PL218125B1 - Układ dwuczęstotliwościowego wzmacniacza światłowodowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ dwuczęstotliwościowego wzmacniacza światłowodowego, w szczególności opartego na światłowodach domieszkowanych erbem i iterbem, wzmacniający sygnały o dwóch długościach fali: 1550 i 1064 nm jednocześnie, przeznaczony do stosowania w układach optycznych, zwłaszcza w układach telekomunikacyjnych, pomiarowych i do mikroobróbki materiałów.

Z opisu europejskiego zgłoszenia patentowego nr EP1696520 A2 znany jest układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie z podwójnym płaszczem pompowanego współbieżnie do sygnału wzmacnianego. Układ składa się ze światłowodu aktywnego z podwójnym płaszczem, lasera sygnałowego pracującego na długości fali λs, lasera pompującego pracującego na długości fali λρ oraz elementu optycznego łączącego obie wiązki w jedną i wprowadzającego je do światłowodu aktywnego. Układ optyczny skonstruowany jest tak, aby wiązka sygnałowa została wprowadzona do domieszkowanego rdzenia światłowodu double-clad, natomiast wiązka pompująca do pasywnego płaszcza światłowodu double-clad.

Układ światłowodowego wzmacniacza o podwyższonej sprawności, opartego na włóknach erbowoiterbowych znany jest z opisu patentowego USA nr US 7724423. Układ składa się z przedwzmacniacza EDFA domieszkowanego jonami erbu, wzmacniającego sygnał użyteczny na długościach fali z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego. Następnie sygnał użyteczny zostaje połączony w sprzęgaczu WDM razem z dodatkowym sygnałem na długości fali 1032 lub 1535 nm, pochodzącym z diody laserowej. Oba połączone sygnały są wprowadzone do światłowodu aktywnego z podwójnym płaszczem, domieszkowanego jonami erbu oraz iterbu, za pośrednictwem wielomodowego sprzęgacza TFB (Tapered Fused Bundle). Światłowód z podwójnym płaszczem pompowany jest obustronnie poprzez dwa półprzewodnikowe lasery wielomodowe pracujące na długości fali 970 nm. Następnie wzmocnione promieniowanie trafia na drugi sprzęgacz WDM rozdzielający wiązki o różnych długościach fali.

Układ impulsowego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu z zabezpieczaniem laserowych diod pompujących znany jest z polskiego zgłoszenia patentowego nr 389082. Układ ma laser pompujący sprzężony ze światłowodem połączonym z selektywnym tłumikiem zabezpieczającym, a następnie poprzez wejścia sprzęgacza WDM, połączony jest z pierwszym końcem aktywnego włókna światłowodowego domieszkowanego jonami erb. Drugi koniec aktywnego włókna światłowodowego połączony jest poprzez izolator światłowodowy z impulsowym źródłem sygnałowego promieniowania laserowego. Wyjściem wzmacniacza jest pierwsze wyjście sprzęgacza WDM.

Istota układu dwuczęstotliwościowego wzmacniacza światłowodowego, według wynalazku który wyposażony jest w dwa lasery sygnałowe, z których wiązka światła kierowana przechodzi poprzez izolatory optyczne zaś sygnał wyjściowy kierowany jest poprzez kolejne dwa izolatory optyczne na dwa wyjścia, polega na tym, ze sygnał wejściowy kierowany jest na dwa wejścia pierwszego multipleksera, z którego dwuczęstotliwościowy sygnał trzecim światłowodem z podwójnym płaszczem, kierowany jest do trzeciego sprzęgacza światłowodowego, do którego doprowadzane są sygnały pompujące, z co najmniej jednego wielomodowego lasera pompującego, natomiast wzmocniony sygnał wyjściowy wychodzi z trzeciego sprzęgacza światłowodowego poprzez drugi multiplekser.

Korzystnie, pomiędzy izolatory optyczne na dwa wejścia pierwszego multipleksera, włączone są dwa przedwzmacniacze, przy czym każdy przedwzmacniacz ma światłowód połączony ze sprzęgaczem światłowodowym, do którego doprowadzany jest sygnał z półprzewodnikowego lasera pompującego, a wyjściowe wiązki światła z przedwzmacniaczy wychodzą ze sprzęgaczy światłowodowych.

Korzystnie, pierwszy laser sygnałowy jest źródłem wiązki światła o długości fali od 1530 nm do 1580 nm, z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego, a drugi laser sygnałowy jest źródłem wiązki światła o długości fali około 1064 nm.

Korzystnie, pierwszy światłowód domieszkowany jonami erbu, a drugi światłowód domieszkowany jonami iterbu.

Korzystnie, trzeci światłowód jest światłowodem z podwójnym płaszczem domieszkowany jonami erbu i iterbu.

Korzystnym jest, gdy trzeci sprzęgacz światłowodowy jest sprzęgaczem światłowodowym typu n+1:1, gdzie n jest ilością wejść pompujących.

Korzystnym jest również, gdy pierwszy półprzewodnikowy laser pompujący jest źródłem wiązki światła o długości fali odpowiadającej absorpcji jonów erbu około 980 nm, a drugi półprzewodnikowy

PL 218 125 B1 laser pompujący jest źródłem wiązki światła o długości fali odpowiadającej absorpcji jonów iterbu z zakresu od 915 nm do 975 nm.

