NO172913B - Forsterkning av optiske signaler - Google Patents

Forsterkning av optiske signaler Download PDF

Info

Publication number
NO172913B
NO172913B NO890121A NO890121A NO172913B NO 172913 B NO172913 B NO 172913B NO 890121 A NO890121 A NO 890121A NO 890121 A NO890121 A NO 890121A NO 172913 B NO172913 B NO 172913B
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
optical
core
wavelength
cores
optical fiber
Prior art date
Application number
NO890121A
Other languages
English (en)
Other versions
NO172913C (no
NO890121D0 (no
NO890121L (no
Inventor
Eleanor Joan Tarbox
Paul Laurance Scrivener
Giorgio Grasso
Original Assignee
Pirelli General Plc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pirelli General Plc filed Critical Pirelli General Plc
Publication of NO890121D0 publication Critical patent/NO890121D0/no
Publication of NO890121L publication Critical patent/NO890121L/no
Publication of NO172913B publication Critical patent/NO172913B/no
Publication of NO172913C publication Critical patent/NO172913C/no

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3131Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure in optical fibres
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/063Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067Fibre lasers
    • H01S3/06708Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/063Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067Fibre lasers
    • H01S3/06708Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
    • H01S3/06729Peculiar transverse fibre profile
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/063Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067Fibre lasers
    • H01S3/06708Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
    • H01S3/06729Peculiar transverse fibre profile
    • H01S3/06737Fibre having multiple non-coaxial cores, e.g. multiple active cores or separate cores for pump and gain
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
    • H01S3/094011Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre with bidirectional pumping, i.e. with injection of the pump light from both two ends of the fibre

