使用光学部件块的低成本放大器制造技术

本发明专利技术涉及一种能与光纤耦合的在线光放大器，其中的放大介质比与它耦合的光纤有显著更大的模场。本发明专利技术实现了一种设计，它使用非常高功率的泵浦，把泵浦功率近似１Ｗ的多模信号注入掺铒玻璃块，掺铒玻璃块的模场直径比掺铒光纤的模场直径大好几个数量级。本发明专利技术提供一种相对不那么昂贵的光放大器，它可以用在光纤通信系统或其他用途。有利的是，本发明专利技术提供的装置不要求用长度难以操纵的掺铒光纤来构成放大器。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及光放大器，更具体说，是涉及能与光纤耦合的在线光放大器，其中的放大介质比与它耦合的光纤有显著更大的模场直径。用掺稀土的光纤放大器放大本地和长途两种光通信网络的弱光信号，是备受关注的。掺稀土的光放大光纤呈现低的噪声，较大的带宽和低的偏振依赖性，使串扰问题显著降低，并且在光通信使用的相关工作波长上，有低的插入损耗。此外，掺稀土光纤放大器能与传输光纤端对端地耦合，还能通过定向耦合器与激光二极管泵浦耦合。定向耦合器的目的是使其在泵浦波长上有高的耦合率，而在信号波长上有低的耦合率，从而把最大泵浦能量耦合进放大器的同时，信号损耗又最小。当用泵浦激励光放大介质时，通过光放大器的信号光获得增益。泵浦能量相对于信号能量的传播方向，可以做成同向的或反向的，以便选择更高的功率效率或更佳的噪声性能。迄今，在克服信号损耗所必须的高放大上，铒光纤放大器似乎最有潜能。掺铒光纤放大器(EDFA)工作在1550nm，这是光通信系统特别感兴趣的，因为在此波长区，放大器呈现低的插入损耗，宽的增益带宽(近似30nm)和相对的偏振不灵敏的增益。用波长980nm的光泵浦这类放大器，能够获得的增益高达26dB，但要求注入的泵浦功率亦高达76mW。一般希望获得更高增益的同时，还要求耦合进光纤的泵浦功率有较低的值，EDFA的这种最优化是追求的目标。把信号注入单模光纤所需要的泵浦是十分昂贵的。本专利技术已实现了一种设计，它使用非常高功率的泵浦，发送近似1W泵浦功率的多模信号。目前有市售的高功率光泵浦激光器，价格低廉。这类高功率泵浦在制造EDFA时，不适合与掺铒光纤共同使用。但是，本专利技术提供一种不那么昂贵的光放大器，适合光纤通信系统使用或作其他用途。本专利技术还提供一种装置，它不要求用长度难以操纵的掺铒光纤来构成放大器。相反，当前的专利技术使用一玻璃块，它的模场直径比掺铒光纤的模场直径大好几个数量级。通过增大信号光束的模场，能够毫不困难且没有损耗地施加更大的泵浦能量，而当把泵浦能量耦合进单模光纤放大器时，困难和损耗是存在的。使用内含稀土的一玻璃块，放大器的封装、温度稳定、和温度调谐变得切实可行。还有，带平面端面的圆柱形玻璃块，有助于在其上镀膜或加上滤波器，从而在掺铒块的端面上形成选择性滤波器，让泵浦光进入，并让信号光从相反的端面进入，同时阻止泵浦波长的光随被放大的信号传播出去。按照本专利技术，提供一种光放大器，它包括一种传送待放大光信号的光波导，光波导有把光信号耦合出去的输出端；一个基本准直透镜，与光波导的输出端光学耦合，以接收光信号并提供一基本上准直的待放大的光束，此基本上准直的光束的模场直径，比光波导传送的光信号显著大得多；一块透光材料块，大小适合传送待放大的基本上准直的光束，此透光材料块由掺稀土元素的增益介质组成，该块被放置以接收基本上准直的光束；和一高功率的泵浦，被放置以便把光能送至此透光材料块；以及一输出光波导，被放置以便与透光材料块内已经被放大了的光信号的聚焦光进行耦合。按照本专利技术，还提供一种光放大器，它包括提供待放大信号的第一光波导，此光波导具有平均模场直径d1；与第一光波导光学耦合的第二光波导，用于接收被放大之后的光信号，第二光波导具有模场直径d2，这里d1和d2显著小于d3；一种引导模场直径至少为d3的光束的透光放大介质，放置所述透光放大介质，以便从第一光波导接收光并向第二光波导提供放大了的光；一种与透光放大介质光学耦合的泵，向放大介质提供泵浦能量。按照本专利技术，还提供把进入的光信号放大的光放大器，它包括一种呈透光介质状态的玻璃块，其大小适合传送模场直径至少100μm的光束，此玻璃块用稀土元素掺杂，当稀土被泵浦光束激励时，能把通过玻璃块的光放大，透光介质在它的一个端面上有一滤波器，让泵浦光通过并基本上阻止待放大的光信号通过，同时在其另一端面上有一滤波器，让待放大的光信号通过并基本上阻止泵浦光束通过。