-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Raman-Lasereinrichtung mit einem
ersten Resonator, in dem ein Laser-Betrieb mit einer ersten Frequenz
erfolgt, und mit mindestens einem zweiten Resonator, in dem ein
Laser-Betrieb mit einer zweiten Frequenz erfolgt, wodurch im Inneren
der jeweiligen Resonatoren erste und zweite Wellen mit einer ersten
und einer zweiten Leistung erzeugt werden und wodurch Strahlen erzeugt
werden, die sich außerhalb
der Resonatoren ausbreiten durch Auskopplung eines Teils der ersten
Leistung und eines Teils der zweiten Leistung unter Verwendung entsprechender
Auskoppelspiegel und unter Dämpfung
des ausgekoppelten Teils der zweiten Leistung, ohne den im Resonator verbleibenden
ergänzenden
Teil der zweiten Leistung zu dämpfen.
-
Eine
solche Raman-Lasereinrichtung ist an sich bekannt. Raman-Lasereinrichtungen
mit mehreren Ausgangs-Wellenlängen
sind ein viel versprechendes Mittel für Pumpanwendungen der zweiten Ordnung
in optischen Telekommunikationssystemen.
-
Darüber hinaus
wird im Dokument
US 6 407 855 eine
optische Breitbandquelle beschrieben, die zwei kaskadierte Raman-Resonatoren („Cascaded Raman
Resonators", CRR)
umfasst. Beide kaskadierten Raman-Resonatoren umfassen ein individuelles
Set von Gittern, die die entsprechenden Resonatoren im gleichen
Verstärkungsmedium
abschließen.
Gemäß diesem
Dokument stehen die beiden CRR-Strukturen im Wettbewerb um die optische Leistung,
weil sie das gleiche Verstärkungsmedium überlappen.
Ein durchstimmbares Gitter innerhalb eines der Gitter erlaubt eine
Verringerung der Effizienz des betreffenden CRRs und damit die Verringerung der
Ausgangsleistung des betreffenden CRRs, während andererseits die Ausgangsleistung
des anderen CRRs erhöht
wird. Dieses Dokument strebt somit ein geglättetes Verstärkungsprofil
an. In einer Ausführungsform
werden langperiodische Gitter zur Dämpfung der Leistung bestimmter Wellenlängen an
der Eingangsseite der CRRs verwendet, um an der Ausgangsseite der
CRRs ein geglättetes
Verstärkungsprofil
zu erzielen.
-
Der
Artikel „Slanted
gratings UV-written in photosensitive cladding fibre" (in lichtempfindliche ummantelte
Fasern UV-eingeschriebene
geneigte Gitter), Electronics Letters, IEE Stevenage, GB, Vol. 35,
Nr. 3, Seite 234–236,
zeigt experimentelle Ergebnisse zu geneigten Gittern, die in eine
lichtempfindliche ummantelte Faser UV-eingeschrieben wurden und
die statt langperiodischer Gitter (LPGs) zur Glättung des Verstärkungsspektrums
Erbium-dotierter Faserverstärker
(EDFAs) eingesetzt werden können. Gemäß diesem
Dokument haben geneigte Fasergitter eine niedrigere Temperaturempfindlichkeit
als LPGs und können
einfach thermisch stabilisiert werden. Darüber hinaus beschreibt dieses
Dokument, dass sich bei Einbindung solcher Gitter in Verstärkermodulen
die Rausch-Kennzahlen verschlechtern können. Zur Abmilderung dieses
Nachteils wird in diesem Dokument vorgeschlagen, die Rück-Reflexion
des Gitters zu verringern.
-
Im
Bereich der optischen Telekommunikation ist es allgemein bekannt,
dass optische Signale, die sich in einer Transmissionsfaser ausbreiten,
mithilfe des Raman-Effekts durch eine Pumplichtwelle mit gleicher
oder entgegengesetzter Ausbreitungsrichtung verstärkt werden
können.
Bedingt durch den Raman-Effekt unterliegt Pumplicht mit einer kurzen
Wellenlänge
einer Streuungs-Interaktion mit dem Fasermaterial. Die Frequenz
des emittierten Lichts wird heruntergeschaltet. Wenn die heruntergeschaltete
Frequenz der Signalfrequenz entspricht, kann das Signal durch eine
stimulierte Raman-Emission
verstärkt werden,
in der das Signallicht die Emission von Streulicht auslöst.
-
Der
Energietransfer kann direkt zwischen einer Pumpwelle und der Signalwelle
erfolgen. Ein solcher Transfer wird im Allgemeinen als Pumpen der ersten
Ordnung bezeichnet. Darüber
hinaus kann die erste Pumpwelle, also die Pumpwelle, die Energie
an das Signal überträgt, selbst
von einer zweiten Pumpwelle mit Pumplicht versorgt werden.
