偏振超荧光光纤光源制造技术

一种超荧光光纤光源在不显著降低输出功率效率的情况下输出高度偏振的光。按照一个实施例，偏振器镶接在超荧光光纤内沿光纤长度方向的选定的位置（例如，接近光纤中点）上。按照另一个实施例，超荧光光纤的整个长度都是偏振的，以保证光的一种偏振基本上被消除，而光的另一种偏振的功率接近超荧光光纤内无偏振器时该偏振所具有的功率的两倍。用这样的方法可以使超荧光光源特别适用于光纤陀螺仪等，后者需要在不显著降低效率的情况下高度偏振的光。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及构造成起超荧光光源作用的光纤。在本专业中，超荧光光纤光源(SFS)已广为人知，并得到有益的应用，为众多应用场合提供宽带(例如，10-30毫微米数量级)类激光(高度方向性)的光束。例如，附图说明图1表示一种超荧光光纤光源10，它向光纤陀螺仪20提供激光输入信号。关于作为实例的超荧光光纤光源的描述，请参见文章“铒掺杂单模光纤中自发发射的放大”EmmanuelDesuvrie及J.R.Simpson著，发表于IEEE”Journel of LightwareTechnology”，Vol.7，No.5，May 1989。超荧光光纤光源一般包括一段单模光纤，其纤芯用三价稀土元素离子掺杂。例如，钕(Nd3+)和铒(Er3+)是可以用来掺杂单模光纤纤芯、使得纤芯起激光介质的作用的稀土元素。该光纤一端接收泵输入信号。泵输入信号一般是具有特定波长λp的激光信号。光纤纤芯内的离子吸收波长λp的输入激光辐射，使得这些离子的外层电子被激发到离子的高能状态。当足够的泵功率输入到光纤一端，建立粒子数反转(亦即，离子中处于激发状态的电子比处于基态的电子多)，在两个方向上沿着光纤的长度积累起大量的荧光。如所周知，荧光(亦即，不同波长λs的光子辐射)是由于电子自发地从激发状态返回基态，使得波长λs的光子在从激发状态向基态过渡的过程中辐射出来。从光纤辐射出来的波长λs的光，像传统激光一样，是高度方向性的光。但是，这种辐射的使它不同于传统激光器(亦即，装有光学谐振器的激光器)的光的主要特性是，从超荧光光纤光源辐射的光，光谱一般都非常宽(在1nm与30nm之间)。这样，该光纤的光信号输出一般波长在λs±15nm处。这个原理在激光物理上是众所周知的，并在试验上和在理论上，对钕掺杂和铒掺杂光纤和用其他稀土元素掺杂的光纤进行了数年的研究。超荧光光纤光源发射的光有许多用途。例如，在一种应用中，超荧光光纤光源的输出被送入光纤陀螺仪(例如，图1的陀螺仪20)。由于本专业的技术人员都熟知的原因，光纤陀螺仪的运行需要宽带光源。在已知现存的几种宽带光源中，超荧光光纤光源，尤其是用铒掺杂光纤制成的超荧光光纤光源，是到目前为止唯一的一种能够满足光纤陀螺仪严格要求的光纤光源。铒掺杂光纤光源产生的光的宽的带宽，加上铒掺杂光纤光源低的泵功率要求和优异波长稳定性，是这种光源被应用于光纤陀螺仪的首要原因。在铒掺杂光纤中，超荧光光纤光源的发射是双向的。在两个方向上，这种光都有强烈的非偏振性。就是说，在两个方向上，光的垂直偏振和平行偏振都具有相同的振幅。超荧光光纤光源一般都用两种配置中的一种实现。在第一种被称为一次通过式超荧光光纤光源的配置中，该超荧光光纤光源的输出功率在两个方向上发射，其中的一个被使用。在第二种被称为二次通过式 超荧光光纤光源的配置中，在光纤的一端放置分色反射镜，它让泵通过，但强烈地反射超荧光光源信号，使得超荧光信号被送回，二次通过光纤。因为光纤在信号波长上表现出增益，所以信号被放大。这种配置的优点是产生的信号较强。一种二次通过式超荧光光源配置也是只在一个端口(亦即，一个方向)上产生输出。采用这种配置的缺点是，二次通过式超荧光光源受外部干扰，波长稳定性较差。尤其是，二次通过式超荧光光源输出的信号光波长对光纤陀螺仪的光学反馈比较敏感。当把超荧光光源作为光纤陀螺仪的输入时碰到的另一个困难是，在耦合到光纤陀螺仪之后，超荧光信号遇到的第一个组件是偏振器。进入光环路之前光线需要偏振的原因是，由于本专业的技术人员熟知的原因，光纤陀螺仪要求光是单一偏振的。由于从超荧光光纤光源发出的光在很大程度上是非偏搌的，所以，大体上有50％的信号功率损失在偏振器上。