多模光纤激光器光栅制造技术

一个光学活性波导激光器（３０）包括一个多模部分（１２６），用于携带多于一个的在一个从包括激发波长（６４）和激光发射波长（６６）的带宽中选择的预定波长上的空间模式。该多模部分（１２６）有一个第一折射率。一个包覆部分（３８６）靠近多模部分（１２６）。一个多模光栅（６０，５６或６２）被形成在该多模部分的至少一个部分（２６）上用于反射预定的波长。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
优先权的要求本申请要求对申请于1999年8月20日的美国专利申请09/378770，申请于1999年1月8日的美国专利申请09/426460，申请于2001年3月14日的美国专利申请09/808270和申请于2001年9月27日的美国专利申请09/968354的优先权。本专利技术的背景本专利技术的领域本专利技术总体涉及用于活性光纤的光栅，更具体地说涉及用于三级双包覆层光纤和锥形光纤激光器的多模光栅。
技术介绍
光纤因其高容量和对电噪声的抗扰性而成为用于电讯的优良的传输媒介。二氧化硅光纤相对价廉，在制作成横向单模光纤时能传输1550nm带中的信号很多公里而不需要放大或再生。但是，很多光纤网络中，或者是因为所包括的大的传输距离，或者是因为光学信号被分解进许多通路因而还是存在对光学放大的需要。如在附图说明图1中的示意性的说明，一个常规的放大器10被插入输入传输光纤12和输出传输光纤14之间。已经发现，作为放大器10的一个实例，各种掺铒光纤放大器(EDFA)对提供所需要的光学增益相当有效。放大器10的另一个实例是带有Raman增益的光纤。传输光纤12和14两者都需要单模，因为高阶模显示出很大的发散(通常是对在高数据速率下的光纤传输距离的限制因素)。在技术上众所周知，EDFA10包括一个掺铒二氧化硅光纤16的长度(几十米的数量级)。众所周知的是，在放大有1550nm波长的光学信号的980nm波长处受到激发时，掺铒光纤放大器单纯工作在其三级模式下是有很高效能的。为了保持传输信号的完整性，掺杂光纤16也应该是单模的。因为Er3+离子或其他稀土离子的存在，掺杂光纤16是光学活性的，当掺杂光纤16由强大的光学激发源激发时，这些稀土离子可被激发到更高的电子能级。通常，光学激发源18通过激发源光纤20将激发输入进掺杂光纤16，该激发源光纤20通过一种波长选择方向耦合器22耦合到非掺杂上游光纤12或掺杂光纤16，但下游耦合也是已知的。为了高效率地耦合进单模掺铒光纤16，激发源光纤20也应是单模的。一个实际工作的EDFA可以包括一些附加元件(诸如一个隔离器或一个增益平整滤波器)，在技术上这些附加元件是众所周知的，但对理解本专利技术的背景无关。通常，一个典型的激发源18是一个边缘发射半导体激光器，包括一个能和单模激发源光纤20对准以提供有效的功率耦合的波导结构(被称为“条纹”结构)。但是，这种方法在跟上结合波长分割多路复用(WDM)的现代光纤传输系统方面是失败的。在WDM的一种方法中，若干独立的激光器将略微不同波长的经单独调制的光学载体信号注入传输光纤12。EDFA有充分的带宽放大约40nm带宽中的载体信号。将被放大的大量多路复用信号需要总体上成比例的大激发功率。在最近的十年里，在标准网络中优选使用的WDM通道的数量从约四个增加到目前的四十个或更多的水平，但是来自一个单条纹激光源的输出功率最多只能加倍。在对更高功率的激光源的研究中，大面积二极管激光器还是最有效率和最价廉的激发源。半导体激光技术的最近的进步导致了产生带有直至16W输出功率的大面积激光器二极管。带有小于0.1的慢轴数值孔径(NA)，在920和980nm上有4W输出功率的100μm线宽的器件现在正在进行电讯应用方面的鉴定试验，应用适当的光学耦合，这样的激光二极管产生的光束可以被聚焦成30×5μm那样小的点，在两个横向的NA都小于0.35。这样的点上的光学功率密度有～1.3MW/cm2，这样的功率密度应足够高到达到3级激光系统中的透过性。应用廉价的高功率大面积激发激光器的一种方法包括光学激发源18的包覆激发的或双包覆的光纤设计。包覆激发的光纤激光器的优点是众所周知的。