NL1013029C2

NL1013029C2 - Vezeloptische lichtbron van hoog vermogen en met brede band.

Info

Publication number: NL1013029C2
Application number: NL1013029A
Authority: NL
Inventors: Uh-Chan Ryu; Nam-Kyoo Park; Ju-Han Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2003-12-23
Also published as: DE19943370A1; FR2784810A1; IT1313753B1; KR20000019993A; CN1218446C; ITMI991901A1; GB9921611D0; ITMI991901A0; GB2341719B; CN1248706A; JP2000101172A; GB2341719A; KR100396285B1; DE19943370B4; JP3145996B2; US6330384B1; NL1013029A1

Description

Korte aanduiding: Vezeloptische lichtbron van hoog vermogen en met brede band.

De uitvinding heeft betrekking op een vezeloptische lichtbron, en meer in het bijzonder op een vezeloptische lichtbron van hoog vermogen en met brede band, ingericht om licht uit versterkte spontane emissie (ASE) als secundaire 5 pompbron te gebruiken.

Er is voortdurend onderzoek verricht naar breedbandige lichtbronnen omdat ze een groot aantal toepassingen hebben die zich bijvoorbeeld uitstrekken tot gyrosensors, lichtbronnen voor het testen van optische elementen, en licht-10 bronnen voor gechirpte spectra voor goedkope toegangsnet-werken.

In het bijzonder zijn lichtbronnen die gebruikmaken van ASE licht, geëmitteerd vanuit een vezel die gedoteerd is met een zeldzaam aardmetaal, bijvoorbeeld erbium, bekend 15 als uitstekende breedbandige lichtbron omdat ze een breed _ spectrum vertonen, een groot vermogen en lage verlieskarak-teristieken. Alle onderzoekingswerkzaamheden, die verricht zijn naar zulke breedbandige lichtbronnen met een erbium gedoteerde vezel (EDF), betreffen een golflengteband van 20 1520 tot 1560 nm waarin de meeste optische communicatie- elementen en conventionele EDF-versterkers werken.

De recente vraag naar de expansie van optische communicatie leidt echter tot actieve ontwikkelingen van optische vezels die werken in banden van lange golflengten. In 25 dit opzicht was het ook nodig om pompen te ontwikkelen met hoge efficiëntie en in banden van lange golflengte werkende lichtbronnen van hoog vermogen en met brede band.

Fig. 1 illustreert schematisch een conventionele EDF lichtbron. In deze figuur wordt een lichtbundel, die oscil-30 leert terwijl hij gaat door een eerste EDF gebied, EDF I, gepompt door een voorwaarts pompmiddel en een tweede EDF gebied, EDF II, niet gepompt, geëmitteerd als uitgaand licht 20.

1 0 1 3 0 2 9 - 2 -

Het voorwaartse pompmiddel omvat een laserdiode 10 met een werkgolflengte van 980 nm. De laserdiode 10 is met de EDF lichtbron gekoppeld door middel van een multiplex koppelaar met golflengtedeling (WDM) 30. In het weergegeven 5 geval is ook een optische isolator 40 opgesteld aan de uitgangsklem van de EDF lichtbron om de looprichting van licht in één richting te geleiden. Bij deze EDF lichtbron gaat het echter om een geringe intensiteit van uitgaand licht en een smalle werkzame golflengteband.

10 Fig. 2 is een grafiek die ASE uitgangsspectra van conventionele EDF lichtbronnen afbeeldt die de bovengenoemde configuratie hebben terwijl, als EDF II, optische vezels met respectievelijk verschillende lengten worden gebruikt. Verwijzend naar fig. 2 ziet men dat de inten-15 siteit en de bandbreedte van energie van het in de bovengenoemde configuratie uitgevoerde ASE licht plotseling dalen, afhankelijk van de lengte van het tweede EDF gebied, met name EDF II.

Een doel van de uitvinding is dan ook een vezelop-20 tische lichtbron te verschaffen die een groot vermogen vertoont, samen met een hoge pompefficiency.

Een ander doel van de uitvinding is een vezeloptische lichtbron te verschaffen die werkt in een brede band van lange golflengten.

