NO844512L - Fiberoptisk forsterker - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en optisk forsterker basert på visse materialers evne, spesielt på et makroskopisk nivå. Det er således f. eks. kjent å anbringe en lys-pumpende kilde og en enkrystallet neodymium-yttrium alu-miniumgranat (ND:YAG) stang med en diameter på flere mm og flere cm lang i et rør som et reflekterende hulrom. Lyskilden og ND: YAG stangen kan f. eks. "henholdsvis bli anbragt til å strekke seg langs to brennpunkter til et hulrom med et elektrisk tverrsnitt. Ved en slik anordning vil lys sendt ut av lyskilden reflektert av hulromveggen treffe ND:YAG stangen. Lyskilden er fortrinnsvis valgt for å sende ut bølgelengder som korresponderer med absorpsjonsspekterer til ND:YAG krystallet slik at neodymiumioner til krystallet blir invertert til et energinivå over det øvre låsende nivået. Etter inverteringen gir en startrelaksasjon av neodymiumioner gjennom fononstrålingen en ionepopulasjon ved det øvre lasernivået. Fra dette nivået vil ionene relaksere til et nedre lasernivå som sender ut lys med en bølgelengde som er karakteristisk for ND:YAG materialet. Det nedre lasernivået er fortrinnsvis over jordingsnivået for ionene slik at en hurtig fonon-utsendende relaksasjon vil forekomme mellom det nedre lasernivået og jordingsnivået, som muliggjør et høyt inversjonsforhold mellom det øvre og nedre lasernivået innenfor pumpede ioner.

Med populasjonen invertert på denne måten, som er velkjent for laserteknologien, vil ND:YAG tilveiebringe en langsom fluoresens, dvs. uregelmessig emisjon av inkoherent lys. Den spontale strålingen har imidlertid en minimal effekt på forsterkningsstangen siden den gjennomsnittlige levetiden for ionene i den inverterte tilstanden er 230 mikrosekunder ved ND:YAG.

Dersom det etter at noen av neodymiumionene til ND:YAG stangen har blitt invertert blir et lyssignal ved laserfrekvensen sendt gjennom stangen hvor lyssignalet vil trigge relaksasjonen til neodymiumionene som bevirker koherent emisjon for stimulert stråling som vil bevirke tillegg til det sendte signalet som således forsterker dette signalet.

Absorpsjonslengden for pumpebelysningen i ND:YAG krystallet (dvs. lengden på materialet gjennom hvilket lys må utbrede seg før omkring 65% av lys økende absorbert) er typisk i området mellom 2 og 3 mm og ND:YAG krystallene anvendt ved konstruksjoner for transversal pumping, slik som tidligere beskrevet, må således ha en diameter på minst så stor at krystallet kan absorbere en vesentlig del for pumpestrålingen i løpet av begynnelsesrefleksjonen fra hulromsveggene og passasjen gjennom krystallet. Dersom pumpelyset i løpet av denne starteutbredden gjennom krystallet ikke blir absorbert er det sannsynlig at den blir reflektert av hulromsveggene tilbake til lyskilden hvor den vil bli reabsorbert og generer varme i lyskilden og reduserer således den totale virkningsgraden til forsterkeren.

Når slike forsterkere blir anvendt ved fiberoptiske systemer har det blitt tatt å være nødvendig, p.g.a. den for store forskjellen i diameter mellom den optiske fiberen og ND:YAG krystallet, og anvende optiske kompon-enter, slik som linser for å fokusere lyset fra den optiske fiberen inn i ND:YAG stangen og det forsterkede lyssignalet fra ND:YAG stangen tilbake til en annen fiber. Slike optiske systemer krever nøyaktig innretning og er følsomme for omgivelsesendringer, slik som vibrasjon og termiske påvirkninger. De optiske komponentene og størrelsen på ND:YAG stangen gjør dessuten forsterkningssystemet relativt stort og upraktisk for visse anvendelser. Den relative store størrelsen på ND:YAG stangen innfører strålevandring i stangen p.g.a. termiske effekter. Signalet fra det fiberoptiske inngangselementet vil således utbrede seg i forskjellige baner gjennom stangen, en karakteristikk som er temperaturavhengig og varier med tiden slik at utgangslyset kan gå tapt som følge av at fiberen vil godta kun lys innenfor en liten akseptabel vinkel. Når strålen inne i ND:YAG stangen vandrer kan således utgangssignalet variere på en ukontrollerbar måte. Den store størrelsen på ND:YAG stangen krever dessuten en stor mengde med inngangsenergi for å opprettholde en høy energitetthet i stangen. Slik stor pumpeenergi krever lyskilder med høy utgangseffekt som genererer hovedsaklig varme og som må bli spredt, typisk med væskekjøling av hulrommet.

Mens forsterker av denne typen er nyttig ved mange anvendelser, slik som noen kommunikasjonsanvendelser, er en bruk som gir alvorlige begrensninger på forsterkningssystemet et fiberoptisk resirkulasjonsgyroskop. Med slike gyroskop blir en optisk fiber, med den typiske lengde på 1 km eller mer, viklet i en sløyfe og et lyssignal blir resirkulert i sløyfen i begge retningene. Bevegelse av sløyfen bevirker en faseforskjell mellom seg motsatt utbredende lyssignaler som kan bli anvendt for å måle gyroskoprotasjonen. Det er fordelaktig p.g.a. at faseforskyvningen indusert ved en dreiing er relativt liten og p.g.a. periodiske utgangs-signaler som angår rotasjonen er nødvendige for å resirkulere inngangslyset i sløyfen så mange ganger som mulig.

Ved utbredelse av 1 km med optiske fibre vil et optisk signal ha tap på 30 til 50% av dets intensitet. En forsterker, om den kan forsterke toveis seg motsatt utbredende lyssignaler, ville tillate at et lyssignal utbreder seg mange flere ganger i sløyfen dersom forsterkeren blir anbragt i serier med sløyfen og tilveiebringer en forsterkning i utbredelsestapet.

Den relative store størrelsen, de høye energikravene som følge av relativt dårlig virkningsgrad, strålevandreeffek-ten og avkjølingskravene ved tidligere kjente ND:YAG stangforsterkere gjør uheldigvis slike forsterkere relativt upraktiske ved gyroskoper for høye nøyaktigheter. Disse faktorene begrenser også anvendelsen av slike forsterkere ved andre anvendelser, slik som kommunikasjons-nettverk.

Ulempene forbundet med krystallstangforsterkere er unngått ved foreliggende oppfinnelse. Foreliggende oppfinnelse angår nærmere bestemt et fiberoptisk forsterkningssystem som innbefatter en krystallfiber dopet med et materiale som vil lase (generere koherente elektromagnetiske bøl-ger), en kilde med signaler ved laserfrekvensen til materialet som vil lase, en lyspumpekilde for pumping av materialet som vil lase, en optisk fiber endekoblet med krystallfiberen og innretninger for å koble både signalene og pumpelyset til den optiske fiberen.

