專利名稱：大功率多波段單芯光纖放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大功率多波段單芯光纖放大器，屬于大功率寬帶光纖放大器、特種光 纖技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
摻稀土光纖放大器以其卓越的性能和低廉的價(jià)格，在光纖通信、工業(yè)加工、醫(yī)療、 軍事等領(lǐng)域取得了日益廣泛的應(yīng)用。摻稀土元素有Nd，Sm, Ho, Er, Pr, Tm, Yb等，由于摻稀 土元素的光電學(xué)特性彼此之間都不相同，導(dǎo)致各摻稀土元素工作波長范圍也不一樣。例如， 摻釹光纖放大器工作波長范圍為900-950nm，1000-1150nm, 1320-1400nm ；摻鉺光纖放大器 工作波長范圍為 550nm，850nm, 980-1000nm, 1500-1600nm, 1660nm, 1720nm, 2700nm ；摻鐿 光纖放大器工作波長范圍為970-1040nm ；摻釷光纖放大器工作波長范圍為455nm，480nm， 803-825nm, 1460_1510nm，1700-2015nm, 2250-2400nm ；摻鐠光纖放大器工作波長范圍為 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范圍為 550nm，753nm, 1380nm, 2040-2080nm, 2900nm，摻釤光纖放大器工作波長范圍為651nm。摻不同的玻璃基質(zhì)的稀土離子，其增益帶 寬與性質(zhì)也有差異，例如純硅光纖玻璃基質(zhì)的摻鉺光纖，其波長1500nm時增益半波譜寬為 7. 94nm，而鋁磷硅光纖玻璃基質(zhì)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(lián)盟ITU-T組織將光纖通信系統(tǒng)光波段劃分如下0波段(原 始波段)為1260-1360nm，E波段(擴(kuò)展波段)為1360-1460nm ；S波段(短波長波段)為 1460-l530nm，C波段(常規(guī)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(shí)現(xiàn)研究表明，制作C波段摻鉺光纖放大器需要有源光纖長度為2. 5米，而制作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(shù).2007，27(1) :17-19]。顯然，要同時實(shí)現(xiàn)C波段與L 波段的信號的放大，僅僅采用一個摻鉺光纖放大器是無法實(shí)現(xiàn)的。現(xiàn)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?，F(xiàn)有實(shí)現(xiàn)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，然后對單個波段信號光分別配置對應(yīng)的摻稀土離子類型的雙包層光纖放大器， 最后將放大的單個波段信號光進(jìn)行合波處理，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、引入的插入損耗大、分立元件多， 可靠性差、對環(huán)境敏感且成本很高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的雙包層光纖放大器僅僅只能放大單波段的信號、現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)多波段信號光放大器件中由于需要對信號光分波、放大與合波處理而引起的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、插入損耗 大、分立元件多，可靠性差、對環(huán)境敏感且成本很高等缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種多波段單芯光 纖放大器?！N大功率多波段單芯光纖放大器，該放大器包括泵浦光、信號光和有源光纖， 有源光纖采用的是單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖，泵浦光耦合進(jìn)有源光纖，實(shí)現(xiàn)對多波 段信號光放大。第一泵浦光，對有源光纖進(jìn)行端面泵浦或側(cè)面泵浦；或第一泵浦光對有源光纖進(jìn) 行端面泵浦與第二泵浦光對有源光纖進(jìn)行側(cè)面泵浦。第一泵浦光或第二泵浦光為單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖摻稀土離子吸收截 面對應(yīng)的波長范圍內(nèi)光源。