NO303604B1 - Optisk effektforsterker med dopet aktiv fiber - Google Patents

Optisk effektforsterker med dopet aktiv fiber Download PDF

Info

Publication number
NO303604B1
NO303604B1 NO910237A NO910237A NO303604B1 NO 303604 B1 NO303604 B1 NO 303604B1 NO 910237 A NO910237 A NO 910237A NO 910237 A NO910237 A NO 910237A NO 303604 B1 NO303604 B1 NO 303604B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
fiber
pump
wavelength
power amplifier
optical power
Prior art date
Application number
NO910237A
Other languages
English (en)
Other versions
NO910237L (no
NO910237D0 (no
Inventor
Giorgio Grasso
Aldo Righetti
Fausto Meli
Original Assignee
Pirelli Cavi Spa
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=11155037&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=NO303604(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Pirelli Cavi Spa filed Critical Pirelli Cavi Spa
Publication of NO910237D0 publication Critical patent/NO910237D0/no
Publication of NO910237L publication Critical patent/NO910237L/no
Publication of NO303604B1 publication Critical patent/NO303604B1/no

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/063Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067Fibre lasers
    • H01S3/06708Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
    • H01S3/094011Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre with bidirectional pumping, i.e. with injection of the pump light from both two ends of the fibre
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14Lasers, 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
    • H01S3/16Solid materials
    • H01S3/1691Solid materials characterised by additives / sensitisers / promoters as further dopants
    • H01S3/1693Solid materials characterised by additives / sensitisers / promoters as further dopants aluminium

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)
  • Supporting Of Heads In Record-Carrier Devices (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

