SK278754B6 - Optický výkonový zosilňovač - Google Patents

Optický výkonový zosilňovač Download PDF

Info

Publication number
SK278754B6
SK278754B6 SK124-91A SK12491A SK278754B6 SK 278754 B6 SK278754 B6 SK 278754B6 SK 12491 A SK12491 A SK 12491A SK 278754 B6 SK278754 B6 SK 278754B6
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
fiber
wavelength
pumping
power amplifier
optical power
Prior art date
Application number
SK124-91A
Other languages
English (en)
Inventor
Giorgio Grasso
Aldo Righetti
Fausto Meli
Original Assignee
Pirelli Cavi S.P.A.
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=SK278754(B6) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Pirelli Cavi S.P.A. filed Critical Pirelli Cavi S.P.A.
Publication of SK278754B6 publication Critical patent/SK278754B6/sk

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
    • H01S3/094011—Processes 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
    • 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
    • H01S3/1691—Solid materials characterised by additives / sensitisers / promoters as further dopants
    • H01S3/1693—Solid 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)
  • Insulated Conductors (AREA)
  • Supporting Of Heads In Record-Carrier Devices (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

Oblasť techniky
Vynález sa týka optického výkonového zosilňovača obsahujúceho aktívne dopované vlákno s dopovacou látkou modifikujúcou index lomu a erbium ako fluorescenčnú dopovaciu látku, napájané z čerpacieho lasera cez relatívny dichroický väzobný člen a pripojeného k telekomunikačnej linke s optickým vláknom, pričom tento zosilňovač je prispôsobený na činnosť v podmienkach nasýtenia na stimulovaný výstup fluorescenčnej dopovacej látky.
Doterajší stav techniky
Na prenos signálu telekomunikačnou linkou s optickým vláknom na dlhé vzdialenosti je nevyhnutné, aby signál dospel do prijímacej stanice s dostatočnou úrovňou pre umožnenie rozlíšenia a použitia. Pretože pri prenose v optickom vlákne dochádza k útlmu svetelného signálu, musí signál zavedený do vlákna na začiatku mať pokiaľ možno najvyššiu úroveň, aby v prijímacej stanici, vzdialenej desiatky alebo stovky kilometrov, bol získaný signál dostatočnej úrovne.
Lasery, používané na vyvíjanie vysielacieho signálu, majú však do istej miery obmedzený výkon, nie vyšší ako niekoľko mW, zatiaľ čo lasery vyšších výkonov nie sú schopné vyvíjať takéto signály. Je teda nutné použiť výkonové zosilňovače na získanie signálu vyvíjaného laserom a jeho zosilnenie na požadovanú úroveň.
Je známe, že optické vlákna majúce jadro dopované zvláštnymi látkami, napríklad iónmi vzácnych zemín, majú stimulované výstupné charakteristiky, vhodné na použitie ako optické zosilňovače.
Tieto vlákna môžu byť napájané zdrojom svetla, ktorý sa nazýva čerpací zdroj, na určitej vlnovej dĺžke, zodpovedajúcej vrcholu absorpčného spektra dopovacej látky, ktorá má schopnosť uviesť atómy dopovacej látky do vybudeného energetického stavu či čerpacieho pásma, z ktorého tieto atómy prechádzajú spontánne vo veľmi krátkom čase do stavu laserového výstupu, v ktorom zostávajú pomerne dlhý čas.
Keď vlákno, majúce vysoký počet atómov vo vybudenom stave na emisnej úrovni, je zaťažené svetelným signálom s vlnovou dĺžkou zodpovedajúcou takémuto stavu laserovej emisie, signál spôsobí prechod vybudených atómov na nižšiu úroveň s emisiou svetla s vlnovou dĺžkou rovnakou akú má signál. Vlákno tohto druhu môže teda byť použité na získanie zosilnenia optického signálu.
Sú známe optické zosilňovače využívajúce erbium ako dopovaciu látku laserovej emisie pri využití fluorescencie erbia okolo 1550 nm na zosilnenie signálu v takom rozmedzí, v ktorom sú najlepšie prenosové charakteristiky vlákna telekomunikačnej linky z hľadiska útlmu signálu.
