使用S-波段掺铒光纤和L-波段掺铥光纤的具有分布抑制放大自发发射功能的放大器和光源制造技术

本发明专利技术提供一种掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）和一种使用在Ｓ－波段产生光的掺铒光纤放大器的光源，在压低包层或Ｗ型光纤中的光纤放大器（１０）具有一个掺有活性物质（１８）的被纤芯横截面和折射率ｎ↓［０］限定的纤芯（１２），一个折射率为ｎ↓［１］的压低包层（１４）包围纤芯（１２），而折射率为ｎ↓［２］的第二包层（１６）包围压低包层（１４），光纤放大器被泵浦到一高水平的粒子数反转Ｄ，使得活性物质在短波段呈现正增益而在长波段呈现高增益。在一个实施例中，纤芯横截面、压低包层横截面和折射率ｎ↓［０］、ｎ↓［１］、ｎ↓［２］被选择在整个光纤放大器（１０）的长度上，在长于截止波长λｃ的波长处提供分布的放大自发发射抑制功能。在另一个实施例中，这样的选择提供一个关于截止波长λｃ的滚降损耗曲线。滚降损耗曲线在长波段产生至少与高增益可比的损耗而在短波段产生比正增益小的多的损耗。为了获得期望的滚降损耗曲线，纤芯的折射率ｎ↓［０］被这样选择，凭经验的被限定模的有效折射率ｎ↓［ｅｆｆ］使截止波长前的滚降损耗曲线的滚降斜率最大化。（*该技术在2023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一种具有W-型光纤的光纤放大器，尤其是涉及具有压低包层并在C-波段和L-波段具有分布抑制放大自发发射功能的S-波段掺铒光纤放大器，在L-波段放大的掺铥放大器，制造这种光纤的方法，设计这种光纤放大器的方法，以及用这种光纤放大器在S-波段产生宽带和窄带光的光源。
技术介绍
光学波导是被设计以可控形式对包含在一个波长范围内的各种模式和偏振状态的光线进行传导。单模光纤是用于长距离传递光线的最常用的波导。其它波导，如扩散波导，离子交换波导，带状-负荷波导，平面波导，和聚合物波导通常用于对光线在短距离进行传导，特别是用于对不同波长的光线进行结合或者分离，在非线性光学材料中光频率的混合，调制光线和把许多功能和工作集成到一个小空间里。本质上，波导是一种高折射率材料，通常用作光纤中的纤芯，被埋入一种通常用作包层的低折射率材料或结构中，这样，射入接收圆锥内的高折射率材料中的光线，通常被限定通过其传播。该限定被实现是因为在高折射率和低折射率材料之间的界面上，光线经过全内反射回到高折射率材料中。光纤放大器的运行依赖于多项参数，包括泵浦效率，在活性纤芯中的离子的粒子数反转水平，放大自发发射与有用放大信号的竞争，活性纤芯和包围活性纤芯的包层的横截面与折射率。在许多光纤放大器中，放大自发发射对于所需信号的有效放大来说是一个主要的障碍，这样，放大自发发射必需被抑制。掺铒光纤放大器的发展被成功地用于对于长距离传输的光放大问题。一种掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器由一定长度的硅光纤组成，这种光纤具有掺有稀土元素铒的离子化原子的纤芯。该光纤用波长为980nm或1480nm的激光器泵浦。该掺铒的泵浦光纤与传输光纤光学耦合，使得输入信号与掺铒光纤中的泵浦信号混合。在输入和/或输出中通常需要一个隔离器来阻止光线的反射，反射会将该放大器转变成激光器。早些时候，掺铒光纤放大器在1530至1565nm之间延伸的C-波段上可以提供30至40分贝的增益，噪音小于5分贝。现在掺铒光纤放大器已被发展到在1656至1625nm的L-波段以及在C-波段中提供25分贝的增益。在电信工业中最令人感兴趣的是在比现在用传统C-波段和L-波段掺铒光纤放大器可获得的波长短的光谱范围的应用。这些波长区域通常被称之为″S-波段″或″短波段″，因为涉及的放大器技术不一致而难于定义。而一般地说，S-波段被认为是覆盖在大约1425nm和大约1525nm之间的波长。比较典型地，在掺铒光纤放大器观察到的在S-波段的增益，受到多方面的因素限制，包括活性铒离子不完全的粒子数反转，来自1530nm的高增益峰的放大自发发射或激光。不幸的是，目前并不存在有效的装置来抑制在1530nm和掺铒光纤放大器中更长的波长处的放大自发发射。大多数的波导被设计用来阻止入射光通过装置耦合出去，例如瞬逝波耦出(隧道效应)、散射、弯曲损耗和泄漏模损耗。这些装置的总体研究可以在诸如L.G.Cohen及其他合著者的″具有压低折射率包层的单模光导中的辐射泄漏模损耗″，IEEE杂志量子电子学第10卷QE-18册，1982年10月，第1467-72页。在此篇参考文献中作者描述了在更复杂的具有一个折射率变化的包层的光的传导，也被称为压低包层光纤中的光的传播。L.G.Cohen及其他合著者告诉我们，改变包层分布曲线可以改善导波模的许多质量参数，而同时保持低损耗。另外他们观察到，压低包层对长波段的基模产生高损耗。进而他们确定，具有高折射率纤芯，低折射率内包层和中间折射率外包层的W-形光纤有一个确定的截止波长，在这个波长以上，纤芯的基模损耗逐逐步增加。