CZ301215B6 - Connection element and process for producing connecting element for binding signal and pumping into double-tube optical fiber - Google Patents
Connection element and process for producing connecting element for binding signal and pumping into double-tube optical fiber Download PDFInfo
- Publication number
- CZ301215B6 CZ301215B6 CZ20050227A CZ2005227A CZ301215B6 CZ 301215 B6 CZ301215 B6 CZ 301215B6 CZ 20050227 A CZ20050227 A CZ 20050227A CZ 2005227 A CZ2005227 A CZ 2005227A CZ 301215 B6 CZ301215 B6 CZ 301215B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- optical fiber
- fiber
- pumping
- double
- fibers
- Prior art date
Links
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Spojovací prvek a způsob výroby spojovacího prvku pro navázání signálu a čerpání do dvouplášťového optického vláknaA fastener and a method of making a fastener for bonding and pumping into a double-skinned optical fiber
Oblast technikyTechnical field
Vynález se týká nového řešení navázání signálu a čerpání do dvouplašťového optického vlákna pro optické zesilovače a zdroje záření, zvláště pro jedno- nebo málomódové vlnovodné lasery, širokopásmové zdroje, optické zesilovače, zařízení s čerpáním přes plášť, ramanovská vláknová io zařízení.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a novel solution of signal bonding and pumping into a double-layer optical fiber for optical amplifiers and radiation sources, in particular for single- or small-mode waveguide lasers, broadband sources, optical amplifiers, sheath pumping devices, Raman fiber devices.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Lasery si za více než čtyři desetiletí od svého objevu našly místo v mnoha oblastech lidské činnosti. Generace záření v laseru je založena na jevu stimulované emise záření (LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) v aktivním prostředí. Aktivním prostředím může být skleněné optické vlákno dopované prvky vzácných zemin, hovoří se pak o vláknových laserech, resp. vláknových zesilovačích. První vláknový laser experimentálně demonstrovaliOver four decades since their discovery, lasers have found their place in many areas of human activity. Laser generation is based on the Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER) phenomenon in the active environment. The active environment can be glass fiber optic doped with rare earth elements, then talk about fiber lasers, respectively. fiber amplifiers. The first fiber laser was experimentally demonstrated
J. Koester a E. Snitzer již začátkem šedesátých let (C. J. Koester and E. Snitzer. „Amplification in a fiber laser“, Applied Optics, 3(9): 1182, 1964),J. Koester and E. Snitzer in the early 1960s (C.J. Koester and E. Snitzer, "Amplification in a Fiber Laser", Applied Optics, 3 (9): 1182, 1964),
Dlouhou dobu se pohlíželo na vláknové lasery jako na laboratorní kuriozitu, která poskytuje zajímavé provozní vlastnosti ovšem s nízkým výstupním výkonem a jen málo aplikacemi. Obnovení zájmu o vláknové lasery a zesilovače nastalo v polovině osmdesátých let, kdy výzkumný tým na University of Southampton v Anglii, vedený Davidem N. Paynem, ukázal, že ionty prvku vzácné zeminy erbia mohou ve vláknech vyvolat optické zesílení na vlnové délce kolem 1550 nm, využívané v komunikačních systémech (R. J. Mears, L, Reekie, I. M. Jauncey, D. N. Payne, „Low-noise erbium-doped fíbre amplifier operating at 1.54 m“, Electronics. Lett., 23(19): 1026—For a long time, fiber lasers have been seen as a laboratory curiosity that provides interesting operating characteristics but with low output power and few applications. A renewed interest in fiber lasers and amplifiers occurred in the mid-1980s when a research team at the University of Southampton, England, led by David N. Payne, showed that erbia rare earth ions could induce optical amplification in the fibers at a wavelength of about 1550 nm, used in communication systems (RJ Mears, L, Reekie, IM Jauncey, DN Payne, "Low-noise erbium-doped fiber amplifier operating at 1.54 m", Electronics. Lett., 23 (19): 1026—
1028, 1987).1028, 1987).
Nasazení a rozvoj erbiem dopovaných vláknových zesilovačů (erbium doped fiber amplifier, EDFA) začátkem devadesátých let znamenalo v optických komunikacích podobně převratné změny jako masový vstup optických vláken do telekomunikací zhruba o desetiletí dříve. Vedle typických aplikací EDFA v páteřních optických sítích jsou v současnosti intenzivně studovány i další aplikace vláknových zesilovačů a laserů v telekomunikacích i mimo ně. Vláknové zesilovače se začínají nasazovat v přístupových sítích a sítích kabelové televize CATV. Atraktivním zdrojem optických pulsů pro budoucí komunikační systémy s vysokou přenosovou rychlostí mohou být vláknové lasery založené na modulační nestabilitě. Vláknové lasery s pasivní medo40 vou synchronizací generující pulsy řádu stovek femtosekund mohou najít využití v ramanovské spektroskopii a Q-klíčované vláknové lasery s velkou energií v pulsu jsou součástmi detekčních systémů LID AR (Light Detection And Ranging). Slibné aplikace jsou také v medicíně, v oční chirurgii a zubním lékařství.The deployment and development of erbium doped fiber amplifiers (EDFAs) in the early 1990s meant similar breakthroughs in optical communications as mass input of optical fibers into telecommunications about a decade earlier. In addition to typical EDFA applications in backbone optical networks, other fiber amplifier and laser applications in telecommunications and beyond are currently being studied intensively. Fiber amplifiers are being deployed in CATV access and cable television networks. Fiber lasers based on modulation instability can be an attractive source of optical pulses for future high-speed communication systems. Passive medio40 fiber lasers generating hundreds of femtosecond pulses can find use in Raman spectroscopy, and high energy pulsed Q-keyed fiber lasers are part of LID AR (Light Detection And Ranging) detection systems. There are also promising applications in medicine, eye surgery and dentistry.