Výkonové optické zosilňovače, používajúce vlákna dopované erbiom, boli opísané v opise Proceeding ECOC (European Conference on Optical Communication) 1989, str. 42-43. Tento opis opisuje výkonový' zosilňovač používajúci vlákno z oxidu kremičitého, dopované germániom a erbiom, čerpaných laserom typu Nd-YAG s kmitočtom zdvojeným na 532 nm.
Takýto zosilňovač má však veľmi nízku účinnosť zosilnenia, definovanú ako pomer medzi výkonom prenášaného signálu na výstupe a privádzaným čerpacím výkonom, a síce nižšiu ako 20 %, čo je hodnota veľmi vzdialená od maximálnej teoretickej účinnosti.
Z britskej prihlášky vynálezu EP-A-0345957 sú známe vlákna typu Al/Er, v ktorých dopovacia látka, používaná na získanie priebehu indexu lomu vhodného 5 na vedenie svetla, je (A12O3). Vlákna sú vhodné na optické zosilňovače čerpané na vlnovej dĺžke 514,5 nm, napríklad argónovým laserom.
Podľa uvedenej prihlášky vynálezu sú vlákna Al/Er výhodnejšie ako tradičné vlákna Ge/Er pri čerpaní na vl10 novej dĺžke 514,5 nm, pretože zamedzujú absorpčným javom vo vybudenom stave, ktoré vznikajú vo vláknach Ge/Er pri tejto vlnovej dĺžke.
Pre získanie vysokej účinnosti zosilnenia je na druhej strane výhodné použiť pomerne vysokú čerpaciu vl15 novú dĺžku, hlavne je výhodná vlnová dĺžka 980 nm, pretože účinnosť zosilnenia výkonového zosilňovača je v podstate úmerná čerpacej vlnovej dĺžke.
Podstata vynálezu
Úlohou vynálezu je vytvoriť výkonový optický zosilňovač, ktorý má vysokú účinnosť zosilnenia pri pomerne vysokých čerpacích vlnových dĺžkach, podstatne 25 vyšších ako 520 nm.
Vynález rieši úlohu tým, že vytvára optický výkonový zosilňovač, obsahujúci aktívne dopované vlákno, obsahujúce dopovaciu látku, modifikujúcu index lomu a erbium ako fluorescenčnú dopovaciu látku, napájaný z 30 čerpacieho laseru cez relatívny dichroický väzobný člen a pripojený k telekomunikačnej linke s optickým vláknom, pričom tento zosilňovač je prispôsobený k činnosti v podmienkach nasýtenia na stimulovaný výstup fluorescenčnej dopovacej látky, ktorého podstata spočíva v 35 tom, že dopovacia látka modifikujúca index lomu je oxid hlinitý (A12O3).
Vlnová dĺžka čerpacieho lasera, pripojeného k aktívnemu vláknu, je podstatne vyššia ako 520 nm, výhodne rovná 980 nm.
Koncentrácia erbia (Ľr2O3) vo vlákne, vyjadrená ako hmotnosť, sa rovná od 30 do 2 000 ppm, výhodne od 30 do 1 000 ppm.
Aktívne vlákno môže byť monomodálne na vlnovej dĺžke prenášaného signálu, nie však na čerpacej vlnovej 45 dĺžke, aby bol vysoký čerpací výkon vnútri celého úseku toho istého vlákna.
Alternatívne môže byť aktívne vlákno monomodálne na vlnovej dĺžke prenášaného signálu i na čerpacej vlnovej dĺžke s účelom znížiť spojovacie straty s dichroic50 kým väzobným členom čerpacieho lasera.
Vo výhodnom vyhotovení má optický výkonový zosilňovač podľa predloženého vynálezu dva čerpacie lasery pripojené k dvom koncom aktívneho vlákna cez príslušné dichroické väzobné členy, orientované so vstup55 ným smerom svetelného výkonu vysielaného čerpacím laserom, smerovaným k tomu istému aktívnemu vláknu.
