CN103392276A - 用于光放大器的可调泵浦光源 - Google Patents

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Abstract

用作光放大器(例如拉曼放大器或活掺饵光纤放大器)中的泵浦激光器的可调外腔激光器,其包括可操作来提供光放大的半导体增益设备(12)、用于选择激光器的操作波长的衍射光栅(18)和用于改变选定的波长的MEMS致动器。多个增益设备可耦合在一起以提高光放大器的带宽或增益。

Description

用于光放大器的可调泵浦光源
技术领域
本发明涉及用在光放大器中的泵浦光源,更具体地但不排他地涉及用在掺珥光纤放大器或拉曼放大中的可调泵浦光源。
背景技术
光传输系统需要放大来补偿或克服光损耗,例如出现在光纤中的传输损耗、连接器损耗或部件损耗。
其中一种放大方法涉及直接放大光信号,即不将电信号施加到放大器。
光传输系统需要放大来克服光损耗,例如光纤损耗、连接器损耗或部件损耗。对放大存在几个选择,包括掺珥光纤放大器(EDFA)、半导体光放大器和拉曼放大。本公开提供对于拉曼放大具有显著益处的泵浦激光源。由于只需要一种变化便可以满足如在今天的放大器设计中使用的几个不同的泵浦激光器的需要,因此部件简化了制造。对于拉曼放大器系统,本公开提高了系统集成并可提供改进的系统性能。对于EDFA,本公开可用于根据最终应用来优化性能。
拉曼放大器系统需要具有限定的操作波长的至少一个泵浦光源来实现放大,且通常需要具有不同波长的多于一个泵浦光源来实现增益波长的较宽范围的增益。
已知提供多个泵浦光源,其中每个光源“被锁定”到预定波长光纤布拉格光栅(Fibre Bragg Grating)。
本发明的目的是提供用在光泵浦的光放大器中的可调泵浦光源。
发明内容
本公开试图克服或至少减轻现有技术的问题。
根据本发明的一个方面,提供了用在光放大器中的可调光源。该可调光源包括增益设备、波长选择器和输出耦合器。增益设备可操作来提供光放大,并包括增益介质和第一反射表面。波长选择器配置成选择来自增益设备的光的一部分。输出耦合器将来自增益设备的光的选定部分的一部分定向到光传播器以用于耦合到光放大器,且将另一部分定向到波长选择器。增益设备、输出耦合器和波长选择器形成谐振器。输出耦合器可包括分束器。
可调光源可包括两个或多个光谐振器,每个光谐振器包括形成相应的谐振器的部分的增益设备,其中从每个谐振器输出的光通过组合器耦合在一起并被定向到光传播器中。
可选地,可调光源还包括用于改变来自增益设备的光的选定部分的波长的致动器。
可选地,致动器绕着垂直于光的传播方向的轴旋转波长选择器。
可选地,致动器旋转光重定向器,该光重定向器优选地为反射镜,所述光重定向器将来自增益设备的光定向到波长选择器上,其中光重定向器绕着垂直于光的传播方向的轴旋转。
可选地,致动器在结构上使波长选择器变形以改变选定的波长。
可选地,结构变形包括拉伸、压缩和/或弯曲波长选择器。优选地,可调光源还包括用于当光源用在光放大器中时防止反馈的隔离器。可选地,输出耦合器是分束器。可选地,输出耦合器是反射型衍射光栅。可选地,光重定向器将光定向到光传播器。
根据本发明的另一方面,提供了用在光放大器中的可调光源。该光源包括可操作来提供光放大的两个或多个增益设备,每个增益设备包括增益介质和第一反射表面。提供两个或多个可致动波长选择器,每个可致动波长选择器配置成选择来自增益设备之一的光的一部分。该光源还包括至少一个输出耦合器。每个输出耦合器、波长选择器和增益设备形成谐振器,其中输出耦合器将来自每个增益设备的光的一部分定向到光传播器以用于耦合到光放大器。
根据一个实施方式,提供了用在光放大器中的可调光源,该可调光源包括:增益设备,其可操作来提供光放大,增益设备包括增益介质以及第一端和第二端,第一端形成光谐振器的一端;透镜,其用于准直从增益设备的第二端发射的辐射并将辐射定向到充当输出耦合器的分束器,用于允许辐射的一部分逸出光谐振器和用于将其余部分保留在光谐振器内;反射型衍射光栅,其用于辐射的波长选择并形成光谐振器的第二端;以及致动器,其耦合到反射型衍射光栅并可操作来改变波长选择。
