铒铥混合掺杂的光纤超荧光超宽带光源的制作方法

本实用新型涉及激光器领域，尤其涉及一种铒铥混合掺杂的光纤超荧光超宽带光。

背景技术：

随着三网融合、移动互联网、物联网、云计算与智慧城市等概念的提出与实施，我国现阶段正大力推出“宽带中国”国家发展战略，这将进一步加快我国宽带化的发展进程，进一步促进相关产业，特别是光通信技术、系统与器件以及电子信息产业的快速发展，同时推动城域和干线光传送网的建设及扩容，FTTx光接入网的建设及带宽提速。光通信的快速发展对光源提出了更高的要求，要求带宽足够宽，功率足够高。

掺铥的光纤放大器(TDFA)的研究非常普遍。有两种典型的泵浦方式，一种是单一的1050nm泵浦光方式，另一种是双波长泵浦结构，该光源是由1550nm和1400nm的泵浦光组成，双波长泵浦的结构有利于TDFA光源光谱向长波长方向移动。因此，TDFA可以设计为工作在很宽的波长范围内(在1450和1520纳米之间)，光纤光源可以从C+L波段宽带向更宽的方向发展，也就是S+C+L超宽带超荧光光源。

根据传统的上变频泵方案，两个激发态之间的粒子数反转3H4(激光下能级)和3F4(激光上能级)的铥离子具有1050nm泵浦激光有效地产生，从而导致极少数近似统一反转，现实很难实现增益漂移。然而，一个双波长泵浦方式下，1550+1400nm或者1550+1050nm，辅助泵浦光1550nm交叉3H6和3H4(激光下能级)，这样将增加大量的较低能级的激光，这种激光可以反转。因此，通过增加1550nm泵浦光功率，TDFA增益谱将向长波长方向移动。

铒是多电子粒子,它的基态是⁴I15/2,它的第一激发态是⁴I13/2，第二激发态是⁴I11/2。当铒离子能级发生了斯塔克(Stark)分裂变时，⁴I15/2就会变成8个子能级,⁴I13/2变为7个子能级，而⁴I11/2变为6个子能级。铒离子的⁴I11/2激发态的时间非常短暂,而⁴I13/2是一个亚稳态,时间稍微比⁴I11/2激发态长点.所以,⁴I15/2、⁴I13/2和⁴I11/2形成了一个三能级结构。当受到泵浦光作用,离子就会从基态激发到亚稳态⁴I11/2能级上的粒子数很快辐射到⁴I13/2能级,此时掺铒光纤就会产生超荧光,当Stark能级裂变时,亚稳态⁴I13/2到⁴I15/2跃迁的光谱和增益的频带比较宽,就形成了超荧光。L波段放大自发辐射(ASE)的形成与C波段ASE一样，都是由能级⁴I13/2→⁴I15/2的跃迁产生的,C波段ASE是由⁴I13/2→⁴I15/2主能级的Stark分裂能级的高能级的跃迁产生,L波段的ASE是主能级的Stark分裂能级的低能级的跃迁所产生。

C波段和L波段形成原理，当980nm或1480nm的泵浦光被铒离子吸收后，就会在掺铒光纤的中或近附近产生C波段放大自发辐射，C波段的放大自发辐射如果再次被掺铒光纤远处的离子吸收，就会产生二次抽运L波段的放大自发辐射。L波段发射和放大系数都比C波段光少3倍左右，所以要得到L波段大功率的放大自发辐射，掺铒光纤长度就比较长,就会出现一些非线性现象，比如降低转换效率等一些因素。所以,L波段的掺铒光纤大多是采用高掺杂、低损耗的掺铒光纤型号。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种铒铥混合掺杂的光纤超荧光超宽带光源，先利用掺稀土元素铥，设计了一种双后向结构的S波段的掺铥光源，再接着设计了C+L波段的掺铒光源，最后把S波段光源和C+L波段利用耦合器结合起来，得到的光源，即S+C+L波段超宽带光源。本实用新型采用的技术方案如下：

铒铥混合掺杂的光纤超荧光超宽带光源，有掺铥的S波段光源和掺铒的C+L波段光源相结合通过耦合器输出，产生一个超宽带的S+C+L宽带光源；

掺铥的S波段光源包括依次连接的第一环形镜、第一掺铒光纤、第一波分复用器(WDM1)、光纤反射器、掺铥光纤、第二波分复用器(WDM2)、光纤环形器；第一掺铒光纤使用一个980nm的LD抽运；掺铥光纤使用一个1400nmLD抽运；

