DE60220369T2

DE60220369T2 - Kaskadenramanfaserlaser und optisches System mit einem solchem Laser

Info

Publication number: DE60220369T2
Application number: DE60220369T
Authority: DE
Inventors: Dominique Bayart; Carlos De Barros; Thierry Lopez; Xavier Normandin
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2022-01-12
Also published as: ATE363754T1; EP1329995A1; US20030138000A1; EP1329995B1; US6836488B2; DE60220369D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Kaskaden-Raman-Faserlaser sowie Geräte und Systeme mit solchen Elementen.
Die Raman-Verstärkung ist bekannt dafür, daß sie eine flache Verstärkung über ein breites Signalwellenlängenband bereitstellt, wenn mehrere Pumpwellenlängen verwendet werden. Die Breitband-Raman-Verstärkung wird folglich verwendet, um Signale über ein breites Wellenlängenband zu verstärken und ist daher von besonderem Interesse in optischen Übertragungssystemen mit WDM (Wavelength Division Multiplexing/Wellenlängenmultiplex).
Um die notwendigen Pumpwellenlängen bereitzustellen, damit die Raman-Verstärkung effizient ist (d.h. damit die Verstärkung im wesentlichen flach ist), ist bekannt, einen Kaskaden-Raman-Laser zu verwenden, der mehrere Ausgangskanäle aufweist. Der Artikel "A high-efficiency power-stable three-wavelength configurable Raman fiber laser", Mermelstein et al., Paper PD3, OFC 2001 offenbart ein WDM-System, das einen Kaskaden-Raman-Faserlaser für mehrfache Wellenlängen verwendet, um Pumpwellenlängen von 1.427, 1.455 und 1.480 nm an einen Breitband-Raman-Verstärker bereitzustellen.
Kaskaden-Raman-Faserlaser sind per se z.B. aus dem Dokument EP-0 651 479 und EP 0984532 bekannt.
Solche Laser umfassen eine Länge des optischen Wellenleiters, in der Regel optische Quarzfasern, und Mittel zum Einbringen der Pumpstrahlung der Wellenlänge λ_p in die Länge des optischen Wellenleiters. Das Gerät umfaßt außerdem n (n ≥ 2) mit Abstand angeordnete Paare von Reflektormitteln, die optische "Hohlräume" für elektromagnetische Strahlung einer vorgegebenen Wellenlänge definieren, wobei die Hohlräume mindestens einen Teil der Länge des optischen Wellenleiters umfassen. Jeder Reflektor weist eine zugeordnete Mittenwellenlänge λ_i eines Reflexionsbandes auf und zwei Reflektoren eines gegebenen Paars weisen im wesentlichen die gleiche Mittenwellenlänge auf, so daß die Reflektoren eines gegebenen Paars einen optischen Hohlraum der Länge L_i definieren, die für Strahlung der Wellenlänge λ_i wesentlich gleich der Mittenwellenlänge der Reflektoren des gegebenen Paars ist. Mit Δλ_i (i = 1, ..., n), einer Länge innerhalb des entsprechenden Stokes'schen Bandes, das der Faser zugeordnet ist, λ_i = λ_i-1 + Δλ_i (λ₀ = λ_p) . Die Reflektoren weisen ein hohes Reflexionsvermögen auf, in der Regel größer als 95 %.
Folglich kann die Pumpleistung in einer Vielzahl von Stufen in eine Leistung bei einer gewünschten längeren Wellenlänge umgewandelt werden. Die Wellenlänge λ_i auf einer gegebenen Stufe wird durch die Mittenwellenlänge des relevanten Paars der Reflektoren bestimmt, vorausgesetzt, daß die Mittenwellenlänge so ausgewählt ist, daß die Wellenlängendifferenz (Δλ_i) zwischen der vorhergehenden Stufe (λ_i-1) und der gegebenen Stufe (λ_i) innerhalb des Stokes'schen Bandes ist, das der optischen Faser zugeordnet ist. Solch ein Laser umfaßt außerdem einen niedrigreflektierenden Reflektor für Strahlung der Wellenlänge λ_s auf der Ausgangsseite des Geräts, so daß die meiste Leistung der Wellenlänge λ_s aus dem Laser ausgekoppelt wird.
