具有形成在其中的光栅的铒掺杂光纤及其制造方法

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专利名称:具有形成在其中的光栅的铒掺杂光纤及其制造方法
本申请要求题为“具有形成在其中的光栅的铒掺杂光纤及其制造方法”的申请的优先权,该申请于1999年3月11日向韩国产权局提交,顺序号No.99-8079,其内容被包括在本文中作为参考。
本发明一般地涉及放大光信号用的铒掺杂光纤放大器(EDFA),更具体地说,涉及具有增益平化功能的EDFA及其制造方法。
EDFA用来放大光信号,以便补偿大量数据在单股光纤中长距离传输引起的衰减。就放大效率和成本而言,EDFA是有利的,因为为了传输数据,它直接放大光信号而不必进行光电转换、放大、然后电光转换。但是,EDFA在不同的波长上有不同的放大增益,因而需要使增益平化。
为了使增益平化,在传统的EDFA中在光敏光纤中形成长周期光纤光栅(LPFG),再将该光纤与EDF(铒掺杂光纤)拼接。具有LPFG的所述光纤与具有小纤芯半径的EDF的拼接会引起损耗。
因此,本发明的一个目的是提供一种用于制造增益平化的EDFA而不用额外的滤波器的EDF。
本发明的另一个目的是提供一种不利用额外的滤波器而通过在EDF的纤芯中形成LPFG来制造增益平化的EDFA的方法。
本发明的再一个目的是提供一种具有增益平化功能的EDFA。
这些和其它目的可以通过提供一种铒掺杂光纤(EDF)及其制造方法来达到。EDF具有基本上由铒掺杂硅形成的纤芯,其中以预定周期形成光栅,用以在其中传播光线;以及包围纤芯并具有比纤芯低的折射率的包层。
按照本发明的另一个方面,提供一种铒掺杂光纤放大器(EDFA)的制造方法。为了制造EDFA,形成一种光纤预制棒,它包括基本上由铒掺杂硅形成的纤芯和基本上由硅形成的包层。然后对光纤预制棒施加预定的拉力拉制光纤,并通过以预定的间隔对所述光纤进行退火释放光纤的残余应力而在拉制的光纤中写入光栅。
按照本发明的另一方面,提供一种放大输入光信号用的EDFA。在所述EDFA中,泵光源产生具有预定波长的泵光,光耦合器从泵光源接收泵光,把所述泵光与输入光信号耦合,光纤具有基本上由铒掺杂硅形成的纤芯并且具有以预定的周期在其中形成光栅,用来放大所泵送的光信号。
从以下结合附图所进行的详细描述,将更加明白本发明的上述和其它目的、特征和优点,附图中

图1举例说明典型的EDFA;图2是说明EDF的光谱特性的示范的曲线图;图3是用来按照本发明利用CO2激光器形成带有LPFG的EDF的装置;图4A和4B是显示按照本发明当光栅周期分别为500和300微米时EDFA中的LPFG的传输光谱的曲线图;图5举例说明按照本发明由其中形成有LPFG的EDF形成的EDFA的实例;以及图6举例说明用来利用电弧的热能制造其中形成有LPFG的EDFA的装置。
下面将参照附图描述本发明的最佳实施例。在以下的描述中,众所周知的功能或结构将不再详细描述,因为不必要的细节会使本发明变得模糊不清。
在光纤通信系统中,EDFA直接放大光信号,而不必进行光电转换,而且易于补偿传播损耗。若EDF充分地扩展,则EDFA一般在1525和1565毫微米之间以及1570和1610毫微米之间具有高增益。因而,将两个具有不同放大频带的EDFA一起使用,以增大放大带宽。
图1是典型的EDFA的示意图。图1中,EDFA包括第一隔离器10、第一泵激光二极管(PLD)12、波长选择耦合器(WSC)14、EDF16和第二隔离器18。
工作时,在从第一PLD12发射的具有980毫微米中心波长的泵光和1500毫微米的输入光信号通过WSC14和EDF16(后者是用像铒(Er)等稀土金属掺杂的放大介质)时,泵光激发EDF 16中处于基态的铒离子,然后光信号借助受激铒的受激辐射而放大。放大后的信号通过第二隔离器18输出。
