專利名稱：用于光通訊的脈沖光纖拉曼放大方法及放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明創(chuàng)造屬于光通訊有源器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及對光纖拉曼放大方法及放大器的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
光纖拉曼放大器是一種應(yīng)用于光通訊技術(shù)領(lǐng)域?qū)拵г鲆娣蔷€性激光放大器件，不僅能現(xiàn)在光通訊中C波段而且在興起L波段甚至S波段通訊中將起著十分重要的作用。在目前應(yīng)用的光纖拉曼放大器件中，無論是采用如圖1所示的層疊式泵浦激光器還是采用如圖2所示的復(fù)用式泵浦激光器，均為連續(xù)波工作的激光器件，工作時(shí)不可避免地產(chǎn)生反向傳播的布里淵散射和由布里淵散射光激發(fā)拉曼散射。這部分光在光纖中是無用光，一是要降低有效受射拉曼散射的轉(zhuǎn)換效率，二是可能引起光纖通訊中“串?dāng)_”效應(yīng)。另外受激拉曼散射轉(zhuǎn)換效率強(qiáng)烈依賴于泵浦光的功率，通訊光纖中產(chǎn)生拉曼效應(yīng)的泵光功率閾值要比產(chǎn)生現(xiàn)在光通訊中所用的其他種類光纖放大器的功率閾值高得多。這就意味著光纖拉曼放大需要高功率輸出激光技術(shù)的支撐，而目前合適波段、合適的功率輸出及合適的結(jié)構(gòu)三者合一的激光器件技術(shù)并未完全成熟，如圖1所示的層疊式泵浦激光器實(shí)際是高功率固體激光泵浦的層疊轉(zhuǎn)換的拉曼光纖激光器，包括泵浦用激光器1、光纖耦合器2、光纖3、光波分復(fù)用系統(tǒng)4、光纖光柵5，在兼顧噪聲影響時(shí)高階斯托克斯轉(zhuǎn)化效率低；如圖2所示的復(fù)用式泵浦激光器采用多激光泵浦源組合而成，泵浦功率利用率較低；。二者結(jié)構(gòu)也不可避免地復(fù)雜些。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服目前光纖拉曼放大器件技術(shù)中，轉(zhuǎn)換效率不高，有噪聲影響，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等一系列不足，提出一種新的以高重復(fù)率窄脈沖激光序列進(jìn)行后向激勵放大的全固態(tài)窄脈沖光纖拉曼放大方法的工作模式，采用了半導(dǎo)體激光器件輸出光激勵激光晶體，通過激光晶體或光開關(guān)器件上鍍制的反射膜表面、諧振腔鏡上鍍制的反射膜表面及光開關(guān)器件的綜合作用發(fā)射出與光轉(zhuǎn)換增益相應(yīng)波長的高重復(fù)率窄脈沖激光序列，經(jīng)過分光、濾波、光耦合、光纖合成，再與信號光傳播方向相反方向(即后向泵浦)注入光纖系統(tǒng)產(chǎn)生拉曼散射效應(yīng)，并生成與信號光波長相匹配的增益區(qū)，高重復(fù)率窄脈沖激光序列以行波形式在光纖內(nèi)相對信號光傳播，信號光穿過增益區(qū)均勻獲取足夠的增益，從而形成以高重復(fù)率窄脈沖激光序列進(jìn)行后向激勵放大即為全固態(tài)窄脈沖光纖拉曼放大方法。放大器的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示包括半導(dǎo)體激光器件、激光晶體、光開關(guān)器件、諧振腔鏡、激光諧振腔機(jī)械部件、分束器、濾波器件、光耦合器件、光纖合成器件、光電接收器件、半導(dǎo)體致冷器件、溫度傳感器、外殼機(jī)械部件，其特征在于在半導(dǎo)體激光器件和諧振腔鏡之間固定安裝激光晶體、光開關(guān)器件或在半導(dǎo)體激光器件和光開關(guān)器件之間固定安裝激光晶體、諧振腔鏡或在光開關(guān)器件和諧振腔鏡之間固定安裝激光晶體、半導(dǎo)體激光器件，在諧振腔鏡的一個(gè)表面鍍制與光轉(zhuǎn)換增益相應(yīng)波長的波長的反射膜，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)關(guān)系選擇激光晶體或光開關(guān)器件的通光表面中的一個(gè)表面鍍制與光轉(zhuǎn)換增益相應(yīng)波長的反射膜，其余通光表面鍍制與光轉(zhuǎn)換增益相應(yīng)波長的減反射膜。
