JP2021519946A - 誘導ブリルアン散乱(sbs)の抑制 - Google Patents
誘導ブリルアン散乱(sbs)の抑制 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021519946A JP2021519946A JP2020552833A JP2020552833A JP2021519946A JP 2021519946 A JP2021519946 A JP 2021519946A JP 2020552833 A JP2020552833 A JP 2020552833A JP 2020552833 A JP2020552833 A JP 2020552833A JP 2021519946 A JP2021519946 A JP 2021519946A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fiber
- bending
- optical
- core
- gain
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000001629 suppression Effects 0.000 title description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 89
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 21
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 18
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 9
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 claims description 3
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N germanium dioxide Chemical compound O=[Ge]=O YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims 2
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims 1
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
- G02B6/4439—Auxiliary devices
- G02B6/4471—Terminating devices ; Cable clamps
- G02B6/4477—Terminating devices ; Cable clamps with means for strain-relieving to interior strengths element
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06704—Housings; Packages
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02004—Optical fibres with cladding with or without a coating characterised by the core effective area or mode field radius
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
- G02B6/4439—Auxiliary devices
- G02B6/4471—Terminating devices ; Cable clamps
- G02B6/4478—Bending relief means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
- H01S3/06716—Fibre compositions or doping with active elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
- H01S3/06725—Fibre characterized by a specific dispersion, e.g. for pulse shaping in soliton lasers or for dispersion compensating [DCF]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06754—Fibre amplifiers
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3536—Four-wave interaction
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/03—Suppression of nonlinear conversion, e.g. specific design to suppress for example stimulated brillouin scattering [SBS], mainly in optical fibres in combination with multimode pumping