按照本专利技术的最佳实施例，提供一种偏振的超荧光光纤光源。偏振光源输出的光基本上是单偏振模式的，其总功率基本上与传统超荧光光纤光源在两个偏振模式上输出的总和相同。该最佳实施例的优点是通过在沿着光纤的特定位置放置偏振器或利用偏振光纤而获得的。在本专利技术的特定的最佳实施例中，除偏振器外还可以使用隔离器，以提供波长特性稳定的偏振单向光源。按照第一方面，最佳实施例是一种超荧光光源，它包括具有第一端和第二端的光传播波导，泵光源在波导一端提供第一波长的泵信号，以便在波导内激发具有不同于第一波长的第二波长的光发射。偏振器放置在沿波导的一个位置上，以使显著增大来自波导第一和第二端中的一端的最佳偏振的光发射。在特定的最佳实施例中，光传播波导包括光纤和镶接在光纤内的偏振器。另外，光纤是铒掺杂的。泵光源最好在约1.48微米的波长上发射光，而从波导发射出来的光具有约1.53微米的波长。按照另一个最佳实施例，偏振器具有大于15分贝消光率，而最佳偏振损耗小于1分贝。在再另一个最佳实施例中，偏振器放置在从波导第一端开始沿波导长度方向以第二波长测量的66分贝和68分贝小信号衰减点之间。在另一个最佳实施例中，偏振器放置在从波导第一端开始测量的基本上完全衰减的波导长度的20％和50％之间。最佳实施例还包括用作超荧光光源的光波导。该波导包括光传播衬底，其中至少衬底的一部分传播一种偏振的光，而消除正交偏振的光。改变光波导，使得输入到波导内的第一波长的泵光激发波导内的第二波长的光发射。最佳实施例也是一个超荧光光源，它包括发射第一波长的泵光的泵光源和光传播波导。波导的至少一部分传播一种偏振的光，而消除正交偏振的光。改变光波导，使得输入到波导内的第一波长的泵光激发波导内的第二波长的光发射。最佳实施例也是一种光学仪器，它包括发射第一波长的泵光的泵光源。最佳实施例还包括具有第一端和第二端的光传播波导。波导的一部分传播一种偏振的光，而消除正交偏振的光。改变光波导，使得输入到波导内的第一波长的泵光激发波导内的第二波长的光发射。光纤陀螺仪包括光纤环路，后者从波导接收第二波长的光作为该光纤环路的输入。在另一个实施例中，单向超荧光光源包括具有第一端和第二端的光传播波导。泵光源在波导的第一端提供泵信号，以激发波导内的光发射。在沿波导方向的一个位置上设置隔离器，使得当最佳传播方向是反向传播方向时，显著地增大从波导的第一端发射的最佳传播方向的光，而当最佳传播方向是正向传播方向时，显著地增大从波导第二端发射的最佳传播方向的光。在再一个实施例中，超荧光光源包括具有第一端和第二端的光传播波导。泵光源在波导的第一端提供泵信号，以激发波导内的光发射。在沿波导方向的选定位置上设置光学鉴别设备，以便显著增强最佳光模式的光发射。由于该光鉴别设备的作用，增强了最佳光模式的光，同时减弱了非最佳光模式的光。在另一方面，最佳实施例是一种超荧光光源，它包括具有第一端和第二端的光传播波导。泵光源在波导的第一端提供第一波长的泵信号，以便在波导内激发不同于第一波长的第二波长的光发射。在沿波导方向的位置上设置偏振器，使得来自波导第一端和第二端中的一端的最佳偏振光的发射达到最大值。图1是一个示意图，表示用来提供宽带光作为光纤陀螺仪输入的超荧光光纤光源的实施例；图2示意地举例说明非偏振超荧光光纤光源，其中输出信号的垂直和平行偏振模式携带基本上相等的功率；图3A和3B示意地举例说明本专利技术的一个实施例，其中，沿超荧光光纤的一部分镶接偏振器，以提供偏振的输出信号，在该输出信号中，由于减小一种偏振模式的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超荧光光源，其特征在于包括：具有第一端和第二端的光传播波导；泵光源，它在所述波导的所述第一端提供第一波长的泵信号，以便在所述波导内激发不同于所述第一波长的第二波长的光发射；以及偏振器，它设置在沿所述波导的一个位置上，以显著增 大从所述波导的所述第一和所述第二端中的一端输出的最佳偏振的光发射。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MJF迪高纳特，DG法尔奎尔，JL维格纳，HJ肖，
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]