Důležitým pokrokem ve vývoji vláknových zesilovačů a laserů byl objev metody mnohamódového čerpání aktivního prostředí v dvouplášťových (double-ciad, DC) optických vláknech (E. Snitzer, H. Po, R. Tumminelli and B. C. McCollum, „Double-clad, offset core Nd fibre laser“, v Dígest of Conf. on Optical Fibre Sensors, práce PD5, New Orleans, USA, 1988; vydavatel: IEEE, New York a E. Snitzer, H. Po, R. P. Tuminelli and F. Hakimi, „Optical fiber lasere and amplifiers“, patent US 4 815 079, zveřejněný 21.3.1989).An important advancement in the development of fiber amplifiers and lasers was the discovery of the multi-mode active environment pumping method in double-ciad (DC) optical fibers (E. Snitzer, H. Po, R. Tumminelli and BC McCollum, “Double-clad, offset core Nd fiber laser ”, in Dígest of Conf. on Optical Fiber Sensors, PD5, New Orleans, USA, 1988; edited by IEEE, New York and E. Snitzer, H. Po, RP Tuminelli and F. Hakimi," Optical fiber lasers " and amplifiers, U.S. Patent 4,815,079, published Mar. 21, 1989).
Protože čerpání je navazováno do oblasti mnohamódového vnitřního pláště s relativně velkým průměrem a nikoliv jen do oblasti jednomódového jádra, je možné k čerpání použít výkonové laserové diody s velkou vyzařovací plochou a nízkou zářivostí. Objev metody čerpání pláštěm tak umožnil mnohonásobné zvýšení průměrného výstupního výkonu optického signálu vláknovýchSince pumping is bonded to a multi-mode inner shell region with a relatively large diameter, and not just to a single-mode core region, high power laser diodes with a large emitting surface and low emissivity can be used for pumping. The discovery of the casing pumping method thus enabled a multiple increase in the average output power of the fiber optic signal
CZ 301215 Bó laserů až do řádu stovek wattů (V. Dominie, S. MacCormack, R. Waarts, S. Sanders, S. Bicknese,CZ 301215 Bo lasers up to hundreds of watts (V. Dominia, S. MacCormack, R. Waarts, S. Sanders, S. Bicknes,
R. Dohle, E, Wolak, P. S. Yeh, E. Zucker, „110W fibre laser“, Electronics Lett., 35(14): 1158—R. Dohle, E., Wolak, P.S. Yeh, E. Zucker, "110W Fiber Laser", Electronics Lett., 35 (14): 1158—
1160, 1999.)1160 (1999).
Mnohowattové široce přeladitelné vláknové lasery s technologií čerpání pláštěm jsou vhodné zdroje signálu pro výkonové testování optických komponent pro sítě vlnového multiplexu WDM (wavelength division multiplexing). V sítích WDM je přenášeno i několik desítek signálů v jednom optickém vlákně najednou, celkový přenášený výkon dosahuje až stovek mW a testování spolehlivosti komponent při vysokých optických výkonech se tedy stává nezbytné. Yterbiové io vláknové lasery jsou používány jako čerpací zdroje ramanovských laserů.Multitatt wide tunable fiber lasers with sheath pumping technology are suitable signal sources for power testing of optical components for wavelength division multiplexing (WDM) networks. In WDM networks, several dozen signals are transmitted in one optical fiber at a time, the total transmitted power reaches up to hundreds of mW, and testing of component reliability at high optical performance becomes necessary. Yterbium and fiber lasers are used as pumping sources for Raman lasers.
Pro využití dvouplášťových optických vláken ve vláknovém zesilovači je třeba vyřešit současné navázání čerpání do vnitřního mnohamódového pláště a signálu do jednomódového jádra. Ačkoliv bylo vyvinuto několik metod pro navázání záření do dvouplášťových optických vláken, čerpá15 ní dvouplášťových optických vláken zůstává pro řadu aplikací závažným problémem.In order to utilize double-sheathed optical fibers in a fiber amplifier, it is necessary to solve the simultaneous coupling of pumping to the inner multi-mode sheath and the signal to the single-mode core. Although several methods have been developed for bonding radiation to double-shell optical fibers, pumping double-shell optical fibers remains a serious problem for many applications.
Dosud popsané metody lze rozdělit do dvou skupin podle směru navazování čerpání, V prvním případě je čerpání navazováno ve směru osy dvouplášťového optického vlákna na jeho čelo. Nejprve bylo realizováno kombinování signálu a čerpání na vstupu aktivního vlákna pomocí objemových optických prvků a čoček a tento způsob byl stále zdokonalována Η. M. Pask, J. L. Archambault, D. C. Hanna, L. Reekíe, P. S. Russell, J. E. Townsend and A. C. Tropper, „Operation of cladding-pumped Yb-doped silica fiber lasers in l-pm region“, Electronics Lett., 30(11): 863-865, 1994; W. A. Clarkson and D. C. Hanna, „Two-mirror beam-shaping technique for high-power diodě bars“, Optics Lett., 21(6): 375-377, 1996.The methods described so far can be divided into two groups according to the direction of bonding of the pumping. In the first case the pumping is bonded in the direction of the axis of the double-skin optical fiber to its face. Initially, combining the signal and pumping at the active fiber inlet with volumetric optical elements and lenses has been continually improved Η. M. Pask, JL Archambault, DC Hanna, L. Reekiee, PS Russell, JE Townsend and AC Tropper, "Operation of cladding-pumped Yb-doped silica fiber lasers in the l-pm region", Electronics Lett., 30 (11) : 863-865 1994; Clarkson, W. A., Hanna, "Two-mirror beam-shaping technique for high-power diode bars", Optics Lett., 21 (6): 375-377, 1996.
