宽波段光学波导放大器及其制造方法技术

一种宽波段光学波导放大器，这种光学波导放大器具有稀土离子以及一个用于容纳稀土离子的光学介质。该放大器是使用一种电极性调整技术加以提供。通过沿正交于光路径的方向把一个预定的电压施加于光学介质的一个光通道，与此同时，维持一个预定的温度。接下来对光学介质进行极性调整，以致于稀土离子的一个荧光光谱的波段宽度能够得以扩展。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种、更具体地说，涉及一种包含稀土离子的宽波段光学波导放大器以及通过一种电极性调整技术制造这种宽波段光学波导放大器的方法。然而，就带宽的宽度(可在其中获得一个均匀的光增益)而言，包含Er3+离子的光纤拥有较窄的带宽，因而即使是波长的一个很小的漂移，也会引发信道增益较大的波动，以致可用信道的数目受到限制。因此，为了减少整个波长上信道增益的变化以及为了增加可用信道的数目，可从Er3+离子中获得的荧光光谱的带宽需要加以放大。一种特殊的组合物，例如黄碲矿玻璃，其光纤的荧光光谱的宽度略大于硅酸盐类玻璃的荧光光谱。然而，它的热稳定性和机械稳定性是极不可靠的。本专利技术的第二个目的在于提供一种放大荧光光谱的波段宽度以获得光放大的方法，这一方法使用了一种含有稀土离子的玻璃，从而实现数十太比特以上的光传输。根据本专利技术的第一优选实施例，本专利技术提供了一种宽波段光学波导放大器，包括稀土离子；以及一光学介质，用于容纳稀土离子，其中，对光学介质进行电极性调整，以扩展稀土离子的荧光光谱的波段宽度。图8A、8B以及8C均为示意图，说明的是根据本专利技术的由玻璃组合物或光纤中的电荷的移动所导致的一个极性调整过程；图9是一个示意图，示意性说明了一个根据本专利技术的来自玻璃样本的荧光检测方案；附图说明图10说明的是根据本专利技术的来自进行过极性调整的扁平样本的荧光光谱；图11说明的是来自尚未完全进行极性调整的扁平样本的荧光光谱；图12说明的是根据本专利技术的来自进行过极性调整的扁平样本的荧光光谱；以及图13说明的是来自进行过极性调整的扁平样本的荧光光谱；图14示意性地描述了一个用于执行光通信的装置的实施例，该装置使用了根据本专利技术的宽波段光学波导放大器。专利技术的详细描述参照图1A和图1B。图1A和图1B说明的是一种根据本专利技术对一个掺杂了Er的扁平样本15进行极性调整的装置。一个上电极11和一个下电极13(例如用铂制造)分别连接在两衬底12(例如由铝土制造)的两个相面对的表面上，以致于它们可以相互面对。上电极11和下电极13分别连接于电源18的阳极或阴极，或者相反。样本15定位在上电极11和下电极13之间。可在下电极13的周围设置一个接地的引导环14，以便切断可能流经样本15表面的一个漏电电流。可把一个DC电源用作为电源18，以在上电极11和下电极13之间施加一个几kV的偏压。如果在极性调整期间检测到一个表面漏电电流，则对电源18加以控制，以施加一个小于表面漏电电流开始出现时所需的阈值电压的95％的偏压。参照图2。图2描述了根据本专利技术的另一个装置，在这一装置中，可对一个掺杂了Er的D型光纤进行极性调整。其中，D型光纤是一条侧抛光的光纤。由于有效的极性调整出现在接近一个电极的区域中，所以可对光纤进行侧抛光，以缩短电极与光纤芯23之间的距离。把圆柱形光纤的包层24沿长度方向加以抛光，且不暴露圆柱形光纤的芯23，以致于能够形成具有一个沿长度方向抛光的表面的D型光纤。可以使用一种溅射技术在D型光纤的抛光表面涂敷一种金属(例如铂)薄膜21，从而形成一个上电极。当把D型光纤在一作为下电极的金属(例如铂)板22上校直之后，把一个电压施加于金属薄膜21和金属板22之间，以致于能够在芯23中生成一个强电场。参照图3。图3说明的是根据本专利技术的又一个装置。在这一装置中，可对一条包层的双极光纤进行极性调整。在环绕光学预型件的芯的包层中，通过使用例如超声波钻孔技术，沿长度方向形成两个圆柱形孔。其中，两个孔平行走向，并相对于预型件的中心相对地加以定位。分别使用金属(例如铂)线填充这两个柱形孔。