可选地,可调光源包括:第二增益设备,其可操作来提供光放大,该增益设备包括第二增益介质以及第一端和第二端,第一端形成第二光谐振器的一端;第二透镜,其用于准直从第二增益设备的第二端发射的辐射并将辐射定向到充当第二输出耦合器的第二分束器,用于允许辐射的一部分逸出第二光谐振器和用于将其余部分保留在第二光谐振器内;第二反射型衍射光栅,其用于辐射的波长选择并形成第二光谐振器的第二端;以及第二致动器,其耦合到第二反射型衍射光栅并可操作来改变第二光谐振器的波长选择。
可选地,可调光源包括用于组合来自第一和第二光谐振器的辐射的组合器。
可选地,透镜将光定向到光纤中。
可选地,可调光源还包括用于当光源用在光放大器中时防止反馈的隔离器。可选地,第一和第二分束器彼此偏移以防止将来自第一或第二光谐振器中的一个的辐射耦合到第一或第二光谐振器中的另一个中。
可选地,第一和第二分束器在不同的方向上反射辐射的保留部分,可选地在相反的方向上反射辐射的保留部分。可选地,第一和第二分束器在相同的方向反射辐射的保留部分。
可选地,所述或每个分束器将第一和第二光谐振器中的每个中的辐射的保留部分反射到光重定向器上,例如反射镜上,所述光重定向器将辐射定向到所述或每个反射型衍射光栅上,且其中所述或每个致动器耦合到所述或每个光重定向器。
可选地,第一分束器将辐射的相应的保留部分反射到第一光重定向器上,例如反射镜上,所述第一光重定向器将第一光谐振器中的辐射定向到第一反射型衍射光栅上,且其中第二分束器将辐射的相应的保留部分反射到第二光重定向器上,例如反射镜上,所述第二光重定向器将第二光谐振器中的辐射定向到第二反射型衍射光栅上,且其中第一和第二致动器分别耦合到第一或第二光重向器。
可选地,第一分束器将辐射的相应保留部分反射到第一光重定向器上,例如反射镜上,所述第一光重定向器将第一光谐振器中的辐射定向到反射型衍射光栅上,且其中第二分束器将辐射的相应保留部分反射到第二光重定向器上,例如反射镜上,所述第二光重定向器将第二光谐振器中的辐射定向到反射型衍射光栅上,使得反射型衍射光栅形成第一和第二光谐振器的部分,且其中第一和第二致动器分别耦合到第一或第二光重定器。
根据另一实施方式,提供了用在光放大器中的可调光源,该可调光源包括:增益设备,其可操作来提供光放大,增益设备包括增益介质以及第一端和第二端,第一端形成光谐振器的一端;透镜,其用于准直从增益设备的第二端发射的辐射并将辐射定向到用于辐射的波长选择并充当输出耦合器的反射型衍射光栅,允许辐射的一部分逸出光谐振器和用于将其余部分保留在光谐振器内;光重定向器,例如反射镜,其形成光谐振器的第二端;以及致动器,其耦合到光重定向器并可操作来改变波长选择。该可调光源包括:第二增益设备,其可操作来提供光放大;第二增益设备包括第二增益介质以及第一端和第二端,第一端形成第二光谐振器的一端;第二透镜,其用于准直从第二增益设备的第二端发射的辐射并将辐射定向到用于辐射的波长选择并充当第二输出耦合器的第二反射型衍射光栅,允许辐射的一部分逸出第二光谐振器和用于将其余部分保留在第二光谐振器内;第二光重定向器,例如反射镜,其形成第二光谐振器的第二端;以及第二致动器,其耦合到第二光重定向器并可操作来改变第二光谐振器的波长选择,其中反射型衍射光栅形成第一和第二光谐振器的部分。
可选地,可调光源包括用于组合来自第一和第二光谐振器的辐射的组合器。
可选地,致动器包括微机电系统(MEMS)。
可选地,两个或多个光谐振器提供不同波长的光,虽然在一些实施方式中,它们可提供同一波长的光。
根据一个实施方式,提供了包括如上文所述的可调光源的光放大器。
根据另一实施方式,提供了用于放大光信号的拉曼放大器系统,其包括利用上文所述的至少一个可调光源作为泵浦光源。
可选地,拉曼放大器系统包括两个或多个可调光源,其被组合以增加放大器系统的增益或光信号的放大。
可选地,拉曼放大器系统包括两个或多个可调光源,其被组合以增加带宽,光信号可在该带宽上可被放大。
根据另一实施方式,提供了用于放大光信号的掺饵光纤放大器系统,其包括利用如前面在本文所述的可调光源作为泵浦光源以用于激发光纤中的饵原子。
附图说明
现在将参考附图来描述示例性的实施方式,其中:
图1A示出可调光源的示意图;
图1B示出图1A所示的半导体增益设备的光谱输出强度与波长的关系曲线的示意图;