Innretningen for koblingen innbefatter fortrinnsvis en optisk kobler og nærmere bestemt en optisk kobler av en-modustypen. En optisk kobler anvender fortrinnsvis flyktigfeltkobling og kan tilveiebringe forskjellige koblingskoeffisienter for signalene og pumpelyset. Den optiske kobleren har en koblingsvirkningsgrad som er bølgelengdeavhengig og ved hvilken signalene og pumpelyset er ved forskjellige bølgelengder som gir forskjellige koblingsvirkningsgrader for signalene og pumpelyset.

Materialet som krystallfiberen' er dopet med har fortrinnsvis en laserovergang med frekvensen til signalene når materialet blir pumpet med pumpelys. Signalene og pumpelyset er dessuten fortrinnsvis sendt henholdsvis ved den første og andre optiske inngangsfiber og den optiske fiberkobleren sideanbringes ved den første og andre optiske inngangsfiber for å tilveiebringe et samvirkende område med en effektiv samvirkningslengde som er et helt multippel av koblingslengden til de fibrene ved bølge-lengden til en av signalene og pumpelyset og et odde multippel av koblingslengden for fibrene ved bølgelengden for andre av signalene og pumpelyset.

De optiske fibrene har fortrinnsvis en diameter som er mindre enn absorpsjonslengden for krystallmaterialet ved bølgelengden for pumpelyset.

Oppfinnelsen innbefatter dessuten en fremgangsmåte for å tilføre et lyssignal ført av en optisk fiber som innbefatter trinnet med å kombinere lyssignalet og pumpebelysningen på en optisk fiber og endekobling av en optisk fiber med et krystallf iber dopet med materiale som vil sende ut stimulert stråling ved frekvensen til lyssignalet ved å pumpe med pumpebelysningen. Kombinasjonstrinnet innbefatter fortrinnsvis multipleksing av lyssignalet og pumpebelysningen ved den optiske kobler som har en koblingsvirkningsgrad som er bølgelengdeavhengig.

Oppfinnelsen tillater endepumping av ND:YAG materialet og unngår således fullstendig nødvendigheten av en stor diameter for dette krystallet som er iboende i sidepumpe-anordningene. ND:YAG fiberet kan således være gjort ekstremt liten i diameteren sammenlignet med tidligere stangforsterkere siden pumpebelysningen blir absorbert langs fiberens lengde istedenfor over dens bredde. Dette medfører en høyere konsentrasjon av pumpebelysningen innenfor den lille diameteren til ND:YAG krystallet og således en høyere potensialforsterkning for forsterknings-konstruksjonen.

Basert på ovenfornevnte skal det bemerkes at for å tilveiebringe denne endepumpingen er ND:YAG materialet fortrinnsvis dannet som en fiber med liten diameter og det er anbragt i serier med den optiske fiberen som sender signalet som skal i forsterkeren.

Tilliggende ND:YAG fiberen passererden optiske fiberen fortrinnsvis gjennom en multipleksende optisk kobler. Innenfor denne multipleksende kobleren er et par optiske fibere fortrinnsvis anordnet med en nøyaktig valgt samvirkende lengde for å tilveiebringe en høy fiber-til-fiberkoblingsvirkningsgrad ved bølgelengden for pumpekilden, men en lav koblingsvirkningsgrad ved bølgelengden for signalet som skal bli forsterket. Dette medfører en kobling av pumpebelysningen i den optiske fiberen som fører signalet og således inn i ND:YAG fiberen som fullstendig eliminerer tapet til det optiske signalet som skal bli forsterket siden dette signalet ikke er koblet fra den optiske fiberen av den multipleksende kobleren.

P.g.a. at foreliggende oppfinnelse tillater pumpelys eller bli koblet i den optiske signalfiberen for føring til enden av ND:YAG fiberen må diameteren til ND:YAG fiberen ikke overskride absorpsjonslengden til pumpebølgelengden siden pumpelyset fortrinnsvis blir effektivt absorbert ved en retning langs aksen til ND:YAG fiberen istedetfor perpendikulært på denne aksen.

Ved anvendelse av denne anordningen kan pumpelyset bli kontinuerlig tilført den forsterkende ND:YAG fiberen uten interferering med dets signalførende karakteristikk. Siden en fireportkobler fortrinnsvis er anvendt for mulitipleksing av pumpelyset til forsterkningsfiberen er enden av forsterkningsfiberen fortrinnsvis alltid tilgjengelig for direkte signalkobling med de optiske fibrene i det optiske systemet slik at nøyaktig tidssekvensing mellom anvendelsen av pumpelyset og signalet som følgelig blir forsterket ikke er nødvendig.

For å tilveiebringe en jevn toveisforsterkning i ND:YAG krystallet kan pumpelyset bli tilført ved multipleksing av koblerene anordnet ved begge endene av ND:YAG fiberet som tilveiebringer et symmetrisk inversjonspopulasjon langs

fiberens lengde.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et tverrsnitt av den fiberoptiske kobleren anvendt som en multiplekser ved foreliggende oppfinnelse som viser et par med fiberoptiske strenger montert i respektive bueformede spor med en gitt radius på buen til respektive bunner.

Fig. 2 og 3 viser et tverrsnitt av kobleren på fig. 2

langs henholdsvis linjen 2-2 og 3-3.

Fig. 4 viser perspektivet av den nedre delen av kobleren fig. 1 adskilt fra den andre delen for å vise den tilknyttede fibermonteringen og den oval-formede flaten som vender mot fiberen. Fig. 5 viser et skjematisk diagram over det flyktige feltet til et par fibre som overlappes ved samvirkningsområde. Fig. 6 viser en kurve av relativt koblet energi i forhold til signalbølgelengden for en fiberkobler som har en minimumsf iberavstand på 4 y m og en forskyvning på 0 y m og en fiberradiusbue på 25 cm. Fig. 7 viser en kurve av den relativekoblet energieni forholdet til signalbølgelengden lik den på fig. 6, men med en fiberradiusbue på 200 cm. Fig. 8 viser en kurve av koblet energi i forhold til signalbølgelengden for en fiberkobler med en minimumsfiberavstand på 4 ym, en fiberradius på

200 cm og en valgt fiberforskyvning.

Fig. 9 viser skjematisk retningsforsterkeren ifølge

foreliggende oppfinnelse.

Fig. 10 viser et diagram av absorpsjonsspektrumet for

ND:YAG ved 300°K.

Fig. 11 viser et forenklet energinivådiagram for en firenivålaser som anvender et dobbelt materiale, slik som ND:YAG. Fig. 12 viser et skjematisk diagram av en symmetrisk to-veisforsterker i samsvar med foreliggende oppfinnelse . Fig. 13 viser et skjematisk diagram av forsterkersystem som innbefatter en multipleksende kobler for signalinnføring og signalavføling i en lukket fiber.

I påfølgende skal det nærmere forklares hvorledes en fiberoptisk kobler kan bli konstruert for selektiv og koble en første optisk frekvens mens en annen optisk frekvens ikke kobles. Dette er for å lette forståelsen av drifen av en fiberoptisk forsterker ifølge oppfinnelsen. Anordninger såvel som metoder for konstruksjoner og anordninger nødvendig for selektiv kobling er beskrevet i Europeisk patent nr. 0 079 196. De prinsippielle kjenne-tegnene ved denne anordningen og metoden beskrevet i ovenfornevnte Europeiske patent er nærmere beskrevet nedenfor.