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

Optisk fiberstruktur som kan anvendes for forsterkning av optiske signaler, omfattende en lengde av optisk fiber (1) som innbefatter to jevnt atskilte monomodus optiske kjerner (2, 4) plassert innenfor en felles kledning (6). for derved å gi to optiske ledingsbaner, idet de optiske karakteristika for i det minste kjernene er forskjellige for derved å gi de to ledingsbanene forskjellige forplantningskonstanter, hvis verdier sammenfaller for en forutbestemt koblingsbølgelengde, idet en av kjernene innbefatter et fluorescerende materiale som er i stand til å frembringe stimulert emisjon. Der er også beskrevet en fremgangsmåte for forsterkning av et optisk signal under anvendelse av en slik optisk fiberstruktur, omfattende å anordne for bølgelengden (X) for det optiske signalet, den fluorescerende bølgelengden for nevnte materiale i nevnte ene kjerne, og nevnte forutbestemte koblingsbølgelengde, at samtlige skal være i alt vesentlig samme, å avgi optisk pumpeenergi som har en forskjellig bølgelengde (Xp) inn i nevnte ene kjerne for å pumpe det fluorescerende materialet, å avgi det optiske signalet inn i den andre kjernen slik at det optiske signalet overføres gjentatte ganger mellom de to kjernene på grunn av optisk kobling, og, når i nevnte ene kjerne, gir opphav til stimulert emisjon i alt vesentlig på sin egen bølgelengde fra det fluorescerende materialet og derved blir forsterket, og å ekstrahere det forsterkede optiske signalet fra fiberstrukturen når den er i nevnte andre kjerne, iii anordning som anvender denne fremgangsmåte er også beskrevet.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører forsterkning av optiske signaler, og nærmere bestemt en optisk fiberkonstruksjon som kan anvendes for forsterkning av optiske signaler, omfattende en lengde av optisk fiber som innbefatter to jevnt atskilte, monomodus optiske kjerner som er plassert innenfor en felles kledning for derved å gi to optiske ledingsbaner, idet de optiske karakteristika for kjernene er forskjellige for derved å gi de to ledingsbanene forskjellige forplantningskonstanter, hvis verdier sammenfaller for en forutbestemt koblingsbølgelengde, samt fremgangsmåte for å forsterke et optisk signal under anvendelse av en slik optisk fiberkonstruksjon. Videre omfatter oppfinnelsen en anordning for å forsterke et optisk signal, omfattende en slik optisk fiberkonstruksj on.
Det ble foreslått i artikler som starter på sidene 84 og 90 i Journal of The Optical Society of America A/Vol. 2, nr. 1, januar 1985 å anvende en to-kjerne optisk fiber for å forsterke et optisk signal. Den foreslåtte fremgangsmåte involverte å avgi det optiske signalet inn i en kjerne av fiberen og å avgi optisk pumpeenergi inn i deii andre kjernen. De to kjernene skulle avvike i radius og/eller brytningsindeks slik at de respektive ledingsbaner som de definerte ville ha forskjellige forplantningskonstanter. I særdeleshet ville forplantningskonstantene for de to kjernene variere forskjellig med bølgelengder, slik at de ville kun være identisk på en bølgelengde. Utformingen skulle være slik at bølgelengden ville tilsvare bølgelengden av det optiske signalet og derfor gjennom det kjente prinsipp for optisk kobling, gjentatte ganger overføre mellom de to kjernene.
Forsterkning av det optiske signalet skulle oppnås ved hjelp av ulineære effekter, slik som en tre-bølge-blanding eller stimulert Raman-spredning, som opptrer på de regioner hvor både signalet og pumpeenergien var til stede i den samme kjernen. Den optiske pumpeenergien skulle være på bølgelengde over 1000 nm og ville trenge å bli tilveiebragt på et meget høyt effektnivå for at de ønskede ulinære effekter skulle virke.
EP publ. patentsøknad 112090 viser en fiberoptisk forsterker hvor en av kjernene innbefatter et fluorescerende materiale som er i stand til å frembringe stimulert emisjon. Det fluorescerende materialet er Nd:Yag. Forsterkningen skjer ved at signalet som skal forsterkes forplanter seg gjennom den første fiberen og stimulerer emisjon av koherent lys fra det fluorescerende materialet, hvilket resulterer i en forsterkning av signalet. Brytningsindeksene til den første og andre fiberen er valgt slik at signalet i den første fiberen blir ledet godt, mens pumpelyset som forplanter seg gjennom den andre fiberen, ikke blir ledet. Dette gir en høy overgang av pumpelys fra den første fiberen til den andre fiberen. Pumpelyset overføres gjentatte ganger mellom de to kjerner.
Den foreliggende oppfinnelse tilsikter å muliggjøre bruken av lavere pumpeenergier, og også å muliggjøre bruken av lavere bølgelengdepumpeenergi, slik at billigere, mer pålitelige, mer økonomiske og mer lett tilgjengelige halvlederkilder kan anvendes til å levere pumpeenergien. For disse formål anvender oppfinnelsen stimulert emisjon i en kjerne som inneholder fluorescerende materiale, f.eks. en sjelden jordartdopet kjerne.
Den innledningsvis nevnte optiske fiberkonstruksjon kjennetegnes således, ifølge oppfinnelsen ved at en av kjernene innbefatter et fluorescerende materiale som er i stand til å frembringe stimulert emisjon på en bølgelengde som er i alt vesentlig den samme som nevnte forutbestemte koblingsbølge-lengde .
Ifølge ytterligere utførelsesformer av den optiske fiberkonstruksjon frembringer det fluorescerende materialet frembringer stimulert emisjon i alt vesentlig på en bølge-lengde som anvendes i optiske telekommunikasjonsoverføringer. Det fluorescerende materialet er fortrinnsvis erbium, eller et dopingmiddel av typen sjelden jordart, f.eks. neodym.
Den optiske fiber har en lengde som er lik et helt antall ganger den koblende svevningslengde, mellom de to kjerner, og hvor lyset som koples har en bølgelengde som anvendes i optisk telekommunikasjonsoverføring.