图1C示出在波长选择器的不同角位置处的图1A所示的光传输光纤内的光谱输出强度与波长的关系曲线的示意图;
图2A示出另一可调光源的示意图;
图2B示出图2A的每个半导体增益设备的光谱输出强度与波长的关系曲线的示意图;
图2C示出图2A所示的光传输光纤内的光谱输入强度与波长的关系曲线的示意图;
图3A示出另一可调光源的示意图;
图3B示出图3A的每个半导体增益设备的光谱输出强度与波长的关系曲线的示意图;
图3C示出图3A所示的光传输光纤内的光谱输入强度与波长的关系曲线的示意图;
图4A示出另一可调光源的示意图;
图4B示出图4A的每个半导体增益设备的光谱输出强度与波长的关系曲线的示意图;
图4C示出图4A所示的光传输光纤内的光谱输入强度与波长的关系曲线的示意图;
图5A示出另一可调光源的示意图;
图5B示出图5A的每个半导体增益设备的光谱输出强度与波长的关系曲线的示意图;
图5C示出图5A所示的光传输光纤内的光谱输入强度与波长的关系曲线的示意图;
图6A示出另一可调光源的示意图;
图6B示出图6A的每个半导体增益设备的光谱输出强度与波长的关系曲线的示意图;
图6C示出图6A所示的光传输光纤内的光谱输入强度与波长的关系曲线的示意图;
图7示出另一可调光源;
图8是包括图1A到7中的任一个的可调光源的光放大器的示意图;以及
图9是包括具有四个不同的峰值波长的四个可调光源的图8的光放大器的增益光谱的示意图。
具体实施方式
以下公开了本发明的特定实施方式的详细描述。将理解,所公开的实施方式仅仅是本公开的某些方面可被实现的方式的例子,而不代表本公开可被体现的所有方式的详尽列表。实际上,将理解,本文所述的可调光源可体现在各种不同的和可选的形式中。附图不一定是按比例的,且一些特征可被放大或最小化以示出特定实施方式的细节。公知的部件、材料或方法不一定被很详细地描述,以便避免使本公开难理解。本文公开的任何特定的结构和功能细节不应被解释为限制性的,而仅仅作为权利要求的基础和作为用于教导本领域中的技术人员不同地使用本公开的代表性基础。
参考图1A,示出了包括被称为“光腔”的光谐振腔的可调光源10的示意图。
光源10包括半导体增益设备12,其可选地为直接跃迁半导体,例如但不限于砷化镓、铝砷化镓、磷化镓、铟磷化镓、氮化镓、铟砷化镓、铟砷氮化镓、磷化铟、磷铟化镓、铟砷铟镓。
材料的选择取决于期望操作的波长。在一些实施方式中,例如预期泵浦掺饵光纤的实施方式中,期望的波长将在大约700nm到大约1500nm、更优选地在大约970nm到大约1000nm(例如980nm)、或优选地在大约1460nm到1500nm(例如1480nm)的近红外光谱区中。在可选的实施方式中,例如在泵浦必须用于波长拉曼放大,期望的波长将在短波长红外光谱区1-4μm中,更优选地在1400nm到1500nm的范围内,更优选地,泵浦波长为大约1455nm,以便优化在大约1530-1565nm范围的C波段内的放大;这是因为在基于二氧化硅的光纤中,对大约10到15THZ例如13.2THZ的频率偏移(相当于大约100nm波长偏移)得到最大增益。
可以设想,增益设备12将从具有p-n结的二极管形成,该二极管响应于电流的刺激而发射光。增益设备12设置有用于向其供应电流的电触头。增益设备12的第一端面11布置成高度反射的表面,优选地,这可通过割开构成增益设备12的材料来实现,以形成平滑表面;在可选的实施方式中,反射涂层可被涂敷。
辐射以发散光束从第二端面13发射。这个辐射发散光束由透镜14准直。经准直的辐射接着被定向到分束器16上;入射辐射光束的第一部分穿过分束器16,并被分束器16传输。入射辐射光束的第二部分在大体上垂直于入射辐射光束的方向上被反射。辐射使用充当输出耦合器的分束器16被“分接出”;输出功率效率和/或激光阈值水平由在分束器16处的传输/反射比确定。
反射部分被定向到波长选择器18上。在一个实施方式中,波长选择器是反射型衍射光栅。可选地,衍射光栅被“闪耀”以提高效率;这也可提高谐振器的波长选择性。波长选择器18安装在可移动平台上。平台可旋转,以便调节辐射入射在光栅上的角度。可以设想,波长选择器18将安装在致动器例如MEMS微致动器上;其中所述微致动器可耦合到控制系统。