Oppfinnelsen angår en optisk effektforsterker omfattende en aktiv, dopet fiber som inneholder A1203som brytningsindeksmodifiserende dopingsmiddel, og erbium som fluorescerende dopingsmiddel i kjernen, som forsynes med pumpelys fra én eller to pumpelasere via en dikroisk kopler, og som forbinder en overføringssignalsender med en fiberoptisk telekommunikasjonsledning.
For signaloverføring over lange avstander via en telekommunikasjonsledning med en optisk fiber er det nødvendig at de samme signaler når frem til den mottakende stasjon med et tilstrekkelig nivå til å tillate gjenkjennelse og anvendelse. Da det ved utbredelsen i en optisk fiber skjer en dempning av lyssignalet, må det signal som opprinnelig innføres i fiberen, ha høyest mulig nivå for å oppnå et signal med tilstrekkelig nivå på den mottakende stasjon som ligger flere titalls eller hundretalls kilometer borte.
De lasere som benyttes for generering av overførings-signalet, har imidlertid noe begrenset effekt, ikke mer enn noen mW, mens mer kraftfulle lasere ikke er i stand til å generere sådanne signaler. Man har således den krevende situasjon å benytte effekt f or sterkere for å motta det signal som genereres av laseren, og for å forsterke det opp til det ønskede nivå.
Det er kjent at optiske fibrer med kjerner som er dopet med spesielle stoffer, f.eks. sjeldne jordartioner, oppviser egenskaper med stimulert utgangseffekt som er egnet for å benyttes i optiske forsterkere.
Sådanne fibrer kan i virkeligheten forsynes med en lyskilde, kalt "pumpende kilde", på en spesielle bølgelengde, i overensstemmelse med en topp av absorpsjonsspektret til dopings-stoffet, som er i stand til å bringe atomene i dopingsstof f et til en eksitert energitilstand, eller et pumpebånd, fra hvilket de samme atomer på meget kort tid spontant faller tilbake til en lasereffekttilstand hvor de forblir i forholdsvis lengre tid.
Når en fiber som har et høyt antall atomer i den eksiterte tilstand i emisjonsnivået, krysses av et lyssignal med en bølgelengde som svarer til en sådan laseremisjonstilstand, forårsaker signalet overgang av de eksiterte atomer til et lavere nivå, med lysemisjon som har den samme bølgelengde som signalet. En fiber av denne type kan derfor benyttes til å oppnå en
forsterkning av et optisk signal.
Spesielt er det godt kjent optiske forsterkere som benytter erbium som laseremisjons-dopingsmiddel, og som gjør bruk av fluorescensen til erbium rundt 1550 nm for forsterkning av et signal i dette område i hvilket man har de beste overføringsegen-skaper for linjefiberen sett fra synspunktet med dempning av signalet.
Optiske effektforsterkere som benytter fibrer som er dopet med erbium, er beskrevet i "Proceeding ECOC (European Conference on Optical Communication) 1989", side 42-43. Dette dokument beskriver en effektforsterker som benytter fibrer av kisel som er dopet med germanium og erbium, pumpet med en Nd-YAG-laser som er doblet i frekvens til 532 nm.
En sådan forsterker oppviser imidlertid en meget lav forsterkningsvirkningsgrad (beregnet som forholdet mellom effekten av overføringssignalet som utmates, og den tilførte pumpeeffekt) som er lavere enn 20 meget langt fra den maksimale, teoretiske virkningsgrad.
Fra EP-A-O 345 957 (NO 179 599) er det kjent fibrer av typen Al/Er, i hvilke det dopingsmiddel som benyttes til å oppnå brytningsindeksprofilen som er egnet til å lede lyset, er A1203. Fibrene er egnet for optiske forsterkere som pumpes ved en bølgelengde på 514,5 nm, f.eks. med en argonlaser.
Ifølge det nevnte patentskrift viser Al-Er-fibrene seg å være å foretrekke fremfor de tradisjonelle Ge/Er-fibrer dersom de pumpes ved den angitte bølgelengde på 514,5 nm, på grunn av at de i den eksiterte tilstand unngår absorpsjonsfenomener som forekommer i Ge/Er-fibrene ved denne bølgelengde.
I OPTICS LETTERS, vol. 14, nr. 18, 15. september 1989, s. 1002-1004, Optical Society of America; W. L. Barnes m.fl.: "High-quantum-efficiency Er<3+>fiber laser pumped at 980 mm", er det beskrevet en erbiumdopet kiselfiberlaser som inneholder A1203og P205som pumpes ved en bølgelengde på 980 nm, og ikke en fiberoptisk forsterker. En laser er imidlertid en anordning som arbeider på en helt forskjellig måte i forhold til arbeidsmåten for en optisk forsterker.
I IEEE PH0T0NICS TECHNOLOGY LETTERS, vol. 1, nr. 9, september 1989, s.267-269, IEEE, New York, US; P.C. Becker m.fl.: "High-gain and high-ef f iciency diode laser pumped fiber amplifier at 1.56 um", er det beskrevet en fiberoptisk forsterker omfattende en optisk fiber som er dopet med erbium, aluminiumoksid (A1203) og germaniumoksid (Ge02), og som pumpes ved h j elp av en laserdiode ved en bølgelengde på 1480-1490 nm. Forsterkeren har en virkningsgrad på 0,66 dB/mW (dvs. 66 %) ved en pumpebølge-lengde på 1480 nm, med et signal med en bølgelengde på 1560 nm. En slik verdi ligger langt fra den maksimale, teoretiske virkningsgrad, dvs. "kvantevirkningsgraden", som er A.p/A.s= 1480/1560 = 0,95 (dvs. 95 %).
For å oppnå en høy forsterkningsvirkningsgrad, er det på den annen side hensiktsmessig å benytte forholdsvis høye pumpebølgelengder, spesielt er bølgelengden på 980 nm brukbar, på grunn av at forsterkningsvirkningsgraden i en effektforsterker er i hovedsaken proporsjonal med pumpebølgelengden.
Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en effektforsterker som har en høy forsterkningsvirkningsgrad i overensstemmelse med forholdsvis høye pumpebølgelengder, vesentlig høyere enn 520 nm.
Ovennevnte formål oppnås med en optisk effektforsterker av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at senderen tilveiebringer et inngangssignal med høy effekt til fiberen, slik at forsterkeren arbeider under metningsforhold for det stimulerte utgangssignal fra det fluorescerende dopingsmiddelmateriale, og at pumpelaserne har en pumpebølgelengde på 980 nm.
Erbiumkonsentrasjonen i fiberen, uttrykt i vekt av Er203, ligger mellom 30 og 2000 ppm, og fortrinnsvis mellom 30 og 1000 ppm.
Den aktive fiber kan være monomodal ved bølgelengden for overføringssignalet, men ikke ved pumpebølgelengden, for å ha en høy pumpeeffekt inne i hele avsnittet av den samme fiber.
Alternativt kan den aktive fiber være monomodal ved bølgelengden for overføringssignalet og ved pumpebølgelengden, for å redusere koplingstapene med pumpelaserens dikroiske kopler.
I en foretrukket utførelse inneholder den optiske ef fektforsterker ifølge oppfinnelsen to pumpelasere som er koplet til de to ender av den aktive fiber via respektive dikroiske kopiere som er orientert med innmatingsretningen til den lyseffekt som avgis av pumpelaseren, rettet mot den aktive fiber.
Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et riss av en optisk telekommunikasjonsledning.med en effektforsterker, fig. 2 viser et riss av en optisk ef fektforsterker som benytter en aktiv fiber, fig. 3 viser et diagram av energiovergangene til en fiber for en forsterker ifølge risset på fig. 2, som er egnet til å generere en stimulert (laser-) utgangseffekt, fig. 4 viser et diagram av utgangseffekten i forhold til pumpeeffekten i en ef fektforsterker som benytter en aktiv fiber ifølge oppfinnelsen, fig. 5 viser et diagram av utgangseffekten som funksjon av pumpeef fekten i en effekt forsterker som benytter en aktiv fiber av Ge/Er-typen, og fig. 6 viser fluorescensspektret for en fiber ifølge oppfinnelsen og for en Ge/Er-fiber.
En telekommunikasjonsledning med optiske fibrer, som er skjematisk vist på fig. 1, omfatter vanligvis en stasjon 1 for utsendelse av overføringssignaler, en fiberoptisk ledning 2 som er egnet til å transportere de signaler som innmates i denne, over en lang avstand, og en mottakende stasjon 3 til hvilken signalene ankommer.
For å innføre i den fiberoptiske telekommunikasjonsledning 2 optiske signaler som har et innledende effektnivå som er tilstrekkelig høyt til å tillate signalene å nå frem til den mottakende stasjon 3 som er plassert flere titalls eller hundretalls kilometer på avstand fra kilden 1, og som har et akseptabelt effektnivå for følsomheten til de mottakende innretninger som er beliggende i mottaksstasjonen, på tross av den uunngåelige dempning på grunn av den lange bane inne i fiberen, blir de optiske signaler som genereres av en lasersender som er til stede i sendestasjonen 1, hensiktsmessig forsterket ved hjelp av en effektforsterker 4.
De brukbare lasere for generering av overføringssigna-lene, og som arbeider på den bølgelengde ved hvilken fiberens overføringsegenskaper er de beste, dvs. i overensstemmelse med det såkalte tredje vindu, rundt 1500-1600 nm, er i virkeligheten halvlederlasere som er modulerbare og har god spektraloppførsel. Sådanne lasere har imidlertid et utgångssignalnivå som er noe lavt, idet det ikke overskrider ca. 3 dBm (ca. 5 mW). Av denne grunn må det signal som de genererer, hensiktsmessig forsterkes til et høyere nivå, f.eks. opp til 15-20 dBm, før signalet
innføres i ledningen.
For å realisere en optisk forsterkning av signaler som skal innføres i en ledning med optiske fibrer for telekommunika-sjon, benyttes effektforsterkere med optiske fibrer.
Oppbygningen av en forsterker med en optisk fiber er skjematisk vist på fig. 2. Et overføringssignal med en bølge-lengde A.ssendes til en dikroisk kopler 5 hvor det på en eneste utgående fiber 6 forenes med et pumpesignal som har en bølge-lengde Ap og genereres av en pumpende laser 7. En aktiv fiber 8 med passende lengde, og som er koplet til fiberen 6 som utgår fra kopleren, utgjør forsterkeren for signalet som deretter innføres på ledningsfiberen 2 for å sendes mot sitt bestemmelsessted.
En optisk forsterker av den beskrevne type sørger vanligvis for anvendelse av en optisk, aktiv fiber 8 av dopet kisel i oppløsning med Er203som bidrar til å oppnå en forsterkning av overføringssignalet, under utnyttelse av de stimulerte overganger til erbium.
Som vist i diagrammet på fig. 3, som på symbolsk måte representerer den tilgjengelige energitilstand for ett erbium-ion i oppløsning i fiberens kiselholdige grunnmasse, introduserer innføringen i den aktive fiber av en lyseffekt ved pumpebølge-lengden A.p, som er lavere enn over f øringssignalets bølgelengde As, et visst antall ioner Er<3+>som er til stede som dopingsstoff i fiberglassgrunnmassen i en eksitert energitilstand 9, eller "pumpebånd", fra hvilket ionene spontant faller tilbake til et energinivå 10 som utgjør et laseremisjonsnivå.