Demzufolge basieren Kaskaden-Raman-Laser auf Raman-Streuung, welche ein nichtlinearer optischer Prozeß ist, der die Kopplung von Licht, das sich durch ein nichtlineares Medium ausbreitet, mit Schwingungsmodi des nichtlinearen Mediums betrifft, einer Rückstrahlung auf einer verschiedenen, in der Regel längeren Wellenlänge. Ein Photon wird zurück und vorwärts in jedem optischen Hohlraum reflektiert, bevor es der Raman-Streuung unterliegt, die ein Photon längerer Wellenlänge zur Folge hat, das anschließend aus dem Hohlraum in den nächsten optischen Hohlraum hinausgeht.
Bei Verwendung einer optischen Quarzfaser als das nichtlineare Medium tritt die maximale Raman-Verstärkung bei einer Frequenzverschiebung von 13,2 THz auf, die einer Wellenlängenverschiebung von ungefähr 50 bis 100 nm für Pumpwellenlängen zwischen ungefähr 1.000 und 1.500 nm entspricht.
Ein Kaskaden-Mehrfachwellenlängen-Raman-Faserlaser unterscheidet sich von einem Einwellenlängen-Raman-Faserlaser wie oben beschrieben dadurch, daß er gleichzeitig mehrere Ausgangswellenlängen aufweist. Er basiert auf der Idee der Aufteilung der Raman-Verstärkung zwischen mehreren Stokes'schen Wellenlängen, die ähnliche Leistungspegel aufweisen, um mehrere Ausgangswellenlängen gleichzeitig zu erhalten. Dafür weisen die Ausgangsreflektoren der Paare von Reflektoren, die die gewünschten Ausgangswellenlängen als Mittenwellenlänge haben, ein niedriges Reflexionsvermögen auf, so daß die meiste Leistung der gewünschten Ausgangswellenlängen aus dem Laser ausgekoppelt wird.
Der bekannte, im obengenannten Artikel beschriebene Kaskaden-Mehrfachwellenlängen-Raman-Faserlaser ist konfigurierbar, d.h. die Leistung auf jeder Wellenlänge kann durch Änderung des Reflexionsvermögens der Braggschen Gitter, die verwendet werden, um den Hohlraum zu bilden, verändert werden. Jedoch ist der dynamische Leistungsbereich der Ausgangspumpkanäle solch eines konfigurierbaren Mehrfachwellenlängen-Raman-Faserlasers nicht ausreichend.
Wenn die Ausgänge des Mehrfachwellenlängen-Raman-Faserlasers als Pumpwellenlängen zum Beispiel für einen Breitband-Raman-Verstärker verwendet werden, ist es in der Tat wichtig, daß solche Pumpwellenlängen genau gesteuerte entsprechende Leistungen aufweisen, nämlich um einen ähnlichen Leistungspegel auf jedem Ausgangskanal sicherzustellen. Das ist mit dem im obigen Artikel beschriebenen Laser nicht möglich.
Außerdem ist es ebenfalls wünschenswert, daß man die erforderliche Anzahl der Ausgangswellenlängen auswählen kann. Mit anderen Worten, es ist erwünscht, daß man den in dem obigen Artikel beschriebenen Dreiwellenlängen-Raman-Faserlaser als ein Zweiwellenlängenlaser oder sogar als ein Einwellenlängenlaser verwenden kann.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Mehrfachwellenlängen-Kaskaden-Raman-Faserlaser für mehrfache Wellenlängen bereitzustellen, der genau steuerbare Ausgangsleistung auf jedem Ausgangskanal aufweist und ebenfalls zur Verwendung mit weniger Ausgangswellenlängen als die maximal möglichen Ausgangswellenlängen geeignet ist.
