CN1334981A - 半导体－固态激光器光波导泵激装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明包括用于输出中心位于约946nm的波长发射λss的固态激光器(22),并组合包括掺镱光波导(26)的发射激光波导(24),当λss输出送入发射激光的波导(24)时,后者产生中心位于约980nm的波长发射λy。本发明还包括利用泵激光的光波导放大装置。

Description

半导体-固态激光器光波导泵激装置和方法
              相关申请的交叉参照
本申请要求1999年1月8日提交的美国临时专利申请连续号60/115,229的优先权，该专利的内容被依靠，并通过引用整个包括在此。
                   发明背景
本发明一般涉及光波导装置、半导体激光器、固态激光器，特别涉及应用激光器来泵激光波导放大器。
光放大器与激光器是应用于光纤通信系统的重要元件。光纤中传送的光信号沿光纤传播时容易变弱，光放大器为放大这类弱化的光信号并保持信号的光学特性提供了一种经济的手段。
掺铒光纤放大器已成为在1550nm光通信窗中放大光信号的主要装置。此类掺铒光纤放大器一般直接用980nm和/或1480nm半导体泵激激光器泵激。运用这种放大器-泵激系统，施加于980nm(1480nm)半导体泵激激光器的电能产生980nm(1480nm)的光子，这些光子通过光纤尾纤耦合到掺铒光纤中。980nm和/或1480nm泵激光对掺铒光纤中的铒离子进行激发/赋能，从而通过受激/赋能的铒离子放大1550nm光通信信号。在光通信行业，鉴于可靠性与相关的应用要求，如拥挤的空间应用，已经普遍利用半导体产生的光子对光放大器直接作光学泵激。但是，除了经济开销问题以外，这类直接半导体泵激激光器还存在这样一些问题，即一方面已经达到了最大光输出功率的极限，另一方面在开发光放大器时仍继续要求越来越高的泵激功率输入。现在商品化980nm半导体激光器的最大可靠输出功率可能稳定在300mW输出功率范围，而光放大器的输入泵激功率要求却继续在攀升。半导体激光器的研究与开发继续致力于改进980nm半导体激光泵的结构与性能，以尽量满足光放大器的要求。
光放大器行业要求泵激激光器技术能满足其日益增长的光功率需求。
                     发明内容
本发明的一个方面是一种组合于激光波导的光波导装置，光波导装置包括一个输出以约946nm为中心的波长发射λss的固态激光器，激光波导包括一掺镱光波导，从而将λss输出输入激光波导时，激光波导就产生中心约为980nm的波长发射λy。
在另一个方面，本发明包括一种产生980nm光放大器泵激波长光的方法，包括提供产生发射λ1的第一激光器，将产生的发射λ1输入第二激光器以产生发射λ2，将产生的发射λ2，将产生的发射λ2输入第三激光器以产生中心约为980nm光放大器泵激波长的发射λ3。
在再一个方面，本发明包括：一种光放大器装置，它至少一个产生发射λ1且中心约为808nm的半导体激光器；由半导体激光器作光学泵激而产生中心约为946nm的发射λ2的第一固态激光器；由第一固态激光器作光学泵激而产生中心约为980nm的发射λ3的第二固态激光器；以及放大光传输信号的光放大器波导，其中光放大器由第二固态激光器作光学泵激。
本发明还包括放大光传输信号的方法，包括步骤：设置产生λ1光的第一激光器、产生λ2光的第二激光器、产生λ3光的第三激光器及用λ3光放大光信号的光放大器；用第一激光器产生的λ1光泵激第二激光器；第二激光器产生的λ2光泵激第三激光器；及用第三激光器产生的λ3的光泵激光放大器。
另外，本发明包括对光放大器制作作980nm泵的方法，该方法包括：设置至少一只半导体激光二极管，将其耦合入Nd：YAG激光器，并将Nd：YAG激光器耦合入掺镱光波导纤维激光器。
在再一个方面，本发明包括一光放大器系统，其中包含单包层光波导激光纤维和一多横泵激源。