I utgangslasernivået 10 kan Er<3+->ionene forbli i en forholdsvis lang tid før de gjennomgår en spontan overgang til grunn- eller basisnivået 11.
Mens overgangen fra båndet 9 til nivået 10 er knyttet til en varmeavgivelse som spres til det ytre av fiberen (fonon-stråling), genererer som kjent overgangen fra nivået 10 til basisnivået 11 en lysemisjon bestående av et foton med en bølgelengde som svarer til energiverdien av laseremisjonsnivået 10. Dersom en fiber som inneholder et stort kvantum ioner på laseremisjonsnivået, krysses av et signal med en bølgelengde som svarer til et slikt emisjonsnivå, forårsaker signalet stimulert overgang av vedkommende ioner fra emisjonsnivået til basisnivået, før deres spontane tilbakefall, som er knyttet til en tilsvarende avgivelse av fotoner i fase med signalets fotoner, hvilket gir opphav til et "vannfall"- eller kaskadefenomen som på utgangen fra den aktive fiber frembringer utsendelse av et kraftig forsterket overføringssignal.
Ved tilstedeværelse av signaler på inngangen til den aktive fiber med et lavt effektnivå, for eksempel et signal som er blitt dempet etter å ha vandret en lang avstand inne i en optisk fiber, og under forhold med lave utgangseffekter, er lysef fekten Pu av overføringssignalet med bølgelengde A,e på utgangen fra den aktive fiber proporsjonal med effekten P±av det samme signal på inngangen til fiberen, og proporsjonalitets-konstanten mellom disse er definert som forsterkningsfaktor G i overensstemmelse med relasjonen Pu = G-P^
Sådanne driftsforhold er typiske for linjeforsterkere som er plassert langs en optisk fiber i en telekommunikasjonsledning, for å føre tilbake til et tilstrekkelig nivå et signal som er dempet etter en viss bane i fiberen.
Ved tilstedeværelse av et inngangssignal med høy effekt og med høy utgangseffekt, vesentlig mer enn 5 % av den pumpeef f ekt som innføres, arbeider den optiske forsterker under metningsforhold og avgir en utgangseffekt som praktisk talt ikke lenger avhenger av inngangseffekten, men utelukkende av pumpeef fekten. Ved tilstedeværelse av et stort antall fotoner inne i den aktive fiber er i virkeligheten fiberens kapasitet til å avgi nye fotoner på grunn av stimulerte overganger til lasernivået 10, begrenset av muligheten, korrelert til den innførte pumpeeffekt, til å gjøre tilgjengelig et tilstrekkelig antall erbium-ioner i lasernivået 10, og den avhenger ikke av antallet av fotoner i inngangssignalet, dvs. av inngangseffekten inn i fiberen.
Sådanne driftsforhold er typiske for effektforster-kerne, og for disse har man en relasjon Pu = K-Pp, hvor Pu er effekten på utgangen, Pp er pumpeef fekten og K en proporsjona-litetskonstant som i hovedsaken representerer forsterkerens virkningsgrad.
Den maksimale virkningsgrad for forsterkeren er teoretisk den virkningsgrad som svarer til den situasjon der det for hvert foton som tilføres inne i fiberen med pumpebølgelengden Ap, som forårsaker en overgang av dopingsmiddelet fra basisnivået 11 til lasernivået 10, forekommer en fotonemisjon, ved tilstedeværelse av et signal, med overføringsbølgelengden As. Slike tilstander svarer til en forsterkningsvirkningsgrad som kalles "Kvante-virkningsgrad", dvs. en virkningsgrad som er lik forholdet mellom energien av fotonet på utgangen og energien av fotonet på inngangen, eller nærmere bestemt mellom bølgelengden av inngangsfotonet, dvs. pumpefotonet, og bølgelengden av utgangsfotonet, dvs. overføringsfotonet: Eq = kp/ ke.
Når det dreier seg om en bølgelengde av overføringssig-nalet på ca. 1550 nm og en pumpebølgelengde på 980 nm, er kvantevirkningsgraden ca. 63 % (980/1550).
For å oppnå en høy forsterkningsvirkningsgrad, er det derfor nødvendig å arbeide under tilsvarende forhold, med høy kvantevirkningsgrad, idet det benyttes pumpebølgelengder som er forholdsvis høye, og videre å nærme seg kvantevirkningsgraden så mye som mulig.
Spesielt gir anvendelsen av lave pumpebølgelengder, vesentlig lavere enn 520 nm, en meget lav kvantevirkningsgrad (lavere enn 33 %) og en meget dårlig forsterkningsvirkningsgrad selv om det, i de beste av tilfellene, benyttes forsterkere med en virkningsgrad som er lik kvantevirkningsgraden.
For realisering av en effektforsterker av den ovenfor omtalte type har man oppdaget at aktive kisel fibrer, som er dopet med Al203for å oppnå den ønskede brytningsindeksprofil, og som inneholder erbium som dopingsmiddel med laseremisjon, oppviser en meget høy virkningsgrad, hesten lik den ovenfor omtalte kvantevirkningsgrad, i overensstemmelse med pumpebølgelengder som er høyere enn 520 nm, og spesielt i overensstemmelse med absorpsjonstoppen til erbium ved 980 nm.
De ovenfor beskrevne fibrer oppnås med teknikken med oppløsningsdoping, som er velkjent innen faget, ved hjelp av hvilken hoveddopingsmiddelet, dvs. A1203, og det fluorescerende dopingsmiddel, dvs. Er<3+>, innarbeides i fiberens kjerne ved nedsenkning i en vandig oppløsning, som tilsvarende inneholder salter, av en rørformet forhåndsform som har ett indre sintret lag, som deretter smeltes og faller sammen, idet fiberen trekkes ut fra denne.
En beskrivelse av denne type fiber og av den tilhørende fremstillingsmetode er gitt i GB patentsøknad nr. 8813769.