第一泵浦光或第二泵浦光，或由多個不同的波長范圍的泵浦光構(gòu)成，其總的泵浦 光波長范圍對應(yīng)單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖摻稀土離子吸收截面對應(yīng)的波長范圍內(nèi)。為了將摻稀土元素工作波長范圍全部覆蓋上，這里定義A波段(最短波長波段) 為小于1260nm ；Z波段(最長波長波段)為大于1675nm。本發(fā)明的有益效果具體如下這種大功率多波段單芯光纖放大器，包括泵浦光、信 號光和單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖，能同時放大A、0、E、S，C，L，U、Z波段的信號光。相 對于現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)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， 然后對單個波段信號光分別配置對應(yīng)的摻稀土離子類型的雙包層光纖放大器，最后將放大 的單個波段信號進(jìn)行合波處理，采用多波段單芯光纖放大器明顯減少連接損耗，結(jié)構(gòu)更加 緊湊，由于減少了器件，結(jié)構(gòu)緊湊，插入損耗降低，可靠性提高，受環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。由于 采用單芯結(jié)構(gòu)，這種多波段光纖放大器與普通光纖容易連接。


圖1為大功率兩波段單芯光纖放大器示意圖。圖2為圖1采用的有源光纖截面圖。圖3為大功率三波段單芯光纖放大器示意圖。圖4為圖3采用的有源光纖截面圖。圖5為大功率四波段單芯光纖放大器示意圖。圖6為圖5采用的有源光纖截面圖。圖7為大功率八波段單芯光纖放大器示意圖。圖8為圖7采用的有源光纖截面圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例一一種大功率多波段單芯光纖放大器如圖1所示，該放大器包括第一泵浦光1、信 號光2和有源光纖3，有源光纖3采用的單芯兩摻稀土離子區(qū)雙包層光纖，有源光纖3截面 圖如圖2所示，芯層半徑為3微米，芯層包括摻鉺離子區(qū)6，摻鐿離子區(qū)7，內(nèi)包層5直徑為 60微米，外包層4直徑為125微米。
第一泵浦光1為鉺離子、鐿離子吸收截面對應(yīng)的波長范圍內(nèi)光源。第一泵浦光1，或由兩個不同的波長范圍的泵浦光構(gòu)成，一個為鉺離子吸收截面對 應(yīng)的波長范圍內(nèi)光源，一個為鐿離子吸收截面對應(yīng)的波長范圍內(nèi)光源。信號光2為波長為A波段的lOOOnm與C波段的1550nm ；第一泵浦光1耦合進(jìn)有 源光纖，對有源光纖進(jìn)行端面泵浦，實(shí)現(xiàn)對A波段的lOOOnm與C波段的1550nm的信號光的 放大。實(shí)施例二一種大功率多波段單芯光纖放大器如圖3所示，該放大器包括第一泵浦光1、信 號光2和有源光纖3，有源光纖3采用的單芯四摻稀土離子區(qū)雙包層光纖，有源光纖3截面 圖如圖4所示，芯層半徑為10微米，芯層包括釹鐿互摻離子區(qū)8，摻鈥離子區(qū)9，摻釷離子區(qū) 10 ；內(nèi)包層5為500X600微米，外包層4直徑為750微米。第一泵浦光1為鐿離子、鈥離子及釷離子吸收截面對應(yīng)的波長范圍內(nèi)光源。第一泵浦光1，或由兩個不同的波長范圍的泵浦光構(gòu)成，一個為鐿離子和鈥離子吸 收截面對應(yīng)的波長范圍內(nèi)光源，一個為釷離子吸收截面對應(yīng)的波長范圍內(nèi)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 ；第一泵浦光1耦合進(jìn)有源光纖，對有源光纖3進(jìn)行側(cè)面泵浦，實(shí)現(xiàn)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(shí)施例三一種大功率多波段單芯光纖放大器如圖5所示，該放大器包括第一泵浦光1、第 二泵浦光20、信號光2和有源光纖3，有源光纖3采用的單芯八摻稀土離子區(qū)雙包層光纖， 有源光纖3截面圖如圖6所示，芯層半徑為4微米，芯層包括鉺鐿互摻離子區(qū)11，摻鐠離子 區(qū)12，摻釤離子區(qū)13，摻釹離子區(qū)14，摻鉺離子區(qū)6 ；內(nèi)包層5為正八邊形，直徑為800微 米，外包層4直徑為900微米。