Zu diesem Zweck ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Kaskaden-Mehrfachwellenlängen-Raman-Faserlaser, der zum Emittieren von Strahlung von mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen λ_s1, λ_s2 angepaßt ist, der umfaßt:

• eine Länge der optischen Faser, die Eingangs- und Ausgangsabschnitte aufweist,
• Mittel zum Einbringen der Pumpstrahlung der Wellenlänge λ_p in die Länge der optischen Faser,
• mindestens ein Paar mit Abstand angeordneter Reflektormittel, die einen optischen Hohlraum definieren, der der optischen Faser gehört, wobei jedes Reflektormittel eine Mittenwellenlänge aufweist, die Reflektormittel jedes Paars entsprechend am Eingangsabschnitt und Ausgangsabschnitt der optischen Faser angeordnet werden,
• mindestens ein Paar Reflektormittel, dessen Reflektormittel am Ausgangsabschnitt angeordnet sind, bezeichnet als Ausgangsreflektormittel, die ein niedrigeres Reflexionsvermögen bei Mittenwellenlänge aufweisen als die entsprechenden Reflektormittel des gleichen Paars, das am Eingangsabschnitt angeordnet ist, um Strahlung der Ausgangswellenlänge aus der optischen Faser zu emittieren.

Vorzugsweise beträgt die Differenz der Wellenlängen mindestens 3 nm und noch bevorzugter mindestens 4 nm.
Durch Auswählen der Ausgangsreflektormittel, die ein einstellbares Reflexionsvermögen auf den Ausgangswellenlängen aufweisen, ist es möglich, dynamisch die Leistung der Ausgangskanäle einzustellen, um genau einen ähnlichen Leistungspegel auf jedem Ausgangskanal bereitzustellen, was erforderlich ist, wenn der Laser als eine Pumpe für Breitband-Raman-Verstärkung verwendet wird.
Folglich werden genaue Werte des Reflexionsvermögens jedes Ausgangsreflektormittels erhalten, was den Ausgleich der Leistung der Ausgangskanäle ermöglicht.
Außerdem ist herausgefunden worden, daß die Leistung der Ausgangskanäle ebenfalls von der Länge der Faser, den Hohlraumverlusten und den Spleißverlusten abhängig ist. Es ist folglich um so wichtiger, einstellbare Ausgangsreflektoren gemäß der Erfindung zu verwenden, da viele Parameter vorhanden sind, die die Ausgangsleistungen beeinflussen können. Der Laser gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine dynamische Steuerung der Ausgangsleistung.
Vorzugsweise ist die Mittenwellenlänge der Ausgangsreflektormittel einstellbar. Das erlaubt, die Mitten- und Ausgangswellenlängen der Ausgangsreflektormittel zu "entkoppeln"; da die Ausgangsleistung des Reflektormittels bei seiner Mittenwellenlänge maximal ist, ermöglicht die Verschiebung der Mittenwellenlänge des Ausgangsreflektormittels demzufolge, die Ausgangsleistung einzustellen.
In diesem Zusammenhang kann die Einstellung der Mittenwellenlänge der Ausgangsreflektormittel durch Erhöhung der Mittenwellenlänge vorgenommen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Funktion der Abhängigkeit des Reflexionsvermögens der Ausgangsreflektormittel von der Wellenlänge eine im wesentlichen dreieckige oder Gauß'sche Form auf.
Die Einstellung des Reflexionsvermögens der Ausgangsreflektormittel kann gemäß der Erfindung durch Einstellen der Mittenwellenlänge des Reflexionsbandes des Ausgangsreflektors durchgeführt werden. Eine bevorzugte Lösung, um solch ein Ziel zu erreichen, ist es, eine Filterfunktion des Reflektormittels zu wählen, die eine Form aufweist, die keine Stufe ist und die dicht genug an einem Dreieck ist.
Tatsächlich ist es in solch einem Fall möglich, die Ausgangsleistung schrittweise zu ändern, was maximale Flexibilität ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform für WDM-Anwendungen umfaßt der Laser mindestens zwei Paare von Reflektormitteln und ist angepaßt, um Strahlung von mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen λ_s1, λ_s2 zu emittieren.
Wenn die Reflektormittel Braggsche Gitter sind, kann dies durch Dehnung des Braggschen Gitters erfolgen (durch Erwärmung oder mechanisch), um seine Übertragungscharakteristika durch z.B. Änderung seiner Teilung zu verändern. Die Änderung der Teilung des Braggschen Gitters führt zu einer Verschiebung seiner Mittenwellenlänge.
