本發(fā)明包括一種光放大器裝置，它至少一個(gè)產(chǎn)生發(fā)射λ1且中心約為808nm的半導(dǎo)體激光器；由半導(dǎo)體激光器作光學(xué)泵激而產(chǎn)生中心約為946nm的發(fā)射λ2的第一固態(tài)激光器；由第一固態(tài)激光器作光學(xué)泵激而產(chǎn)生中心約為980nm的發(fā)射λ3的第二固態(tài)激光器；以及放大光傳輸信號(hào)的光放大器波導(dǎo)，其中光放大器由第二固態(tài)激光器作光學(xué)泵激。
本發(fā)明還包括放大光傳輸信號(hào)的方法，包括步驟設(shè)置產(chǎn)生λ1光的第一激光器、產(chǎn)生λ2光的第二激光器、產(chǎn)生λ3光的第三激光器及用λ3光放大光信號(hào)的光放大器；用第一激光器產(chǎn)生的λ1光泵激第二激光器；第二激光器產(chǎn)生的λ2光泵激第三激光器；及用第三激光器產(chǎn)生的λ3的光泵激光放大器。
另外，本發(fā)明包括對(duì)光放大器制作作980nm泵的方法，該方法包括設(shè)置至少一只半導(dǎo)體激光二極管，將其耦合入NdYAG激光器，并將NdYAG激光器耦合入摻鐿光波導(dǎo)纖維激光器。
在再一個(gè)方面，本發(fā)明包括一光放大器系統(tǒng)，其中包含單包層光波導(dǎo)激光纖維和一多橫泵激源。
本發(fā)明還包括制作光放大器泵的方法，包括設(shè)置多模泵激源，設(shè)置單包層光波導(dǎo)激光纖維，并以多模泵激源間接地泵激激光纖維。
另外，本發(fā)明包括放大光信號(hào)λt的方法，包括設(shè)置具有波長(zhǎng)λmm多模亮度輸出的多模光泵激源，把多模亮度輸出轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)為λpump的單模輸出，并將單模輸出送入光放大器以放大光信號(hào)λt。
在又一個(gè)方面，本發(fā)明包括以泵激波長(zhǎng)λpump泵激光放大器的光放大器泵，該泵包括產(chǎn)生波長(zhǎng)λsemi的半導(dǎo)體激光器，且以λpump輸出至少500mW的光。
另外，本發(fā)明包括一光放大器泵，含有產(chǎn)生波長(zhǎng)λ1激泵釹離子的半導(dǎo)體激光器；眾多釹離子，以波長(zhǎng)λ1泵激后產(chǎn)生波長(zhǎng)λ2以泵激鐿離子；和眾多鐿離子，以波長(zhǎng)λ2泵激后產(chǎn)生波長(zhǎng)λ3以原激鉺離子。
在再一個(gè)方面，本發(fā)明包括用于泵激光放大器且擁有至少一個(gè)寬區(qū)域半導(dǎo)體激器的光這放大器泵，其中光放大器放大在1560～1620nm(L帶)范圍內(nèi)的光信號(hào)；和摻釹固態(tài)激光器，固態(tài)激光器由半導(dǎo)體激光器泵激。
另外，本發(fā)明包括的一種光放大器包括半導(dǎo)體激光器；由該半導(dǎo)體激光器泵激的固態(tài)激光器；和摻鉺光放大器纖維，該纖維用于放大1560～1620nm范圍內(nèi)的信號(hào)，并由固態(tài)激光器泵激。
在再一個(gè)方面，本發(fā)明包括放大L帶光信號(hào)的方法，即設(shè)置摻鉺光纖，用寬區(qū)域半導(dǎo)體激光器泵激釹固態(tài)激光器，將所述固態(tài)激光器直接輸入摻鉺光纖，再用摻鉺光纖放大L帶光信號(hào)。
以下的詳細(xì)描述將提出本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，其部分通過描述很容易為本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員所清楚，或者通過實(shí)施本文所述的本發(fā)明，包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書和附圖為技術(shù)人員所認(rèn)識(shí)。
應(yīng)該理解，上述的一般描述和下面的詳細(xì)說明僅為本發(fā)明的示例內(nèi)容，它們?cè)噲D為理解本發(fā)明要求的特征與特點(diǎn)提供一種概況或框架。附圖用于進(jìn)一步理解本發(fā)明，它包括在說明書中，并構(gòu)成本說明書的一部分。附圖示出了本發(fā)明的各種實(shí)施例，并與文字說明一起解釋本發(fā)明的原理與工作狀況。
附圖簡(jiǎn)介

圖1是本發(fā)明的示意圖。
圖2是本發(fā)明的示意圖。
圖3是本發(fā)明的示意圖。
圖4是980nm的輸出功率(毫瓦)與946nm的輸入功率(毫瓦)的關(guān)系曲線。
圖5是來自鐿纖維激光器的光的輸出光譜圖。