Korzystnie, pierwszy sprzęgacz światłowodowy jest sprzęgaczem łączącym wiązkę promieniowania pompującego i wiązkę sygnałową o długości 1550 nm, a drugi sprzęgacz światłowodowy jest sprzęgaczem łączącym wiązkę promieniowania pompującego i wiązkę sygnałową o długości 1064 nm.

Korzystnie, pierwsze wyjście sygnałowe jest wyjściem dla wiązki promieniowania o długości 1550 nm, a drugie wyjście sygnałowe jest wyjściem dla wiązki promieniowania o długości 1064 nm.

Układ dwuczęstotliwościowego wzmacniacza światłowodowego oparty na światłowodach domieszkowanych erbem i iterbem według wynalazku, pozwala na budowę monolitycznych źródeł światła generujących jednocześnie promieniowanie dużej mocy na długościach fal 1064 i 1550 nm. Źródło takie może następnie posłużyć jako źródło sygnału dla układu generacji częstotliwości różnicowej, otrzymując w wyniku promieniowanie z zakresu średniej podczerwieni, co odpowiada długość fali około 3 μm. Wprowadzenie sygnału na długości 1064 nm do światłowodu erbowo-iterbowego dodatkowo pozwala na wyeliminowanie ryzyka zajścia niepożądanej akcji laserowej na długości fali 1064 nm, prowadzącej do zniszczenia włókna aktywnego. Ponadto pozwala na poprawienie sprawności wzmocnienia na użytecznej długości fali 1550 nm. Zastosowanie przedwzmacniaczy wzmacniających wiązki sygnałowe wychodzących ze źródeł sygnałowych, pozwala na osiągnięcie większych mocy wyjściowych. Izolatory optyczne, zabezpieczające układ przed niepożądanym odbiciami oraz wzbudzeniem się spontanicznej akcji laserowej.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ dwuczęstotliwościowego wzmacniacza światłowodowego, a fig. 2 - układ dwuczęstotliwościowego wzmacniacza światłowodowego z przedwzmacniaczami.

P r z y k ł a d 1

Układ dwuczęstotliwościowego wzmacniacza światłowodowego opartego na światłowodach domieszkowanych erbem i iterbem wyposażony jest w dwa lasery stanowiące pierwsze źródło sygnałowe Ź1 pracujące na długości fali 1550 nm oraz drugie źródło sygnałowe Ź2 pracujące na długości fali 1064 nm. Promieniowanie z pierwszego źródła sygnałowego Ź1 wprowadzone jest poprzez izolator optyczny IO do pierwszego wejścia sygnałowego Wes1 pierwszego multipleksera WDM1. Jednocześnie, promieniowanie z drugiego źródła sygnałowego Ź2 wprowadzone jest poprzez izolator optyczny IO drugiego wejścia sygnałowego Wes2 pierwszego multipleksera WDM1. Pierwszy multiplekser WDM1 połączony jest z trzecim światłowodem F3 z podwójnym płaszczem domieszkowanym jonami erbu i iterbu, w którym dochodzi do wzmocnienia obu sygnałów jednocześnie. Trzeci światłowód F3 z podwójnym płaszczem pompowany jest przez n = 2 wielomodowe lasery pompujące WLP pracujące na długości fali z zakresu 915 - 975 nm. Promieniowanie pompujące wprowadzone jest do płaszcza trzeciego światłowodu F3 za pośrednictwem wielomodowego trzeciego sprzęgacza światłowodowego SP3, który jest sprzęgaczem typu n+1:1, o n wejściach pompujących, jednym wejściu sygnałowym i jednym wyjściu sygnałowym. Trzeci sprzęgacz SP3 wyprowadza wzmocnione promieniowanie na obu długościach fali z rdzenia trzeciego światłowodu F3 z podwójnym płaszczem. Następnie obie wiązki są odseparowane od siebie w drugim multiplekserze WDM2. Do obu wyjść sygnałowych pierwszego WyS1 i drugiego WyS2, drugiego multipleksera WMD2, wpięte są izolatory optyczne IO zabezpieczające cały układ przed wstecznymi odbiciami oraz przed wzbudzeniem się spontanicznej akcji laserowej.

P r z y k ł a d 2

Układ dwuczęstotliwościowego wzmacniacza światłowodowego wykonany jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że pomiędzy izolatory optyczne IO na dwa wejścia Wes1, Wes2 pierwszego multipleksera WDM1, włączone są dwa przedwzmacniacze, przy czym każdy przedwzmacniacz ma światłowód F1, F2 połączony ze sprzęgaczem światłowodowym SP1, SP2, do którego doprowadzany jest sygnał z półprzewodnikowego lasera pompującego LP1, LP2, a wyjściowe wiązki światła ze sprzęgaczy światłowodowych SP1, SP1, poprzez izolatory optyczne IO kierowane są na dwa wejścia Wes1, Wes2 pierwszego multipleksera WDM1. Ponadto trzeci światłowód F3 z podwójnym płaszczem pompowany jest przez n = 2 wielomodowe lasery pompujące WLP pracujące na długości fali z zakresu 915-975 nm.