波长选择器18沿着与入射光束相同的路径(即,与入射辐射光束反平行)将入射辐射光束的至少一部分衍射回。波长选择器18只衍射入射在它上面的辐射光谱的窄带宽。
被衍射的辐射光束的波长是可以通过旋转波长选择器18调节的,以便改变辐射入射在波长选择器18上的角度。
波长选择器18和分束器16与反射表面11一起形成谐振器,因而形成外腔二极管激光器。
可选的光延迟设备可位于准直透镜14和分束器16之间或波长选择器18和分束器16之间。
辐射光束的通过分束器16传输的部分由透镜20聚焦在光传输光纤的端部上,优选地,透镜20布置成收集通过分束器16传输的辐射光束,并将辐射光束聚焦在光传输光纤的接受光锥内。光传输光纤可用于传播辐射光束的通过分束器16传输的部分。
图1B示出包括增益介质的增益设备12的输出光谱。可看到,当与由增益设备12的反射表面11、波长选择器18和分束器16形成的谐振器的输出光谱比较时(如在图1C中所示的),增益设备具有宽带宽。
图1C针对波长选择器18的方位的四个不同的角θ1、θ2、θ3、θ4示出谐振器的光谱;光谱的峰值强度出现在四个不同的波长处。
入射在波长选择器18上的辐射由波长选择器18衍射。辐射被分散,也就是说,其波长被分开。辐射被衍射的角度取决于其波长。这个衍射允许谐振器的波长被选择或调节。为了系统的最佳性能,可“调整”谐振器的波长。在使用衍射光栅作为波长选择器18的实施方式中,辐射被衍射的角度也取决于光栅间距——光栅的狭缝或凹槽之间的间隔。波长选择因此可通过改变光栅间距来实现。这可通过光束的结构变形例如拉伸或压缩光栅来实现,相同的效应可通过相对于入射辐射凸地或凹地弯曲光栅来实现。可以设想,微致动器或MEMS可用来实现波长选择器18的结构变形。
以这种方式,只有波长的选定窄带被定向回到增益设备12中,使得谐振器产生按照波长选择器相对于反射光束布置的角度而选择的辐射的窄带宽。在可选的实施方式中,波长选择器18可使用光栅的变形来改变被定向回到增益设备12中的波长的窄带。
图2A到7示出可选的可调光源。在第二和随后所示的例子中,相似的数字在可能的场合用于表示相似的部件,虽然添加有前缀“100”或“200”等以指示这些特征属于第二或随后的例子。可选的实施方式与第一实施方式共享很多公共特征,因此只有与图1A所示的实施方式的差异将被更详细地描述。
图2A示出包括一对增益设备112A、112B的可调光源;来自每个增益设备112A、128B的输出辐射由相应的准直透镜114A、114B准直。
来自第一透镜114A的准直光束被定向到第一分束器116A,而来自第二透镜114B的准直光束被定向到第二分束器116B。
分束器116A、116B布置成在相反的方向上反射相应的入射光束。在可选实施方式中,将认识到,光束可在不同的方向上被反射。
当来自分束器116B的光束的反射部分被定向到第二波长选择器118B上时,来自分束器116A的光束的反射部分被定向到第一波长选择器118A上。
每个波长选择器118A、118B安装在致动器上以允许每个波长选择器118A、118B相对于彼此独立旋转;这允许每个谐振器的衍射波长被单独地选择。
增益设备112A的反射表面111A、分束器116A的反射表面和波长选择器118A的反射表面形成第一谐振器。
增益设备112B的反射表面111B、分束器116B的反射表面和波长选择器118B的反射表面形成第二谐振器。
每个谐振器的输出由光束组合器124组合在一起。光束组合器124优选地是偏振光束组合器。在可选的实施方式中,光束组合器124可利用空间或波长组合。
来自光束组合器124的组合辐射然后穿过隔离器126,这防止或减小辐射的反馈,并隔离泵浦光源和与泵浦光源耦合的光放大器系统。
聚焦透镜120使辐射重新定向,使得它可被捕获在光传输光纤122中。
在未示出的可选实施方式中,第一分束器116A和第二分束器116B彼此偏移;它们布置在离相应的准直透镜114A、114B的不同距离处。这防止两个谐振器之间的交叉耦合,来自第一谐振器的第一波长选择器118A的衍射辐射的通过第一分束器116A传输的任何部分不能通过第二分束器116B耦合到第二谐振器中;偏移还防止从第二波长选择器衍射的辐射通过第一分束器116A交叉耦合到第一谐振器中。
