C+l波段的高功率超寬帶ase光源的製作方法

2023-06-17 08:51:56 1

專利名稱：C+l波段的高功率超寬帶ase光源的製作方法
技術領域：
本發明涉及到光纖通信中所使用的光源，尤其是在密集波分復用系統中所使用的高功率和超寬帶的光纖光源。
近年來，由於通信帶寬從原來的C波段(1525nm～1565nm)不斷地向L波段(1565nm～1605nm)拓展，這樣，一方面要求用於傳輸信息的多波長光源的輸出波長必須從C波段拓展到C+L波段(1525nm～1605nm)，另一方面又要求用於通信系統中的光纖器件的工作帶寬也必須能夠同時覆蓋光通信的C+L波段。因此，對用於製作多波長光纖光源和測試光纖無源器件的C+L波段超寬帶光源的需求變得十分迫切。雖然，發光二極體(LED)和超發光的雷射二極體(SLD)的帶寬可以達到100nm，但是，由於輸出功率較低從而限制了它們在DWDM系統中的應用。基於稀土摻雜鉺光纖放大自發輻射(Amplified spontaneous emission，簡稱ASE)的超寬帶光源由於具有內在極寬的發射譜、高的輸出功率和易於與光纖系統耦合等優點，從而成為製作超寬帶光源的最佳選擇，近年來獲得了廣泛的研究。M.O.Berendt和R.P.Espindola在2000年相繼報導了帶寬為80nm的超寬帶ASE光源(「Extended band erbium amplified spontaneous emission source」，Lasersand Electro-Optics Europe.，Conference Digest，2000244 and「80nm spectrally flattened，high power erbium amplified spontaneous emission fibre source」，Electron.Lett.，2000，36(15)1263-1265)。根據放大自發輻射原理，L波段的ASE譜是利用C波段ASE譜的轉移而產生的，即要產生L波段的ASE譜，就需要將鉺光纖加長，利用鉺離子的二次吸收泵浦來將初始產生的C波段的ASE譜轉移到L波段上。因此，為了同時獲得C+L波段高功率超寬帶的ASE譜，已有方法採用的是雙泵雙級結構這種結構是利用一隻隔離器將摻鉺光纖分為長短兩級，分別用它們來產生L波段和C波段的ASE譜，然後組合在一起形成C+L波段的ASE超寬帶光譜。但是，由於採用雙泵雙級結構，一方面必然導致所用光纖長度較長，另一方面會使其對泵浦源的功率要求較高，而且C+L波段超寬帶ASE光源中採用的光纖通常為高摻雜鉺光纖、價格比較昂貴，從而決定了這種C+L波段超寬帶光源的高成本。
本發明的技術解決方案如下整個光源由摻雜鉺光纖EDF、泵浦雷射器LD、泵浦耦合器WDM等組成，其特徵在於摻雜鉺光纖為單級，泵浦耦合器為兩個，採用正反向雙向泵浦，並且作為反向泵浦的雷射器必須為980nm波段；泵浦雷射器的輸出尾纖分別與兩個泵浦耦合器的泵浦端相連，兩個泵浦耦合器的公共端再分別與摻鉺光纖EDF的兩端相連，980nm泵浦耦合器的反向輸出端作為光源的輸出端。
此外，還可以在另一個泵浦耦合器的反向輸出端連接一隻寬帶反射鏡OFR。
也就是說，本發明採用了一種全新的雙向泵浦單級結構。它是基於以下新發現而形成的當以980nm波段的雷射器作泵浦源時，其在鉺光纖中產生的反向ASE譜只為C波段(最高峰值落在1530nm波長附近)、且譜的形狀與正向強泵浦時類似，而與光纖長度的增加無關，即延長鉺光纖長度，980nm波段泵浦的反向ASE譜不會轉移到L波段。因此，利用980nm泵浦的反向ASE譜的這種特性，再結合正向泵浦同段鉺光纖形成的L波段ASE譜，即可形成C+L波段的ASE超寬帶光譜(如果以1480nm波段的雷射器作泵浦源時，其反向的ASE譜最高峰值則落在1560nm波長附近，就不能與正向泵浦同段鉺光纖形成的L波段ASE譜結合形成平坦的C+L波段的ASE超寬帶光譜)。