In solch einem Fall sind die Reflektormittel, die keine Ausgangsreflektormittel sind, derart, daß die Differenz zwischen ihren Wellenlängen des maximalen und minimalen Reflexionsvermögens kleiner als oder gleich 0,5 nm ist.
Vorteilhaft weisen die Reflektormittel anders als die Ausgangsreflektormittel eine volle Breite einer halben maximalen Reflexionsbandbreite von mindestens 2 nm auf. Das ermöglicht, eine maximale in die Hohlräume reflektierte Leistung zu haben.
Die Reflektormittel, die am Eingangsabschnitt angeordnet sind, und deren Mittenwellenlängen gleich den Ausgangswellenlängen sind, können eine volle Breite von 2 nm bei einem Reflexionsvermögenswert von 10 dB unter dem Maximum aufweisen.
Außerdem weisen die Ausgangsreflektormittel eine volle Breite bei halber maximaler Reflexionsbandbreite kleiner als oder gleich 2,5 nm auf, was schmal genug ist, um die Ausgangswellenlänge genau zu definieren.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein optisches Faserkommunikationssystem, das einen Faserlaser gemäß der Erfindung umfaßt, außerdem umfassend:

• Sendermittel, die Mittel zum Erzeugen einer Signalstrahlung der Wellenlänge λ_signal umfassen,
• Empfängermittel, die mit Abstand von Sendermitteln angeordnet sind, die Mittel zum Detektieren der Signalstrahlung bei λ_signal umfassen,
• optische Faserübertragungsmittel, die die Sender- und Empfängermittel verbinden,
• Mittel zum Koppeln der Ausgangsstrahlung der Wellenlänge λ_s1 des Raman-Lasers in die optischen Faserübertragungsmittel.

Die Erfindung betrifft ebenfalls einen optischen Raman-Verstärker, der einen Faserlaser gemäß der Erfindung umfaßt.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung deutlicher, die beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben ist.
In den Zeichnungen:
stellt 1 schematisch einen Kaskaden-Raman-Faserlaser gemäß der Erfindung dar.
zeigt 2 die Kurve der Abhängigkeit des Reflexionsvermögens von der Wellenlänge der Braggschen Ausgangsgitter des Lasers von 1.
zeigt 3 schematisch ein vorverstärktes optisches Raman-Faserkommunikationssystem, das einen Raman-Laser gemäß der Erfindung umfaßt.
In den Figuren sind gemeinsame Elemente oder Elemente mit der gleichen Funktionsweise durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
1 stellt schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines Raman-Lasers 10 gemäß der Erfindung dar. Pumpstrahlung der Wellenlänge λ_p, z.B. 1.117 nm, von Pumpquelle 11, die einen Yb³⁺-Laser umfaßt, wird über Koppler 12 in eine optische Germanium-Quarz-Monomodenfaser 13 gekoppelt, und Strahlungen der Wellenlängen 1.440, 1.455 und 1.487 nm werden von dem Ausgangsende der Faser emittiert.
Die Faser 13 weist einen Eingangsabschnitt 15 und einen Ausgangsabschnitt 16 auf und umfaßt Inline-Brechungsindexgitter wie zum Beispiel die Braggschen Gitter 151 bis 159, 161 bis 169. Die Gitter 151 und 161, 152 und 162, ... 159 und 169 bilden entsprechend zusammenpassende Reflektorpaare von z.B. Mittenwellenlängen 1.170, 1.229, 1.292, 1.364, 1.306, 1.394, 1.440, 1.455 und 1.487 nm. Die Gitter 151 bis 159 gehören zum Eingangsabschnitt 15 und die Gitter 161 bis 169 gehören zum Ausgangsabschnitt 16. Alle Gitter, ausgenommen die Gitter 161, 162 und 163, weisen wünschenswert hohes Reflexionsvermögen auf, mit im wesentlichen mehr als 98 % Reflexionsvermögen bei der Mittenwellenlänge.