在又一实施方式中,通过将滤波器放置在第一分束器116A和第二分束器116B之间可防止交叉耦合。
图2B示出每个增益设备112A、112B的输出光谱,每个增益设备的输出光谱可以不相同;每个增益设备的输出光谱具有高达大约10nm的宽带宽。
图2C示出输入到光传输光纤122中的光谱。光谱包括由每个谐振器提供的在不同的波长处的两个不同的峰值,每个峰值具有窄带宽,其中每个峰值的峰值波长可被调节。
可以设想,从每个谐振器输出的光谱可被单独地调整,使得来自每个谐振器的峰值波长在大体上相同的波长处重合,从而增加输入到光传输光纤中的在给定波长处的辐射的强度。
图3A示出用于将两个谐振器耦合在一起的可选的配置。在该实施方式中,分束器216A、216B布置成使反射光束在相同方向上重定向,作为一对平行光束。与分束器216A离准直透镜214B的距离相比,分束器216B布置在离准直透镜214B的更大距离处。
图3B示出每个增益设备212A、212B的输出光谱,每个增益设备的输出光谱可以不相同;每个增益设备的输出光谱具有高达大约10nm的宽带宽。
图3C示出输入到光传输光纤222中的光谱。光谱包括在不同的波长处的两个不同的峰值,每个峰值具有窄带宽,其中每个峰值的峰值波长可被调节。
图4A示出可调光源,其中从分束器316反射的辐射光束被定向到反射镜328上。反射镜328安装在可移动底盘上,使得反射镜328可绕着垂直于辐射的传播方向的轴旋转。可以再次设想,微致动器或MEMS可用于实现反射镜328的旋转。
这个布置的优点是较简单的可制造性和较低的成本。要在一个组件中组合如图1A、2A和3A所示的由波长选择器18提供的波长选择性和由微致动器或MEMS提供的可调谐性的特征需要较窄的制造公差,这增加了部件规范要求和成本。
使用单独的扫描MEMS反射镜和体光栅的另一优点是它们制造起来相对简单。
反射镜328将辐射定向到波长选择器318。波长选择器318安装在固定方位上。
波长选择器318再次被设想为反射型衍射光栅,其布置成使得衍射的辐射与入射辐射反平行,即沿着它来自的方向被反射回。
图4B示出包括增益介质的增益设备312的输出光谱。可看到,当与从增益设备312的反射表面311、波长选择器318和分束器316以及反射镜328形成的谐振器的输出光谱比较时(如图4C所示的),增益设备312具有宽带宽。
图4C针对反射镜328的方位的四个不同的角θ1、θ2、θ3、θ4示出谐振器的光谱;光谱的峰值强度出现在四个不同的波长处。
图5A示出可调光源,其中单一的波长选择器418形成一对谐振器中的每个谐振器的一部分。
第一增益设备412A产生由透镜414A准直并被定向到第一分束器416A的辐射,使得入射在第一分束器416A上的准直光束的一部分被传输,而准直光束的第二部分被反射。反射部分被定向到第一反射镜428A上。传输部分被定向到光束组合器424上。
第一反射镜428A将反射光束定向到波长选择器的一部分上。
第二增益设备412B产生由第二透镜414B准直的辐射。第二准直光束被定向到第二分束器416B上,且准直光束的一部分再次被传输且第二部分被反射。反射部分被定向到第二反射镜428B上。传输部分被定向到光束组合器424上。
第二反射镜428B将第二反射光束定向到波长选择器418上。
波长选择器418与入射光束反平行地将入射在它上的每个光束的选定波长衍射回到相应的第一或第二反射镜428A、428B,其又经由相应的第一或第二分束器416A、416B将选定的波长定向回到相应的第一或第二增益设备412A、412B。
第一和第二反射镜428A、428B是单独地可控制的,使得它们可以绕着垂直于辐射光束的轴旋转,以便选择反射回到相应的增益设备412A、412B中的波长。
使用单独的扫描MEMS反射镜和体光栅的优点是减小的成本和较大的简单性,当使用多个激光源的多个谐振器时,单独的扫描MEMS反射镜和体光栅使实现现有的部件相对简单。多个MEMS反射镜部件可用于使用公共体光学定义的光栅(一般最昂贵的部件)来调整单独的光束。
图5B示出每个增益设备412A、412B的输出光谱。每个增益设备的输出光谱可以不相同;每个增益设备的输出光谱具有高达大约10nm的宽带宽。
图5C示出输入到光传输光纤422中的光谱。光谱包括在不同的波长处的两个不同的峰值,每个峰值具有窄带宽,每个峰值的峰值波长可通过反射镜428A、428B的旋转来调节。