25 Deze doeleinden kunnen worden bereikt met een vezelop tische lichtbron die omvat: een pomplichtbron voor het afgeven van pomplicht; een eerste deel van een optische vezel, bestemd om optisch te worden gepompt door het pomplicht uit de pomp-30 lichtbron; een tussen de pomplichtbron en het eerste optische vezeldeel gekoppelde optische koppelaar, ingericht om het pomplicht van de pomplichtbron over te dragen naar het eerste optische vezeldeel, en 35 een tweede optisch vezeldeel, gekoppeld met een in- gangseinde van het eerste optische vezeldeel, waarbij het eerste optische vezeldeel gekoppeld is met de optische 1013029 - 3 - koppelaar, terwijl het tweede optische vezeldeel ingericht is om niet optisch te worden gepompt door het pomplicht van de eerste lichtbron maar om versterkt spontaan emissielicht te gebruiken, geëmitteerd door het eerste optische vezel-5 deel als secundaire pompbron daarvan.

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening.

Fig. 1 toont schematisch een conventionele EDF lichtbron ; 10 Fig. 2 is een grafiek die ASE uitgangsspectra afbeeldt van conventionele EDF lichtbronnen die de opbouw van fig. 1 hebben terwijl, als tweede erbium gedoteerde optische vezel, EDF II, respectievelijk optische vezels van verschillende lengten worden gebruikt; 15 Fig. 3 toont schematisch een breedbandige met een zeldzame aarde gedoteerde vezeloptische lichtbron volgens een uitvoering van de uitvinding;

Fig. 4 is een grafiek die ASE uitgangsspectra afbeeldt “van de breedbandige met zëTdzamë aarde gedoteerde "vezelöp- ~ 20 tische lichtbron volgens de uitvoering van de uitvinding, afhankelijk van verschillende lengten van de tweede optische vezel daarvan;

Fig. 5 toont schematisch een inrichting voor het identificeren van de aanwezigheid van een voldoende omge-25 keerde ASE om een grote verbetering in uitgangsvermogen te bereiken;

Fig. 6 is een grafiek die het spectrum afbeeldt van achterwaarts ASE licht dat uit de eerste met optische aarde gedoteerde vezel treedt die opgenomen is in de vezelopti-30 sche lichtbron van fig. 4, gemeten in punt A in fig. 5, en

Fig. 7 is een grafiek die het spectrum afbeeldt van een voorwaarts ASE licht, gemeten in een punt B in fig. 5.

Fig. 3 illustreert schematisch een breedbandige met zeldzame aarde gedoteerde vezeloptische lichtbron volgens 35 een uitvoering van de uitvinding. Zoals getoond in fig. 3 omvat de breedbandige lichtbron een eerste optische vezel, EDF I, die bestaat uit een met zeldzame aarde gedoteerde 1 Q 1 3 0 2 9 - 4 - optische vezel, geschikt om optisch te worden gepompt door pomplicht dat afkomstig is van een pomplichtbron 10' . De lichtbron omvat ook een tweede optische vezel, EDF II, die bestaat uit een met zeldzame aarde gedoteerde optische 5 vezel die niet ingericht is om optisch te worden gepompt door het uit de pomplichtbron 10' afkomstige pomplicht. Een optische koppelaar 30 is gekoppeld tussen de pomplichtbron 10' en het eerste optische vezeldeel, EDF II. Als pomplichtbron 10' wordt een laserdiode gebruikt. De optische 10 koppelaar 30 dient voor het overbrengen van pomplicht van de pomplichtbron 10' naar het eerste optische vezeldeel, EDF II. De breedbandige lichtbron van de uitvinding heeft ook een configuratie voor het gebruik van versterkte spontane emissie (amplified spontaneous emission, ASE) licht 15 dat afkomstig is uit de eerste optische vezel, EDF I, als secundaire pompbron voor de tweede optische vezel, EDF II. Volgens de weergegeven uitvoering van de uitvinding wordt deze opbouw gerealiseerd door het koppelen van de tweede optische vezel, EDF II, aan een ingangseinde van de eerste 20 optische vezel, EDF I, waarbij de eerste optische vezel, EDF I, gekoppeld is met de optische koppelaar 30, op zodanige wijze dat vanuit het eerste optische vezeldeel, EDF I, geëmitteerd ASE licht gebruikt wordt als secundaire pompbron voor de tweede optische vezel, EDF II.