掺铒的C+L波段光源，包括依次连接的第二环形镜、第三波分复用器(WDM3)、第二掺铒光纤、第三掺铒光纤、第四掺铒光纤、第四波分复用器(WDM4)、隔离器。

第一掺铒光纤为6.5m。

第二掺铒光纤为12m。

第三掺铒光纤为60m。

第四掺铒光纤为7m。

一定结构的掺铥光纤产生的S波段光源在1450nm到1500nm之间具有高的功率密度，但是当波长大于1510nm发现功率密度下降比较快，要得到高功率密度的光源覆盖整个S波段，如从1460到1530纳米，设计了一种本实用新型中的掺铥的S波段光源，混合TDF和EDF，同时使用一个1400nmLD和一个980nm的LD抽运，利用C+L波段光源光功率大约为6mW来抽运TDF，第一掺铒光纤(EDF1)的长度为6.5米，第一掺铒光纤(EDF1)产生的短波长荧光(小于1520nm)被光纤反射器放大，而产生的长波长(超过1540nm)用于泵TDF，改善了S波段光谱，具有高功率密度，同时覆盖了整个S波段；本实用新型中的掺铒的C+L波段光源，用一个1480nmLD和一个980nmLD，掺铒光纤的长度分别为EDF2为12m，EDF3为60m，EDF4为7m，光谱输出用ANDO公司的AQ6319光谱仪测试，次光谱仪最小分辨率为0.01nm，范围为50nm～2250nm，分别调节LD1为70mW和LD2为120mW，得到比较平坦的C+L光谱输出，在输出光谱较平坦的情况下，测得最高功率为25.16mW(14.01dBm)，带宽从1526nm-1602nm；利用掺铒的C+L波段光源产生光的30％光泵掺铥光源，剩下的70％光和掺铥的S波段光源结合通过耦合器输出，产生一个超宽带的S+C+L宽带光源，得到的S+C+L波段的光源频谱，几乎涵盖所有的S，C和L波段，光源的总输出功率约36mW或15.6dBm的测量，超宽带光源的带宽从1460nm到1610nm，超过150nm。

附图说明

图1是本实用新型铒铥混合掺杂的光纤超荧光超宽带光源的结构示意图；

图2是本实用新型铒铥混合掺杂的光纤超荧光超宽带光源中掺铥的S波段光源的结构示意图；

图3是本实用新型铒铥混合掺杂的光纤超荧光超宽带光源中掺铒的C+L波段光源的结构示意图；

图4是本实用新型铒铥混合掺杂的光纤超荧光超宽带光源中掺铥的S波段光源的S波段输出光谱图；

图5是本实用新型铒铥混合掺杂的光纤超荧光超宽带光源中掺铒的C+L波段光源的C+L波段输出光谱图；

图6是本实用新型铒铥混合掺杂的光纤超荧光超宽带光源的S+C+L波段输出光谱图。

具体实施方式

以下详细描述本实用新型的技术方案。本实用新型实施例仅供说明具体结构，该结构的规模不受实施例的限制。

参阅图1至图3，铒铥混合掺杂的光纤超荧光超宽带光源，有掺铥的S波段光源1和掺铒的C+L波段光源2相结合通过耦合器输出，产生一个超宽带的S+C+L宽带光源；利用掺铒的C+L波段光源产生光的30％光泵掺铥的S波段光源，剩下的70％光和掺铥的S波段光源结合通过耦合器输出，产生一个超宽带的S+C+L宽带光源，得到的S+C+L波段的光源频谱，几乎涵盖所有的S，C和L波段，光源的总输出功率约36mW或15.6dBm的测量，超宽带光源的带宽从1460nm到1610nm，超过150nm；图6为实验测量到的本实用新型光源S+C+L波段光谱图。

掺铥的S波段光源1，包括依次连接的第一环形镜17、第一掺铒光纤(EDF1)11、第一波分复用器(WDM1)12、光纤反射器13、掺铥光纤14、第二波分复用器(WDM2)15、光纤环形器16；第一掺铒光纤使用一个980nm的LD抽运；掺铥光纤使用一个1400nmLD抽运；第一掺铒光纤为6.5m；图4是本实用新型中掺铥的S波段光源测量的S波段光谱图。

掺铒的C+L波段光源2，包括依次连接的第二环形镜27、第三波分复用器(WDM3)21、第二掺铒光纤(EDF2)22、第三掺铒光纤(EDF3)23、第四掺铒光纤(EDF4)24、第四波分复用器(WDM4)25、隔离器26，第二掺铒光纤为12m，第三掺铒光纤为60m，第四掺铒光纤为7m；图5是本实用新型中掺铒的C+L波段光源测量得的C+L波段输出光谱图。