動態(tài)工作過程半導(dǎo)體激光器件通電后，激光晶體，光開關(guān)器件、諧振腔鏡綜合作用發(fā)射出與光轉(zhuǎn)換增益相應(yīng)波長的高重復(fù)率窄脈沖激光序列，經(jīng)過光分束器、濾波器和泵光耦合系統(tǒng)進(jìn)入光纖合成系統(tǒng)，通過光纖合成系統(tǒng)作用后，在光纖內(nèi)與信號光相對傳播，使信號光獲取足夠的增益；半導(dǎo)體激光器件、激光晶體、光開關(guān)器件、諧振腔鏡、激光諧振腔機(jī)械部件固定在一個(gè)半導(dǎo)體致冷器上，通過光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控溫保證器件長期在工程環(huán)境下穩(wěn)定輸出；從分束器分出的另一束光入射一個(gè)光電接收器，為驅(qū)動源提供穩(wěn)定光功率、脈沖重復(fù)率的同步反饋信號；濾波器有效隔離光纖系統(tǒng)中有害于泵源穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的雜光進(jìn)入泵浦源系統(tǒng)；泵光耦合系統(tǒng)除有將光能量耦合進(jìn)光纖功能外，還有作為器件整體密封的輸出窗口的功能。光纖合成系統(tǒng)具有將泵光從與信號光傳播方向相反方向注入光纖系統(tǒng)和將信號光另行導(dǎo)出的功能。由此形成窄脈沖全固態(tài)光纖拉曼放大器。
優(yōu)點(diǎn)和積極效果由于拉曼光轉(zhuǎn)換基于非線性效應(yīng)，利用窄脈沖的高峰值功率，不僅可在低平均功率狀態(tài)下和在較長的光纖長度內(nèi)大大提高拉曼光轉(zhuǎn)換效率，而且可利用高階斯托克斯轉(zhuǎn)換拓寬放大增益帶寬。
因?yàn)橄鄬Ξa(chǎn)生光纖中拉曼效應(yīng)泵浦閾值低二個(gè)數(shù)量級的布里淵散射效應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間為納秒級，故納秒級脈沖泵浦可有效地避免或抑制產(chǎn)生反向布里淵散射效應(yīng)和由布里淵散射轉(zhuǎn)換反向拉曼散射光，提高放大凈增益，減少了放大噪聲及散彈噪聲、信號-ASE自發(fā)拍頻噪聲和ASE自發(fā)拍頻噪聲的影響。
低平均功率高重復(fù)率脈沖序列后向泵浦行波放大，提高了信號放大的均勻性，避免或減少在光通訊DWDM系統(tǒng)中的“串?dāng)_”效應(yīng)。
光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中光開關(guān)器件的動態(tài)光闌效應(yīng)可保證輸出光斑質(zhì)量高而易耦合；激光晶體相對其他種類激光工作物質(zhì)而言，獲得高重復(fù)率高峰值功率窄脈沖技術(shù)要成熟得多。本發(fā)明提供一種新的用高重復(fù)率窄脈沖激光序列進(jìn)行后向激勵放大的窄脈沖全固態(tài)光纖拉曼放大方法。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的層疊式泵浦激光器示意2是現(xiàn)有技術(shù)的復(fù)用式泵浦激光器示意3是本實(shí)用新型技術(shù)的光纖拉曼放大泵浦激光器示意圖
具體實(shí)施例方式基本結(jié)構(gòu)如圖3所示包括半導(dǎo)體激光器件1、激光晶體2、光開關(guān)器件3、諧振腔鏡4、激光諧振腔機(jī)械部件5、分束器6、濾波器件7、光耦合器件8、光纖合成器件9、光電接收器件10、半導(dǎo)體致冷器件11、溫度傳感器12、外殼機(jī)械部件13。半導(dǎo)體激光器件1采用808nm波長的C型封裝的半導(dǎo)體激光器。以近貼方式激勵與吸收808nm波長的固體激光晶體2-NdYVO4晶體，NdYVO4晶體與半導(dǎo)體激光器相近的表面鍍制光轉(zhuǎn)換增益相應(yīng)波長的高反膜。諧振腔鏡4采用平凹鏡，凹面朝NdYVO4晶體，凹面上鍍制光轉(zhuǎn)換增益相應(yīng)波長部分高反膜。NdYVO4晶體與諧振腔鏡之間安裝光開關(guān)器件3——固體飽和吸收體CrYAG晶體，產(chǎn)生重復(fù)率約150k赫茲、脈寬約10-8秒的脈沖序列。激光諧振腔機(jī)械部件5外表做保溫處理后固定在一個(gè)半導(dǎo)體致冷器11上，通過溫度傳感器12——熱敏電阻反饋控溫保證器件長期在工程環(huán)境下穩(wěn)定輸出。
激光諧振腔機(jī)械部件5采用小熱容、高熱導(dǎo)的鋁合金制作。
從分束器6分出的另一束光入射一個(gè)光電接收器件10，光電接收器件10采用硅光電池，由其提供穩(wěn)定光功率、脈沖重復(fù)率和外觸發(fā)所用的同步反饋信號。