Das Reflexionsvermögen eines Gitters (oder eines Reflektormittels) wird als das Verhältnis zwischen der Leistung der optischen Welle definiert, die durch das Gitter reflektiert wurde, zur Leistung der optischen Welle, die in das Gitter bei einer gegebenen Wellenlänge eintritt. Folglich ist, je niedriger das Reflexionsvermögen bei einer gegebenen Wellenlänge ist, um so höher die Ausgangsleistung des Reflektors (d.h. die Leistung der Welle, die nicht durch den Reflektor reflektiert wurde und folglich durch den Reflektor übertragen wird) bei gegebener Wellenlänge. Für Braggsche Gitter ist das Reflexionsvermögen bei ihrer Mittenwellenlänge maximal.
Die Paare 151–161, 152–162 und 153–163 der Gitter haben entsprechende Anfangsmittenwellenlängen gleich den Ausgangswellenlängen des Lasers 10. Das Reflexionsvermögen der Braggschen Gitter 161, 162 und 163 bei ihren Mittenwellenlängen ist niedriger als das der jeweiligen entsprechenden Gitter 151, 152 und 153. Es ist z.B. in der Größenordnung von 20 %, um die Ausgangswellenlänge aus dem Laser zu emittieren.
Zusätzlich zu den Gittern 151 bis 159 und 161 bis 169 kann ein optionales Gitter 17 verwendet werden, das eine Mittenwellenlänge gleich λ_p aufweist. Es dient als Pumpreflektor.
Das Reflexionsvermögen jedes Braggschen Gitters 161, 162 und 163, die als Braggsche Ausgangsgitter bezeichnet sind, ist bei den Ausgangswellenlängen einstellbar. Zu diesem Zweck ist ausgewählt worden, die Mittenwellenlänge der Braggschen Gitter 161, 162 und 163 einzustellen.
In der Tat, wenn die Mittenwellenlänge eines Braggschen Ausgangsgitters verschoben wird, verringert sich das Reflexionsvermögen dieses Gitters auf der Ausgangswellenlänge im Vergleich zu seinem Anfangswert. Der Anfangswert des Reflexionsvermögens ist der Wert, für den die Mittenwellenlänge des Ausgangsgitters gleich oder sogar vorzugsweise niedriger als die Mittenwellenlänge des entsprechenden Eingangsgitters ist, die ihrerseits gleich einer Ausgangswellenlänge des Lasers ist.
Durch erfindungsgemäßes Auswählen eines entsprechenden Profils der Funktion des Reflexionsvermögens in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Braggschen Ausgangsgitter ist es dann möglich, einfache und genaue Einstellungen der Mittenwellenlänge der Braggschen Ausgangsgitter durchzuführen.
Tatsächlich weisen typische Braggsche Gitter Funktionen des Reflexionsvermögens in Abhängigkeit von der Wellenlänge auf, die ein Profil zeigen, das im wesentlichen die Form einer Stufe hat. Solche Profile ermöglichen bereits eine Einstellung der Mittenwellenlänge, aber ohne ausreichende Präzision in der Auswahl des Reflexionsvermögens unter Zwischenwerten zwischen den maximalen und minimalen Werten des Reflexionsvermögens. Wenn gemäß der Erfindung ein Profil, so daß die Differenz zwischen den Wellenlängen des maximalen und minimalen Reflexionsvermögens mindestens 1 nm beträgt, für die Braggschen Ausgangsgitter 161, 162 und 163 ausgewählt wurde, wird eine bessere und genauere Steuerung des Reflexionsvermögens erhalten. Das ist insbesondere beim Auswählen eines Profils der Fall, das eine dreieckige oder Gauß'sche Form aufweist. Die volle Breite bei halber maximaler Reflexionsbandbreite der Braggschen Ausgangsgitter ist vorzugsweise kleiner als oder gleich 2,5 nm.
Optimale Ergebnisse werden erhalten, wenn die Differenz zwischen den Wellenlängen des maximalen und minimalen Reflexionsvermögens mindestens 3 nm und bevorzugter mindestens 4 nm beträgt.