-
Ein
solcher Pumpprozess mit einer zweiten Pumpwelle wird als Pumpen
der zweiten Ordnung bezeichnet.
-
Bei
Pumpanwendungen der zweiten Ordnung ist es wünschenswert, dass eine leistungsstarke
Pumpwelle der zweiten Ordnung die Faser pumpt, die ihre Leistung
entlang der Faser an die Pumpwelle der ersten Ordnung mit einer
längeren
Wellenlänge transmittiert.
Ein solcher Energietransfer setzt jedoch auch voraus, dass in den
Pumpwellen der ersten Ordnung bereits eine geringe Leistung vorliegt.
Eine solche Pumpwelle der ersten Ordnung mit geringer Leistung wird
auch als „Seed" (Keim) bezeichnet.
Ein allgemein bekanntes Verfahren zum Erzeugen eines solchen Seed
ist die Verwendung einer Laserdiodenquelle im Bereich 14xx nm zum
Starten der Seeds in der Faser sowie die Verwendung eines Raman-Lasers
mit einer einzigen leistungsstarken Wellenlänge von ca. 1360 nm zum Pumpen
der Seeds. Die Verwendung von Laserdioden zum Starten der Seeds
erfordert jedoch Multiplexing-Schemata, die die Kosten der Einrichtung
in die Höhe
treiben.
-
Die
in diese Seeds eingespeiste Leistung sollte einerseits niedrig sein,
um die Verstärkung
in die Leitungsfaser zu pushen und damit die Rauschleistung der Übertragung
zu verbessern. Außerdem
muss die Leistung in den Seeds über
dem Laser-Schwellenwert liegen, um einen stabilen Seed aufrechtzuerhalten.
Dementsprechend ist es wünschenswert,
eine Raman-Lasereinrichtung zu verwenden, die mit einer leistungsstarken
Wellenlänge und
(mindestens) einer Seed- Wellenlänge gleichzeitig
emittiert, wobei die in den Seed emittierte Leistung stabil sein
und nahe am Laser-Schwellenwert
liegen muss.
-
Die
eingangs erwähnte,
an sich bekannte Raman-Lasereinrichtung emittiert gleichzeitig im
Bereich der Wellenlänge
1360 nm und im Bereich 14xx nm. Damit eine stabile Leistung in den
Seeds des Bereichs 14xx vorliegt, arbeitet der bekannte Laser deutlich über dem
Laser-Schwellenwert (im jeweiligen Laser-Resonator), und die vom Laser ausgekoppelte
Leistung der Seed-Welle
wird mithilfe eines langperiodischen Gitters (LPG) gedämpft. Eine
solche Raman-Lasereinrichtung ist im Artikel „Dual-Order Raman pump providing
improved noise figure and large gain bandwidth" (Raman-Pumpe der zweiten Ordnung mit
verbesserter Rauschleistung und großer Verstärkungs-Bandbreite), Proceedings OFC 2002 (Anaheim,
CA), Postdeadline Paper FB3 von JC Bouteiller et al. beschrieben.
-
Ein
langperiodisches Gitter ist jedoch temperaturempfindlich. Außerdem muss
ein langperiodisches Gitter ca. 50 mm lang sein, um eine Spektralbreite
zu haben, die klein genug ist, um verschiedene Ausgangs-Wellenlängen im
Bereich 14xx nm auswählen
zu können;
dies verträgt
sich nicht mit den derzeitigen Anforderungen hinsichtlich der Kompaktheit
im entsprechenden Bereich der Raman-Lasereinrichtungen. Darüber hinaus
erfordert ein langperiodisches Gitter wegen seiner hohen Empfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen eine
spezielle Verpackung.
-
Vor
dem Hintergrund des oben beschriebenen Stands der Technik ist es
Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Raman-Lasereinrichtung zu schaffen mit einer
niedrigen und stabilen Ausgangsleistung für Seed-Wellen, die für Pumpanwendungen
der zweiten Ordnung gestartet wurden, wobei die vorliegende Erfindung
die Nachteile bei der Verwendung langperiodischer Gitter vermeidet.
-
Dieses
Ziel wird erreicht durch eine Raman-Lasereinrichtung nach Anspruch
1.
