一種多模泵浦雷射器及其構成的光纖放大器的製造方法

2023-05-18 09:41:16 4

一種多模泵浦雷射器及其構成的光纖放大器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種多模泵浦雷射器及其構成的光纖放大器，多模泵浦雷射器包括多模泵浦雷射器封裝模塊（1）、輸出尾纖（2-1），所述輸出尾纖（2-1）為雙包層光纖，多模泵浦雷射器封裝模塊（1）包括泵浦雷射器封裝殼體（1-4）及內置其中的泵浦雷射器管芯（1-1），所述泵浦雷射器封裝殼體（1-4）外部的輸出尾纖上設置有光纖布拉格光柵（2-2）；光纖放大器包括多模泵浦雷射器和泵浦信號合波器，所述多模泵浦雷射器的輸出尾纖同泵浦信號合波器的泵浦端相連接，泵浦信號合波器信號端採用普通單模光纖，泵浦信號合波器泵浦端和公共端都使用雙包層光纖；對於相同的泵浦功率，採用本發明多模泵浦雷射器和泵浦信號合波器的光纖放大器具有較低的噪聲指數。
【專利說明】一種多模泵浦雷射器及其構成的光纖放大器
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種多模泵浦雷射器及其構成的光纖放大器，特別是涉及一種應用於鉺鐿共摻雙包層光纖放大器的泵浦雷射器及光纖放大器，本發明屬於通信領域。
[0003]
【背景技術】
[0004]鉺鐿共摻雙包層光纖放大器採用了多模泵浦雷射器和鉺鐿共摻雙包層光纖(EYDFEr/Yb Co-doped Double Clad Fiber)，突破了傳統摻鉺光纖放大器(EDFA)的功率限制。目前，可用的多模泵浦雷射器功率可達100W (915?975nm)左右，而EYDF的雙包層結構和纖芯鉺鐿共摻技術則很好地解決了多模泵浦吸收和單模信號放大的問題，兩者利用泵浦信號合波器連接，可實現一個或多個泵浦雷射器同時同向或雙向泵浦單根EYDF。
[0005]EDFA使用的單模摻鉺光纖的纖芯直徑約幾微米，而大功率泵浦雷射器的輸出尾纖纖芯可達上百微米，使得能夠耦合進單模摻鉺光纖的泵浦光非常有限，因而會使信號的最大輸出功率受到限制。而雙包層光纖的出現解決了這一問題，EYDF由纖芯、內包層、外包層和塗覆層構成，纖芯中摻有鉺離子和鐿離子等稀土離子，纖芯、內包層和外包層折射率依次降低，保證信號光在纖芯傳播，泵浦光可在纖芯和內包層傳播，泵浦光在傳播過程中逐漸被纖芯中的摻雜離子吸收，摻雜離子被泵浦到高能級，當有信號光經過纖芯時，信號光即可得到放大。目前大功率泵浦雷射器尾纖大都使用多模光纖，當然泵浦光也為多模的方式傳播，這樣泵浦光經過EYDF時需在內包層多次反射才能到達纖芯，以至於泵浦光和纖芯重疊因子比較低，摻雜離子反轉度比較低，造成EYDFA噪聲過大。
[0006]

【發明內容】

[0007]本發明的目的在於克服現有技術存在的問題，提供一種多模泵浦雷射器及光纖放大器，在雙包層尾纖纖芯和內包層刻有光纖光柵，穩定泵浦雷射器中心波長。
[0008]本發明所採用的技術方案是:
一種多模泵浦雷射器，包括多模泵浦雷射器封裝模塊、輸出尾纖，所述輸出尾纖為雙包層光纖，多模泵浦雷射器封裝模塊包括泵浦雷射器封裝殼體及內置其中的泵浦雷射器管芯，所述泵浦雷射器封裝殼體外部的輸出尾纖上設置有光纖布拉格光柵。
[0009]所述光纖布拉格光柵與泵浦雷射器管芯的最短距離大於多模泵浦雷射器本徵輸出的相干長度。
[0010]所述光纖布拉格光柵的反射波長與多模泵浦雷射器在全工作電流範圍內和全工作溫度範圍內的本徵輸出波長的差值小於失鎖極限。