V tomto případě je ovšem ztracena výhoda šíření signálu optickým vláknem a proto je výzvou nalézt jiný vhodný způsob, který zachovává přednosti vláknové optiky. Byly patentovány způsoby s použitím směrového vláknového vazebního členu buď vytvořeného z jednomódového a jednoho mnohamódového vlákna (V. P. Gapontsev and I. Samartsev, „Coupling arrangement between a multi-mode light source and an optical fiber through an intermediate optical fiber length“, patent US 5 999 673, zvěř. 7.12.1999), anebo několika mnohamódových čerpacích vláken, soustředěných okolo jednomódového signálového vlákna (D. J. DiGiovanni and A. J. Stentz, „Tapered fiber bundles for coupling light into and out of cladding-pumped fiber devices,“ patent US 5 864 644, zvěř, 26.1.1999, resp. ΕΡ0 893 862, zvěř. 27.1.1999; D. Bayart and L. Berthelot, „Optical coupler for a multimode pump“, patent US 6 778 562, zvěř. 10.7.2003; S. Mac Cormack, V. G. Dominie, and R. G. Waart, „Side coupled pumping of double clad fiber gain media“, patent US 6 434 295, zvěř. 13.8,2002; B. G. Fidric, V. G. Dominie, S. Sanders, „Optical couplers for multimode fibers“, patent US 6 434 302, zvěř. 13.8.2002; resp. WO 9 945 419, zvěř. 10.9.1999; F. Gonthier, L. Martineau, F. Seguin, A. Villeneuve, M. Faucher, N. Azami, andIn this case, however, the advantage of propagating the signal through the optical fiber is lost and therefore the challenge is to find another suitable method that preserves the advantages of the fiber optic. Methods have been patented using a directional fiber coupler either made of single-mode and one multi-mode fiber (VP Gapontsev and I. Samartsev, "Coupling arrangement between a multi-mode light source and an optical fiber through an intermediate optical fiber length", US Patent 5 No. 999 673, Dec. 7, 1999), or several multi-mode pumping fibers centered around a single-mode signal fiber (DJ DiGiovanni and AJ Stentz, "Tapered Fiber Bundles for Coupling Light into and Out of Cladding-Pumped Fiber Devices," U.S. Patent No. 5,864 644, wildlife, 26 January 1999, and ΕΡ0 893 862, wildlife 27.1.1999, D. Bayart and L. Berthelot, "Optical coupler for a multimode pump", US Patent 6,778,562, wildlife 10 July 2003; Mac Cormack, VG Dominia, and RG Waart, "Side Coupled Pumping of Double Clad Fiber Gain Media", US Patent No. 6,434,295, wildlife, Aug. 13 ,,2002; BG Fidric, VG Dominie, S. Sanders, "Optical Couple rs for multimode fibers', US Patent No. 6,434,302, game, Aug. 13, 2002; respectively. WO 9 945 419, game. 10.9.1999; Gonthier F., Martineau L., Seguin F., Villeneuve A., Faucher M., Azami N., and
M. Gameau, „Optical coupler comprising multimode fibers and method of making the same“, WO 2005029146, zvěř. 31.3. 2005).M. Gameau, "Optical coupler comprising multimode fibers and method of making the same", WO 2005029146, game. 31.3. 2005).
Druhým způsobem je příčné navázání čerpání z boku aktivního vlákna buď difrakČním prvkem, např. hranolem (T. Weber, W. Luthy, H.P. Weber, V. Neuman, H Berthou, G. Kotrotsios, „A longitudinal and side-pumped single transverse-mode double-clad fiber laser with a speciál silicone coating“ Optics Communications, 115(1-2): 99-104, 1995), prostřednictvím V-drážky (D. J. Ripin and L. Goldberg, „High efficiency side coupling of light into optical fibres using imbedded V-grooves“, Electronics Lett., 31(25): 2204-2205, 1995; L. Goldberg, „Method and apparatus for side pumping an optical fiber“, patent US 5 854 865, zvěř. 29.12.1998), přiložením so šikmo zbroušeného čerpacího vlákna k částečně zbroušenému plášti dvouplášťového optického vlákna (J. J. Larsen and G. Vienne, „Side pumping of double-clad photonic crystal fibers“, Opt. Lett. 29(5): 436-438, 2004), nebo zapuštěním zrcadla do pláště dvouplášťového optického vlákna (J. P. Koplow, S. W. Moore and D. A. Kliner, „A new method for side pumping of double-clad fiber sources“, IEEE J. Quantum Electronics 39(4): 529-540, 2003).The second way is to cross-draw the side of the active fiber by either a diffractive element, eg a prism (T. Weber, W. Luthy, HP Weber, V. Neuman, H. Berthou, G. Kotrotsios, "A longitudinal and side-pumped single transverse- Optical Communications, 115 (1-2): 99-104, 1995), via V-groove (DJ Ripin and L. Goldberg, “High Efficiency Side Coupling of Light into Optical”) fibers using imbedded V-grooves ", Electronics Lett., 31 (25): 2204-2205, 1995; L. Goldberg," Method and Apparatus for Side Dumping in Optical Fiber ", US Patent 5,854,865, game. ), by attaching the obliquely ground pumped fiber to a partially ground double-skin optical fiber sheath (JJ Larsen and G. Vienne, " Side pumping of double-clad photonic crystal fibers ", Opt. Lett. 29 (5): 436-438, 2004) or by embedding the mirror in the double-sheath optical fiber sheath (J. P. Koplow, S.W. Moore and D.A. Kliner, "A New Method for Side-Dumping of Double-Clad Fiber Sources", IEEE J. Quantum Electronics 39 (4): 529-540, 2003).