圖6是光的輸出光譜圖，示出了來自鐿纖維激光器的三種輸出光譜。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述現(xiàn)在詳細(xì)參照本發(fā)明諸較佳實(shí)施例，附圖示出了這些例子。本發(fā)明的一示例性實(shí)施例示于圖1。標(biāo)號(hào)20一般始終指本發(fā)明的激光器系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，光波導(dǎo)裝置18包括固態(tài)激光器22，后者輸出中心位于約946nm的波長(zhǎng)發(fā)射λss，為產(chǎn)生中心位于約946nm的大功率激光輸出提供一個(gè)可靠的源。固態(tài)激光器22最好是一種摻釹固態(tài)激光器。
固態(tài)激光器22最好是一個(gè)摻釹固態(tài)激光器，如圖2所示的NdYAG固態(tài)激光器，由兩只半導(dǎo)體激光二極管32泵激。用于泵激摻釹固態(tài)激光器的較佳半導(dǎo)體激光器是發(fā)射波長(zhǎng)為X的光的半導(dǎo)體激光器，波長(zhǎng)X選自靠近880nm(約860～900nm)、808nm(約780～830nm)、740nm(約720～760nm)和690nm(約670～710nm)的釹吸收帶。這些釹吸收波長(zhǎng)帶適用于釹固態(tài)YAG主機(jī)，對(duì)于其它的釹固態(tài)主機(jī)，這些釹吸收帶的波長(zhǎng)與寬度可能不同。激光二極管32最好是寬區(qū)域激光器，在808nm處各自產(chǎn)生約2瓦的多模光(2W MM)。利用光學(xué)元件透鏡34和偏振組合器36，將寬區(qū)域激光二極管32的輸出送入NdYAG固態(tài)激光器22。NdYAG固態(tài)激光器22包括含NdYAG晶體40與玻璃基片球面激光元件42的946nm激光腔38。NdYAG晶體40包括946nm高反射率(約99％)涂層44和防止在808nm以外反射(946nm與1060nm)的防折反射涂層48，涂層48可能包括808nm高反射器以有利于反射808nm光。球面激光元件42包括涂層50，在946nm處可提供高反射(約95％)，在1060nm處可提供高透射。固態(tài)激光器22最好在946nm處產(chǎn)生至少約1瓦的單模光。較佳地將780～880nm(最好為800～880nm)范圍內(nèi)的光輸入固態(tài)激光器22。固態(tài)激光器22除了這種外接空腔固態(tài)摻釹晶體實(shí)施例以外，還可以包括錐形摻波導(dǎo)激光裝置或摻釹雙包層光波導(dǎo)纖維激光裝置。
如圖1所示，光波導(dǎo)裝置18包括由摻鐿光波導(dǎo)26構(gòu)成的激光波導(dǎo)24。摻鐿光波導(dǎo)26有輸入端28與輸出端30。輸入端28光耦至固態(tài)激光器22，可將固態(tài)激光器22輸出的發(fā)射入λss輸入激光摻鐿光波導(dǎo)，并從激光波導(dǎo)輸出端30輸出中心位于約980nm的發(fā)射λy。
摻鐿光波導(dǎo)26最好是摻鐿的石英光波導(dǎo)纖維，而且這種石英光纖最好是硅酸鋁纖維，如摻鋁與鐿的石英光纖。在一最佳實(shí)施例中，摻鐿光波導(dǎo)無鉺，該波導(dǎo)不含鉺，因而鐿離子在波導(dǎo)中可激發(fā)離子。無鉺的摻鐿波導(dǎo)最好是石英波導(dǎo)纖維。
摻鐿石英纖維最好包含60～99wt.％的SiO2·摻鐿波導(dǎo)26較佳地是一種包含0.1～4wt.％鐿和0.1～10wt.％鋁的石英纖維，更佳地是包含0.2～2.5wt.％鐿和0.2～9wt.％鋁的波導(dǎo)，還要佳地是包含0.2～8.3wt.％的鋁。在一較佳實(shí)施例中，摻鐿石英纖維成分還包含Ge(鍺)。
激光波導(dǎo)24和摻鐿光波導(dǎo)26最好由單模光波導(dǎo)纖維構(gòu)成，利用這種單模光波導(dǎo)纖維，波導(dǎo)引導(dǎo)的光被約束成單模。另外，摻鐿光波導(dǎo)26最好是單包層光纖，即與雙包層光纖或其它多包層纖維相比，這種光纖為單包層。摻鐿波導(dǎo)26最好基本上由單一波導(dǎo)包層與波導(dǎo)芯組成，因而光波導(dǎo)纖維只有單一波導(dǎo)包層包圍具有合適光纖保護(hù)層的波導(dǎo)芯。