Prehľad obrázkov na výkresoch
Vynález je znázornený na výkresoch, na ktorých obr. 1 znázorňuje schému optickej telekomunikačnej linky s výkonovým zosilňovačom, obr. 2 znázorňuje schému optického výkonového zo65 silňovača používajúceho aktívne vlákno, obr. 3 znázorňuje diagram energetických prechodov vlákna zosilňovača podľa obr. 2, vhodný na vyvíjanie stimulovaného laserového výstupu, obr. 4 znázorňuje závislosť výstupného výkonu od čerpacieho výkonu vo výkonovom zosilňovači, používajúcom aktívne vlákno podľa vynálezu, obr. 5 znázorňuje závislosť výstupného výkonu od čerpacieho výkonu vo výkonovom zosilňovači používajúcom aktívne vlákno typu Ge/Er, a obr. 6 znázorňuje fluorescenčné spektrá vlákna podľa vynálezu a vlákna typu Ge/Er.
Príklady uskutočnenia vynálezu
Telekomunikačná linka s optickými vláknami, schematicky znázornená na obr. 1, všeobecne obsahuje vysielač 1 na vysielanie prenášaných signálov, linku 2 s optickým vláknom, vhodnú na prenos do nej zavedených signálov na dlhé vzdialenosti a prijímač 3, do ktorého signály prichádzajú.
S účelom zaviesť do telekomunikačnej linky 2 s optickými vláknami optické signály, ktoré majú počiatočnú úroveň výkonu dostatočne vysokú, aby im umožnila dosiahnuť prijímač 3, umiestnený desiatky alebo stovky kilometrov ďaleko od vysielača 1, majúceho prijateľnú úroveň výkonu pre citlivosť prijímacích prístrojov, nehľadiac na nevyhnutný útlm spôsobený dlhou dráhou vo vlákne, optické signály, ktoré sú vyvíjané laserom vo vysielači 1, sa zvyčajne zosilňujú výkonovým zosilňovačom 4.
Použiteľné lasery na vyvíjanie prenášaných signálov, pracujúce na vlnovej dĺžke, na ktorej sú prenosové charakteristiky vlákna najlepšie, to znamená v oblasti tzv. tretieho okna okolo 1500 až 1600 nm, sú polovodičové lasery, modulovateľné a s dobrou spektrálnou charakteristikou, tieto lasery však majú trochu nízku úroveň výstupného signálu, nepresahujúcu asi 3 dBm pri výkone 5 mW. Preto signál, ktorý vyvíjajú, by mal pred zavedením do linky byť zosilnený na vyššiu úroveň, napríklad 15-20 dBm.
Na optické zosilnenie signálov, ktoré majú byť zavedené do linky s optickými vláknami, pre telekomunikácie sa používajú výkonové zosilňovače s optickými vláknami.
Štruktúra zosilňovača s optickým vláknom je schematicky znázornená na obr. 2. Prenášaný signál s vlnovou dĺžkou ks sa vedie k dichroickému väzobnému členu 5, kde sa spája na jedinom výstupnom vlákne 6 s čerpacím signálom s vlnovou dĺžkou λρ vyvíjaným čerpacím laserom 7. Aktívne vlákno 8 vhodnej dĺžky, pripojené k výstupnému vláknu 6 dichroického väzobného člena 5, tvorí zosilňovač signálu, ktorý je zavedený do telekomunikačnej linky 2 a ďalej k miestu určenia.
Optický zosilňovač opísaného typu všeobecne používa aktívne optické vlákno 8 z oxidu kremičitého (SiO2) dopované erbiom (Er2O3), ktoré umožňuje získať zosilnenie prenášaného signálu využitím stimulovaných prechodov erbia.
Ako ukazuje diagram na obr. 3 znázorňujúci symbolicky dosiahnuteľný energetický stav iónu erbia (Ľr3,j v roztoku v matrici oxidu kremičitého (SiO2) vo vlákne, ak sa zavedie do aktívneho vlákna 8 svetelný výkon s čerpacou vlnovou dĺžkou λρ nižšou, ako je vlnová dĺžka ks prenášaného signálu, prevedie sa určitý počet iónov erbia (Er3+), prítomných ako dopovacia látka v sklenenej matrici vlákna, do vybudeného energetického stavu 9 alebo do čerpacieho pásma, z ktorého ióny prichádzajú spontánne na energetickú úroveň 10, tvoriacu úroveň laserovej emisie.