-
Die
vorgeschlagene Lösung
schafft die gewünschten
Eigenschaften und kann problemlos implementiert werden. Insbesondere
die herkömmlichen Raman-Lasereinrichtungen,
die Faser-Bragg-Gitter als Auskoppelspiegel verwenden, können durch
Verwendung von Faser-Bragg-Gittern zur Dämpfung der ausgekoppelten Welle
modifiziert werden. Zur Unterscheidung zwischen der vorliegenden
Erfindung und herkömmlichen
Raman-Lasereinrichtungen
mit Faser-Bragg-Gittern als Auskoppelspiegel ist zu beachten, dass
herkömmliche
Auskoppelspiegel zum Erzielen einer maximalen Ausgangsintensität konzipiert wurden.
Das Erzielen einer maximalen Ausgangsintensität ist allem Anschein nach ein
Gegensatz zu der Anforderung, eine gedämpfte Welle zu erzielen.
-
Da
nur der aus dem Resonator ausgekoppelte Teil gedämpft wird, treten keine nachteiligen
Auswirkungen auf das Erzeugen des Seed-Strahls im Inneren des Resonators
auf. Entsprechend kann im Inneren des Resonators eine stabile Seed-Welle
erzeugt werden, während
der Leistungsteil der Seed-Welle in der Faser außerhalb des Resonators gedämpft werden
kann, um die Rauschleistung des Systems zu verbessern.
-
Ein
höherer
Reflexionsgrad verringert den Teil der aus dem Resonator ausgekoppelten
Leistung und vergrößert den
reflektierten Anteil der Energie, der im Inneren des Resonators
verbleibt. Entsprechend wird das Absenken des Laser-Schwellenwerts veranlasst.
Der Laser-Resonator funktioniert somit gut oberhalb des entsprechenden
Schwellenwerts, und die Ausgangsleistung ist stabil.
-
Es
ist des Weiteren bevorzugt, dass es sich bei mindestens einem Faser-Bragg-Gitter
um ein geneigtes Faser-Bragg-Gitter handelt.
-
Ein
geneigtes Faser-Bragg-Gitter ist ein Standardgitter, das beim Licht-Einschreiben
um einen Winkel zwischen dem Saum und der Normalen der Faserachse
geneigt wurde. Ein geneigtes Faser-Bragg-Gitter kann einfach in
den Ausgangsabschnitt einer Raman-Lasereinrichtung eingebunden werden.
-
Es
ist insbesondere bevorzugt, dass die Dämpfung des geneigten Faser-Bragg-Gitters
durch Variieren der zentralen Wellenlänge des Faser-Bragg-Gitters
einstellbar ist.
-
Im
Fall einer Raman-Lasereinrichtung für Pumpanwendungen der zweiten
Ordnung ist es von Vorteil, dass die Leistung im Seed einstellbar
ist. Es ist an sich bekannt, dass die Dämpfung eines geneigten Faser-Bragg-Gitters
durch Anlegen mechanischer Druck- oder Temperaturvariationen eingestellt werden
kann.
-
Entsprechend
wird bevorzugt ein solcher bekannter Mechanismus verwendet, der
die Dämpfung des
geneigten Faser-Bragg-Gitters über
die Anwendung eines mechanischen Drucks oder einer Temperatur einstellt.
-
Zum
Erzielen des gewünschten
Reflexionsgrads umfasst die Raman-Lasereinrichtung vorzugsweise
eine Steuereinheit zur Einstellung des Reflexionsgrads des Faser-Bragg-Gitters.
-
Als
Alternative zur Einstellung des Reflexionsgrads des Auskoppelspiegels
sollte der ausgekoppelte Teil der zweiten Leistung vorzugsweise über ein
zusätzliches
geneigtes Faser- Bragg-Gitter,
das räumlich
vom Auskoppelspiegel getrennt ist, gedämpft werden.
-
Aus
Gründen
der einfacheren Fertigung sollte es sich bei dem Auskoppelspiegel
vorzugsweise ebenfalls um ein Faser-Bragg-Gitter handeln. Dies bietet außerdem noch
den Vorteil, dass sich die Eigenschaften der Kombination aus Auskoppelspiegel-Gitter und des gedämpften geneigten
Gitters addieren. Die Eigenschaften der Kombination können daher
bei der Konzeption eines der beiden Gitter oder bei der Konzeption
beider Gitter abgestimmt werden.
-
Es
ist daher zu bevorzugen, dass mindestens eines der Faser-Bragg-Gitter als
Auskoppelspiegel dient und dass die Faser des geneigten Faser-Bragg-Gitters
einstellbar ist. Es ist insbesondere zu bevorzugen, dass beide Gitter
voneinander unabhängig
einstellbar sind, um einen maximalen Freiheitsgrad bei der Einstellung
der Kombination zu erzielen.
