大功率多波段多芯光纖放大器的製作方法

2023-06-12 17:02:06 7

專利名稱：大功率多波段多芯光纖放大器的製作方法
技術領域：
本發明涉及大功率多波段多芯光纖放大器，屬於大功率寬帶光纖放大器、特種光 纖技術領域。
背景技術：
摻稀土光纖放大器以其卓越的性能和低廉的價格，在光纖通信、工業加工、醫療、 軍事等領域取得了日益廣泛的應用。摻稀土元素有Nd，Sm, Ho, Er, Pr, Tm, Yb等，由於摻稀 土元素的光電學特性彼此之間都不相同，導致各摻稀土元素工作波長範圍也不一樣。例如， 摻釹光纖放大器工作波長範圍為900-950nm，1000-1150nm, 1320-1400nm ；摻鉺光纖放大器 工作波長範圍為 550nm，850nm, 980-1000nm, 1500-1600nm, 1660nm, 1720nm, 2700nm ；摻鐿 光纖放大器工作波長範圍為970-1040nm ；摻釷光纖放大器工作波長範圍為455nm，480nm， 803-825nm, 1460_1510nm，1700-2015nm, 2250-2400nm ；摻鐠光纖放大器工作波長範圍為 490nm,520nm,601_618nm，631_641nm，707_725nm，880_886nm，902_916nm，1060-1llOnm， 1260-1350nm ；摻鈥光纖放大器工作波長範圍為 550nm，753nm, 1380nm, 2040-2080nm, 2900nm，摻釤光纖放大器工作波長範圍為651nm。摻不同的玻璃基質的稀土離子，其增益帶 寬與性質也有差異，例如純矽光纖玻璃基質的摻鉺光纖，其波長1500nm時增益半波譜寬為 7. 94nm，而鋁磷矽光纖玻璃基質的摻鉺光纖，其波長1500nm時增益半波譜寬為43. 3nm[ff. J. Miniscalco. Optical and electronic properties ofrare-earth ions in glasses in rare-earth doped fiber lasers and amplifier. NewYork :Marcel Dekker. 2001, pp 17-112]。2002年5月國際電信聯盟ITU-T組織將光纖通信系統光波段劃分如下0波段(原 始波段)為1260-1360nm，E波段(擴展波段)為1360-1460nm ；S波段(短波長波段)為 1460-l530nm，C波段(常規波段)為l530_l565nm ;L波段(長波長波段)為1565_1625歷； U波段(超長波長波段)為1625-1675nm。實現研究表明，製作C波段摻鉺光纖放大器需要有源光纖長度為2. 5米，而製作L 波段摻鉺光纖放大器需要有源光纖長度為10米。[傅永軍簡偉鄭凱等.鉍鎵鋁共摻的高濃 度摻鉺光纖及放大器.光電子技術.2007，27(1) :17-19]。顯然，要同時實現C波段與L波 段的信號的放大，僅僅採用一個摻鉺光纖放大器是無法實現的。現有的大功率雙包層光纖放大器能放大的信號光僅僅為單波段的信號光，帶寬通 常只有幾十nm。現有實現多波段信號光的器件中，需要先將信號光分波處理為單個波段信 號光，然後對單個波段信號光分別配置對應的摻稀土離子類型的光纖放大器，最後將放大 的單個波段信號光進行合波處理，結構複雜、引入的插入損耗大、分立元件多，可靠性差、對 環境敏感且成本很高。

發明內容
