PL217782B1

PL217782B1 - System of erbium-doped pulse fibre amplifier with protection of laser pumping diodes

Info

Publication number: PL217782B1
Application number: PL389082A
Authority: PL
Inventors: Paweł Kaczmarek; Jarosław Sotor; Grzegorz Soboń; Krzysztof Abramski
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2009-09-21
Filing date: 2009-09-21
Publication date: 2014-08-29
Also published as: PL389082A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ impulsowego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu z zabezpieczeniem laserów pompujących przed zniszczeniem, przeznaczony do stosowania w układach i urządzeniach optycznych, jako wzmacniacz impulsowego promieniowania laserowego z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego.The subject of the invention is a system of erbium-doped impulse fiber amplifier with protection of pumping lasers against damage, intended for use in optical systems and devices as an amplifier of pulsed laser radiation from the scope of the third telecommunications window.

Z amerykańskiego opisu patentowego US5973808 znany jest układ przeciwbieżnego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu ze sprzęgaczem WDM (Wavelength Division Multiplexing) wyposażonym w wielowarstwowy filtr dielektryczny wprowadzającym straty, dla promieniowania laserowego o długości fal z trzeciego okna telekomunikacyjnego docierającego do lasera pompującego, na poziomie 20 dB. Układ wzmacniacza zbudowany jest z sygnałowego wejścia światłowodowego połączonego z pierwszym końcem światłowodu domieszkowanego jonami erbu za pomocą izolatora optycznego. Drugi koniec światłowodu domieszkowanego jonami erbu połączony jest z źródłem pompującym za pomocą dwóch wyjść sprzęgacza WDM. Wyjście światłowodowe wzmacniacza połączone jest za pomocą izolatora optycznego z trzecim wyjściem sprzęgacza WDM.From US patent description US5973808 there is known an erbium-ion doped fiber amplifier system with a WDM coupler (Wavelength Division Multiplexing) equipped with a multilayer dielectric filter introducing losses for laser radiation with a wavelength from the third telecommunication window reaching the pumping laser, at the level of 20 dB. The amplifier circuit consists of a fiber optic signal input connected to the first end of the erbium-doped fiber with an optical insulator. The other end of the erbium ion doped fiber is connected to the pumping source by means of two outputs of the WDM coupler. The optical fiber output of the amplifier is connected via an optical isolator to the third output of the WDM coupler.

Układ impulsowego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu w konfiguracji pompowania dwukierunkowego znany jest z zgłoszenia patentowego US6990270. Układ wzmacniacza zbudowany jest z włókna światłowodowego domieszkowanego erbem, do którego końców dołączono za pomocą sprzęgacza WDM cztery lasery pompujące. Impulsowe promieniowanie sygnałowe o długości fali z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego do prowadzone jest do włókna domieszkowanego jonami erbu za pomocą pierwszego sprzęgacza WDM a wyjście wzmocnionego sygnału impulsowego zapewnia drugi sprzęgacz WDM.The system of the erbium-doped impulse fiber amplifier in a bidirectional pumping configuration is known from the patent application US6990270. The amplifier circuit is made of erbium-doped optical fiber, to the ends of which four pump lasers are connected by means of a WDM coupler. Pulsed signal radiation with a wavelength in the range of the third telecommunication window to the erbium ion doped fiber by the first WDM coupler and the output of the amplified pulsed signal is provided by the second WDM coupler.

Istota układu wzmacniacza według wynalazku polega na tym, że pomiędzy laser pompujący i drugie wejście sprzęgacza WDM, w światłowód wpięty jest selektywny tłumik zabezpieczający. Pierwsze wyjście sprzęgacza WDM stanowi światłowodowe wyjście wzmacniacza.The essence of the amplifier circuit according to the invention consists in the fact that between the pumping laser and the second input of the WDM coupler, a selective protection attenuator is connected to the optical fiber. The first output of the WDM coupler is the fiber optic output of the amplifier.