如圖1所示，光波導(dǎo)裝置18包括濾波器52，這是一種阻止中心位于約1030nm、波長(zhǎng)為λx的光在摻鐿光波導(dǎo)26中傳播的濾光器。除光濾光器52除去1030nm的光，使摻鐿波導(dǎo)26中產(chǎn)生的光偏置成產(chǎn)生980nm光。濾光器52較佳地位于980nm諧振腔外面，且最好是一種位于固態(tài)激光器22與摻鐿光波導(dǎo)輸入端28之間的纖維光柵。如圖1所示，纖維濾光器52最好是一種長(zhǎng)周期纖維光柵，可除去固態(tài)激光器22可能產(chǎn)生的不希望有約1030nm光。濾光器52可除去波長(zhǎng)中心位于約1030nm的有害的光，防止其劣化激光波導(dǎo)24的性能，保證鐿離子能利用有益的946nm激發(fā)光產(chǎn)生980nm光，并在摻鐿波導(dǎo)26中抑制產(chǎn)生1030nm光。除了長(zhǎng)周期光柵外，濾波器52還可包括一個(gè)介質(zhì)薄膜濾光器之類的濾光器，也能除去受激鐿離子產(chǎn)生的不希望有的1030nm光。
如圖1所示，激光波導(dǎo)24最好包括至少一塊纖維Bragg光柵，這種光柵為反射光纖波導(dǎo)格式的光提供了有效的手段。激光波導(dǎo)24在摻鐿光波導(dǎo)輸入端28附近有一個(gè)回射器54，其中心位于約980nm且高度反射，有利用從激光波導(dǎo)輸出980nm光。激光波導(dǎo)24在摻鐿光波導(dǎo)輸出端30附近包括一泵激反射器56，其中心位于約946nm且高度反射，使到達(dá)摻鐿波導(dǎo)端部的946nm泵激光保持在該波導(dǎo)中，從而將鐿離子泵激成正確的激發(fā)態(tài)。激光波導(dǎo)24在摻鐿光波導(dǎo)輸出端30附近有一輸出耦合器58，其中心位于約980nm，但反射性比回射器54差，故有利于從激光波導(dǎo)輸出980nm光。輸出耦合器58和回射器54均是纖維Bragg光柵，提供的光反射性有利用激光操作。泵激反射器56也是一種可提供有益反射作用的纖維Bragg光柵。這些纖維Bragg光柵可制作在分離的光波導(dǎo)纖維中，與摻鐿光波導(dǎo)纖維26拼接在一起形成激光光波導(dǎo)24，或者是一種單一的、整體的和完整地單根光纖或它們的拼接變型。
摻鐿光波導(dǎo)26在980nm的增益為G980，在0130nm的增益為G1030，且G980＞G1030。激光波導(dǎo)24的輸出耦合器58的反射率為OCR，摻鐿波導(dǎo)26的鐿重量百分比濃度為CONCYb，在946nm的泵激吸收度PA946(鐿離子吸收的946nm泵激功率的百分比)取決于946nm泵激功率、1030nm除光濾光器52除去的1030nm光和長(zhǎng)度LYb，其中增益G980取決于CONCYb、PA946和OCR，波導(dǎo)長(zhǎng)度LYb優(yōu)化成使G980＞G1030，而G980依賴于CONCYb、OCR、PA946和LYb。對(duì)于給定的CONCYb、PA946和OCR，將長(zhǎng)度LYb置成某一光學(xué)長(zhǎng)度而使G980＞G1030，并且利于產(chǎn)生980nm光。在實(shí)施本發(fā)明時(shí)發(fā)現(xiàn)，若CONCYb約為0.2wt.％，PA946大于90％(用長(zhǎng)周期纖維光柵濾光器除去1030nm光)，980nm的OCR反射率約5％，則優(yōu)化的光纖長(zhǎng)度約為60cm。對(duì)于給定輸入的泵激功率，該長(zhǎng)度經(jīng)調(diào)節(jié)可確保G980＞G1030。若不用除光長(zhǎng)周期纖維光柵濾光器52除去1030nm光而用946nm泵激光偏置產(chǎn)生980nm光，則要求將PA946保持低于60％使G980＞G1030，并保持產(chǎn)生980nm，結(jié)果浪費(fèi)了946nm泵激功率。
本發(fā)明的光波導(dǎo)裝置18提供至少300毫瓦(mW)的980nm輸出，很容易泵激光放大器，且滿足光放大器對(duì)高泵激功率的需求。激光波導(dǎo)24最好產(chǎn)生至少為0.4W(半瓦)的980nm單模輸出。如圖1所示，摻鐿光波導(dǎo)輸出端30光耦至摻鉺光放大器60，這樣，本發(fā)明包括一個(gè)產(chǎn)生至少500毫瓦980nm泵激功率的光放大器泵和一個(gè)半導(dǎo)體激光器。本發(fā)明的波導(dǎo)裝置最好有一個(gè)傾斜率至少為80％的鐿激光器。這樣，本發(fā)明裝置的光/光轉(zhuǎn)換效率大于25％(980nm為1W輸出，808nm為4W輸出)，較佳地大于30％，更佳地大于40％，最佳為大于50％。
本發(fā)明還包括產(chǎn)生980nm泵激光的方法，該方法包括步驟設(shè)置第一激光器，產(chǎn)生中心位于約808nm的發(fā)射λ1；將發(fā)射λ1輸入第二激光器，產(chǎn)生中心位于約946nm的發(fā)射λ2；產(chǎn)生中心位于約946nm的發(fā)射λ2；將產(chǎn)生的發(fā)射λ2輸入第三激光器，產(chǎn)生中心位于約980nm的發(fā)射λ3；再產(chǎn)生中心位于約980nm的發(fā)射λ3。