Foreliggende oppfinnelse anvender en passiv multiplekser som anvender en fiberoptisk kobler. Denne kobleren 10 er vist på fig. 1-4 og innbefatter to strenger 12A og 12B av fiberoptisk materiale av en-modustypen. Fiberstrengene 12A og 12B ved den viste utførelsesformen har en kjerne- radius på 2 Pm, en kjernebrytningsindeks på 1,46 og en optisk kappebrytningsindeks på 1,456. Strengene 12A og 12B er montert i langsgående bueformede spor 13A og 13B henholdsvis dannet i optisk flate og mot hverandre vendte overflater henholdsvis 14A og 14B av rektangulære deler eller blokker henholdsvis 16A og 16B. Blokken 16A med strengen 12A montert i sporet 13A blir henvist til som koblerhalvdelen 10A og blokken 16B med strengen 12B montert i sporet 13B vil bli henvist til som koblerhalvdelen 10B.

Hver av strengene 12A og 12B inbefatter en optisk fiber som er dopet for å ha en sentral kjerne og en ytre optisk kappe. Strengene 12A og 12B kan innbefatte en kommersiell tilgjengelig fiber av quartzglass som er dopet for å ha en sentral kjerne og en ytre optisk kappe. Brytningsindeksen til fiberen 12A og 12B skulle være så nær som mulig identiske og både strengen 12A og 12B skulle innbefatte en sentral kjerne som er tilstrekkelig liten for å tilveiebringe en transmisjon av en-modustypen ved de optiske frekvensene som skal bli anvendt. Disse strengene 12A og 12B har i alminnelighet en kjernediameter i størrelses-orden av 10<y>m eller mindre og en optisk kappediameter størrelsesorden av 125 ym. Ved den beskrevne utførelses-formen er diameteren til strengene 12 og deres respektive kjerner sterkt forstørret. Som det fremgår nærmere i den følgende beskrivelse blir fiberen 12B anvendt for å sende signal som skal bli forsterket mens fiberen 12A være anvendt til å koble pumpelyset til fiberen 12B. Av denne grunn vil fiberen 12B bli henvist til som signalfiber mens fiberen 12A vil bli henvist til som pumpefiber.

De bueformede sporene 13A og 13B har en bueradius som er svært stor sammenlignet med diameteren på fiberene 12 og har en bredde litt større enn fiberdiameteren for å tillate at fiberene 12, når montert deri, tilpasses en bane definert av bunnen til sporene 13. Dybden på sporene 13A og 13B varierer fra et minimum ved midten av blokkene 16A og 16B henholdsvis til et maksimum ved kanten av blokkene 16A og 16B henholdsvis. Dette medfører at fiberoptiske strenger 12A og 12B, når montert i sporene 13A og 13B henholdsvis med fordel gradvis konvergerer mot midten og diverger mot kanten av blokkene 16A og 16B slik at derved elimineres enhver skarp bøyning eller plutselig endring i fibrenes 12 retning som kan bevirke energitapet via modusforstørrelse. Til den viste utførelsesformen er sporene 13 vist som rektangulære tverrsnitt, det skal imidlertid bemerkes at et hvert annet egnet tverrsnitt som vil passe fiberene 12 kan bli anvendt, slik som et U-formet tverrsnitt eller et V-formet tverrsnitt.

Ved midten av blokkene 16, ved den viste utførelsesformen, er dybden på sporene 13, som fastholder strengene 12, mindre enn diameteren for strengene 12, mens dybden på sporene 13 ved blokkenes 16 kant er fortrinnsvis i det minste som stor som diameteren til strengene 12. Fiberoptisk materiale ble fjernet fra hver av strengene 12A og 12B, f.eks. ved polering for å danne respektive ovalform-ede plane overflater 18A og 18B som er kopiane med mot hverandre vendte overflater 14A og 14B henholdsvis. Disse overflatene 18A og 18B vil bli henvist til her som mot fibrene vendende flater. Mengden med fiberoptisk fjernet materiale økes gradvis fra 0 mot kanten av blokkene 16 til et maksimum mot midten av blokken 16. Denne avtagende fjerningen av fiberoptisk materiale gjør det mulig for fiberkjernene å konvergere og divergere gradvis, som er fordelaktig for å unngå bakoverrettet refleksjon og for mye tap av lysenergi.

Ved den viste utførelsesformen er koblerhalvdelene 10A og 10B identiske og er satt sammen ved å anbringe mot hverandre vendte flater 14A og 14B til blokkene 16A og 16B sammen slik at mot hverandre vendte flater 18A og 18B til strengene 12A og 12B er i et mot hverandre vendt forhold. En brytningsindekstilpasningssubstans (ikke vist) slik som en brytningsindekstilpasningsolje er anbragt mellom mot hverandre vendte flater 14. Denne susbstansen har en brytningsindeks tilnærmet lik brytningsindeksen til den optiske kappen og dens funksjon er å forhindre at de optiske overflatene 14 blir permanent låst sammen. Oljen blir innført mellom blokkene 16 ved kapillarvirkning.

Et samvirkende område 32 er dannet ved knutepunktet til strengene 12, ved hvilket lys ble overført mellom strengene ved flyktigfeltkobling. Det er blitt funnet at å for-sikre riktig flyktigfeltkobling må mengden fjerne materialet fra fiberene 12 bli nøyaktig styrt slik at mellomrommet mellom kjernedelene til strengene 12 er innenfor en fort bestemt kritisk sone. De flyktige feltene strekker seg inn i den optiske kappen og avtar hurtig med avstanden utenfor dens respektive kjerner. Tilstrekkelig materiale skulle derfor bli fjernet for å tillate at hver kjerne ligger i det vesentlige innenfor det flyktigefeltet til den andre. Dersom for lite materiale blir fjernet vil kjernen ikke være tilstrekkelig tett opp til hverandre for å tillate at de flyktige feltene bevirker den ønskede samvirkningen av de ledende modiene og utilstrekkelig kobling vil bli resultatet. Dersom for mye materiale derimot blir fjernet vil utbredelseskarakteristikken ved fibrene bli endret som resulterer i tap av lysenergien p.g.a. modusforstyrrelse. Når mellomrommet mellom kjernen til strengene 12 imidlertid er innenfor den kritiske sonen mottar hver streng en betydelig del av den flyktigefelt-energien fra den andre strengen og god kobling blir tilveiebragt uten betydelige energitap. Den kritiske sonen er vist skjematisk på fig. 5 som innbefatter det område betegnet med henvisningstallet 33 ved hvilke de flyktige feltene betegnet med henvisningstallene 34A og 34B til fiberen 12A og 12B henholdsvis overlappes med tilstrekkelig styrke og tilveiebringe kobling, dvs. hver kjerne innenfor det flyktige feltet til den andre. Blokkene eller delene 12 kan være fremstilt av ethvert egnet stivt materiale. Nedenfor trykket utførelsesform innbefatter delene 12 generelt rektangulære blokker av smeltet quatzglass tilnærmet 2,54 cm langt og 2,54 cm bredt og 1 cm tykt. Ved denne utførelsesformen blir de fiberoptiske strengene 12 fastgjort ved spaltene 13 ved hjelp av egnet sement 38, slik som epoksylim. En fordel med smeltede quartzblokker 16 er at de har termiske utvid-elseskoeffisienter lik den til glassfibre og denne for-delen er spesielt fordelaktig dersom blokkene 16 og fibrene 12 er underlagt enhver varmebehandling i løpet av fremstillingsprosessen. Andre fordeler ved smeltede quartzblokker er at når de er fremstilt av samme materiale som de optiske fibrene poleres de ved samme hastighet som de optiske fibrene og det tilveiebringes således en kontinuerlig bæring for fibrene i løpet av poleringen. Andre egnede materialer for blokken 16 innbefatter silisium, som også har utmerkede termiske egenskaper for denne anvendelsen.