Na úrovni 10 výstupu lasera môžu ióny erbia (Eŕ) zostať pomerne dlho, kým spontánne prejdú na základnú úroveň 11.
Ako je známe, zatiaľ čo prechod z pásma 9 na úroveň 10 je spojený s tepelným výstupom, ktorý je rozptýlený do okolia vlákna, prechod z úrovne 10 na základnú úroveň 11 vyvíja svetelnú emisiu, pozostávajúcu z fotónu s vlnovou dĺžkou zodpovedajúcou hodnote energie úrovne 10 laserovej emisie. Keď vlákno, obsahujúce veľký počet iónov na úrovni laserovej emisie, je zaťažené signálom s vlnovou dĺžkou zodpovedajúcou tejto úrovni emisie, signál spôsobí stimulovaný prechod týchto iónov z úrovne emisie na základnú úroveň, pred ich spontánnym prechodom združeným so zodpovedajúcim výstupom fotónov vo fáze s fotónmi signálu, čo dáva vznik vodopádovému javu, ktorý' na výstupe aktívneho vlákna 8 vytvára emisiu silne zosilneného prenášaného signálu.
Za prítomnosti signálov vo vstupe do aktívneho vlákna 8 s nízkou úrovňou výkonu, napríklad signálu, ktorý bol utlmený, keď prešiel veľkú vzdialenosť vnútri optického vlákna, a za podmienok nízkych výstupných výkonov je svetelný výkon Pu prenášaného signálu s vlnovou dĺžkou as vo výstupe aktívneho vlákna 8 úmerný výkonu P, toho istého signálu vo vstupe vlákna a konštanta úmernosti medzi nimi je definovaná ako zisk G zosilnenia, podľa vzťahu Pu = G Pi.
Takéto pracovné podmienky sú typické pre líniové zosilňovače umiestnené pozdĺž optického vlákna telekomunikačnej linky 2 na obnovenie signálu utlmeného po určitej dráhe vo vlákne na dostatočnú úroveň.
V prítomnosti vstupného signálu vysokého výkonu a s vysokým výstupným výkonom podstatne väčším ako 5 % zavedeného čerpacieho výkonu, pracuje optický zosilňovač v podmienkach nasýtenia a dáva výstupný výkon, ktorý prakticky už nezávisí od vstupného výkonu, ale iba od čerpacieho výkonu. V prítomnosti veľkého počtu fotónov vnútri aktívneho vlákna 8 je kapacita vlákna emitovať nové fotóny vplyvom stimulovaných prechodov úrovní 10 laserovej emisie obmedzená možnosťou, súvisiacou so zavedeným čerpacím výkonom, dodať dostatočný počet iónov erbia na úrovni 10 laserovej emisie a nezávisí od počtu fotónov vstupného signálu, t. j. od vstupného výkonu do vlákna.
Takéto podmienky činnosti sú typické pre výkonové zosilňovače a pre ne máme vzťah Pu = K Pp, kde Pu je výstupný výkon, Pp je vstupný výkon a K je konštanta zodpovedajúca účinnosti zosilňovača.
Maximálna účinnosť zosilňovača je teoretická účinnosť zodpovedajúca situácii, v ktorej pre každý fotón, privedený do vlákna pri čerpacej vlnovej dĺžke λρ, ktorý spôsobí prechod iónu dopovacej látky zo základnej úrovne 11 na úroveň 10 laserovej emisie, sa odohrá emisia fotónu za prítomnosti signálu na prenosovej vlnovej dĺžke ks. Takéto podmienky zodpovedajú účinnosti zosilnenia, ktorá sa nazýva kvantová účinnosť, t. j. účinnosť rovnajúca sa pomeru vlnovej dĺžky vstupného fotónu, čo je čerpací fotón a vlnovej dĺžky výstupného fotónu, čo je prenosový fotón: Eq = λρ/λ5.