濾波器件7采用DWDM用的窄帶濾光片，有效隔離光纖系統(tǒng)中有害于泵源穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的雜光進(jìn)入泵浦源系統(tǒng)。
光耦合器件8采用自聚焦透鏡器件，用膠封接在外殼機(jī)械部件13孔中。除有將光能量耦合進(jìn)光纖功能外，還有作為器件整體密封的輸出窗口的功能。
光纖合成器件9采用標(biāo)準(zhǔn)的2×1型光纖合成系統(tǒng)(耦合器)。
半導(dǎo)體激光器件1、激光晶體2、光開關(guān)器件3、諧振腔鏡4、激光諧振腔機(jī)械部件5、分束器6、濾波器件7、光耦合器件8、光纖合成器件9、光電接收器件10、半導(dǎo)體致冷器件11、溫度傳感器12密封在充滿高純氮?dú)獾耐鈿C(jī)械部件13內(nèi)，保證器件長期運(yùn)轉(zhuǎn)的需要。外殼機(jī)械部件13采用小熱容、高熱導(dǎo)的鋁合金制作。
權(quán)利要求
1.一種用于光通訊的脈沖光纖拉曼放大方法，其特征在于采用半導(dǎo)體激光器件輸出光激勵激光晶體，通過激光晶體或光開關(guān)器件上鍍制的反射膜表面、諧振腔鏡上鍍制的反射膜表面及光開關(guān)器件的綜合作用發(fā)射出與光轉(zhuǎn)換增益相應(yīng)波長的高重復(fù)率窄脈沖激光序列，經(jīng)過分光、濾波、光耦合、光纖合成，再與信號光傳播方向相反方向(即后向泵浦)注入光纖系統(tǒng)產(chǎn)生拉曼散射效應(yīng)，并生成與信號光波長相匹配的增益區(qū)，高重復(fù)率窄脈沖激光序列以行波形式在光纖內(nèi)相對信號光傳播，信號光穿過增益區(qū)均勻獲取足夠的增益，從而形成以高重復(fù)率窄脈沖激光序列進(jìn)行后向激勵放大即為全固態(tài)窄脈沖光纖拉曼放大方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖光纖拉曼放大方法及放大器，包括激光諧振腔機(jī)械部件5、分束器6、濾波器件7、光耦合器件8、光纖合成器件9、光電接收器件10、半導(dǎo)體致冷器件11、溫度傳感器12、外殼機(jī)械部件13，其特征在于還包括在半導(dǎo)體激光器件1和諧振腔鏡4之間固定安裝激光晶體2、光開關(guān)器件3或在半導(dǎo)體激光器件1和光開關(guān)器件3之間固定安裝激光晶體2、諧振腔鏡4或在光開關(guān)器件3和諧振腔鏡4之間固定安裝激光晶體2、半導(dǎo)體激光器件1，在諧振腔鏡4的一個(gè)表面鍍制與光轉(zhuǎn)換增益相應(yīng)波長的波長的反射膜，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)關(guān)系選擇激光晶體2或光開關(guān)器件3的通光表面中的一個(gè)表面鍍制與光轉(zhuǎn)換增益相應(yīng)波長的反射膜，其余通光表面鍍制與光轉(zhuǎn)換增益相應(yīng)波長的減反射膜。
全文摘要
本發(fā)明是用于光通訊的脈沖光纖拉曼放大方法及放大器。解決技術(shù)轉(zhuǎn)換效率低、有噪聲、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等不足,用激光器件輸出光激勵激光晶體,通過激光晶體或光開關(guān)器件上與相應(yīng)的反射膜、諧振腔鏡上與相應(yīng)反射膜表面及光開關(guān)器件發(fā)射出高重復(fù)率窄脈沖激光序列,經(jīng)過分光、濾波和耦合進(jìn)入光纖合成系統(tǒng)與信號光傳播方向相反方向注入光纖系統(tǒng)生成與信號光波長相匹配的增益區(qū),泵光脈沖以行波形式與光纖內(nèi)相對傳播穿過增益區(qū)形成窄脈沖激光序列進(jìn)行后向激勵放大。提高拉曼光轉(zhuǎn)換效率,拓寬放大增益帶寬;抑制產(chǎn)生反向布里淵散射效應(yīng)和由布里淵散射轉(zhuǎn)換反向拉曼散射光,減少噪聲影響及串?dāng)_效應(yīng);提高信號放大的均勻性;輸出光斑質(zhì)量高而易耦合。
文檔編號G02F1/35GK1365019SQ01125609
公開日2002年8月21日 申請日期2001年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月10日
發(fā)明者葉子青, 姜耀亮, 鄭權(quán) 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所