-
Es
ist des Weiteren zu bevorzugen, dass das geneigte FBG zum Schließen des
Resonators wie auch zum Dämpfen
des ausgekoppelten Teils der Leistung verwendet wird.
-
Es
ist des Weiteren bevorzugt, dass der ausgekoppelte Teil der zweiten
Leistung gedämpft
wird durch Überlagerung
der beiden geneigten Faser-Bragg-Gitter oder die Überlagerung
mindestens eines geneigten Faser-Bragg-Gitters und eines Standard-Faser-Bragg-Gitters.
-
Es
hat sich gezeigt, dass eine solche Überlagerung die erforderlichen
Eigenschaften zur Nutzung der beiden separaten Gitter schafft und
gleichzeitig den Vorteil hinsichtlich der auftretenden Kosten bewahrt,
den ein einziges Gitter bietet.
-
Weitere
Vorteile lassen sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen
ersehen, in denen gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente verweisen.
-
Es
ist klar, dass die oben erläuterten
Eigenschaften und die weiter unten noch folgenden Eigenschaften
nicht nur in der jeweiligen Kombination verwendet werden können, sondern
auch in anderen Kombinationen oder isoliert, ohne vom Anwendungsbereich
der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der folgenden Beschreibung ausführlich
erläutert.
Für die Zeichnungen
gilt:
-
1 zeigt
in schematischer Darstellung eine Raman-Lasereinrichtung nach einer Ausführungsform
der Erfindung;
-
2 zeigt
in schematischer Darstellung einen Leitungsfaserbereich, der von
der Raman-Lasereinrichtung
aus 1 gepumpt wird;
-
3 illustriert
den Energietransfer in Pumpanwendungen der zweiten Ordnung;
-
4 zeigt
die Ausgangsintensität
gegenüber
der Transmission einer Ausgangskopplung;
-
5 zeigt
in schematischer Darstellung eine Kombination eines reflektierenden
Gitters und eines geneigten Gitters im Ausgangsabschnitt der Raman-Lasereinrichtung;
-
6 zeigt
die Transmission/Reflexion des reflektierenden Gitters in Relation
zur Wellenlänge;
-
7 zeigt
die Transmission des geneigten Gitters im Vergleich zur Wellenlänge für einen
optimierten Winkel, der keine Reflexion zulässt;
-
8 zeigt
die Transmission eines Reflexionsspektrums eines einzelnen geneigten
Faser-Bragg-Gitters; und
-
9 zeigt
das Transmission-Reflexionsspektrum in Relation zur Wellenlänge einer Überlagerung
von zwei geneigten Faser-Bragg-Gittern.
-
In 1 kennzeichnet
die Kennungsreferenz 10 eine vollständige Raman-Lasereinrichtung. Die
Raman-Lasereinrichtung 10 umfasst
einen kontinuierlichen Wellen-Pumplaser 12,
eine Länge 20 einer
Raman-Verstärkungsfaser,
eine erste Gruppe 18 von Wellenlängen-Auswahleinrichtungen,
eine zweite Gruppe 22 von Wellenlängen-Auswahleinrichtungen und
eine dritte Gruppe 24 von Wellenlängen-Auswahleinrichtungen.
-
Bei
Betrachtung in Richtung der Lichtausbreitung vom kontinuierlichen
Wellen-Pumplaser 12 über
die Länge 20 der
Raman-Verstärkungsfaser
ist die erste Gruppe 18 von Wellenlängen-Auswahleinrichtungen vor
dem Zwischenbereich 20 der Faser angeordnet, während die
zweite Gruppe 22 von Wellenlängen-Auswahleinrichtungen und
die dritte Gruppe 24 von Wellenlängen-Auswahleinrichtungen hinter
dem Zwischenbereich 20 der Faser angeordnet sind.
-
Die
Länge der
Raman-Verstärkungsfaser 20 zwischen
dem Pumplaser 12 und der Wellenlängen-Auswahleinrichtung 28 bildet
einen integrierten Pump-Resonator, in dem die vom Pumplaser 12 emittierte
Pumpwelle ein Mal vom FBG 28 reflektiert wird. Ebenso bilden
die Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 30 und 32,
die Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 34 und 36 sowie
die Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 38 und 40 weitere
in die Länge 20 der
Raman-Verstärkungsfaser
eingebettete Resonatoren.