第一隔离器10防止从EDF 16产生的放大的自发发射(ASE)光被从诸如信号输入连接器等光学装置反射而重新输入到EDF 16,从而防止不然的话可能出现的导致信号放大效率的降低。类似地,第二隔离器18防止从EDF 16产生的ASE光重新输入EDF 16并防止放大后的信号使放大效率降低。
但是,EDFA对每一个波长具有不同的放大增益。具体地说,1530毫微米下的ASE光强度和增益都高。结果,一般用于传输的1550毫微米的光增益降低,而1550毫微米的噪声因数增大,从而加大了波长之间的增益差。
图2举例说明使用100毫瓦、980毫微米泵激光器时EDF的光谱特性。EDFA是用于高速数据传输的WDM系统所需要的,但在1530和1560毫微米之间的波长带中呈现出不均匀增益分布,因此在每一个WDM信道上呈现不同的增益。
为了使EDFA的增益平化已经提出了许多方法。其中,LPFG引人注目,因为当用LPFG作为增益平化滤波器时,损耗峰的位置和深度可以分别用光栅的周期和光栅的长度来调整,而带宽可以通过增大光栅长度或串联一个折射率降低的光栅来变窄或变宽。
对于EDFA的增益平化,高滤波效应并不是必不可少的因素。这样,通过增大曝光宽度和时间、减小CO2光束的功率密度,并因而局部消除残余应力,可以利用微弱的残余应力来把LPFG写入光纤中。
残余应力可以用于光纤光栅的写入。残余应力是由于光弹性而由拉力造成的并会减小纤芯的折射率。周期性地用CO2激光束照射纤芯,一部分一部分地在纤芯上解除残余应力使折射率回到其原来的水平,从而形成光栅。
残余应力分成热应力和机械应力。前者是各层热膨胀系数的差异造成的,而后者是由各层的粘度差异产生的,并与拉力有密切关系。热应力和机械应力在光纤中引起的残余应力可以用来制造LPFG。
因此,可以利用CO2激光束或电弧来消除残余应力。周期性地交替出现的消除应力部分和具有应力部分具有不同的折射率。
现将描述利用CO2激光束或电弧在其中引起残余应力的EDF中形成LPFG的过程。
图3举例说明用来利用CO2激光器制造带有LPFG的EDF的装置。图3中,该装置包括CO2激光器系统31、反射镜32、透镜33、架子34和控制计算机35。CO2激光器系统31包括激光头、电源模块、遥控器和连接电缆,并以脉冲方式发射激光束,以便允许用户调整其强度和功率电平。激光脉冲的宽度和周期可以由遥控器或与遥控器连接的脉冲发生器控制。反射镜32镀金,用来控制光束的通路,而透镜33用ZnSe形成,用来使激光束聚焦成适当的宽度。具有透镜固定器和EDF固定器的架子34用高分辨率的步进马达移动。步进马达由控制计算机35通过GPIB(通用接口总线)33a和34a进行控制。白光源(未示出)和光谱分析器(未示出)用来观察EDF制造过程中LPFG的传输光谱。
图4A和4B是表示EDFA中光栅周期分别为500和300μm的LPFG的传输光谱的曲线图。这里,光栅长度为2厘米,曝光时间为0.5秒,而输出光束的功率为18瓦(亦即,能量密度=4.4焦耳/平方毫米)。把光栅周期从500微米减小到300微米时,损耗峰的位置向波长较短的方向移动。因而,对EDF进行CO2激光处理可以制造增益平化的EDFA。
图5举例说明由带有LPFG的EDF形成EDFA的过程。EDFA包括第一隔离器50、第一PLD 52、WSC 54、EDF 56和第二隔离器58。EDF 56具有包层563和带有LPFG 562的纤芯561。