For realisering av effektforsterkere ifølge den foreliggende oppfinnelse inneholder fibrene som er dopet med A1203, en erbiummengde, uttrykt som konsentrasjon i vekt av Er203, mellom 30 ppm og 2000 ppm, og fortrinnsvis mellom 30 og 1000 ppm. Innholdet av det brytningsindeksmodifiserende dopingsmiddel, dvs. A1203, og den radiale profil av brytningsindeksen i fiberen, kan velges på grunnlag av de spesielle anvendelseskrav og er ikke betinget av formålene med den foreliggende oppfinnelse.
Spesielt blir fiberens numeriske apertur og modusdia-meter passende valgt på en slik måte at det tillates en kopling med lavt tap med linjefiberen, mens erbiuminnholdet og dets radiale fordeling i fiberen kan velges i korrelasjon med lengden av den valgte aktive fiber, inngangseffekten og liknende, i overensstemmelse med kjente kriterier.
Den aktive fiber er en fiber som er monomodal ved overføringsbølgelengden. Den kan være ikke-monomodal ved pumpebølgelengden, for det formål å tillate innmating i fiberen av størst mulig pumpeeffekt, fordelt i hele tverrsnittet. Anvendelsen av en fiber som er monomodal ved pumpebølgelengden Ap, kan imidlertid være hensiktsmessig for å forenkle og redusere fiberens koplingstap med den dikroiske kopler 5.
Med slike fibrer er det mulig å tilveiebringe en effektforsterker i overensstemmelse med det skjema som er vist på fig. 2 og beskrevet i den foregående beskrivelse. For det formål å opprettholde en høy verdi av pumpeef fekten over hele lengden av den aktive fiber 8, og for å øke den totale pumpeeffekt som innføres i fiberen, er det hensiktsmessig mulig å tilveiebringe en andre pumpelaser 12 nedstrøms av den aktive fiber, med en tilhørende dikroisk kopler 13 orientert mot den samme fiber.
Dette gjør det spesielt mulig å benytte pumpelaseren på en ikke altfor høy effekt, for ikke å få tilhørende forringelse av signalet, samtidig som hele den nødvendige effekt tilføres til den aktive fiber.
Anvendelsen av en fiber som er dopet med A1203og Er<3+>, pumpet ved 980 nm (±5 nm), har gjort det mulig å oppnå en meget høy forsterkningsvirkningsgrad, nær opp til den foran angitte kvantevirkningsgrad, og også høyere enn 60 % av denne verdi. De tradisjonelle fibrer som er dopet med germanium, har i stedet oppvist en meget lav virkningsgrad, lavere enn 30 % av kvantevirkningsgraden .
Fig. 4 viser et diagram av utgangseffekten Pu som funksjon av pumpeef fekten Pp for en forsterker som ble realisert ved anvendelse av en fiber ifølge oppfinnelsen (Al/Er). Fiberen hadde følgende karakteristika:
Effekten av overføringssignalet, med en bølgelengde ks = 1536 nm, på forsterkerinngangen var P.=-2 dBm, pumpe-bølgelengden var A,p = 980 nm, og den aktive fiber hadde en lengde på 3,7 m.
Under slike forhold har man oppnådd en forsterkningsvirkningsgrad som er i hovedsaken lik kvantevirkningsgraden.
Til sammenlikning viser fig. 5 et diagram av utgangseffekten Pu som funksjon av pumpeef fekten Pp for en forsterker som ble realisert ved anvendelse av en tradisjonell fiber (Ge/Er). Fiberen hadde følgende karakteristika:
Effekten av overføringssignalet, med en bølgelengde As = 1536 nm, på forsterker inngangen var Pt = 0 dBm, pumpe-bølgelengden var Ap = 980 nm, og den aktive fiber hadde en lengde på 4 m.
Den oppnådde forsterkningsvirkningsgrad var i dette tilfelle 16 %, omtrent lik 25 % av kvantevirkningsgraden.
Slik det også fremkommer ved sammenlikning av diagram-mene, har Al/Er-fiberen oppvist en bedre ytelse enn Ge/Er-fiberen.
En Al/Er-fiber oppviser et fluorescensspektrum som er bredere enn fluorescensspektret for en tilsvarende Ge/Er-fiber, slik det fremgår av de respektive kurver A og G på fig. 6. Dette gjør slike aktive fibrer til kilder for større støy sammenliknet med Ge/Er-fibrene, som følge av det spontane tilbakefall av erbiumionene med bølgelengder som er forskjellige fra signal- bølgelengdene, i tilfelle de anvendes som linjeforsterkere, dvs. for lav utgangseffekt sammenliknet med pumpeeffekten.
For anvendelse som effektforsterkere har man i stedet observert at Al/Er-fibrene ikke oppviser vesentlig utgangsstøy sammenliknet med Ge/Er-fibrene. Man er av den oppfatning at dette skyldes det faktum at i metningstilstanden, i hvilken en effektforsterker arbeider, slik som tidligere omtalt, bringes i hovedsaken alle erbiumioner som bringes til lasernivået i Al/Er-fibrene, til å falle tilbake til basisnivået ved hjelp av et foton av signalet, hvilket bekrefter forsterkningsvirkningsgraden som ligger nær kvantevirkningsgraden som oppvises av slike fibrer, og således ligger praktisk talt ikke noe ion under for spontant tilbakefall, en støyårsak, som videre viser seg å være neglisjerbart under alle omstendigheter når nivået av signalets utgangseffekt er gitt.
Utvidelsen av fiberens fluorescensspektrum har videre den fordel å tillate en større valgfrihet i overføringsbølge-lengden, hvilket eksempelvis gjør det mulig å akseptere en videre produksjonstoleranse i signallaseren.
Fibrene ifølge oppfinnelsen har således vist seg å være særlig fordelaktige for anvendelse i optiske forsterkere med aktiv fiber, idet de tilbyr en forsterkningsvirkningsgrad som er vesentlig høyere enn for de kjente fibrer.

