CN1213910A - 光脉冲放大器 - Google Patents

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Abstract

一光脉冲放大器包括:一第一光耦合器,一第一光栅,一第二光栅,一光放大部分,用以放大通过第一和第二光栅反射的光脉冲并通过第一光耦合器的第四端口输出;及一第二光耦合器,通过放大并加宽的光脉冲可以避免非线性效应和光谱烧孔效应,且衍射损耗少且制作容易,通过加宽和压缩可以获得和输入脉冲相同并具有一放大强度的输出脉冲。另外,使用光耦合器与使用昂贵装置如回转器相比经济上更合算。

Description

光脉冲放大器
本发明涉及一种光脉冲放大器，且尤其涉及一种使用线性调频光栅的光脉冲放大器。
一掺铒光纤放大器具有约1微焦的饱和能量，其即使输入信号的功率增加，输出信号的功率也没有任何增加。在这个能量被放大的超短脉冲的峰值功率是非常高的，如在1微秒脉冲时达1MW，因此，假如能量封闭于光纤的芯内，它的强度显著增加，因此引起了非线性效应并使脉冲失真。另外，产生光谱烧孔效应，由于受激发射增益的降低，没有获得放大。
为了解决这些难题，使用整体衍射光栅展宽器将超短脉冲展宽以降低放大器内功率的峰值。
然而，使用整体衍射光栅展宽器的常规方法的问题是衍射光栅布置对极化很敏感且不强壮。另外，常规的方法产生许多衍射损耗且使输出光束的分布失真。
为了解决上面的难题，本发明的目的在于提供一种光脉冲放大器，它通过使用线性调频光栅和耦合联接器可提供高功率和较低的失真。
为达到本发明的目的，提供一种光脉冲放大器它包含：一具有第一、第二、第三和第四端口的第一光耦合器，用以输出光脉冲入射到第一端口至第二端口和第三端口，且光脉冲再从第二和第三端口入射至第四端口；一第一光栅与第一光耦合器的第二端口相连接，以在一满足布拉格条件的位置反射每种波长的入射光脉冲；一与第一光耦合器的第二端口相连接的第二光栅且它和第一光栅具有相同的光性能，以在一满足布拉格条件的位置反射每种波长的入射光脉冲；一与第一光耦合器的第四端口相连的光放大端口，以放大由第一和第二光栅反射的光脉冲并通过第一光耦合器的第四端口输出；及一具有第一、第二、第三和第四端口的第二光耦合器以将从与第一端口相连接的光放大部分入射的光脉冲输出至分别和第一和第二光栅相连接的第二和第三端口，且光脉冲在由第一和第二光栅反射之后再入射至第四端口。
通过参考附图详细描述本发明的实施例将使发明的以上目的和优点更加明显：
图1是显示了按本发明的光脉冲放大器的结构示意图；
图2是图1中显示的线性调频光栅的详细示意图；
图3是图1显示的第一光耦合器的输入/输出波形；
图4是图1中显示的第二光耦合器的输入/输出波形；及
图5是显示了极化光束分离器的结构，且图5B显示了光纤极化分离器的结构。
参考图1，按本发明的光脉冲放大器包括一具有四个端口的第一光耦合器100，第一和第二线性调频光栅110和115。一具有四个端口的第二耦合器120，及一光放大部分130。
第一光耦合器100具有第一、第二、第三和第四端口102、104、106和108，以50∶50的比率分离输入的光脉冲并且在一旦发生耦合时将光脉冲移相π/2。
第一和第二线性调频光栅110和115具有相同的光性能，每个它的一端与第一耦合器100的第二和第三端口104和106相连接，且它的其它端与第二光耦合器120相连接。第一和第二线性调频光栅110和115根据波长在不同位置反射入射光。
光放大部分130与第一光耦合器100的第四个端口108相连接，并将从第四端口108输入的光脉冲放大。光放大部分130包括一第一分离器131，泵浦光源132，一波分多路复用器(WDM)耦合器133用于对具有不同波长的光脉冲和由泵浦光源132产生的泵浦光进行多路复用，一掺铒光纤(EDF)134，及一第二分离器135。
第二光耦合器120包括第一、第二、第三和第四端口122、124、126和128，第二和第三端口124和126与第一和第二线性调频光栅110和115相连接，第一端口122与光放大部分130相连接，且第四端口128是一输出端口。第二光耦合器120以50∶50的比率将经过光放大部分130放大之后输入的光脉冲分离，并输出分离的光脉冲，并且在一旦发生耦合时，按π/2对输出的光脉冲移相。
将描述具有如上结构的光脉冲放大器的操作。首先，当经过第一光耦合器100的第一端口102输入光脉冲时，具有1/2功率没有相移的光脉冲输出到第二端口104，由于一旦耦合按π/2相移的具有1/2功率的光脉冲输出到第三端口106。第二和第三端口104和106与具有相同光性能的第一和第二线性调频光栅110和115相连接，输入到该处的光脉冲对每种波长在第一、第二线性调频光栅110和115的不同位置被反射。由第一和第二线性调频光栅110和115产生的反射如下：
如图2所示，线性调频光栅的光栅周期根据它的波长而变化。假定有不同的波长λ1、λ2…λn且波长满足λ1＞λ2＞…＞λn的条件，线性调频光栅在一满足布拉格条件的位置反射每种波长的光脉冲。在光栅的芯内的布拉格条件产生反射是由以下等式(1)确定的：
λi=2·neff·di    …(1)
在等式(1)中，λi是入射光的波长，neff是有效拆射率且di是光栅周期。
也就是，当光栅周期变长，满足上述等式的波长变大。因此，具有一长波长的光脉冲在具有一长光栅周期的位置反射。而具有一短波长的光脉冲在具有一比具有长波长光脉冲要短的光栅周期的位置反射。也就是，随着时间递减经过线性调频光栅的光脉冲扩散增加，因此光脉冲的宽度加宽。
经过第一和第二线性调频光栅110和115反射之后，再入射至第一光耦合器110的第二和第三端口104和106的光脉冲以50∶50的比率输出到第一和第四端口102和108。从第二端口104再入射的没有相移的光脉冲和从第三端口106再入射的具有一按π相移的光脉冲都输出至第一端口102，所以这些脉冲被除去。因此，第一端口102不输出任何光脉冲。从第二端口104再入射的且由于一旦耦合具有π/2相移的光脉冲和由第三端口106再入射的且由于没有耦合而保持π/2的相移的光脉冲都输出至第四端口108。也就是，输出到第四端口108的光脉冲是增强的光脉冲。
图3显示了在经过第一和第二线性调频光栅110和115被加宽而输出至第四端口的光脉冲。在图3中，“A”表示输入的脉冲，且“B”表示输出的脉冲。
从第四端口108输出的光脉冲通过光脉冲放大部分130放大如下。首先由泵浦光源132如激光二极管产生的泵浦光和经过第四端口108入射的光脉冲一起由波分多路复用器(WDM)耦合器133进行多路复用。输入的泵浦光激发EDF134内含有的基态铒离子Er3+作为放大介质，产生粒子束反转。EDF134通过激发粒子束反转铒的发射而放大光脉冲。
第一分离器131阻止了由EDF134产生的放大的自发辐射在从第一光耦合器100的第四端口108反射之后的再入射。第二分离器135阻止了由EDF134产生的放大的自发辐射在由与光放大部分130相连接的第二光耦合器120的第一端口122反射之后的再入射。
这种放大的光脉冲输入到第二光耦合器的第一端口122，并如在第一光耦合器100中一样以50∶50的比率输出至第二和第三端口124和126。每个输出的光脉冲以与第一光耦合器100入射方向相反的方向再入射到第一和第二线性调频光栅110和115。因此，具有短波长的光脉冲较早反射，而具有较长波长的光脉冲较晚反射，产生脉冲压缩。压缩的脉冲通过与在第一光耦合器100中相同的操作输出至第二光耦合器120的第四端口128。
图4显示了第二光耦合器120的输入/输出波长，“A”表示放大的输入脉冲且“B”表示输出至第四端口128的脉冲。
这里，第一和第二光耦合器100和120可以是除将入射光脉冲以50∶50比率分离的3dB耦合器之外的极化光束分离或纤维极化分离器，它可以根据极化状态确定输出端口并使极化控制器将从线性调频光栅反射的光脉冲输出至预定端口。图5A显示了极化光分离器的结构，且图5B显示了纤维极化分离器的结构。
如上所述，按本发明的光脉冲放大器，通过放大并加宽光脉冲可以避免非线性效应和光谱烧孔效应，且衍射损耗少且制作容易。另外通过加宽和压缩可以获得和输入脉冲相同并且有一放大的强度的输出脉冲。另外，使用光耦合器与使用昂贵装置如回转器相比经济上更合算。