图6A示出可调光源,其中透镜514使来自增益设备512的辐射准直并将准直光束定向到固定反射型衍射光栅518上。第一阶衍射光束由反射镜528反射回到衍射光栅518上。通过旋转反射镜528可调整波长。由于波长选择性较强,这个配置可展示比前面描述的布置更小的带宽;波长相关的衍射每来回行程出现两次而不是一次。输出功率可能较低,因为来自由反射镜528反射的光束的光栅518的零阶衍射不保留在谐振器中。谐振器由反射镜528的反射表面、光栅518和增益设备512的后反射表面511形成。光栅518将零阶辐射光束反射到透镜520上。透镜520聚焦它收集的辐射,使得它可被捕获在光传输光纤522中。光栅518在这个布置中充当输出耦合器,除去了对分束器的需求。
图6B示出包括增益介质的增益设备512的输出光谱。可看到,当与由反射镜528的反射表面、光栅518和增益设备512的后反射表面511形成的谐振器的输出光谱比较时(如图6C所示的),增益设备具有宽带宽。
图6C针对波长选择器518的方位的四个不同的角θ1、θ2、θ3、θ4示出谐振器的光谱;光谱的峰值强度出现在四个不同的波长处。
图7示出可调光源,其中一对增益设备612A、612B产生分别由第一和第二透镜614A、614B准直的辐射。每个准直光束被定向到单波长选择器618。优选地,波长选择器618是反射型衍射光栅。每个准直光束的第一阶衍射光束被定向到相应的反射镜628A、628B上;每个反射镜628A、628B将衍射光束的选定带宽反射回到波长选择器618。波长选择器618经由相应的透镜614A、614B将每个反射光束衍射回到相应的增益设备612A、612B中。来自每个增益设备612A、612B的零阶衍射光束被定向到光束组合器624中。
每个谐振器的输出在光束组合器624中被组合在一起。光束组合器624优选地是偏振光束组合器。
来自光束组合器124的组合辐射然后穿过隔离器626,这防止或减小辐射的反馈,并隔离泵浦光源和与泵浦光源耦合的光放大器系统。
聚焦透镜620使辐射重新定向,使得它可被捕获在光传输光纤622中。
可以设想,前述光源10、110、210、310、410、510、610可被使用作为光放大器的泵浦光源。图8示出放大器系统的示意图。所示的光放大器使用受激拉曼散射。拉曼散射是非线性效应,由此,入射在介质上的高能泵浦辐射被转换到不同的频率。分子振动产生激发的分子衰减到的修改的较低能级,并同时发射光子。频移由材料的分子振动确定。如果信号光子存在于具有泵浦辐射的光纤中,这个发射可被刺激;这被称为受激拉曼散射(SRS)。衰减可引起到较低的频率的频移(斯托克斯频移)或到较高的频率的频移(反斯托克斯频移):通常,斯托克斯频移用于在远程通信应用中提供光增益。图8中所示的光放大器系统包括光纤F,输入光信号I/P在正向方向上耦合到光纤F中。泵浦辐射可在“共同泵浦的”正向方向上在输入端处或在“相反泵浦的”反向方向上在输出端处耦合到光纤中。输入光信号的放大版本(输出光信号O/P)在光纤的输出端处被接收。
在单峰值波长处操作并具有在大约1-3nm之间的带宽的单泵浦光源10、110、210、310、410、510、610可提供在有限带宽上的光增益。为了实现在较宽带宽上的光放大,可使用两个或多个泵浦光源,每个光源具有不同的峰值波长。图9示出四个泵浦光源的使用,并显示每个泵浦光源对总增益带宽OG贡献的增益带宽。
在可选的实施方式中,光源10、110、210、310、410、510、610用于泵浦掺饵光纤以产生“掺杂光纤放大器”。来自光源的辐射使用波长选择耦合器与输入信号混合。混合的光被引导到核心中具有饵离子的光纤的节段中。来自光源的这个辐射将饵离子激发到较高能量状态。当在与泵浦光不同的波长处的光信号的光子与受激的饵原子相互作用时,饵原子同时返回到较低能量状态,且饵原子发射在频率/波长处的且与正被放大的光信号相同的相位和方向的额外的光子。
可以设想,光源的部件将安装在光模块外壳中,例如具有诸如用于接收光纤的孔的光通孔和用于向光源的部件提供电力和控制的多个电通孔的“蝴蝶形”包装中。还可以设想提供用于控制部件的温度的热电冷却器。还可以设想可使用不同于热电冷却器的用于冷却泵的可选的方法。