本發明的具體結構如下泵浦耦合器為兩個，其中一個必須為980nm泵浦耦合器、另一個可以是980nm或1480nm泵浦耦合器。泵浦雷射器則應與泵浦耦合器相適應當兩個泵浦耦合器均為980nm時，泵浦雷射器可以採用兩個980nm波段的雷射器分別作泵浦源，也可以採用一個功率較高的980nm波段雷射器、再用分束耦合器將其分為功率比例適當的兩路來分別泵浦；當泵浦耦合器為一個980nm、另一個1480nm時，泵浦雷射器則採用一個980nm波段和一個1480nm波段的雷射器分別作泵浦源。泵浦雷射器的輸出尾纖分別與兩個泵浦耦合器的泵浦端(即蘭色端)相連、波長相同的各自對應，兩個泵浦耦合器的公共端(即黑色端)再分別與摻鉺光纖EDF的兩端相連。摻鉺光纖只需一段、而無須分為兩段，即形成單級雙向泵浦的結構；其摻雜濃度可以任意選擇，其長度的選取與摻雜濃度有關(濃度不同、所需的長度就不同，一般選取摻雜濃度較高的、以使長度較短)，但光纖的長度必須足以使正向泵浦形成的ASE譜轉移到L波段上，並使它可以與反向泵浦形成的C波段ASE譜匹配即可。最後，以980nm泵浦耦合器的反向輸出端(即紅色端)作為光源的輸出端，使產生的C+L波段ASE光譜從980nm泵浦耦合器的反向輸出端輸出(當兩個泵浦耦合器均為980nm時，可任選一個)。
此外，還可以在與光源輸出端相對的另一個泵浦耦合器的反向輸出端上連接一個寬帶反射鏡OFR、其反射率可以任意選取(一般選取在90％以上)，用於將反向的ASE利用起來，從而可以降低正向泵浦雷射器的泵浦功率和減少摻鉺光纖的使用長度。當兩個泵浦耦合器均為980nm時，可任選一個反向輸出端作為光源輸出端、另一個反向輸出端則連接反射鏡；當泵浦耦合器為一個980nm、另一個1480nm時，則以980nm泵浦耦合器的反向輸出端作為光源輸出端、1480nm泵浦耦合器的反向輸出端連接反射鏡。
本發明的工作過程如下980nm波段泵浦雷射器的輸出光波通過980nm泵浦耦合器反向耦合進入一段摻雜鉺光纖，鉺光纖中的鉺離子通過吸收980nm波長的泵浦雷射能量後形成放大的自發輻射，從而在980nm泵浦耦合器的反向輸出端產生C波段的ASE譜。另一個泵浦雷射器(1480nm或980nm波段)的輸出光波則通過與之對應的1480nm或980nm泵浦耦合器正向耦合進入同一段摻雜鉺光纖中，在鉺光纖前端(即正向耦合進入的初始端)的鉺離子通過吸收1480nm或980nm波長的泵浦雷射能量後，首先形成的是C波段的放大自發輻射ASE譜，由於鉺光纖長度較長，鉺光纖前端產生的ASE譜則作為後端鉺光纖的泵浦源，因此，鉺光纖後端(即正向耦合進入的末尾端)的鉺離子則通過吸收前端形成的C波段ASE後、通過放大自發輻射將C波段的ASE轉移到L波段上。因此，通過調節泵浦雷射器的輸出功率比，讓1480nm或980nm泵浦雷射器正向泵浦產生的L波段的ASE譜與980nm泵浦雷射器反向泵浦產生的C波段的ASE譜恰好匹配，形成具有高功率和高平坦度的、可同時覆蓋光通信的C波段和L波段的超寬帶ASE光源。如果在形成正向泵浦的1480nm或980nm泵浦耦合器的反向輸出端加上一隻寬帶反射鏡，就可以將其反向的ASE譜反射回鉺光纖，從而可以降低對應的1480nm或980nm泵浦雷射器的輸出功率和減少摻鉺光纖的使用長度。
本發明的創新之處在於提出了一種在單級鉺光纖中同時獲得C+L波段的高功率超寬帶的ASE譜的光源結構。其關鍵是選擇980nm波段的泵浦雷射器作為反向泵浦源，利用其泵浦摻鉺光纖所形成的反向輸出ASE譜只為C波段的特性，再結合利用1480nm或980nm波段泵浦雷射器作為正向泵浦源在同一段光纖中所獲得的L波段ASE譜，從而同時獲得C+L波段ASE譜。這樣，就避免了現有技術中需要通過兩段鉺光纖來分別產生C波段和L波段的ASE譜而直接導致的缺陷。因此，雙泵單級C+L波段超寬帶ASE光纖光源具有如下幾個主要的優點①具有高達13.5dBm以上的輸出功率和近80nm平坦帶寬的ASE譜，同時覆蓋了光通信的C+L波段，效果穩定。不僅可以提高利用寬帶光源製作的多波長光纖光源的輸出功率，而且也將極大地提高光纖無源器件的測試效率。