Claims (6)

1. Optisk effektforsterker omfattende en aktiv, dopet fiber (8) som inneholder A1203som brytningsindeksmodifiserende dopingsmiddel, og erbium som fluorescerende dopingsmiddel i kjernen, som forsynes med pumpelys fra én eller to pumpelasere (7, 12) via en dikroisk kopler (5, 13), og som forbinder en overføringssignalsender (1) med en fiberoptisk telekommunikasjonsledning (2), KARAKTERISERT VED at senderen (1) tilveie-
bringer et inngangssignal med høy effekt til fiberen (8), slik at forsterkeren (4) arbeider under metningsforhold for det stimulerte utgangssignal fra det fluorescerende dopingsmiddelmateriale, og at pumpelaserne (7, 12) har en pumpebølgelengde på 980 nm.
2. Optisk ef fektforsterker ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at erbiumkonsentrasjonen i fiberen uttrykt i vekt av Er203, ligger mellom 30 og 2000 ppm.
3. Optisk effektforsterker ifølge krav 2, KARAKTERISERT VÉD at erbiumkonsentrasj onen i fiberen, uttrykt i vekt av Er203, ligger mellom 30 og 1000 ppm.
4. Optisk effekt forsterker ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den aktive fiber (8) er monomodal ved bølgelengden for overføringssignalet, men ikke ved pumpebølgelengden.
5. Optisk effektforsterker ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den aktive fiber (8) er monomodal ved bølgelengden for overføringssignalet og ved pumpebølgelengden.
6. Optisk effektforsterker ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den omfatter to pumpelasere (7, 12) som er tilkoplet til de to ender av den aktive fiber (8) via respektive dikroiske kopiere (5, 13) som er orientert med inngangsretningen av den lyseffekt som avgis av pumpelaseren (7, 12), rettet mot den aktive fiber (8).
NO910237A 1990-01-22 1991-01-21 Optisk effektforsterker med dopet aktiv fiber NO303604B1 (no)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT01912890A IT1238333B (it) 1990-01-22 1990-01-22 Amplificatore ottico di potenza a fibra attiva drogata

