利用微结构光纤的喇曼放大制造技术

一种喇曼放大器，包括：微结构光纤和光线路连接到微结构光纤一端的至少一个泵浦激光器。泵浦激光器适合于发射波长λｐ的泵激辐射，而微结构光纤包含沿光纤轴向延伸的多个毛细孔隙包围的硅基纤芯。微结构光纤的纤芯还至少包含一种添加到硅的掺杂剂，所述掺杂剂适合于增强喇曼效应。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用微结构光纤的光纤喇曼放大器和适合于喇曼放大的微结构光纤。具体地说，本专利技术涉及集总光纤喇曼放大器和适合于集总光纤喇曼放大器的微结构光纤。
技术介绍
光纤喇曼放大器一直以来吸引着人们很大的注意，因为它们能增大传输容量。喇曼放大器具有这样一些优点，例如，低噪声，选取信号波长的较大灵活性，以及平坦和宽广的增益带宽。选取信号波长的较大灵活性主要取决于这样的事实，信号放大所用材料的喇曼峰值实际上仅与泵激波长有关，它不同于掺铒光纤放大器中发生的情况，其中信号波长的选取是受铒受激发射截面的限制。例如，利用多个泵浦源，可以大大扩展喇曼放大器的宽增益带宽。这种宽的增益带宽可以代表把可用光带宽扩展到掺铒光纤放大器的常规C波段和扩展L波段之外的一种方法。集总喇曼放大器还可以在补偿光纤的衰减和诸如连接器，开关，分束器等其他光学元件的损耗方面发挥重要的作用。至今，人们一直建议采用色散补偿光纤(DCF)或，更一般地说，高度非线性光纤以实现光纤喇曼放大器。例如，T.Tsuzaki et al.在“Broadband Discrete Fiber Raman Amplifier with High DifferentialGain Operating Over 1.65μm-band”，OFC2001 MA3-1中描述工作在1.65μm波段内高微分增益(0.08dB/mW)，低噪声(＜5.0dB)，宽带(30nm)和平坦增益(＜±1dB)光纤喇曼放大器，它采用低损耗高度非线性光纤(HNLF)和扩展泵浦激光源。该光纤的传输损耗在1.55μm下为0.49dB/mW和在1.65μm下为0.47dB/mW，1.55μm下的有效面积Aeff为10.10μm2，1.55μm下的色散为1.79ps/nm/km，Δn为3.10％和比率gR/Aeff为6.50×1031/Wm。图1的文章说明衰减在波长1450nm下约为0.7dB/km。为了估算不受光纤长度影响的喇曼放大特性，该文的作者采用以下的品质因数FOM＝(gR/Aeff)/αp其中(gR/Aeff)和αp分别是泵激波长下的喇曼增益系数和光纤衰减。在1450nm泵激下，FOM的估算值为9.3 1/W/dB。若泵激波长设定在1550nm，则FOM高达13.2 1/W/dB。最近以来，人们对光纤结构产生很大的兴趣，这种结构包含围绕固态硅芯的多个气眼。这些空气-硅微结构光纤，类似于早期的单材料光纤，由于硅芯与空气-硅包层之间的折射率差，引导纤芯内的光。在本领域中，微结构光纤也称之为“光子晶体光纤”或“多孔光纤”。例如，J.A.West et al.在“Photonic Crystal Fibers”，ECOC 2001，Th A 2.2中综述各种类型空气-硅微结构光纤，例如，有效折射率光子晶体光纤(EI-PCF)，空气-包层纤芯光纤，和光子带隙光纤(PBGF)。EI-PCF通常是由圆形空气柱的六边形格子制成，其中周期性是相对地均匀。该作者报告这种类型光纤的损耗低至2.6dB/km。空气-包层纤芯光纤仅包含单个气眼环。去除外层气眼的证明是，在波长大于气眼之间距离Λ的限制下，光纤的性能非常类似于相当的阶跃折射率光纤。当气眼非常大时，这种光纤基本上变成空气中的硅棒和细硅柱，其目的仅仅是支承纤芯，硅棒和硅柱可以代替气眼的周期性格子。该作者报告这种类型光纤的典型损耗是5-10dB/km。PBGF完全依靠波导作用的光子带隙物理结构并可以实现低折射率纤芯中的真正引导。微结构光纤与常规的光纤可以有很大的不同，它可以具有标准光纤中不能实现的性质。例如，J.K.Ranka et al.