-
Die
Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 28–40 lassen
sich als Fabry-Perot Interferometer realisieren. Alternativ dazu
können
sie auch als um die entsprechenden ausgewählten Wellenlängen herum
zentrierte Faser-Bragg-Gitter realisiert werden. Für eine kontinuierliche
Pumpwellenlänge
von 1117 nm können
die Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 30 und 32 um
eine Wellenlänge
von 1167 nm herum zentriert sein, also einen Stokes von der Pumpwellenlänge von
1117 nm entfernt. Ebenso können
die Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 34 und 36 eine Wellenlänge von
1223 nm auswählen,
und die Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 38 und 40 können eine
Wellenlänge
von 1284 nm auswählen.
-
Die
Frequenz der vom kontinuierlichen Pumpwellenlaser 12 emittierten
Pumplichtwelle wird mithilfe des Raman-Effekts sukzessive auf die
ausgewählte
Wellenlänge
von 1167 nm, 1223 nm und 1284 nm heruntergeschaltet. Entsprechend
werden die ausgewählten
Wellenlängen
im Allgemeinen so festgelegt, dass sie um die einer Stokes-Frequenz entsprechende
Wellenlänge
voneinander abgesetzt sind.
-
Wie
allgemein bekannt, gibt die Stokes-Frequenz die Größe der Frequenzverschiebung
durch den Raman-Effekt an. Entsprechend wird eine von der Frequenz
einer Pumpwelle um eine Stokes-Frequenz
heruntergeschaltete Welle häufig
als ein Stokes bezeichnet. Da alle Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 28 bis 40 einen
hohen Reflexionsgrad in der Größenordnung
von 99% aufweisen, schwingt jeweils Licht der ausgewählten Frequenzen
in den von dem entsprechenden Wellenlängen-Auswahleinrichtungspaar 30, 32; 34, 36 und 38, 40 gebildeten Resonatoren
ohne größere Verluste.
-
Im
Gegensatz dazu wird eine Vielzahl weiterer Resonatoren geschaffen,
die die gewünschte Vielzahl
von Wellenlängen
emittieren, wobei jeder Resonator eine einzige Wellenlänge emittiert.
In 1 werden zwei solcher Resonatoren durch die Wellenlängen-Auswahleinrichtungspaare 42, 44; 46, 48 gebildet.
Es können
jedoch mehr als zwei solcher Resonatoren bereitgestellt werden,
je nach der gewünschten
Anzahl von Ausgangs-Wellenlängen
der Raman-Lasereinrichtung 10.
-
Die
beiden Resonatoren, die die Ausgangs-Wellenlängen bereitstellen, werden
nachfolgend als erster Resonator und zweiter Resonator bezeichnet.
Die Wellenlängen-Auswahleinrichtung 44 der
ersten Gruppe 18 von Wellenlängen-Auswahleinrichtungen und die Wellenlängen-Auswahleinrichtung 42 der
dritten Gruppe 24 von Wellenlängen-Auswahleinrichtungen bilden den ersten
Resonator, in dem ein Laser-Betrieb mit einer ersten Ausgangsfrequenz
erfolgt. Ebenso bilden die Wellenlängen-Auswahleinrichtung 46 der
dritten Gruppe 24 von Wellenlängen-Auswahleinrichtungen und
die Wellenlängen-Auswahleinrichtung 48 der
ersten Gruppe 18 von Wellenlängen-Auswahleinrichtungen den
zweiten Resonator, in dem ein Laser-Betrieb mit einer zweiten Ausgangsfrequenz
erfolgt.
-
Entsprechend
werden die jeweiligen ersten und zweiten Wellen mit einer ersten
Leistung und einer zweiten Leistung im ersten Resonator bzw. im zweiten
Resonator gebildet. Da die Wellenlängen-Auswahleinrichtung 42 und
die Wellenlängen-Auswahleinrichtung 46 der
dritten Gruppe 24 von Wellenlängen-Auswahleinrichtungen einen Reflexionsgrad
aufweisen, der im Vergleich zu dem Reflexionsgrad von 99% der Wellenlängen-Auswahleinrichtungen
der ersten Gruppe 18 und der zweiten Gruppe 22 von
Wellenlängen-Auswahleinrichtungen reduziert
ist, werden erste und zweite Strahlen erzeugt, die von dem jeweiligen über die
Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 42, 44 und 46, 48 in
der Raman-Verstärkungsfaser 20 eingebetteten
Resonator emittiert werden.
-
In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann die Wellenlängen-Auswahleinrichtung 42 einen
Reflexionsgrad von ca. 10% haben, während die Wellenlängen-Auswahleinrichtung 46 einen
hohen Reflexionsgrad von über
40%, konkret sogar einen Reflexionsgrad von ca. 60% haben kann. In
Einrichtungen gemäß dem Stand
der Technik liegt der Reflexionsgrad normalerweise unter 40%, und der
Ausgang ist bei einer niedrigen Ausgangsleistung bei 14xx nm nicht
stabil. Entsprechend hat der mit der Wellenlängen-Auswahleinrichtung 42 gekoppelte erste
Strahl eine höhere
Leistung als die über
die Wellenlängen-Auswahleinrichtung 46 ausgekoppelte zweite
Wellenlänge.