[0011 ] 所述泵浦雷射器封裝殼體尾部設置有管腳，所述泵浦雷射器管芯是以圖形電極或金絲鍵合或引線連接的方式與管腳實現電氣連接。
[0012]所述光纖布拉格光柵設置於輸出尾纖的雙包層光纖纖芯和內包層上。
[0013]包括多模泵浦雷射器和泵浦信號合波器，所述輸出尾纖同泵浦信號合波器的泵浦端相連接，泵浦信號合波器信號端採用普通單模光纖，泵浦信號合波器泵浦端和公共端都使用雙包層光纖。
[0014]所述泵浦信號合波器的信號端連接輸入信號，泵浦信號合波器公共端連接鉺鐿共摻雙包層光纖。
[0015]所述泵浦信號合波器公共端連接鉺鐿共摻雙包層光纖，鉺鐿共摻雙包層光纖連接輸入信號。
[0016]所述多模泵浦雷射器為兩個、泵浦信號合波器為兩個，所述泵浦信號合波器採用第一泵浦信號合波器和第二泵浦信號合波器串聯，所述兩個多模泵浦雷射器的輸出尾纖分別連接第一泵浦信號合波器和第二泵浦信號合波器泵浦端，第一泵浦信號合波器公共端連接有鉺鐿共摻雙包層光纖，鉺鐿共摻雙包層光纖另一端連接第二泵浦信號合波器的公共端。
[0017]本發明具有如下優點:
1.對於相同的泵浦功率，使用本發明泵浦雷射器和泵浦合波裝置可降低EYDFA噪聲指
數；
2.對於輸出功率相同的EYDFA，使用本發明泵浦雷射器和泵浦合波裝置可降低EYDFA工作功耗。
[0018]【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發明實現的雙包層尾纖多模泵浦雷射器結構圖；
圖2是本發明的泵浦光在泵浦雷射器尾纖、泵浦信號合波器泵浦端和公共端傳輸示意
圖；
圖3是本發明的基於此多模泵浦雷射器的前向泵浦合波結構；
圖4是本發明的前向泵浦合波結構中鉺鐿共摻雙包層光纖中泵浦光和信號光傳輸不意圖；
圖5是本發明的基於此多模泵浦雷射器的後向泵浦合波結構；
圖6是本發明的後向泵浦合波結構中鉺鐿共摻雙包層光纖中泵浦光和信號光傳輸不意圖；
圖7是本發明的基於此多模泵浦雷射器的雙向泵浦合波結構；
其中:
1:多模泵浦雷射器封裝模塊；1-1:泵浦雷射器管芯；
1_2:稱合透鏡組；1_3:管腳；
1-4:泵浦雷射器封裝殼體；2-1:輸出尾纖；
2-2:光纖布拉格光柵；3-1:第一泵浦信號合波器；
3-2:第二泵浦信號合波器；4:鉺鐿共摻雙包層光纖；
5-1:多模泵浦雷射器；【具體實施方式】
[0020]為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0021]本發明裝置包括有位於殼體內的多模泵浦雷射器管芯和耦合透鏡組，雷射器尾纖為雙包層光纖，以及位於尾纖上的光纖布拉格光柵。泵浦信號合波器信號端用普通單模光纖，泵浦信號合波器泵浦端和公共端尾纖用雙包層光纖，泵浦信號合波器泵浦端連接多模泵浦雷射器，泵浦信號合波器公共端連接雙包層鉺鐿共摻光纖(EYDF)。
[0022]泵浦雷射器輸出尾纖上的光纖布拉格光柵與泵浦雷射器管芯的最短距離大於該雷射器本徵輸出的相干長度。並且處於泵浦雷射器輸出尾纖上的光纖布拉格光柵的反射波長與雷射器在全工作電流範圍內全工作溫度範圍內的本徵輸出波長的差值小於失鎖極限。
[0023]此泵浦信號合波器，包括有泵浦信號合波器信號端用普通單模光纖，泵浦信號合波器泵浦端連接泵浦雷射器尾纖，泵浦信號合波器公共端連接鉺鐿共摻雙包層光纖，所述的泵浦信號合波器泵浦端和公共端都使用雙包層光纖。
[0024]泵浦雷射器尾纖纖芯中的光纖布拉格光柵對單模傳輸的泵浦光起到穩頻的作用，而內包層的光纖布拉格光柵對多模傳輸的泵浦光起到穩頻的作用。
