PL220700B1 - Układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami erbu i iterbu o zwiększonej sprawności - Google Patents

Układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami erbu i iterbu o zwiększonej sprawności

Info

Publication number
PL220700B1
PL220700B1 PL398119A PL39811912A PL220700B1 PL 220700 B1 PL220700 B1 PL 220700B1 PL 398119 A PL398119 A PL 398119A PL 39811912 A PL39811912 A PL 39811912A PL 220700 B1 PL220700 B1 PL 220700B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
fiber
optical
pumped
active
signal
Prior art date
Application number
PL398119A
Other languages
English (en)
Other versions
PL398119A1 (pl
Inventor
Grzegorz Soboń
Paweł Kaczmarek
Dorota Śliwińska
Karol Krzempek
Arkadiusz Antończak
Jarosław Sotor
Adam Wąż
Grzegorz Dudzik
Krzysztof Abramski
Original Assignee
Wrocławskie Centrum Badań Eit + Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością
Wrocławskie Ct Badań Eit & Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialności&
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 Wrocławskie Centrum Badań Eit + Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością, Wrocławskie Ct Badań Eit & Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialności& filed Critical Wrocławskie Centrum Badań Eit + Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością
Priority to PL398119A priority Critical patent/PL220700B1/pl
Priority to PCT/IB2013/051196 priority patent/WO2013121371A1/en
Publication of PL398119A1 publication Critical patent/PL398119A1/pl
Publication of PL220700B1 publication Critical patent/PL220700B1/pl

Links

Classifications

    • 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
    • H01S3/06754Fibre amplifiers
    • 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
    • H01S3/094015Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre with pump light recycling, i.e. with reinjection of the unused pump light back into the fiber, e.g. by reflectors or circulators
    • 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
    • H01S3/094023Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre with ASE light recycling, with reinjection of the ASE light back into the fiber, e.g. by reflectors or circulators
    • 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
    • H01S3/09403Cross-pumping, e.g. Förster process involving intermediate medium for excitation transfer
    • 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
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10007Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating in optical amplifiers
    • H01S3/10023Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating in optical amplifiers by functional association of additional optical elements, e.g. filters, gratings, reflectors
    • 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
    • H01S3/005Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0064Anti-reflection devices, e.g. optical isolaters
    • 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
    • H01S3/005Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0078Frequency filtering
    • 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
    • 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
    • H01S3/094019Side pumped fibre, whereby pump light is coupled laterally into the fibre via an optical component like a prism, or a grating, or via V-groove coupling
    • 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
    • H01S3/14Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16Solid materials
    • H01S3/1601Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1608Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth erbium
    • 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
    • H01S3/14Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16Solid materials
    • H01S3/1601Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1618Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth ytterbium