Chytrý způsob je prosté smotání několika holých vláken, jak Čerpacích mnohamódových tak jednomódového vlákna dopovaného prvky vzácných zemin, a obklopení takového vláknového copánku prostředím s nižším indexem lomu, které tvoří vnější plášť vláknového vlnovodu (A. B. Grudinin, D. Payne, P. W. Turner, Μ. N. Zervas, M. Ibsen and Μ, K. Durkin,The clever way is simply to wind up several bare fibers, both pumping multimodal and single-mode rare-earth doped fibers, and surrounding such a fiber braid with a lower refractive index environment that forms the outer casing of the fiber waveguide (AB Grudinin, D. Payne, PW Turner, Μ. N. Zervas, M. Ibsen and K. Durkin,
WO 0 067 350, zvěř. 9. 11.2000; S. U. Alam, J. Nilsson, P. W. Turner, M. Ibsen, A. B. Grudinin and A, Chin, „Low cost multi-port reconfigurable erbium doped cladding pumped fiber amplifier“, European Conference on Optical Cotnmunication, ECOC'2000, Mnichov, Německo, práce č. 5.4.3, 2000, využito ve výrobcích firmy Southampton Photonics, Velká Británie, pod názvem GTWave technology, viz A. B. Grudinin, D. N. Payne, P. W, Turner, L. J. A. Nilsson, ίο Μ. N. Zervas, M. Ibsen, Μ. K. Durkin, „Multi—fibre arrangement for high power fibre lasers and amplifiers“, U.S. patent application No. 20050105866, zvěř. 19.5.2005.WO 0 067 350, game. 9. 11.2000; SU Alam, J. Nilsson, PW Turner, M. Ibsen, AB Grudinin and A, Chin, "Low cost multi-port reconfigurable erbium before cladding pumped fiber amplifier", European Conference on Optical Communication, ECOC'2000, Munich, Germany, No. 5.4.3, 2000, used in the products of Southampton Photonics, UK, under the name GTWave technology, see AB Grudinin, DN Payne, P.W., Turner, LJA Nilsson,. N. Zervas, M. Ibsen, Μ. K. Durkin, "Multi-Fiber Arrangement for High Power Fiber Lasers and Amplifiers", U.S. Pat. patent application no. 20050105866, game. 19.5.2005.
Dalším problémem specifickým pro čerpání pláštěm je zajistit účinnou absorpci čerpání podél erbiem a yterbiem dopovaných optických vláken (erbium-ytterbium-doped fibres, EYDF). Např.Another problem specific to sheath pumping is to provide efficient pumping absorption along erbium-yterbium-doped fibers (erbium-ytterbium-doped fibers) (EYDF). E.g.
v případě kruhového průřezu vlákna je selektivně absorbována část čerpání šířící se středem vlákna, tzv. meridiální paprsky, zatímco kosé (mimoosové) paprsky jádro míjejí a tlumeny nejsou. Útlum, absorpce čerpání není homogenní podél celého vlákna, ale po absorpci meridiálních paprsků na počátku vlákna se již čerpání sin téměř beze ztrát. Vlákno se standardním, kruhovým průřezem je proto pro Čerpání přes plášť nejméně vhodné. Podobná situace nastává v případě obdélníkového průřezu vlákna a jiných průřezů. Optimální pro aplikace dvouplášťových aktivních vláken je zajistit maximální absorpci čerpání ve vláknu, tj. zajistit homogenní útlum podél celého vlákna. Toho lze dosáhnout vhodným návrhem tvaru vnitřního pláště, který zajistí tzv. chaotickou dynamiku šíření paprsků (V. Doya, O. Legrand and F. Mortessagne, „Optimized absorptíon in a chaotic double-clad fiber amplifier“, Opt, Lett., 26(12): 872-874, 2001;in the case of a circular cross-section of the fiber, the so-called meridial beams are selectively absorbed by the center of the pumping, while the scythe (off-axis) beams miss and dampen the core. The attenuation, absorption of the pumping is not homogeneous along the entire fiber, but after absorption of the meridial beams at the beginning of the fiber, the pumping of sin is almost without loss. Fiber with a standard, circular cross-section is therefore the least suitable for pumping through the sheath. A similar situation occurs with the rectangular cross-section of the fiber and other cross-sections. Optimal for dual-layer active fiber applications is to ensure maximum pumping absorption in the fiber, i.e. to ensure a homogeneous attenuation along the entire fiber. This can be achieved by a suitable design of the shape of the inner sheath that provides the so-called chaotic dynamics of beam propagation (V. Doya, O. Legrand and F. Mortessagne, "Optimized absorption in a chaotic double-clad fiber amplifier", Opt, Lett., 26 ( 12): 872-874, 2001;
P. Leproux, S. Février, V. Doya, P, Roy and D. Pagnoux, „Modeling and Optimization of Double-Glad Fiber Amplifiers Using Chaotic Propagation of the Pump“, Optical Fiber Technology, 7(4): 324-339,2001; P. Peterka, V. Matějec a I. Kašík, „Optimální tvar průřezu vlákna pro pláštěm čerpané vláknové lasery a zesilovače“, vyšlo ve sborníku konference Optické komunikace 2003, Praha, 21-22. října, str. 125-130). Vlakovém „chaotickém“ dvouplášťovém optickém vlákně se při libovolném způsobu buzení dosáhne pojistě délce vlákna statisticky rovnoměrného rozložení intenzity záření po průřezu.Leproux, P. Fevrier, V. Doya, P, Roy, and D. Pagnoux, "Modeling and Optimization of Double-Glad Fiber Amplifiers Using Chaotic Propagation of the Pump", Optical Fiber Technology, 7 (4): 324-339 , 2001; P. Peterka, V. Matějec and I. Kašík, “Optimal fiber cross-section shape for sheathed pumped fiber lasers and amplifiers”, was published in the conference proceedings Optical Communications 2003, Prague, 21-22. October, pp. 125-130). The train “chaotic” double-layer optical fiber achieves a statistically uniform distribution of the radiation intensity across the cross-section in any way of excitation.