Wie schematisch in 2 dargestellt ist, wo die Kurven der Abhängigkeit des Reflexionsvermögens R von der Wellenlänge λ von zwei Braggschen Gitter gezeigt sind, ist Kurve 20 die Kurve für ein Braggsches Gitter eines Paars, das sich am Eingangsabschnitt befindet und eine Mittenwellenlänge λ_Bragg,i gleich einer der Ausgangswellenlängen λ_OUT aufweist, und ist Kurve 21 das entsprechende Braggsche Ausgangsgitter, das sich am Ausgangsabschnitt befindet und eine Mittenwellenlänge λ_Bragg,o aufweist, die bezüglich der Ausgangswellenlänge λ_OUT verschoben ist.
Aus diesen Kurven ist ersichtlich, daß die Verschiebung der Mittenwellenlänge des Ausgangsgitters bezüglich der Ausgangswellenlänge ermöglicht, das erforderliche Reflexionsvermögen dieses Gitters gemäß der gewünschten Ausgangsleistung für den gegebenen Kanal auszuwählen. Wenn das Reflexionsvermögen bei der Anfangsmittenwellenlänge des Gitters z.B. 20 % beträgt, ist es folglich möglich, durch Verschiebung der Mittenwellenlänge das Reflexionsvermögen linear zu verringern (aufgrund der dreieckigen Form des Profils), was einen breiten Bereich von möglichen Reflexionsvermögen und folglich eine sehr präzise Steuerung der Ausgangsleistung ermöglicht.
Es ist herausgefunden worden, daß eine Verschiebung der Mittenwellenlänge, die einer Zunahme entspricht (was einer Verringerung des Reflexionsvermögens auf der Ausgangswellenlänge entspricht), einer Verringerung bevorzugt wird, da sie eine noch genauere Einstellung des Reflexionsvermögens ermöglicht. Die Verschiebung der Mittenwellenlänge zu höheren Wellenlängen hin stellt sicher, daß ein Lasereffekt beim Maximum des Reflexionsvermögens des Ausgangsgitters vorhanden sein wird.
Um die Ergebnisse eines Lasers gemäß der Erfindung weiter zu optimieren, ist die Differenz zwischen den Wellenlängen des maximalen und minimalen Reflexionsvermögens kleiner als oder gleich 0,5 nm und vorzugsweise 0,1 nm für Braggsche Gitter außer den Braggschen Ausgangsgittern, d.h. für die Gitter 151 bis 159, 164 bis 169 und 17.
Außerdem beträgt für die Braggschen Gitter, die eine Mittenwellenlänge aufweisen, die sich von einer der Ausgangswellenlängen unterscheidet, die die Bezugszeichen 154 bis 159, 164 bis 169 und 17 tragen, die volle Breite bei halber maximaler Reflexionsbandbreite mindestens 2 nm.
Für die Braggschen Gitter des Eingangsabschnitts 15, die eine Mittenwellenlänge gleich einer der Ausgangswellenlängen aufweisen, d.h. die Braggschen Gitter 151, 152 und 153, beträgt die volle Breite bei einem Reflexionsvermögenswert von 10 dB unter dem Maximum 2 nm.
Mittel zum Verschieben der Mittenwellenlänge der Braggschen Gitter 161, 162 und 163 sind schematisch in 1 mit den Bezugszeichen 181, 182 und 183 dargestellt.
Es sind dem Fachmann weithin bekannte Lösungen vorhanden, um die Mittenwellenlänge eines Braggschen Gitters zu verschieben.
Das kann durch Modifizieren der Teilung des Gitters erfolgen, z.B. durch Erwärmung des Gitters mit Peltier-Elementen. Die thermische Ausdehnung der Faser unter Wärme erhöht die Teilung Λ des Gitters und folglich die Mittenwellenlänge λ_Bragg gemäß der folgenden Beziehung: λBragg = Λ/2.neff wobei n_eff der Brechungsindex der Faser ist.
Eine andere mögliche Lösung ist, das Gitter mit einem angepaßten mechanischen System zu dehnen. Solche Systeme sind z.B. im Artikel "Chirping optical fiber Bragg gratings using tapered-thickness piezoelectric ceramic", M. Pacheco et al., Electron. Letters, vol. 34, pp. 2348–2350, 1998 beschrieben. Der Artikel "Dispersion variable fiber grating using a piezoelectric stack", M.M. Ohn et al., Electron. Letters, vol. 32, pp. 2000–2001, 1996 beschreibt ebenfalls Mittel zum Dehnen von Braggschen Gittern.