I det påfølgende skal driften av kobleren 10, som innbefatter fire porter med henvisningstallene A, B, C og D, gjenfør fig. 1 forklares nærmere. Når man betrakter fig.

1 er portene A og C som korresponderer til henholdsvis strengene 12A og 12B på venstre side av kobleren 10 mens portene B og D som korresponderer til strengene 12A og 12B henholdsvis på høyre side av kobleren 10. For nærmere beskrivelse i det påfølgende vil det bli antatt at inngangslyset blir tilført porten A. Dette lyset passerer gjennom kobleren og blir ført ut ved porten B og/eller porten D avhengig av mengden av energi som er koblet mellom strengene 12. I dette henseendeer uttrykket "normalisert koblet energi" definert som forholdet mellom koblet energi og total utgangsenergi. Det ovenfornevnte eksempel vil den normaliserte koblede energien være lik forholdet mellom energien ved porten D og summen av energien ved portene B og D. Dette forholdet blir også hen vist til som koblingsvirkningsgrad og da i vanligvis uttrykt i prosent. Når uttrykket "normalisert koblet energi" blir anvendt her skal det forståes at tilsvarende koblingsvirkningsgrad er lik normalisert koblet energi ganger 100. I dette henseende har prøver vist at kobleren 10 har en koblingsvirkningsgrad opptil 100%. Det skal imidlertid bemerkes at kobleren 10 kan bli avstemt for å justere koblingsvirkningsgraden til enhver ønsket verdi mellom 0 og maksimum. Slik avstemning kan bli tilveiebragt f.eks. ved relative siderettede glideføring av fibrene i en relativ retning perpendikulært på deres lengde. De relative posisjonene til fibrene kan bli definert uttrykt i deres forskyvning, dvs. avstanden mellom sentralaksen til fiberkjernene målt i retningen perpendikulært på lengden langs overflatene 14. Når de ovale overflatene 18 således blir overlagret er forskyvningen null og forskyvningen øker når fibrene 12 blir sidemessig adskilt med relativ forskyvning av blokkene 16.

Kobleren 10 er svært retningsbestemmende med hovedsaklig all energi tilført ved ene siden av kobleren levert til den andre siden av kobleren. Koblerens virkningsavhengig-het er definert som forholdet av energien ved porten D i forhold til porten C med inngangen tilført porten A. Prøver har vist at retningsmessig koblet energi (ved porten D) er større enn 60 dB i forhold til motsatte retningsmessig koblet energi (ved porten C). Koblerdirekti-viteten er dessuten symmetrisk. Dvs. kobleren opererer med samme karakteristikk uten hensyn til hvilke sider av kobleren er inngangsside og utgangside. Kobleren 10 tilveiebringer dessuten disse resultatene med svært lave gjennomføringstap. Gjennomføringstapene er definert som forholdet mellom den totale utgangsenergien (portene B og D) og inngangsenergien (port A) subtrahert fra en (dvs.

<1>- (Pg<+>Pj-))/PA). Eksperimenter viser at gjennomførings-tap på 0,2 dB har blitt tilveiebragt selv om tap på 0,5 dB er mer vanlig. Disse prøvene angir dessuten at kob leren 10 opereres hovedsaklig uavhengig av polarisasjonen til det tilførte inngangslyset.

Kobleren 10 drives ved flyktigfeltkoblingsprinsippet ved hvilke ledede modier for strengene 12 samvirker via deres flyktige felt for å bevirke at lys blir overført mellom strengene 12. Som tidligere nevnt foregår denne over-føringen av lys ved samvirkningsområdet 32. Mengden av overført lys er avhengig av avstanden mellom kjernene og deres orientering såvel som den effektive lengden på samvirkningsområdet 32. Som det vil bli beskrevet nærmere nedenfor er også mengden av overført lys avhengig av lysets bølgelengde. Lengden på samvirkningsområdet 32 er igjen avhengig av radiusen til fibrene 12 og i en begrenset grad av mellomrommet mellom kjernene selv om det er blitt funnet at den effektive lengden til samvirkningsområdet 32 er hovedsaklig uavhengig av kjernemellomrommet. Koblingslengden, dvs. lengden innenfor samvirkningsområdet 32 som er nødvendig for en fullstendig overføring av et lyssignal fra en fiber 12 til den andre er imidlertid en funksjon av kjernemellomrommet så vel som bølgelengden. Ved en utførelsesform som anvender kant til kant kjerne-mellomrom på omkring 1,4 ym og en bueradius i størrelses-orden av 25 cm er det effektive samvirkningsområdet tilnærmet 1 mm langt ved en lyssignalbølgelengde på 633 nm. P.g.a. at koblingslengden ved 633 nm oppstår en millimeter ved en slik kobler utfører lyset kun en overgang mellom strengene 12 når det utbreder seg gjennom samvirkningsområdet 32. Dersom lengden på samvirkningsområdet 32 blir øket eller kjernemellomrommet redusert vil imidlertid det oppstå et fenomen som er kalt overkobling siden koblings-legden er kortere enn den effektive samvirkningslengden. Under dette forholdet vil lys gå tilbake til strengen fra hvilken det kom fra. Når samvirkningslengden blir ytterligere øket og/eller kjernemellomrommet ytterligere redusert økes den effektive samvirkningslengden relativt i forhold til koblingslengden og i det minste noe av lyset overføres tilbake til den andre strengen. Lyset kan således multippeloverføres frem og tilbake mellom de to strengene 12 og det utbreder seg gjennom området 32, idet antall slike overføringer er avhengig av lengden på samvirkningsområdet 32, lysbølgelengden (som beskrevet nedenfor) og kjernemellomrommet.

Siden koblingslengden ble en fiberkobler av en-modustypen som beskrevet ovenfor viser en sterk avhengighet av signalbølgelengden, som beskrevet nærmere i tidligere nevnte patent er det mulig ved hjelp av egnede valgte geometriske parametere på kobleren 10 og totalt koble en signalbølgelengde mens en andre signalbølgelengde foreblir hovedsaklig ukoblet. Dette fenomenet tillater kommunika-sjon av to signaler matet inn i portene på ene siden av kobleren 10. Som vist på fig. 1 kan om et pumpesignal med en bølgelenge X±tilføres porten A til kobleren 10 og et signal som skal bli forsterket og som har en bølgelengde X2 blir koblet i porten C og geometrien riktig valgt begge signalene bli kombinert til porten D med den virkning at ikke noe lys kommer ut ved porten B.