25 Om een ongewenst oscillatie-effeet te voorkomen heeft de tweede optische vezel, EDF II, een schuinstaand, door klieven bewerkt ingangseinde 50. Ook is een optische isolator 40 gekoppeld met het uitgangseinde van de eerste optische vezel, EDF I. In plaats van het schuinstaande, door 30 klieven behandelde ingangseinde 50 kan een optische isolator worden gekoppeld met het ingangseinde van de tweede optische vezel, EDF II.

Na vergelijking van de opbouw van de weergegeven uitvoering van de onderhavige uitvinding met de conven-35 tionele opbouw aan de hand van fig. 1 en 3, ziet men dat ze verschillend zijn in termen van de opstelling van de tweede optische vezel, EDF II, terwijl dezelfde totale optische 1013029 - 5 - vezellengte wordt gebruikt. Het opmerkelijke verschil in de in fig. 3 getekende opbouw ten opzichte van die welke in fig. 1 getekend is, is dat de tweede optische vezel, EDF II, volgens de uitvinding bovenstrooms is geplaatst ten 5 opzichte van de laserdiode 10' , zodat geen pomplicht door de tweede optische vezel, EDF II gaat.

Om de spectra van de breedbandige lichtbron volgens de uitvoeringsvorm van de uitvinding te meten, werd een spectrum meetproef gedaan na het opstellen van alle elementen 10 van de breedbandige lichtbron waaronder de eerste en tweede optische vezel, EDF I en EDF II, behalve de karakteristieke opbouw van de uitvinding samenhangende met het hergebruik van omgekeerd ASE licht, op zodanige wijze dat ze dezelfde opbouw hadden als de conventionele lichtbron.

15 De bij de proef gebruikte eerste en tweede optische vezels, EDF I en EDF II, waren gemaakt met gebruik van een optische vezel van erbium gedoteerd silica, met codotatie van aluminium, zodat ze een maximale absorptiecoëfficiënt --- vertonen -van 4,5—dB/m brj- een goidrlengte van Γ530 nmt De 20 eerste optische vezel, EDF I, had een vaste lengte van 135 m. Het pompvermogen van de 980 nm laserdiode, die gebruikt werd als pompbron, werd ingesteld op 60 mW.

Om de afhankelijkheid tussen de identiteit van het uitgangslicht en de lengte van het niet gepompte gedeelte 25 van de met zeldzame aarde gedoteerde optische vezel waar te nemen, dat wil zeggen de lengte van de tweede optische vezel EDF, werd de proef uitgevoerd terwijl de lengte van de tweede optische vezel, EDF II, gevarieerd werd op 0 m, 5 m, 35 m, 75 m, 110 m respectievelijk 200 m. Bij de uit-30 vinding wordt geen rekening gehouden met een breedbandige lichtbron die een omgekeerde pompconfiguratie gebruikt. Dit is omdat de spontane energie van licht bij zo'n opbouw hoofdzakelijk plaatsvindt in korte golflengtebanden.

Fig. 4 is een grafiek die ASE uitgangsspectra afbeeldt 35 van de optische lichtbron met een met zeldzame aarde gedoteerde vezel volgens de weergegeven uitvoering van de uitvinding, afhankelijk van de verschillende respectieve <013029 - 6 - lengten van de tweede optische vezel daarvan. Verwijzend naar fig. 4 ziet men dat de breedbandige lichtbron van de uitvinding niet alleen een toename vertoont in de intensiteit van de ASE uitgang, maar ook een vergrote emissie 5 bandbreedte, bij een toenemende lengte van de tweede optische vezel, EDF II.