I den optiske fiberkonstruksjonen er det med fordel tilveiebragt to elektroder innenfor kledningen og plassert med minst en kjerne mellom seg for å tilføre et elektrisk felt til den kjernen for derved å endre dens forplantningskonstant ved hjelp av den elektro-optiske effekt og således å endre nevnte koblingsbølgelengde, idet konstruksjonen derved er avstembar. I et slikt tilfelle kan de to elektrodene være plassert med begge kjerner mellom seg, eller være plassert med kun én av kjernene mellom seg, idet ytterligere to elektroder da er plassert med den andre kjernen mellom seg.
Dessuten er det fordelaktig at i det minste nevnte ene kjerne er av mykt glass som oppviser en relativt stor elektro-optisk effekt, og at den felles kledningen er av et mykt glass som oppviser en relativt stor elektro-optisk effekt.
Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved å anordne at bølgelengden for det optiske signalet, den fluorescerende bølgelengden for nevnte materiale i den ene kjerne, og nevnte forutbestemte koblingsbølgelengde alle er i alt vesentlig den samme, å sende optisk pumpeenergi som har en bølgelengde forskjellig fra den nevnte bølgelengde, inn i nevnte ene kjerne for å pumpe det fluorescerende materialet, å sende det optiske signalet inn i den andre kjernen slik at det optiske signalet overføres gjentatte ganger mellom de to kjerner på grunn av optisk kobling, slik at, når det optiske signalet befinner seg i nevnte ene kjerne gir det opphav til stimulert emisjon i alt vesentlig på sin egen bølgelengde fra det fluorescerende materialet og blir derved forsterket, og å ekstrahere det forsterkede optiske signalet fra fiberkonstruksjonen når det befinner seg i nevnte andre kjerne.
Det vil være fordelaktig at den optiske pumpeenergien avgis inn i begge ender av nevnte ene kjerne, og dessuten å tilføre et elektrisk felt til i det minste en av kjernene for derved å endre dens forplantningskonstant ved hjelp av den elektro-optiske effekt og dermed endre nevnte koblings-bølgelengde .
I praksis er avgivelse av lys separat inn i de to kjernene inn i de to kjernene i to-kjerne fibrer ikke enkelt å oppnå, men kan gjøres under anvendelse av linse og/eller spesielt preparerte koblingsfibre. Fra et ytterligere aspekt tilveiebringer oppfinnelsen nevnte anordning for å forsterke et optisk signal, der innmatnings- og utmatningsmidlene er forenklet.
En slik anordning kjennetegnes ved at det ved minst en ende av fiberkonstruksjonen er plassert et plant- optisk element som innbefatter to optiske baner som er optisk tilpasset fiberkonstruksjonens respektive fiberkjerner og som ved en ende er plassert nøye tilpasset de respektive fiberkjerner, idet de to optiske baner i det plane elementet divergerer i en retning vekk fra fiberkonstruksjon, for derved å tilveiebringe relativt vidt atskilte optiske innmatnings- eller utmatningsmidler som fører til eller fra fiberkjernene.
Med fordel kan den optiske fiberkonstruksjonen ha et slikt plant optisk element plassert i hver ende. I tillegg kan det i fiberen være tilveiebragt to elektroder innenfor kledningen og plassert med minst en kjerne mellom seg for tilførsel av elektrisk felt til den kjernen for derved å endre dens forplantningskonstant ved hjelp av den elektro-optiske effekt og dermed å endre nevnte koblingsbølgelengde, idet anordningen derved er avstembar.
Oppfinnelsen innbefatter også mulighet for elektrisk avstemning av koblingsbølgelengden mellom kjernene, hvilket muliggjør at koblingsbølgelengden kan bringes i overens-stemmelse med signalbølgelengden dersom den ikke nøyaktig oppnås under fremstilling av fiberen.
For at oppfinnelsen lettere skal forstås, skal visse utførelsesformer derav nå beskrives, i eksempels form, med henvisning til de vedlagte skjematiske tegninger. Figur 1 er et diagram som viser forskjellige variasjoner med bølgelengde av forplantningskonstanter for de optiske ledingsbaner i en fiber vist i figur 2. Figur 2 viser (meget forkortet) en optisk fiber som har to kjerner som avviker fra hverandre for derved å ha de forskjellige forplantningskonstanter som vist i figur 1. Figur 3 viser passbåndet for optisk kobling, med det fluorescerende spektrum, mellom kjernene i fiberen i figur 2. Figur 4 viser en anordning ifølge oppfinnelsen som innbefatter en fiber, slik som vist i figur 2. Figur 5 viser i tverrsnitt en modifisert fiberkonstruksjon som muliggjør at senterbølgelengden i passbåndet kan avstemmes. Figur 6 illustrerer et trinn i fremstillingen av en optisk
fiberkonstruksjon som vist i figur 5.
Figur 7 viser en ytterligere type av elektrisk avstembar optisk fiberkonstruksjon.
Den optiske fiber 1 som er vist i figur 2 har to optiske kjerner 2 og 4 som er plassert innenfor en felles kledning 6. Kjernene 2 og 4 er jevnt atskilte fra hverandre gjennom lengden av fiberen. Hver av kjernene tilveiebringer en respektiv optisk ledingsbane som strekker seg sideveis til hver side av kjernen, og avstanden mellom kjernene er gjort tilstrekkelig liten til at deres optiske ledingsbaner vil overlappe. Kjernene 2 og 4 er utformet for monomodusoperasjon på bølgelengdene for det optiske signalet som skal forsterkes .
Materialet, diameteren og brytningsindeksprofilen for hver kjerne velges, på en måte som i seg selv er kjent, slik at de to kjernene har forskjellige forplantningskonstanter. Figur 1 viser med kurve 8 forplantningskonstanten (varierende med bølgelengde) for kjernen 2 og med kurve 10 forplantningskonstanten for kjerne 4.