Korzystnie, selektywny tłumik zabezpieczający jest całkowicie światłowodowym elementem pasywnym.Preferably, the selective suppressor is an all-fiber passive element.

Korzystne jest również to, że selektywny tłumik zabezpieczający wprowadza tłumienie dla długości fali z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego i nie tłumi sygnału pompującego o długości fali około 980 nm.It is also advantageous that the selective protection attenuator introduces attenuation at the wavelength within the third telecommunication window and does not attenuate the pumping signal with a wavelength of about 980 nm.

Wariant układu wzmacniacza według wynalazku, polega na tym, że pomiędzy pierwszy laser pompujący i drugie wejście sprzęgacza WDM, w światłowód jest wpięty pierwszy selektywny tłumik zabezpieczający, przy czym wyjście pierwszego sprzęgacza WDM jest połączone z pierwszym końcem aktywnego włókna światłowodowego, a pierwsze wyjście pierwszego sprzęgacza WDM stanowi światłowodowe wyjście wzmacniacza, natomiast drugi koniec aktywnego włókna światłowodowego połączony z wejściem drugiego sprzęgacza WDM, którego pierwsze wyjście połączone jest poprzez izolator światłowodowy z impulsowym źródłem sygnałowego promieniowania laserowego, ma drugie wyjście połączone poprzez drugi selektywny tłumik zabezpieczający z drugim laserem pompującym.A variant of the amplifier circuit according to the invention consists in that between the first pumping laser and the second input of the WDM coupler, a first selective protection attenuator is connected to the optical fiber, the output of the first WDM coupler is connected to the first end of the active optical fiber, and the first output of the first coupler The WDM is the optical fiber output of the amplifier, while the other end of the active optical fiber connected to the input of the second WDM coupler, the first output of which is connected via the optical insulator to a pulsed signal laser source, has a second output connected via a second selective protection attenuator to the second pump laser.

Korzystnie, pierwszy i drugi selektywny tłumik regulowany jest całkowicie światłowodowym elementem pasywnym.Preferably, the first and second selective attenuators are fully adjustable through a fiber optic passive element.

Korzystne jest również to, że pierwszy i drugi selektywny tłumik regulowany wprowadza tłumienie dla długości fali z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego i nie tłumi sygnału pompującego o długości fali około 980 nm.It is also preferable that the first and second selective variable attenuators provide attenuation at a wavelength within the third telecommunication window range and do not attenuate the pumping signal with a wavelength of about 980 nm.

Układ impulsowego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu według wynalazku, skutecznie zabezpiecza laser pompujący przed wstecznie propagowanym promieniowaniem laserowym o długości fali z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego, co zabezpiecza go przed zniszczeniem, i jednocześnie sprawia, że możliwa jest bezpieczna praca wzmacniacza z impulsami o małej częstotliwości repetycji i stromym naroście zbocza. Zastosowanie selektywnego tłumika regulowanego pozwala na budowę wzmacniaczy impulsowego promieniowania laserowego z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego, a w szczególności promieniowania impulsowego o małej częstotliwości repetycji i stromym naroście zbocza impulsów.The system of the impulse fiber amplifier doped with erbium ions according to the invention effectively protects the pumping laser against back propagation laser radiation with a wavelength in the range of the third telecommunication window, which protects it against damage, and at the same time makes it possible to operate the amplifier safely with pulses of low repetition frequency and the steep rise of the slope. The use of a selective adjustable attenuator allows the construction of pulsed laser radiation amplifiers in the range of the third telecommunication window, in particular pulsed radiation with a low repetition frequency and a steep pulse edge rise.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ przeciwbieżnego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu z zabezpieczaniem laserów pompujących przed zniszczeniem, a fig. 2 - dwustronnie pompowany układ wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu z zabezpieczaniem laserów pompujących przed zniszczeniem.The subject matter of the invention in an exemplary embodiment is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows a system of a counter-directional erbium-doped fiber amplifier with protection of the pumping lasers against damage, and Fig. 2 - a double-pumped system of an erbium-doped fiber amplifier with protection of the pump lasers against damage.