V prípade vlnovej dĺžky prenášaného signálu 1550 nm a čerpacej vlnovej dĺžky 980 nm je kvantová účinnosť rovnajúca sa asi 63 %, t. j. 980/1550.
Na získanie vysokej účinnosti zosilnenia je teda nevyhnutné pracovať pri zodpovedajúcich podmienkach, s vysokou kvantovou účinnosťou pri použití pomerne vysokých čerpacích vlnových dĺžok a ďalej sa priblížiť čo najviac ku kvantovej účinnosti.
Na vytvorenie výkonového zosilňovača opísaného typu sa zistilo, že aktívne vlákna 8 z oxidu kremičitého (SiO2) dopované oxidom hlinitým (A12O3) pre získanie žiadaného priebehu indexu lomu a obsahujúce erbium (Er2O3) ako dopovaciu látku s laserovou emisiou dávajú veľmi vysokú účinnosť, blízku kvantovej účinnosti opísanej v súhlase s čerpacou vlnovou dĺžkou vyššou ako 520 nm a hlavne v súvislosti s absorpčným vrcholom erbia pri 980 nm.
Opísané vlákna sa získajú technikou dopovania v roztoku v odbore dobre známou, pri ktorej základná dopovacia látka, t. j. oxid hlinitý (A12O3) a fluorescenčná dopovacia látka, t. j. ióny erbia (Er3+) sa zavádzajú do jadra vlákna ponorením do vodného roztoku obsahujúceho príslušné soli, pričom rúrkovitý polotovar má jednu vnútornú sinterovanú vrstvu, ktorá sa potom roztaví a zmrští pri vytiahnutí vlákna z nej.
Opis takéhoto druhu vlákien a príslušného spôsobu výroby je opísaný v britskej prihláške vynálezu č. 8813769.
Na vytvorenie výkonových zosilňovačov podľa predloženého vynálezu vlákna dopované oxidom hlinitým (A12O3) obsahujú podiel erbia, vyjadrený ako koncentrácia v hmotnosti erbia (Er2O3), od 30 do 2 000 ppm, výhodne od 30 do 1 000 ppm. Obsah dopovacej látky modifikujúci index lomu, t. j. oxid hlinitý' (A12O3) a priebeh indexu lomu vo vlákne v radiálnom smere možno zvoliť podľa špecifických požiadaviek využitia a tieto hodnoty nie sú podmienkami pre účely predloženého vynálezu.
Obzvlášť numerický otvor a priemer módu vlákna sa výhodne zvolia tak, aby vyhovovali väzbe s malou stratou s vláknom linky, zatiaľ čo obsah erbia (Er2O3) a jeho radiálne rozdelenie vo vlákne môžu byť zvolené v súvislosti s dĺžkou zvoleného aktívneho vlákna 8, vstupným výkonom a pod. podľa známych kritérií.
Aktívne vlákno 8 je monomodálne na prenosovej vlnovej dĺžke. Nemusí byť monomodálne na čerpacej vlnovej dĺžke pre účel súhlasu vstupu do vlákna väčšieho možného množstva čerpacieho výkonu rozdeleného v celom úseku. Použitie vlákna monomodálneho na čerpacej vlnovej dĺžke λρ môže byť výhodné pre zjednodušenie a obmedzenie spojovacích strát vlákna s dichroickým väzobným členom 5.
S takýmito vláknami je možné vytvoriť výkonový zosilňovač podľa schémy znázornenej na obr. 2. S účelom zachovať vysokú hodnotu čerpacieho výkonu pre celú dĺžku aktívneho vlákna 8 a na zvýšenie celkového čerpacieho výkonu zavedeného do vlákna, je zvyčajne možné usporiadať druhý čerpací laser 12 v smere prenosu za aktívnym vláknom 8, s relatívnym dichroickým väzobným členom 13, orientovaným k tomu istému aktívnemu vláknu 8.