②採用單級鉺光纖雙向泵浦結構，不僅使組件結構簡單，製作容易，而且所需光纖長度比雙級結構短(具體長度根據鉺光纖的摻雜濃度而定)，從而降低了對泵浦源功率的要求，因而降低了ASE光源的成本。
附圖
2、本發明實施例所形成的ASE光譜圖。
LD2通過WDM2反向耦合進入鉺光纖EDF，用於提供抽運能量產生C波段的ASE譜。LD1通過WDM1正向耦合進入同一段摻鉺光纖EDF，在摻鉺光纖前端形成的ASE譜經過再次吸收、泵浦其後端鉺光纖，從而產生L波段ASE譜。EDF的濃度、長度固定時，對應於不同的LD2功率，配合調節LD1功率即可獲得不同輸出功率的平坦ASE譜。例如，當固定LD2輸出功率為79mW時，調節LD1的輸出功率，並觀察輸出的ASE譜的變化。當LD1的輸出功率調至16.7mW時，所產生的正向L波段ASE譜正好與反向C波段ASE譜匹配，輸出的C+L波段ASE譜具有最佳的平坦度，帶寬近80nm(1525nm～1605nm)，輸出功率高達13.5dBm，效果令人滿意。輸出的C+L波段ASE寬帶光譜如附圖2所示。如果要獲得更高的光源輸出功率，可以通過適當增大LD2的功率、並配合調節LD1的輸出功率而實現(對於不同的摻鉺光纖和泵浦雷射器，可以通過實驗調節出所需的合適功率，然後根據該調節所得的合適功率進行選配，實際使用時則無需再調節)。因此，本發明的單級雙泵結構寬帶光源具有調節靈活，使用方便，光譜平坦度良好等優點。
綜上所述，本發明在一段單級鉺光纖中成功地獲得了近80nm平坦帶寬的超寬帶ASE光源，它同時覆蓋了光通信的C波段和L波段，輸出功率高達13.5dBm以上。該ASE光源不僅可以為製作C+L波段的多波長光纖光源提供一個平坦度好和輸出功率高的超寬帶光源；同時也為光纖無源器件產品的測試提供一個測試光譜範圍覆蓋整個光通信的C+L波段的超寬帶ASE光源。
權利要求
1.一種C+L波段的高功率超寬帶ASE光源，由摻雜鉺光纖EDF、泵浦雷射器LD、泵浦耦合器WDM等組成，其特徵在於摻雜鉺光纖為單級，泵浦耦合器為兩個，採用正反向雙向泵浦，並且作為反向泵浦的雷射器必須為980nm波段；泵浦雷射器的輸出尾纖分別與兩個泵浦耦合器的泵浦端相連，兩個泵浦耦合器的公共端再分別與摻鉺光纖EDF的兩端相連，980nm泵浦耦合器的反向輸出端作為光源的輸出端。
2.如權利要求1所述的C+L波段的高功率超寬帶ASE光源，其特徵在於在另一個泵浦耦合器的反向輸出端連接一隻寬帶反射鏡OFR。
全文摘要
本發明是一種C+L波段的高功率超寬帶ASE光源，它涉及到光纖通信中所使用的光源，尤其是在密集波分復用系統中所使用的高功率和超寬帶的光纖光源。本發明採用的是單級鉺光纖雙向泵浦結構，其中，泵浦耦合器為兩個，其泵浦端分別與泵浦雷射器相連、並且泵浦雷射器至少有一個為980nm波段，兩個泵浦耦合器的公共端再分別與摻鉺光纖的兩端相連，980nm泵浦耦合器的反向輸出端作為光源的輸出端；另一個泵浦耦合器的反向輸出端還可接寬帶反射鏡。它實現了在單級鉺光纖中獲得同時覆蓋光通信的C+L波段的ASE譜，從而避免了現有技術中將鉺光纖分為長短兩級來分別產生L波段和C波段ASE譜時所導致的缺陷。該光源具有光譜帶寬、平坦度好、輸出功率大等優點。
文檔編號H01S3/00GK1466279SQ0211316
公開日2004年1月7日 申請日期2002年6月10日 優先權日2002年6月10日
發明者黃文財, 衛炳江, 譚華耀, 明海, 許立新, 謝建平 申請人:中國科學技術大學