為了克服現有的雙包層光纖放大器僅僅只能放大單波段的信號、現有實現多波段信號光放大器件中由於需要對信號光分波、放大與合波處理而引起的結構複雜、插入損耗 大、分立元件多，可靠性差、對環境敏感且成本很高等缺點，本發明提供一種多波段多芯光 纖放大器。—種大功率多波段多芯光纖放大器，該放大器包括泵浦光、信號光和有源光纖， 有源光纖採用的是多摻稀土離子多芯雙包層光纖，泵浦光耦合進有源光纖，實現對多波段 信號光放大。泵浦光，對有源光纖進行端面泵浦或側面泵浦或同時端面泵浦與側面泵浦。泵浦光為多摻稀土離子多芯雙包層光纖摻稀土離子吸收截面對應的波長範圍內 光源。泵浦光，或由多個不同的波長範圍的泵浦光構成，其總的泵浦光波長範圍對應多 摻稀土離子多芯雙包層光纖摻稀土離子吸收截面對應的波長範圍內。為了將摻稀土元素工作波長範圍全部覆蓋上，這裡定義A波段(最短波長波段) 為小於1260nm ；Z波段(最長波長波段)為大於1675nm。本發明的有益效果具體如下這種大功率多波段多芯光纖放大器，包括泵浦光、信 號光和多摻稀土離子多芯雙包層光纖，能同時放大A、0、E、S，C，L，U、Z波段的信號光。現有 實現多波段信號光放大的器件中，需要先將信號光分波處理為單個波段信號光，然後對單 個波段信號光分別配置對應的摻稀土離子類型光纖放大器，最後將放大的單個波段信號進 行合波處理。採用本發明的這種大功率多波段多芯光纖放大器明顯減少連接損耗，結構更 加緊湊，由於減少了器件，結構緊湊，插入損耗降低，可靠性提高，受環境影響小等優點。由 於採用多摻稀土離子多芯雙包層光纖，各摻稀土離子纖芯空間上獨立，因此不需要用複雜 的光機電的控制系統來消除信號光的串擾問題。


圖1為大功率兩波段多芯光纖放大器示意圖。圖2為圖1採用的有源光纖截面圖。圖3為大功率三波段多芯光纖放大器示意圖。圖4為圖3採用的有源光纖截面圖。圖5為大功率四波段多芯光纖放大器示意圖。圖6為圖5採用的有源光纖截面圖。圖7為大功率八波段多芯光纖放大器示意圖。圖8為圖7採用的有源光纖截面圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步描述。實施例一一種大功率多波段多芯光纖放大器如圖1所示，該放大器包括泵浦光1、信號光2 和有源光纖3，有源光纖3採用的兩摻稀土離子兩芯雙包層光纖，有源光纖3截面圖如圖2 所示，內包層包括摻鉺 子纖芯6，摻鐿離子纖芯7，兩纖芯直徑均為5 u m,內包層5直徑為 60 u m,外包層4直徑為125 u m。
泵浦光1為鉺離子、鐿離子吸收截面對應的波長範圍內光源。泵浦光，或由兩個不同的波長範圍的泵浦光構成，一個為鉺離子吸收截面對應的 波長範圍內光源，一個為鐿離子吸收截面對應的波長範圍內光源。信號光2為波長為A波段的lOOOnm與C波段的1550nm ；泵浦光1耦合進有源光 纖，對有源光纖進行端面泵浦，實現對A波段的lOOOnm與C波段的1550nm的信號光的放大。實施例二一種大功率多波段多芯光纖放大器如圖3所示，該放大器包括泵浦光1、信號光2 和有源光纖3，有源光纖3採用的三摻稀土離子三芯雙包層光纖，有源光纖3截面圖如圖4 所示，內包層包括釹鐿互摻離子纖芯8，摻鈥離子纖芯9，摻釷離子纖芯10，三纖芯直徑均為 lOiim ；內包層5為矩形，尺寸為500 X 600 iim，外包層4直徑為750 y m。泵浦光1為鐿離子、鈥離子及釷離子吸收截面對應的波長範圍內光源。泵浦光，或由兩個不同的波長範圍的泵浦光構成，一個為鐿離子和鈥離子吸收截 面對應的波長範圍內光源，一個為釷離子吸收截面對應的波長範圍內光源。信號光2 為 A 波段的 1000-1100nm，E 波段的 1380nm，Z 波段的 2050_2060nm 與1800nm ；泵浦光1耦合進有源光纖，對有源光纖3進行側面泵浦，實現對A波段的 1000-1100nm, E波段的1380nm，Z波段的2050_2060nm與1800nm的信號光的放大。實施例三一種大功率多波段多芯光纖放大器如圖5所示，該放大器包括泵浦光1、信號光2 和有源光纖3，有源光纖3採用的五摻稀土離子六芯雙包層光纖，有源光纖3截面圖如圖6 所示，內包層包括芯層直徑為20微米的鉺鐿互摻離子纖芯11，芯層直徑為10微米的摻鐠離 子纖芯12，芯層直徑為10微米的摻釤離子纖芯13，芯層直徑為30微米的摻釹離子纖芯14， 芯層直徑為10微米的摻鉺離子纖芯6 ；內包層5為八角形，直徑為800微米，外包層4直徑 為900微米。