Zo'n verbetering in het uitgangsvermogen resulteert uit het toepassen van de opbouw met hergebruik van licht volgens de uitvinding, die het mogelijk maakt nutteloos ASE 10 licht dat loopt in een richting omgekeerd aan die van het pomplicht, opnieuw te gebruiken als 1550 nm pompbron, waardoor fotonen worden opgewekt die dienen als kiemen voor een benedenstroomse versterkertrap, bij een golflengte van 1600 nm. Verwijzend naar de in fig. 4 afgebeelde uitkomsten 15 van de proef ziet men dat het totale uitgangsvermogen 6,7 mW is wanneer de lengte van de niet gepompte tweede optische vezel, EDF II, 200 m is. Deze waarde vertoont een stijging met 10 dB of meer in vergelijking met die van de conventionele breedbandige lichtbron.

20 Om een optimale lengte te vinden van de niet gepompte tweede optische vezel EDF II werd dezelfde waarnemingsmethode toegepast als bovenvermeld, terwijl de lengte van de tweede- optische vezel, EDF II, werd gevarieerd naar 235 m respectievelijk 270 m. Er werd echter geen opmerkelijke 25 verandering in het uitgangsvermogen waargenomen. Gebaseerd op de uitkomsten van de proef blijkt dat het effectiever is om de lengte van de niet gepompte tweede optische vezel, EDF II, in te stellen op ongeveer 200 m. Natuurlijk kan deze lengte van de tweede optische vezel, EDF II, niet 30 optimaal zijn voor sommige gevallen, omdat de optimale lengte van de tweede optische vezel, EDF II, afhangt van verschillende ontwerpparameters van de lichtbron zoals de golflengte en het pompvermogen van pomplicht.

Fig. 5 illustreert schematisch een inrichting voor het 35 identificeren van de aanwezigheid van een doeltreffende achterwaartse ASE om een grote verbetering in het uitgangsvermogen te bereiken. Fig. 6 is een grafiek die een achter- 1 0 13 0 2 9 - 7 - waarts ASE spectrum afbeeldt, afkomstig uit de eerste met zeldzame aarde gedoteerde optische vezel, gemeten in een punt A in fig. 5. Fig. 7 is een grafiek die een voorwaarts ASE spectrum afbeeldt, gemeten in een punt B in fig. 5.

5 De meting van het achterwaartse ASE licht dat afkom stig is uit de breedbandige lichtbron volgens de uitvinding werd uitgevoerd met gebruik van de identificatieinrichting van fig. 5 die een circulator 60 gebruikt. De identif icatieinrichting is ingericht om pompeffecten te identificeren 10 die worden verkregen door het achterwaartse ASE licht dat van de eerste met zeldzame aarde gedoteerde optische vezel, EDF I, loopt naar de tweede met zeldzame aarde gedoteerde optische vezel, EDF II.

Verwijzend naar fig. 6 ziet men dat een uitgangsvermo-15 gen dat een intensiteit vertoont van -30 bBm of meer wordt verkregen in een golflengteband van ongeveer 60 nm, lopende van 152 0 nm tot 1580 nm. Het totale uitgangsvermogen van het achterwaartse ASE licht was 19,9 mW na een normalisatie ___ _ van- een_plaat, sings verlies—van 1—dB, veroorzaakt -door fa-e-fe- - — 20 gebruik van de circulator 60. Deze waarde komt overeen met ongeveer 33,2% van het bij 980 nm vertoonde totale pompver-mogen. Deze meting werd uitgevoerd met gebruik van een bandbreedte met 0,2 nm resolutie.

Verwijzend naar fig. 7 ziet men dat in een golflengte-25 band die loopt van 1525 nm tot 1630 nm fotonen worden opgewekt in een voldoende hoeveelheid om toe te staan dat deze fotonen dienen als fotonkiemen voor een versterking in het voorwaarts gepompte gebied van de met zeldzame aarde gedoteerde optische vezel. Dat wil zeggen men ziet dat de 30 niet gepompte tweede met zeldzame aarde gedoteerde optische vezel, EDF II, die bovenstrooms geplaatst is ten opzichte van de pompende laserdiode, dient als generator voor fotonkiemen voor de eerste met zeldzame aarde gedoteerde optische vezel, EDF I, die een benedenstroomse versterkingstrap 35 is.