Det vil sees fra figur 1 at de to forplantningskonstantene sammenfaller for en bølgelengde Xs. Det er kjent at dersom lys på den bølgelengden Xs innføres i en av kjernene, vil den, på grunn av den kjente prosess for optisk kobling som skjer når forplantningskonstantene for kjernene er like, progressivt gå over fra den opprinnelige kjernen til den andre, og så tilbake igjen gjentatte ganger. I realiteten er der et passbånd av bølgelengder sentrert på Xs for hvilket dette skjer, idet bredden av passbåndet er avhengig av den relative divergensvinkel mellom kurvene 8 og 10 som kan kontrolleres ved å justere kjernenes karakteristika, hvilket det er blitt vist til ovenfor.
I den optiske fiberkonstruksjonen som er vist i figur 2, blir et optisk signal som har bølgelengde Xs lik den optiske koblingssenterbølgelengde innført i kjerne 2. Den optiske koblingseffekt bevirker det optiske signalet til å gå over gjentatte ganger fra kjerne 2 til kjerne 4 og tilbake igjen som vist med den stiplede linjen 12 i figur 2. I praksis er lengden av fiberen sannsynlig av størrelsesorden 1 eller 2 meter, slik at mange hundre av disse overføringer vil skje når det optiske signalet traverserer lengden av fiberen.
Den andre kjernen 4 har innbefattet i seg et fluorescerende materiale som er i stand til å frembringe stimulert emisjon på en bølgelengde som er lik eller meget nær Xs. De fore-trukne materialer er fluorescerende sjelden-jordart dopingsmidler, og særlig erbium, som fluorescerer, og som frembringer stimulert emisjon på en bølgelengde mellom 1530 og 1550 nm. Dette er tilstrekkelig nær bølgelengden som er lik 1550 nm for optisk informasjonsoverføring innenfor standard telekommunikasjon, slik at det muliggjøres at fiberen kan anvendes for forsterkning på den standard telekommunika-sjonsbølgelengden. For operasjon på andre bølgelengder for optisk informasjonsoverføring innenfor standard telekommunikasjon, slik som 850 nm og 1300 nm, må kjernene utformes til å oppnå den passende forskjellige koblingsbølgelengde, og forskjellige dopingsmidler må anvendes.
Andre elementer av , typen sjelden-jordart "kan frembringe stimulert emisjon på et antall av forskjellige bølgelengder, f.eks. neodym på 1060 nm, og kan anvendes til å forsterke optiske signaler på korresponderende forskjellige bølge-lengder .
Går man tilbake til figur 2, blir optisk pumpeenergi på en bølgelengde Xp som er mindre enn Xs avgitt inn i kjerne 4 ved en eller begge ender, avhengig av hvor meget forsterkning som behøves. Pumpeenergien kan eller trenger ikke å være monomodus i kjerne 4. Den optiske pumpeenergien hever elektronene i nevnte sjelden-jordart materialet i kjernen 4 til et høyt energinivå, fra hvilket de kan falle til et lavere nivå, hvorved det fluorescerende spektrum genereres. Den spontane fluorescerende emisjon som frembringes nettopp av tilførselen av pumpeenergien til kjernen 4, vil ha et relativt bredt spektrum, slik som vist med den stiplede linjen 14 i figur 3, og kun den begrensede mengde som faller innenfor den optiske koblings passbånd 16 vil være i stand til å unnslippe inn i kjernen 2 gjennom den optiske koblingseffekt. Denne filtreringsaksjon reduserer i vesentlig grad støy i signalkjernen 2 på grunn av den støybelagte spontane emisjon i den forsterkende kjernen 4, relativt mengden av støy som er tilstede i utmatningen fra kjente enkeltkjerne, sjelden-jordart dopede, forsterkende fibrer.
I tillegg, og i en langt større utstrekning, vil det optiske signalet, på samtlige posisjoner hvor dette optiske signalet på Xs beveger seg i kjernen 4, bevirke stimulert emisjon fra de pumpede, sjelden-jordart atomene, idet den stimulerte emisjon sentreres på den samme bølgelengde Xs som den spontane fluorescerende emisjon som det nettopp er vist til og som er koherent med det optiske signalet som stimulerer denne. Følgelig blir det optiske signalet progressivt mer forsterket ettersom det beveger seg langs fiberens lengde. Fiberlengden bestemmes slik at ved enden av fiberen beveger det forsterkede optiske signalet seg fullstendig i kjernen 2 og kan derfor ekstraheres fra fiberen fritt for all spontant emittert fluorescerende stråling bortsett fra den begrensede mengde som ligger innenfor passbåndet 16. Den optiske pumpeenergien, som er på den mindre bølgelengden Xp, blir ikke koblet inn i kjernen 2 og forblir begrenset til kjernen 4, likesom den del av den spontane fluorescerende emisjon som ligger mellom kurvene 14 og 16.
Eksempelvis kan utsidediameteren av fiberen være i området 125 jjm og diameteren av hver kjerne i området av 3 til 20 ym.
Figur 4 viser en anordning som innbefatter en lengde av optisk fiber 1, slik som nettopp beskrevet, hvor det ved hver ende av dette er festet et respektivt plant optisk element 18, 20. Hvert optiske element 18, 20 innbefatter to optiske baner 18a, 18b, 20a, 20b. Banene 18a og 20a er nøyaktig tilpasset den optiske kjernen 4 i fiberen og er optisk tilpasset med den så nær som mulig hva angår dimensjoner og brytningsindeksfordeling, hvorved refleksjoner minimaliseres på grensesjiktene som kunne bevirke uønsket lesereffekt-aksjon. De andre optiske banene 18b og 20b for de plane elementer er tilsvarende nøyaktig innrettet med og optisk tilpasset kjernen 2.
Banene 18a og 18b divergerer fra hverandre i en retning vekk fra fiberen for derved å gi relativt vidt atskilte optiske innganger til hvilke eksempelvis respektive enkeltkjerne-fibrer 22 og 24 hensiktsmessig kan kobles på kjent måte slik at pumpeenergi kan avgis inn i fiberen 1 fra fiber 22 via det plane element 18 og det optiske signalet som skal forsterkes kan avgis i fiber 1 fra fiber 24 via det plane element 18. Ytterligere enkeltkjernefibre 26 og 28 kan kobles til det plane element 20 respektivt for å avgi ytterligere pumpeenergi inn i kjerne 4 av fiber 1 og for å ekstrahere det forsterkede optiske signalet fra kjerne 2 i fiber 1. Dersom kun én pumpeenergiinngang behøves, kan det plane element 20 utelates og fiber 24 kan kobles direkte tilpasset kjernen 2, idet pumpeenergien da innføres kun gjennom fiber 26.