Sowohl die erste als auch die zweite Wellenlänge mit 1351 nm und 14xx nm
gelangen über
die gleiche Faser aus dem Laser heraus. Die Wellenlängen-Auswahleinrichtung 42 des
ersten Resonators kann eine zentrale Wellenlänge von 1351 nm aufweisen,
und die Wellenlängen-Auswahleinrichtung 46 des
zweiten Resonators kann eine zentrale Wellenlänge von 1428 nm aufweisen.
Wie bei den anderen zuvor beschriebenen Wellen stellen die beiden
Ausgangswellen aufeinander folgende Stokes-Wellen dar, die mithilfe des Raman-Effekts
in der Raman-Lasereinrichtung 10 erzeugt
wurden. Der Reflexionsgrad des Faser-Bragg-Gitters 46 kann
mithilfe eines bekannten Einstellungsmechanismus eingestellt werden,
d. h. über
mechanischen Druck oder Hitze über
entsprechende Mittel 47, die über eine Steuereinrichtung 49 gesteuert
werden.
-
2 zeigt
in schematischer Darstellung einen Bereich 50 einer Leitungsfaser,
der von der Raman-Lasereinrichtung 10 aus 1 gepumpt
wird. Der Pfeil 52 gibt die Richtung der Signalausbreitung in
der Leitungsfaser 50 an. Gemäß dieser Darstellung breiten
sich die Signale über
die Leitungsfaser 50 von links nach rechts aus. Die ersten
und zweiten von der Raman-Lasereinrichtung 10 erzeugten
Wellen werden so in die Leitungsfaser 50 eingespeist, dass
sie sich in der umgekehrten Richtung ausbreiten, also von rechts
nach links. Die Verwendung solcher Pumpwellen mit entgegengesetzter
Ausbreitungsrichtung statt Pumpwellen mit gleicher Ausbreitungsrichtung
reduziert das Erzeugen von Rauschstörungen in der Leitungsfaser 50.
-
Die
erste (leistungsstarke) Stokes-Welle von potenziell 1351 nm pumpt
die Leitungsfaser 50 mit einer Leistung von ca. 1 W. Entlang
der Faser 50 transmittiert dieser Stokes seine Leistung
an die Wellenlänge
mit 1428 nm (geringe Leistung), die von der Raman-Lasereinrichtung 10 als
Seed in Leitungsfaser 50 gestartet wird. Eine typische
Leistung einer Seed-Welle beim Starten liegt bei weniger als 100 mW.
Des Weiteren wird die Leistung von der Pump-Seed-Welle an die Signal-Wellenlänge, die
im Bereich von 1530 nm–1550
nm liegt, transmittiert.
-
Diese Übertragung
von Energie ist in 3 schematisch dargestellt; hierbei
kennzeichnet der Pfeil 56 die zentrale Wellenlänge 1351
nm des Stokes, der die Leitungsfaser 50 (erste aus der
Raman-Lasereinrichtung 10 ausgekoppelte Leistung) pumpt.
Ebenso zeigt der Pfeil 58 die zentrale Wellenlänge 1428
nm des Seeds (zweite aus der Raman-Lasereinrichtung 10 ausgekoppelte
Leistung), und der Pfeil 58 zeigt eine zentrale Wellenlänge der sich
in der Leitungsfaser 50 ausbreitenden Signale. Der Seed
mit 1428 nm wird als Pumpe der ersten Ordnung bezeichnet, während der
Stokes mit 1351 nm als Pumpe der zweiten Ordnung bezeichnet wird. Voraussetzung
dafür,
dass der Pump-Stokes mit 1351 nm seine Leistung an die Seed-Wellenlänge mit 1428
nm während
der Ausbreitung entlang der Leitungsfaser 50 transmittieren
kann, ist, dass im Seed bereits eine geringe Leistung vorhanden
ist.
-
Gemäß der Erfindung
wird eine geringe aber stabile Leistung im Seed erzielt durch Dämpfung der mithilfe
mindestens eines Faser-Bragg-Gitters aus der Raman-Lasereinrichtung
ausgekoppelten zweiten Leistung.