本发明还包括制作光放大器泵的方法，包括设置多模泵激源，设置单包层光波导激光纤维，并以多模泵激源间接地泵激激光纤维。
另外，本发明包括放大光信号λt的方法，包括设置具有波长λmm多模亮度输出的多模光泵激源，把多模亮度输出转换成波长为λpump的单模输出，并将单模输出送入光放大器以放大光信号λt。
在又一个方面，本发明包括以泵激波长λpump泵激光放大器的光放大器泵，该泵包括产生波长λsemi的半导体激光器，且以λpump输出至少500mW的光。
另外，本发明包括一光放大器泵，含有：产生波长λ1激泵钕离子的半导体激光器；众多钕离子，以波长λ1泵激后产生波长λ2以泵激镱离子；和众多镱离子，以波长λ2泵激后产生波长λ3以原激铒离子。
在再一个方面，本发明包括：用于泵激光放大器且拥有至少一个宽区域半导体激器的光这放大器泵，其中光放大器放大在1560～1620nm(L带)范围内的光信号；和掺钕固态激光器，固态激光器由半导体激光器泵激。
另外，本发明包括的一种光放大器包括：半导体激光器；由该半导体激光器泵激的固态激光器；和掺铒光放大器纤维，该纤维用于放大1560～1620nm范围内的信号，并由固态激光器泵激。
在再一个方面，本发明包括放大L带光信号的方法，即设置掺铒光纤，用宽区域半导体激光器泵激钕固态激光器，将所述固态激光器直接输入掺铒光纤，再用掺铒光纤放大L带光信号。
以下的详细描述将提出本发明的其它特征和优点，其部分通过描述很容易为本领域的熟练技术人员所清楚，或者通过实施本文所述的本发明，包括以下详细描述、权利要求书和附图为技术人员所认识。
应该理解，上述的一般描述和下面的详细说明仅为本发明的示例内容，它们试图为理解本发明要求的特征与特点提供一种概况或框架。附图用于进一步理解本发明，它包括在说明书中，并构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的各种实施例，并与文字说明一起解释本发明的原理与工作状况。
                        附图简介
图1是本发明的示意图。
图2是本发明的示意图。
图3是本发明的示意图。
图4是980nm的输出功率(毫瓦)与946nm的输入功率(毫瓦)的关系曲线。
图5是来自镱纤维激光器的光的输出光谱图。
图6是光的输出光谱图，示出了来自镱纤维激光器的三种输出光谱。
较佳实施例的详细描述
现在详细参照本发明诸较佳实施例，附图示出了这些例子。本发明的一示例性实施例示于图1。标号20一般始终指本发明的激光器系统。
根据本发明，光波导装置18包括固态激光器22，后者输出中心位于约946nm的波长发射λss，为产生中心位于约946nm的大功率激光输出提供一个可靠的源。固态激光器22最好是一种掺钕固态激光器。
固态激光器22最好是一个掺钕固态激光器，如图2所示的Nd：YAG固态激光器，由两只半导体激光二极管32泵激。用于泵激掺钕固态激光器的较佳半导体激光器是发射波长为X的光的半导体激光器，波长X选自靠近880nm(约860～900nm)、808nm(约780～830nm)、740nm(约720～760nm)和690nm(约670～710nm)的钕吸收带。这些钕吸收波长带适用于钕固态YAG主机，对于其它的钕固态主机，这些钕吸收带的波长与宽度可能不同。激光二极管32最好是宽区域激光器，在808nm处各自产生约2瓦的多模光(2W MM)。利用光学元件透镜34和偏振组合器36，将宽区域激光二极管32的输出送入Nd：YAG固态激光器22。Nd：YAG固态激光器22包括含Nd：YAG晶体40与玻璃基片球面激光元件42的946nm激光腔38。Nd：YAG晶体40包括946nm高反射率(约99％)涂层44和防止在808nm以外反射(946nm与1060nm)的防折反射涂层48，涂层48可能包括808nm高反射器以有利于反射808nm光。球面激光元件42包括涂层50，在946nm处可提供高反射(约95％)，在1060nm处可提供高透射。固态激光器22最好在946nm处产生至少约1瓦的单模光。较佳地将780～880nm(最好为800～880nm)范围内的光输入固态激光器22。固态激光器22除了这种外接空腔固态掺钕晶体实施例以外，还可以包括锥形掺波导激光装置或掺钕双包层光波导纤维激光装置。