Figur 5 viser et tverrsnittsriss gjennom en to-kjernefiber tilsvarende det som er vist i de foregående figurer, men hvor det er muliggjort en begrenset grad av elektrisk avstemning av senterbølgelengden for den optiske koblings passbånd. Dette muliggjør at senterbølgelengden kan justeres etter fremstilling dersom' slik justering skulle behøves for å tilpasse senterbølgelengden til bølgelengden av det optiske signalet som skal forsterkes.
I figur 5 er to metallelektroder 30 og 32 inkorporert i selve fiberstrukturen. Begge av elektrodene er plassert slik at begge av kjernene 2 og 4 ligger mellom disse. Selv om det kiselholdige materialet som anvendes for kjernene 2 eller 4 vil oppvise kun en relativt liten Kerr-effekt som reaksjon på tilførselen av et elektrisk felt, kan ikke desto mindre feltstyrken gjøres relativt høy i forhold til spenningen som tilføres over elektrodene, ved å inkorporere elektrodene innenfor selve fiberen. Når en spenning tilføres over elektrodene, vil Kerr-effekten resultere i en endring av brytningsindeksen på hver av kjernene og følgelig en forskyvning i forplantningskonstantene for begge av disse. Følgelig er der en tilsvarende forskyvning i senterfrekvensen for koblingens passbånd.
I realiteten bevirker Kerr-effekten en differensialendring i brytningsindeks slik som mellom lyset som polariseres perpendikulært på elektrodene og det som polariseres parallelt til elektrodene (dvs. vertikalt og horisontalt i forhold til fiberen som vist i figur 4). Brytningsindeks-forskyvningen er større for det lys hvis polariseringsplan er perpendikulært på elektrodene, og for å dra fordel av den store forskyvning som er tilgjengelig med denne polarisering, kan fiberen mates initielt kun med lys som har denne polarisering. Alternativt kan lys som er polarisert parallelt med elektrodene filtreres ut ved utgangsenden av fiberen under anvendelse av en analysator, hvorved det etterlates kun det lys som er polarisert perpendikulært på elektrodene.
For ytterligere å forbedre den maksimale frekvensforskyvning som er tilgjengelig, kan myke glass (f.eks. bly-, krone-eller flintglass) anvendes for kjernen og kledningen, idet disse har en større Kerr-effekt enn de hardere glass som vanligvis anvendes for optiske fiberkjerner og kledning.
Figur 6 er nyttig for å forklare fremstillingen av en f iberstruktur som vist i figur 5. To kjernestaver fremstilles, f.eks. ved å avsette glassmaterialet som har passende karakteristika for den spesielle kjernen innenfor respektive kiselstøtterør som anvender en modifisert kjemisk dampavsetnings- (MCVD = modified chemical vapour deposition) prosess. Det meste av støtterørmaterialet blir så etset bort for å etterlate relativt lite kledningsmateriale på det sentrale optiske kjernematerialet, ettersom de optiske kjerner vil trenge å være relativt nær hverandre. De to kjernestavene blir så forlenget under oppvarming i en elektrisk ovn og trekkes til en diameter av noen få milli-meter .
En kiselstav 34 med høy renhet som initielt har sirkulært tverrsnitt har flate partier 36 som maskineres på motsatte sider av den og to boringer 38 og 40 som ultralydmessig maskineres aksielt gjennom den.
De to nedtrukne kjernestavene, som er trukket ned til en diameter som passer til henholdsvis boringene 38 og 40, innføres så i disse boringer og den sammensatte enhet blir så innført i et kiselrør 42. Hele enheten trekkes så ned til en diameter som er tilstrekkelig liten til å sikre enkelt-modusoperasjon på den optiske signalbølgelengden.
Den resulterende fiber er som vist i figur 5, men med rom hvor elektrodene 30 og 32 er vist. Disse rom fylles med et metall som har lavt smeltepunkt, slik som Wood's metall eller en indium/gallium-blanding, ved å omslutte fiberlengden i en oppvarmet omslutning med en ende i det flytende metallet og samtidig å tilføre trykk ved den enden og vakuum ved den motsatte enden av fiberen. Det flytende metallet blir således pumpet inn i rommene og størkner til å danne elektrodene 30 og 32 når fiberen avkjøles.
Figur 7 viser en ytterligere form for elektrisk avstembart fiber, ifølge oppfinnelsen, hvor kun kjernen 4 er plassert mellom elektroder, idet disse er angitt med henvisningstall 44. Denne konstruksjon kan fremstilles på en måte som er tilsvarende den i figur 6, men i stedet for flate partier 36 som maskineres på staven 34, er to ytterligere hull boret gjennom den ultrasonisk på hver side av boringen 40. Disse fylles så med metall til å danne elektrodene 44 etter at fiberen er blitt trukket. Med denne konstruksjon vil tilførselen av en spenning mellom elektrodene 44 forskyve kun én av forplantningskonstantene slik at en forskjellig og potensielt større grad av senterbølgelengdeforskyvning kan oppnås for en gitt tilført spenning, sammenlignet med strukturen i figur 5.
I den hensikt å tilføre en spenning over elektrodene 30 og 32 1 figur 5, eller 44 i figur 7, kan del av kledningen for fiberen lokalt etses bort under anvendelse av hydrogenfluorid inntil overflateregioner av elektroder frilegges, og så kan fine elektriske ledere 46 utralydsveises til elektrodene, idet dette er vist i figur 7 hvor delen av kledningen som er fjernet ved hjelp av etsning er vist med stiplede linjer.
Figur 7 viser også med stiplede linjer et andre par av elektroder 48 som kan anbringes på motsatte sider av kjernen 2 slik at forplantningskonstantene for de to kjernene kan kontrolleres uavhengig av hverandre om ønskelig.

