专利名称：带有共享抽运泵的光纤激光器的制作方法
背景技术：
本发明涉及为共享一个共用抽运光源而构造的光学波导纤维激光器。新颖的光纤激光器构造包括激光波长选择的模块单元。
通过采用波分复用(WDM)技术可以使高性能的电信系统变得更加经济有效。通常，只需对系统的接收和发射端作改进，也许还需对已有的再生中继器站作改进。波导光纤的能力得到更充分地利用并使甚高的传输速率变为可能，而不会导致安装附加波导光纤光缆的成本。
WDM系统中使用的光纤激光器源的成本主要花在抽运激光器上。抽运激光器本身价格昂贵，抽运功率的利用通常不是最佳的。
因此，在电信工业中需要一种通过更充分地利用抽运激光器功率而降低抽运激光器成本的策略。然而，这种更有效地利用抽运激光器功率必须不降低WDM系统的设计灵活性。因此，使低成本系统升级的成功策略在某种程度上必须包括可互换部件的思路，例如完成特定通信系统任务的可互换和兼容的模块。
发明概要本发明可满足更低成本多个波长激光光源的需要和提供附加的模块设计的灵活性。
本发明的第一方面是一种由多个光学波导光纤激光器组成的光学回路，这些光学波导光纤激光器通过一个1×N的光学耦合器与一个共用抽运激光器相耦合。波导光纤通过位于光纤一端的反射元件和位于相对另一端的波长选择性反馈装置形成一个激光器腔体。为了形成适合于波分复用系统的多波长激光源，特定的波长选择性反馈装置选择一个不同于其它各个波长选择性反馈装置所选的波长。然而，如果特定的系统需要这样一种构造，显然一对或多对激光器可以产生相同的光波长。
波长选择性反馈装置是选择一个特定波长或波段的光并将其返回射向激光器光纤中的装置。选择装置可以是反射或透射特定波长或波段的装置。实现这一功能的装置包括光栅、环路反射镜、带通滤光器、标准具滤光器、干涉仪滤光器、介质或金属反射镜及其这些装置的组合。反射镜可以是平面的或曲面的。
新颖光学回路的一个特别有用的特征在于电路元件的模块设计。在本文中，模块是指，除了可以分别仅有一个输出或输入端的源和检测器模块外，光学装置(模块)具有至少一个接收光的输入端口和至少一个发射光的输出端口。不同模块的的发射和接收端口是兼容的，其中任何一个模块的输入端口配备有光学连接器或耦合器，它能够有效地接收来自其它任何模块的输出端口的光。在电信技术领域中可以提供许多种光学连接器和耦合器的有效设计。
新颖光学回路的再一个方面包括一个与光纤激光器光学耦合的外部调制器，将信息编码为激光光束。通过在外部调制器之前或之后将光学放大器耦合的电路中可以构成包含外部调制器的光学回路的不同实施例。光学放大器是这样设计的，也可以与把功率提供给各光纤激光器的同一抽运激光器相耦合，从而把抽运光提供给各放大器。
抽运激光器是采用激光器或放大器的光学回路中的一个价格昂贵元件。把光从一个共用抽运激光器分散到几个光学纤维激光器或几个光学放大器的电路设计能够最有效地利用抽运激光，因此显著地降低电路成本。
此外，模块式光学元件设计的概念极大地增强了光学回路的灵活性。例如，抽运激光器、光纤激光器、1×N耦合器、调制器或放大器可以各自制成模块，以提供最大的灵活性。作为另一种方面，诸如光纤激光器、波长选择性反馈装置和放大器的一组元件可以制成一个模块，与提供特定电路功能的另一模块，如外部调制器相对接。下面将描述其它不同模块设计的进一步的例子。
石英基的光学波导光纤有一个低衰减的窗口并能够使之在约1520nm至1575nm波长范围上具有一个低色散的重合窗口。这一工作窗口与掺铒光纤激光器和放大器的工作窗口相一致，因此与这里揭示的新颖光学回路的较佳工作窗口相一致。
光的选择性反馈装置能够区分间隔约0.1nm的波长。
本发明的再一个方面是多个光纤激光器的应用，它具有一个共用抽运源以及外部调制器，以形成波分复用系统中使用的发射机。工作窗口的宽度和波长选择性反馈装置的能力给在单个波导光纤上多路传输大量的信号提供了机会。
附图简述
图1是多个光纤激光器的示意图，具有一个共用抽运泵和与各个激光器输出相连接的不同模块单元。
图2和3是图1所示光纤激光器中各个激光器的详细示意图。
图4是环路光纤激光器构造的示意图。
图5是其中一个反射元件是非线性环路反射镜的光纤激光器的示意图。