Der Vorteil der Verwendung solcher Mittel liegt in der Tatsache, daß die Verschiebung in Mittenwellenlänge proportional zur Dehnung des Braggschen Gitters ist, so daß eine lineare Beziehung zwischen dem Reflexionsvermögen des Braggschen Gitters und der Ausgangssteuerspannung des piezoelektrischen Mittels besteht.
Mit dem Laser 10 von 1 ist es möglich geworden, jeweils drei Ausgangskanäle von 1.440, 1.455 und 1.487 nm zu erhalten, die eine Ausgangsleistung von 200 mW für eine Pumpleistung des Yb³⁺-Lasers von 3 W aufweisen.
Ähnliche Ergebnisse sind mit einem Laser erhalten worden, der eine ähnliche Konfiguration wie die in 1 dargestellte aufweist (ebenfalls gepumpt mit einem Yb³⁺-Laser und unter Verwendung einer Germanium-Quarz-Faser), aber Ausgangswellenlängen von 1.427, 1.455 und 1.480 nm aufweisend mit den entsprechenden Ausgangsgittern, die einstellbares Reflexionsvermögen haben, wobei die Mittenwellenlängen der Inline-Paare der Reflektoren 1.167, 1.223, 1.284 und 1.351 nm betragen.
Ähnliche Ergebnisse sind ebenfalls mit einem Laser erhalten worden, der eine ähnliche Konfiguration wie die in 1 dargestellte aufweist (ebenfalls gepumpt mit einem Yb³⁺-Laser und unter Verwendung einer Phosphor-Quarz-Faser), aber Ausgangswellenlängen von 1.427, 1.455 und 1.480 nm aufweisend mit den entsprechenden Ausgangsgittern, die einstellbares Reflexionsvermögen haben, wobei die Mittenwellenlängen der Inline-Paare der Reflektoren 1.312 und 1.365 nm betragen.
3 stellt schematisch ein optisches System 100 gemäß der Erfindung dar, das einen Laser als Laser 10 von 1 umfaßt.
Das optische System 100 ist ein vorverstärktes optisches Raman-Faserkommunikationssystem, das umfaßt:

• Sendermittel 101,
• Empfängermittel 102, die mit Abstand von den Sendermitteln 101 angeordnet sind.

Die Signalstrahlung 103 (z.B. der Wellenlänge 1.550 nm) wird in die herkömmliche Übertragungsfaser 104 gekoppelt und dadurch zu den Empfängermitteln 102 übertragen. Die Pumpstrahlungen 106 für die verteilte Raman-Verstärkung werden durch den Laser 10 gemäß der Erfindung bereitgestellt, die in die Übertragungsfaser 104 durch herkömmliche WDM 107 gekoppelt werden. Der Raman-Laser 10 stellt Strahlungen der Wellenlängen 1.440, 1.455 und 1.487 nm bereit, die zum Pumpen der Übertragungsfaser 104 geeignet sind, so daß die Signalstrahlung 103 verstärkt wird.
Der Klarheit wegen ist nur ein WDM-Multiplexer in 3 gezeigt worden, aber es ist zu verstehen, daß mehrere solche Mittel auf der Länge der Übertragungsfaser 104 angeordnet werden können.
Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
Obgleich Inline-Brechungsindex-Fasergitter gegenwärtig bevorzugte Reflektormittel sind, wird die Verwendung anderer Reflektormittel ebenfalls in Erwägung gezogen. Zum Beispiel kann ein optischer Hohlraum durch Kopplung der Länge der optischen Faser an planare Wellenleiterreflektoren gebildet werden.
Außerdem kann die Anordnung der Reflektormittel gemäß den Lehren der US-Patentschrift 5 815 518 ebenfalls auf Laser der vorliegenden Erfindung angewendet werden.