[0025]泵浦雷射器尾纖纖芯中的單模泵浦光通過泵浦信號合波器泵浦端和公共端的雙包層光纖纖芯到達鉺鐿共摻雙包層光纖纖芯，泵浦摻雜離子到高能級，信號光通過此鉺鐿共摻雙包層光纖纖芯時，信號光即可得到放大。
[0026]泵浦雷射器尾纖包層中的多模泵浦光通過泵浦信號合波器泵浦端和公共端的雙包層光纖內包層到達鉺鐿共摻雙包層光纖內包層，多模泵浦光在內包層反射傳輸通過摻雜纖芯，泵浦摻雜離子到高能級，信號光通過此鉺鐿共摻雙包層光纖纖芯時，信號光即可得到放大。多模尾纖泵浦雷射器泵浦光以多模傳播方式在內包層反射經過鉺鐿共摻雙包層光纖纖芯，本發明泵浦光在鉺鐿共摻雙包層光纖纖芯以單模方式傳輸，在內包層以多模方式傳播，相比於現有的使用多模尾纖的多模泵浦雷射器，使用此雙包層尾纖多模泵浦雷射器及泵浦信號合波器，提高了單模泵浦光在整個泵浦光中所佔有的比例。
[0027]如圖1所示，本發明的雙包層尾纖多模泵浦雷射器，包括有多模泵浦雷射器封裝模塊I，所述的多模泵浦雷射器封裝模塊I具有:泵浦雷射器封裝殼體1-4，位於殼體內的泵浦雷射器管芯1-1和耦合透鏡組1-2，位於殼體尾部的泵浦雷射器管腳1-3 ;泵浦雷射器封裝殼體1-4外部輸出尾纖2-1上設置有光纖布拉格光柵2-2,輸出尾纖2-1為雙包層光纖。所述的泵浦雷射器管芯1-1是以圖形電極或金絲鍵合或引線連接的方式與雷射器管殼的管腳1-3實現電氣連接。輸出尾纖2-1在泵浦雷射器封裝模塊I的尾管內與從雷射器管芯輸出的光束緊密耦合併固定，為了避免FBG反射引起的幹涉，FBG與雷射器管芯的距離需要大於雷射器本徵輸出的相干長度。
[0028]所述的光纖布拉格光柵2-2的反射波長與雷射器本徵輸出波長在全工作電流範圍內的差值小於等於失鎖極限，若超過該極限則可能導致雷射器最終輸出光譜峰值不與FBG反射峰值波長重合而引起輸出不穩定。通過優化設計給出此雙包層尾纖多模泵浦雷射器的設計參數:泵浦雷射器管芯後端面鍍膜發射率在97%以上，前端面反射率在1%左右。[0029]圖2所示的泵浦光在泵浦雷射器尾纖、泵浦信號合波器泵浦端和公共端中多模泵浦光在內包層中傳輸，單模泵浦光在纖芯中傳輸，從而提高泵浦效率和降低噪聲。
[0030]圖3所示，本發明的採用雙包層尾纖多模泵浦雷射器的合波裝置前向泵浦結構的光纖放大器，包括一個多模泵浦雷射器和一個泵浦信號合波器，所述泵浦信號合波器採用第一泵浦信號合波器3-1。第一泵浦信號合波器3-1信號端連接輸入信號,第一泵浦信號合波器3-1泵浦端連接多模泵浦雷射器5-1尾纖，第一泵浦信號合波器3-1公共端連接鉺鐿共摻雙包層光纖4,鉺鐿共摻雙包層光纖4輸出信號光。
[0031]圖4所示，本光纖放大器實施例的前向泵浦結構中，單模泵浦光和信號光在鉺鐿共摻雙包層光纖4纖芯中同向傳輸,多模泵浦光在鉺鐿共摻雙包層光纖4內包層中傳輸,單模泵浦光和經過反射進入纖芯的多模泵浦光同時泵浦纖芯中的摻雜離子達到放大輸入信號的目的。
[0032]圖5所示，本發明的採用雙包層尾纖多模泵浦雷射器的合波裝置後向泵浦結構的光纖放大器，包括一個多模泵浦雷射器和一個泵浦信號合波器，所述泵浦信號合波器採用第一泵浦信號合波器3-1,第一泵浦信號合波器3-1公共端連接鉺鐿共摻雙包層光纖4,鉺鐿共摻雙包層光纖4連接輸入信號，第一泵浦信號合波器3-1泵浦端連接多模泵浦雷射器5-1尾纖，第一泵浦信號合波器3-1信號端輸出信號光。
[0033]圖6所示，本光纖放大器實施例的後向泵浦結構中，單模泵浦光和信號光在鉺鐿共摻雙包層光纖4纖芯中反向傳輸，多模泵浦光在鉺鐿共摻雙包層光纖4內包層中傳輸，單模泵浦光和經過反射進入纖芯的多模泵浦光同時泵浦纖芯中的摻雜離子達到放大輸入信號的目的。