設(shè)置第一激光器以產(chǎn)生λ1并輸入λ1的步驟，包括設(shè)置半導(dǎo)體激光器32并將其耦合入固態(tài)激光器22。該方法最好包括設(shè)置第二半導(dǎo)體激光器32以產(chǎn)生中心位于約808nm的發(fā)射λ1，并對(duì)第一激光器32和第二半導(dǎo)體激光器32作偏振復(fù)用或波長(zhǎng)復(fù)用。第一激光器32和第二半導(dǎo)體激光器32最好都是產(chǎn)生多模發(fā)射λ1的寬區(qū)域激光二極管。
提供中心位于約946nm的發(fā)射λ2的第二激光器，較佳地是一種固態(tài)激光器22，最佳是一摻釹激光器，如NdYAG激光器，它包括一個(gè)摻鐿固態(tài)激光波導(dǎo)激光器，如摻鐿激光纖維26。
產(chǎn)生980nm泵激光的方法最好包括阻止1030nm光反饋入第三激光器24(如用濾光器52濾除)的步驟。如圖1所示，該方法還包括將產(chǎn)生的中心位于約980nm的發(fā)射λ3輸入摻鉺光放大器60。
在再一個(gè)方面，本發(fā)明包括光放大器裝置18和第一固態(tài)激光器22，前者包括一半導(dǎo)體器件32，用于產(chǎn)生中心位于的第一半導(dǎo)體波長(zhǎng)的發(fā)射λ1，后者由半導(dǎo)體激光器32作光學(xué)泵激。第一固態(tài)激光器22產(chǎn)生發(fā)射λ2，其中心位于鐿吸收譜峰中的約第一固態(tài)波長(zhǎng)(中心位于約920nm)。該裝置還包括第二固態(tài)激光器24，由第一固態(tài)激光器22作光學(xué)泵激。第二固態(tài)激光器24產(chǎn)生中心位于約980nm的發(fā)射入λ3，用于放大光傳輸信號(hào)的光放大器60由第二固態(tài)激光器24作光學(xué)泵激。第一固態(tài)激光器22最好是摻釹激光器，第一固態(tài)波長(zhǎng)在880～960nm范圍內(nèi)。第二固定激光器24最好由包括摻鐿石英光波導(dǎo)纖維26的光波導(dǎo)組成，另外最好還包括纖維Bragg光柵回射器54和纖維Bragg光柵泵激反射器56。在本發(fā)明一最佳實(shí)施例中，該裝置還包括濾光器52，用于阻止波長(zhǎng)接近1030nm的光進(jìn)入第二固態(tài)激光器24。
本發(fā)明還包括一種放大光傳輸信號(hào)的方法，包括設(shè)置產(chǎn)生λ3光的第三激光器；設(shè)置利用λ3光放大光信號(hào)的光放大器；用第一激光器產(chǎn)生的λ1光泵激第二激光器，用第二激光器產(chǎn)生的λ2光泵激光第三激光器，并用λ3光泵激光放大器。較佳地，該方法使λ3＞λ2＞λ1，最佳地，該方法包括放大波長(zhǎng)為λt的光傳輸信號(hào)，使λt＞λ3＞λ2＞λ1。在諸較佳方法中λ1光的中心位于約808nm；λ2光的中心位于約946nm；且λ3光的中心位于約980nm。該方法還包括例如用濾光器52抑制波長(zhǎng)中心位于約1030nm的光。
本發(fā)明還包括對(duì)光放大器制作980nm泵的方法，包括步驟設(shè)置至少一只半導(dǎo)體激光二極管，將至少一只半導(dǎo)體激光二極管耦合入固態(tài)激光器，并將該固態(tài)激光器耦合入摻鐿光纖激光器。設(shè)置至少一只半導(dǎo)體激光二極管32的步驟，較佳地包括設(shè)置至少兩只半導(dǎo)體激光二極管32，最佳地設(shè)置兩個(gè)寬區(qū)域半導(dǎo)體激光器，各半導(dǎo)體激光器以中心位于約808nm的波長(zhǎng)輸出至少2W(2瓦)并耦合入固態(tài)激光器，該步驟還包括組合這兩個(gè)半導(dǎo)體激光器的偏振。固態(tài)激光器22最好包括一種摻釹固態(tài)激光器。摻鐿光波導(dǎo)纖維激光器24最好包括單包層單模硅酸鋁摻鐿纖維26。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明包括一種光放大器系統(tǒng)，它包括單包層光波導(dǎo)激光纖維和多模原激源。如圖1所示，本發(fā)明的光放大器系統(tǒng)包括單包層光波導(dǎo)激光纖維126和多模泵激源132，較佳地，前面包括單模摻鐿光纖26，后者包括第一與第二寬區(qū)域半導(dǎo)體激光器32；最佳地，前者由后者間接泵激。另外，本發(fā)明包括一種制作光放大器泵的方法，包括設(shè)置一多模泵激源132，設(shè)置單包層光波導(dǎo)激光纖維126，并用前者間接地泵激后者。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明包括一種放大光信號(hào)λt的方法設(shè)置具有波長(zhǎng)λmm多模亮度輸出的多模光泵激源，將多模亮度輸出轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)λpump的單模輸出，并將單模輸出送入光放大器放大光信號(hào)λt。最好λt＞λpump＞λmm。
