DE69202296T2

DE69202296T2 - Optischer Verstärker im Spektralbereich von 1.26 bis 1.34 micron.

Info

Publication number: DE69202296T2
Application number: DE69202296T
Authority: DE
Inventors: Herve Fevrier; Sergent Christian Le; Jean-Francois Marcerou
Original assignee: Alcatel NV
Current assignee: Oclaro North America Inc
Priority date: 1991-04-22
Filing date: 1992-04-17
Publication date: 1995-09-07
Anticipated expiration: 2012-04-18
Also published as: FR2675592B1; FR2675592A1; US5185847A; CA2066549A1; CA2066549C; ES2071451T3; DE69202296D1; ATE122180T1; JPH05183227A; EP0511069A1; EP0511069B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Verstärker im Spektralbereich zwischen 1,26 und 1,34 um. Ein solcher Verstärker ist insbesondere anwendbar in analogen Fernmeldesystemen mit Lichtleitfasern.
Aus dem Aufsatz von Y. Ohishi, T. Kanamori, T. Kitagawa, S. Takahashi, E. Snitzer und G.H. Siegel "Pr³&spplus; doped fluoride fiber amplifier operating at 1.31 um", der in den Proceedings OFC 1991, paper PD2, San Diego 1991 veröffentlicht wurde, ist ein optischer Verstärker mit einer Lichtleitfaser aus mit Praseodym dotiertem fluoriertem Glas bekannt. Die Einschließung einer optischen Leistung in einer solchen Monomodefaser erlaubt es, eine Populationsumkehr zu erreichen, die zu einer stimulierten Emission im Spektralbereich zwischen 1,26 und 1,34 um führt.
Bezeichnet man mit Nettoverstärkung das in dB ausgedrückte Verhältnis des Signals am Ausgang des Verstärkermilieus zum Signal an dessen Eingang, dann ergibt sich die Nettoverstärkung des erwähnten Lichtleitfaserverstärkers zu 5,1 dB bei 1,31 um für eine Pumpleistung von 180 mW bei 1,017 um.
Es stellt sich jedoch heraus, daß die derzeit bekannten fluorierten Lichtleitfasern relativ schlechte mechanische Eigenschaften besitzen. Einerseits besitzen sie einen geringen Querschnitt mit einem Radius in der Größenordnung von 60 um, während sie andererseits sehr empfindlich auf Verschmutzungen aus der Umwelt reagieren, die sie leicht brechen lassen.
Ziel der Erfindung ist es, einen optischen Verstärker im Spektralbereich von 1,26 bis 1,34 um anzugeben, der verbesserte mechanische Eigenschaften im Vergleich zu derzeit bekannten Verstärkern mit dotierter Lichtleitfaser aufweist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein optischer Verstärker im Spektralbereich von 1,26 bis 1,34 um, mit einem massiven Substrat aus fluoriertem Glas, das mit Praseodym in einer Konzentration zwischen 0,1 und 2 Gew.% dotiert ist und in dem ein dreidimensionaler Monomode-Lichtwellenleiter realisiert ist, der einen Brechungsindexabstand Δn gegenüber dem fluorierten Glas zwischen 4 10&supmin;³ und 8 10&supmin;² besitzt, wobei der Lichtwellenleiter durch Koppelmittel mit einer optischen Pumpe einer Wellenlänge von 1,02 um ± 0,1 um verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform ergibt sich der Lichtwellenleiter durch lokalisierte Diffusion von Blei in das fluorierte Glas.
Das Blei kann durch irgendein anderes Material ersetzt werden, das mit dem fluorierten Glas kompatibel ist und zu dem oben erwähnten Brechungsindexabstand führt.
Der Wellenleiter wird vorzugsweise mit einer Schicht aus fluoriertem Glas der gleichen Art wie das Substrat bedeckt, jedoch ohne Dotierung mit Praseodym. Diese Schicht mit einer Dicke von mindestens 100 um soll die Verluste des Lichtwellenleiters in Grenzen halten.
Unabhängig davon, ob der Lichtwellenleiter mit dieser Schicht bedeckt ist oder nicht, ist eine zusätzliche Abdeckung aus Epoxyharz vorgesehen, die das fluorierte Glas nicht verschmutzt, wie z.B. ein Harz aus mittels UV-Strahlung vernetzbarem Polyurethan.
Das fluorierte Glas kann vom Typ ZBLAN oder vom Typ BIZYT sein.
Das Glas ZBLAN ist ein Glas der Zusammensetzung ZrF&sub4; - BaF&sub2; - LaF&sub3; - AlF&sub3; - NaF, während das Glas BIZYT ein Glas der Zusammensetzung BaF&sub2; - InF&sub3; - ZnF&sub2; - YF&sub3; - ThF&sub4; ist.
Das fluorierte Glas kann mit Ytterbium dotiert sein, dessen Konzentration zwischen 0,1 und 10 Gew.% liegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Wellenleiter eine Länge zwischen 20 und 200 mm, eine Breite zwischen 0,8 und 6 um und eine Dicke zwischen 0,8 und 6 um.
Andere Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht beschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor.
Figur 1 zeigt sehr schematisch einen erfindungsgemäßen Verstärker.
Figur 2 zeigt sehr schematisch den Wellenleiter, der zum erfindungsgemäßen Verstärker gehört.
Figur 3 zeigt die Veränderungen der Nettoverstärkung G (in dB) des Verstärkers aus Figur 1 abhängig von der Wellenlänge X (in um) des Eingangssignals.
Man erkennt in den Figuren 1 und 2 das wesentliche Bauteil 1 des erfindungsgemäßen Verstärkers. Es enthält ein Substrat 2 aus fluoriertem Glas vom Typ ZBLAN, das mit Praseodym mit 0,5 Gew.% dotiert ist. In diesem Substrat wurde ein Monomode-Wellenleiter 3 durch Diffusion von Blei gemäß einem an sich bekannten Verfahren hergestellt. Der Unterschied des Brechungsindex zwischen dem Glas des Wellenleiters und dem Glas des Substrats ist 2 10&supmin;². Die Länge des Wellenleiters 3 beträgt 150 mm, seine Breite beträgt 4 um ebenso wie seine Höhe. Der Modusdurchmesser liegt bei 4,5 um für eine Wellenlänge von 1,3 um.
Die Oberseite des Wellenleiters ist beispielsweise durch ein Verfahren der chemischen Abscheidung aus der Dampfphase mit einer 100 um dicken Schicht 4 aus demselben fluorierten Glas wie das Substrat 2 bedeckt, das aber nicht mit Praseodym dotiert ist. Die Eingangsseite 5 und die Ausgangsseite 6 des Bauteils 1 sind poliert und leicht bezüglich der Achse des Wellenleiters 3 geneigt, beispielsweise um einen Winkel von 14º. Die Qualität der Polierung muß mindestens λ/10 betragen. Diese Maßnahmen erlauben es, alle Reflexionen zu vermeiden, die einen Lasereffekt hervorrufen könnten.
Ein Lichtfaser-Multiplexer 10 empfängt über seine Eingangsfaser 11 Signale mit 1,3 um Wellenlänge und ist mit seiner Eingangsfaser 18 an eine optische Pumpe angeschlossen, die Licht einer Wellenlänge von 1,008 um aussendet. Seine Ausgangsfaser 13 ist an die Eingangsfaser 5 des Wellenleiters 3 über einen Faserabschnitt 14 angeschlossen, der einen Indexunterschied An von 25 10&supmin;³ aufweist und dem ein geneigter Verbinder 8 folgt. Die Faser 14 ermöglicht die Anpassung des aus dem Multiplexer kommenden Modus an den des Wellenleiters 3 bei den Wellenlängen des Signals und der Pumpe. Diese Faser führt zu einem Verlust in der Größenordnung von 0,2 dB (zwischen den Punkten A und B). Der geneigte Verbinder 8 hat eine Ausgangsfaser, deren Stirnseite bezüglich der Achse des Verbinders um einen Winkel von 14º geneigt ist. Ein dem Verbinder 8 entsprechender Verbinder 9 ist in Höhe der Ausgangs-Stirnseite 6 des Wellenleiters 3 vorgesehen.
Die Nettoverstärkung des erfindungsgemäßen Verstärkers wird zwischen den Punkten A und C ermittelt.
Am Ausgang C liegt ein Demultiplexer 15 mit einer Ausgangsfaser 17 für die Pumpenergie bei 1,008 um Wellenlänge und einer Ausgangsfaser 16 für das verstärkte Signal bei 1,3 um Wellenlänge.
Figur 3 zeigt für eine Pumpleistung von 1,3 Watt die Nettoverstärkung für ein Signal einer Leistung von 10 uW, wobei die Wellenlänge zwischen 1,27 und 1,33 um variiert.
Die erzielte Verstärkung reicht aus für die in Betracht genommenen Anwendungen.
Gemäß einer Herstellungsvariante verwendet man ein Substrat 2, das außerdem mit 0,5 Gew.% Ytterbium dotiert ist. Die Länge des Wellenleiters beträgt 130 mm.
Man verwendet eine Pumpe, die 600 mW bei einer Wellenlänge von 990 nm abgibt, und erhält eine Nettoverstärkung von 12 dB für ein Signal einer Wellenlänge gleich 1,298 um. Es ist möglich, die Nettoverstärkung noch zu erhöhen, indem man die gemeinsame Dotierung mit Praseodym und Ytterbium optimiert, um die Möglichkeiten des Transfers von Ytterbium zum Praseodym zu verbessern.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Man könnte, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, jedes Mittel durch ein äquivalentes Mittel ersetzen.

