专利名称：大功率多波段单芯光纤放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及大功率多波段单芯光纤放大器，属于大功率宽带光纤放大器、特种光 纤技术领域。
背景技术：
掺稀土光纤放大器以其卓越的性能和低廉的价格，在光纤通信、工业加工、医疗、 军事等领域取得了日益广泛的应用。掺稀土元素有Nd，Sm, Ho, Er, Pr, Tm, Yb等，由于掺稀 土元素的光电学特性彼此之间都不相同，导致各掺稀土元素工作波长范围也不一样。例如， 掺钕光纤放大器工作波长范围为900-950nm，1000-1150nm, 1320-1400nm ；掺铒光纤放大器 工作波长范围为 550nm，850nm, 980-1000nm, 1500-1600nm, 1660nm, 1720nm, 2700nm ；掺镱 光纤放大器工作波长范围为970-1040nm ；掺钍光纤放大器工作波长范围为455nm，480nm， 803-825nm, 1460_1510nm，1700-2015nm, 2250-2400nm ；掺镨光纤放大器工作波长范围为 490nm,520nm,601_618nm，631_641nm，707_725nm，880_886nm，902_916nm，1060-1llOnm， 1260-1350nm ；掺钬光纤放大器工作波长范围为 550nm，753nm, 1380nm, 2040-2080nm, 2900nm，掺钐光纤放大器工作波长范围为651nm。掺不同的玻璃基质的稀土离子，其增益带 宽与性质也有差异，例如纯硅光纤玻璃基质的掺铒光纤，其波长1500nm时增益半波谱宽为 7. 94nm，而铝磷硅光纤玻璃基质的掺铒光纤，其波长1500nm时增益半波谱宽为43. 3nm[ff. J. Miniscalco. Optical and electronic properties ofrare-earth ions in glasses in rare-earth doped fiber lasers and amplifier. NewYork :Marcel Dekker. 2001, pp 17-112]。2002年5月国际电信联盟ITU-T组织将光纤通信系统光波段划分如下0波段(原 始波段)为1260-1360nm，E波段(扩展波段)为1360-1460nm ；S波段(短波长波段)为 1460-l530nm，C波段(常规波段)为l530_l565nm ;L波段(长波长波段)为1565_1625歷； U波段(超长波长波段)为1625-1675nm。实现研究表明，制作C波段掺铒光纤放大器需要有源光纤长度为2. 5米，而制作L 波段掺铒光纤放大器需要有源光纤长度为10米。[傅永军简伟郑凯等.铋镓铝共掺的高 浓度掺铒光纤及放大器.光电子技术.2007，27(1) :17-19]。显然，要同时实现C波段与L 波段的信号的放大，仅仅采用一个掺铒光纤放大器是无法实现的。现有的大功率双包层光纤放大器能放大的信号光仅仅为单波段的信号光，带宽通 常只有几十nm。现有实现多波段信号光放大的器件中，需要先将信号光分波处理为单个波 段信号光，然后对单个波段信号光分别配置对应的掺稀土离子类型的双包层光纤放大器， 最后将放大的单个波段信号光进行合波处理，结构复杂、引入的插入损耗大、分立元件多， 可靠性差、对环境敏感且成本很高。
发明内容