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO910237D0 NO910237D0 (no) 1991-01-21
NO910237L NO910237L (no) 1991-07-23
NO303604B1 true NO303604B1 (no) 1998-08-03

Family

ID=11155037

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO910237A NO303604B1 (no) 1990-01-22 1991-01-21 Optisk effektforsterker med dopet aktiv fiber

Country Status (23)

Country Link
EP (1) EP0439867B1 (no)
JP (1) JP3461358B2 (no)
KR (1) KR100196086B1 (no)
CN (1) CN1024873C (no)
AT (1) ATE107088T1 (no)
AU (1) AU647760B2 (no)
BR (1) BR9100342A (no)
CA (1) CA2034658C (no)
CZ (1) CZ280804B6 (no)
DE (1) DE69009725T2 (no)
DK (1) DK0439867T3 (no)
ES (1) ES2055863T3 (no)
FI (1) FI104292B1 (no)
HK (1) HK94695A (no)
HU (1) HU214138B (no)
IE (1) IE65823B1 (no)
IT (1) IT1238333B (no)
MY (1) MY105416A (no)
NO (1) NO303604B1 (no)
NZ (1) NZ236702A (no)
PL (1) PL164845B1 (no)
PT (1) PT96546A (no)
SK (1) SK278754B6 (no)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1271774B (it) * 1994-12-16 1997-06-09 Pirelli Cavi Spa Sistema di telecomunicazione a multiplazione di lunghezza d'onda con fibre ottiche a dispersione cromatica spostata
JPH08248455A (ja) * 1995-03-09 1996-09-27 Fujitsu Ltd 波長多重用光増幅器
JP3422398B2 (ja) * 1995-12-07 2003-06-30 富士通株式会社 重心波長モニタ方法及び装置、光増幅器並びに光通信システム
US5809196A (en) * 1995-12-08 1998-09-15 Pirelli Cavi S.P.A. Dispersion-shifted optical fibers for wavelength division multiplexing
JP3741767B2 (ja) * 1996-02-26 2006-02-01 富士通株式会社 光ファイバ増幅器
US5847863A (en) * 1996-04-25 1998-12-08 Imra America, Inc. Hybrid short-pulse amplifiers with phase-mismatch compensated pulse stretchers and compressors
US6369938B1 (en) 1996-05-28 2002-04-09 Fujitsu Limited Multi-wavelength light amplifier
US6603596B2 (en) 1998-03-19 2003-08-05 Fujitsu Limited Gain and signal level adjustments of cascaded optical amplifiers
KR20000074483A (ko) * 1999-05-21 2000-12-15 김효근 코어에 어븀이 도핑된 광섬유의 클래드 영역에 사마리움을 첨가하는 방법
JP4223887B2 (ja) * 2003-08-11 2009-02-12 株式会社小松製作所 2ステージレーザのパルスエネルギー制御装置及び2ステージレーザシステム
WO2011013779A1 (ja) 2009-07-29 2011-02-03 株式会社小松製作所 極端紫外光源装置、極端紫外光源装置の制御方法、およびそのプログラムを記録した記録媒体