第一泵浦光1、第二泵浦光20均為鐿離子、鐠離子、鉺離子、釤離子和釹離子吸收 截面對應(yīng)的波長范圍內(nèi)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 ；第一泵浦光1與第二泵浦光20耦合進(jìn)有源光纖，第一泵浦光1對有源光纖3進(jìn) 行端面泵浦，第二泵浦光20對有源光纖3進(jìn)行側(cè)面泵浦，實(shí)現(xiàn)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(shí)施例四—種大功率多波段單芯光纖放大器如圖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采用的單芯二十摻稀土離子區(qū)雙包層光纖，有源光纖3如圖8所 示，芯層半徑為20微米，芯層包括摻鉺離子區(qū)6，摻鐿離子區(qū)7，釹鐿互摻離子區(qū)8，摻鈥離子 區(qū)9，摻釷離子區(qū)10，鉺鐿互摻離子區(qū)11，摻鐠離子區(qū)12，摻釤離子區(qū)13，摻釹離子區(qū)14 ；內(nèi) 包層5直徑為1000微米，外包層4直徑為1150微米。第一泵浦光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(yīng)的波長范圍內(nèi)光源。第一泵浦光1，可由三個不同的波長范圍的泵浦光構(gòu)成，一個為鉺離子、鐿離子和 鈥離子，吸收截面對應(yīng)的波長范圍內(nèi)光源，一個為釷離子和鐠離子吸收截面對應(yīng)的波長范圍內(nèi)光源，一個為釤離子和釹離子吸收截面對應(yīng)的波長范圍內(nèi)光源，信號光2，其波長范圍為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 ；第一泵浦光1耦合進(jìn)有源光纖，對有源光纖進(jìn)行端面 泵浦，實(shí)現(xiàn)對A波段的455nm，550nm，651nm，1060nm與lllOnm，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。本發(fā)明所述的單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖，為發(fā)明名稱單芯多摻稀土離子 區(qū)雙包層光纖及其制作方法，申請日2009年10月22日，申請?zhí)?299010236162. 4，所制作 的單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖。其制作步驟簡述步驟一，將N根摻稀土離子雙包層光纖的預(yù)制棒拉制成芯層直徑相等的細(xì)棒，并 將這些細(xì)棒的外包層除掉，2 ^ N ^ 20的整數(shù)；步驟二，對去掉外包層的N根細(xì)棒進(jìn)行處理，使得細(xì)棒的芯層成扇形；步驟三，將處理后的N根細(xì)棒組織起來，套上石英管，拉制成單芯多摻稀土離子區(qū) 雙包層光纖。
權(quán)利要求
一種大功率多波段單芯光纖放大器，該放大器包括泵浦光、信號光(2)和有源光纖(3)；其特征在于有源光纖(3)采用的是單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖，泵浦光耦合進(jìn)有源光纖，實(shí)現(xiàn)對多波段信號光放大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率多波段單芯光纖放大器，其特征在于第一泵浦光 (1)，對有源光纖進(jìn)行端面泵浦或側(cè)面泵浦；或第一泵浦光(1)對有源光纖進(jìn)行端面泵浦與 第二泵浦光(20)對有源光纖進(jìn)行側(cè)面泵浦。
全文摘要
一種大功率多波段單芯光纖放大器，屬于大功率寬帶光纖放大器、特種光纖技術(shù)領(lǐng)域。該放大器包括第一泵浦光(1)、信號光(2)和有源光纖(3)有源光纖(3)采用的是單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖，泵浦光耦合進(jìn)有源光纖，實(shí)現(xiàn)對多波段信號光放大。本發(fā)明克服了現(xiàn)有的雙包層光纖放大器僅僅只能放大單波段的信號光的缺點(diǎn)。相對于現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)多波段信號光放大器件，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)更加緊湊，插入損耗降低，可靠性提高，受環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。由于采用單芯結(jié)構(gòu)，這種多波段光纖放大器與普通光纖容易連接。
文檔編號G02F1/39GK101876773SQ20091024161
公開日2010年11月3日 申請日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者劉艷, 周倩, 寧提綱, 李晶, 胡旭東, 裴麗, 鄭晶晶 申請人:北京交通大學(xué)