如图1所示，光波导装置18包括由掺镱光波导26构成的激光波导24。掺镱光波导26有输入端28与输出端30。输入端28光耦至固态激光器22，可将固态激光器22输出的发射入λss输入激光掺镱光波导，并从激光波导输出端30输出中心位于约980nm的发射λy。
掺镱光波导26最好是掺镱的石英光波导纤维，而且这种石英光纤最好是硅酸铝纤维，如掺铝与镱的石英光纤。在一最佳实施例中，掺镱光波导无铒，该波导不含铒，因而镱离子在波导中可激发离子。无铒的掺镱波导最好是石英波导纤维。
掺镱石英纤维最好包含60～99wt.％的SiO2·掺镱波导26较佳地是一种包含0.1～4wt.％镱和0.1～10wt.％铝的石英纤维，更佳地是包含0.2～2.5wt.％镱和0.2～9wt.％铝的波导，还要佳地是包含0.2～8.3wt.％的铝。在一较佳实施例中，掺镱石英纤维成分还包含Ge(锗)。
激光波导24和掺镱光波导26最好由单模光波导纤维构成，利用这种单模光波导纤维，波导引导的光被约束成单模。另外，掺镱光波导26最好是单包层光纤，即与双包层光纤或其它多包层纤维相比，这种光纤为单包层。掺镱波导26最好基本上由单一波导包层与波导芯组成，因而光波导纤维只有单一波导包层包围具有合适光纤保护层的波导芯。
如图1所示，光波导装置18包括滤波器52，这是一种阻止中心位于约1030nm、波长为λx的光在掺镱光波导26中传播的滤光器。除光滤光器52除去1030nm的光，使掺镱波导26中产生的光偏置成产生980nm光。滤光器52较佳地位于980nm谐振腔外面，且最好是一种位于固态激光器22与掺镱光波导输入端28之间的纤维光栅。如图1所示，纤维滤光器52最好是一种长周期纤维光栅，可除去固态激光器22可能产生的不希望有约1030nm光。滤光器52可除去波长中心位于约1030nm的有害的光，防止其劣化激光波导24的性能，保证镱离子能利用有益的946nm激发光产生980nm光，并在掺镱波导26中抑制产生1030nm光。除了长周期光栅外，滤波器52还可包括一个介质薄膜滤光器之类的滤光器，也能除去受激镱离子产生的不希望有的1030nm光。
如图1所示，激光波导24最好包括至少一块纤维Bragg光栅，这种光栅为反射光纤波导格式的光提供了有效的手段。激光波导24在掺镱光波导输入端28附近有一个回射器54，其中心位于约980nm且高度反射，有利用从激光波导输出980nm光。激光波导24在掺镱光波导输出端30附近包括一泵激反射器56，其中心位于约946nm且高度反射，使到达掺镱波导端部的946nm泵激光保持在该波导中，从而将镱离子泵激成正确的激发态。激光波导24在掺镱光波导输出端30附近有一输出耦合器58，其中心位于约980nm，但反射性比回射器54差，故有利于从激光波导输出980nm光。输出耦合器58和回射器54均是纤维Bragg光栅，提供的光反射性有利用激光操作。泵激反射器56也是一种可提供有益反射作用的纤维Bragg光栅。这些纤维Bragg光栅可制作在分离的光波导纤维中，与掺镱光波导纤维26拼接在一起形成激光光波导24，或者是一种单一的、整体的和完整地单根光纤或它们的拼接变型。