For å vise denne bølgelengdeavhengigheten er det på fig. 6 vist en kurve for koblet energi i forhold til signalbølge-lengden i det synlige og det nesten infrarøde spektrumet for en bestemt koblergeometri. P.g.a. denne koblersammen-stillingen er den effektive samvirkningslengden for kobleren et oddemultippel av koblingslengden for bølge-lengden 720 nm, men et helt multippel av koblingslengden for bølgelengden 550 nm, og bølgelengden 720 nm vil bli 100% koblet mens bølgelengden 550 nm vil bli effektivt ikke-koblet. Med forskjellige virkningsgrader kan forskjellige bølgelengder bli kombinert eller adskilt. 590 nm og 650 nm kan f. eks. bli adskildt eller kombinert ved en 80% virkningsgrad.

i

Ethvert par av bølgelengder X^, X 2 kan i virkeligheten bli effektivt kombinert eller adskilt så lenge som den effektive samvirkninglengden er et helt multippel av koblingslengden for en bølgelengde og et oddemultippel for koblingslengden for den andre bølgelengden. Når antall koblingslengder innenfor den effektive samvirkningslengden øker blir oppløsningen til multiplekseren øket. Som beskrevet nærmere i tidligere nevnte publikasjon kan multiplekseroppløsningen bli øket ved å øke bueradiusen til fiberene 12A og 12B. Forutsatt at samvirkningslengden til kobleren er stor nok kan i virkeligheten et hvert av to signaler bli nøyaktig blandet eller adskilt uten hensyn til hvor tett opp til hverandre bølgelengden ligger.

Samvirkningslengden er en funksjon av bølgelengden og opp-løsningen er tilnærmet proporsjonal med (R) —i ' lo. Når R øker den effektive samvirkningslengden og blir et høyere multippel av koblingslengden som forbedrer oppløsningen. Dette resultatet er vist på fig. 7, som er sammenlignbart med kurven på fig. 6 med unntak av at bueradiusen har blitt øket til 200 cm. Denne økningen i radiusen forbedrer koblingsoppløsningen nær X = 600 nm fra tilnærmet 170 nm i 25 cm radius eksempel fig. 6 til tilnærmet 60 nm ved 200 cm tilfellet.

Oppløsningen av en multiplekserende kobler avhenger av to uavhengige parametere, og (fibermellomrommet) og R (ra-diusbuen til fibrene). For et gitt par med signalbølge-lengder kan effektiv blanding bli tilveiebragt ved først riktig valg av et fibermellomrommet H for kobleren som gir en stor bølgelengdeavhengighet for bølgelengder som er av interesse (valg av H) og så ved å velge en bueradius som gir en oppløsning lik forskjellen mellom bølgelengdene (valg av R).

Etter oppløsningen til kobleren har blitt innstilt isam-svar med bølgelengden som skal bli adskilt kan kobleren bli avstemt for nøyaktig justering av koblingslengdene for bølgelengdene som er av interesse slik at den effektive samvirkningslengden er et helt multippel av koblingslengden fra en bølgelengde og et oddemultippel av koblingslengden til den andre bølgelengden. Dette blir tilveiebragt ved forskyvning av fibrene ved å forskyve blokkene 16A og 16B (fig. 1) relativt i forhold til hverandre i en retning normal på fibrenes 12A og 12B akse. En slik forskyvning har virkningen av en økning i minimumsf ibermellomrommet H og økning av den effektive bueradiusen til fibrene. Dersom det er nødvendig i forskyvningen er liten nok vil en ikke bringe multipleksopp-løsningen i uorden. Dette, for det faktumet at ad-skillelsen H til en kobler med stor radius endrer hurtig med fiberforskyvningen sammenlignet med endringen i den effektive bueradiusen med fiberforskyvning.

For å vise denne avstembarheten av multiplekskobleren viser fig. 8 en opptegning av relativ koblet energi i forhold til bølgelengden for tre økende verdier med f iberf orskyvning (0 ym, 0,5 ym, og 1,0<y>m). Kurven er vist å forskyve seg mot økende bølgelengder når forskyvningen øker mens svingningsperioden (eller oppløs-ningen) foreblir stort sett uendret. Med dette spesielle eksempel (R = 200 cm, H = 4 ym) forskyver en ym forskyvning kurven med tilnærmet 45 nm.

Med henvisning til fig. 9 skal det beskrives hvorledes forsterkeren ifølge foreliggende oppfinnelse anvender bølgemultipleksegenskapene til kobleren 10 for å tilveiebringe pumpelys for å aktivere ND:YAG fiberen.

En kilde for pumpelys 42 er forbundet med fiberen 12A til kobleren 10 for å tilveiebringe pumpelyset porten A til multiplekskobleren 10 og et signal som skal bli forsterket blir koblet til en av endene til fiberen 12B ved porten C til kobleren 10. Pumpelyset for kilden 42 og signalet som skal bli forsterket blir kombinert ved porten D ved kobleren 10 ved hjelp av multipleksvirkningen til kobleren, som nevnt ovenfor. Kobleren 10 blir således justert til å ha en 100% koblingsvirkningsgrad ved bølge-lengden til kilden 42 og 0% koblingsvirkningsgrad ved bølgelengden til signalet innført ved porten C. Dette paret med signalbølgelengder blir tilført ved en ND:YAG krystall 44 som er koblet med fiberen 12D som beskrevet ovenfor. Signalet tilført ved porten C vil bli forsterket ved ND:YAG krystallet 44 og det forsterkede signalet vil bli koblet fra dette krystallet 44 til en optisk fiber 46 for overføring i det optiske fibersystemet. Diameteren til ND:YAG krystallet 44 kan være ekstremt liten i sammen-ligning med diameteren til ND:YAG stengene anvendt ved tidligere kjente forsterkere. En forsterker har f.eks. blitt konstruert ved hvilken krystall 44 og en diameter på 100 ym. Selv mindre diametere er mulig opptil diameteren til enmodusfiberen 12B. Koblingen mellom fiberen 12B og krystallet 44 blir øket når diameteren til krystallet 44 blir redusert og signalforsterkningen økes siden tettheten på pumpelyset fra kilden 42 i krystallet 44 øker når krystallets 44 diameter reduseres.

Med henvisning til fig. 10, som er et diagram av absorpsjonsspektrumet til ND:YAG krystallet 42 ved 300°K fremgår det at ND:YAG materialet har en relativ høy optisk tetthet og således en kort absorpsjonslengde ved valgte bølge-lengder. Av denne grunn er det tilrådelig å velge bølge-lengden for pumpelyskilden 42 for å tillate at absorpsjonslengden blir så kort som mulig. Dette vil tillate hovedsaklig fullstendig absorpsjon av pumpelyset innenfor en svært kort lengde av ND:YAG krystallet 44. Som det fremgår av fig. 10 er bølgelengden 0,58 ym best egnet for pumping av lys selv om bølgelengden er 0,75 og 0,81 ym er relativt velegnet også.

