用于光放大器的光纤,光纤放大器和光纤激光器制造技术

本发明专利技术涉及ＯＥＡ，它有高的信号放大效率，容易制造，有高的机械强度，有与其他光纤低的接头损耗，以及在信号波长中不大可能出现噪声。按照本发明专利技术的ＯＦＡ有这样的功能，通过给该光纤提供泵浦光，它放大传播通过该光纤的信号；用于光放大器的光纤至少包括：纤芯区；纤芯区周围的内包层区；内包层区周围的外包层区；和一个或多个模耦合光栅。用于信号放大的元素至少添加到纤芯区。纤芯区有保证信号纤芯模的结构，而内包层区有保证泵浦光多模性的结构。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
,光纤放大器和光纤激光器的制作方法
本专利技术涉及光纤放大器，光纤激光器，和作为光放大媒体可应的用于光放大器的(OFA)。(OFA)具有放大传播通过该光纤信号的功能，这是通过给提供泵浦光实现的；且它是一种作为光放大媒体可应用于光纤放大器，光纤激光器等器件的光学装置。一般地说，OFA是一种石英基光纤，其纤芯区掺以用于信号放大的发光元素。作为这种发光元素，例如，可以采用稀土元素，最好是Er。作为发光元素的Er添加到OFA中，当波长为1.48μm或0.98μm的泵浦光提供给时，该能够放大波段为1.55μm的信号。在这种OFA中，增大信号增益是很重要的，已提出几种可以满足这个要求的技术。例如，日本专利公开No.135548/1998(文件1)中作为常规技术公开的OFA有一个纤芯区，它的折射率为n1；纤芯区周围的内包层区，它的折射率为n2(＜n1)；和内包层区周围的外包层区，它的折射率为n3(＜n2)。纤芯区掺以发光元素。这种光纤使泵浦光作为内包层模光(泵浦光传播时被限制在纤芯区和内包层区的一种模式)传播，和使信号作为纤芯模光(信号传播时被支持在纤芯区的一种模式)传播。以下称这种OFA为包层泵浦光纤。日本专利公开No.238883/1991(文件2)中公开一种适合于上述包层泵浦光纤的结构。其中描述，在这种包层泵浦光纤中，泵浦光可以作为内包层模光传播，因此，在光纤中的泵浦光的耦合效率是很高的。此外，由于泵浦光还传播通过不包含发光元素的内包层区，因此，泵浦光的传输损耗很小，可以改善增益效率。国际公开出版物PCT/EP96/04187(文件3)中公开一种包层泵浦光纤，通过内包层区采用非圆形横截面形状，包层泵浦的作用是在泵浦光的内包层模与纤芯模之间诱发模耦合。引入泵浦光到这种包层泵浦光纤，内包层模更有效地耦合到纤芯模，从而可以把增益效率提高到一个高的水平。此外，在日本专利公开No.107345/1998(文件4)中公开的包层泵浦光纤中，当信号被限制在纤芯区时，该信号的传播不仅作为基模(纤芯模)光，还作为高阶模光，从而可以提高信号增益。利用切断高阶模光的光栅，输出到外部的光仅仅是基模光。本专利技术者在讨论了上述现有技术中发现以下的一些问题。即，在文件1和2的包层泵浦光纤中，内包层模泵浦光不能有效地泵浦添加到纤芯区中的发光元素，从而不能充分地获得信号增益的提高。很难控制内包层区为非圆形横截面形状的包层泵浦光纤的制造，此外，这种光纤的机械强度很容易下降。在文件3和4的包层泵浦光纤中，当信号被支持在纤芯区时，通过该光纤的信号不但以基模光传播，而且还以高阶模光传播，所以，很难由光栅完全地切断高阶模光。泄漏的高阶模光引发很高的噪声值。此外，发生在这个包层泵浦光纤与另一个光纤之间的接头损耗变得很大，在后者的光纤中发生高阶模的泵浦，这也构成一个噪声值。本专利技术是通过解决上述问题实现的，本专利技术的目的是提供这样一种，它有高的信号增益效率，能够易于制造，有高的机械强度，不对任何其他的光纤引入大的接头损耗，不会在信号波长，光纤放大器和光纤振荡器中引入噪声，所述作为光放大媒体可以应用到该光纤放大器和光纤激光器。按照本专利技术的是一种石英基光纤，当给该光纤提供泵浦光时，它有放大信号的功能，包括纤芯区，其折射率为n1；内包层区，它在纤芯区的周围和折射率为n2(＜n1)；和外包层区，它在内包层区的周围和折射率为n3(＜n2)。纤芯区有这样的结构，它保证信号的单模性；而内包层区有这样的结构，它保证泵浦光的多模性。信号放大的发光元素添加到至少部分的纤芯区。特别是，按照本专利技术的包括一个或多个模耦合光栅，每个模耦合光栅允许纤芯模光传播通过，并诱发泵浦光的内包层模与纤芯模之间的模耦合。在中，最初引入到其中的泵浦光作为内包层模光传播，由于模耦合光栅的模耦合效应，内包层模转变成纤芯模。