掺镱光波导26在980nm的增益为G980，在0130nm的增益为G1030，且G980＞G1030。激光波导24的输出耦合器58的反射率为OCR，掺镱波导26的镱重量百分比浓度为CONCYb，在946nm的泵激吸收度PA946(镱离子吸收的946nm泵激功率的百分比)取决于946nm泵激功率、1030nm除光滤光器52除去的1030nm光和长度LYb，其中增益G980取决于CONCYb、PA946和OCR，波导长度LYb优化成使G980＞G1030，而G980依赖于CONCYb、OCR、PA946和LYb。对于给定的CONCYb、PA946和OCR，将长度LYb置成某一光学长度而使G980＞G1030，并且利于产生980nm光。在实施本发明时发现，若CONCYb约为0.2wt.％，PA946大于90％(用长周期纤维光栅滤光器除去1030nm光)，980nm的OCR反射率约5％，则优化的光纤长度约为60cm。对于给定输入的泵激功率，该长度经调节可确保G980＞G1030。若不用除光长周期纤维光栅滤光器52除去1030nm光而用946nm泵激光偏置产生980nm光，则要求将PA946保持低于60％使G980＞G1030，并保持产生980nm，结果浪费了946nm泵激功率。
本发明的光波导装置18提供至少300毫瓦(mW)的980nm输出，很容易泵激光放大器，且满足光放大器对高泵激功率的需求。激光波导24最好产生至少为0.4W(半瓦)的980nm单模输出。如图1所示，掺镱光波导输出端30光耦至掺铒光放大器60，这样，本发明包括一个产生至少500毫瓦980nm泵激功率的光放大器泵和一个半导体激光器。本发明的波导装置最好有一个倾斜率至少为80％的镱激光器。这样，本发明装置的光/光转换效率大于25％(980nm为1W输出，808nm为4W输出)，较佳地大于30％，更佳地大于40％，最佳为大于50％。
本发明还包括产生980nm泵激光的方法，该方法包括步骤：设置第一激光器，产生中心位于约808nm的发射λ1；将发射λ1输入第二激光器，产生中心位于约946nm的发射λ2；产生中心位于约946nm的发射λ2；将产生的发射λ2输入第三激光器，产生中心位于约980nm的发射λ3；再产生中心位于约980nm的发射λ3。
设置第一激光器以产生λ1并输入λ1的步骤，包括设置半导体激光器32并将其耦合入固态激光器22。该方法最好包括设置第二半导体激光器32以产生中心位于约808nm的发射λ1，并对第一激光器32和第二半导体激光器32作偏振复用或波长复用。第一激光器32和第二半导体激光器32最好都是产生多模发射λ1的宽区域激光二极管。
提供中心位于约946nm的发射λ2的第二激光器，较佳地是一种固态激光器22，最佳是一掺钕激光器，如Nd：YAG激光器，它包括一个掺镱固态激光波导激光器，如掺镱激光纤维26。
产生980nm泵激光的方法最好包括阻止1030nm光反馈入第三激光器24(如用滤光器52滤除)的步骤。如图1所示，该方法还包括将产生的中心位于约980nm的发射λ3输入掺铒光放大器60。
在再一个方面，本发明包括光放大器装置18和第一固态激光器22，前者包括一半导体器件32，用于产生中心位于的第一半导体波长的发射λ1，后者由半导体激光器32作光学泵激。第一固态激光器22产生发射λ2，其中心位于镱吸收谱峰中的约第一固态波长(中心位于约920nm)。该装置还包括第二固态激光器24，由第一固态激光器22作光学泵激。第二固态激光器24产生中心位于约980nm的发射入λ3，用于放大光传输信号的光放大器60由第二固态激光器24作光学泵激。第一固态激光器22最好是掺钕激光器，第一固态波长在880～960nm范围内。第二固定激光器24最好由包括掺镱石英光波导纤维26的光波导组成，另外最好还包括纤维Bragg光栅回射器54和纤维Bragg光栅泵激反射器56。在本发明一最佳实施例中，该装置还包括滤光器52，用于阻止波长接近1030nm的光进入第二固态激光器24。
本发明还包括一种放大光传输信号的方法，包括：设置产生λ3光的第三激光器；设置利用λ3光放大光信号的光放大器；用第一激光器产生的λ1光泵激第二激光器，用第二激光器产生的λ2光泵激光第三激光器，并用λ3光泵激光放大器。较佳地，该方法使λ3＞λ2＞λ1，最佳地，该方法包括放大波长为λt的光传输信号，使λt＞λ3＞λ2＞λ1。在诸较佳方法中：λ1光的中心位于约808nm；λ2光的中心位于约946nm；且λ3光的中心位于约980nm。该方法还包括例如用滤光器52抑制波长中心位于约1030nm的光。