Schließlich trifft die Erfindung sowohl auf WDM-Übertragungssysteme zu, die Raman-Vorverstärkung mit erbiumdotierten Faserverstärkern (EDFA) verwenden, als auch auf WDM-Übertragungssysteme, die nur Raman-Verstärkung verwenden.
Die Erfindung kann ebenfalls zum Pumpen einer Dispersion Compensation Fiber (DCF) statt einer Leitungsfaser verwendet werden.

Claims

Ein Kaskaden-Mehrfachwellenlängen-Raman-Faserlaser, der angepaßt ist, um Strahlung von mindestens einer Wellenlänge λ_s1 zu emittieren, umfassend: • eine Länge der optischen Faser (13), • Mittel (11) zum Einbringen der Pumpstrahlung der Wellenlänge λ_p in die Länge der optischen Faser (13), • mindestens ein Paar von mit Abstand angeordneten Reflektormitteln (151, 161; ...; 159, 169), die ihre am Ausgangsabschnitt der Faser (16) angeordneten Reflektormittel (161, 162, 163 ...) aufweisen, • und die Mittenwellenlänge der Ausgangsreflektormittel (161, 162, 163) ist einstellbar, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion des Reflexionsvermögens in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Ausgangsreflektormittel (161, 162, 163) derart ist, daß die Differenz zwischen den Wellenlängen des maximalen und minimalen Reflexionsvermögens mindestens 1 nm beträgt.
Faserlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen den Wellenlängen des maximalen und minimalen Reflexionsvermögens mindestens 3 nm beträgt.
Faserlaser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen den Wellenlängen des maximalen und minimalen Reflexionsvermögen mindestens 4 nm beträgt.
Faserlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens zwei Paare von Reflektormitteln umfaßt und dadurch, daß er zum Emittieren von Strahlung von mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen λ_s1, λ_s2 angepaßt ist.
Faserlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangsmittenwellenlänge der Ausgangsreflektormittel niedriger als die Mittenwellenlänge der entsprechenden Eingangsreflektormittel des gleichen Paars ist.
Faserlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Mittenwellenlänge der Ausgangsreflektormittel durch Erhöhen der Mittenwellenlänge erfolgt.
Faserlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion des Reflexionsvermögens in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Ausgangsreflektormittel (161, 162, 163) eine im wesentlichen dreieckige oder Gauß'sche Form aufweist.
Faserlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektormittel Braggsche Fasergitter sind.
Faserlaser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektormittel (151, ..., 159, 164, ..., 169, 17), die keine Ausgangsreflektormittel sind, derart sind, daß die Differenz zwischen ihren Wellenlängen des maximalen und minimalen Reflexionsvermögens kleiner als oder gleich 0,5 nm ist.
Faserlaser nach einem der Ansprüche 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektormittel (151, ..., 159, 164, ..., 169, 17), die keine Ausgangsreflektormittel sind, eine volle Breite bei halber maximaler Reflexionsbandbreite von mindestens 2 nm aufweisen.
Faserlaser nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektormittel (151, 152, 153), die am Eingangsabschnitt (15) angeordnet sind, und deren Mittenwellenlänge gleich den Ausgangswellenlängen sind, eine volle Breite von 2 nm bei einem Reflexionsvermögenswert von 10 dB unter dem Maximum aufweisen.
Faserlaser nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsreflektormittel (161, 162, 163) eine volle Breite bei halber maximaler Reflexionsbandbreite kleiner als oder gleich 2,5 nm aufweisen.
Optisches Faserkommunikationssystem, umfassend einen Faserlaser (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem umfaßt: • Sendermittel (101), die Mittel zum Erzeugen einer Signalstrahlung (103) der Wellenlänge λ_signal umfassen, • Empfängermittel (102), die mit Abstand von Sendermitteln (101) angeordnet sind, die Mittel zum Detektieren der Signalstrahlung (103) bei λ_signal umfassen, • optische Faserübertragungsmittel (104), die die Sender- (101) und Empfängermittel (102) verbinden • Mittel (107) zum Koppeln der Ausgangsstrahlung (106) der Wellenlänge λ_s1 des Raman-Lasers (10) in optische Faserübertragungsmittel (104).
Optischer Raman-Verstärker, umfassend einen Faserlaser (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.