-
Die
Dämpfung
kann erzielt werden durch eine einzelne Faser-Bragg-Gitter Wellenlängen-Auswahleinrichtung 46 mit
einem Reflexionsgrad, der höher
liegt als der Reflexionsgrad, bei dem die höchste Ausgangsleistung erzielt
wird. 4 zeigt die Ausgangsintensität eines Lasers als Funktion
der Transmission. Wie allgemein bekannt, entspricht der Reflexionsgrad
1-Transmission. Entsprechend impliziert ein Maximum bei der Transmission
ein Minimum beim Reflexionsgrad. Wie aus 4 ersichtlich,
vergrößert sich
die Ausgangsintensität
I zunächst
mit der Vergrößerung der
Transmission bis zu einem Maximalwert I_max bei einem bestimmten
optimalen Transmissionswert T_opt, der niedriger liegt als der maximale
Transmissionswert (100%). Die weitere Vergrößerung der Transmission über T_opt
hinaus führt
zu einem Abfallen der Intensität.
-
Zum
Erzielen einer hohen Ausgangsintensität, d. h. einer hohen Ausgangsleistung,
ist ein Auskoppelspiegel zum Abschließen eines Laser-Resonators
normalerweise so konzipiert, dass er eine Transmission (und einen
entsprechenden Reflexionsgrad) aufweist, die für eine maximale Ausgangsintensität sorgt.
Dies gilt auch für
den Fall, in dem ein Faser-Bragg-Gitter als Auskoppelspiegel verwendet wird.
Eine solche Nutzung eines Faser-Bragg-Gitters mit der Transmission
T_opt ist allgemein bekannt.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Reflexionsgrad (und die Transmission)
dieses bestimmten Faser-Bragg-Gitters 46,
das zum Koppeln des Seed-Strahls aus dem jeweiligen Resonator einer
Raman-Lasereinrichtung 10 verwendet wird, jedoch so konzipiert,
dass der Reflexionsgrad suboptimal gewählt wird, sodass es den Transmissionswerten
links vom Transmissionswert T_opt mit der maximalen Intensität entspricht.
-
Entsprechend
wird weniger Leistung aus dem jeweiligen Laser-Resonator ausgekoppelt, und daher verbleibt
mehr Leistung im jeweiligen Laser-Resonator. Daher werden zwei gewünschte Effekte
gleichzeitig erzielt: Der im Inneren des jeweiligen Laser-Resonators
verbleibende höhere
Betrag der Leistung macht es möglich,
dass die im Resonator schwingende Welle den Laser-Schwellenwert übersteigt.
Dadurch wird die Stabilität
der im Resonator schwingenden Welle verbessert. Da die Stabilität des emittierten
Seeds von der Stabilität
der im Resonator schwingenden Welle abhängt, wird die Stabilität des emittierten
Seeds ebenfalls verbessert.
-
Des
Weiteren wird durch das Verringern des Betrags der ausgekoppelten
Leistung auch die Leistung der erzeugten Seed-Welle gedämpft. Es ist zu beachten, dass
die Vergrößerung und
Verringerung der entsprechenden Werte im Vergleich zu einem Fall
erfolgt, bei dem eine maximale Ausgangsleistung wünschenswert
ist.
-
Als
Alternative dazu wird eine klassische Raman-Lasereinrichtung 10 mit eingebetteten
Resonatoren durch zusätzliche, über geneigte
Faser-Bragg-Gitter realisierte Dämpfer
ergänzt,
die bei jeder Ausgangs-Wellenlänge
zentriert sind und die räumlich
hinter dem Auskoppelspiegel angeordnet sind. In einer solchen Ausführungsform
addieren sich die Transmissions- und Reflexionsmerkmale der beiden
Gitter einfach.
-
Ein
geneigtes Bragg-Gitter ist ein Standardgitter, das beim Licht-Einschreiben
um einen Winkel zwischen dem Saum und der Normalen der Faserachse
geneigt wurde. Bedingt durch diesen Winkel, koppelt das Gitter einen
Teil der Leistung im kontrollierten Modus entgegen der Ausbreitungsrichtung
in den Cladding-Modus. Die Dämpfungs-Spektralform wird
anschließend
durch den Kopplungsumschlag in den Cladding-Modus erzielt.
-
Durch
die Auswahl eines geeigneten Winkels kann der Wert der Rückwärts-Reflexion
(d. h. der Dämpfung,
also der im Cladding-Modus
rückwärts gekoppelten
Leistung) und damit die Kopplung des Basismodus entgegen der Ausbreitungsrichtung
verringert oder optimiert werden.