本发明还包括对光放大器制作980nm泵的方法，包括步骤：设置至少一只半导体激光二极管，将至少一只半导体激光二极管耦合入固态激光器，并将该固态激光器耦合入掺镱光纤激光器。设置至少一只半导体激光二极管32的步骤，较佳地包括设置至少两只半导体激光二极管32，最佳地设置两个宽区域半导体激光器，各半导体激光器以中心位于约808nm的波长输出至少2W(2瓦)并耦合入固态激光器，该步骤还包括组合这两个半导体激光器的偏振。固态激光器22最好包括一种掺钕固态激光器。掺镱光波导纤维激光器24最好包括单包层单模硅酸铝掺镱纤维26。
在另一个方面，本发明包括一种光放大器系统，它包括单包层光波导激光纤维和多模原激源。如图1所示，本发明的光放大器系统包括单包层光波导激光纤维126和多模泵激源132，较佳地，前面包括单模掺镱光纤26，后者包括第一与第二宽区域半导体激光器32；最佳地，前者由后者间接泵激。另外，本发明包括一种制作光放大器泵的方法，包括设置一多模泵激源132，设置单包层光波导激光纤维126，并用前者间接地泵激后者。
在另一个方面，本发明包括一种放大光信号λt的方法：设置具有波长λmm多模亮度输出的多模光泵激源，将多模亮度输出转换为波长λpump的单模输出，并将单模输出送入光放大器放大光信号λt。最好λt＞λpump＞λmm。
另外，本发明包括一光放大器泵，用于以泵激波长λpump泵激光放大器，该泵包括一产生波长λsemi的半导体激光器，并在λpump输出至少500mW的光。较佳地，λsemi不等于λpump(λsemi≠λpump)，最佳地，λsemi＞λump。较佳地，λsemi的范围为780～880nm，最佳地，λsemi为激发钕离子的波长。在一较佳实施例中，λpump的中心位于约946nm。在另一实施例中，λpump的中心位于约980nm。
在再一个方面，本发明包括一光放大器泵，其配用的半导体激光器产生波长λ1以泵激钕离子，众多钕离子受波长λ1泵激时会产生波长λ2以泵激镱离子，而众多镱离子受波长λ2泵激时会产生波长λ3以泵激铒离子。较佳地，λ1的范围为780～880nm，λ2为900～960nm，λ3为970～980nm。
此外，本发明包括一种泵激光放大器的光放大器泵，该光放大器放大1560～1620nm L带范围内的光信号，泵包括至少一个宽区域半导体激光器和一掺钕固态激光器，后者由半导体激光器泵激。如图3所示，光放大器泵120包括用图1中激光系统20的第一部分110以掺钕固态激光器22的946nm输出直接泵激L带光放大器160。宽区域半导体激光器32泵激固态激光器22，后者将946nm光直接输入L带光放大器160，无须应用掺镱光纤。泵120有效地泵激L带光放大器，如一长段掺铒掺铝的石英放大器纤维。
利用本发明直接泵激L带光放大器包括具有半导体32的光放大器160、半导体激光器32泵激的固态激光器22和掺铒光放大器纤维260，纤维260以固态激器22泵激的放大器纤维放大1560～1620nm范围内的信号。较佳地，掺铒光放大器纤维260是一长段长度在50～250米范围内的纤维，更佳地为100～200米。较佳地，固态激光器22由钕诸如掺钕固态激光器构成。较佳地，半导体激光器32是宽区域多模半导体激光器。掺钕固态激光器可以包括掺钕晶体、掺钕双包层波导或掺钕锥形波导。掺钕晶体较佳地固态激光器，最佳为Nd：YAG。
本发明包括放大L带光信号的方法，它包括步骤：设置一掺铒光纤，用宽区域半导体激光器泵激钕固态激光器，将固态激光器直接输入掺铒光纤，再用掺铒光纤放大L带光信号。在一较佳方法中，设置的参铒纤维至少长100米，最佳长100～200米。掺铒光纤最好是一种掺铝石英纤维。
举例
以下是用于示明本发明的若干例子，可进一步说明本发明内容。例1-2