Claims (18)

1. Optisk fiberkonstruksjon som kan anvendes for forsterkning av optiske signaler, omfattende en lengde av optisk fiber (1) som innbefatter to jevnt atskilte, monomodus optiske kjerner (2, 4) som er plassert innenfor en felles kledning (6) for derved å gi to optiske ledingsbaner, idet de optiske karakteristika for kjernene er forskjellige for derved å gi de to ledingsbanene forskjellige forplantningskonstanter, hvis verdier sammenfaller for en forutbestemt koblings-bølgelengde, karakterisert ved at en av kjernene (4) innbefatter et fluorescerende materiale som er i stand til å frembringe stimulert emisjon på en bølgelengde som er i alt vesentlig den samme som nevnte forutbestemte koblingsbølgelengde.
2. Optisk fiberkonstruksjon som angitt i krav 1, karakterisert ved at det fluorescerende materialet frembringer stimulert emisjon i alt vesentlig på en bølge-lengde som anvendes i optiske telekommunikasjonsoverføringer.
3. Optisk fiberkonstruksjon som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den optiske fiber har en lengde som er lik et helt antall ganger den koblende svevningslengde mellom de to kjerner, og hvor lyset som koples har en bølgelengde som anvendes i optisk telekommu-nikasj onsoverf ør ing.
4. Optisk fiberkonstruksjon som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at det fluorescerende materialet er erbium.
5. Optisk fiberkonstruksjon som angitt i krav 1, karakterisert ved at det fluorescerende materialet er et dopingsmiddel av typen sjelden jordart.
6. Optisk fiberkonstruksjon som angitt i krav 5, karakterisert ved at dopingsmidlet av typen sjelden jordart er neodym.
7. Optisk fiberkonstruksjon som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at to elektroder (30, 32; 44) er tilveiebragt innenfor kledningen og plassert med minst en kjerne (4) mellom seg for å tilføre et elektrisk felt til den kjernen for derved å endre dens forplantningskonstant ved hjelp av den elektro-optiske effekt og således å endre nevnte koblingsbølgelengde, idet konstruksjonen derved er avstembar.
8. Optisk fiberkonstruksjon som angitt i krav 7, karakterisert ved at de to elektrodene (30, 32) er plassert med begge kjerner (2, 4) mellom seg.
9. Optisk fiberkonstruksjon som angitt i krav 7, karakterisert ved at de to elektrodene (44) er plassert med kun en (4) av kjernene mellom seg.
10. Optisk fiberkonstruksjon som angitt i krav 9, karakterisert ved at ytterligere to elektroder (48) er plassert med den andre kjernen (2) mellom seg.
11. Optisk fiberkonstruksjon som angitt i et hvilket som helst av kravene 7-10, karakterisert ved at i det minste nevnte ene kjerne er av mykt glass som oppviser en relativt stor elektro-optisk effekt.
12. Optisk fiberkonstruksjon som angitt i krav 11, karakterisert ved at den felles kledningen er av et mykt glass som oppviser en relativt stor elektro-optisk effekt.
13. Fremgangsmåte for å forsterke et optisk signal under anvendelse av en optisk fiberkonstruksjon som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved å anordne at bølgelengden (Xs) for det optiske signalet, den fluorescerende bølgelengden for nevnte materiale i den ene kjerne, og nevnte forutbestemte koblings-bølgelengde alle er i alt vesentlig den "samme, å sende optisk pumpeenergi som har en bølgelengde (Xp) forskjellig fra den nevnte bølgelengde (Xs), inn i nevnte ene kjerne for å pumpe det fluorescerende materialet, å sende det optiske signalet inn i den andre kjernen slik at det optiske signalet overføres gjentatte ganger mellom de to kjerner på grunn av optisk kobling, slik at, når det optiske signalet befinner seg i nevnte ene kjerne gir det opphav til stimulert emisjon i alt vesentlig på sin egen bølgelengde fra det fluorescerende materialet og blir derved forsterket, og å ekstrahere det forsterkede optiske signalet fra fiberkonstruksjonen når det befinner seg i nevnte andre kjerne.
14. Fremgangsmåte for å forsterke et optisk signal, som angitt i krav 13, karakterisert ved at den optiske pumpeenergien avgis inn i begge ender av nevnte ene kjerne.
15 . Fremgangsmåte for å forsterke et optisk signal, som angitt i krav 13 eller 14, karakterisert ved å tilføre et elektrisk felt til i det minste en av kjernene for derved å endre dens forplantningskonstant ved hjelp av den elektro-optiske effekt og dermed endre nevnte koblings-bølgelengde .
16. Anordning for å forsterke et optisk signal, omfattende en optisk fiberkonstruksjon som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-12, karakterisert ved at det ved minst en ende av fiberkonstruksjonen er plassert et plant optisk element (18, 20) som innbefatter to optiske baner (18a, 18b) som er optisk tilpasset fiberkonstruksjonens respektive fiberkjerner og som ved en ende er plassert nøye tilpasset de respektive fiberkjerner (4, 2), idet de to optiske baner i det plane elementet divergerer i en retning vekk fra fiberkonstruksjonen,for derved å tilveiebringe relativt vidt atskilte optiske innmatnings- eller utmatningsmidler som fører til eller fra fiberkjernene.
17. Anordning som angitt i krav 16, karakterisert ved at den optiske fiberkonstruksjonen har et slikt plant optisk element plassert i hver ende.
18. Anordning som angitt i krav 16 eller 17, karakterisert ved at det i fiberen er tilveiebragt to elektroder (30, 32; 44) innenfor kledningen og plassert med minst en kjerne (4) mellom seg for tilførsel av elektrisk felt til den kjernen for derved å endre dens forplantningskonstant ved hjelp av den elektro-optiske effekt og dermed å endre nevnte koblingsbølgelengde, idet anordningen derved er avstembar.
NO890121A 1988-01-12 1989-01-11 Forsterkning av optiske signaler NO172913C (no)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT8819037A IT1215681B (it) 1988-01-12 1988-01-12 Amplificazione di segnali ottici.