可认识到,可在本发明的范围内进行各种改变,例如,泵浦光源可包括多个增益设备,增益设备的每个谐振器可布置成使得每个增益设备在不同的波长处或可选地在大体上相同的波长处“发射激光”。
将认识到,如在本文使用的,方向提及例如“顶部”、“底部”、“前面”、“后面”、“端部”、“侧面”、“内部”、“外部”、“上部”和“下部”并不将相应的特征限制到这样的方位,而仅仅用来将这些特征彼此区分开。此外,将认识到,术语“光”不限于可见光谱,而是包括在对人眼可见的光谱之外的电磁辐射,并特别包括红外和紫外辐射。

Claims (31)

1.一种用在光放大器中的可调光源,包括:
增益设备,其可操作来提供光放大,所述增益设备包括增益介质和第一反射表面;
波长选择器,其选择来自所述增益设备的光的一部分;以及
输出耦合器,其将来自所述增益设备的光的一部分定向到所述波长选择器,并将另一部分定向到光传播器以用于耦合到光放大器,使得所述增益设备、输出耦合器和波长选择器形成谐振器。
2.如权利要求1所述的可调光源,其中所述输出耦合器包括分束器。
3.如权利要求1或2所述的可调光源,包括两个或多个光谐振器,每个光谐振器包括形成相应的谐振器的部分的增益设备,其中从每个谐振器输出的光通过组合器耦合在一起并被定向到所述光传播器中。
4.如权利要求1、2或3所述的可调光源,还包括用于改变来自所述增益设备的光的波长的致动器。
5.如权利要求4所述的可调光源,其中所述致动器绕着垂直于光的传播方向的轴旋转所述波长选择器。
6.如权利要求4所述的可调光源,其中所述致动器旋转光重定向器,该光重定向器优选地为反射镜,所述光重定向器将来自所述增益设备的光定向到所述波长选择器上,其中所述光重定向器绕着垂直于光的传播方向的轴旋转。
7.如权利要求4所述的可调光源,其中所述致动器在结构上使所述波长选择器变形以改变选定的波长。
8.如权利要求7所述的可调光源,其中结构变形包括拉伸、压缩和/或弯曲所述波长选择器。
9.如任一前述权利要求所述的可调光源,其中所述波长选择器包括反射型衍射光栅。
10.一种用在光放大器中的可调光源,包括:
两个或多个增益设备,其可操作来提供光放大,每个增益设备包括增益介质和第一反射表面;
两个或多个可致动波长选择器,每个可致动波长选择器选择来自所述增益设备之一的光的一部分;
至少一个输出耦合器,其使得每个增益设备、输出耦合器和波长选择器形成谐振器,其中所述输出耦合器将来自每个增益设备的光的一部分定向到光传播器以用于耦合到光放大器。
11.如权利要求10所述的可调光源,其中所述至少一个输出耦合器包括至少一个衍射光栅。
12.如权利要求10或11所述的可调光源,其中每个谐振器提供不同波长的光。
13.如任一前述权利要求所述的可调光源,其中光重定向器将光定向到所述光传播器中。
14.一种用在光放大器中的可调光源,所述光源包括:
增益设备,其可操作来提供光放大,所述增益设备包括增益介质以及第一端和第二端,所述第一端形成光谐振器的一端;
透镜,其用于准直从所述增益设备的第二端发射的辐射并将所述辐射定向到充当输出耦合器的分束器,用于允许辐射的一部分逸出所述光谐振器和用于将其余部分保留在所述光谐振器内;
反射型衍射光栅,其用于所述辐射的波长选择并形成所述光谐振器的第二端;以及
致动器,其耦合到所述反射型衍射光栅并可操作来改变所述波长选择。
15.如权利要求14所述的用在光放大器中的可调光源,其中所述分束器将所述光谐振器中的辐射的保留部分反射到光重定向器上,例如反射镜上,所述光重定向器将所述辐射定向到所述反射型衍射光栅上,且其中所述致动器耦合到所述光重定向器。
16.如权利要求14或15所述的可调光源,还包括:
第二增益设备,其可操作来提供光放大,所述第二增益设备包括第二增益介质以及第一端和第二端,所述第一端形成第二光谐振器的一端;
第二透镜,其用于准直从所述第二增益设备的所述第二端发射的辐射并将所述辐射定向到充当第二输出耦合器的第二分束器上,用于允许辐射的一部分逸出所述第二光谐振器和用于将其余部分保留在所述第二光谐振器内;
第二反射型衍射光栅,其用于所述辐射的波长选择并形成所述第二光谐振器的第二端;以及