To umožňuje predovšetkým použiť čerpací laser 12 nie veľmi vysokého výkonu s účelom zamedziť významný útlm signálu, zatiaľ čo sa privádza všetka potrebná energia do aktívneho vlákna 8.
Použitie vlákna dopovaného oxidom hlinitým (Al2O3) a iónmi erbia (Er1*) čerpaného na 980 nm ± 5 nm umožnilo získať veľmi vysokú účinnosť zosilnenia, blízku uvedenej kvantovej účinnosti a vyššiu ako 60 % takejto hodnoty. Tradičné vlákna dopované germániom oproti tomu mali veľmi nízku účinnosť, nižšiu ako 30 % kvantovej účinnosti.
Obr. 4 znázorňuje závislosť výstupného výkonu Pu od čerpacieho výkonu Pp pre zosilňovač vytvorený použitím vlákna podľa vynálezu typu Al/Er. Vlákno malo tieto charakteristiky:
Numerický otvor: 0,16
Obsah erbia v hmotnosti (Er2O3): 350 ppm
Vlnová dĺžka eut-off: 930 nm
Priemer poľa módu pri 1536 nm eut-off: 8,14 um.
Na vstupe zosilňovača bol výkon prenášaného sig10 nálu s vlnovou dĺžkou Xs = 1536 nm P; = -2 dBm. Čerpacia vlnová dĺžka bola λρ = 980 nm a aktívne vlákno malo dĺžku 3,7 m.
Za týchto podmienok bola získaná účinnosť zosilnenia v podstate rovnajúca sa kvantovej účinnosti.
Na porovnanie znázorňuje obr. 5 závislosť výstupného výkonu Pu od čerpacieho výkonu Pp pre zosilňovač vytvorený s použitím tradičného vlákna typu Ge/Er. Vlákno malo tieto charakteristiky:
Numerický otvor: 0,21
Obsah erbia v hmotnosti (Er2O3): 300 ppm
Vlnová dĺžka eut-off: 980 nm
Priemer poľa módu pri 1536 nm eut-off: 5,82 pm.
Na vstupe zosilňovača bol výkon prenášaného signálu s vlnovou dĺžkou ks = 1536 nm Pi = 0 dBm. Čer25 pacia vlnová dĺžka bola λρ = 980 nm a aktívne vlákno malo dĺžku 4 m.
Získaná účinnosť zosilnenia bola v tomto prípade 16 %, t. j. asi 25 % kvantovej účinnosti.
Z porovnania obidvoch diagramov vyplýva, že vlákno typu Al/Er má lepšie vlastnosti ako vlákno typu Ge/Er.
Priemyselná využiteľnosť j 5 Vlákno typu Al/Er dáva fluorescenčné spektrum širšie ako zodpovedajúce vlákno typu Ge/Er, ako vyplýva z kriviek A a G na obr. 6. Takéto aktívne vlákna sú teda zdrojom väčšieho šumu v porovnaní s vláknami typu Ge/Er, následkom spontánneho útlmu iónov erbia pri vlnových 40 dĺžkach odlišných od vlnových dĺžok signálu v prípade ich použitia ako líniových zosilňovačov, t. j. pri nízkom výstupnom výkone v porovnaní s čerpacím výkonom.
Pri použití ako výkonových zosilňovačov sa však zistilo, že vlákna typu Al/Er nedávajú významný vý45 stupný šum v porovnaní s vláknami typu Ge/Er. Usudzuje sa, že je to spôsobené tým, že podmienka nasýtenia, pri ktorej zosilňovač pracuje, spôsobuje, že vo vláknach typu Al/Er v podstate všetky ióny erbia uvedené na úroveň laserovej emisie, prejdú na základnú úroveň pô50 sobenim fotónu signálu, ako dokazuje účinnosť zosilnenia veľmi blízka kvantovej účinnosti zistenej pri takýchto vláknach, takže prakticky pri žiadnych iónoch nedochádza k spontánnemu prechodu spôsobujúcemu šum, ktorý je navyše zanedbateľný vo všetkých prípa55 doch danej úrovne výstupného výkonu signálu.