泵浦光1為鐿離子、鐠離子、鉺離子、釤離子和釹離子吸收截面對應的波長範圍內 光源。信號光2，為A波段的651nm與1060nm，0波段為1310nm，C波段為1550nm與U波 段的1660nm ；泵浦光1耦合進有源光纖，對有源光纖3同時進行端面泵浦與側面泵浦，實現 對A波段的651nm與1060nm，0波段為1310nm，C波段為1550nm與U波段的1660nm的信號 光的放大。實施例四—種大功率多波段多芯光纖放大器如圖7所示，該放大器包括泵浦光1、信號光 2和有源光纖3，有源光纖3採用的九摻稀土離子十二芯雙包層光纖，有源光纖3如圖8所 示，內包層包括芯層直徑為10微米的摻鉺離子纖芯6，芯層直徑為10微米的摻鐿離子纖芯 7,芯層直徑為10微米的釹鐿互摻離子纖芯8，芯層直徑為10微米的摻鈥離子纖芯9，芯層 直徑為15微米的摻釷離子纖芯10，芯層直徑為10微米的鉺鐿互摻離子纖芯11，芯層直徑 為10微米的摻鐠離子纖芯12，芯層直徑為20微米的摻釤離子纖芯13，芯層直徑為10微米 的摻釹離子纖芯14 ；內包層5直徑為1000微米，外包層4直徑為1150微米。泵浦光1為鉺離子、鐿離子、鈥離子，釷離子，鐠離子，釤離子和釹離子吸收截面對 應的波長範圍內光源。
泵浦光，可由三個不同的波長範圍的泵浦光構成，一個為鉺離子、鐿離子和鈥離 子，吸收截面對應的波長範圍內光源，一個為釷離子和鐠離子吸收截面對應的波長範圍內 光源，一個為釤離子和釹離子吸收截面對應的波長範圍內光源，信號光2，其波長範圍為A波段的455nm，550nm，651nm，1060nm與1110nm，0波段的 1330nm，E 波段的 1380nm，S 波段的 1520_1530nm，C 波段的 1550_1560nm，L 波段的 1600nm，U 波段的1660nm及Z波段的2900nm ；泵浦光1耦合進有源光纖，對有源光纖進行端面泵浦，實 現對 A 波段的 455nm,550nm,651nm, 1060nm 與 1110nm，0 波段的 1330nm，E 波段的 1380nm，， S波段的1520-1530nm，C波段的1550_1560nm，L波段的1600nm，U波段的1660nm及Z波段 的2900nm的信號光的放大。
權利要求
一種大功率多波段多芯光纖放大器，該放大器包括泵浦光(1)、信號光(2)和有源光纖(3)；其特徵在於有源光纖採用的是多摻稀土離子多芯雙包層光纖，泵浦光耦合進有源光纖，實現對多波段信號光放大。
2.根據權利要求1所述的大功率多波段多芯光纖放大器，其特徵在於泵浦光(1)，對 有源光纖進行端面泵浦或側面泵浦或同時端面泵浦與側面泵浦。
全文摘要
本發明公開了一種大功率多波段多芯光纖放大器，屬於大功率寬帶光纖放大器、特種光纖技術領域。該放大器包括泵浦光(1)、信號光(2)和有源光纖(3)；有源光纖採用的是多摻稀土離子多芯雙包層光纖，泵浦光耦合進有源光纖，實現對多波段信號光放大。本發明克服了現有的雙包層光纖放大器僅僅只能放大單波段的信號的缺點。相對於現有的實現多波段信號光放大器件，本發明結構更加緊湊，插入損耗降低，可靠性提高，受環境影響小等優點。由於採用多摻稀土離子多芯雙包層光纖，各摻稀土離子纖芯空間上獨立，因此不需要用複雜的光機電的控制系統來消除信號光的串擾問題。
文檔編號G02B6/036GK101876774SQ20091024161
公開日2010年11月3日 申請日期2009年11月27日 優先權日2009年11月27日
發明者周倩, 寧提綱, 李晶, 祁春慧, 胡旭東, 裴麗, 鄭晶晶 申請人:北京交通大學