如图1-2所示，根据本发明，单模Yb：SiO2纤维激光器由二极管泵激的1.1W Nd：YAG激光器以946nm泵激，在980nm处设置成＞650mW输出功率，倾斜功率＞80％。通过在946nm用TEM0，0激光二极管泵激的Nd：YAG作泵激，可在980nm获得如此高的输出功率。虽然镱吸收截面在该波长附近最小，但是吸收度仍足以提供980nm输出。这种发明的泵激方案可从CS980牌光纤(Corning有限公司；Corning，NY)输出纤维获得得0.65W的单模输出，并可标定到高得多的输出功率，表明适用于泵激掺铒放大器。在本发明的这种高输入功率操作中，1030nm的转变受到了抑制。
在实施图1所示的本发明时，本发明涉及Nd：YAG在946nm的准四级转变以直接泵激Yb：SiO2，而后者在980nm发激光并直接泵激铒。如此产生的980nm泵激光具有一些优点，如与泵有的放大器元件技术兼容，用合掺镱：铒纤维作前置放大级泵激看不到明显的NF劣化。
如图1-2所示，TEM0，0泵激激光器包括由一对偏振复用的2W多模加宽波导、宽区域半导体激光二极管在808nm以100×1μm2发射孔径泵激的Nd：YAG固态晶体，其1dB吸收长度为3mm，尺寸为3×3×8mm。平凹谐振器长7mm(光程1cm)，曲率半径约10cm，4W泵功率的热透镜约15cm。热透镜作用使谐振器光点大小随泵增大而减小，因而光束发射随泵功率而增强，这一点已为实验所证实，测得的TEM0，0光束发散范围为3.4～6mrad，取决于输出功率。Nd：YAG激光器的示意图示于图2，该激光器的阈值与倾斜斜度分别为1W输入泵功率和50％，0.30nm FWHM的中心位于945.8nm。本发明应用的Nd：YAG固态晶体激光器购自InnoLight有限公司(Hannover，德国)，宽区域半导体激光二极管是Polaroid POL-5100BW系列牌号的激光二极管(Polaroid公司；Norwood，MA)。激光二极管在快轴上用100μm直径的微透镜准直，将快轴NA从0.6减至约0.03。用1.8cm焦距的球面透镜元件形成微透镜孔径的像。来自各激光二极管的射束部分迭加在偏振复用器中，并用2.7cm焦距的透镜元件放大1.5倍。聚焦的泵激光点半径(1/e2)约为80±100μm。100mW输出功率时测得的激光束光点半径为80～100μm，证实了准四级有效操作必需的优良泵激信号重迭。
运用Nd：YAG激光谐振器中使用适当涂层的双通泵激吸收，可用同样的2X2W激光二极管泵在946nm实现约1.7W。将该1.7W输出的85％耦入光纤，并以80％镱激光器倾斜效率，可得到大于1.2W@980nm。
掺镱光纤激光器包括一段掺镱光纤和图1那样在其每侧熔融拼接的两个光栅。在输入侧，泵激功率经X10非球面透镜元件(Newfocus牌透镜#5726)耦入包含一块1030nm长周期光栅(LPG)的Flexcore1060牌号光纤(Corning有限公司；Corning，NY)，该长周期光栅拼接至包含Bragg光栅回射器的CS980牌号光纤(Corning有限公司I；Corning，NY)。在输出侧，将包含Bragg光栅泵激反射器的Flexcove1060牌号光纤(Corning公司)拼接至包含Bragg光栅输出耦合器的CS980牌号光纤(Corning公司)。
已发现，有效的泵激吸收与独特的三级激光器操作以及向拉动要求的镱纤维长度；还发现，946nm泵激吸收在阈值处最多为4～5dB，以避免光纤激光器中往返一次损耗14dB的准四级振荡。由于无法接受低的泵激吸收，所以用谱滤光器来提高泵激吸收度。长50cm的掺镱硅酸铝光纤允许泵功率接近85％的吸收刚巧低于激光器阈值；然而，除了在978nm处2F5/2→2F7/2歧管间的三级振荡以外，同时观察到另两对强硬级同样歧管之间在1030nm和1012nm处不希望有的准四级激光作用。这种激光作用可用在1027nm有-13dB凹口的LPG消除；该光栅的损耗在946nm为0.15dB，在1012nm为1.2dB。