Claims (8)

1、一种光脉冲放大器，它包含：
一具有第一、第二、第三和第四端口的第一光耦合器，以将入射至第一端口的光脉冲输出至第二和第三端口，且将光脉冲从第二和第三端口再入射至第四端口；
一与第一光耦合器的第二端口相连接的第一光栅以在满足布拉格条件的位置反射每种波长的入射光脉冲；
一与第一光耦合器的第三端口相连接并和第一光栅具有相同光性能的第二光栅，以在满足布拉格条件的位置反射每种波长的入射光脉冲；
一与第一耦合器的第四端口相连接的光放大部分，用以放大由第一和二光栅反射的光脉冲并通过第一光耦合器的第四端口输出，及
一具有第一、第二、第三和第四端口的第二光耦合器，用于将从与第一端口相连的光放大部分入射的光脉冲输出到分别与第一和第二光栅相连的第二端口和第三端口，且光脉冲经过由第一光栅和第二光栅反射之后再入射至第四端口。
2、按权利要求1所述的光脉冲放大器，其特征在于，其中第一和第二光耦合器是一3dB耦合器。
3、按权利要求1所述的光脉冲放大器，其特征在于，其中第一和第二光耦合器是一极化光束分离器。
4、按权利要求1所述的光脉冲放大器，其特征在于，其中第一和第二光耦合器是一纤维极化分离器。
5、按权利要求1所述的光脉冲放大器，其特征在于，其中第一和第二光栅是按照它的位置每个具有不同光栅周期的线性调频光栅。
6、按权利要求1所述的光脉冲放大器，其特征在于，其中光脉冲放大部分包含：
一用以产生泵浦光的泵浦光源；
一用以将从泵浦光源输出的泵浦光和从第一光耦合器入射的光脉冲进行多路复用的波分多路复用器。
一用以放大经过波分多路复用器多路复用后的光脉冲的掺铒光纤。
7、按权利要求6所述的光脉冲放大器，其特征在于，其中泵浦光源是激光二极管。
8、按权利要求6所述的光脉冲放大器，其特征在于，其中光放大部分进一步包含：
一位于波分多路复用器前面的第一分离器，用以阻止由掺铒光纤产生的放大的自发辐射在由与光放大部分相连接的第一光耦合器的第四端口反射之后的再入射。
一位于掺铒光纤后的第二分离器，用以阻止由掺铒光纤产生的放大的自发辐射在由与光放大部分相连接的第二光耦合器的第一端口反射之后的再入射。
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