Promieniowanie z lasera Ź1 jest wprowadzone poprzez izolator optyczny IO do światłowodu domieszkowanego jonami erbu F1. Światłowód F1 pompowany jest przez laser pompujący LP1 pracujący na długości fali ok. 980 nm. Promieniowanie pompujące z lasera LP1 zostaje wprowadzone do światłowodu erbowego poprzez sprzęgacz światłowodowy SP1. Sprzęgacz ten jednocześnie wyprowadza

PL 218 125 B1 wzmocniony sygnał na długości 1064 nm ze światłowodu aktywnego. Wzmocniony sygnał jest następnie wprowadzony poprzez izolator optyczny IO do pierwszego wejścia sygnałowego Wes1 sprzęgacza WDM1. Jednocześnie, promieniowanie z lasera sygnałowego Ź2 wprowadzone jest poprzez izolator optyczny IO do światłowodu aktywnego domieszkowanego jonami iterbu F2. Światłowód F2 pompowany jest przez laser pompujący LP2 pracujący na długości fali ok. 975 nm lub 915 nm. Promieniowanie pompujące z lasera LP2 zostaje wprowadzone do światłowodu herbowego poprzez sprzęgacz światłowodowy SP2. Sprzęgacz ten jednocześnie wyprowadza wzmocniony sygnał na długości 1064 nm ze światłowodu aktywnego. Wzmocniony sygnał jest następnie wprowadzony poprzez izolator optyczny IO do drugiego wejścia sygnałowego Wes2 sprzęgacza WDM1.

Claims (13)

1. Układ dwuczęstotliwościowego wzmacniacza światłowodowego zawierający laser pompujący sprzężony sprzęgaczem z pierwszym końcem aktywnego włókna światłowodowego domieszkowanego jonami ziem rzadkich, którego drugi koniec połączony jest poprzez izolator światłowodowy z laserem sygnałowym, przy czym wyposażony jest w dwa lasery sygnałowe, z których wiązka światła przechodzi poprzez izolatory optyczne zaś sygnał wyjściowy kierowany jest poprzez kolejne dwa izolatory optyczne na dwa wyjścia, znamienny tym, że sygnał wejściowy kierowany jest na dwa wejścia (Wes1, Wes2) pierwszego multipleksera (WDM1), z którego dwuczęstotliwościowy sygnał trzecim światłowodem (F3) z podwójnym płaszczem, kierowany jest do trzeciego sprzęgacza światłowodowego (SP3), do którego doprowadzane są sygnały pompujące, z co najmniej jednego wielomodowego lasera pompującego (WLP), natomiast wzmocniony sygnał wyjściowy wychodzi z trzeciego sprzęgacza światłowodowego (SP3) poprzez drugi multiplekser (WDM2).

2. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy izolatory optyczne (IO) na dwa wejścia (Wes1, Wes2) pierwszego multipleksera (WDM1), włączone są dwa przedwzmacniacze, przy czym każdy przedwzmacniacz ma światłowód (F1, F2) połączony ze sprzęgaczem światłowodowym (SP1, SP2), do którego doprowadzany jest sygnał z półprzewodnikowego lasera pompującego (LP1, LP2), a wyjściowe wiązki światła z przedwzmacniaczy wychodzą ze sprzęgaczy światłowodowych (SP1, SP1).

3. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy laser sygnałowy (Ź1) jest źródłem wiązki światła o długości fali od 1530 nm do 1580 nm, z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego.

4. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że drugi laser sygnałowy (Ź2) jest źródłem wiązki światła o długości fali około 1064 nm.

5. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy światłowód (F1) domieszkowany jonami erbu.

6. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że drugi światłowód (F2) domieszkowany jonami iterbu.

7. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że trzeci światłowód (F3) jest światłowodem z podwójnym płaszczem domieszkowany jonami erbu i iterbu.

8. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że trzeci sprzęgacz światłowodowy (SP3) jest sprzęgaczem światłowodowym typu n+1:1, gdzie n jest ilością wejść pompujących.

9. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy półprzewodnikowy laser pompujący (LP1) jest źródłem wiązki światła o długości fali odpowiadającej absorpcji jonów erbu około 980 nm.

10. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że drugi półprzewodnikowy laser pompujący (LP2) jest źródłem wiązki światła o długości fali odpowiadającej absorpcji jonów iterbu z zakresu od 915 nm do 975 nm.

11. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy sprzęgacz światłowodowy (SP1) jest sprzęgaczem łączącym wiązkę promieniowania pompującego i wiązkę sygnałową o długości 1550 nm.

12. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że drugi sprzęgacz światłowodowy (SP1) jest sprzęgaczem łączącym wiązkę promieniowania pompującego i wiązkę sygnałową o długości 1064 nm.

13. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwsze wyjście sygnałowe (WyS1) jest wyjściem dla wiązki promieniowania o długości 1550 nm, a drugie wyjście sygnałowe (WyS2) jest wyjściem dla wiązki promieniowania o długości 1064 nm.