PL 217 782 B1PL 217 782 B1

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Układ przeciwbieżnego impulsowego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu z zabezpieczeniem laserów pompujących przed zniszczeniem składa się kolejno z lasera pompującego A sprzężonego ze światłowodem połączonym z selektywnym tłumikiem zabezpieczającym B a następnie poprzez wejście W2 sprzęgacza WDM C i wyjście W3 połączony jest z pierwszym końcem aktywnego włókna światłowodowego domieszkowanego jonami erbu D. Drugi koniec aktywnego włókna światłowodowego D połączony jest poprzez izolator światłowodowy E z impulsowym źródłem sygnałowego promieniowania laserowego F z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego. Wyjście wzmacniacza G realizowane jest za pomocą pierwszego wyjścia W1 sprzęgacza WDM C. Promieniowanie laserowe o długości fali ok. 980 nm generowane przez laser pompujący A doprowadzane jest do aktywnego światłowodu domieszkowanego jonami erbu D poprzez selektywny tłumik zabezpieczający B i sprzęgacz WDM C, równocześnie do aktywnego światłowodu D doprowadzany jest impulsowy sygnał użyteczny z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego generowany przez źródło sygnałowe F. Oddziaływanie promieniowania pompującego o długości fali ok. 980 nm i promieniowania impulsowego z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego ze strukturą aktywnego światłowodu domieszkowanego jonami erbu D powoduje wzmocnienie impulsowego promieniowania z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego. Promieniowanie to rozchodzi się w kierunku sprzęgacza WDM C i izolatora światłowodowego E, który uniemożliwia jego dalszą propagację w kierunku źródła sygnału impulsowego F. Wzmocnione promieniowanie impulsowe z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego dociera do sprzęgacza WDM C, gdzie ze stratą około 0,5 dB, kierowane jest do wyjścia wzmacniacza G oraz ze stratą ok. 20 dB do wejścia W2, a następnie propagowane jest w kierunku selektywnego tłumika zabezpieczającego B, który wprowadza tak duże straty dla wzmocnionego promieniowania z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego i nie tłumi promieniowania pompującego o długości fali około 980 nm, że sygnał ten docierając do lasera pompującego A nie powoduje jego zniszczenia.The system of counter-rotating pulsed erbium-doped fiber optic amplifier with protection of the pumping lasers against damage consists successively of the pumping laser A coupled with the optical fiber connected to the selective protective attenuator B, and then through the W2 input W2 of the WDM C coupler and the W3 output is connected to the first end of the active doped optical fiber with erbium D ions. The other end of the active optical fiber D is connected through the optical fiber insulator E with a pulsed source of signal laser radiation F in the range of the third telecommunication window. The output of the G amplifier is realized by the first output W1 of the WDM C coupler. The laser radiation with a wavelength of approx. 980 nm generated by the pumping laser A is supplied to the active optical fiber doped with erbium D ions through the selective protection attenuator B and the WDM C coupler, simultaneously to the active on the D optical fiber, an impulse useful signal is supplied from the range of the third telecommunications window generated by the signal source F. The interaction of the pumping radiation with a wavelength of approx. 980 nm and pulsed radiation from the range of the third telecommunications window with the structure of an active fiber doped with erbium D ions causes the amplification of the pulsed radiation in the the third telecommunications window. The radiation propagates towards the WDM C coupler and the optical insulator E, which prevents its further propagation towards the impulse signal source F. The enhanced pulsed radiation from the range of the third telecommunication window reaches the WDM C coupler, where with a loss of about 0.5 dB, is to the output of amplifier G and with a loss of approx. 20 dB to input W2, and then propagates towards the selective protection attenuator B, which introduces such large losses for the enhanced radiation in the range of the third telecommunication window and does not suppress pumping radiation with a wavelength of about 980 nm, that the signal reaching the pumping laser A does not destroy it.