在“Visible continuum generation inair-silica microstructure optical fibers with anomalous dispersion at800nm”，Optics Letters，Vol.25，No.1，p.25-27(2000)中公布，空气-硅微结构光纤在可见波长下可以展示反常色散。将100-fs持续时间和千瓦峰值功率的脉冲传播通过零色散波长附近的微结构光纤，他们利用这个特征产生从紫色到红外延伸的带宽为550THz的光连续体。人们建议采用掺杂纤芯的微结构光纤。例如，LucentTechnologies Inc.的专利US 5,802,236公开一种有固态硅芯区的光纤，固态硅芯区被内包层区和外包层区包围。包层区有沿光纤轴向延伸的毛细孔隙，其中内包层区中的孔隙直径大于外包层区中的孔隙直径。微结构光纤的′236专利中公开的申请包括在有光敏纤芯的光纤中，利用Bragg或长周期光栅，形成全光非线性Kerr交换。这种光纤通常有Ge，B，或掺Sn的纤芯。在另一个例子中，C.E.Kerbage et al.在“Experimental and scalarbeam propagation analysis of an air-silica microstructure fiber”，Optics Express，Vol.7，No.3，p.113-121(2000)中研究空气-硅微结构光纤中的高级导模，该光纤包含围绕掺锗纤芯的六个大气眼的环。他们从实验上利用纤芯内Bragg光栅描述各种模式的特征。微结构光纤可以达到高度的光非线性。硅与空气之间的很大折射率差意味着，可以把光局限于尺寸为光波长数量级的横模中，这种光纤每单位长度的有效非线性比常规硅光纤的非线性高10-100倍。利用这种特性可以减小基于非线性效应装置所需的长度/功率电平。J.H.Lee et al.在“A holey fiber Raman amplifier and all-opticalmodulator”，EOCO 2001，Th A 4.1中提出微结构光纤中的喇曼放大，他们展示利用短长度的高度非线性多孔光纤以得到强的L波段喇曼放大。利用有效面积为2.85μm2的75m长多孔光纤，他们得到1640nm下的内部增益超过42dB和噪声指数约为6dB。该光纤的损耗是40dB/km。得到的增益效率是6dB/W。此外，该作者估算的喇曼增益系数gR值为7.6×10-14m/W。本申请人观察到，6dB/W的增益效率意味着，为了实现有内部增益20-25dB的放大器，应当使用大于3-4W的泵浦功率。这使得Lee et al.文章中描述的光纤在实际安装到电信系统中时是相当不现实的。本申请人面临的问题是利用微结构光纤获得喇曼放大器，它能够利用低的泵浦功率要求实现高增益。最好是，该放大器应当有低的噪声指数。本申请人察觉到，为了实现高的喇曼增益效率，即，利用低泵浦功率的高增益，根据公式，微结构光纤应当有高的喇曼放大品质因数。本申请人观察到，利用以上给出的公式计算Lee et al.文章中描述光纤喇曼放大的FOM，得到的数值是0.67 1/W/dB，这是非常低的数值。按照本申请人的观点，这主要是由于微结构光纤的高衰减(40dB)。然而，本申请人确认，即使空气-硅微结构光纤的衰减较低，空气-硅光纤的喇曼放大品质因数至多可以与普通色散补偿光纤或普通高度非线性光纤的喇曼放大品质因数相当。应用以上给出的公式，考虑到gR为7.6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种喇曼放大器，包括：至少一个微结构光纤和光线路连接到所述微结构光纤一端的至少一个泵浦激光器，所述泵浦激光器适合于发射波长λｐ的泵激辐射，所述微结构光纤包含沿光纤轴向延伸的多个毛细孔隙包围的硅基纤芯，其特征是，所述纤芯还至少包含一种添加到硅的掺杂剂，所述掺杂剂适合于增强喇曼效应。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阿蒂利奥布瑞格赫瑞，臼利亚皮尔卓，吉亚库摩帼尼，玛库罗马格诺利，
申请(专利权)人：皮雷利C有限公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]