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/10007—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating in optical amplifiers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/16—Solid materials
- H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
- H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
- H01S3/1608—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth erbium
Abstract
曲げ半径(R)を有する曲げを伴う光導管(例えば、利得ファイバー又は希土類ドープファイバー)を備える光システム。この曲げは、ファイバーコアに伸長及び圧縮を誘発し、その結果、対応する歪み(ε)が生じる、曲げによって誘発される対応する歪みは、ファイバーのコア内の信号特性に影響を及ぼす。【選択図】図1
Description
[関連出願の相互参照]
本出願は、Abedinによって2018年4月3日に出願された「Suppression of Stimulated Brillouin Scattering Using Off Axis-Core Fiber」という発明の名称を有する米国仮特許出願第62/651,906号の利益を主張する。この米国仮特許出願は、引用することによってその全内容が本明細書の一部をなす。
本出願は、Abedinによって2018年4月3日に出願された「Suppression of Stimulated Brillouin Scattering Using Off Axis-Core Fiber」という発明の名称を有する米国仮特許出願第62/651,906号の利益を主張する。この米国仮特許出願は、引用することによってその全内容が本明細書の一部をなす。
本開示は、包括的には、光ファイバーに関し、より詳細には、光ファイバーにおける誘導ブリルアン散乱(SBS:stimulated Brillouin scattering)の抑制に関する。
多種多様な光ファイバー非線形デバイスは、連続波(CW:continuous wave)光を光ファイバー内に送出することを伴う。誘導ブリルアン散乱(SBS)は、光ファイバーデバイス内に送出することができる光の量を制限することがあり、このため、SBSを削減又は抑制する努力が継続的になされている。
本開示は、誘導ブリルアン散乱(SBS)を削減、変更、又は抑制するシステム及び方法を提供する。簡潔に説明すれば、アーキテクチャにおいて、1つの実施の形態は、曲げ半径(R)を有する曲げを伴う光導管(例えば、利得ファイバー又は希土類ドープファイバー)を備える光システムである。この曲げは、ファイバーコアに伸長及び圧縮を誘発し、その結果、対応する歪み(ε)をもたらす。曲げによって誘発される対応する歪みは、ファイバーのコア内の信号特性に影響を及ぼす。
他のシステム、デバイス、方法、特徴、及び利点は、以下の図面及び詳細な説明を考察することで当業者に明らかであるか又は明らかになる。そのような全ての追加のシステム、方法、特徴、及び利点は、この説明に含まれ、本開示の範囲内にあり、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図されている。
本開示の多くの態様は、以下の図面を参照することでより良く理解することができる。図面内の構成要素は必ずしも一律の縮尺ではなく、代わりに、本開示の原理を明確に示すことに重要点が置かれている。その上、図面において、同様の参照符号は、幾つかの図を通して対応する部分を指定する。
多種多様な光ファイバー非線形デバイス(例えば、ラマン増幅器、パラメトリック増幅器、波長変換器等)は、連続波(CW)光を光ファイバー内に送出することを伴う。非線形プロセスの変換効率を高めるには、多くの場合、モードフィールド径(MFD:mode-field diameter)を減少させることが望ましい。しかしながら、MFDを減少させると、通常、CWポンプの誘導ブリルアン散乱(SBS)が増加し、その結果、光ファイバーデバイス内に送出することができる光の量が制限され、それによって、利得が悪影響を受ける。ファイバー長、モードフィールド面積、ドーパントレベル、及び屈折率プロファイルは、SBSが起こる閾値パワーに直接影響を及ぼすが、それ以外のものは、ファイバー長に沿った温度勾配、ファイバー長に沿った外部引張歪みの印加、SBSスペクトル応答を制御する屈折率(RI:refractive index)プロファイルの設計、ドーパントを変化させることによるファイバーの音響誘導特性の変更等の外部対策を通じてSBSの削減を試みてきた。残念ながら、これらの技法の多くは、様々な状況において実行可能でない場合がある。例えば、大きな温度勾配を維持することは、多くの状況において実際的でない場合があり、外部伸長を印加することは、不安定性をもたらす場合があり、RIプロファイルを設計することは、困難であり多くのコストを要する。その結果、SBS閾値の比例した増加がなく、また、特殊なパッケージ又は巻線の制約がなく、カー効果又はラマン効果が増加した光ファイバーが依然として必要とされている。