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami erbu i iterbu z kontrolowaną akcją laserową na długości fali z zakresu 1030-1060 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 erbowo-iterbowym. 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.
W polskim zgłoszeniu patentowym PL 395086 przedstawiono światłowodowy izolator optyczny połączony poprzez przedwzmacniacz światłowodowy, światłowodowy izolator optyczny, pierwszy multiplekser, światłowód aktywny z podwójnym płaszczem domieszkowany jonami erbu i iterbu, sprzęgacz światłowodowy, drugi multiplekser i kolejny światłowodowy izolator optyczny z wyjściem sygnałowym układu wzmacniacza światłowodowego. Ponadto do sprzęgacza światłowodowego podłączony jest co najmniej jeden wielomodowy laser pompujący. Jednocześnie pierwszy multiplekser połączony jest poprzez sprzęgacz monitorujący wyposażony w dwa wyjścia monitorujące z drugim multiplekserem, przy czym korzystnie, pomiędzy pierwszy multiplekser i sprzęgacz monitorujący włączony jest światłowodowy izolator optyczny. Poprzednie układy wzmacniaczy światłowodowych cechuje wymuszona cyrkulacja szumów, które są emitowane przez wzbudzone jony iterbu w światłowodzie erbowoiterbowym. Obserwuje się akcję laserową na długości fali z zakresu 1060-1064 nm. Tak wzbudzona akcja laserowa nie ma korzystnego wpływu na sprawność układu. Szum emisji spontanicznej z jonów iterbu jest głównym czynnikiem ograniczającym moc wyjściową oraz pogarszającym sprawność wzmacniaczy erbowo-iterbowych. Istnieje również potrzeba kontroli długości fali sygnału na rezonatorze. Nieoczekiwanie wspomniane problemy rozwiązał prezentowany wynalazek. Pierwszym przedmiotem wynalazku jest układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami metali ziem rzadkich zawierający laser pompujący, sprzęgacz, oraz aktywne włókno światłowodowe domieszkowane jonami ziem rzadkich, charakteryzujący się tym, że wiązka światła z zewnętrznego lasera sygnałowego kierowana jest od wejścia sygnałowego światłowodami do pierwszego multipleksera, światłowodu aktywnego domieszkowanego jonami ziem rzadkich, korzystnie jonami erbu i iterbu, drugiego multipleksera do wyjścia sygnałowego, przy czym przed pierwszym multiplekserem jest dołączony równolegle filtr optyczny albo cyrkulator optyczny z filtrem optycznym, korzystnie element wymuszający kierunek biegu połączony do drugiego multipleksera, przy czym korzystnie filtr optyczny albo cyrkulator optyczny z filtrem optycznym jest poprzedzony sprzęgaczem wyjściowym. Korzystnie układ według wynalazku charakteryzuje się tym, że na wejściu i/lub wyjściu układu znajdują się izolatory optyczne, korzystnie z zakresu 1530 nm - 1590 nm. Korzystniej układ według wynalazku charakteryzuje się tym, że światłowód aktywny jest włóknem z pojedynczym płaszczem, pompowany przeciwbieżnie do propagacji sygnału wejściowego, z pompą wprowadzaną do rdzenia poprzez sprzęgacz z podziałem długości fali. W kolejnej korzystnej realizacji wynalazku światłowód aktywny jest włóknem z pojedynczym płaszczem, pompowanym współbieżnie do propagacji sygnału wejściowego, z pompą wprowadzaną do rdzenia poprzez sprzęgacz z podziałem długości fali. Równie dogodnie układ według wynalazku charakteryzuje się tym, że światłowód aktywny jest włóknem z pojePL 220 700 B1 dynczym płaszczem, pompowanym obustronnie, tj. przeciwbieżnie i współbieżnie do propagacji sygnału wejściowego, z pompami wprowadzanymi do rdzenia poprzez dwa sprzęgacze z podziałem długości fali. Korzystniej układ według wynalazku charakteryzuje się tym, że światłowód aktywny jest włóknem z podwójnym płaszczem, pompowany przeciwbieżnie do propagacji sygnału