为了克服现有的双包层光纤放大器仅仅只能放大单波段的信号、现有实现多波段信号光放大器件中由于需要对信号光分波、放大与合波处理而引起的结构复杂、插入损耗 大、分立元件多，可靠性差、对环境敏感且成本很高等缺点，本发明提供一种多波段单芯光 纤放大器。—种大功率多波段单芯光纤放大器，该放大器包括泵浦光、信号光和有源光纤， 有源光纤采用的是单芯多掺稀土离子区双包层光纤，泵浦光耦合进有源光纤，实现对多波 段信号光放大。第一泵浦光，对有源光纤进行端面泵浦或侧面泵浦；或第一泵浦光对有源光纤进 行端面泵浦与第二泵浦光对有源光纤进行侧面泵浦。第一泵浦光或第二泵浦光为单芯多掺稀土离子区双包层光纤掺稀土离子吸收截 面对应的波长范围内光源。第一泵浦光或第二泵浦光，或由多个不同的波长范围的泵浦光构成，其总的泵浦 光波长范围对应单芯多掺稀土离子区双包层光纤掺稀土离子吸收截面对应的波长范围内。为了将掺稀土元素工作波长范围全部覆盖上，这里定义A波段(最短波长波段) 为小于1260nm ；Z波段(最长波长波段)为大于1675nm。本发明的有益效果具体如下这种大功率多波段单芯光纤放大器，包括泵浦光、信 号光和单芯多掺稀土离子区双包层光纤，能同时放大A、0、E、S，C，L，U、Z波段的信号光。相 对于现有实现多波段信号光放大的器件中，需要先将信号光分波处理为单个波段信号光， 然后对单个波段信号光分别配置对应的掺稀土离子类型的双包层光纤放大器，最后将放大 的单个波段信号进行合波处理，采用多波段单芯光纤放大器明显减少连接损耗，结构更加 紧凑，由于减少了器件，结构紧凑，插入损耗降低，可靠性提高，受环境影响小等优点。由于 采用单芯结构，这种多波段光纤放大器与普通光纤容易连接。
图1为大功率两波段单芯光纤放大器示意图。图2为图1采用的有源光纤截面图。图3为大功率三波段单芯光纤放大器示意图。图4为图3采用的有源光纤截面图。图5为大功率四波段单芯光纤放大器示意图。图6为图5采用的有源光纤截面图。图7为大功率八波段单芯光纤放大器示意图。图8为图7采用的有源光纤截面图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。实施例一一种大功率多波段单芯光纤放大器如图1所示，该放大器包括第一泵浦光1、信 号光2和有源光纤3，有源光纤3采用的单芯两掺稀土离子区双包层光纤，有源光纤3截面 图如图2所示，芯层半径为3微米，芯层包括掺铒离子区6，掺镱离子区7，内包层5直径为 60微米，外包层4直径为125微米。
第一泵浦光1为铒离子、镱离子吸收截面对应的波长范围内光源。第一泵浦光1，或由两个不同的波长范围的泵浦光构成，一个为铒离子吸收截面对 应的波长范围内光源，一个为镱离子吸收截面对应的波长范围内光源。信号光2为波长为A波段的lOOOnm与C波段的1550nm ；第一泵浦光1耦合进有 源光纤，对有源光纤进行端面泵浦，实现对A波段的lOOOnm与C波段的1550nm的信号光的 放大。实施例二一种大功率多波段单芯光纤放大器如图3所示，该放大器包括第一泵浦光1、信 号光2和有源光纤3，有源光纤3采用的单芯四掺稀土离子区双包层光纤，有源光纤3截面 图如图4所示，芯层半径为10微米，芯层包括钕镱互掺离子区8，掺钬离子区9，掺钍离子区 10 ；内包层5为500X600微米，外包层4直径为750微米。第一泵浦光1为镱离子、钬离子及钍离子吸收截面对应的波长范围内光源。第一泵浦光1，或由两个不同的波长范围的泵浦光构成，一个为镱离子和钬离子吸 收截面对应的波长范围内光源，一个为钍离子吸收截面对应的波长范围内光源。信号光2为A波段的1000-1100nm, E波段的1380nm, Z波段的2050-2060nm与 1800nm ；第一泵浦光1耦合进有源光纤，对有源光纤3进行侧面泵浦，实现对A波段的 1000-1100nm, E波段的1380nm，Z波段的2050_2060nm与1800nm的信号光的放大。实施例三一种大功率多波段单芯光纤放大器如图5所示，该放大器包括第一泵浦光1、第 二泵浦光20、信号光2和有源光纤3，有源光纤3采用的单芯八掺稀土离子区双包层光纤， 有源光纤3截面图如图6所示，芯层半径为4微米，芯层包括铒镱互掺离子区11，掺镨离子 区12，掺钐离子区13，掺钕离子区14，掺铒离子区6 ；内包层5为正八边形，直径为800微 米，外包层4直径为900微米。第一泵浦光1、第二泵浦光20均为镱离子、镨离子、铒离子、钐离子和钕离子吸收 截面对应的波长范围内光源。