Claims

1. Optischer Verstärker im Spektralbereich zwischen 1,26 und 1,34 um, mit einem massiven Substrat aus fluoriertem Glas, das mit Praseodym in einer Konzentration zwischen 0,1 und 2 Gew.% dotiert ist und in dem ein dreidimensionaler Monomode-Lichtwellenleiter realisiert ist, der einen Brechungsindexabstand Δn gegenüber dem des fluorierten Glases zwischen 4 10&supmin;³ und 8 10&supmin;² besitzt, wobei der Lichtwellenleiter durch Koppelmittel mit einer optischen Pumpe einer Wellenlänge von 1,02 um ± 0,1 mm verbunden ist.

2. Optischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter durch lokalisierte Diffusion von Blei in das fluorierte Glas erhalten wird.

3. Optischer Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fluorierte Glas außerdem mit Ytterbium in einer Konzentration zwischen 0,1 und 10 Gew.% dotiert ist.

4. Optischer Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter eine Länge zwischen 20 und 200 mm aufweist.

5. Optischer Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fluorierte Glas ausgewählt ist aus ZBLAN und BIZYT.

6. Optischer Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter mit einer Schicht aus fluoriertem Glas bedeckt ist, deren Dicke mindestens 100 beträgt.

7. Optischer Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Abdeckung aus einem Harz besitzt, das das fluorierte Glas nicht verschmutzt.

8. Optischer Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter eine Breite zwischen 0,8 und 6 um und eine Dicke zwischen 0,8 und 6 um besitzt.