wejściowego, z pompą wprowadzaną do płaszcza poprzez sprzęgacz światłowodowy. W kolejnej korzystnej realizacji wynalazku układ charakteryzuje się tym, że światłowód aktywny jest włóknem z podwójnym płaszczem, pompowanym współbieżnie do propagacji sygnału wejściowego, z pompą wprowadzaną do płaszcza poprzez sprzęgacz światłowodowy. Jeszcze bardziej korzystniej układ według wynalazku charakteryzuje się tym, że światłowód aktywny jest włóknem z podwójnym płaszczem, pompowanym obustronnie, tj. jednocześnie przeciwbieżnie i współbieżnie do propagacji sygnału wejściowego, z pompami wprowadzanymi do płaszcza poprzez sprzęgacze światłowodowe. Równie korzystnie układ według wynalazku charakteryzuje się tym, że światłowód aktywny jest światłowodem z pojedynczym płaszczem, pompowanym przeciwbieżnie, współbieżnie albo obustronnie, a wszystkie światłowody użyte w układzie są włóknami utrzymującymi stan polaryzacji światła. W następnej korzystnej realizacji wynalazku światłowód aktywny jest włóknem z pojedynczym płaszczem, pompowanym przeciwbieżnie, współbieżnie albo obustronnie, a układ wykorzystuje włókna standardowe - nie utrzymujące stanu polaryzacji światła. Korzystniej układ według wynalazku charakteryzuje się tym, że światłowód aktywny posiada w dodatkowym rezonatorze pierścieniowym filtr przestrajalny. Równie dogodnie układ według wynalazku charakteryzuje się tym, że światłowód aktywny posiada w dodatkowym rezonatorze pierścieniowym filtr stały. W kolejnej korzystnej realizacji wynalazku układ charakteryzuje się tym, że światłowód aktywny posiada w dodatkowym rezonatorze pierścieniowym filtr w postaci światłowodowej siatki Bragga, korzystnie przestrajalnej albo stałej, umieszczonej na jednym z portów cyrkulatora optycznego. Równie dogodnie sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że posiada rezonator pierścieniowy dla sygnału z pasma 1030 nm - 1060 nm z wymuszoną cyrkulacją sygnału w kierunku współbieżnym do kierunku pompowania, korzystnie poprzez umieszczenie w rezonatorze cyrkulatora optycznego lub izolatora światłowodowego ustawionego w kierunku współbieżnym do kierunku propagacji pompy.
Główną i najważniejszą zaletą proponowanego rozwiązania jest jego prostota, niski koszt oraz łatwość i możliwość zastosowania w każdym, istniejącym już wzmacniaczu światłowodowym, wykorzystującym włókno erbowo-iterbowe jako medium aktywne. Metoda ta nie wymaga stosowania żadnych dodatkowych, zewnętrznych źródeł laserowych o długości fali z pasma wzmocnienia iterbu w przeciwieństwie do metod znanych w stanie techniki. Sygnał z pasma iterbowego jest generowany samoczynnie przez światłowód aktywny, w wyniku niedoskonałości w procesie transferu energii między jonami iterbu i erbu (oraz w wyniku transferu powrotnego). W klasycznych wzmacniaczach erbowo-iterbowych energia, która nie zostanie przekazana przez jony iterbu do jonów erbu, zostaje bezpowrotnie utracona - wypromieniowana w postaci szumu emisji spontanicznej w paśmie 1000-1100 nm. Wynalazek proponuje quasi- „recykling” tej energii poprzez jej ponowne wykorzystanie. Szum zostaje odseparowany od sygnału użytecznego poprzez sprzęgacze WDM oraz przekształcony w stabilną akcję laserową (poprzez wymuszenie obiegu w rezonatorze), a dzięki zastosowaniu spektralnego filtra, wymuszany jest obieg sygnału na długości fali z pasma emisji iterbu, ale krótszej niż maksimum emisji (tj. mniej niż 1064 nm). Sygnał ten jest ponownie absorbowany przez jony iterbu, a energia znów przekazywana do erbu. Zatem, część utraconej energii jest odzyskiwana i ponownie wykorzystana, zwiększając sprawność i wzmocnienie układu. Metoda również nie wymaga żadnej ingerencji