Z dosud popsaných se jako nejbližší zde předkládanému vynálezu jeví řešení podle WO 2005029146 A. Jedno z řešení popsaných v tomto dokumentu obsahuje vazební člen, ve kterém jsou vstupní optická vlákna jen velmi málo kónicky protažena a pak navařena k dvouplášťovému optickému vláknu. Ovšem signálové vlákno je vždy uprostřed vstupního svazku optických vláken; lze říci, že jádro, ve kterém se šíří optický signál, je umístěno ve středu svazku vláken a následně ve středu dvouplášťového optického vlákna s kruhově symetrickým průřezem. Nadto musí být pro dosažení polohy jádra uprostřed průřezu vždy použita nejméně tři vstupní optická vlákna: dvě čerpací optická vlákna a jedno signálové. Při napojení vstupních vláken na vlákno s kruhově symetrickým průřezem se v řadě případů průřez vstupního svazku vláken výrazně liší od průřezu dvouplášťového optického vlákna. A konečně podle WO 2005029146 jsou vstupní vlákna svářena k sobě a tvarována vždy před výrobou vazebního členu.One of the solutions described herein comprises a coupler in which the input optical fibers are very little conically elongated and then welded to the double-sheathed optical fiber. However, the signal fiber is always in the middle of the optical fiber input beam; it can be said that the core in which the optical signal is propagated is located at the center of the fiber bundle and then at the center of the double-sheathed optical fiber with a circularly symmetrical cross-section. In addition, at least three input optical fibers must always be used to achieve the core position in the center of the cross-section: two pumping optical fibers and one signal optical. When connecting the input fibers to a fiber with a circularly symmetrical cross-section, in many cases the cross-section of the input fiber bundle differs significantly from that of a double-sheathed optical fiber. Finally, according to WO 2005029146, the input fibers are welded together and shaped prior to manufacture of the coupler.
Předkládaný vynález se od takového řešení popsaného zásadně liší. Jádro, ve kterém se šíří optický signál, je naopak vůči středu dvouplášťového vlákna umístěno asymetricky a jak toto asymetrické umístění jádra, tak i jeho nekruhový tvar přispívají k účinné absorpci čerpání podél vlákna. Kromě toho jsou v předkládaném vynálezu na dvouplášťové optické vlákno s asymetrickým průřezem výhodně připojována pouze dvě optická vlákna (jedno čerpací a jedno signálové optické vlákno). Navíc je tvar dvouplášťového optického vlákna navržen tak, aby co nejvíce odpovídal průřezu vstupních vláken. Lze pak použít vyšší energie svářecího oblouku a dosáhnout tak vyšší pevnosti svaru. Do svářečky optických vláken se vkládají vstupní vlákna nijak nespojená a netvarovaná, což umožňuje použít k výrobě vazebního členu i standardní svářečky optických vláken.The present invention is fundamentally different from such a solution described. In contrast, the core in which the optical signal propagates is positioned asymmetrically to the center of the double-shell fiber, and both this asymmetric placement of the core and its non-circular shape contribute to efficient absorption of pumping along the fiber. In addition, in the present invention, only two optical fibers (one pumping and one signal optical fiber) are preferably coupled to an asymmetric cross-section optical fiber. In addition, the shape of the double-skinned optical fiber is designed to correspond as closely as possible to the cross-section of the input fibers. Higher arc welding energies can be used to achieve higher weld strength. Into the fiber optic welder, input fibers are unconnected and unshaped, which allows the use of standard fiber optic welder to produce the coupler.
Vynález bude blíže vysvětlen pomocí výkresů a obrázků.The invention will be explained in more detail with reference to the drawings and figures.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Předmětem vynálezu je zařízení, spojovací prvek pro navázání čerpání 1 a signálu 2 do dvouplášťového optického vlákna 7 pro vláknové zesilovače a lasery vyznačující se tím, že je tvořen signálovým optickým vláknem 3, čerpacím optickým vláknem či vlákny 9 a dvouplášťovým optickým vláknem 7, k jehož čelu jsou signálové optické vlákno a čerpací optické vlákno či vlákio na připojena prostřednictvím svaru 8.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a device, a coupling element for bonding pumping 1 and signal 2 to a double-shell optical fiber 7 for fiber amplifiers and lasers, characterized in that it comprises a signal-optical fiber 3, pumping optical fiber or fibers 9 and a double-shell optical fiber 7 For example, the signal optical fiber and the pumping optical fiber or fiber are connected through the weld 8.
Nárokovaný spojovací prvek se vyznačuje tím, že průřez dvouplášťového optického vlákna má tvar čtyřúhelníku (viz preforma 10 a obr. 6 až 9), jehož jedna nebo obě kratší protilehlé strany a popřípadě i jeho rohy mohou být půlkruhovitě zkoseny ajeho vnější rozměry jsou stejné jako společný průřez napojovaných vstupních optických vláken.The claimed fastener is characterized in that the cross-section of the double-skinned optical fiber has the shape of a rectangle (see preform 10 and FIGS. 6 to 9), one or both of the shorter opposing sides and optionally corners thereof may be semicircular chamfered. cross-section of the connected optical input fibers.
Napojení je realizováno ve svářečce optických vláken. Signálové optické vlákno a čerpací optické vlákno se k čelu dvouplášťového optického vlákna připojí svařením po dobu 1 až 2 sekundy za použití svářecího proudu o hodnotě 10 až 18 mA, přičemž přesah vláken při svařuje v rozmezíThe connection is realized in a fiber optic welder. The signal optical fiber and pump optical fiber are connected to the front of the double-skinned optical fiber by welding for 1 to 2 seconds using a welding current of 10 to 18 mA, with the overlap of the fibers in the welding range
5 až 20 mikrometrů.5 to 20 microns.
K uchycení optických vláken ve svářečce takovým způsobem, aby byla zaručena jejich správná vzájemná orientace, slouží drážka pro uchycení lichoběžníkového průřezu, tedy s plochým dnem, viz obr. 4.To trap the optical fibers in the welder in such a way as to guarantee their correct orientation, a groove for trapezoidal cross-section, i.e. with a flat bottom, is used, see Fig. 4.