Rozšírenie fluorescenčného spektra vlákna má ďalej výhodu, že umožňuje väčšiu voľnosť pri voľbe vlnovej dĺžky prenášaného signálu, čo napríklad dovoľuje prijať širšie výrobné odchýlky laseru vysielajúceho signál.
Ukázalo sa teda, že vlákna podľa predloženého vynálezu sú obzvlášť výhodne na použitie v optických zosilňovačoch s výkonovým vláknom, lebo dávajú účinnosť zosilnenia podstatne vyššiu ako doteraz známe vlákna.
Je zrejmé, že možno vykonať rad obmien bez toho, 05 aby sa vybočilo z rámca základnej myšlienky vynálezu.

Claims (8)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Optický výkonový zosilňovač, obsahujúci aktívne dopované vlákno, obsahujúce dopovaciu látku modifikujúcu index lomu a ako fluorescenčnú dopovaciu látku 5 erbium, napájaný z čerpacieho lasera cez relatívny dichroický väzobný člen a pripojený k telekomunikačnej linke s optickým vláknom, pričom tento zosilňovač je uspôsobený na činnosť v podmienkach nasýtenia na stimulovaný výstup fluorescenčnej dopovacej látky, vyznaču- 10 j ú c i sa tým, že dopovacia látka modifikujúca index lomu je oxid hlinitý (A12O3).
  2. 2. Optický výkonový zosilňovač podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že vlnová dĺžka čerpacieho lasera (7, 12), pripojeného k aktívnemu vláknu 15 (8), je vyššia ako 520 nm.
  3. 3. Optický výkonový' zosilňovač podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že vlnová dĺžka čerpacieho laseru (7, 12), pripojeného k aktívnemu vláknu (8), je 980 nm. 20
  4. 4. Optický výkonový zosilňovač podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že koncentrácia erbia (Er2O3) v zmienenom aktívnom vlákne (8), vyjadrená v hmotnosti, jc medzi 30 a 2 000 ppm.
  5. 5. Optický výkonový zosilňovač podľa nároku 3, 25 vyznačujúci sa tým, že koncentrácia erbia (Er2O3) v aktívnom vlákne (8), vyjadrená v hmotnosti, je medzi 30 a 1 000 ppm.
  6. 6. Optický výkonový zosilňovač podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že aktívne vlákno 30 (8) je na rozdiel od čerpacej vlnovej dĺžky na vlnovej dĺžke prenášaného signálu monomodálny.
  7. 7. Optický výkonový zosilňovač podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že aktívne vlákno (8) je monomodálne na vlnovej dĺžke prenášaného sig- 35 nálu i na čerpacej vlnovej dĺžke.
  8. 8. Optický výkonový zosilňovač podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že obsahuje dva čerpacie lasery (7, 12), pripojené k obom koncom aktívneho vlákna (8) cez príslušné dichroické väzobné členy 40 (5, 13), orientované so vstupným smerom svetelného výkonu vysielaného čerpacím laserom (7, 12), smerovaným k aktívnemu vláknu (8).