SBSに関するこれらの課題のうちの幾つかを改善するために、本開示は、曲げとガラスクラッド内の軸外螺旋状配置コアとを有する利得ファイバー(又は他の光導管)を用いてSBSを削減又は抑制するシステム及び方法を提供する。この曲げは、曲げ半径(R)を有し、実質的に螺旋状に配置されたコアは、螺旋半径(Λ)を有する(軸外コアがファイバー中心からΛだけオフセットされたコア中心を有することを意味する)。そのヘリシティに起因して、コアは、曲げに沿って交番する伸長及び圧縮を受ける。伸長セクションのピッチ(pt)は圧縮セクションのピッチ(pc)よりも大きい。これらの交番する伸長及び圧縮は、実質的に正弦曲線の歪み(ε)をコアに生成する。εはほぼΛ/Rの最大値(εmax)を有する。交番する内部歪みは、改善されたSBS利得を有する光ファイバーを与える。
本明細書に提示するファイバーは、円形の軸方向断面を有するクラッドの中心からオフセット配置されたコアを備える。ただし、より一般的な場合には、コアは、クラッドにおける光のガイド(ダブルクラッドファイバー等)又は追加の機械的強度の提供を目的として光ファイバーを取り囲むポリマーコーティング又はジャケットを含むことができる全体構造の中心からオフセット配置されるだけでよい。例えば、ガラス光ファイバーのコアは、クラッドの中心に配置することができる一方、クラッドは、全体のファイバー構造においてオフセットされる。別の実施形態では、信号ファイバー及びポンプファイバーの双方を同じコーティング内に併存させることができ、それによって、曲げ誘発歪みを受けるコアが得られる。
本明細書に提示されるファイバーは、円形クラッド内に螺旋状に配置されたコアを有するように設計される。ただし、より一般的な場合には、コアは、螺旋状に配置されず、全体のファイバー構造の断面中心から単にオフセットだけすることができ、代わりに、その構造は、周期的に曲げることもできるし、全体のファイバー構造の中心に位置する軸を含む2次元平面(伸長も圧縮もこの2次元平面に印加されていない限りにおいて、中立面とも呼ばれる)の上方(正の変位)及び下方(負の変位)に周期的に変位させることもできる。同様に、コアは、螺旋状に配置されず、全体のファイバー構造の断面中心から単にオフセットだけすることができ、その構造は、全体のファイバー構造の中心軸を含む2次元平面から離れる正の変位及び負の変位を全体のファイバー構造に加える周期的波形形状を含むスプールの回りに巻回することができる。これらの全ての構成は、放射搬送コアに周期的な正の歪み及び負の歪みを課してSBSを抑制する。ただし、本発明は、上述の構成に限定されるものではない。SBSを抑制又は削減する周期的な正の歪み及び負の歪みをコアに課す定性的に同様の効果を加える他の構成を考えることができる。
基本的に、交番する伸長及び圧縮を受けるオフセットされたコア(例えば、螺旋状コア、クラッドの中心に配置されるがコーティング中心軸に対してオフセットされたコア、クラッドの中心に配置されるがケーブル中心軸からオフセットされたコア等)がある限り、それらの伸長及び圧縮をどのように印加するかの精密なメカニズム(例えば、円筒形スプール、可変成形スプール、波形又は起伏のある表面等)はあまり重要ではない。加えて、交番する歪みは、歪み効果を受ける多くのファイバーパラメーター(例えば、後方反射パワーによって測定される誘導ブリルアン利得シグネチャー、誘導ブリルアン利得、誘導ブリルアン利得帯域幅、ブリルアン閾値、分散等)に適用可能であることが理解されるであろう。
技術的問題に広い技術的解決策を与えたので、次に、図面に示すような実施形態の説明を詳細に参照する。幾つかの実施形態はこれらの図面に関して説明されるが、本開示を本明細書に開示されるこれらの単数又は複数の実施形態に限定する意図はない。逆に、全ての代替形態、変更形態、及び均等形態を包含する意図がある。
特に、本開示は、光ファイバーの中心縦軸からオフセットされた高度に非線形のファイバーコアを教示し、この光ファイバーは、ファイバーが曲げられたときに、歪みの縦方向変化がファイバーコアに沿って存在し、それによって、SBSの閾値を増加させるように、延伸中又は巻回中にねじられる。このことを考慮して、図1は、コア120及び内側クラッド130を有する利得ファイバー110(又は希土類ドープファイバー)の1つの実施形態の異なる軸位置(z)における断面図を示す図である。コア120は、中心縦軸(C)からオフセット(Λ)だけオフセットされている。利得ファイバー110は、ファイバーコア120が、ピッチ(p)及びΛの螺旋半径を有する実質的に螺旋状の経路に従うようにねじられている。図1に示すように、最初の任意のロケーション(L)から開始して縦軸(z)に沿って進むと、軸外コア120は、zに沿ったp/4の増分ごとにCに対して90度移動する。
この回転の実用的効果を図2に示す。図2は、曲げ(利得ファイバーの縦方向中心を中心とするRの曲げ半径を有する)が光ファイバー110に印加されたときに、軸外コア120の種々のセクションが受ける歪み(ε)の1つの実施形態を示す図である。軸外コア120は縦軸の周囲の螺旋状経路に従うので、曲げの外側に向かうセクションは、伸長及び対応する伸長歪み(すなわち、ε>0の正の歪み)を受ける一方、曲げの内側に向かうセクションは、圧縮及び対応する圧縮歪み(すなわち、ε<0の負の歪み)を受け、最大歪み(εmax)はR及びΛに比例する(εmax≒Λ/R)。便宜上、これらのセクションは、伸長セクション(曲げの外側の場合)及び圧縮セクション(曲げの内側の場合)と呼ばれる。加えて、この曲げによって、伸長セクションは、圧縮セクションにおけるピッチ(圧縮ピッチpcと呼ばれる)よりも大きなピッチ(伸長ピッチptと呼ばれる)を呈する。理解することができるように、Rに沿ったピッチ(p)は、延伸中(歪みが印加されていないとき、すなわち、ε=0であるとき)の軸外コア120のピッチである。