典型的EDFA表现出如图2所示的不均匀的波长增益分布。为了使增益平化,应该在图2中表现出相对较高增益的1530毫微米附近的波长带上产生额外的增益损耗。利用图3所示的CO2激光器,通过控制周期和激光强度,在EDF中形成LPFG,即可使不同波长上不同的损耗特性如图4A和4B所示。因此,若构成具有图2的传输特性的EDFA,则通过在EDF中形成LPFG使之具有图4B所示的损耗特性,便可以在1520和1560毫微米之间表现出几乎均匀的增益特性。
图6举例说明用来利用电弧的热能消除机械应力而制造带有LPFG的EDFA的装置。一对电极61调整放电电压。光纤63放在V型槽块62上,并周期性地在箭头64所指示的方向上移动预定的距离。
在利用电弧形成的带有LPFG的EDFA与利用CO2激光器形成的带有LPFG的EDFA之间简单比较中,耦合峰几乎出现在同一位置,在耦合方式下电弧的效率低于CO2激光器的效率。这是因为放电时间不能调整,并且采用电弧方法时退火边界不清晰。
同时,利用掩模用紫外线(UV)辐照包含锗的EDF可以形成光栅。就是说,向EDF的纤芯提供光敏性,并且用紫外(UV)光使EDF退火,从而在EDF中形成LPFG。
如上所述,按照本发明,通过利用CO2激光器或电弧局部地消除残余应力,直接把LPFG写入EDF,即可制造具有增益平化功能的EDFA。由于高的滤波作用并不是增益平化所要求的,所以,即使纤芯折射率小的变化都会带来足够的作用。另外,用紫外线辐照包含锗的EDF可以写入LPFG。因而,没有必要为了EDFA具有增益平化功能而把EDF与增益平化滤波器拼接,从而免去拼接引起的损耗。
尽管已经参照其最佳实施例显示和描述了本发明,但本专业的技术人员应该明白,在不脱离后附权利要求书所定义的本发明的精神和范围的情况下,可以在形式上或在细节上作出各种各样的变化。
权利要求
1.一种铒掺杂光纤(EDF),它包括基本上由铒掺杂硅形成的并在其中以预定周期形成光栅的纤芯,用来在其中传播光线;以及包围所述纤芯并具有比所述纤芯低的折射率的包层。
2.权利要求1的EDF,其特征在于所述纤芯还包含锗。
3.一种制造铒掺杂光纤放大器(EDFA)的方法,所述方法包括以下步骤形成包括基本上由铒掺杂的硅形成的纤芯和基本上由硅形成的包层的光纤预制棒;对所述光纤预制棒施加预定的拉力拉制光纤;以及通过按照预定的间隔对所述光纤进行退火释放所述光纤的残余应力而在所述拉制的光纤中写入光栅。
4.权利要求3的EDFA制造方法,其特征在于在光栅的写入步骤中利用CO2激光对所述光纤进行退火。
5.权利要求3的EDFA制造方法,其特征在于在光栅的写入步骤中利用电弧对所述光纤进行退火。
6.权利要求3的EDFA制造方法,其特征在于在光栅的写入步骤中向纤芯提供光敏性并利用紫外激光进行退火。
7.一种用来放大输入光信号的EDFA,它包括泵光源,用来产生预定波长的泵光;光耦合器,从所述泵光源接收所述泵光,并且把所述泵光与所述输入光信号耦合;以及具有基本上由铒掺杂的硅形成的纤芯并以预定的周期在其中形成光栅的光纤,用来放大所述泵激的光信号。
全文摘要
一种铒掺杂光纤(EDF)及其制造方法。该EDF包括:基本上由铒掺杂硅形成并在其中以预定周期形成光栅的纤芯,用来在其中传播光线;以及包围纤芯并具有比纤芯低的折射率的包层。由于EDF起增益平化滤波器的作用,所以由所述EDF形成的EDFA便没有必要拼接带有增益平化滤波器的EDF。
文档编号G02B6/10GK1266995SQ0010413
公开日2000年9月20日 申请日期2000年3月13日 优先权日1999年3月11日
发明者白云出, 郑暎筹, 金昌锡, 韩荣银, 朴贤洙, 郭京昊 申请人:三星电子株式会社

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