Publications (4)

Publication Number Publication Date
NO890121D0 NO890121D0 (no) 1989-01-11
NO890121L NO890121L (no) 1989-07-13
NO172913B true NO172913B (no) 1993-06-14
NO172913C NO172913C (no) 1993-09-22

Family

ID=11154013

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO890121A NO172913C (no) 1988-01-12 1989-01-11 Forsterkning av optiske signaler

Country Status (17)

Country Link
US (1) US4938561A (no)
EP (1) EP0324541B1 (no)
JP (1) JP2685265B2 (no)
KR (1) KR960004145B1 (no)
CN (1) CN1021929C (no)
AR (1) AR245544A1 (no)
AU (1) AU616462B2 (no)
BR (1) BR8900185A (no)
CA (1) CA1303193C (no)
DE (1) DE68906032T2 (no)
DK (1) DK168343B1 (no)
ES (1) ES2040455T3 (no)
FI (1) FI93153C (no)
HK (1) HK9794A (no)
IT (1) IT1215681B (no)
MX (1) MX171448B (no)
NO (1) NO172913C (no)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5087108A (en) * 1989-08-11 1992-02-11 Societa' Cavi Pirelli S.P.A. Double-core active-fiber optical amplifier having a wide-band signal wavelength
JPH0373934A (ja) * 1989-08-15 1991-03-28 Fujitsu Ltd 光増幅器
JPH03239231A (ja) * 1990-02-16 1991-10-24 Sumitomo Electric Ind Ltd 光スイッチ
DE4014034A1 (de) * 1990-05-02 1991-11-07 Standard Elektrik Lorenz Ag Optischer verstaerker
GB9025207D0 (en) * 1990-11-20 1991-01-02 British Telecomm An optical network
DK285490D0 (da) * 1990-11-30 1990-11-30 Nordiske Kabel Traad Fremgangsmaade og apparat til forstaerkning af et optisk signal
US5067789A (en) * 1991-02-14 1991-11-26 Corning Incorporated Fiber optic coupling filter and amplifier
US5179603A (en) * 1991-03-18 1993-01-12 Corning Incorporated Optical fiber amplifier and coupler
US5583957A (en) * 1991-07-09 1996-12-10 British Telecommunications Public Limited Company Optical switch
US5187760A (en) * 1992-01-23 1993-02-16 General Instrument Corporation Wavelength selective coupler for high power optical communications
US5185826A (en) * 1992-02-07 1993-02-09 At&T Bell Laboratories Hybrid pumping arrangement for doped fiber amplifiers
US5259059A (en) * 1992-12-10 1993-11-02 Xerox Corporation Optical fibers with built-in alignment features
US5448664A (en) * 1992-12-11 1995-09-05 Alexander Shkolnik Optical gates where output signal intensity is independent of phases of input signals
US5514801A (en) * 1992-12-29 1996-05-07 Monsanto Company Cyclic sulfone containing retroviral protease inhibitors
US5566196A (en) * 1994-10-27 1996-10-15 Sdl, Inc. Multiple core fiber laser and optical amplifier
GB2302957B (en) * 1995-07-04 1999-07-21 Pirelli General Plc Optical structures with two optical guidance paths
JP3298799B2 (ja) * 1995-11-22 2002-07-08 ルーセント テクノロジーズ インコーポレイテッド クラッディングポンプファイバとその製造方法
GB9625231D0 (en) * 1996-12-04 1997-01-22 Univ Southampton Optical amplifiers & lasers
DE19720598A1 (de) * 1997-05-16 1998-11-19 Siemens Ag Verfahren zum Anschneiden von Lichtwellenleiterkabeln und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
WO1999043121A2 (en) 1998-02-20 1999-08-26 Molecular Optoelectronics Corporation Communications link optical amplification and dispersion compensation
AU1997399A (en) 1998-02-20 1999-09-06 Molecular Optoelectronics Corporation Optical amplifier and process for amplifying an optical signal propagating in a fiber optic employing an overlay waveguide and stimulated emission
US6270604B1 (en) 1998-07-23 2001-08-07 Molecular Optoelectronics Corporation Method for fabricating an optical waveguide
US6236793B1 (en) 1998-09-23 2001-05-22 Molecular Optoelectronics Corporation Optical channel waveguide amplifier
US6208456B1 (en) 1999-05-24 2001-03-27 Molecular Optoelectronics Corporation Compact optical amplifier with integrated optical waveguide and pump source
WO2002075405A2 (en) * 2001-03-16 2002-09-26 Cidra Corporation Multi-core waveguide
FR2822313B1 (fr) * 2001-03-16 2003-07-25 Highwave Optical Tech Composant optique a base de fibre bi-coeur avec entrees/sorties en fibres mono-coeur
US6694080B2 (en) * 2001-09-20 2004-02-17 Corning Incorporated Apparatus and method for thermally tuning an optical amplifier
GB0306137D0 (en) * 2003-03-18 2003-04-23 Qinetiq Ltd Fibre laser
JP3952033B2 (ja) * 2004-04-02 2007-08-01 松下電器産業株式会社 光増幅ファイバと光増幅方法とレーザ発振方法とレーザ増幅装置とレーザ発振装置とレーザ装置とレーザ加工機
WO2010103764A1 (ja) 2009-03-11 2010-09-16 パナソニック株式会社 ファイバレーザ装置と光増幅方法
JP5862131B2 (ja) * 2011-09-09 2016-02-16 富士通株式会社 光増幅装置
CN103247500A (zh) * 2013-04-28 2013-08-14 江苏达胜加速器制造有限公司 一种电子枪用灯丝