w światłowód aktywny, nie wymaga stosowania specjalnych domieszek ani zmian struktury światłowodu w procesie jego produkcji. Zastosowanie rezonatora zwiększa sprawność i wzmocnienie, a co za tym idzie - mocy wyjściową wzmacniacza światłowodowego. Szum emisji spontanicznej z jonów iterbu jest głównym czynnikiem ograniczającym moc wyjściową oraz pogarszającym sprawność wzmacniaczy erbowo-iterbowych, W przypadku, gdy przy użyciu filtra w dziedzinie długości fali, w rezonatorze zostanie wymuszony obieg fali o długości krótszej niż 1064 nm, na przykład z zakresu 1040-1050 nm, zaobserwowany zostanie wzrost sprawności wzmocnienia sygnału na długości fali z pasma erbu (1530-1590 nm). Obecność silnego sygnału z dolnego pasma wzmocnienia iterbu, np. 103-1050 nm, pozwala na wywołanie tzw. reabsorpcji. Jest to zjawisko polegające na ponownym zaabsorbowaniu promieniowania z pasma 1030-1060 nm przez jony domieszki w światłowodzie i przetransferowaniu tej energii w sygnał z pasma 1530-1590 nm. Efekt reabsorpcji jest najmocniejszy dla krótszych fal z pasma wzmocnienia iterbu (1030-1050 nm), stąd korzystne jest wymuszenie obiegu na tych długościach fali w rezonatorze, poprzez zastosowanie odpowiedniego filtru. Co więcej wynalazek zabezpie4
PL 220 700 B1 cza wzmacniacz światłowodowy przed wzbudzeniem się spontanicznej akcji laserowej na długościach fali z pasma wzmocnienia iterbu. W klasycznych, liniowych wzmacniaczach światłowodowych opartych na włóknach erbowo-iterbowych (bez zastosowanej pętli sprzężenia zwrotnego), podczas pracy generowany jest szum emisji spontanicznej z jonów iterbu. Jest on konsekwencją niedoskonałego transferu energii między jonami iterbu i erbu - część energii, zamiast zostać przetransferowana do erbu, zostaje wypromieniowana w postaci szerokopasmowego szumu w paśmie 1000-1100 nm. Szum ten, w obecności relatywnie dużej mocy pompującej, jest w stanie przekształcić się w spontaniczną, niepożądaną akcję laserową. Tak wzbudzona akcja laserowa ma charakter całkowicie chaotyczny i może doprowadzić do zjawiska tzw. samo-impulsowania (ang. self-pulsing), co w konsekwencji często prowadzi do uszkodzenia włókna aktywnego lub laserów pompujących. Zastosowanie pętli - rezonatora pierścieniowego dla sygnałów z zakresu 1030-1060 nm pozwala na przekształcenie szumów w kontrolowaną, dobrze zdefiniowaną akcję laserową. Obecność kontrolowanej akcji laserowej eliminuje emisję szumów i całkowicie eliminuje możliwość zajścia przypadkowej akcji laserowej. Przykładową realizację wynalazku przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ wzmacniacza wg wynalazku z izolatorami optycznymi IO, fig. 2 układ bez IO w pętli sprzężenia zwrotnego, a fig. 3 układ bez sprzęgacza wyjściowego w pętli sprzężenia zwrotnego oraz światłowodową siatką Bragga jako filtrem (FO) podłączonym do portu nr 2 cyrkulatora optycznego (C), a fig. 4 układ ze sprzęgaczem w pętli sprzężenia zwrotnego oraz światłowodową siatką Bragga jako filtrem (FO) podłączonym do portu nr 2 cyrkulatora optycznego (C), a fig. 5 układ bez izolatorów optycznych IO w głównym torze sygnałowym wzmacniacza, natomiast fig. 6 przedstawia zależność mocy wyjściowej od mocy pompującej kolejnych realizacji układu wzmacniacza wg wynalazku.
P r z y k ł a d 1
Układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami erbu i iterbu z wymuszoną akcją laserową ma wejściowy izolator optyczny IO połączony poprzez pierwszy multiplekser WDM1, światłowód aktywny z podwójnym płaszczem F domieszkowany jonami erbu i iterbu, sprzęgacz wprowadzający promieniowanie pompujące SP, drugi multiplekser WDM2 i kolejny światłowodowy izolator optyczny IO z wyjściem sygnałowym układu wzmacniacza światłowodowego. Do sprzęgacza światłowodowego SP podłączony jest co najmniej jeden laser pompujący LP, natomiast pierwszy multiplekser WDM1 połączony jest poprzez sprzęgacz wyjściowy SW, cyrkulator optyczny C z drugim sprzęgaczem WDM2. Do jednego z portów cyrkulatora C podłączony jest odbiciowy filtr optyczny FO, wymuszający transmisję konkretnej długości fali w rezonatorze.
Umieszczenie w układzie wzmacniacza światłowodowego sprzęgaczy WDM1 oraz WDM2, separujących sygnał wzmacniany (z pasma 1530-1590 nm) od szumu emisji spontanicznej jonów iterbu pozwała na stworzenie dodatniej pętli sprzężenia zwrotnego (rezonatora pierścieniowego) dla szumu z pasma iterbu. Dodatkowo w rezonatorze tym umieszczono filtr optyczny FO, wymuszający obieg sygnału na konkretnej długości fali z pasma 1030-1060 nm. Wstawienie filtra optycznego pozwala na przesunięcie długości fali sygnału w kierunku krótszych fal z pasma emisji iterbu, co ma korzystny wpływ na wzmocnienie sygnału użytecznego z pasma 1530-1590 nm w wyniku zjawiska reabsorpcji. Sprzęgacz SW pozwala na odprowadzenie części mocy sygnału z rezonatora. Trójportowy cyrkulator C umieszczony w pętli pozwala na wymuszenie kierunku obiegu sygnału w rezonatorze (w kierunku współbieżnym do kierunku propagacji pompy) oraz na podłączenie filtru optycznego FO.
Dla zbudowanego układu zmierzono moc wyjściową i sprawność, używając jako filtra optycznego FO światłowodowej siatki Bragga odbijającej długość fali 1040 nm. Wzmacniacz pompowano dwoma laserami półprzewodnikowymi pracującymi na długości fali 975 nm o sumarycznej mocy 18,5 W. Jako sygnału wejściowego użyto wiązki na długości fali 1550 nm o mocy 280 mW. Na wyjściu wzmacniacza uzyskano moc 4,65 W, co oznacza sprawność optyczną ok. 25% i wzmocnienie 12,2 dB.
P r z y k ł a d 2
Układ jak w przykładzie 1 z tą różnicą, że w pętli sprzężenia zwrotnego nie zastosowano cyrkulatora C z filtrem optycznym FO, lecz umieszczono tylko izolator optyczny IO wymuszający kierunek obiegu sygnału w pętli współbieżnie do promieniowania pompującego. Długość fali akcji laserowej w rezonatorze jest tym razem przypadkowa i nie ma żadnej kontroli nad jej parametrami spektralnymi.
Dla zbudowanego układu zmierzono moc wyjściową i sprawność. Wzmacniacz pompowano dwoma laserami półprzewodnikowymi pracującymi na długości fali 975 nm o sumarycznej mocy 18,5 W. Jako sygnału wejściowego użyto wiązki na długości fali 1550 nm o mocy 280 mW. Na wyjściu wzmacniacza uzyskano moc 3,67 W, co oznacza sprawność optyczną ok. 20% i wzmocnienie 11,17 dB.
PL 220 700 B1
W odróżnieniu od poprzednich układów, nie zawierających pętli sprzężenia zwrotnego (rezonatora) z umieszczonym filtrem spektralnym lub zawierających pętlę sprzężenia zwrotnego bez filtra spektralnego, układ będący podstawą wynalazku pozwala na podniesienie sprawności wzmacniacza i wzrost mocy wyjściowej w paśmie 1530-1590 nm o co najmniej 20%, zależnie od wymuszonej długości fali w rezonatorze. Filtr optyczny wymusza cyrkulację sygnału o ściśle określonej długości fali z pasma emisji iterbu, na przykład 1040 nm. Sygnał o tej długości fali jest chętnie absorbowany przez jony iterbu, a odzyskana energia jest przekazywana do erbu w wyniku oddziaływań międzyjonowych w światłowodzie. Pozwala to na odzyskanie części energii z szumów emisji spontanicznej iterbu, a zatem - zwiększenie sprawności układu wzmacniacza. Pomiary pokazują, że możliwe jest zwiększenie wzmocnienia o co najmniej 1 dB (tj. nie mniej niż 5%). Różnice mocy między trzema układami; z filtrem FO na długość fali 1040 nm, bez filtru w pętli oraz bez pętli sprzężenia zwrotnego przedstawiono na wykresie.