信号光2，为A波段的651nm与1060nm，0波段为1310nm，C波段为1550nm与U波段 的1660nm ；第一泵浦光1与第二泵浦光20耦合进有源光纤，第一泵浦光1对有源光纤3进 行端面泵浦，第二泵浦光20对有源光纤3进行侧面泵浦，实现对A波段的651nm与1060nm， 0波段为1310nm，C波段为1550nm与U波段的1660nm的信号光的放大。实施例四—种大功率多波段单芯光纤放大器如图7所示，该放大器包括泵浦光1、信号光2 和有源光纤3，有源光纤3采用的单芯二十掺稀土离子区双包层光纤，有源光纤3如图8所 示，芯层半径为20微米，芯层包括掺铒离子区6，掺镱离子区7，钕镱互掺离子区8，掺钬离子 区9，掺钍离子区10，铒镱互掺离子区11，掺镨离子区12，掺钐离子区13，掺钕离子区14 ；内 包层5直径为1000微米，外包层4直径为1150微米。第一泵浦光1为铒离子、镱离子、钬离子，钍离子，镨离子，钐离子和钕离子吸收截 面对应的波长范围内光源。第一泵浦光1，可由三个不同的波长范围的泵浦光构成，一个为铒离子、镱离子和 钬离子，吸收截面对应的波长范围内光源，一个为钍离子和镨离子吸收截面对应的波长范围内光源，一个为钐离子和钕离子吸收截面对应的波长范围内光源，信号光2，其波长范围为A波段的455nm，550nm，651nm，1060nm与1110nm，0波段的 1330nm, E 波段的 1380nm，S 波段的 1520_1530nm，C 波段的 1550_1560nm，L 波段的 1600nm， U波段的1660nm及Z波段的2900nm ；第一泵浦光1耦合进有源光纤，对有源光纤进行端面 泵浦，实现对A波段的455nm，550nm，651nm，1060nm与lllOnm，0波段的1330nm，E波段的 1380nm,，S 波段的 1520_1530nm，C 波段的 1550_1560nm，L 波段的 1600nm，U 波段的 1660nm 及Z波段的2900nm的信号光的放大。本发明所述的单芯多掺稀土离子区双包层光纤，为发明名称单芯多掺稀土离子 区双包层光纤及其制作方法，申请日2009年10月22日，申请号=299010236162. 4，所制作 的单芯多掺稀土离子区双包层光纤。其制作步骤简述步骤一，将N根掺稀土离子双包层光纤的预制棒拉制成芯层直径相等的细棒，并 将这些细棒的外包层除掉，2 ^ N ^ 20的整数；步骤二，对去掉外包层的N根细棒进行处理，使得细棒的芯层成扇形；步骤三，将处理后的N根细棒组织起来，套上石英管，拉制成单芯多掺稀土离子区 双包层光纤。
权利要求
一种大功率多波段单芯光纤放大器，该放大器包括泵浦光、信号光(2)和有源光纤(3)；其特征在于有源光纤(3)采用的是单芯多掺稀土离子区双包层光纤，泵浦光耦合进有源光纤，实现对多波段信号光放大。
2.根据权利要求1所述的大功率多波段单芯光纤放大器，其特征在于第一泵浦光 (1)，对有源光纤进行端面泵浦或侧面泵浦；或第一泵浦光(1)对有源光纤进行端面泵浦与 第二泵浦光(20)对有源光纤进行侧面泵浦。
全文摘要
一种大功率多波段单芯光纤放大器，属于大功率宽带光纤放大器、特种光纤技术领域。该放大器包括第一泵浦光(1)、信号光(2)和有源光纤(3)有源光纤(3)采用的是单芯多掺稀土离子区双包层光纤，泵浦光耦合进有源光纤，实现对多波段信号光放大。本发明克服了现有的双包层光纤放大器仅仅只能放大单波段的信号光的缺点。相对于现有的实现多波段信号光放大器件，本发明具有结构更加紧凑，插入损耗降低，可靠性提高，受环境影响小等优点。由于采用单芯结构，这种多波段光纤放大器与普通光纤容易连接。
文档编号G02F1/39GK101876773SQ20091024161
公开日2010年11月3日 申请日期2009年11月27日 优先权日2009年11月27日
发明者刘艳, 周倩, 宁提纲, 李晶, 胡旭东, 裴丽, 郑晶晶 申请人:北京交通大学