図3は、軸外コア120のヘリシティによってεが正弦曲線状にどのように変化するのかを示すグラフである。理解することができるように、このzに沿って正弦曲線状に変化する周期的なεの勾配は、SBS閾値の増加をもたらす。そのような実施形態の1つの利点は、周期的に変化するεが、種々のコアサイズ及び種々の屈折率プロファイルに適用可能であるということである。特殊なRIプロファイルが必要とされない限りにおいて、周期的に変化するεは、例えば、ラマンシステム、高度に非線形なシステム等の多くの異なるタイプのシステムに適用可能である。さらに、理解することができるように、周期的に変化するεは、マルチコアファイバーにおける各外側コアが軸外コアである限りにおいて、マルチコアファイバーにも適用可能である。曲げは、リール又は(図7に示すような)スプール710に利得ファイバー110を巻回によって印加することができるので、伸長を変化させる必要はなく、その結果、時間に伴う性能の大幅な劣化はない。さらに、SBS抑制のための温度勾配は印加されないので、その結果、螺旋構造は、温度変動又は温度コントローラーを必要とする方法と比較して、コスト、空間、及びエネルギーの節減となる。
続けて、図4は、ファイバーのコアが様々な縦歪みを受けるときの平均化されたブリルアン利得スペクトルを示すグラフであり、図5は、ブリルアン利得の抑制が、軸外コアが受ける最大縦歪み(εmax)の関数としてプロットされることを示すグラフであり、図6は、歪み(ε)の関数としてのブリルアン利得帯域幅の増強を示すグラフである。図4〜図6の説明において、歪みがない場合に狭帯域レーザー放射(レーザー線幅がブリルアン線幅よりもはるかに小さいことを意味する)によって誘発されるブリルアン利得係数は、以下のように表されることが理解されるであろう。
上記式において、g0はピークブリルアン利得であり、vはレーザー周波数であり、vBはブリルアン周波数シフトであり、ΔvBはブリルアン利得帯域幅である。シリカファイバーでは、ブリルアン利得帯域幅ΔvBは約50MHzである。式1は、ブリルアン利得帯域幅ΔvBよりもはるかに小さい線幅を有する狭帯域レーザー放射を仮定しているが、高出力レーザー等の幾つかの場合には、レーザー源は、その線幅がΔvBの10倍の線幅と同じであっても狭帯域とみなすことができる。そのような場合には、ブリルアン利得は、引き続き式1によって与えられるが、ピーク利得g0は、ΔvB/(ΔvB+ΔvP)を乗算したものとなり、ΔvPは、レーザー源の3dB帯域幅である。歪みがない場合、ブリルアン閾値(Pth)は以下のように表すことができる。
上記式において、Aeffは実効面積であり、Leffは実効長であり、gBはブリルアン利得係数である。
縦歪み(ε)が利得ファイバーに印加されると、SBS周波数は以下の式に従ってシフトする。
上記式において、vB(ε=0)は、歪みが印加されていないときのブリルアン周波数シフトを表し、εは縦歪み(又は引張歪み)であり、Cは定数(シリカファイバーの場合にはほぼ4.6)である。
曲げ半径(R)が小さいとき、軸方向歪み(ε)は、(図2及び図3に示すように)伸長から圧縮に周期的に変化する。その結果、歪みに起因したSBS周波数シフトの周期的変化は、以下のように表すことができる。
この式において、pはピッチを表し、Aは基準の選択に依存する定数であり、それによって、以下の式が得られる。
長さ(L)(Lはpよりもはるかに大きい)にわたって平均化されたブリルアン利得スペクトルは以下のように表される。
異なる量の歪みについて平均化された利得スペクトルを図4に示す。図4に見られるように、歪みがない場合、曲線はローレンツ型曲線である。一方、歪みが印加されると、曲線は2重ピーク曲線となる。歪みが増加するにつれて、ピークは分離するとともに中心はより抑制されていく。換言すれば、プロファイル(すなわち、スペクトル)が拡散するにつれて、SBSは抑制される。プロファイルの中心における利得抑制は図5に示され、広がった利得スペクトルの全幅は歪みの関数として図6にプロットされている。例として、ピーク利得は、約0.003の歪みの場合に約6デシベル(dB)だけ抑制される。
狭帯域信号のSBSは、対応する量の歪みが印加されると、(光ファイバー全体にわたって平均化されたSBS利得である平均誘導ブリルアン(SBS)利得と比較して)少なくとも3dB調整可能であることが理解されるであろう。加えて、εmax≒0.003の例が一例として与えられているが、εmax≒0.001(又はそれよりも大きい)が幾つかの光学用途の狭帯域信号に十分な調整を与えることが理解されるであろう。vBが約10GHzであるシリカファイバーの場合、εmax≒0.001の歪みは、式3によれば、約46MHzのブリルアン周波数シフトの変化を引き起こす。
0.003よりも大きい縦歪み(ε)(ε>0.003)は、図7に示すように、利得ファイバーをスプール710に巻回することによって得ることができる。図7は、スプール710と、スプール710における利得ファイバー110の構成の拡大図とを示している。コア120が約45マイクロメートル(μm)のオフセット(Λ)を有し、1メートル(m)当たり約50回巻のねじりがファイバー110に与えられると、約3センチメートル(cm)のリール又はスプールの半径(R)は、関係εmax≒Λ/Rによって約0.003よりも大きな歪みを生み出す。
例として、軸外(又はオフセット)コアねじりファイバー110のブリルアン閾値は、同様のモードフィールド面積を有する従来の光ファイバーよりも約6dB〜約8dB高くすることができる。増加したブリルアン閾値を有する光ファイバーは、高出力単一周波数レーザー放射又は狭帯域レーザー放射が軸外コアねじりファイバー110を通じて送信されるときに有用である。ラマン増幅器システム、パラメトリック増幅器システム、又は希土類ドープ増幅器システム等の例が、図8に関連して示されている。