Volgens de uitvinding is het mogelijk een breedbandige lichtbron van groot vermogen te verschaffen die werkt in 1 0 1 3 0 2 9 - 8 - een golflengtegebied dat loopt van 1520 nm tot 1560 nm, zoals blijkt uit de bovenstaande beschrijving. Dat wil zeggen volgens de uitvinding wordt het nutteloze achterwaartse ASE licht in het niet gepompte optische vezelgebied 5 omgezet in fotonkiemen voor de voorwaartse versterkings-trap, waardoor werking bij hoog vermogen mogelijk wordt van de breedbandige vezeloptische lichtbron.

Ook werd een toename in de intensiteit van het uitgaande ASE licht met 10 dB of meer waargenomen in de totale 10 emissieband. In dit opzicht wordt ook een verbeterde efficiency verwacht van de breedbandige vezeloptische lichtbron met groot vermogen volgens de uitvinding ten aanzien van andere pompgolflengten dan hierboven vermeld. Achterwaarts ASE licht in een korte golflengteband kan ook opnieuw 15 worden gebruikt als secundaire pompbron. In dit geval wordt een verbetering in pompefficiency verwacht voor 1,58 μπι EDF versterkers.

Terwijl de uitvinding beschreven is in verband met wat momenteel wordt beschouwd als de meest praktische uitvoe-2 0 ring met de voorkeur, dient te worden verstaan dat de uitvinding niet beperkt is tot de beschreven uitvoering maar in tegendeel bestemd is om alle varianten te omvatten binnen de geest en de beschermingsomvang van de bijgevoegde conclusies.

1013029

Claims

1. Vezeloptische lichtbron omvattend: een pomplichtbron voor het afgeven van pomplicht; een eerste deel van een optische vezel, bestemd om optisch te worden gepompt door het pomplicht uit de pomp-5lichtbron; een tussen de pomplichtbron en het eerste optische vezeldeel gekoppelde optische koppelaar, ingericht om het pomplicht van de pomplichtbron over te dragen naar het eerste optische vezeldeel, en 10 een tweede optisch vezeldeel, gekoppeld met een in-gangseinde van het eerste optische vezeldeel, waarbij het eerste optischë vezeldeel gekoppeld is met de optische koppelaar, terwijl het tweede optische vezeldeel ingericht is om niet optisch te worden gepompt door het pomplicht van 15de eerste lichtbron maar om versterkt spontaan emissielicht te gebruiken, geëmitteerd door het eerste optische vezel----- - deel- al-s—seeu-nda-i-re pompbron—daarvan. ----- — · — - -·· —

2. Vezeloptische lichtbron volgens conclusie 1, waarin 20het eerste en tweede optische vezeldeel beide bestaan uit met zeldzame aarde gedoteerde optische vezel.

3. Vezeloptische lichtbron volgens conclusie 2, waarin de met zeldzame aarde gedoteerde optische vezel een erbium 25gedoteerde optische vezel is.

4. Vezeloptische lichtbron volgens conclusie 1, verder omvattend: middelen die bestemd zijn om te voorkomen dat onge-30wenste oscillatie-effecten worden opgewekt, en opgesteld aan een einde van het tweede optische vezeldeel dat af gekeerd is van het eerste optische vezeldeel.

5. Vezeloptische lichtbron volgens conclusie 4, waarin 35het tweede optische vezeldeel een afgeschuind, door klieven 1013029 * - 10 - behandeld ingangseinde heeft als het middel dat bestemd is om de opwekking van ongewenste oscillatie-effecten te voorkomen.

6. Vezeloptische lichtbron volgens conclusie 1, waarin de pomplichtbron gevormd wordt door een laserdiode.

7. Vezeloptische lichtbron volgens conclusie 1, verder omvattend: 10 een met een uitgangseinde van het eerste optische vezeldeel gekoppelde optische isolator, bestemd om opnieuw invallen van licht te voorkomen. 1 0 1 3 0 2 9