Při vkládání dvou optických vláken kruhového průřezu do drážky svářečky se jedno z vláken upevní ke svářečce optických vláken pevně a další vlákno nebo vlákna se po vložení do drážky svářečky nastaví pomocí mikroposuvu tak, aby jejich čela ležela v jedné rovině, načež se vlákna v drážce pro uchycení pevně uchytí přítlačnou západkou.When inserting two optical fibers of circular cross-section into the welder groove, one of the fibers is fastened firmly to the optical welder and the other filament (s) is adjusted by micro-feed so that their faces are flush with the front of the welder. the clamp is firmly fixed by the thrust latch.
Toto řešení navázání se tak principiálně odlišuje od existujících metod současného navazování čerpání a signálu ve směru osy dvouplášťového optického vlákna, využívajících jako mezistupeň pro kombinaci signálového vlákna a čerpacích vláken speciální vazební člen z kónicky tvarovaných optických vláken (viz výše uvedené patenty US 5 864 644, US 6 778 562, US 6 434 295This bonding solution is thus fundamentally different from existing methods of simultaneous pumping and signal bonding along the double-layer optical fiber axis, using a special cone-shaped optical fiber coupler as an intermediate stage for the combination of signal fiber and pumping fibers (see U.S. Pat. Nos. 5,864,644, 6,778,562; 6,434,295
US 6 434 302 a WO 2005029146).US 6,434,302 and WO 2005029146).
Výhodou zde navrhovaného řešení je jednodušší a dostupnější technologie, která nevyžaduje zařízení pro výrobu bikónických svařovaných vazebních členů jako u jiných metod čelního navazování záření, ani zavádění difrakčního elementu jako u metod bočního čerpání. K napojení čerpacího a signálového vlákna na dvouplášťové optické vlákno stačí svářečka optických vláken. Další výhoda tohoto uspořádání vyplývá z tvaru dvouplášťového optického vlákna, který je co nejvíce přizpůsoben napojovaným optickým vláknům, viz obrázek 1, řez B-B. Jak asymetricky umístěné jádro, tak nekruhový tvar přispívají k účinné absorpci čerpání podél vlákna. Preforma dvouplášťového optického vlákna je vytvořena technologií MCVD (Modifíed Chemical VapourThe advantage of the solution proposed here is a simpler and more accessible technology that does not require equipment for the production of bicononic welded couplers as with other methods of frontal radiation bonding, nor the introduction of a diffractive element as with the methods of side pumping. A fiber optic welder is sufficient to connect the pump and signal fibers to the double-walled optical fiber. A further advantage of this arrangement results from the shape of the double-skinned optical fiber, which is as adapted as possible to the connected optical fibers, see Figure 1, section B-B. Both the asymmetrically positioned core and the non-circular shape contribute to efficient pumping absorption along the fiber. The double-layer optical fiber preform is produced by MCVD (Modified Chemical Vapor) technology
Deposition) a dopováním jádra prvky vzácných zemin, např. prvky erbía a yterbia z roztoku („solution doping“ technique).Deposition) and doping the core with rare earth elements, such as the solution doping technique (erbium and yterbium).
Specifického průřezu a asymetrické polohy jádra je z výchozích válcových preforem dosaženo broušením. Tažení vlákna z preformy probíhá za nižších teplot než je obvyklé u standardních vláken, aby byl co nejvíce zachován nekruhový tvar průřezu preformy. Při tažení je na vlákno nanášen pokryv např. z polysiloxanového polymeru nebo fluorovaného akrylátu. Tento pokryv musí mít nižší index lomu než má křemenný materiál vlákna, takže vnitřní, křemenný plášť vlákna tvoří mnohamódový vlnovod pro šíření čerpání.The specific cross-section and asymmetric position of the core is obtained from the initial cylindrical preforms by grinding. The drawing of the fiber from the preform takes place at lower temperatures than is usual with standard fibers in order to maintain the non-circular cross-sectional shape of the preform as much as possible. During drawing, a coating of, for example, a polysiloxane polymer or fluorinated acrylate is applied to the fiber. This cover must have a lower refractive index than the quartz material of the fiber, so that the inner, quartz sheath of the fiber forms a multi-mode waveguide to spread the pumping.
Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Obr. 1 znázorňuje spojovací prvek pro navázání záření jak čerpání i (vedeného v mnohamódovém vlákně 9), tak signálu 2 (vedeného v jedno- nebo málomódovém vlákně 3) do jednoho dvouplášťového optického vlákna 7. Signálové a čerpací optická vlákna jsou k Čelu dvouplášťového optického vlákna připojeny svarem 8. Oblast svaru je stejně jako dvouplášťové optické vlákno pokryta materiálem 4, např. polymerem s nižším indexem lomu než je křemenné optické vlákno. Díky specifickému návrhu průřezu dvouplášťového optického vlákna, který zajišťuje chaotické šíření paprsků, je čerpací záření rozloženo rovnoměrně po průřezu mnohamódového i o vláknového vlnovodu 5. Signál se šíří v jedno- nebo málomódovém jádře 6.Giant. 1 shows a coupling element for bonding both pumping i (routed in multi-mode fiber 9) and signal 2 (routed in single- or small-fashioned fiber 3) to one double-layer optical fiber 7. Signal and pump optical fibers are connected to the face of the double-layer optical fiber The weld region is, like the double-skinned optical fiber, covered with a material 4, e.g. a polymer with a lower refractive index than the quartz optical fiber. Thanks to the specific cross-sectional design of the double-sheathed optical fiber, which ensures chaotic beam propagation, the pumping radiation is distributed evenly across the cross-section of the multi-mode and fiber waveguide 5. The signal propagates in the single- or small-mode core 6.