纤芯模泵浦光泵浦添加到中至少部分纤芯区的发光元素。另一方面，信号作为纤芯模光传播，并在保持它的模式下传播通过模耦合光栅。因此，从该得到放大的信号。按照本专利技术中至少一个模耦合光栅可以包括长周期光栅，它诱发内包层模与纤芯模之间的模耦合，纤芯模的传播方向与内包层模的传播方向相同。在此情况下，长周期光栅的周期最好是10μm-400μm。当泵浦光到达长周期光栅时，由于长周期光栅的模耦合效应，内包层模转变成纤芯模，该纤芯模的传播方向与内包层模的传播方向相同。按照本专利技术中至少一个模耦合光栅可以包括倾斜光纤布喇格光栅，它诱发纤芯模与内包层模之间的模耦合，该纤芯模的传播方向与内包层模的传播方向相反。在此情况下，倾斜光纤布喇格光栅相对于预定轴(例如，光轴)的倾斜角最好是0.5°-20°。当泵浦光到达倾斜光纤布喇格光栅时，由于这个倾斜光纤布喇格光栅的模耦舍效应，内包层模转变成纤芯模，该纤芯模的传播方向与内包层模的传播方向相反。如在美国专利No.5,703,978中所明确公开的，长周期光栅是这样一种光栅，它诱发传播通过光纤的纤芯模与包层模之间的模耦合，它明显地区别于光纤布喇格光栅，它反射预定波长附近的光而不诱发模耦合。在长周期光栅中，光栅周期是这样设定的，纤芯模与包层模之间的相位差为2π，为的是得到从纤芯模到包层模的强功率转变。所以，由于长周期光栅的作用是耦合纤芯模与包层模，纤芯模衰减预定波长附近的一段窄波带(以下称该波长为损耗波长)。按照本专利技术的光纤放大器包括(按照本专利技术的)，它有上述的模耦合光栅；和一个或多个泵浦光源，它给提供泵浦光。根据该光纤放大器，获得高的信号放大增益，因为采用该作为信号放大的光放大媒体。当光纤放大器包括泵浦光源时，每个泵浦光源提供波长各不相同的泵浦光，最好是，包含光纤布喇格光栅，它有选择地反射预定波长的光，光纤布喇格光栅安排成把一个或多个模耦合光栅夹在中间。每个光纤布喇格光栅可以包括反射特定波长的光而不诱发模耦合的布喇格光栅，或倾斜布喇格光栅，它相对于预定轴有预定的倾斜角且有模耦合效应。按照本专利技术的光纤激光器包括有上述结构的(按照本专利技术的)；一个或多个泵浦光源，每个泵浦光源给提供泵浦光；和谐振器，它谐振放大的信号。光纤激光器中的谐振器可以由Fabry-Perot谐振器或环形谐振器构成。根据这种光纤激光器，应用作为放大信号(诱发的发射光)的光放大媒体，获得高的激光振荡效率。在光纤激光器中，泵浦光源还可以有提供波长各不相同泵浦光的结构。在这种情况下，最好是，包括光纤布喇格光栅，它有选择地反射预定波长的光，光纤布喇格光栅安排成把一个或多个模耦合光栅夹在中间。每个光纤布喇格光栅可以包括反射特定波长的光而不诱发模耦合的布喇格光栅，或倾斜布喇格光栅，它相对于预定轴有预定的倾斜角且有模耦合效应。根据以下详细的描述和附图，可以更充分地理解本专利技术，给出这些附图仅仅是为了说明的目的，而不是考虑成对本专利技术的限制。根据以下的详细描述，可以进一步清楚本专利技术的应用范围。然而，应当明白，虽然给出了本专利技术几个优选实施例，详细的描述和特定的例子仅仅为了说明的目的，根据这些详细的描述，本领域专业人员显然知道，在本专利技术的精神和范围内可以作各种变化和改动。附图说明图1A和1B是按照本专利技术的剖面图及其折射率分布；图2是信号(波长1.55μm)基模LP(0,1)(纤芯模)的电磁场分布图；图3A-3E是泵浦光(波长0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光放大器的光纤，利用给该光纤提供的泵浦光放大传播通过该光纤的信号，所述用于光放大器的光纤包括：沿预定轴延伸并且有第一折射率的纤芯区，所述纤芯区具有一个结构保证关于所述信号的单模性和至少部分纤芯区掺以用于信号放大的元素；所述纤 芯区周围的内包层区，它有低于所述第一折射率的第二折射率，所述内包层区具有一个结构保证关于所述泵浦光的多模性；提供在所述内包层区周围的外包层区，它有低于所述第二折射率的第三折射率；和一个或多个模耦合光栅，传播通过该光栅的纤芯模信号，并 诱发关于所述泵浦光的内包层模与纤芯模之间的模耦合。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：榎本正，高城政浩，大贺裕一，角井素贵，石川真二，茂原政一，远藤信次，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]