PL218126B1 - Układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami erbu i iterbu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami erbu i iterbu z kontrolowaną akcją laserową na długości fali 1064 nm, przeznaczony do stosowania w układach i urządzeniach optycznych jako wzmacniacz ciągłego lub impulsowego promieniowania laserowego z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego.

Z opisu patentowego USA nr US7848014 znany jest układ dwustopniowego wzmacniacza światłowodowego wykorzystującego włókna domieszkowane erbem oraz erbem i iterbem. Układ składa się z dwóch stopni wzmacniających, z których pierwszy oparty jest na światłowodzie jednomodowym domieszkowanym erbem, pompowanym przez jednomodowy laser półprzewodnikowy. Wiązka pompująca wprowadzana jest do włókna aktywnego za pośrednictwem jednomodowego sprzęgacza światłowodowego WDM. Drugi stopień wzmacniający oparty jest na światłowodzie z podwójnym płaszczem domieszkowanym erbem i iterbem. Pompowany jest przez wielomodowy laser półprzewodnikowy. Promieniowanie pompujące wprowadzone jest do światłowodu double-clad za pośrednictwem wielomodowego sprzęgacza światłowodowego (combiner). Przy zastosowaniu włókna o długości 1,5 m w pierwszym stopniu oraz 7 m w drugim stopniu możliwe jest uzyskanie wzmocnienia 27 dB dla długości fali 1550 nm przy pompowaniu mocą 4,6 wata.

Układ wzmacniacza światłowodowego oparty na światłowodzie domieszkowanym erbem i iterbem znany jest z opisu patentowego USA nr US6556346. Układ ten składa się z wejścia optycznego, na które zostaje podany sygnał z pasma trzeciego okna telekomunikacyjnego, przedwzmacniacza EDFA, izolatora optycznego oraz układu wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie erbowoiterbowym. Światłowód jest pompowany, przez co najmniej jeden laser półprzewodnikowy. Lasery te są sprzężone ze światłowodem aktywnym za pośrednictwem sprzęgaczy WDM. Na wyjściu układu wzmacniacza umieszczony jest izolator optyczny zabezpieczający wzmacniacz przed sygnałem odbitym.

Istota układu, według wynalazku, w którym wiązka światła z lasera sygnałowego kierowana jest światłowodami przez światłowodowy izolator optyczny, zaś kolejny światłowodowy izolator optyczny połączony jest z wyjściem sygnałowym układu wzmacniacza światłowodowego, polega na tym, ze przedwzmacniacz światłowodowy, przez drugi światłowodowy izolator optyczny, pierwszy multiplekser, światłowód aktywny z podwójnym płaszczem domieszkowany jonami erbu i iterbu, sprzęgacz światłowodowy, drugi multiplekser, jest połączony do kolejnego światłowodowego izolatora optycznego, ponadto do sprzęgacza światłowodowego podłączony jest co najmniej jeden wielomodowy laser pompujący i jednocześnie pierwszy multiplekser połączony jest poprzez sprzęgacz monitorujący wyposażony w dwa wyjścia monitorujące z drugim multiplekserem.

Korzystnie, pomiędzy pierwszy multiplekser i sprzęgacz monitorujący włączony jest światłowodowy izolator optyczny.

Układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami erbu i iterbu z kontrolowaną akcją laserową według wynalazku może posłużyć do budowy stabilnych światłowodowych źródeł promieniowania dużej mocy z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego w zakresie od 1530 nm do 1580 nm, pracujących zarówno w trybie ciągłym, jak i impulsowym. Zastosowane multipleksery WDM pozwalają odseparować sygnał użyteczny o długości 1550 nm oraz szum emisji spontanicznej o długości fali ok. 1060 nm oraz ponownie wprowadzić promieniowanie 1060 nm na wejście światłowodu aktywnego z podwójnym płaszczem domieszkowanego jonami erbu i iterbu, a wymuszenie akcji laserowej fali o długości około 1060 nm pozwala na wyeliminowanie prawdopodobieństwa uszkodzenia światłowodu aktywnego. Pętla sprzężenia zwrotnego pozwala na kontrolowanie i monitorowanie parametrów zachodzącej akcji laserowej, przy czym izolator optyczny wymusza kierunek obiegu światła a sprzęgacz światłowodowy wyprowadza część mocy na zewnątrz. Odseparowanie sygnału na długości fali 1060 nm od sygnału na długości 1550 nm pozwala na odciążenie izolatora optycznego znajdującego się na wyjściu układu, zminimalizowanie wydzielania przez niego ciepła oraz zminimalizowanie ryzyka jego uszkodzenia.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami erbu i iterbu, a fig. 2 - układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami erbu i iterbu ze światłowodowym izolatorem optycznym włączonym pomiędzy pierwszy multiplekser i sprzęgacz monitorujący.