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

Układ dwustronnie pompowanego impulsowego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu z zabezpieczeniem laserów pompujących przed zniszczeniem składa się kolejno z pierwszego lasera pompującego A sprzężonego ze światłowodem połączonego z pierwszym selektywnym tłumikiem zabezpieczającym B a następnie poprzez wejście W2 pierwszego sprzęgacza WDM C i wyjście W3 połączony jest z pierwszym końcem aktywnego włókna światłowodowego domieszkowanego jonami erbu D. Pierwsze wyjście W1 pierwszego sprzęgacza WDM C stanowi światłowodowe wyjście wzmacniacza G. Drugi koniec aktywnego włókna światłowodowego D połączony jest poprzez wyjście W3 drugiego sprzęgacza WDM H i wejście W1 poprzez izolator światłowodowy E z impulsowym źródłem sygnałowego promieniowania laserowego F z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego. Do wejścia W2 drugiego sprzęgacza WDM H podłączony jest za pomocą drugiego selektywnego tłumika zabezpieczającego I drugi laser pompujący J. Promieniowanie laserowe o długości fali ok. 980 nm generowane przez pierwszy laser pompujący A i drugi laser pompujący J doprowadzane jest do aktywnego światłowodu domieszkowanego jonami erbu D poprzez oba selektywne tłumiki zabezpieczające B i I oraz oba sprzęgacze WDM C i H, równocześnie do aktywnego światłowodu D doprowadzany jest impulsowy sygnał użyteczny z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego generowany przez źródło sygnałowe F. Oddziaływanie promieniowania pompującego o długości fali około 980 nm i promieniowania impulsowego z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego ze strukturą aktywnego światłowodu domieszkowanego jonami erbu D powoduje wzmocnienie impulsowego promieniowania z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego. Wzmocnione promieniowanie impulsowe z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego dociera do pierwszego sprzęgacza WDM C, gdzie ze stratą około 0,5 dB kierowane jest do wyjścia wzmacniacza G oraz ze stratą około 20 dB do wejścia W2, a następnie propagowane jest w kierunku pierwszego selektywnego tłumika zabezpieczającego B, który wprowadza tak duże straty dla wzmocnionego promieniowania i nie tłumi promieniowania pompującego z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego o długości fali około 980 nm, że sygnał docierający do pierwszego lasera pompującego A nie powoduje jego zniszczenia. Wstecznie propagowane wzmocnione promieniowanie impulsowe z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego dociera do drugiego sprzęgacza WDM H gdzie ze stratą około 0,5 dB kierowane jest do wejścia W1, a następnie w kierunku izolatora światłowodowego E, który uniemożliwia jego dalszą propagację w kierunku źródła sygnału impulsowego F oraz ze stratą około 20 dB do wejścia W2 a następnie propagowane jest w kierunku drugiego selektywnego tłumika zabezpieczającego B, który wprowadza takThe system of double-pumped pulsed erbium-doped fiber optic amplifier with protection of the pumping lasers against damage consists successively of the first pumping laser A coupled with the optical fiber connected to the first selective protective attenuator B and then through the input W2 of the first WDM coupler C and the output W3 is connected to the first end of the active optical fiber doped with erbium ions D. The first output W1 of the first WDM coupler C is the optical fiber output of the amplifier G. The other end of the active optical fiber D is connected through the output W3 of the second WDM coupler H and the input W1 through the optical fiber insulator E with a pulsed laser signal source F in the field of the third telecommunications window. The second pumping laser J is connected to the W2 input of the second WDM coupler H by means of a second selective protection attenuator I. The laser radiation with a wavelength of approx. 980 nm generated by the first pumping laser A and the second pumping laser J is fed to the active erbium D-doped optical fiber through both selective protection attenuators B and I and both WDM couplers C and H, simultaneously a pulsed useful signal from the range of the third telecommunications window generated by the signal source F is fed to the active optical fiber D. The effect of pumping radiation with a wavelength of about 980 nm and pulsed radiation from of the third telecommunications window with the structure of an active optical fiber doped with erbium D ions causes the amplification of the pulsed radiation in the third telecommunications window range. The amplified pulsed radiation from the range of the third telecommunications window reaches the first WDM C coupler, where with a loss of about 0.5 dB it is directed to the output of amplifier G and with a loss of about 20 dB to input W2, and then propagated towards the first selective protection attenuator B which introduces such high losses for the amplified radiation and does not suppress the pumping radiation in the range of the third telecommunication window with a wavelength of about 980 nm, that the signal reaching the first pumping laser A does not destroy it. Back-propagated amplified pulsed radiation from the range of the third telecommunication window reaches the second WDM coupler H where, with a loss of about 0.5 dB, it is directed to the input W1, and then towards the optical fiber insulator E, which prevents its further propagation towards the source of the pulse signal F and with a loss of about 20 dB to the input W2 and then propagates towards the second selective protection attenuator B, which introduces such