另外，本發(fā)明包括一光放大器泵，用于以泵激波長(zhǎng)λpump泵激光放大器，該泵包括一產(chǎn)生波長(zhǎng)λsemi的半導(dǎo)體激光器，并在λpump輸出至少500mW的光。較佳地，λsemi不等于λpump(λsemi≠λpump)，最佳地，λsemi＞λump。較佳地，λsemi的范圍為780～880nm，最佳地，λsemi為激發(fā)釹離子的波長(zhǎng)。在一較佳實(shí)施例中，λpump的中心位于約946nm。在另一實(shí)施例中，λpump的中心位于約980nm。
在再一個(gè)方面，本發(fā)明包括一光放大器泵，其配用的半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生波長(zhǎng)λ1以泵激釹離子，眾多釹離子受波長(zhǎng)λ1泵激時(shí)會(huì)產(chǎn)生波長(zhǎng)λ2以泵激鐿離子，而眾多鐿離子受波長(zhǎng)λ2泵激時(shí)會(huì)產(chǎn)生波長(zhǎng)λ3以泵激鉺離子。較佳地，λ1的范圍為780～880nm，λ2為900～960nm，λ3為970～980nm。
此外，本發(fā)明包括一種泵激光放大器的光放大器泵，該光放大器放大1560～1620nm L帶范圍內(nèi)的光信號(hào)，泵包括至少一個(gè)寬區(qū)域半導(dǎo)體激光器和一摻釹固態(tài)激光器，后者由半導(dǎo)體激光器泵激。如圖3所示，光放大器泵120包括用圖1中激光系統(tǒng)20的第一部分110以摻釹固態(tài)激光器22的946nm輸出直接泵激L帶光放大器160。寬區(qū)域半導(dǎo)體激光器32泵激固態(tài)激光器22，后者將946nm光直接輸入L帶光放大器160，無須應(yīng)用摻鐿光纖。泵120有效地泵激L帶光放大器，如一長(zhǎng)段摻鉺摻鋁的石英放大器纖維。
利用本發(fā)明直接泵激L帶光放大器包括具有半導(dǎo)體32的光放大器160、半導(dǎo)體激光器32泵激的固態(tài)激光器22和摻鉺光放大器纖維260，纖維260以固態(tài)激器22泵激的放大器纖維放大1560～1620nm范圍內(nèi)的信號(hào)。較佳地，摻鉺光放大器纖維260是一長(zhǎng)段長(zhǎng)度在50～250米范圍內(nèi)的纖維，更佳地為100～200米。較佳地，固態(tài)激光器22由釹諸如摻釹固態(tài)激光器構(gòu)成。較佳地，半導(dǎo)體激光器32是寬區(qū)域多模半導(dǎo)體激光器。摻釹固態(tài)激光器可以包括摻釹晶體、摻釹雙包層波導(dǎo)或摻釹錐形波導(dǎo)。摻釹晶體較佳地固態(tài)激光器，最佳為NdYAG。
本發(fā)明包括放大L帶光信號(hào)的方法，它包括步驟設(shè)置一摻鉺光纖，用寬區(qū)域半導(dǎo)體激光器泵激釹固態(tài)激光器，將固態(tài)激光器直接輸入摻鉺光纖，再用摻鉺光纖放大L帶光信號(hào)。在一較佳方法中，設(shè)置的參鉺纖維至少長(zhǎng)100米，最佳長(zhǎng)100～200米。摻鉺光纖最好是一種摻鋁石英纖維。
舉例以下是用于示明本發(fā)明的若干例子，可進(jìn)一步說明本發(fā)明內(nèi)容。例1-2如圖1-2所示，根據(jù)本發(fā)明，單模YbSiO2纖維激光器由二極管泵激的1.1W NdYAG激光器以946nm泵激，在980nm處設(shè)置成＞650mW輸出功率，傾斜功率＞80％。通過在946nm用TEM0，0激光二極管泵激的NdYAG作泵激，可在980nm獲得如此高的輸出功率。雖然鐿吸收截面在該波長(zhǎng)附近最小，但是吸收度仍足以提供980nm輸出。這種發(fā)明的泵激方案可從CS980牌光纖(Corning有限公司；Corning，NY)輸出纖維獲得得0.65W的單模輸出，并可標(biāo)定到高得多的輸出功率，表明適用于泵激摻鉺放大器。在本發(fā)明的這種高輸入功率操作中，1030nm的轉(zhuǎn)變受到了抑制。
