带有搀杂光纤的光功率放大器制造技术

本发明专利技术涉及一种光功率放大器它特别适用于一种包含一条搀杂以氧化铒荧光物质并泵以其输出波长为９８０ｎｍ的泵激光器的活性光纤的光纤通信线路，其中活性光纤含有作为折射率修正搀杂物Ａｌ－［２］Ｏ－［３］：该放大器具有接近于最大理论效率的特别高的放大效率。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用活性光纤的高放大效率的光功率放大器。用光纤作为远程通信线对信号进行长途传输时，为了当信号到达接收站时能被识别和利用，要求其在到达接收站时有足够高的电平。由于光信号在光纤中传输时会有衰减，因此，为使位于远离几十公里或几百公里外的接收站能获得足够高电平的信号，要求原来送入到光纤的信号必须有尽可能高电平。然而，用于产生发送信号的激光器的功率因受到一些限制而不能超过几毫瓦，而更高功率的激光器则不能产生所需要的发送信号，因此，人们急切需要一种功率放大器，用以接收由激光器产生的信号并将其放大到所需的电平上。众所周知芯线搀杂以例如稀土离子的特殊物质的光纤，呈现出适合于用作为光放大器的受激输出特性。事实上，可以将一个其波长相当于搀杂物质的吸收光谱的峰值的特定波长上的称之为“泵源”的光源加到这种光纤上，从而使搀杂物质的原子跃迁到受激能级上或泵带上，这些原子然后又在很短的时间内自发地下落到激光输出态，并在此停留一段较长的时间。当波长相应于激光发射态的波长的光信号加到一条具有大量处在发射电平上的受激态原子的光纤时该光信号会使这些受激原子转变成低能级，与此同时，产生与该信号相同波长的光发射。因而，这类光纤可用来对光信号进行放大。人所共知，从信号的衰减考虑，在1550nm附近时光纤具有较佳的传输特性，因此在光学放大器中，采用氧化铒作为激光发射搀杂物，即利用其在1550nm附近的荧光特性来放大波长在该附近的光信号。在文献“Proceeding Ecoc L Europen Conference On Optical Communicntion 1989”之42-43页中，描述了采用搀杂氧化铒的光纤的光功率放大器。该文献介绍了一种采用搀杂以锗及氧化铒的硅光纤的光功率放大器，其中泵浦采用倍频到532nm的Nd-YAG激光器。然而，上述光放大器的效率(输出的传输功率与泵功率之比率)显得很低，其效率低于20%，与最大理论效率相差甚远。可以从EP-A-0345957中了解到AL/Er型光纤，该光纤采用AL2O2搀杂物质以获得适宜于导引光的折射率分布型式。该光纤适用于采用波长为514.5nm的光泵(例如氩激光器)的光放大器。根据上述专利申请，如果以514.5nm波长的光泵加泵的话，则AL/Er光纤的效果优于传统的Ge/Er光纤，这是由于前者避免了Ge/Er光纤在该波长上时、在激发态中的吸收现象。另一方面，为了获得高的放大效率，采用相对高的泵波长是有利的。具体地说，采用980nm的波长有助于提高效率，因为功率放大器中的放大效率基本上是与泵浦波长成正比的。本专利技术的目的是为了实现在相应于大致高于520nm的高泵波长时具有高放大效率的功率放大器。本专利技术涉及一种光功率放大器，它包括一个包含折射率修止搀杂物并以氧化铒作为荧光搀杂物的活性搀杂光纤，用光纤将其连接到远程通信线上，并在通过一个相应的双向光耦合器在其上加入泵激光。这种激光器适合于荧光搀杂物的受激输出的饱和条件下工作。所述光功率放大器的特征在于其活性光纤的折射率修正搀杂物为AL2O3。连结到活性光纤的泵激光波长大致大于520nm，而以980nm较好。在光纤中的以Er2O3的重量比表示的氧化铒浓度是在30之2000PM之间，而最好在30之1000PM之间。活性光纤不是在泵波长上而是在传输信号的波长上是单模的，以在整段光纤上能获得一高的泵功率。再则，活性光纤可在泵波长和传输信号波长上都是单模的，以减少双向光耦合器的连结损耗。本专利技术的光功率放大器的最佳实施例中包括两个通过各自的双向光耦合器与活性光纤的两端相连的泵激光器，并且由泵激光器发射的功率光的输入方向朝向该活性光纤。参照下面对附图的说明，读者将获得更详细的了解。