Med henvisning til fig. 11A, som viser et energinivådiagram for ND:YAG krystallet 44, skal det bemerkes at når pumpelyset ved absorpsjonsbølgelengden, som beskrevet ovenfor, blir absorbert av ND:YAG krystallet 44 blir neodymiumioner eksitert fra grunntilstanden til pumpebåndet. Fra pumpebåndet frigjøres ionene hurtig gjennom fonon-samvirkning til det øvre lasernivået. Fra dette øvre lasernivået vil neodymiumionene utsettes fra en relativ langsom fluoresens til det nedre lasernivået. Fra dette sistnevnte nivået forekommer en endelig hurtig fononfri-gjøring til grunntilstanden. Denne sistenevnte hurtige frigjøringen ved et firenivålasersystem har typen vist på fig. 11A er fordelaktig siden hurtig fononfrigjøring mellom nedre lasernivå og grunntilstanden tilveiebringer et praktisk talt tungt nedre lasernivå. Dette trekket er vist på fig. 11B ved hvilke populasjonstettheten ved pumpebåndets øvre lasernivå, nedre lasernivå og grunntilstanden er vist for ND:YAG krystallet 44 i løpet av kontinuerlig pumping. P.g.a. flouresenshastigheten mellom øvre lasernivå og nedre lasernivå er relativ langsom isammen-ligning med fononfrigjøringen mellom pumpebåndet og det øvre lasernivået såvel som mellom det nedre lasernivået og grunntilstanden er populasjonstettheten ved det øvre lasernivået vesentlig høyere enn det ved det nedre lasernivået som gir et høyt inversjonsforhold. Den gjennomsnittlige levetiden for neodymiumioner ved det øvre lasernivået før spontan fluoresens er ved ca. 230 mikrosekunder ved 300°K ved ND:YAG.

Signalet som skal bli forsterket er valgt til å ha en bølgelengde ved laserovergangsbølgelengden (1,064 ym) dvs. bølgelengden for lys sendt ut av ND:YAG ioner i løpet av frigjøringen mellom det øvre og det nedre lasernivået. Når dette signalet blir tilført krystallet 44 ved hjelp av kobleren 10 (fig. 9) vil den trigge emisjonen av stimulerte fotoner ved samme frekvens koherent med signalet og signalet blir derved forsterket. Passasjen av lyset ved denne frekvensen vil således bevirke at en foton som sender ut relaksasjon mellom øvre lasernivå og nedre lasernivå ved fig. 11A i fase med lyssignalet som skal bli forsterket gir en effektiv forsterkning for det innførte lyssignalet.

Forsterkningen som kan bli tilveiebragt ved forsterkeren ifølge denne oppfinnelsen er avhengig av tettheten til den inverterte neodymiumionepopulasjonen i ND:YAG krystallet 44. Den endelige inversjonspopulasjonen er til å begynne med begrenset av gitterstrukturen til ND:YAG materialet 44 siden noen yttriumatomer ved ND:YAG materialet er erstattet med neodymiumatomer i krystallgitteret. Kun tilnærmet 1 yttriumatom ved hver 100 yttriumatomer kan bli erstattet av en neodymiumion uten å forvrenge gitterstrukturen til ND:YAG materialet.

Teoretisk beregning av små forsterkningssignal (gg) f°r forsterkeren ifølge oppfinnelsen kan bli gjort ved å anvende forholdet gg = aA N, hvor a er stimulert emisjon-tverrsnitt for ND:YAG, 8,8 x IO-19cm<2>og A N er popula-sjonsinversjonstettheten gitt ved ligningen:

hvor Pp er absorbert pumpet energi, V er krystallvolum og Pp/V er således absorbert pumpeenergi pr. fibervolumenhet, t__ er den spontane strålelevetiden, dvs. 230 mikrosekunder fluoresensrelaksas jonstid for neodymiumioner, ri ^ er effektiv spektraloverlapping ved pumpeutgangen ved en ND:YAG absorpsjonslinje som vist på fig. 10 og n2er lik kvantumsvirkningsgraden for 1,06<y>m fluoresens, nemlig 0,63 og hv er lik energien til en pumpefoton.

Kombinasjon av ovenfornevnte forhold tilveiebringer følgende forhold:

for avhengighet av forsterkningen av pumpeenergien. Det skal bemerkes at verdien Pp er absorbert pumpeenergi og at en økning i lengden av krystallet 44 ikke nødvendigvis øker forsterkingen. Dersom pumpestrålingen fra kilden 42 således er koblet fullstendig med ND:YAG krystallet 44 og utbreder seg ikke i krystallet 44 med en avstand som er tilstrekkelig for å tillate dette krystallet 44 nesten fullstendig absorbert pumpestrålingen så kan verdien Pp i denne ligningen bli erstattet fra inngangsenerginivået. For å tilveiebringe nettoforsterkning må imidlertid trekk-es fra gQutbredelsestapene i ND:YAG krystallet 44 ved 1,06 ym. Et tap på 100 dB pr. km vil redusere forsterkningen med kun 0,001 dB pr. cm. Dersom den totale lengden på krystallet 44 således kan bli opprettholdt relativt kort mens fremdeles absorbererhovedsaklig all inngangs-pumpeenergi kan utbredelsestapene i forsterkeren bli opprettholdt ved et lavt nivå.

Med henvisning til fig. 9 skal den detaljerte driften av forsterkeren bli nærmere beskrevet. Pumpekilden 42 kobler med fiberen 12A ved porten A til kobleren 10 tilveiebringer ved multipleksvirkningen til kobleren 10 pumpelys for ND:YAG krystallet 44. Pumpekilden 42 kan f.eks. være en LED med lang levetid, slik som de vanlige tilgjengelige som drives ved en strømtetthet på tilnærmet 1000 A pr. cm<2>og har en stråling på tilnærmet 5 W pr. sr.cm . Noen LED har en stråling på tilnærmet 50 W sr.cm . P.g.a. denne størrelsesforskjellen mellom fiberen 12A av en-modustypen og disse LED'ene kan en linse være nyttig ved fokusering av utgangen til en LED kilden inne i fiberen 12A. Pumpekilden 42 kan alternativt være en laserdiode som tillater enda høyere konsentrasjon av pumpeenergien i fiberen 12A og således ved ND:YAG krystallet 44.

Uten hensyn til hvilke pumpekildetype 42 som anvendes vil virkningsgraden til systemet bli øket dersom bølgelengden for strålingen fra denne kilden 42 korresponderer med en topp i absorpsjonsspektrumet til ND:YAG krystallet 44 vist på fig. 10. Elektroluminesensdioder er kommersielt tilgjengelig med egnede dopinger for å stråle ut spektere i 0,8 ym området som passer svært godt med absorpsjonsspektrumet til romtemperaturen ND:YAG materialet. Kommersielt tilgjengelige GaAlAs LED'er tilveiebringer f.eks. strål-ingsspektre som er sterke ved 0,8 ym området. Laser-diodestrukturer er likeledes kommersielt tilgjengelige som sender energi over 0,8 til 0,85 ym området. Pumpebølge-lengden skulle dessuten være så tett opptil signalbølge-lengden som tillatt av spektroskopi for ND:YAG for å maksimalisere den totale pumpevirkningsgraden.