在實(shí)施圖1所示的本發(fā)明時(shí)，本發(fā)明涉及NdYAG在946nm的準(zhǔn)四級(jí)轉(zhuǎn)變以直接泵激YbSiO2，而后者在980nm發(fā)激光并直接泵激鉺。如此產(chǎn)生的980nm泵激光具有一些優(yōu)點(diǎn)，如與泵有的放大器元件技術(shù)兼容，用合摻鐿鉺纖維作前置放大級(jí)泵激看不到明顯的NF劣化。
如圖1-2所示，TEM0，0泵激激光器包括由一對(duì)偏振復(fù)用的2W多模加寬波導(dǎo)、寬區(qū)域半導(dǎo)體激光二極管在808nm以100×1μm2發(fā)射孔徑泵激的NdYAG固態(tài)晶體，其1dB吸收長(zhǎng)度為3mm，尺寸為3×3×8mm。平凹諧振器長(zhǎng)7mm(光程1cm)，曲率半徑約10cm，4W泵功率的熱透鏡約15cm。熱透鏡作用使諧振器光點(diǎn)大小隨泵增大而減小，因而光束發(fā)射隨泵功率而增強(qiáng)，這一點(diǎn)已為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，測(cè)得的TEM0，0光束發(fā)散范圍為3.4～6mrad，取決于輸出功率。NdYAG激光器的示意圖示于圖2，該激光器的閾值與傾斜斜度分別為1W輸入泵功率和50％，0.30nm FWHM的中心位于945.8nm。本發(fā)明應(yīng)用的NdYAG固態(tài)晶體激光器購(gòu)自InnoLight有限公司(Hannover，德國(guó))，寬區(qū)域半導(dǎo)體激光二極管是Polaroid POL-5100BW系列牌號(hào)的激光二極管(Polaroid公司；Norwood，MA)。激光二極管在快軸上用100μm直徑的微透鏡準(zhǔn)直，將快軸NA從0.6減至約0.03。用1.8cm焦距的球面透鏡元件形成微透鏡孔徑的像。來自各激光二極管的射束部分迭加在偏振復(fù)用器中，并用2.7cm焦距的透鏡元件放大1.5倍。聚焦的泵激光點(diǎn)半徑(1/e2)約為80±100μm。100mW輸出功率時(shí)測(cè)得的激光束光點(diǎn)半徑為80～100μm，證實(shí)了準(zhǔn)四級(jí)有效操作必需的優(yōu)良泵激信號(hào)重迭。
運(yùn)用NdYAG激光諧振器中使用適當(dāng)涂層的雙通泵激吸收，可用同樣的2X2W激光二極管泵在946nm實(shí)現(xiàn)約1.7W。將該1.7W輸出的85％耦入光纖，并以80％鐿激光器傾斜效率，可得到大于1.2W@980nm。
摻鐿光纖激光器包括一段摻鐿光纖和圖1那樣在其每側(cè)熔融拼接的兩個(gè)光柵。在輸入側(cè)，泵激功率經(jīng)X10非球面透鏡元件(Newfocus牌透鏡#5726)耦入包含一塊1030nm長(zhǎng)周期光柵(LPG)的Flexcore1060牌號(hào)光纖(Corning有限公司；Corning，NY)，該長(zhǎng)周期光柵拼接至包含Bragg光柵回射器的CS980牌號(hào)光纖(Corning有限公司I；Corning，NY)。在輸出側(cè)，將包含Bragg光柵泵激反射器的Flexcove1060牌號(hào)光纖(Corning公司)拼接至包含Bragg光柵輸出耦合器的CS980牌號(hào)光纖(Corning公司)。
已發(fā)現(xiàn)，有效的泵激吸收與獨(dú)特的三級(jí)激光器操作以及向拉動(dòng)要求的鐿纖維長(zhǎng)度；還發(fā)現(xiàn)，946nm泵激吸收在閾值處最多為4～5dB，以避免光纖激光器中往返一次損耗14dB的準(zhǔn)四級(jí)振蕩。由于無法接受低的泵激吸收，所以用譜濾光器來提高泵激吸收度。長(zhǎng)50cm的摻鐿硅酸鋁光纖允許泵功率接近85％的吸收剛巧低于激光器閾值；然而，除了在978nm處2F5/2→2F7/2歧管間的三級(jí)振蕩以外，同時(shí)觀察到另兩對(duì)強(qiáng)硬級(jí)同樣歧管之間在1030nm和1012nm處不希望有的準(zhǔn)四級(jí)激光作用。這種激光作用可用在1027nm有-13dB凹口的LPG消除；該光柵的損耗在946nm為0.15dB，在1012nm為1.2dB。
回射器是中心位于979.8nm的0.5nm FWHM FBG，最大反射率＞99％。泵反射器是中心位于945.8nm的0.6nm FWHM FBG，最大反射率＞99％；該光柵允許以雙通過接近97％的泵激吸收；對(duì)于給定的光纖長(zhǎng)度，讓泵反射器從光纖端部漏泄出約15％的泵激功率；發(fā)現(xiàn)該泵反射器光柵也有助于在1012nm處抑制不希望的振蕩。輸出耦合器具有中心位于979.9nm的0.5nm FWNM，最大反射率為5％；該光柵在高泵功率時(shí)可保持窄線振蕩。不用輸出耦合器，高泵功率時(shí)光纖在其分開的小平面之間發(fā)出激光、YbSiO2光纖為0.2wt.％鐿和0.2wt.％鋁，NA＝0.22，截止波長(zhǎng)為870nm，980nm處的最大吸收度為1.77dB/cm，背景損耗為8dB/km。