图6是8字形光纤激光器的示意图。
本发明的详细描述图1示出多个激光器共享一个抽运源的一种多激光器光学回路。抽运激光器4通过1×N分束器被耦合到N个激光器，以标号1至N表示。N为一整数，它仅受可供使用的抽运功率和利用抽运光的激光器和放大器的功率要求限制。每个激光器包括一个激活光学纤维10，一端有一个反射器8，另一端有一个将特定的光波长反馈到激活光纤的波长选择性反射器或滤光器12。在不同的激光器中，可以改变波长选择性反射器12，对由多个可能电子跃迁产生的多个波长中的一个不同波长产生反馈，电子跃迁是由对波导光纤的掺杂导致的。激光器光纤中的活性物质可以是铒，选择它是因为铒提供的跃迁在1520nm至1575nm波长范围上发光。这一波长范围与石英基的波导光纤的低衰减窗口相一致。因此，已经将图1的回路构造为在这一较佳波长窗口中使用的波分复用(WDM)光源。
将抽运光从插入点11处耦合到各个激光器中。抽运光的插入点是不重要的，只要该点位于反射器8与波长选择性反射器12之间。典型的反射器8具有接近100％的效率。波长选择性反射器12是部分透射的，提供一个激光光束的出口。本领域的专业技术人员将会明白，两个反射器中的任一个也可以是波长选择性的。即，百分比反射率不依赖于波长选择性特性。外部调制器14的作用是把激光光束变换为载有信息的光信号。在外部调制器14之前或之后可以将光学放大器24插入光学回路中。光学放大器能够通过与图1顶部第二激光器相关的光学波导26有利地接收来自共用抽运泵4的抽运能量。图1所示回路中的其它光学放大器的抽运波导未示出。
图2示出图1所示光学回路的一个分支的一个模块实施例。该分支包含如模块22所示的一个光学激光器。模块具有一个接收抽运源4和分束器6的抽运光的输入端口和一个与外部调制器14相耦合的输出端口。光学放大器模块24与调制器14的输出相耦合。通过形成五条光学连接可以将图2所示的分支光学回路组装起来，连接器和耦合器设计上的进展已经使这项任务得到简化。
通过减少模块中的元件数目能够在灵活性上获得好处。例如，能够将激光器模块22分为两个模块，一个包括抽运泵、分束器、活性光纤和反射器8，另一个包括选择性波长反射器。因此，通过连接一个不同的波长选择性反射器能够改变激光器的波长。可以这样对分束器进行模块化，即通过将一个具有不同N值的分束器插入在抽运泵模块与N个激光器模块之间能够改变共享一个抽运泵的激光器的数目。WDM系统中模块部件的新颖概念包括为符合特定系统要求而定制大量的简单和复杂模块。
图3给出图1所示光学回路的单个激光器分支的另一个实施例。在这种情况中，在外部调制器14的两端上两个放大器模块24共享这个共用抽运泵4。这个实施例的一种有用的模块设计是第一模块包括抽运泵4和分束器6，第二模块22包括激光器，第三模块包括两个光学放大器和外部调制器。
激光器本身的设计包括许多不同方案。图4示出一种环路激光器设计。在这种情况中，反馈是通过自身闭合的波导路径提供的。选用波长选择性吸收器26来吸收将产生的激光光束的预选波长以外的波长。可以在任意一点上将抽运泵4耦合到环路中。通过耦合器30的手段将激光光束从含有活性光纤10的环路中耦合到波导28中。耦合器30在环路中的位置一般是不重要的。
在图5所示的另一个激光器实施例中，位于光纤激光器端部的反射装置是一个非线性光学回路反射镜32。这里，抽运泵4也在任意一点上与光纤激光器相耦合。所选波长的光穿过部分反射的波长选择装置12进入输出波导18中。
图6示出采用非线性光学回路反射镜32的另一个实施例。回路反射器的端部通过吸收滤波器26与活性光纤10相耦合，由此形成一个8字形激光器腔体。在任意一点上将抽运泵4耦合到激光波导中。激光光束能够从任何一个方便的点上耦合到激光波导之外。
这里所描述的光学回路的元件模块化和连接器化设计提供了方便地将诸如光学开关或滤波器、光学衰减器的被动或主动光学元件和诸如专门配置的波导光纤的色散补偿装置增加到回路中的灵活性。
尽管已经公开和描述了本发明的一些特定实施例，然而，本发明仅仅受下面的权利要求书限制。
权利要求