回射器是中心位于979.8nm的0.5nm FWHM FBG，最大反射率＞99％。泵反射器是中心位于945.8nm的0.6nm FWHM FBG，最大反射率＞99％；该光栅允许以双通过接近97％的泵激吸收；对于给定的光纤长度，让泵反射器从光纤端部漏泄出约15％的泵激功率；发现该泵反射器光栅也有助于在1012nm处抑制不希望的振荡。输出耦合器具有中心位于979.9nm的0.5nm FWNM，最大反射率为5％；该光栅在高泵功率时可保持窄线振荡。不用输出耦合器，高泵功率时光纤在其分开的小平面之间发出激光、Yb：SiO2光纤为0.2wt.％镱和0.2wt.％铝，NA＝0.22，截止波长为870nm，980nm处的最大吸收度为1.77dB/cm，背景损耗为8dB/km。
图4示出从输出CS980光纤端分开的小平面测量的激光功率与输入泵功率(在Newfocus牌×10非球面透镜元件前面测得)之间的关系；黑点401代表结果点，实线402是这些结果的线性内插。阈值近似为输入泵功率的41mW，相对于输入泵功率的倾斜效率为59％。测得的损耗如下：光纤耦合损耗1.0dB(考虑到透镜的透射为97％和光纤小平面的Fresnel反射为7％，这在对应于88％的耦合效率)，接头损耗0.25dB(共有4次拼接)，LPG插入损耗0.15dB，总计约为1.4dB。在校正了这些损耗后，对于吸收的泵功率，激光器倾斜效率为81％，激光器阈值为30mW。图5示出输出功率为655mW时的光谱，它具有中心位于979.8nm的0.15nm FWHM。
本发明应用了第二根硅酸铝掺镱光纤，具有2.5wt.％镱和8.3wt.％铝，NA＝0.26，截止波长940nm，980nm的最大吸收度9.75dB/cm，背景损耗20dB/km。这种9.5cm长的掺镱光纤允许约85％的泵激吸收度，相对吸收的泵功率，测得的阈值与倾斜效率约为60mW与60％。
这类硅酸铝掺镱光纤用MCVO(改型化学汽相沉积)工艺制备，倾斜效率与功率阈值的测量结果列于表1。在每种场合中，将镱光纤长度优化成在980nm处发激光，泵激吸收度达90％，接头损耗减至最小。这些测量值与输入LPG与回射器位置适当时获得，但输出端无光栅，输出反射器是切开的镱光纤小平面。
                                   表1
  光纤          成分(氧化物wt.％)    泵激吸收为90％的长度(cm)  泵功率阈值(mW) 倾斜效率y
  参照         0.06Yb        50      12    0.67
 第一例       0.2Yb/0.2Al        60      28    0.79
 第二例     2.5Yb/8.3Al/0.5Ge        10      56    0.57
所有这些光纤激光器都有两处拼接：一个是Flexcore与CS980拼接，测得的损耗始终＜0.1dB。另一个上CS980与镱光纤拼接，估计的损耗＜0.2。倾斜效率与阈值的数这是对测得的输入/输出点作线性拟合而得到的，并对泵漏泄、泵耦合与Flexcore-CS980接头损耗作了校正；它们未对很小的可再现的CS980-镱光纤接头损耗校正；因此，相对吸收泵功率的倾斜效率可能在这类硅酸铝中高出5％。
图6示出无输出光栅(泵激反射器与输出耦合器)时对300mW输出功率观测到的典型光谱。曲线601示出谱是如何仅随LPG与回射器FBG的位置断开的；约有92％的激光功率输出处于FBG带宽内；微弱的伪反馈使剩余的8％在位于978nm处的2F5/2→2F7/2转变峰附近发射。为作比较，还示出了自激谱(曲线602)和用线性调频的FBG代替FBG而得到的谱(曲线603)；前者的3.3nm FWHM的中心位于978.0nm，后者的3.2nm FWHM的中心位于979.0nm。在中心位于980.0nm的25nm内，线性调频的FBG具有＞98％的反射率。因此，应用合适的光栅可控制带宽。例3