圖4示出從輸出CS980光纖端分開的小平面測(cè)量的激光功率與輸入泵功率(在Newfocus牌×10非球面透鏡元件前面測(cè)得)之間的關(guān)系；黑點(diǎn)401代表結(jié)果點(diǎn)，實(shí)線402是這些結(jié)果的線性內(nèi)插。閾值近似為輸入泵功率的41mW，相對(duì)于輸入泵功率的傾斜效率為59％。測(cè)得的損耗如下光纖耦合損耗1.0dB(考慮到透鏡的透射為97％和光纖小平面的Fresnel反射為7％，這在對(duì)應(yīng)于88％的耦合效率)，接頭損耗0.25dB(共有4次拼接)，LPG插入損耗0.15dB，總計(jì)約為1.4dB。在校正了這些損耗后，對(duì)于吸收的泵功率，激光器傾斜效率為81％，激光器閾值為30mW。圖5示出輸出功率為655mW時(shí)的光譜，它具有中心位于979.8nm的0.15nm FWHM。
本發(fā)明應(yīng)用了第二根硅酸鋁摻鐿光纖，具有2.5wt.％鐿和8.3wt.％鋁，NA＝0.26，截止波長(zhǎng)940nm，980nm的最大吸收度9.75dB/cm，背景損耗20dB/km。這種9.5cm長(zhǎng)的摻鐿光纖允許約85％的泵激吸收度，相對(duì)吸收的泵功率，測(cè)得的閾值與傾斜效率約為60mW與60％。
這類硅酸鋁摻鐿光纖用MCVO(改型化學(xué)汽相沉積)工藝制備，傾斜效率與功率閾值的測(cè)量結(jié)果列于表1。在每種場(chǎng)合中，將鐿光纖長(zhǎng)度優(yōu)化成在980nm處發(fā)激光，泵激吸收度達(dá)90％，接頭損耗減至最小。這些測(cè)量值與輸入LPG與回射器位置適當(dāng)時(shí)獲得，但輸出端無光柵，輸出反射器是切開的鐿光纖小平面。
表1

所有這些光纖激光器都有兩處拼接一個(gè)是Flexcore與CS980拼接，測(cè)得的損耗始終＜0.1dB。另一個(gè)上CS980與鐿光纖拼接，估計(jì)的損耗＜0.2。傾斜效率與閾值的數(shù)這是對(duì)測(cè)得的輸入/輸出點(diǎn)作線性擬合而得到的，并對(duì)泵漏泄、泵耦合與Flexcore-CS980接頭損耗作了校正；它們未對(duì)很小的可再現(xiàn)的CS980-鐿光纖接頭損耗校正；因此，相對(duì)吸收泵功率的傾斜效率可能在這類硅酸鋁中高出5％。
圖6示出無輸出光柵(泵激反射器與輸出耦合器)時(shí)對(duì)300mW輸出功率觀測(cè)到的典型光譜。曲線601示出譜是如何僅隨LPG與回射器FBG的位置斷開的；約有92％的激光功率輸出處于FBG帶寬內(nèi)；微弱的偽反饋使剩余的8％在位于978nm處的2F5/2→2F7/2轉(zhuǎn)變峰附近發(fā)射。為作比較，還示出了自激譜(曲線602)和用線性調(diào)頻的FBG代替FBG而得到的譜(曲線603)；前者的3.3nm FWHM的中心位于978.0nm，后者的3.2nm FWHM的中心位于979.0nm。在中心位于980.0nm的25nm內(nèi)，線性調(diào)頻的FBG具有＞98％的反射率。因此，應(yīng)用合適的光柵可控制帶寬。例3用摻釹固態(tài)激光器系統(tǒng)直接泵激摻鉺L帶光放大器，可在1560～1620范圍內(nèi)作光學(xué)放大。如圖3所示，將在946nm輸出約1瓦的NdYAG固態(tài)激光器直接耦入L帶光放大器，使29dBm的946nm光輸入200米長(zhǎng)的摻鉺光放大器纖維，后者是摻鉺與鋁的石英光纖。這樣，在1585nm用8.9dBm的輸入功率可在1585nm提供的22dBm的放大的輸出功率。評(píng)估的鉺傳播損耗約20dB/km，在940nm測(cè)得的鉺吸收度約0.2dB/m。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然明白，可對(duì)本發(fā)明作出各種更改和變化而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，只要符合所附權(quán)項(xiàng)及其等效技術(shù)方案的范圍，本發(fā)明試圖包羅本發(fā)明的這些更改和變化。
權(quán)利要求