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4044315A (en) * 1962-01-16 1977-08-23 American Optical Corporation Means for producing and amplifying optical energy
US4015217A (en) * 1961-10-27 1977-03-29 American Optical Corporation Means for producing and amplifying optical energy
JPS579041B2 (no) * 1974-11-29 1982-02-19
US4531811A (en) * 1979-03-19 1985-07-30 Polaroid Corporation Fiber optics polarizer
JPS6037639B2 (ja) * 1980-12-12 1985-08-27 日本電信電話株式会社 光信号増幅器
US4515431A (en) * 1982-08-11 1985-05-07 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Fiber optic amplifier
US4546476A (en) * 1982-12-10 1985-10-08 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Fiber optic amplifier
US4553238A (en) * 1983-09-30 1985-11-12 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford University Fiber optic amplifier
US4723824A (en) * 1983-11-25 1988-02-09 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Fiber optic amplifier
JPS60120585A (ja) * 1983-12-05 1985-06-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光増幅方法および光増幅装置
US4780877A (en) * 1985-07-26 1988-10-25 Polaroid Corporation Optical fiber laser
US4730886A (en) * 1985-08-06 1988-03-15 Hicks John W Fiber laser sensor
SE449673B (sv) * 1985-09-20 1987-05-11 Ericsson Telefon Ab L M Optisk forsterkaranordning med brusfilterfunktion
US4782491A (en) * 1987-04-09 1988-11-01 Polaroid Corporation Ion doped, fused silica glass fiber laser

Also Published As

Publication number Publication date
DK730688A (da) 1989-07-13
NO172913C (no) 1993-09-22
JP2685265B2 (ja) 1997-12-03
AU616462B2 (en) 1991-10-31
HK9794A (en) 1994-02-09
AR245544A1 (es) 1994-01-31
CN1021929C (zh) 1993-08-25
BR8900185A (pt) 1989-09-12
FI890148A0 (fi) 1989-01-12
AU2867389A (en) 1990-08-09
KR890012181A (ko) 1989-08-24
DE68906032T2 (de) 1993-07-29
US4938561A (en) 1990-07-03
FI93153C (fi) 1995-02-27
KR960004145B1 (ko) 1996-03-27
NO890121D0 (no) 1989-01-11
DK730688D0 (da) 1988-12-30
IT8819037A0 (it) 1988-01-12
DE68906032D1 (de) 1993-05-27
FI890148A7 (fi) 1989-07-13
CA1303193C (en) 1992-06-09
JPH022533A (ja) 1990-01-08
DK168343B1 (da) 1994-03-14
MX171448B (es) 1993-10-27
CN1038351A (zh) 1989-12-27
NO890121L (no) 1989-07-13
EP0324541A3 (en) 1990-03-28
IT1215681B (it) 1990-02-22
EP0324541B1 (en) 1993-04-21
EP0324541A2 (en) 1989-07-19
FI93153B (fi) 1994-11-15
ES2040455T3 (es) 1993-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO172913B (no) Forsterkning av optiske signaler
US7257302B2 (en) In-line, high energy fiber chirped pulse amplification system
US10096962B2 (en) All-fiber chirped pulse amplification systems
US7170910B2 (en) Evanescent-field optical amplifiers and lasers
US9640940B2 (en) High power short pulse fiber laser
US5225925A (en) Sensitized erbium fiber optical amplifier and source
US5440573A (en) Method and apparatus for controlling laser emmision wavelength using non-linear effects
US7116469B2 (en) Raman amplification using a microstructured fiber
Guo et al. Wavelength-interval-switchable multi-wavelength thulium-doped fiber laser with a nonlinear dual-pass Mach-Zehnder interferometer filter in 2-μm-band
NO843438L (no) Fiberoptisk fargeforsterker
CN110544864A (zh) 基于调频单频种子源和四波混频的窄线宽光纤激光器
Yeh et al. Broadband chromium-doped fiber amplifiers for next-generation optical communication systems
JPH03127032A (ja) 機能性光導波媒体
Simpson et al. Performance of a distributed erbium-doped dispersion-shifted fiber amplifier
JPH0359547A (ja) 光ファイバ増幅器
US5694500A (en) Optical amplifier operating at 1.3 microns useful for telecommunications and based on dysprosium-doped metal chloride host materials
Li et al. An erbium-doped fibre nonlinear coupler with coupling ratios controlled by pump power
Adel Pulsed fiber lasers
EP1037415A1 (en) Tunable optical filter
Binjrajka et al. Effect of self-phase modulation on ultrashort pulse transmission in dispersion compensated systems with large broadening and compression
Chu et al. Optical switching in Erbium-doped fibers
JPH06337324A (ja) 光合波分波用光ファイバカプラ及びその製造方法
Laming Multicore rare-earth doped fibres; application to amplifiers, filters and lasers

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Lapsed by not paying the annual fees

Free format text: LAPSED IN JULY 2003