事实上，这些损耗不产生非常高的衰减率，作者研究了光纤在截止波长附近的传导特性，并提出了减小损耗的方法。美国专利US5，892615和US6，118575告诉我们与L.G.Cohen所描述的那些相近似的W-形光纤或者QC光纤被用来抑制我们不想要的频率，并在包层泵浦激光器中获得高的输出功率。这种光纤自然地泄漏长波的光，如上面所讨论的那样，并且对于弯曲比别的光纤更敏感。事实上，当弯曲时，曲率损坏了W或QC光纤通过全内反射传导光的性能。波长越长，其瞬逝场穿透(从纤芯穿出)越深，在那波长上的光更可能从弯曲光纤的纤芯中损耗。因此，弯曲光纤以每米几百分贝的速率截止不良的低频(长波)，如拉曼散射波长。不幸的是，弯曲W-型光纤对于获得已定的截止损耗并不是一种非常可控的和可重复的方法。为了获得一个特殊的曲率，光纤必须被弯曲，例如，在一个卷轴上以正确的半径卷绕。在不同时间制造的光纤呈现折射率分布曲线以及纤芯和包层的厚度上的变化。因此，在各个光纤之间，光纤的正确的曲率半径是不同的。因此，这种在制造中获得高衰减率的方法是不实用的。另外，在S-波段的相当高的损耗和低增益使得在生产用于放大S-波段信号的掺铒光纤放大器时光纤和光纤分布曲线的选择非常困难。事实上，问题是如此严重，现有技术告诉我们在掺铒光纤放大器单元之间插入内滤波器来生产S-波段掺铒光纤放大器。例如，Ishikawa等人在他们的″新型的具有分立的拉曼放大器的1500nm波段掺铒光纤放大器″《ECOC-2001年末期论文》一文中公开了一种方法，通过层叠五级硅基掺铒光纤放大器和四个抑制自发发射的滤波器来制造掺铒光纤放大器。在Ishikawa等人的试验装置中，每个掺铒光纤放大器长度是4.5米。每个抑制滤波器在1.53μm的吸收为大约30dB，而每个抑制滤波器在1.48μm和0.98μm的插入损耗分别大约是2dB和1dB。泵浦形式为双向，使用0.98μm波长来保持高的粒子数反转，D30.7(D，相对粒子数反转)。前后泵浦功率相同，总泵浦功率为480mW。Ishikawa等人表示在1518.7nm处的25dB的增益具有9dB的增益倾斜。在类似的思路中，Payne等人的美国专利US5,260,823中告诉我们一种掺铒光纤放大器，用增益成形滤波器来成形光谱增益。专利技术人利用了掺铒光纤放大器分布的实际优点，沿掺铒光纤放大器的长度插入若干增益成形滤波器，而不是在光纤的末端设置一个滤波器。还有另外一个这种方法的例子由Srivastava等人在专利号为6,049,417的美国专利中给出，它使用几个滤波器分散设置在宽波段光放大器中。在这一方法中，放大器使用一分波段装置，光信号被分成几个独立的子波段，然后平行地通过光放大器的独立分路。每个分路的放大器的性能对于传过它的子波段被最佳化。不幸的是，现有的方法复杂且成本不低，如它们需要许多滤波器。特别是在Ishikawa等人的例子中，需要五个掺铒光纤放大器、四个抑制自发发射的滤波器和高泵浦功率。此外，在任何一种方法中，每个抑制自发发射的滤波器引入一个1-2dB的附加的插入损耗。这样，总的附加插入损耗大约是4-8dB。已引起大家关注的提供S-波段放大的另一种方法是在含氟化物纤芯中掺入铥作为激活介质的光纤放大器(TDFAs)。例如，可参见由Tadashi Kasamatsu等人在IEEE光子技术2001年2月13卷第一期31-31页发表的″用于1。48-1。51nm波长范围的波分复用信号的增益浮动、双波长泵浦的掺铥光纤放大器″一文。使用掺铥光纤放大器已获得了好的光学特性，但该特性只有在使用复杂的、非标准和或昂贵的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤放大器，包括：　　　　ａ）一个具有纤芯横截面和折射率ｎ↓［０］的纤芯；　　　　ｂ）一种掺入在所述的纤芯里的活性物质；　　　　ｃ）一个包围所述纤芯的压低包层，所述的压低包层具有压低包层横截面和折射率ｎ↓［１］；　　　　ｄ）一个包围所述的压低包层的第二包层，所述的第二包层具有第二包层截面和折射率ｎ↓［２］；　　　　ｅ）一个泵浦源，用于把所述的活性物质泵浦到一个高的相对粒子数反转Ｄ，即所述的活性物质在短波段呈现正增益，而在长波段呈现高增益；　　　　其特征在于所述的纤芯横截面，所述的压低包层横截面，和所述的折射率ｎ↓［０］，ｎ↓［１］，和ｎ↓［２］被选择用来产生一个关于截止波长λ↓［ｃ］的滚降损耗曲线，所述的滚降损耗曲线在所述的长波段中产生至少可以与所述的高增益相比的损耗，而在所述的短波段产生比所述的正增益小的多的损耗。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克A阿波尔，格雷戈里L基顿，托马斯J凯恩，周义东，杰富立D克马帝克，
申请(专利权)人：光波电子公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]