专利名称：带有双光栅的光纤放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤通讯领域，特别是涉及一种直接放大通讯光信号的光纤放大器。
随着光纤通讯技术的不断发展，光纤通讯日益普及。光纤到户已成为大势所趋。在光的长距离传输干线、光纤网网络节点及其它一些场合，往往需要对传输中的光通讯信号进行补偿、放大。先前的技术是先将光信号变成电信号并对电信号进行处理、放大后，再转换成光信号进行传输分配。这不仅带来许多不便，而且影响了光通讯的速度，减少了光通讯的容量，难以充分发挥光纤通讯的优点。光纤放大器的出现，才使这些问题得以解决。
在现有技术中有多种成品光纤放大器。但我们却没有发现在掺杂光纤上刻有双光栅的光纤放大器。现有的光纤放大器存在着如下问题1、放大器的增益谱不够平坦，3dB的增益谱宽的典型值仅为5nm;
2、虽然可以把自发辐射噪声抑制到7dB左右，但所用的技术、结构复杂，成本高且指标尚不十分理想;
3、泵浦光的利用效率低，没有得到利用的0.98μm泵浦光功率的典型值高达输入光功率的20%。
因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的光纤放大器的不足，提供一种利用双光栅改善增益谱宽、抑制自发辐射噪声、并提高泵浦光利用效率的光纤放大器。
为此，本发明的带有双光栅的光纤放大器包括依次串接的驱动电源、半导体泵浦激光器、合波式光纤波分复用耦合器、掺杂光纤、分波式光纤耦合器、以及信号光纤。其改进在于a、在掺杂光纤的中间部分刻制出抑制自发辐射的第一光栅;
b、在掺杂光纤的后段靠近掺杂光纤输出端口的位置，刻制反射泵浦波长的第二光栅。
按本发明的优选实施例
a、该掺杂光纤为掺Er3+的截止波长为0.97μm的光纤;第一光栅的中心波长为1528nm，半宽为1nm，中心点反射比为60%，第二光栅的中心波长为980nm，半宽为1nm，中心点反射率为90%;
b、第一光栅和/或第二光栅是通过磨去光纤包层、涂以感光胶，并用双光束干汗涉法形成干涉条纹、再经曝光刻制成的;
c、第一光栅和/或第二光栅是通过两束紫外激光照掺锗的光纤芯子产生干涉而形成的;
d、第一光栅和/或第二光栅是利用模板光栅做为掩模并用一束紫外光照射形成的。
下面参照附图详细描述本发明的带有双光栅的光纤放大器的优选实施例。
图1是本发明的光纤放大器的结构示意图，它是本发明的唯一附图。
如图1所示，该光纤放大器包括驱动电源1，用于控制半导体泵浦激光器2的出光功率及温度，可自行设计，也可与泵浦激光器2一起从市场上购到。
泵浦激光器2可采用成品泵浦源激光器。一般内装温控、功控电源、及制冷器、热敏电阻，有的还自带光反馈检测部件。这些部件整体式封装在一个金属外壳里。在外壳上有电极输出，以便和驱动电源的光电探测电路、温度测量电路及功率控制电路连接。尾纤则在出厂前已通过一定的耦合工艺及封装工艺安装在半导体激光器上。
按本发明，需要控制半导体激光器2处于某一特定温度，使其能发射出稳定的特定波长，并且使该波长的激光恰好能被掺杂光纤吸收，从而获得最佳的泵浦效率。针对不同的掺杂成分，必然有不同的最佳波长值。例如对掺铒(Er3+)的光纤而言，这个波长为0.980nm。经过尾纤输出的光功率应大于50mw。
图1中的标号3表示传输通讯信号的单模光纤。该单模光纤3的芯径(直径)例如为9μm，外包层例如为125μm(直径)。在光纤3上传输的通讯信号S例如是波长为1.553μm的光信号。
波长分别为0.980μm有1.553μm的泵浦和通讯信号S分别由两个输入端口进入合波式光纤波分复用耦合器4，其插入损耗典型值为2dB。合波耦合后的光信号在其输出端口上输出。将输出端口上的出光比做成900∶1。其中的出光功率较大的端口接掺杂光纤5以便进行放大;另一端口可以接检测仪器或做成自由端。为防止端面反射可将其端面磨成与纤芯呈11°的夹角。本发明所用的耦合器4可以在市场上买到或定制。
本发明采用的掺杂光纤5例如可以是芯径为6μm、包层直径为125μm、长度48m、截止波长为0.97μm的掺Er3+光纤。掺Er3+的浓度为100PPM。这种光纤在市场上有售。
在掺杂光纤5的中间位置，例如距光纤5的输入端口20m处并距光纤5输出端口为28m处刻制一个抑制自发辐射放大的光栅8。光栅8起带阻滤波器作用，其中心波长为1.528nm，带宽为1nm，中心点反射比为60%。该光栅具有使增益谱平坦及增宽的作用，它在信号波长损耗的典型值为0.2dB。
光栅8将掺杂光纤5分为两个光纤部分18和19。在光纤部分19靠近输出端口的位置，还刻制出另一个反射泵浦波长的光栅9。例如，在距输出端口20cm处刻制光栅9。光栅9起带通滤波器的作用，其中心波长为980nm，半宽为1nm，中心点反射率为90%。由于有了光栅9，使得尚未得到利用的泵浦光再次通过掺杂光纤，提高了复用效率。因此，可以在相同泵浦功率及相同放大增益条件下，缩短所需掺杂光纤的长度。