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4674830A (en) * 1983-11-25 1987-06-23 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Fiber optic amplifier
GB8813769D0 (en) * 1988-06-10 1988-07-13 Pirelli General Plc Optical fibre
US5005175A (en) * 1989-11-27 1991-04-02 At&T Bell Laboratories Erbium-doped fiber amplifier

Also Published As

Publication number Publication date
PL164845B1 (pl) 1994-10-31
DE69009725T2 (de) 1994-09-29
CN1053714A (zh) 1991-08-07
CA2034658A1 (en) 1991-07-23
NO910237L (no) 1991-07-23
ATE107088T1 (de) 1994-06-15
IT9019128A1 (it) 1991-07-23
JPH04312988A (ja) 1992-11-04
CN1024873C (zh) 1994-06-01
FI910307A (fi) 1991-07-23
IT1238333B (it) 1993-07-12
BR9100342A (pt) 1991-10-22
FI104292B (fi) 1999-12-15
CZ280804B6 (cs) 1996-04-17
CA2034658C (en) 2001-05-29
NZ236702A (en) 1993-12-23
KR910014736A (ko) 1991-08-31
IE910188A1 (en) 1991-07-31
AU6857990A (en) 1991-07-25
DK0439867T3 (da) 1994-10-31
FI910307A0 (fi) 1991-01-21
DE69009725D1 (de) 1994-07-14
SK278754B6 (sk) 1998-02-04
MY105416A (en) 1994-09-30
NO910237D0 (no) 1991-01-21
PT96546A (pt) 1992-09-30
FI104292B1 (fi) 1999-12-15
ES2055863T3 (es) 1994-09-01
IT9019128A0 (it) 1990-01-22
JP3461358B2 (ja) 2003-10-27
PL288791A1 (en) 1991-08-26
HK94695A (en) 1995-06-23
EP0439867A1 (en) 1991-08-07
HU214138B (en) 1997-12-29
CS9100124A2 (en) 1991-09-15
HUT60044A (en) 1992-07-28
AU647760B2 (en) 1994-03-31
KR100196086B1 (ko) 1999-06-15
EP0439867B1 (en) 1994-06-08
HU910228D0 (en) 1991-08-28
IE65823B1 (en) 1995-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3325887B2 (ja) 光導波体増幅器
US6233092B1 (en) Management and utilization of ASE in optical amplifier
JPH06252483A (ja) 通信装置用高電力信号光学的発生器
US6646796B2 (en) Wide band erbium-doped fiber amplifier (EDFA)
CN109599740A (zh) 具有抑制sbs作用的双向泵浦双包层光纤激光放大器
US6476960B1 (en) Thulium doped fiber amplifier pumping scheme
NO303604B1 (no) Optisk effektforsterker med dopet aktiv fiber
US7113328B2 (en) Dual-wavelength pumped thulium-doped optical fiber amplifier
US6721092B2 (en) Thulium-doped fiber amplifier using pump light for improving conversion efficiency in S-band
US5638204A (en) Optical power amplifier with Al2 O3 and erbium doped active fiber
WO2000074184A1 (fr) Fibre optique pour amplification optique et amplificateur a fibre optique
Roy et al. Novel pumping schemes for thulium doped fiber amplifier
JP2000307176A (ja) 光ファイバ増幅器及びこれを用いた広帯域光増幅器
Lu et al. A hybrid fiber amplifier with 36.9-dBm output power and 70-dB gain
RU2046483C1 (ru) Оптический усилитель мощности
JP2005322696A (ja) 希土類元素添加光導波路、光源および光増幅器
MIYAJIMA et al. Nd3+-Doped Fluoro-Zirconate Fiber Amplifier Operated around 1.3 μm
JP3635065B2 (ja) 光ファイバ増幅器
JP4076927B2 (ja) 広帯域光増幅器
JP2003198022A (ja) 光増幅器及びそれを用いた光伝送システム
JP2851384B2 (ja) 光フアイバ増幅器
Minelly et al. Er3+/Yb3+ co-doped power amplifier pumped by a 1W diode array
Auge et al. Relevant Parameters Study For 1.55 µm Signal Amplification Using 1.48 µm Pumped Erbium-Doped Fibers
JPH0621560A (ja) フッ化物ガラス光導波路
JP2002246673A (ja) 光増幅器

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Lapsed by not paying the annual fees

Free format text: LAPSED IN JULY 2002