1.一種光波導(dǎo)裝置，其特征在于包括固態(tài)激光器，用于輸出中心位于約946nm的發(fā)射λss；發(fā)射激光的波導(dǎo)，它包括一摻鐿光波導(dǎo)，而所述摻鐿光波導(dǎo)有一輸入端和一輸出端，所述輸入端與所述固態(tài)激光器光耦合，致使將所述固態(tài)激光器輸出的所述發(fā)射λss輸入到所述摻鐿光波導(dǎo)的輸入端中，并從所述摻鐿光波導(dǎo)輸出端輸出中心位于約980nm的發(fā)射λy。
2.一種產(chǎn)生980nm泵激光的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟設(shè)置第一激光器，以產(chǎn)生中心位于約808nm的發(fā)射λ1；將所述產(chǎn)生的中心位于約808nm的發(fā)射λ1輸入第二激光器，以產(chǎn)生中心位于約946nm的發(fā)射λ2；產(chǎn)生中心位于約946nm的發(fā)射λ2；將所述產(chǎn)生的中心位于約946nm的發(fā)射λ2輸入第三激光器，以產(chǎn)生中心位于約980nm的發(fā)射λ3；產(chǎn)生中心位于約980nm的發(fā)射λ3。
3.一種光放大器裝置，其特征在于包括半導(dǎo)體激光器，用于產(chǎn)生中心位于約第一半導(dǎo)體波長(zhǎng)的發(fā)射λ1；第一固態(tài)激光器，它由所述半導(dǎo)體激光器光學(xué)泵激，產(chǎn)生中心位于約第一固態(tài)波長(zhǎng)的發(fā)射λ2，所述第一固態(tài)波長(zhǎng)是鐿吸收譜中中心位于約920nm的峰值；第二固態(tài)激光器，它由所述第一固態(tài)激光器光學(xué)泵激，產(chǎn)生中心位于約980nm的發(fā)射λ3；光放大器，用于放大光傳輸信號(hào)，所述光放大器由所述第二固態(tài)激光器光學(xué)泵激。
4.一種放大光傳輸信號(hào)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟設(shè)置產(chǎn)生λ1光的第一激光器；設(shè)置產(chǎn)生λ2光的第二激光器；設(shè)置產(chǎn)生λ3光的第三激光器；設(shè)置用λ3光來放大光信號(hào)的光放大器；用所述第一激光器產(chǎn)生的λ1光泵激所述第二激光器；用所述第二激光器產(chǎn)生的λ2光泵激所述第三激光器；和用λ3光泵激所述光放大器。
5.一種對(duì)光放大器制作980nm泵的方法，其特征在于包括以下步驟設(shè)置至少一只半導(dǎo)體激光二極管；將所述半導(dǎo)體激光二極管耦入固態(tài)激光器；將所述固態(tài)激光器耦入摻鐿光纖激光器。
6.一種制作光放大器泵的方法，其特征在于，包括以下步驟設(shè)置多模泵激源；設(shè)置單包層光波導(dǎo)激光發(fā)射光纖；和用所述多模泵激源間接泵激所述激光發(fā)射光纖。
7.一種放大光信號(hào)λt的方法，其特征在于，包括以下步驟設(shè)置具有波長(zhǎng)λmm多模亮度輸出的多模光泵激源；將所述多模亮度輸出轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)為λpump的單模輸出；將所述單模輸出送入光放大器以放大光信號(hào)λt。
8.一種以泵激波長(zhǎng)λpump泵激光放大器的光放大器泵，其特征在于，所述泵包括產(chǎn)生波長(zhǎng)λsemi的半導(dǎo)體激光器；所述泵輸出至少500mW的λpump光。
9.一種光放大器泵，其特征在于包括半導(dǎo)體激光器，用于產(chǎn)生波長(zhǎng)λ1以泵激釹離子；眾多釹離子，釹離子在受所述波長(zhǎng)λ1泵激時(shí)會(huì)產(chǎn)生用以泵激鐿離子的波長(zhǎng)λ2；眾多鐿離子，鐿離子在受所述波長(zhǎng)λ2泵激時(shí)會(huì)產(chǎn)生用以泵激鉺離子的波長(zhǎng)λ3。
10.一種放大L帶光信號(hào)的方法，其特征在于包括以下步驟設(shè)置摻鉺光纖；用寬區(qū)域半導(dǎo)體激光器泵激釹固態(tài)激光器；將所述固態(tài)激光器輸入所述摻鉺光纖；和用所述摻鉺光纖放大L帶光信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明包括用于輸出中心位于約946nm的波長(zhǎng)發(fā)射λ
文檔編號(hào)H01S3/10GK1334981SQ99815485
公開日2002年2月6日 申請(qǐng)日期1999年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月8日
發(fā)明者L·A·森特諾 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司