Obr. 2 je snímek svaru dvou optických vláken standardního průměru 125 pm připojených na dvouplášťové optické vlákno. Jedná se o pohled shora, v levé části jsou dvě optická vlákna, která odpovídají jedno- nebo málomódovému vláknu 3 pro navázání signálu a mnohamódovému vlák15 nu 9 pro čerpání záření a v pravé části jedno dvouplášťové optické vlákno 7.Giant. 2 is an image of a weld of two 125 µm standard diameter optical fibers attached to a double-sheathed optical fiber. This is a top view, in the left part there are two optical fibers which correspond to the single-mode or small-mode fiber-linking fiber 3 and the multi-mode fiber 15 for pumping radiation, and in the right part one double-layer optical fiber 7.
Obr, 3 je mikroskopová fotografie zalomeného konce vlákna, ze které je patrný průřez dvouplášťového optického vlákna 7.Fig. 3 is a microscope photograph of a kinked fiber end showing a cross-section of a double-sheathed optical fiber 7.
Obr. 4 znázorňuje řez drážkou pro uchycení s plochým dnem podle tohoto vynálezu, sloužící k uchycení optických vláken ve svářečce tak, aby byla zaručena jejich správná vzájemná orientace.Giant. 4 is a cross-sectional view of the flat bottom fastening groove of the present invention used to retain the optical fibers in the welder so as to ensure their proper orientation relative to each other.
Pro srovnání je na Obr. 5 znázorněna standardní drážka pro uchycení, sloužící k uchycení optic25 kých vláken ve svářečce.For comparison, FIG. 5 shows a standard mounting groove for holding optical fibers in a welder.
Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Příklad 1Example 1
Provedení podle vynálezu s jedním čerpacím optickým vláknem je znázorněno na Obr. 6. Jedná se o spojovací prvek pro navázání signálu a čerpání do dvouplášťového optického vlákna 2, jehož preforma JO je vybroušena z jedné, kruhové preformy. Průřez odpovídající výchozí kruhové preformě je naznačen čárkovaně. Čerpání je přivedeno do dvouplášťového optického vlákna jedním optickým vláknem 9 a signál je také přiveden do dvouplášťového optického vlákna jedním optickým vláknem 3.An embodiment of the invention with a single pumping optical fiber is shown in FIG. 6. It is a connecting element for signal coupling and pumping into a double-skin optical fiber 2, whose preform 10 is ground from a single, circular preform. The cross-section corresponding to the initial circular preform is indicated by dashed lines. The pumping is applied to the double-shell optical fiber by one optical fiber 9 and the signal is also applied to the double-shell optical fiber by one optical fiber 3.
Příklad 2Example 2
Provedení podle vynálezu se dvěma čerpacími optickými vlákny je znázorněno na Obr. 7. Jedná se o spojovací prvek pro navázání signálu a čerpání do dvouplášťového optického vlákna 7, jehož preforma Γ0 je vybroušena z jedné, kruhové preformy. Průřez odpovídající výchozí kruhové preformě je naznačen čárkovaně. Čerpání je přivedeno do dvouplášťového optického vlákna 7 dvěma optickými vlákny 9 a signál je přiveden do dvouplášťového optického vlákna jedním optickým vláknem 3.An embodiment of the invention with two pumping optical fibers is shown in FIG. 7. It is a connecting element for signal coupling and pumping into a double-skin optical fiber 7, whose preform Γ0 is ground from a single, circular preform. The cross-section corresponding to the initial circular preform is indicated by dashed lines. The pumping is applied to the double-shell optical fiber 7 by two optical fibers 9 and the signal is applied to the double-shell optical fiber by one optical fiber 3.
Příklad 3Example 3
Další provedení podle vynálezu s jedním čerpacím optickým vláknem je znázorněno na Obr. 8. Jedná se o spojovací prvek pro navázání signálu a čerpání do dvouplášťového optického vláknaAnother embodiment of the invention with a single pumping optical fiber is shown in FIG. 8. It is a connecting element for signal coupling and pumping into double-layer optical fiber
7, jehož preforma Π) je složena ze dvou zbroušených preforem. Průřez odpovídaj ící výchozím 7, whose preform Π) is composed of two ground preforms. Cross-section corresponding to default
kruhovým preformám je naznačen čárkovaně. Čerpání je přivedeno do dvouplášťového optického vlákna 7 jedním optickým vláknem 9 a signál je také přiveden do dvouplášťového optického vlákna jedním optickým vláknem 3.circular preforms are indicated by dashed lines. The pumping is applied to the double-shell optical fiber 7 by one optical fiber 9 and the signal is also applied to the double-shell optical fiber by one optical fiber 3.