Det skal bemerkes at laserfrekvensen til ND:YAG materialet for krystallet 44 er 1,06 ym. Multiplekskobleren 10 er således fremstilt ved bruk ved denne oppfinnelsen tilveiebringe fullstendig kobling ved bølgelengden for pumpekilden 42, 0,8<y>m ved ovenf ornevnte eksempel, men det tilveiebringes hovedsaklig ingen kobling ved laserfrekvensen til ND:YAG krystallet 44, 1,06 ym ved samme eksempel .

Denne selektive koblingen blir tilveiebragt i samsvar med teknikken beskrevet ovenfor ved egnet valg av fibermellomrommet H for å gi en stor bølgelengdeavhengighet for bølgelengder mellom 0,8 ym og 1,06 ym og så ved å velge en bueradius for fiberen 12A, 12B som gir en oppløsning lik forskjellen mellom 1,06 og 0,8 ym eller 0,26 ym. Etter oppløsningen av kobleren har blitt innstilt på denne måten kan kobleren bli avstemt, som tidligere beskrevet, for å justere koblingslengden for bølgelengden 0,8 pm og 1,06 ym slik at den effektive samvirkningslengden er et helt multippel av koblingslengden for en av parene bølgelengder og et oddemultippel for koblingslengder for den øvre bølgelengden. Ved eksempelet vist på fig. 9 skulle som følge av at det er ønskelig å koble utgangen til pumpekilden 42 inn. i fiberen 12B den effektive samvirkningslengden for kobleren bli justert til et oddemultippel av koblingslengden ved bølgelengden for pumpekilden 42, dvs. 0,8 y m og til et helt multippel av signalfrekvensen 1,06 ym. Dette vil medføre i en fullstendig kobling av lyset fra pumpekilden 42 fra fiberen 12A inn i fiberen 12B med hovedsaklig ingen kobling av signalet som skal bli forsterket fra fiberen 12B til fiberen 12A. Det skal bemerkes at ingen kobling i dette øye-blikket betyr et helt antall fullstendige koblinger slik at f.eks. dersom den effektive samvirkningslengden ved området 32 er to ganger koblingslengden ved 1,06<y>m vil signalet som skal bli forsterket være koblet to fullstendige ganger, en gang for fiberen 12B til fiberen 12A og så fra fiberen 12A til fiberen 12B. Dersom dette signalet går inn i kobleren ved porten C, som vist til venstre på fig. 9, vil den gå ut ukoblet ved porten D. Ved porten D vil signalet som skal bli forsterket koeksi-stere med lyset fra pumpekilden 42 som vil bli fullstendig koblet fra fiberen 12A til fiberen 12B.

Siden lyset fra pumpekilden 42 vil bli sendt langs fiberen 12B etter koblingen vil pumpelyset invertere neodymiumionene i ND:YAG krystallet 44. Et signal som er injesert ved porten C og går ut ukoblet fra porten D vil således bli forsterket på den måten tidligere beskrevet når det passerer gjennom krystallet 44 siden dette signal vil eksitere spontan laserfrigjøring av ND:YAG materialet til krystallet 44, hvilke laserrelaksasjon vil tilveiebringe lyskoherens med signalet som skal bli forsterket. Forsterkeren ifølge foreliggende oppfinnelse vil derfor gi en egnet innretning for overføring av pumpelys fra pumpekilden 42 ved bølgelengdeavhengig kobling til ND:YAG krystallet 44 mens den forhindrer kobling av signalet som er blitt forsterket av fiberen 12B til fiberen 12A. Det skal bemerkes at resultatene tilveiebragt ved foreliggende oppfinnelse også kan bli realisert ved å anvende en kobler ved hvilken koblingsvirkningsgraden ved pumpelysbølge-lengden er 0% mens koblingsvirkningsgraden ved lyssignal-bølgelengden er 100%. I dette tilfellet vil pumpekilden bli koblet med porten C til kobleren 10 mens inngangslys-kilden som skal bli forsterket kun blir koblet til porten

A.

For å gjøre forsterkeren symmetrisk toveis skulle et par pumpekilder 42, 48 bli anvendt, som vist på fig. 12 sammen med et par multiplekskoblere 50, 52. Det skal bemerkes at dersom slik toveis symmetri ikke er nødvendig vil ingen av pumpekildene 50, 52 invertere ioner ved ene enden av ND:YAG krystallet 44 og vil således sørge for forsterkning for signalene sendt i begge retninger i krystallet 44.

Dersom kun en av pumpekildene 42, 48 blir anvendt skal det bemerkes at ND: YAG krystallet 44 ikke vil bli jevnt belyst. Den inverterte populasjonen med neodymiumioner vil således ikke bli jevnt fordelt langs lengden av krystallet 44. P.g.a. denne ikke jevne eller ikke symmetriske tilstanden i forsterkeren kan gi forskjellig forsterkning for signalene tilført ved fiberen 54 istedet for signalene innført ved fiberen 56 (spesielt når disse signalene forekommer samtidig) er det således fordelaktig å anvende et par kilder 42, 48.

Dette fenomenet med ulik forsterkning for signaler som utbreder i fiberkrystallet 44 i forskjellige retninger med en ikke-symmetrisk inversjonspopulasjon av neodymiumioner forekommer som følgende. Det skal bemerkes at på et signal som skal bli forsterket utbreder seg fra venstre til høyre i krystallet 44 på fig. 12 vil det trigge emisjonen med stimulerte fotoner i ND:YAG krystallet 44. Slik triggeemisjon reduserer naturligvis inversjonspopulasjonen i krystallet 44. Dersom f.eks. ved et gyroskop, et par bølger utbreder seg samtidig gjennom krystallet 44 i motsatte retninger vil signalet innført ved den venstre enden tømme ut inversjonspopulasjonen tilliggende denne enden før signalet innført til høyre ankommer ved den venstre enden av krystallet 44, som vist på fig. 12. Dersom inversjonspopulasjonen er høyere ved den venstre enden av krystallet 44 enn ved den høyre enden, som ville være tilfellet dersom kun pumpekilden 42 blir anvendt, vil signalet innført til venstre utsettes for en større forsterkning siden den vil tømme inversjonspopulasjonen før signalet som er ført inn ved den høyre enden ankommer ved høy tetthet ved den venstre enden.

Det skal bemerkes at pumpelyset tilført av pumpekildene 42, 48 skulle være tilstrekkelig på en kontinuerlig basis for å erstatte uttømt populasjon i krystallet 44 som forekommer når signalene blir forsterket. Ved et gyroskop hvor et pulssignal sirkulerer gjennom en km med fibre vil således f.eks. et seg motsatt utbredende signal gå gjennom forsterkeren, vist på fig. 12, tilnærmet en gang hvert femte mikrosekund. Dersom kontinuerlig pumpekilder 42, 48 blir anvendt skulle de tilveiebringe tilstrekkelig utgangssignal slik at i løpet av hver 5-mikrosekundperiode kan de reinverterte neodymiumionepopulasjonen som er frigjort i løpet av hver sukksesiv gjennomgang av signalene for å reinvertere en populasjon lik den som blir frigjort, slik at forsterkningsfaktoren eller forsterkningen for forsterkeren vil forebli relativ konstant.