Claims (14)

1. Układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami metali ziem rzadkich, zawierający laser pompujący, sprzęgacze oraz aktywne włókna światłowodowe domieszkowane jonami ziem rzadkich, znamienny tym, że wiązka światła z lasera sygnałowego (LS) kierowana jest od wejścia sygnałowego światłowodami do pierwszego multipleksera (WDM1), światłowodu aktywnego domieszkowanego jonami ziem rzadkich, korzystnie jonami erbu i iterbu, drugiego multipleksera (WDM2) do sygnału wyjściowego, przy czym przed pierwszym multiplekserem (WDM1) jest dołączony równolegle filtr optyczny (FO) albo cyrkulator optyczny (C) z filtrem optycznym (FO), korzystnie izolator (IO) wymuszający kierunek biegu, połączony do multipleksera (WDM2), korzystnie przed filtrem optycznym albo cyrkulatorem optycznym (C) z filtrem optycznym (FO) znajduje się sprzęgacz wyjściowy (SW).
2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że na wejściu i/lub wyjściu układu znajdują się izolatory optyczne, korzystanie z zakresu 1530 nm-1590 nm.
3. Układ według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że światłowód aktywny jest włóknem z pojedynczym płaszczem, pompowanym przeciwbieżnie do propagacji sygnału wejściowego, z pompą wprowadzaną do rdzenia poprzez sprzęgacz z podziałem długości fali (WDM1) i/lub (WDM2).
4. Układ według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 3, znamienny tym, że światłowód aktywny jest włóknem z pojedynczym płaszczem, pompowanym współbieżnie do propagacji sygnału wejściowego, z pompą wprowadzaną do rdzenia poprzez sprzęgacz z podziałem długości fali (WDM1) i/lub (WDM2).
5. Układ według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że światłowód aktywny jest włóknem z pojedynczym płaszczem, pompowanym obustronnie, przeciwbieżnie i współbieżnie do propagacji sygnału wejściowego, z pompą wprowadzaną do rdzenia poprzez dwa sprzęgacze z podziałem długości fali (WDM1) i (WDM2).
6. Układ według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że światłowód aktywny jest włóknem z podwójnym płaszczem, pompowanym przeciwbieżnie do propagacji sygnału wejściowego, z pompą wprowadzaną do płaszcza poprzez sprzęgacz światłowodowy (SP).
7. Układ według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że światłowód aktywny jest włóknem z podwójnym płaszczem, pompowanym współbieżnie do propagacji sygnału wejściowego, z pompą wprowadzaną do płaszcza poprzez sprzęgacz światłowodowy (SP).
PL 220 700 B1
8. Układ według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 7, znamienny tym, że światłowód aktywny jest włóknem z podwójnym płaszczem, pompowanym obustronnie, jednocześnie przeciwbieżnie i współbieżnie do propagacji sygnału wejściowego, z pompą wprowadzaną do płaszcza poprzez sprzęgacze światłowodowe (SP).
9. Układ według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 8, znamienny tym, że wszystkie użyte światłowody są włóknami utrzymującymi stan polaryzacji, a światłowód aktywny jest włóknem z podwójnym płaszczem, pompowanym przeciwbieżnie, współbieżnie albo obustronnie
10. Układ według któregokolwiek z zaostrz. od 1 do 9, znamienny tym, że wszystkie użyte światłowody są włóknami standardowymi, nie utrzymującymi stanu polaryzacji światła, a światłowód aktywny jest włóknem z podwójnym płaszczem, pompowanym przeciwbieżnie, współbieżnie albo obustronnie.
11. Układ według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 10, znamienny tym, że wzmacniacz światłowodowy posiada w dodatkowym rezonatorze pierścieniowym w pętli sprzężenia zwrotnego filtr przestrajalny.
12. Układ według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 11, znamienny tym, że wzmacniacz światłowodowy posiada w dodatkowym rezonatorze pierścieniowym w pętli sprzężenia zwrotnego filtr stały.
13. Układ według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 12, znamienny tym, że wzmacniacz światłowodowy posiada w dodatkowym rezonatorze pierścieniowym w pętli sprzężenia zwrotnego filtr w postaci światłowodowej siatki Bragga, korzystnie przestrajalnej albo stałej, podłączonej do jednego z portów cyrkulatora optycznego.
14. Układ według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 13, znamienny tym, że posiada rezonator pierścieniowy dla sygnału z pasma 1030 nm - 1060 nm z wymuszoną cyrkulacją sygnału w kierunku współbieżnym do kierunku pompowania, korzystnie poprzez umieszczenie w rezonatorze cyrkulatora optycznego łub izolatora światłowodowego ustawionego w kierunku współbieżnym do kierunku propagacji pompy.
PL398119A 2012-02-15 2012-02-15 Układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami erbu i iterbu o zwiększonej sprawności PL220700B1 (pl)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL398119A PL220700B1 (pl) 2012-02-15 2012-02-15 Układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami erbu i iterbu o zwiększonej sprawności
PCT/IB2013/051196 WO2013121371A1 (en) 2012-02-15 2013-02-14 High efficient system based on erbium - ytterbium co-doped fiber amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL398119A PL220700B1 (pl) 2012-02-15 2012-02-15 Układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami erbu i iterbu o zwiększonej sprawności