図8に示すように、増幅器システムは、例えば、信号ファイバー810等の信号入力構造部を備える。信号ファイバー810は、例えば、単一周波数レーザー入力信号等の狭帯域レーザー入力信号を導入する。信号ファイバー810に加えて、増幅器システムは、例えば、ポンプ光を受信するポンプファイバー820a等のポンプ入力構造部を備える。信号及びポンプは、例えば、信号ポンプコンバイナー830a等の信号ポンプ結合構造部において結合される。軸外コアねじりファイバー110は、信号ポンプコンバイナー830aの出力に光学的に結合され、その後、スプール710に巻回され、それによって、縦歪みが与えられ、その結果、SBSが抑制される。例として、εmax≒0.005を与えるスプール710は、図6に示すように約10dBの利得線幅増強をもたらす。
ポンプが1つ以上の狭帯域レーザー放射を備え、信号が変調パルス列等の広帯域変調光であることも可能である。これらの双方は、パラメトリック(4波混合)プロセスを通じて信号を増幅するために増幅器システム内に送出される。
図8に示すように、軸外コアねじりファイバー110(利得ファイバー又は希土類ドープファイバーとしても表される)は、利得ファイバー110の出力に信号ポンプコンバイナー830b及びポンプファイバー820bを追加することによって逆ポンピング(counter-pumped)することができ、狭帯域レーザー出力は出力ファイバー840を通って出て行く。当業者であれば、共同ポンピング(co-pumping)(820a、830a)、逆ポンピング(counter-pumping)(820b、830b)、又はそれらの双方(820a、820b、830a、830b)を行うようにシステムを構成することができることが分かる。
具体的には、希土類(RE:rare-earth)増幅の場合、軸外コアねじり利得ファイバー110は、例えば、エルビウム(Er)等のREドーパントをドープされる。ラマン増幅又は非線形パラメトリック増幅の場合、軸外コアねじり利得ファイバー110は、例えば、酸化ゲルマニウム(GeO2)又はアルミニウム(Al)等の非線形性増強ドーパントをドープされる。
続けて、コアポンピング用の軸外コアねじりファイバー110(図9A)及びクラッドポンピング用の軸外コアねじりファイバー(図9B)の双方を図示する。図9A及び図9Bに示すように、コアポンピングの場合、軸外コアねじりファイバーは、軸外コア120と、この軸外コア120を取り囲む内側クラッド130とを備える。クラッドポンピングの場合、軸外コアねじりファイバーは、外側クラッド910を更に備える。この外側クラッドは、当該外側クラッド910によってガイドされるポンプ光の導入を可能にする。外側クラッド910は内側クラッド130を取り囲む。
図10は、図7の軸外コアねじりファイバー110及びリール710を用いた光非線形信号処理システムの1つの実施形態を示す図である。非線形ファイバーを通した連続波(CW)レーザー放射の伝播に依拠する図10の実施形態では、SBS閾値は、非線形光ループミラー(NOLM:nonlinear optical loop mirror)に関して軸外コアねじりファイバー110及びスプール710を用いることによって増加される。したがって、図10の実施形態は、狭帯域レーザー入力又は単一周波数レーザー入力を受信する入力ファイバー1010を備える。この入力ファイバー1010は、3dB光カプラー1050の入力に光学的に結合される。制御信号が、入力信号とともに、制御信号入力1020を通してカプラー1030(例えば、波長分割マルチプレクサー(WDM:wavelength division multiplexer)又は偏光ビームスプリッター(PBS:polarization beam splitter))に入力される。軸外コアねじりファイバー110及びスプール710は、カプラー1030の出力と3dB光カプラー1050との間に光学的に結合される。3dB光カプラー1050に結合された出力ファイバー1040は、処理された信号の出力を可能にする。
図1〜図10に関して示すように、SBSを抑制又は削減する光システムの様々な実施形態が示されている。SBSの抑制又は削減は、利得の対応する改善を生み出す。曲げ及び実質的に螺旋状の経路に従う軸外コアを有する利得ファイバーを提供することによって軸外コアは、曲げに沿って交番する伸長及び圧縮を受ける。伸長セクションのピッチ(pt)は圧縮セクションにおけるピッチ(pc)よりも大きい。これらの交番する伸長及び圧縮は、実質的に正弦曲線の歪み(ε)をコアに生成する。εは、ほぼΛ/Rの最大値(εmax)を有する(εmax≒Λ/R)。この正弦曲線状に変化する伸長によって、従来のSBS抑制手法と比較して改善されたSBS抑制メカニズムが提供される。
例示の実施形態を図示及び説明してきたが、上述したような本開示に対して多くの変形、変更、又は改変を行うことができることが当業者に明らかであろう。したがって、そのような全ての変形、変更、及び改変は、本開示の範囲内にあるとみなされるべきである。
Claims (16)
- 狭帯域信号を受信する信号ファイバーと、
前記狭帯域信号をポンピングするポンプファイバーと、
前記信号ファイバーに結合された希土類ドープファイバーであって、
曲げ半径(R)を有する曲げと、
前記曲げによって誘発され、正の歪み(+ε)を有する伸長セクションと、
前記曲げによって誘発され、負の歪み(−ε)を有する圧縮セクションと、
を有する、前記希土類ドープファイバーと、
を備え、
前記正の歪み(+ε)及び前記負の歪み(−ε)は、前記狭帯域信号を変化させ、
|ε|≦εmaxであり、