-
5 zeigt
eine schematische Darstellung einer Länge einer Raman-Verstärkungsfaser 16 mit einem
reflektierenden Faser-Bragg-Gitter 46,
das als Auskoppelspiegel zum Erzeugen des Seed-Strahls verwendet
wird und das zusätzlich
ein räumlich
hinter dem Auskoppelspiegel angeordnetes Faser-Bragg-Gitter 62 umfasst.
Wie beim Reflexionsgrad des Faser-Bragg-Gitters 46 kann
die Dämpfung des
geneigten Faser-Bragg-Gitters 62 mithilfe eines bekannten
Mechanismus eingestellt werden, d. h. über mechanischen Druck oder
Hitze über
entsprechende Mittel, die über
eine Steuereinrichtung gesteuert werden.
-
Kurve 64 in 6 verdeutlicht
die Transmission des reflektierenden Faser-Bragg-Gitters 46,
und Kurve 66 zeigt die entsprechende Reflexion. Kurve 68 in 7 zeigt
die Dämpfungstransmission
des geneigten Faser-Bragg-Gitters 68 in den Strahlungsmodi.
Wie oben beschrieben, addieren sich die beiden Transmissionen der
beiden Gitter einfach.
-
Im
Folgenden werden zwei Variationen dieser Lösung betrachtet.
-
Als
erste Variation wird nur ein einziges geneigtes Faser-Bragg-Gitter 62 verwendet
statt einer Kombination eines reflektierenden Faser-Bragg-Gitters 46 und
eines geneigten Faser-Bragg-Gitters 62. Die sekundäre Reflexion
des geneigten Faser-Bragg-Gitters 62 wird anschließend zum
Abschließen
des Resonators an den einzelnen Ausgangs-Wellenlängen und zum Realisieren der
Reflexionsfunktion verwendet. Die Wellenlänge im Cladding-Modus wird
an der Wellenlänge
dieser sekundären
Reflexion ausgerichtet und erlaubt die Transmission der Ausgangs-Wellenlänge mit
einer vom geneigten Faser-Bragg-Gitter
definierten Dämpfung.
-
8 verdeutlicht
die resultierende Transmissions- und Reflexionseigenschaften, die
durch eine solche Variation zum Auskoppeln eines Seeds und durch
das Dämpfen
dieses Seeds zum Erzielen eines stabilen Seeds mit niedriger Leistung
erhalten wurden. Kurve 70 entspricht der Transmission des geneigten
FBGs. Die Keule 75 zeigt die Transmission in den Strahlungsmodi,
wie Kurve 68 in 7. Durch die angemessene Auswahl
eines Winkels kann der gewünschte
Dämpfungswert
in den Cladding-Modi und der entsprechenden sekundären Reflexion
gewählt
werden. Kurve 72 zeigt die Reflexion des geneigten FBGs.
Die kleinen Keulen auf der rechten und linken Seite werden durch
die sekundäre
Reflexion verursacht, und die Hauptkeule zwischen den kleinen Keulen
wird durch die Hauptreflexion hervorgerufen, die dem als kontrolliert
transmittierten und zurück-reflektierten
Modus entspricht.
-
Die
hohe Reflexion ist die Hauptreflexion entsprechend dem kontrollierten
Modus, und die kleinen Keulen werden durch die sekundäre Reflexion
dieses Führungsmodus
hervorgerufen. Die sekundäre
Reflexion 72 auf der linken Seite wird zur Annahme der Reflexionsfunktion
verwendet. Pfeil 73 von der ersten kleinen Keule 75 der
Transmission (an Kurve 70) zur linken sekundären Reflexion
von Kurve 72 zeigt die Wellenlänge, in der der Laser arbeitet.
-
Die
zweite Ausführungsform
schafft eine Überlagerung
der beiden geneigten Faser-Bragg-Gitter oder eines FBGs und eines
geneigten FBGs oder des äquivalenten
Moiré-Gitters.
-
Das
resultierende Transmissionsspektrum im Vergleich zu einer Überlagerung
der beiden geneigten Faser-Bragg-Gitter ist in 9 dargestellt. Die
primäre
Reflexion des ersten geneigten Faser-Bragg-Gitters ist mit dem Cladding-Modus
des zweiten geneigten Faser-Bragg-Gitters zentriert. Das Transmissions-Minimum entspricht
dem Strahlungsmodus des ersten geneigten Faser-Bragg-Gitters, während das
Minimum 76 der Transmission des ersten geneigten Faser-Bragg-Gitters
und dem Strahlungsmodus des zweiten geneigten Faser-Bragg-Gitters
entspricht. Das Minimum 78 entspricht der Transmission
des zweiten geneigten Faser-Bragg-Gitters. Die Spitze 76 ist
die verwendete Spitze.
-
Figures:
-