这样的器件有效地用作亮度转换器，将多模激发光的相当大的一部分转换成更长波长的单模输出。包覆激发可用于建立独立的高功率单模光纤激发激光器。以单纯的三级978nmYb+3跃迁为基础的源长期以来被建议用作EDFA的激发源，因为其波长接近于所需要的980nm的激发波长。但是，包覆激发技术已经在实践中因为各种必须要满足的光纤激光器设计的参数而被确定对激发单纯的三级光纤激光器没有效果。实际中的双包覆放大器和激光器已经主要被限制在4级的系统。双包覆光纤激光器对四级激光发射(激光发射发生在两个受激发状态之间的跃迁中)比对三级激光发射(激光发射跃迁在受激发的状态和基态之间)提供更好的性能。例如，对稀土离子镱(Yb)，三级跃迁在978nm上，而竞争性的高增益的四级跃迁在约1030-1100nm上。在双包覆激光器中，外包覆限制了来自大截面积多模内包覆中的初级激发源的激发光。截面积小得多的核心通常被掺以至少一种稀土离子，例如钕或镱，用来在单模输出信号中提供激光发射能力。通常，掺钕或掺镱的双包覆光纤用一个或几个高功率大面积二极管激光器激发(在800nm或915nm)，以产生横向单模输出(分别在钕1060nm的四级跃迁或镱1030-1120nm的四级跃迁)。这样，常规的双包覆配置用多模的第一层包覆沿器件的长度接收激发能量并将该能量转移到核心中去而促进了光纤的激发。双包覆激光器的输出能用于激发级联的Raman激光器以将波长转换到适合于激发铒的1480nm上下。目前，双包覆本身(即没有附加的Raman转换器)在任何适当的用于EDFA的吸收带中不产生充分的高输出，或在商业上不可得。多少激发光能被耦合到双包覆光纤内包覆中取决于包覆的尺寸和NA。如已知的那样，为了高效率的耦合，光纤的“etendue”(数值孔径乘以光圈尺度或光点尺寸)应等于或大于激发源的etendue。数值孔径和光点尺寸在两个轴上可以不同，因此在x和y方向可以有一个必须被保持或超过的etendue。通常，需要和在第一和第二包覆之间的折射率差有关的高数值孔径NAclad。如果有两个包覆代替一个，第一包覆的折射率是nclad1，第二包覆的折射率是nclad2，这样，NAclad＝(nclad12-nclad22)2/1。在众所周知的设计中，为了提高数值孔径NAclad，第一包覆层用玻璃制成，第二包覆层用折射率相对低的塑料(含氟聚合物)制成。这样的塑料可能没有许多应用中需要的热稳定性，可能会从第一包覆分层脱离，以及可能对潮气损伤敏感。在已知的双包覆基质光纤中，由一个传输920nm激发带和反射所需要的980nm激光发射带的输入电介质镜形成激光腔。对于光纤激光器的任一种输入镜，要求在激光波长，例如978nm上只反射基础模式以形成光学腔的输入端。耦合到双包覆光纤的耦合端的在双包覆光纤的端部的电介质镜，或在单模光纤，例如Corning CS-980光纤中的弱光纤Bragg光栅被用作用于提供激光腔的输出端的输出耦合器。在高功率光纤激光器中的一个主要技术挑战是形成横跨双包覆光纤的多模内包覆的输入电介质镜。各种方法包括将玻璃的微片附接到光纤端面或直接在光纤端面淀积薄膜电介质，但是该两种方法都存在各自的技术障碍。两级光纤激光器也已经被提出作为一种替代的光学激发源18。该两级激光器有一个光学激发源以提供激发波长的激发光。一个第一波导部分当在激发波长处受到光学激发时能以激光发射波长发射激光。该第一波导部分在激光发射波长处显示出横向多模行为。在激光发射波长处基本显示出横向单模行为的一个第二波导部分被和第一波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学活性的波导激光器，包括：一个用于在一个预定波长上携带多于一个的空间模式的多模部分，该多模部分有一个第一折射率；一个靠近该多模部分并有一个低于第一折射率的第二折射率的用于功率增强的包覆部分；和一个形成在多模部分 的至少一个部分上的用于反射预定波长的多模光栅。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MK戴维斯，MJ德吉尼卡，JD米尼利，LA泽恩特诺，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]