εmax>0.001である、光システム。 - εmax>0.003である、請求項1に記載のシステム。
- 前記希土類ドープファイバーは、
エルビウム(Er)と、
イッテルビウム(Yb)と、
酸化ゲルマニウム(GeO2)と、
ランタン(La)と、
アルミニウム(Al)と、
からなる群から選択されるドーパントを含む、請求項1に記載のシステム。 - 前記曲げを形成する曲げ構造部を更に備え、
前記曲げ構造部は、
円筒形スプールと、
可変成形スプールと、
波形表面と、
からなる群から選択される1つである、請求項1に記載のシステム。 - 平均誘導ブリルアン散乱(SBS)利得と、
曲げ半径を有する曲げと、
前記曲げによって誘発され、正の歪み(+ε)を有する伸長セクションと、
前記曲げによって誘発され、負の歪み(−ε)を有する圧縮セクションと、
を備え、
前記伸長セクション及び前記圧縮セクションは、少なくとも3デシベル(dB)だけ前記平均SBS利得を変化させる、狭帯域信号を伝播する光ファイバー。 - 前記伸長セクション及び前記圧縮セクションは、前記平均SBS利得を少なくとも3dBだけ削減するように前記曲げの長さに沿って交番する、請求項5に記載の光ファイバー。
- オフセットコアを更に備え、
前記オフセットコアは、
螺旋状コアと、
前記内側クラッドの中心に配置されているが、コーティング中心軸からオフセットされているコアと、
前記内側クラッドの中心に配置されているが、ケーブル中心軸からオフセットされているコアと、
からなる群から選択される1つである、請求項5に記載の光ファイバー。 - 前記コアは正弦曲線歪みを受ける、請求項7に記載の光ファイバー。
- 信号入力構造部に結合される光導管であって、該光導管は、
曲げ半径(R)を有し、該光導管を通って伝播する狭帯域信号の光パラメーターの変化を誘発する曲げであって、前記光パラメーターは、
後方反射パワーによって測定される誘導ブリルアン利得シグネチャーと、
誘導ブリルアン利得と、
誘導ブリルアン利得帯域幅と、
ブリルアン閾値と、
分散と、
からなる群から選択される1つである、曲げと、
前記曲げによって誘発され、正の歪み(+ε)を有する伸長セクションと、
前記曲げによって誘発され、負の歪み(−ε)を有する圧縮セクションと、
を備え、
|ε|≦εmaxであり、
εmax>0.001である、光導管。 - εmax>0.003である、請求項9に記載の光導管。
- 前記光導管は光システム内に存在し、
前記光システムは、
ラマン増幅器と、
パラメトリック増幅器と、
音響センサーと、
からなる群から選択される1つである、請求項9に記載の光導管。 - 希土類(RE)ドーパントを更に含む、請求項9に記載の光導管。
- 前記希土類(RE)ドーパントはエルビウム(Er)である、請求項12に記載の光導管。
- 非線形性増強ドーパントを更に含む、請求項9に記載の光導管。
- 前記非線形性増強ドーパントは酸化ゲルマニウム(GeO2)である、請求項14に記載の光導管。
- Rは約15ミリメートル(mm)である、請求項9に記載の光導管。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201862651906P | 2018-04-03 | 2018-04-03 | |
US62/651,906 | 2018-04-03 | ||
PCT/US2019/025574 WO2019195416A1 (en) | 2018-04-03 | 2019-04-03 | Suppressing stimulated brillouin scattering (sbs) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021519946A true JP2021519946A (ja) | 2021-08-12 |
Family
ID=68101477
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020552833A Pending JP2021519946A (ja) | 2018-04-03 | 2019-04-03 | 誘導ブリルアン散乱(sbs)の抑制 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20210026092A1 (ja) |
JP (1) | JP2021519946A (ja) |
WO (1) | WO2019195416A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022164739A1 (en) * | 2021-01-26 | 2022-08-04 | Ofs Fitel, Llc | Multi-core optical fiber |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020018287A1 (en) * | 2000-02-29 | 2002-02-14 | Scheider Laser Technologies Ag | Fiber-optic amplifier |
US6370297B1 (en) * | 1999-03-31 | 2002-04-09 | Massachusetts Institute Of Technology | Side pumped optical amplifiers and lasers |
JP2009503819A (ja) * | 2005-07-20 | 2009-01-29 | ノースロップ グルムマン コーポレイション | 光ファイバにおける誘導ブリユアン散乱の抑制のための装置および方法 |