PL 217 782 B1 duże straty dla wzmocnionego promieniowania z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego i nie tłumi promieniowania pompującego o długości fali około 980 nm, że sygnał docierający do drugiego lasera pompującego J nie powoduje jego zniszczenia.High losses for the amplified radiation in the range of the third telecommunications window and does not suppress the pumping radiation with a wavelength of about 980 nm, so that the signal reaching the second pumping laser J does not destroy it.

Claims

1. The system of a pulsed erbium doped fiber optic amplifier with protection of pumping lasers, has a pumping laser coupled to the optical fiber through the input and output of the WDM coupler with the first end of the active erbium ion-doped optical fiber, while the other end of the active optical fiber is connected to the optical insulator, the output of which is connected to is with a pulsed source of signal laser radiation in the range of the third telecommunications window, characterized in that between the pumping laser (A) and the second input (W2) of the WDM coupler (C), a selective protective attenuator (B) is connected to the optical fiber, the first output ( W1) of the WDM coupler (C) is the optical fiber output of the amplifier (G).

2. The system according to claim The method of claim 1, characterized in that the selective protection attenuator (B) is an all-fiber passive element.

The system according to p. The method of claim 1, characterized in that the selective protection attenuator (B) introduces attenuation for the wavelength in the range of the third telecommunication window and does not attenuate the pumping signal with a wavelength of about 980 nm.

4. The system of the pulsed erbium doped fiber optic amplifier with protection of the pumping lasers, has a pumping laser coupled to the optical fiber through the input and output of the first WDM coupler with the first end of the active erbium-doped optical fiber, while the other end of the active optical fiber is connected through the second WDM coupler with the insulator fiber optic, the output of which is connected to a pulsed laser signal source within the range of the third telecommunications window and the second pumping laser, characterized in that between the first pumping laser (A) and the second input (W2) of the first WDM coupler (C), the optical fiber is connected to a first selective protection attenuator (B), the output (W3) of the first WDM coupler (C) being connected to the first end of the active optical fiber (D) and the first output (W1) of the first WDM coupler (C) being the optical fiber output of the amplifier (G ), while the second end of the active optical fiber (D) connected to the input (W3) of the second WDM coupler (H), the first output (W1) of which is connected via the optical fiber insulator (E) to a pulsed laser signal source (F), has a second output (W2 ) connected via a second selective safety damper (I) to a second pump laser (J).

5. The system according to p. 4. The method of claim 4, characterized in that the first selective protection attenuator (B) and the second selective protection attenuator (I) are all-optical passive elements.

6. The system according to p. The method of claim 4, characterized in that the first selective protection attenuator (B) and the second selective protection attenuator (I) provide attenuation for the wavelength in the range of the third telecommunication window and do not attenuate the pumping signal with a wavelength of about 980 nm.