可以有多种公知的方法在掺杂光纤5上制作光栅8和9。例如，一种方法是磨去光纤包层后涂以感光胶，并用双光束干涉法形成干涉条纹，再进行一定时间(例如20秒)的曝光，然后加上保护层。上述工艺分别是用于制做波分复用器、光纤定向耦合器及全息照相的成熟工艺。
另一种在光纤上制做光栅的方法，是利用两束紫外激光(波长224nm)照射去掉外套的掺锗的光纤芯子，使两束紫外激光在光纤所在的空间形成干涉。干涉强度的变化使光纤芯子折射率相应变化。控制光纤的位置及干涉图样，就可以在光纤芯上形成需要的光栅。
还有一种办法，是利用一个模板光栅做为一个掩模，用一束强紫外激光直接照射，从而在光纤芯上形成一个复制的光栅。
图1中的标号6表示一个分波式光纤波分复用耦合器，它接收来自掺杂光纤5的经过放大的光信号，其两个输出端口分别输出经过放大了的波长为1.553μm的光及未被利用的波长为0.98μm的光。该通讯信号可由输出信号光纤7引出。另一个输出端口17可用作对泵源波长的光利用率等的监测。
可用单模光纤熔接仪将合波式波分耦合器4与信号光纤3以及泵源2的尾纤熔接起来(也可以用单模光纤活动连接器将耦合器4与信号光纤3连接起来)，并且用这种熔接仪将单模掺杂光纤5与耦合器4熔接起来。波分复用耦合器6与掺杂光纤5也进行同样的熔接。上述所有的熔接点(图1中分别用标号11、12、13、14表示)的光损耗均应控制在0.1dB以下，越小越好。并且要在熔接后进行加热处理，以提高耦合效率，进一步减少损耗。加热温度为140℃，时间为20分钟。耦合器输出端的未接光纤的端面(15，16)，宜磨成11°左右的角度(指端面与光纤轴心的夹角)，以免在该表面形成不利于泵源及信号源的光的全内反射。这个输出端口可用于对泵源及信号源的光功率或波长的监测。
和现有的光纤放大器相比，本发明的带有双光栅的光纤放大器具有如下优点1、利用光栅改善了放大器的增益谱宽，使之更加平坦现有的放大器的3dB增益谱宽的典型值为5nm;
本发明的放大器的3dB增益谱宽增加到35nm以上，据我们所知，这是目前世界上的最高水平。
2、利用光栅抑制了自发辐射噪声，例如可使1528nm处的自发辐射噪声自12dB降到5dB以下。
3、利用光栅提高了泵浦光的利用效率现有技术的放大器通过耦合器6的自由端17出射的没有得到利用的0.980μm泵浦光功率的典型值为总输入光功率的20%;
而本发明的放大器的没有利用的0.980μm泵浦光功率降至0.1%以下。尽管得到充分利用的这些光功率并非全都转化为1.553μm波长的光，但却使1.553μm波长的增益提高了5dB。
权利要求
1.一种带有双光栅的光纤放大器，包括依次串接的驱动电源(1)、半导体泵浦激光器(2)、合波式光纤波分复用耦合器(4)、掺杂光纤(5)、分波式光纤波分复用耦合器(6)、以及输出信号光纤(7)，该光放大器还包括传输通讯信号的单模光纤(3)，所说单模光纤(3)上的通讯信号S输入到所说合波式光纤波分耦合器(4)的一个输入端口，其改进在于所说掺杂光纤(5)包括a、在掺杂光纤(5)的中间部分刻制出抑制自发辐射的第一光栅(8)；b、在掺杂光纤(5)的后段靠近所说光纤输出端口的位置刻制反射泵浦波长的第二光栅(9)。
2.按照权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于所说掺杂光纤(5)为掺Er3+的截心波长为0.97μm的光纤;其中所说第一光栅的中心波长为1.528nm，带宽为1nm，中心点反射比为60%;其中所说第二光栅的中心波长为980nm，带宽为1nm，中心点反射率为90%。
3.按照权利要求1或2所述的光纤放大器，其中所说的第一和/或第二光栅是通过磨去光纤包层、涂以感光胶、利用双光束干涉法形成干涉条纹、再经过曝光刻制成的。
4.按照权利要求1或2所术的光纤放大器，其特征在于其中所说的第一和/或第二光栅是通过两束紫外激光照射掺锗的光纤芯子产生干涉形成。
5.按照权利要求1或2所述的光纤放大器，其特征在于其中所说的第一和/或第二光栅是利用模板光栅做为掩模并用一束紫外光照射形成的。
全文摘要
一种带有双光栅的光纤放大器，属于光纤通讯领域。该光纤放大器包括依次串接的驱动电源，半导体泵浦激光器、合波式光纤波分复用耦合器、掺杂光纤、分波式光纤波分复用耦合器以及输出信号光纤；通讯信号自单模光纤输入到合波式光纤波分复用耦合器的一个输入端口；其改进在于在掺杂光纤的中间部分刻制一个抑制自发辐射的第一光栅，并且在其后段刻制出另一个反射泵浦波长的第二光栅。其优点是改善了增益谱宽、有效地抑制了自发辐射噪声、并提高了泵浦光的利用效率。
文档编号H04B10/02GK1102736SQ9311403
公开日1995年5月17日 申请日期1993年11月11日 优先权日1993年11月11日
发明者马君显, 杨淑雯, 刘弘度 申请人:深圳大学新技术研究中心