PL 218 126 B1

P r z y k ł a d 1.

Układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami erbu i iterbu z kontrolowaną akcją laserową ma laser sygnałowy LS półprzewodnikowy lub laserem na ciele stałym pracującym na długości fali z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego w zakresie od 1530 nm do 1580 nm, z którego wiązka światła kierowana jest światłowodami przez światłowodowy izolator optyczny IO połączony poprzez przedwzmacniacz światłowodowy PW, światłowodowy izolator optyczny IO, pierwszy multiplekser WDM1, światłowód aktywny z podwójnym płaszczem F domieszkowany jonami erbu i iterbu, sprzęgacz światłowodowy SPN, drugi multiplekser WDM2 i kolejny światłowodowy izolator optyczny IO z wyjściem sygnałowym układu wzmacniacza światłowodowego WyS. Do sprzęgacza światłowodowego SPN podłączony jest co najmniej jeden wielomodowy laser pompujący WLP, natomiast pierwszy multiplekser WDM1 połączony jest poprzez sprzęgacz monitorujący SM wyposażony w dwa wyjścia monitorujące WyM1, WyM2 z drugim multiplekserem WDM2.

Układ wzmacniacza światłowodowego oparty jest na włóknie erbowo-iterbowym F z multiplekserami pierwszym WDM1 oraz drugim WDM2 odpowiadającymi za pętlę sprzężenia zwrotnego. Światłowód erbowo-iterbowy z podwójnym płaszczem F jest pompowany przez co najmniej jeden wielomodowy półprzewodnikowy laser pompujący WLP, którego promieniowanie jest wprowadzone do płaszcza światłowodu aktywnego za pomocą sprzęgacza światłowodowego SPN typu n+1:1, czyli z n portami pompującymi, jednym portem sygnałowym wejściowym i jednym portem sygnałowym wyjściowym. Pierwszy multiplekser WDM1 oddziela niepożądany szum emisji spontanicznej na długości 1060 nm od wzmocnionego użytecznego sygnału na długości 1550 nm i kieruje go na wejście drugiego multipleksera WDM2, dzięki czemu fala o długości 1060 nm ponownie trafia do włókna aktywnego F. Połączenie wyjścia pierwszego multipleksera WDM1 z wejściem drugiego multipleksera WDM2 stwarza warunki do wzbudzenia akcji laserowej, której parametry są monitorowane na wyjściach WyM1 i WyM2 sprzęgacza monitorującego SM znajdującego się między multiplekserami pierwszym WDM1 i drugim WDM2. Wzmocniony sygnał użyteczny na długości fali 1550 nm z wyjścia pierwszego multipleksera WDM1 kierowany jest do wyjścia WyS układu przez izolator optyczny IO, zabezpieczający wzmacniacz przed niepożądanymi odbiciami mogącymi destabilizować jego pracę oraz zapobiega zajściu spontanicznej akcji laserowej na długości fali 1550 nm.

P r z y k ł a d 2.

Układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami erbu i iterbu z kontrolowaną akcją laserową wykonany jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że w pętli sprzężenia zwrotnego pomiędzy multiplekserami pierwszym WDM1 i drugim WDM2 oprócz sprzęgacza monitorującego SM wstawiony jest izolator optyczny IO, wymuszający obieg sygnału na długości 1060 nm tylko w jednym, określonym kierunku.

Claims (2)

1. Układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami erbu i iterbu zawierający laser sygnałowy i laser pompujący, sprzęgacz, światłowodowy izolator optyczny oraz aktywne włókna światłowodowe domieszkowane jonami ziem rzadkich, w którym wiązka światła z lasera sygnałowego kierowana jest światłowodami przez światłowodowy izolator optyczny, zaś kolejny światłowodowy izolator optyczny połączony jest z wyjściem sygnałowym układu wzmacniacza światłowodowego, znamienny tym, że przedwzmacniacz światłowodowy (PW) przez drugi światłowodowy izolator optyczny (IO), pierwszy multiplekser (WDM1), światłowód aktywny z podwójnym płaszczem (F) domieszkowany jonami erbu i iterbu, sprzęgacz światłowodowy (SPN), drugi multiplekser (WDM2), jest połączony do kolejnego światłowodowego izolatora optycznego (IO), ponadto do sprzęgacza światłowodowego (SPN) podłączony jest co najmniej jeden wielomodowy laser pompujący (WLP) i jednocześnie pierwszy multiplekser (WDM1) połączony jest poprzez sprzęgacz monitorujący (SM) wyposażony w dwa wyjścia monitorujące (WyM1, WyM2) z drugim multiplekserem (WDM2)

2. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy pierwszy multiplekser (WDM1) i sprzęgacz monitorujący (SM) włączony jest światłowodowy izolator optyczny (IO).