带有光谱滤波的稳定光纤ASE光源制造技术

包括有光谱滤波器的光纤放大自发发射光源显示了平均波长相对于数种工作因素的稳定度的改善，所述工作因数包括泵激波长、泵激功率、反馈和温度。通过调整滤波器的光谱特性，和掺有稀土元素的光纤的长度，设计了稳定的ＡＳＥ光源，从而提供关于平均波长相对于所需工作参数的稳定的工作点。在许多情况下，所述光源显示了平均波长稳定度比现有光源提高超过１个数量级。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光纤放大自发发射(ASE)光源业界熟知光纤ASE光源。ASE光源被用于帮助为多种应用提供宽带(例如，相当于10至30纳米)、单空间模式光束。例如，ASE被用于提供激光，作为光纤陀螺仪的输入。对于超荧光光纤源的举例描述，请参见由Emmanuel Desurvire和J.R.Simpson所著、IEEE出版的1989年5月第7卷第5号题为“掺铒单模光纤中的放大自发发射”一文。ASE光源通常包括一段单模光纤，其纤心掺有稀土元素三价离子。比如，钕(Nd3+)和铒(Er3+)就是可能掺入单模光纤纤心以使纤心可以作为激光媒体的稀土元素。所述光纤在一端接收泵激输入信号。泵激信号通常是一具有特定波长λp的激光信号。光纤纤心内的离子吸收波长为λp处的输入激光辐射以使离子外层的电子被激发到离子的更高能级。在向光纤的一端输入足够高的泵激功率时，产生了粒子数反转(就是离子内处于激发态的电子比处于基态的电子更多)，引起沿光纤长度的显著的荧光。众所周知，此荧光(即不同波长λp的光子发射)归因于电子从激发态自发返回基态以使在从激发态向基态的跃迁中，发射出波长为λp的光子。从光纤中发射出的波长为λp的光，与通常的激光一样，为具有高度方向性的光。然而，此发射与普通激光器(即包括光谐振器)发射的光主要的区别在于由超荧光光纤源发射出的光的光谱含量通常很宽(在10至30纳米之间)。因此，由光纤输出的光学信号通常波度为15纳米。此原理为激光物理界熟知，并进行了多年的在光纤中掺钕、掺铒及掺加其他稀土元素的实验与理论研究。由ASE光纤光源发射出的光具有多种用途。例如，在一种应用中，ASE光源的输出被馈入光纤陀螺仪。由于本专业的技术人员周知的原因，光纤陀螺仪应以高度稳定的宽带源操作。在现在已知的几种宽带源中，超荧光光纤源，特别是以掺铒光纤制造的超荧光光纤源，是唯一可以满足惯性导航渐变光纤陀螺仪的严格要求的光纤光源。掺铒光纤源产生的宽阔的带宽，和低泵激功率要求及掺铒光纤光源的卓越波长稳定度，是在光纤陀螺仪中使用此光源的主要原因。在掺铒光纤中，超荧光光纤源的发射是双向的。就是，在铒离子中由返回基态的电子发射出的光通常在光纤的两端发射出。如在属于Kalman等的美国专利No.5,185,749中所述，对于足够长度的掺铒光纤，在相反方向传播的光线(即在泵激信号传播相对的方向)，具有很高的量子效率。因而，它有益于实现铒光源，以使从ASE掺铒光源发射的光从所述光纤泵激输入端发射(即在传播的逆向)。ASE光源通常以两种配置之一实现。在第一种被称为单程ASE光源的配置中，超荧光光源输出能量在两个方向发射，其中之一不被利用。在第二种被称为双程ASE光源的配置中，在光纤的一端放置了一个反射器，反射所述超荧光光源信号，以使超荧光信号通过光纤被传送两次。由于光纤显示出信号波长增益，所述信号被放大。双程配置的优点之一为它产生了更强的信号。双程ASE光源配置也仅在一个端口(即在一个方向)产生输出。此配置的一个缺点在于必须保持很低的反馈以防止激光作用(比如用光隔离器)。对于光纤陀螺仪应用，光源性能表现的一个主要度量是光源平均波长的稳定度(例如见属于Kalman等的美国专利No.5,355,216)。如业界所知，光源平均波长的稳定度直接导致传感器转换因子误差的稳定度。所述转换因子误差对决定测量陀螺仪旋转的精确值至关重要。目前已有平均波长稳定度降至百万分之几的光源，假设有合理的系统参数稳定度，如泵激波长、泵激功率、温度、反馈等。然而，对一些应用需要平均波长稳定度小于百万分之一。本专利技术的一个方面是包括掺有稀土元素杂质的光学传播纤维的稳定、放大自发发射(ASE)光源。