通过拉伸如此制造的预型件，可以获得一条拥有包层34的光纤30(其中包括一个芯33和两条金属线31和32)。把金属线31和32连接于一个电源，并可以把一个高电压施加于其间以使对芯33进行极性调整。在光纤30中，把金属线31和32定位在靠近芯33的地方，且不暴露于光纤30的表面，因此可施加一个高电场，而不会产生表面漏电电流，从而增强了极性调整的效果。参照图4。图4是一张示意图，用以说明Er3+离子的能级。800nm、980nm以及1480nm的光抽运的吸收把稀土离子Er3+从基本能极4I15/2分别激发到4I9/2、4I11/2以及4I13/2受激能级。受激能级4I9/2、4I11/2以及4I13/2之间的跃迁的发生贯穿整个光子弛豫机制。然而，从4I13/2级到4I15/2级的能级跃迁是通过一个1.5μm波段中的荧光发射加以实现的。因此，一个使用Er3+离子的受激发射的掺杂Er的光纤放大器可在使用1.55μm波段的光通信中被使用。通常情况下，人们把镧系元素(从57La到71Lu)中的三种稀土元素的离子化原子用于放大光信号和激活激光光束。由于每一稀土离子发射具有至少一个指定波长的荧光，所以可将其用于放大一个相应于某一特定波长的所发射的荧光的信号光。代表性地，Pr3+离子发射具有1.34μm(1G4→3H5)、1.50μm(1D2→1G4)以及1.64μm(3F3→3H4)波长的荧光。Nd3+离子发射具有1.06μm(4F3/2→4I11/2)、1.36μm(4F3/2→4I13/2)以及1.87μm(4F3/2→4I15/2)波长的荧光。Sm3+离子发射0.65μm(4G5/2→4H9/2)波长的荧光。Eu3+离子发射0.615μm(5D0→上7F2)波长的荧光。Dy3+离子发射具有1.32μm(6F11/2→6H15/2)以及1.75μm(6H11/2→6H15/2)波长的荧光。Ho3+离子发射具有1.18μm(5I6→5I8)、1.45μm(5F5→5I6)、1.50μm(5F4→5I5)、1.65μm(5I5→5I7)以及2.10μm(5I7→5I8)波长的荧光。Er3+离子发射具有0.98μm(4I11/2→4I15/2)、1.55μm(4I13/2→4I15/2)、1.70μm(4I9/2→4I13/2)、以及2.75μm(4I11/2→4I13/2)波长的荧光。Tm3+离子发射具有1.20μm(3H5→3H6)、1.45μm(3H4→3F4)以及1.80μm(3F4→3H6)波长的荧光。Yb3+离子发射具有1.00μm(2F5/2→2F7/2)波长的荧光。因此，可以有选择地把一种稀土元素用于光纤之中，这一选择将取决于稀土元素在一个荧光光谱中所处的具体波段。参照图5。图5是一张示意图，说明的是由于一晶体结构的荧光光谱的一个展宽机制。把自由空间中的一个稀土离子的每一能级通过晶体中的晶态场划分成多个斯塔克级。两个相邻的斯塔克级之间的每一级差按晶态场的强度成比例地增加。把一个晶态结构中的每一稀土离子定位在晶体中的一个基本一致的位置上，以致于它可经历一个均匀的晶态场。因此，具有一致级间差的斯塔克级得以生成，以致于能够获得窄而尖的荧光光谱。然而，如果把稀土离子掺入到一种非晶材料(例如，一种玻璃，其基本上呈非晶态结构)中，则它们可经历由不规则结构所造成的不同的晶态场。因而，稀土离子的斯塔克级不均匀地分布在非晶材料中，以致于可通过非同质的展宽机制把非晶材料中稀土离子的荧光光谱的半最大值全宽(FWHM)加以展宽。通常，非晶材料中所包含的稀土离子可由光子吸收所激发，并发射信号光束的受本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽波段光学波导放大器，包括：稀土离子；以及一光学介质，用于容纳稀土离子，其中，对该光学介质进行极性调整，以把这些稀土离子的荧光光谱的波段宽度加以扩展。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：许钟，朴世镐，徐永范，
申请(专利权)人：学校法人浦项工科大学校，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]