Som det fremgår av beskrivelsen ovenfor vil egnet valg av fibermellomrom og kurveradius gi en kobler som tillater pumpekildene 42, 48 og belyse krystallet 44 for å invertere neodymiumpopulasjonen deri. Ved et egnet valg av koblerparametere er signalet som skal bli forsterket ikke koblet fra fibrene 54, 56 og går således gjennom krystallet 44 for å bli forsterket ved stimulerende fri-gjøring av neodymiumioner i krystallet 44 som frembringer lys koherent med signalet som skal bli forsterket.

Med henvisning til fig. 13 er det vist et system ved hvilke de multipleksende egenskapene til et par koblere 58, 60 anvendt for å tillate en pumpekilden 42 og å belyse ND:YAG krystallet 44 mens det også tillater injeksjoner av signaler i et resirkulerende fiberoptisk system. Ved dette tilfellet kan det f.eks. bli antatt at fiberendene 62, 64 er en del av resirkulas jonsf ibersløyf en og et system i tillegg til tilførende pumpebelysning for krystallet 44 for å forsterke signalene som sirkulerer sløyfen må tilføre signaler for injesering i sløyfen.

Ved systemet vist på fig. 13 er kobleren 58 anordnet for å koble lysbølgelengder fra lysningskilden 42 med en koblingsvirkningsgrad på 100% mens den etter at inngangssignalet ved en inngangsfiber 66 effektivt ikke-koblet. Dette vil gi et kombinasjonssignal på fibersegmentet 68 som innbefatter både pumpebelysning fra kilden 42 og inngangssignalet fra fiberen 66. Dersom karakteristikken til kobleren 60 er valgt riktig på ovenfornevnte beskrevende måte og denne kobleren 60 er riktig avstemt kan kobleren 60 være anordnet for å koble 100% av lysbølgelengdene fra pumpekilden 42, men kun 1% av bølgelengden ved signalet innført fra fibersegmentet 68. 1% av inngangssignalet fra fibersegmentet 66 vil således bli injesert i fiberresirku-lasjonssløyfen og vil til å begynne med bli sendt gjennom krystallet 44 til fibersegmentet 64 for resirkulasjon. 100% av pumpebelysningen for kilden 42 vil samtidig bli injesert i endene av krystallet 44 for å tilveiebringe forsterkelse for resirkulasjonssignalet.

Når dette resirkulasjonssignalet fremkommer ved fibersegmentet 62 vil kun 1% av signalet gå tapt ved kobleren 60 og denne 1% kan tilføre et utgangssignal for en sensor 70 for å overvåke resirkulasjonslyset. De øvrige 99% av resirkulasjonslyssignalet vil bli injesert i krystalllet 44 fra kobleren 60 for nytt å forsterke og resirkulere i fibersløyfen. Dette systemet tilveiebringer derfor med bruk av to koblere 58, 60 kontinuerlig avføling av lyssirkulasjonen i fibersløyfen, signalinjeseringen i sløyfen, og kontinuerlig pumping for forsterkningskry-stallet 44. Koblingsvirkningsgraden tilveiebragt ovenfor er kun eksempelvis, men det skal bemerkes at koblingsvirkningsgraden til kobleren 60 skulle bli opprettholdt relativt lavt ved bølgelengdesignalet som utbreder seg i sløyfen slik at kun en liten del, mindre enn forsterkningen til at signalet ved krystallet 44 blir substrahert fra det resirkulerende signalet av kobleren 60.

Kombinasjonen av multiplekskobleren med et ND:YAG forsterkende krystall tillater endepumping av forsterknings-krystallet med samtidig signalinjesering ved enden av denne fiberen slik at pumpebelysningsbehovet ikke går å bli nøyaktig i takten med hensyn til signalet som skal bli forsterket. Symmetrisk toveisforsterkning er mulig og signalinjesering som anvender samme multiplekserende kobler kan bli tilveiebragt.

Claims (13)

1. Fiberoptisk forsterkersystem, karakterisert ved en krystallfiber (44) dopet med materiale som vil lase, en kilde med signaler ved laserfrekvensen for materialet som vil lase, en kilde for pumpelys (44) for å pumpe materialet som vil lase, en optisk fiber (12b, 54, 62), "hvis ene ende er forbundet med en ende av krystallf iberen (44), og innretning for å koble (10b, 50, 60) både signalene og pumpelyset på den optiske fiberen (12b, 54, 62).

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved innretning for kobling (10b, 50, 60) innbefattende en optisk kobler.

3. System ifølge krav 2, karakterisert ved at den optiske kobleren innbefatter en optisk kobler av en-modustypen.

4. System ifølge krav 2, karakterisert ved at den optiske kobleren anvender flyktigfeltkobling.

5. System ifølge krav 2, karakterisert ved at den optiske kobleren har en koblingsvirkningsgrad som er bølgelengdeavhengig og i hvilken signalene og pumpelyset er ved forskjellige bølgelengder, som gir forskjellig koblingsvirkningsgrader for signalene og pumpelyset .

6. System ifølge krav 1, karakterisert ved at materialet med hvilken krystallfiberen 44 er dopet har en laserovergang ved frekvensen til signalene.

7. System ifølge krav 5, karakterisert ved at signalene og pumpelyset blir sendt henholdsvis i første og andre optiske inngangsfiber og at den fiberoptiske kobler sidestiller den første og andre optiske inngangsfiber for å tilveiebringe et samvirkningsområde med en effektiv samvirkningslengde som er et helt multippel av koblingslengden for fibrene ved bølgelengden for pumpelyset og signalene og et oddemultippel av koblingslengden for fibrene til bølgelengden til det andre pumpelyset og signalene.

8. System ifølge krav 7, karakterisert ved at et par optiske inngangsfibre er sidemessig forskjøvet fra hverandre ved samvirkningsområdet for å avstemme kobleren til bølgelengden for signalene og pumpelyset.

9. System ifølge krav 8, karakterisert ved at nevnte par har optiske inngangsfibre er bueformede og at radiusen til de optiske buefibrene er valgt i samsvar med bølgelengdeforskjellen mellom pumpelyset og signalene.

10. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den optiske fiberen (12b, 54, 62) har en diameter som er mindre en absorpsjonslengden for krystallmaterialet ved bølgelengden for pumpelyset.

11. Fremgangsmåte for å forsterke et lyssignal, karakterisert ved : kombinering av lyssignalet og pumpebelysningen på en enkel optisk fiber (12b, 50, 60), og kobling av den ene enden til den ene optiske fiberen (12b, 50, 60) med en ende til en krystallfiber (44) dopet med et materiale som vil sende ut stimulert stråling ved frekvensen for lyssignalet når pumpet med pumpelyset.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor kombinerttrinnet er karakterisert ved multipleksing av lyssignalet og pumpebelysningen ved den optiske kobler (10b, 50, 60) som har en koblingsvirkningsgrad som er bølge-lengdeavhengig.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor multipleksingen er karakterisert ved sidestilling av et par optiske fibre for å tilveiebringe en kobling der mellom, og tilførsel av lyssignalet til en av fibrene og pumpebelysningen til den andre av fibrene.