Příklad 4Example 4
Jiné provedení podle vynálezu se dvěma čerpacími optickými vlákny je znázorněno na Obr. 9. Jedná se o spojovací prvek pro navázání signálu a čerpání do dvouplášťového optického vlákna io 7, jehož preforma 10 je složena ze tří zbroušených preforem. Průřez odpovídající výchozím kruhovým preformám je naznačen čárkovaně. Čerpání je přivedeno do dvouplášťového optického vlákna 7 dvěma optickými vlákny 9 a signál je při veden do dvouplášťového optického vlákna jedním optickým vláknem 3.Another embodiment of the invention with two pumping optical fibers is shown in FIG. 9. It is a connecting element for signal coupling and pumping into double-layer optical fiber 17, whose preform 10 is composed of three ground preforms. The cross-section corresponding to the initial circular preforms is indicated by dashed lines. The pumping is applied to the double-shell optical fiber 7 by two optical fibers 9 and the signal is fed to the double-shell optical fiber by one optical fiber 3.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Navrhované řešení může být využito jak ve vláknových zesilovačích pro optické komunikace, tak ve výkonových vláknových laserech, které mají mnoho jiných oblastí využití, kromě optických komunikací např. ve strojírenství (zpracování materiálu, mikrosváření) letecká doprava (systémy LI DAR), ochrana životního prostředí (monitorování znečištění ovzduší). Způsob napojení dvou vláken najedno se specifickým průřezem zajišťujícím chaotické šíření paprsků může být využit pro konstrukci Y- a X- mnohamódových vazebních členů pro optovláknové senzory.The proposed solution can be used both in fiber amplifiers for optical communications and power fiber lasers, which have many other areas of application, in addition to optical communications eg in mechanical engineering (material processing, micro welding) air transport (LI DAR systems), environmental protection (monitoring of air pollution). The method of bonding two fibers with a specific cross section ensuring chaotic beam propagation can be used to construct Y- and X- multi-mode couplers for fiber optic sensors.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ20050227A CZ301215B6 (en) | 2005-04-12 | 2005-04-12 | Connection element and process for producing connecting element for binding signal and pumping into double-tube optical fiber |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ20050227A CZ301215B6 (en) | 2005-04-12 | 2005-04-12 | Connection element and process for producing connecting element for binding signal and pumping into double-tube optical fiber |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ2005227A3 CZ2005227A3 (en) | 2006-11-15 |
CZ301215B6 true CZ301215B6 (en) | 2009-12-09 |
Family
ID=37435181
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ20050227A CZ301215B6 (en) | 2005-04-12 | 2005-04-12 | Connection element and process for producing connecting element for binding signal and pumping into double-tube optical fiber |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ301215B6 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CZ305868B6 (en) * | 2014-12-12 | 2016-04-13 | Ústav Fotoniky A Elektroniky Av Čr, V. V. I. | Adaptor element of field profile of signal branch of signal mergers and pumping, merger and optical device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999045419A1 (en) * | 1998-03-04 | 1999-09-10 | Sdl, Inc. | Optical couplers for multimode fibers |
US6434295B1 (en) * | 1999-01-14 | 2002-08-13 | Jds Uniphase Corporation | Side coupled pumping of double clad fiber gain media |
EP0893862B1 (en) * | 1997-07-21 | 2004-06-16 | Lucent Technologies Inc. | Tapered fiber bundles for coupling light into and out of cladding-pumped fiber devices |
WO2005029146A1 (en) * | 2003-09-19 | 2005-03-31 | Itf Technologies Optiques Inc.-Itf Optical Technologies Inc. | Optical coupler comprising multimode fibers and method of making the same |
EP1326105B1 (en) * | 2002-01-03 | 2007-02-28 | Alcatel | Optical coupler for multimode pump |
-
2005
- 2005-04-12 CZ CZ20050227A patent/CZ301215B6/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0893862B1 (en) * | 1997-07-21 | 2004-06-16 | Lucent Technologies Inc. | Tapered fiber bundles for coupling light into and out of cladding-pumped fiber devices |
WO1999045419A1 (en) * | 1998-03-04 | 1999-09-10 | Sdl, Inc. | Optical couplers for multimode fibers |
US6434302B1 (en) * | 1998-03-04 | 2002-08-13 | Jds Uniphase Corporation | Optical couplers for multimode fibers |
US6434295B1 (en) * | 1999-01-14 | 2002-08-13 | Jds Uniphase Corporation | Side coupled pumping of double clad fiber gain media |
EP1326105B1 (en) * | 2002-01-03 | 2007-02-28 | Alcatel | Optical coupler for multimode pump |
WO2005029146A1 (en) * | 2003-09-19 | 2005-03-31 | Itf Technologies Optiques Inc.-Itf Optical Technologies Inc. | Optical coupler comprising multimode fibers and method of making the same |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CZ305868B6 (en) * | 2014-12-12 | 2016-04-13 | Ústav Fotoniky A Elektroniky Av Čr, V. V. I. | Adaptor element of field profile of signal branch of signal mergers and pumping, merger and optical device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CZ2005227A3 (en) | 2006-11-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7286283B2 (en) | Optical fiber coupling arrangement | |
CN101288211B (en) | Optical fibre laser | |
JP5265211B2 (en) | Optical fiber configuration for dissipating stray light | |
US5790722A (en) | High power optical fiber amplifier/laser system | |
US8768117B2 (en) | Optical fiber coupler, method of manufacturing the optical fiber coupler, and active optical module | |
EP2477284B1 (en) | Light combiner and fiber laser device using same | |
US7916386B2 (en) | High power optical apparatus employing large-mode-area, multimode, gain-producing optical fibers | |
US11588292B2 (en) | Photonic lantern structures and devices | |
US8085464B2 (en) | Multi-clad optical fibre amplifier with optimized pumping | |
US20090251770A1 (en) | Cladding pumped fibre laser with a high degree of pump isolation | |
US20050207455A1 (en) | Method and apparatus for efficient coupling of pump light into fiber amplifiers | |
JP2009032910A (en) | Optical fiber for optical fiber laser, method of manufacturing the same and optical fiber laser | |
EP0723714A1 (en) | A high power optical fiber amplifier pumped by a multi-mode laser source | |
US20080267227A1 (en) | Gain-clamped optical amplifier using double-clad fiber | |
JP5378852B2 (en) | Light source device | |
JP5378861B2 (en) | Optical fiber laser | |
KR20110065305A (en) | Double clad fiber laser device | |
CZ301215B6 (en) | Connection element and process for producing connecting element for binding signal and pumping into double-tube optical fiber | |
KR101889293B1 (en) | Laser resonator | |
WO2022202768A1 (en) | Laser device and processing device | |
JPH04253037A (en) | Multifiber optical amplifier and structure for connecting multiple optical fiber using this amplifier | |
Peterka et al. | Laser performance of double-clad Er/Yb doped fiber with cross-section tailored for direct splicing to the pump and signal fibers | |
CZ28064U1 (en) | Adaptor element of field profile of signal mergers and pumping, merger and optical device ng | |
Mattsson | Air-clad photonic crystal fibers for high-power single-mode lasers | |
CZ305868B6 (en) | Adaptor element of field profile of signal branch of signal mergers and pumping, merger and optical device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20190412 |