附图说明图1示出了一条带有功率放大器的光远程通信线;图2示出了一个采用一条活性光纤的光功率放大器;图3示出了图2的放大器中的光纤的能级跃迁，它适用于产生受激(激光)输出;图4表示在本专利技术的活性光纤的功率放大器对应于泵功率的输出功率;图5示出了采用Ge/Er型活性光纤的功率放大器的输出功率对泵功率的关系曲线;图6示出了本专利技术的光纤和Ge/Er光纤的荧光光谱。图1中示意地表示了一条使用光纤的远程通信线，通常包括一个用来发送信号的站1，一条用于将光信号传送至远处的光纤线2，及一个接收到达的光信号的接收站3。为使引入到光纤通信线路2的光信号在其经过其间的光纤中的长路径上的不可避免的衰减之后在到达远离发送站1几十公里或几百公里外的接收站3时的功率电平仍能为接收站3中的接收装置的灵敏度所能接受，则可用功率放大器4对站1的激光发射器产生的该光信号进行适当的放大。事实上，半导体激光器是一种可用于产生工作于光纤呈现最佳传输特性的波长(而相应于所谓第三窗口的1500-1600nm附近的波长)的可调制的及具有良好光谱性能的激光器。但是这种激光器其输出信号电平低了一些，约不超过3dBm(约5mw)。因此，它们产生的信号在其被引入到传输线前应适当予以放大到一个高电平上，例如放大到15-20dBm。为了实现被要引入到远程通信的光纤传输线的信号的光学放大，要使用带光纤的功率放大器。图2示意地示出了光纤光放大器的结构。一个波长λs的发送信号被送到双向光耦合器5，光耦合器5连结到一条载有由泵激光器7产生的波长为λp的泵信号的独特的输出光纤6上，一条与光纤6相连的适当长度的活性光纤8构成了光信号放大器，然后再将信号引到光纤线2上输向目的地。概括地说，所述类型的光放大器采用以Er2O3溶液在硅中搀杂的活性光纤8，利用氧化铒的受激转换以获得传输信号的放大。图3中用符号的方式示出了用溶解法生成在在纤维含硅基质中的氧化铒离子的可利用的能级条件，引入到活性光纤的光功率的泵波长λP小于传输信号的波长λS，在纤维玻璃基质中的搀杂物质的一定数目的Er3+处于激发能级状态9，或“泵”带上，受激离子由此自发地下落到能级10，从而构成了一个激光发射能级。在输出激光能级10中，该Er3+离子可在转变到基能级11的自发转换以前可保持一段相对长的时间。众所周知，由于从能带9转换到能级10是与一消散在纤维的内部的热输出相关联的(声子辐射)，所以由能级10转变能基能级11产生。由一个波长相应于激光发射电平10的能量值的光子组成的光发射。如果含有大量处于激光发射能级的离子的光纤被加上一个波长相应于该发射能级的波长的信号，则该号能使所关心的离子发生由发射能级转换到基能级的受激跃迁，在其自发下落前，相应输出一个与信号光子同相的光子，使原来的光发生“瀑布”现象，从而在活性光纤的输出端获得经大大放大的发送信号。在活性光纤的输入信号是低电平信号时，例如是经在长距离的光纤中衰减之后的低电平信号，且在低输出情况下，则从该活性光纤输出的波长为λS的传输信号的光功率Pu是正比于输入到该光纤的传输信号的光功率Pi，其比例常数被定义为放大增益G，即Pu＝GPi。这是典型的线路放大器的工作情况，此时，沿一条远程通信线路的一条光纤上配置这些线路放大器，以便将信号在经过一定路径的光纤衰减之后恢复到足够高的电平。在大致高于引入的泵功率5%的高功率输入信号和高输出功率情况时，则光放大器工作于饱和状况，并且此时产生的输出功率实际上不再本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光功率放大器，包括一个包含折射率修正搀杂物和用作荧光搀杂物的氧化铒的活性搀杂光纤（８），它通过一个适当的双向光耦合器（５、１３）被加上一个泵激光器（７、１２）并被连接到一条光纤通信线路（２）上，该放大器适合于工作在用于荧光搀杂物受激输出的饱和条件，其特征在于：活性光纤的折射率修正搀杂物为ＡＬ↓［２］Ｏ↓［３］。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：乔乔格拉索，奥尔多赖特逖，福斯托梅利，
申请(专利权)人：皮雷利卡维有限公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]