用掺钕固态激光器系统直接泵激掺铒L带光放大器，可在1560～1620范围内作光学放大。如图3所示，将在946nm输出约1瓦的Nd：YAG固态激光器直接耦入L带光放大器，使29dBm的946nm光输入200米长的掺铒光放大器纤维，后者是掺铒与铝的石英光纤。这样，在1585nm用8.9dBm的输入功率可在1585nm提供的22dBm的放大的输出功率。评估的铒传播损耗约20dB/km，在940nm测得的铒吸收度约0.2dB/m。
本领域的技术人员显然明白，可对本发明作出各种更改和变化而不背离本发明的精神和范围。因此，只要符合所附权项及其等效技术方案的范围，本发明试图包罗本发明的这些更改和变化。

Claims (10)

1.一种光波导装置，其特征在于包括：
固态激光器，用于输出中心位于约946nm的发射λss；发射激光的波导，它包括一掺镱光波导，而所述掺镱光波导有一输入端和一输出端，所述输入端与所述固态激光器光耦合，致使将所述固态激光器输出的所述发射λss输入到所述掺镱光波导的输入端中，并从所述掺镱光波导输出端输出中心位于约980nm的发射λy。
2.一种产生980nm泵激光的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
设置第一激光器，以产生中心位于约808nm的发射λ1；
将所述产生的中心位于约808nm的发射λ1输入第二激光器，以产生中心位于约946nm的发射λ2；
产生中心位于约946nm的发射λ2；
将所述产生的中心位于约946nm的发射λ2输入第三激光器，以产生中心位于约980nm的发射λ3；
产生中心位于约980nm的发射λ3。
3.一种光放大器装置，其特征在于包括：
半导体激光器，用于产生中心位于约第一半导体波长的发射λ1；
第一固态激光器，它由所述半导体激光器光学泵激，产生中心位于约第一固态波长的发射λ2，所述第一固态波长是镱吸收谱中中心位于约920nm的峰值；
第二固态激光器，它由所述第一固态激光器光学泵激，产生中心位于约980nm的发射λ3；
光放大器，用于放大光传输信号，所述光放大器由所述第二固态激光器光学泵激。
4.一种放大光传输信号的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
设置产生λ1光的第一激光器；
设置产生λ2光的第二激光器；
设置产生λ3光的第三激光器；
设置用λ3光来放大光信号的光放大器；
用所述第一激光器产生的λ1光泵激所述第二激光器；
用所述第二激光器产生的λ2光泵激所述第三激光器；和
用λ3光泵激所述光放大器。
5.一种对光放大器制作980nm泵的方法，其特征在于包括以下步骤：
设置至少一只半导体激光二极管；
将所述半导体激光二极管耦入固态激光器；
将所述固态激光器耦入掺镱光纤激光器。
6.一种制作光放大器泵的方法，其特征在于，包括以下步骤：
设置多模泵激源；
设置单包层光波导激光发射光纤；和
用所述多模泵激源间接泵激所述激光发射光纤。
7.一种放大光信号λt的方法，其特征在于，包括以下步骤：
设置具有波长λmm多模亮度输出的多模光泵激源；
将所述多模亮度输出转换成波长为λpump的单模输出；
将所述单模输出送入光放大器以放大光信号λt。
8.一种以泵激波长λpump泵激光放大器的光放大器泵，其特征在于，
所述泵包括产生波长λsemi的半导体激光器；
所述泵输出至少500mW的λpump光。
9.一种光放大器泵，其特征在于包括：
半导体激光器，用于产生波长λ1以泵激钕离子；
众多钕离子，钕离子在受所述波长λ1泵激时会产生用以泵激镱离子的波长λ2；
众多镱离子，镱离子在受所述波长λ2泵激时会产生用以泵激铒离子的波长λ3。
10.一种放大L带光信号的方法，其特征在于包括以下步骤：
设置掺铒光纤；
用宽区域半导体激光器泵激钕固态激光器；
将所述固态激光器输入所述掺铒光纤；和
用所述掺铒光纤放大L带光信号。
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