第二致动器,其耦合到所述第二反射型衍射光栅并可操作来改变所述第二光谐振器的波长选择。
17.如权利要求16所述的用在光放大器中的可调光源,其中第一分束器和第二分束器彼此偏移以防止将来自所述第一光谐振器或第二光谐振器中的一个的辐射耦合到所述第一光谐振器或第二光谐振器中的另一个中。
18.如权利要求16所述的用在光放大器中的可调光源,其中所述第一分束器和第二分束器在不同的方向上反射所述辐射的保留部分,可选地在相反的方向上反射所述辐射的保留部分。
19.如权利要求16所述的用在光放大器中的可调光源,其中所述第一分束器和第二分束器在相同的方向反射所述辐射的保留部分。
20.如权利要求16所述的用在光放大器中的可调光源,其中所述第一分束器将所述辐射的相应保留部分反射到第一光重定向器上,例如反射镜上,所述第一光重定向器将所述第一光谐振器中的辐射定向到所述第一反射型衍射光栅上,且其中所述第二分束器将所述辐射的相应保留部分反射到第二光重定向器上,例如反射镜上,所述第二光重定向器将所述第二光谐振器中的辐射定向到所述第二反射型衍射光栅上,且其中第一致动器和第二致动器分别耦合到所述第一光重定向器或第二光重定向器。
21.如权利要求16所述的用在光放大器中的可调光源,其中所述第一分束器将所述辐射的相应保留部分反射到第一光重定向器上,例如反射镜上,所述第一光重定向器将所述第一光谐振器中的辐射定向到所述反射型衍射光栅上,且其中所述第二分束器将所述辐射的相应保留部分反射到第二光重定向器上,例如反射镜上,所述第二光重定向器将所述第二光谐振器中的辐射定向到所述反射型衍射光栅上,使得所述反射型衍射光栅形成所述第一光谐振器和第二光谐振器的部分,且其中所述第一致动器和第二致动器分别耦合到所述第一光重定向器或第二光重定向器。
22.一种用在光放大器中的可调光源,所述可调光源包括:
增益设备,其可操作来提供光放大,所述增益设备包括增益介质以及第一端和第二端,所述第一端形成光谐振器的一端;
透镜,其用于准直从所述增益设备的所述第二端发射的辐射并将所述辐射定向到用于所述辐射的波长选择并充当输出耦合器的反射型衍射光栅,允许所述辐射的一部分逸出所述光谐振器和用于将其余部分保留在所述光谐振器内;
光重定向器,例如反射镜,其形成所述光谐振器的第二端;
致动器,其耦合到所述光重定向器并可操作来改变所述波长选择;
第二增益设备,其可操作来提供光放大,所述第二增益设备包括第二增益介质以及第一端和第二端,所述第一端形成所述第二光谐振器的一端;
第二透镜,其用于准直从所述第二增益设备的第二端发射的辐射并将所述辐射定向到用于所述辐射的波长选择并充当第二输出耦合器的第二反射型衍射光栅,允许辐射的一部分逸出第二光谐振器和用于将其余部分保留在所述第二光谐振器内;
第二光重定向器,例如反射镜,其形成所述第二光谐振器的第二端;以及
第二致动器,其耦合到所述第二光重定向器并可操作来改变所述第二光谐振器的波长选择,其中所述反射型衍射光栅形成所述第一光谐振器和第二光谐振器的部分。
23.如权利要求15到22中的任一项所述的可调光源,还包括用于组合来自所述第一光谐振器和第二光谐振器的辐射的组合器。
24.如任一前述权利要求所述的可调光源,其中透镜将光定向到光纤中。
25.如任一前述权利要求所述的可调光源,还包括用于当所述光源用在光放大器中时防止反馈的隔离器。
26.如权利要求4到25中的任一项所述的用在光放大器中的可调光源,其中所述致动器包括微机电系统MEMS。
27.一种光放大器,其包括根据权利要求1到26中的任一项的可调光源。
28.一种用于光信号的放大的拉曼放大器系统,其包括权利要求1到26中的任一项的可调光源作为泵浦光源。
29.一种如权利要求28所述的用于光信号的放大的拉曼放大器系统,其中两个或多个可调光源被组合以增加所述放大器系统的增益和光信号的放大。
30.一种如权利要求28所述的用于光信号的放大的拉曼放大器系统,其中两个或多个可调光源被组合以增加带宽,所述光信号可在所述带宽上放大。
31.一种用于光信号的放大的掺饵光纤放大器系统,所述掺饵光纤放大器系统包括权利要求1到26中的任一项的可调光源作为泵浦光源以用于激发光纤中的饵原子。
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