1.一种在多个波长上提供激光光束的光学回路，其特征在于所述光学回路包括多个激活光纤激光器，每个所述激光器具有第一和第二端，所述第一端具有一个反射光学元件；给所述光纤激光器提供一个共用抽运源的一个抽运激光器；把来自所述共用抽运激光器的光耦合到每个所述激活光纤激光器中的1×N耦合器，这里N为整数；以及根据激活光纤激光器的特性，将一个波长选择性反馈到光纤激光器的装置，与各个光纤激光器的第二端相光学耦合。
2.如权利要求1所述的光学回路，其特征在于对于多个光纤激光器中的每一个激光器，所述的选择性反馈波长是不同的。
3.如权利要求1所述的光学回路，其特征在于所述的波长选择性反馈装置选自光栅、回路反射镜、标准具滤光器、干涉仪滤光器、介质或金属反射镜及其组合。
4.如权利要求3所述的光学回路，其特征在于所述的波长选择性反馈装置是一个可以与光纤激光器的第二端光学连接和断开连接的模块单元。
5.如权利要求1所述的光学回路，其特征在于进一步包括与至少一个光纤激光器光学耦合的外部调制装置，用于调制该光纤激光器的光输出。
6.如权利要求5所述的光学回路，其特征在于进一步包括至少一个光学放大器，通过光学耦合接收来自外部调制装置的信号光和来自所述共用抽运激光器的抽运光。
7.如权利要求5所述的光学回路，其特征在于进一步包括至少一个光学耦合在一个光纤激光器与相应外部调制装置之间的光学放大器，对激光光束进行放大并发射到外部调制器，以及通过光学耦合接收来自共用抽运激光器的抽运光。
8.如权利要求6所述的光学回路，其特征在于进一步包括至少一个光学耦合在一个光纤激光器与相应外部调制装置之间的光学放大器，对激光光束进行放大并发射到外部调制器，以及通过光学耦合接收来自共用抽运激光器的抽运光。
9.如权利要求8所述的光学回路，其特征在于多个光纤激光器、1×N耦合器、波长选择性反馈装置、外部调制装置和光学放大器中的任何一个为模块。
10.如权利要求1所述的光学回路，其特征在于不同的选择性反馈波长在约1520nm至1575nm的范围内并且相互间隔一个预选量。
11.如权利要求10所述的光学回路，其特征在于所述的波长间隔预选量不小于0.1nm。
12.一种波分复用光学系统，其特征在于所述系统包括如权利要求1的光学回路，用于从多个波导光纤激光器提供多个波长上的激光；以及与每个光纤激光器的相应激光器光学耦合的多个外部调制装置，对从中射出的光进行调制。
13.如权利要求12所述的波分复用光学系统，其特征在于进一步包括至少一个光学放大器，通过光学耦合接收来自光纤激光器的输出光和来自所述共用抽运激光器的抽运光。
14.如权利要求12所述的波分复用光学系统，其特征在于进一步包括至少一个光学放大器，通过光学耦合接收来自所述外部调制装置的光纤激光和来自所述共用抽运激光器的抽运光。
15.如权利要求12所述的波分复用光学系统，其特征在于对于预选个数的光纤激光器和外部调制装置组合，进一步包括通过光学耦合接收来自外部调制装置的信号光和来自所述共用抽运激光器的抽运光的各个光学放大器，以及光学耦合在各个光纤激光器与外部调制装置之间和通过光学耦合接收来自所述共用抽运激光器的抽运光的各个光学放大器。
16.如权利要求15所述的波分复用光学系统，其特征在于多个光纤激光器、1×N耦合器、波长选择性反射装置、外部调制装置和光学放大器中的任何一个为模块。
17.如权利要求14或15所述的波分复用光学系统，其特征在于进一步包括一个或多个模块单元，通过光学耦合从所述光纤激光器中至少一个激光器发射光，所述模块选自光学波导色散补偿器、光学滤波器、光学衰减器和光学开关。
18.如权利要求12所述的波分复用光学系统，其特征在于光纤激光器的输出波长在约1520nm至1575nm的范围内并且相互间隔不小于0.1nm。
全文摘要
共享一个共用抽运源的多个光纤激光器或放大器。通过1×N耦合器选择激光功率的路线把抽运光提供给所需组合的光纤激光器或放大器,有可能改善波导纤维电信系统的成本和效率。已经使设计适合于采用模块,例如具有一个接收抽运光端口和一个接收波长选择模块端口的激光器模块。
文档编号H01S3/23GK1244960SQ98802071
公开日2000年2月16日 申请日期1998年1月26日 优先权日1997年1月31日
发明者V·L·达席尔瓦, M·亚德洛斯基 申请人:康宁股份有限公司