泵激光源将光能注入所述光纤，以激发光学信号由所述光纤发射。所述光学信号具有光谱形状和平均波长。在沿所述光纤的一个位置放置一光谱滤波器，用来改变所述光学信号的光谱形状，以便相对于工作参数稳定所述光学信号的平均波长。在一实施例中，所述工作参数是泵激波长。另一实施例中，所述工作参数是泵激功率。在另一实施例中，所述工作参数是反馈。再一实施例中，所述工作参数是温度。本专利技术的另一方面是一种产生稳定的放大自发发射的方法。所述方法包括从泵激光源向掺有稀土元素杂质的光学纤维中注入泵激功率的步骤。所述泵激光线在光纤中传播，激发从光纤中发射光学信号。所述光学信号具有光谱形状和平均波长。所述方法还包括利用一沿光纤放置的光谱滤波器改变所述光学信号的光谱形状，从而相对于工作参数稳定所述光纤的平均波长。在一个实施例中，所述工作参数为泵激波长。在另一实施例中，所述工作参数是泵激功率。在另一实施例中，所述工作参数是反馈。再一个实施例中，所述工作参数是温度。附图说明图1显示了由一常规ASE光源发射光线的能谱密度与发射光波长的关系曲线。图2A说明在ASE光源的远端附近放置光谱滤波器的效果。图2B说明在ASE光源的中间附近放置光谱滤波器的效果。图2C说明在ASE光源输入端附近放置光谱滤波器的效果。图3说明采用所述光谱滤波器以改变所述ASE光源输出的所述信号的光谱密度特性的方法。图4A和4B图示说明没有使用光谱滤波器(4A)和使用具有所述最佳实施例的特性的光谱滤波器时(4B)的情况下，平均输出波长的稳定特性与泵激功率的关系曲线。图5A和5B图示说明没有使用光谱滤波器(5A)和使用具有所述最佳实施例的特性的光谱滤波器时(5B)的情况下，平均输出波长的稳定特性与泵激波长的关系曲线。图6A和6B图示说明没有使用光谱滤波器(6A)和使用具有所述最佳实施例的特性的光谱滤波器时(6B)的情况下，平均输波长的稳定特性与反馈的关系曲线。图7A概要说明本专利技术的一个实施例，其中在所述光源和光纤陀螺传感系统之间，使用带有隔离器的单程配置。图7B概要说明本专利技术的实施例，其中在所述光源和光纤陀螺传感系统之间，使用带有隔离器的双程ASE光源配置。图7C概要说明本专利技术的一个实施例，其中在所述光源和光纤陀螺传感系统之间，采用单程配置，而无隔离器。图7D概要说明本专利技术的一个实施例，其中单程ASE光源向所述光纤陀螺感系统提供输入信号，而在所述ASE光源的远端产生所述传感器的输出信号。图8说明可由适当选择滤波器特性，进行温度补偿的方式。图9说明用于本专利技术最佳实施例的光谱滤波器的滤波器特性的具体描绘值。在本专利技术的最佳实施例中，提供了其平均波长相对于主要系统参数的稳定度达到小于百万分之一的ASE光源。为实现百万分之几的稳定的测量，工作参数对平均波长的曲线斜率被归一化(除以将要测量稳定度的工作点的参数值)，并乘以100万。此新光源包括了稳定ASE光源的全光纤光谱滤波器。在一个最佳实施例中，所述光谱滤波器是长周期(long-period)光栅。长周期光栅选择性地将光纤的主传输模式的光与所述光纤的包层模式相耦合。光栅具有很高的波长依赖性，且因此可被用作光谱滤波器。依靠调整所述光纤特性和ASE光纤长度及沿光纤的滤波器位置，可以找到相对于泵激功率和反馈(比如来自光纤陀螺仪)的稳定的平均波长工作点。可以达到相对于泵激波长的更高的平均波长稳定度。根据本专利技术的最佳实施例，可以相应于合理的工作点设置那些稳定点(比如合理的泵激功率、合理的泵激波长、合理的反馈电平等)。图1和3说明由调整所述光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稳定的放大自发发射（ＡＳＥ）光源，其特征在于包括：掺有稀土元素的光学传播纤维；将光能注入所述光纤以激发来自所述光纤的光学信号发射的泵激光源，所述光学信号具有光谱形状和平均波长；沿所述光纤放置于适当位置以改变所述光学信号的光谱 形状，以稳定所述光学信号的随工作参数而变的所述平均波长。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JL瓦格纳，CW霍吉森，F达里奥，
申请(专利权)人：莱兰斯坦福初级大学评议会，
类型：发明
国别省市：US[美国]