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL398119A1 PL398119A1 (pl) 2013-08-19
PL220700B1 true PL220700B1 (pl) 2015-12-31

Family

ID=48083568

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL398119A PL220700B1 (pl) 2012-02-15 2012-02-15 Układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami erbu i iterbu o zwiększonej sprawności

Country Status (2)

Country Link
PL (1) PL220700B1 (pl)
WO (1) WO2013121371A1 (pl)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112490832B (zh) * 2020-11-24 2022-05-20 内蒙古大学 一种铒镱共掺光纤放大器的工作方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6556346B1 (en) 1998-09-22 2003-04-29 Corning O.T.I.Spa Optical amplifying unit and optical transmission system
KR100350482B1 (ko) * 1999-07-22 2002-08-28 삼성전자 주식회사 비동기전송모드 무선접속망의 고장관리방법
US7848014B2 (en) 2008-04-09 2010-12-07 Cisco Technology, Inc. Erbium and Erbium/Ytterbium cladding pumped hybrid optical amplifier
PL218126B1 (pl) 2011-06-01 2014-10-31 Politechnika Wroclawska Układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami erbu i iterbu

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013121371A1 (en) 2013-08-22
PL398119A1 (pl) 2013-08-19
WO2013121371A9 (en) 2013-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2430716B1 (en) Cascaded raman fiber laser system based on filter fiber
US11509110B2 (en) Broadband Ho-doped optical fiber amplifier
US7508579B2 (en) Double-pass fiber amplifier
EP1111741A2 (en) Efficient pumping for high power rare-earth doped fiber amplifiers
US11509109B2 (en) Broadband Tm-doped optical fiber amplifier
US8982452B2 (en) All-in-one raman fiber laser
CN106785836A (zh) 一种抑制光纤激光器输出强度噪声的光纤放大器
PL220700B1 (pl) Układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami erbu i iterbu o zwiększonej sprawności
US20240178630A1 (en) Amplified Spontaneous Emission Source Operational In Two Micron Wavelength Region
EP1087474A2 (en) High power, multi-stage doped optical amplifier
US20250364770A1 (en) Thulium-Doped Fiber Amplifier Including Redirection Of Residual Pump Energy
US20260011971A1 (en) Wideband Hybrid Fiber Amplifiers And Lasers Operating In The 2000 nm Wavelength Region
WO2026019860A1 (en) Pumping polarization-maintaining (pm)raman lasers and amplifiers
Hamzah et al. Investigation on Double Pass Amplification by employing Zr-EDF as a gain medium with different types of reflectors
WO2025242360A1 (en) Two-stage optical fiber amplifier
PL218126B1 (pl) Układ wzmacniacza światłowodowego opartego na włóknie domieszkowanym jonami erbu i iterbu
Ali et al. A novel erbium-doped fiber laser source (EDFL)
JP2001189510A (ja) 光ファイバアンプ
Liaw et al. Design and testing of fiber-based optoelectronic devices
PL218125B1 (pl) Układ dwuczęstotliwościowego wzmacniacza światłowodowego