[0034]圖7所示，本發明的採用雙包層尾纖多模泵浦雷射器的合波裝置雙向泵浦結構的光纖放大器，包括兩個多模泵浦雷射器5-1、兩個泵浦信號合波器，所述泵浦信號合波器採用第一泵浦信號合波器3-1和第二泵浦信號合波器3-2串聯,第一泵浦信號合波器3-1信號端連接輸入信號，第一泵浦信號合波器3-1泵浦端連接一個多模泵浦雷射器5-1的尾纖，鉺鐿共摻雙包層光纖4兩端分別連接第一泵浦信號合波器3-1和第二泵浦信號合波器3-2的公共端，第二泵浦信號合波器3-2泵浦端連接另一個多模泵浦雷射器5-1的尾纖，第二泵浦信號合波器3-2信號端輸出信號光。
[0035]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種多模泵浦雷射器,其特徵在於:包括多模泵浦雷射器封裝模塊(I)、輸出尾纖(2-1),所述輸出尾纖(2-1)為雙包層光纖，多模泵浦雷射器封裝模塊(I)包括泵浦雷射器封裝殼體(1-4)及內置其中的泵浦雷射器管芯(1-1)，所述泵浦雷射器封裝殼體(1-4)外部的輸出尾纖上設置有光纖布拉格光柵(2-2 )。
2.根據權利要求1所述的一種多模泵浦雷射器，其特徵在於:所述光纖布拉格光柵(2-2)與泵浦雷射器管芯(1-1)的最短距離大於多模泵浦雷射器本徵輸出的相干長度。
3.根據權利要求1所述的一種多模泵浦雷射器，其特徵在於:所述光纖布拉格光柵(2-2)的反射波長與多模泵浦雷射器在全工作電流範圍內和全工作溫度範圍內的本徵輸出波長的差值小於失鎖極限。
4.根據權利要求1所述的一種多模泵浦雷射器，其特徵在於:所述泵浦雷射器封裝殼體(1-4)尾部設置有管腳(1-3)，所述泵浦雷射器管芯(1-1)是以圖形電極或金絲鍵合或引線連接的方式與管腳(1-3)實現電氣連接。
5.根據權利要求1所述的一種多模泵浦雷射器，其特徵在於:所述光纖布拉格光柵(2-2)設置於輸出尾纖(2-1)的雙包層光纖纖芯和內包層上。
6.根據權利要求1所述一種多模泵浦雷射器構成的光纖放大器，其特徵在於:包括多模泵浦雷射器和泵浦信號合波器，所述輸出尾纖(2-1)同泵浦信號合波器的泵浦端相連接，泵浦信號合波器信號端採用普通單模光纖，泵浦信號合波器泵浦端和公共端都使用雙包層光纖。
7.根據權利要求6所述的光纖放大器，其特徵在於:所述泵浦信號合波器的信號端連接輸入信號，泵浦信號合波器公共端連接鉺鐿共摻雙包層光纖。
8.根據權利要求6所述的光纖放大器，其特徵在於:所述泵浦信號合波器公共端連接鉺鐿共摻雙包層光纖(4),鉺鐿共摻雙包層光纖(4)連接輸入信號。
9.根據權利要求6所述的光纖放大器，其特徵在於:所述多模泵浦雷射器為兩個、泵浦信號合波器為兩個，所述泵浦信號合波器採用第一泵浦信號合波器(3-1)和第二泵浦信號合波器(3-2)串聯，所述兩個多模泵浦雷射器(5-1)的輸出尾纖分別連接第一泵浦信號合波器(3-1)和第二泵浦信號合波器(3-2 )泵浦端，第一泵浦信號合波器(3-1)公共端連接有鉺鐿共摻雙包層光纖(4 ),鉺鐿共摻雙包層光纖(4 )另一端連接第二泵浦信號合波器(3-2 )的公共端。
【文檔編號】H01S3/067GK103701024SQ201310707324
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】馬延峰, 卜勤練, 何文平, 王琨 申請人:武漢光迅科技股份有限公司