US20090110355A1 (en) * | 2007-10-30 | 2009-04-30 | Demeritt Jeffery Alan | Strain-managed optical waveguide assemblies and methods of forming same |
JP2011510340A (ja) * | 2008-01-18 | 2011-03-31 | ヨーロピアン オーガナイゼイション フォー アストロノミカル リサーチ イン ザ サザン ヘミスフィア | 狭帯域ファイバ・ラマン光増幅器 |
CN102385215A (zh) * | 2011-09-08 | 2012-03-21 | 北京交通大学 | 多扇环柱体压电陶瓷的光纤受激布里渊散射阈值提高装置 |
US20120189258A1 (en) * | 2007-11-09 | 2012-07-26 | Draka Comteq B.V. | Microbend-Resistant Optical Fiber |
JP2016520868A (ja) * | 2013-05-03 | 2016-07-14 | アトラ レイザーズ アクティーゼルスカブ | 光ファイバ増幅器 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1265199A (zh) * | 1997-07-15 | 2000-08-30 | 康宁股份有限公司 | 抑制在光纤中的受激布里渊散射 |
US6597711B2 (en) * | 1998-12-04 | 2003-07-22 | Cidra Corporation | Bragg grating-based laser |
US7437046B2 (en) * | 2007-02-12 | 2008-10-14 | Furukawa Electric North America, Inc. | Optical fiber configuration for dissipating stray light |
US8482847B2 (en) * | 2011-04-11 | 2013-07-09 | The Regents Of The University Of California | Systems and methods for fiber optic parametric amplification and nonlinear optical fiber for use therein |
FR2994035B1 (fr) * | 2012-07-24 | 2014-08-08 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Amplificateur a fibre optique a seuil brillouin eleve et methode de fabrication d'un tel amplificateur |
US9871336B2 (en) * | 2013-05-03 | 2018-01-16 | Atla Lasers As | Fiber amplifier |
-
2019
- 2019-04-03 WO PCT/US2019/025574 patent/WO2019195416A1/en unknown
- 2019-04-03 US US16/969,011 patent/US20210026092A1/en not_active Abandoned
- 2019-04-03 JP JP2020552833A patent/JP2021519946A/ja active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6370297B1 (en) * | 1999-03-31 | 2002-04-09 | Massachusetts Institute Of Technology | Side pumped optical amplifiers and lasers |
US20020018287A1 (en) * | 2000-02-29 | 2002-02-14 | Scheider Laser Technologies Ag | Fiber-optic amplifier |
JP2009503819A (ja) * | 2005-07-20 | 2009-01-29 | ノースロップ グルムマン コーポレイション | 光ファイバにおける誘導ブリユアン散乱の抑制のための装置および方法 |
US20090110355A1 (en) * | 2007-10-30 | 2009-04-30 | Demeritt Jeffery Alan | Strain-managed optical waveguide assemblies and methods of forming same |
US20120189258A1 (en) * | 2007-11-09 | 2012-07-26 | Draka Comteq B.V. | Microbend-Resistant Optical Fiber |
JP2011510340A (ja) * | 2008-01-18 | 2011-03-31 | ヨーロピアン オーガナイゼイション フォー アストロノミカル リサーチ イン ザ サザン ヘミスフィア | 狭帯域ファイバ・ラマン光増幅器 |
CN102385215A (zh) * | 2011-09-08 | 2012-03-21 | 北京交通大学 | 多扇环柱体压电陶瓷的光纤受激布里渊散射阈值提高装置 |