SK124-91A 1990-01-22 1991-01-21 Optický výkonový zosilňovač SK278754B6 (sk)

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 (1)

Publication Number Publication Date
SK278754B6 true SK278754B6 (sk) 1998-02-04

Family

ID=11155037

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK124-91A SK278754B6 (sk) 1990-01-22 1991-01-21 Optický výkonový zosilňovač

Country Status (23)

Country Link
EP (1) EP0439867B1 (sk)
JP (1) JP3461358B2 (sk)
KR (1) KR100196086B1 (sk)
CN (1) CN1024873C (sk)
AT (1) ATE107088T1 (sk)
AU (1) AU647760B2 (sk)
BR (1) BR9100342A (sk)
CA (1) CA2034658C (sk)
CZ (1) CZ280804B6 (sk)
DE (1) DE69009725T2 (sk)
DK (1) DK0439867T3 (sk)
ES (1) ES2055863T3 (sk)
FI (1) FI104292B (sk)
HK (1) HK94695A (sk)
HU (1) HU214138B (sk)
IE (1) IE65823B1 (sk)
IT (1) IT1238333B (sk)
MY (1) MY105416A (sk)
NO (1) NO303604B1 (sk)
NZ (1) NZ236702A (sk)
PL (1) PL164845B1 (sk)
PT (1) PT96546A (sk)
SK (1) SK278754B6 (sk)

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
JP5612579B2 (ja) 2009-07-29 2014-10-22 ギガフォトン株式会社 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
EP0439867A1 (en) 1991-08-07
JP3461358B2 (ja) 2003-10-27
CA2034658C (en) 2001-05-29
FI910307A (fi) 1991-07-23
NO303604B1 (no) 1998-08-03
HU910228D0 (en) 1991-08-28
NO910237D0 (no) 1991-01-21
IT1238333B (it) 1993-07-12
CZ280804B6 (cs) 1996-04-17
FI910307A0 (fi) 1991-01-21
FI104292B1 (fi) 1999-12-15
IE65823B1 (en) 1995-11-15
CN1024873C (zh) 1994-06-01
DK0439867T3 (da) 1994-10-31
HUT60044A (en) 1992-07-28
NZ236702A (en) 1993-12-23
AU647760B2 (en) 1994-03-31
CA2034658A1 (en) 1991-07-23
KR910014736A (ko) 1991-08-31
IT9019128A1 (it) 1991-07-23
CN1053714A (zh) 1991-08-07
ATE107088T1 (de) 1994-06-15
FI104292B (fi) 1999-12-15
KR100196086B1 (ko) 1999-06-15
HK94695A (en) 1995-06-23
NO910237L (no) 1991-07-23
IT9019128A0 (it) 1990-01-22
DE69009725D1 (de) 1994-07-14
ES2055863T3 (es) 1994-09-01
BR9100342A (pt) 1991-10-22
DE69009725T2 (de) 1994-09-29
CS9100124A2 (en) 1991-09-15
EP0439867B1 (en) 1994-06-08
PL288791A1 (en) 1991-08-26
MY105416A (en) 1994-09-30
AU6857990A (en) 1991-07-25
HU214138B (en) 1997-12-29
IE910188A1 (en) 1991-07-31
JPH04312988A (ja) 1992-11-04
PT96546A (pt) 1992-09-30
PL164845B1 (pl) 1994-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2708278B2 (ja) エルビウム−ドープファイバ増幅器
US5668659A (en) Optical fibers for optical amplifiers
JP3325887B2 (ja) 光導波体増幅器
KR100353974B1 (ko) 레이져,광증폭기및증폭방법
CA2173662C (en) Rare earth element-doped optical fiber amplifier
SK278754B6 (sk) Optický výkonový zosilňovač
US20020126974A1 (en) Double-clad optical fiber and fiber amplifier
US5638204A (en) Optical power amplifier with Al2 O3 and erbium doped active fiber
SK280515B6 (sk) Optické vlákno
AU3956199A (en) Optical fiber for optical amplification and optical fiber amplifier
JP2888616B2 (ja) 光増幅装置及び光発振装置
US5805332A (en) Optical fiber amplifier
US20050276564A1 (en) Optical waveguide, light source, and optical amplifier
GB2244172A (en) Device containing Praseodymium for emission and amplification of light
KR20000027961A (ko) 어븀이온 및 툴륨이온이 공동 첨가된 코어를 이용한 광소자
JPH0521874A (ja) 光能動装置
US6650400B2 (en) Optical fibre amplifiers
JP3005074B2 (ja) ファイバ増幅器、ファイバレーザ、導波路素子増幅器、及び導波路素子レーザ
JP2732931B2 (ja) 光ファイバ増幅器
JPH043482A (ja) ファイバレーザ媒質およびこれを用いた光増幅器
JP2842674B2 (ja) 光増幅装置
RU2046483C1 (ru) Оптический усилитель мощности
JPH0529699A (ja) 光機能性ガラス
JP2829101B2 (ja) 光増幅装置
JPH04180280A (ja) 光増幅装置及び光発振装置