按照本专利技术，提供一种光放大器，它包括提供待放大信号的输入光纤；一个透光材料组成的放大介质，透光材料的直径显著地大于输入光纤的直径，用于接收待放大的信号；一个把待放大信号光束的模场直径显著扩展的透镜，在输入波导与放大介质之间进行光学耦合；一个泵浦源，向放大介质提供高强度的光泵浦能量；和一个输出光纤，从放大介质接收被放大的光信号。按照本专利技术的另一方面，提供一种放大光信号的方法，包括步骤把光信号从光纤耦合进放大介质，放大介质的直径比在光纤中传播的信号的模场直径大许多数量级，于是，与光纤中传播的信号比较，信号的模场直径变换为显著增大的准直光束；把与光信号波长不同的光能，泵浦进放大介质，并从放大介质接收被放大的光信号。按照本专利技术，还提供一种放大光信号的方法，包括步骤从光纤发送携带光信号的光束；显著地增大此光束的模场直径，并向放大介质提供此光束；把与光信号波长不同的光能，泵浦进放大介质，并从放大介质接收被放大的光信号，和减小被放大的信号的模场直径，并把被放大的信号耦合至输出光纤。现在结合附图，说明本专利技术的各个示例性实施例，其中附图说明图1是常规的掺铒光纤光放大器；图2是按照本专利技术的放大器的示意图；图3是本专利技术的另一个实施例的示意图；图4是本专利技术的另一个实施例的示意图，其中的放大介质具有光焦度；图5是放大介质的概略视图，说明输入和输出信号分离的角度；图6a是放大介质的概略视图，说明泵浦信号的全内反射；图6b是放大介质的概略视图，表明准直的泵浦信号；和图7是本专利技术的又一个实施例的示意图，其中的放大介质被加大，以容纳多个输入和输出光纤。因为掺稀土光纤的低插入损耗、宽增益带宽、和低的偏振敏感性，用掺稀土光纤放大本地和长途光通信网络的弱信号，在一段时间内备受关注。使用时，掺杂的光纤通常与一泵浦耦合，使波长在稀土增益曲线之内的弱输入光信号，经受需要的放大。经定向耦合器能够耦合进光纤的泵浦光，在光纤内相对于信号可以同向传播，也可以反向传播。定向耦合器能够在泵浦波长上有高的耦合率，而在信号波长上有低的耦合率。当光纤不被泵浦时，由于稀土离子的基态吸收，信号经受损耗。当加在光纤上的泵浦功率增加时，基态能级吸收导致的损耗下降(即，增益是负的且逐渐增加)，直至在某些泵浦功率值上，净信号吸收消失(即，增益为零)。这一状态称为透明态。此后，随着光纤中泵浦功率的增加，更高比例的稀土离子处在它们的激发态，并且从上激光态到基态的受激发射变得比从基态到上激光态的吸收更强，在各种波长上产生净的正增益。因此，当泵浦这样使上激光能级的粒子数增加时，光放大器产生泵浦阈值之上的净的正增益，从而此光纤的作用就像一个放大器。泵浦是用一分开的激光器或灯实现的，灯发射适当能量的光子，其能量要高于信号波长对应的能量。电子从基态被激发到一个或多个泵浦带，这些泵浦带都在上激光能级之上。重要的是，上激光能级的自发寿命要大大地超过泵浦带的自发寿命，以使上能级的粒子数极大增加。当一个激光波长的光子与一个上激光态的激发离子相互作用时，能够出现受激发射。此光子可以来自早先的自发发射、受激发射、或输入信号。本专利技术使用圆柱形掺铒玻璃块作为放大介质。与掺铒光纤放大器不同，此圆柱块的截面比光纤截面大好几个数量级。此外，还使用非常高功率的泵浦向此参铒块提供所需的能量。从根本上说，在光纤内传播的光束的模场直径被扩束后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学放大器，包括：第一光波导，用于提供待放大的信号，此波导的平均模场直径为ｄ↓［１］；第二光波导，与第一波导光学耦合，用于接收已经被放大了的光信号，第二光波导的模场直径为ｄ↓［２］，这里ｄ↓［１］和ｄ↓［２］显著小于ｄ↓［３］； 一种透光的放大介质，用于引导模场直径至少为ｄ↓［３］的光束，所述透光放大介质被放置以便使之从第一光波导接收光并把放大了的光送至第二光波导；与透光放大介质光学耦合的泵，向放大介质提供泵浦能量。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁斯尼曼，加里S达克，尼尔泰特尔保，
申请(专利权)人：JDS尤尼费斯公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]