JP2016520868A (ja) * | 2013-05-03 | 2016-07-14 | アトラ レイザーズ アクティーゼルスカブ | 光ファイバ増幅器 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
YOSHIZAWA N. AND IMAI T.: "Stimulated Brillouin Scattering Suppression by Means of Applying Strain Distribution to Fiber with C", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, vol. 11, no. 10, JPN6021047634, October 1993 (1993-10-01), pages 1518 - 1522, XP000418369, ISSN: 0004804405, DOI: 10.1109/50.249889 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20210026092A1 (en) | 2021-01-28 |
EP3776758A1 (en) | 2021-02-17 |
WO2019195416A1 (en) | 2019-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1891472B1 (en) | High sbs threshold optical fiber with aluminium dopant | |
US8428409B2 (en) | Filter fiber for use in Raman lasing applications and techniques for manufacturing same | |
KR101762746B1 (ko) | 단일 모드 고출력 파이버 레이저 시스템 | |
US9158070B2 (en) | Active tapers with reduced nonlinearity | |
US6587623B1 (en) | Method for reducing stimulated brillouin scattering in waveguide systems and devices | |
US8711471B2 (en) | High power fiber amplifier with stable output | |
JP5643855B2 (ja) | 高sbs閾値の光ファイバ | |
US20120219026A1 (en) | Uv-green converting fiber laser using active tapers | |
US20120262781A1 (en) | Hybrid laser amplifier system including active taper | |
WO2008053922A1 (fr) | Fibre à bande interdite photonique | |
JP2021519946A (ja) | 誘導ブリルアン散乱(sbs)の抑制 | |
EP1488482A2 (en) | Amplifiers and light sources employing s-band erbium-doped fiber and l-band thulium-doped fiber with distributed suppression of amplified spontaneous emission (ase) | |
WO2013138364A1 (en) | Laser amplifier system using active tapers | |
JP2004126148A (ja) | 光ファイバおよびそれを用いた光伝送路 | |
CA2993070C (en) | Active lma optical fiber and laser system using the same | |
US8520298B2 (en) | Tightly coiled amplifying optical fiber with reduced mode distortion | |
Abedin et al. | Suppression of stimulated Brillouin scattering using off-axis twisted core fiber | |
Ji et al. | Brightness enhancement limits in pulsed cladding-pumped fiber Raman amplifiers | |
Anand et al. | Gain flattening in erbium doped fiber amplifiers by use of a coaxial fiber | |
JP2020519963A (ja) | 高パワークラッディングポンプ単一モードファイバーラマンレーザー | |
JP2004198737A (ja) | 光ファイバおよびそれを用いた光伝送路 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210222 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20211124 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20211130 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20220621 |