一种多模泵浦激光器及其构成的光纤放大器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种多模泵浦激光器及其构成的光纤放大器，多模泵浦激光器包括多模泵浦激光器封装模块（1）、输出尾纤（2-1），所述输出尾纤（2-1）为双包层光纤，多模泵浦激光器封装模块（1）包括泵浦激光器封装壳体（1-4）及内置其中的泵浦激光器管芯（1-1），所述泵浦激光器封装壳体（1-4）外部的输出尾纤上设置有光纤布拉格光栅（2-2）；光纤放大器包括多模泵浦激光器和泵浦信号合波器，所述多模泵浦激光器的输出尾纤同泵浦信号合波器的泵浦端相连接，泵浦信号合波器信号端采用普通单模光纤，泵浦信号合波器泵浦端和公共端都使用双包层光纤；对于相同的泵浦功率，采用本发明多模泵浦激光器和泵浦信号合波器的光纤放大器具有较低的噪声指数。
【专利说明】一种多模泵浦激光器及其构成的光纤放大器
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种多模泵浦激光器及其构成的光纤放大器，特别是涉及一种应用于铒镱共掺双包层光纤放大器的泵浦激光器及光纤放大器，本发明属于通信领域。
[0003]
【背景技术】
[0004]铒镱共掺双包层光纤放大器采用了多模泵浦激光器和铒镱共掺双包层光纤(EYDFEr/Yb Co-doped Double Clad Fiber)，突破了传统掺铒光纤放大器(EDFA)的功率限制。目前，可用的多模泵浦激光器功率可达100W (915?975nm)左右，而EYDF的双包层结构和纤芯铒镱共掺技术则很好地解决了多模泵浦吸收和单模信号放大的问题，两者利用泵浦信号合波器连接，可实现一个或多个泵浦激光器同时同向或双向泵浦单根EYDF。
[0005]EDFA使用的单模掺铒光纤的纤芯直径约几微米，而大功率泵浦激光器的输出尾纤纤芯可达上百微米，使得能够耦合进单模掺铒光纤的泵浦光非常有限，因而会使信号的最大输出功率受到限制。而双包层光纤的出现解决了这一问题，EYDF由纤芯、内包层、外包层和涂覆层构成，纤芯中掺有铒离子和镱离子等稀土离子，纤芯、内包层和外包层折射率依次降低，保证信号光在纤芯传播，泵浦光可在纤芯和内包层传播，泵浦光在传播过程中逐渐被纤芯中的掺杂离子吸收，掺杂离子被泵浦到高能级，当有信号光经过纤芯时，信号光即可得到放大。目前大功率泵浦激光器尾纤大都使用多模光纤，当然泵浦光也为多模的方式传播，这样泵浦光经过EYDF时需在内包层多次反射才能到达纤芯，以至于泵浦光和纤芯重叠因子比较低，掺杂离子反转度比较低，造成EYDFA噪声过大。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种多模泵浦激光器及光纤放大器，在双包层尾纤纤芯和内包层刻有光纤光栅，稳定泵浦激光器中心波长。
[0008]本发明所采用的技术方案是:
一种多模泵浦激光器，包括多模泵浦激光器封装模块、输出尾纤，所述输出尾纤为双包层光纤，多模泵浦激光器封装模块包括泵浦激光器封装壳体及内置其中的泵浦激光器管芯，所述泵浦激光器封装壳体外部的输出尾纤上设置有光纤布拉格光栅。
[0009]所述光纤布拉格光栅与泵浦激光器管芯的最短距离大于多模泵浦激光器本征输出的相干长度。
[0010]所述光纤布拉格光栅的反射波长与多模泵浦激光器在全工作电流范围内和全工作温度范围内的本征输出波长的差值小于失锁极限。
[0011 ] 所述泵浦激光器封装壳体尾部设置有管脚，所述泵浦激光器管芯是以图形电极或金丝键合或引线连接的方式与管脚实现电气连接。
[0012]所述光纤布拉格光栅设置于输出尾纤的双包层光纤纤芯和内包层上。
[0013]包括多模泵浦激光器和泵浦信号合波器，所述输出尾纤同泵浦信号合波器的泵浦端相连接，泵浦信号合波器信号端采用普通单模光纤，泵浦信号合波器泵浦端和公共端都使用双包层光纤。
[0014]所述泵浦信号合波器的信号端连接输入信号，泵浦信号合波器公共端连接铒镱共掺双包层光纤。
[0015]所述泵浦信号合波器公共端连接铒镱共掺双包层光纤，铒镱共掺双包层光纤连接输入信号。
[0016]所述多模泵浦激光器为两个、泵浦信号合波器为两个，所述泵浦信号合波器采用第一泵浦信号合波器和第二泵浦信号合波器串联，所述两个多模泵浦激光器的输出尾纤分别连接第一泵浦信号合波器和第二泵浦信号合波器泵浦端，第一泵浦信号合波器公共端连接有铒镱共掺双包层光纤，铒镱共掺双包层光纤另一端连接第二泵浦信号合波器的公共端。
[0017]本发明具有如下优点:
1.对于相同的泵浦功率，使用本发明泵浦激光器和泵浦合波装置可降低EYDFA噪声指
数；
2.对于输出功率相同的EYDFA，使用本发明泵浦激光器和泵浦合波装置可降低EYDFA工作功耗。
[0018]【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明实现的双包层尾纤多模泵浦激光器结构图；
图2是本发明的泵浦光在泵浦激光器尾纤、泵浦信号合波器泵浦端和公共端传输示意
图；
图3是本发明的基于此多模泵浦激光器的前向泵浦合波结构；
图4是本发明的前向泵浦合波结构中铒镱共掺双包层光纤中泵浦光和信号光传输不意图；
图5是本发明的基于此多模泵浦激光器的后向泵浦合波结构；
图6是本发明的后向泵浦合波结构中铒镱共掺双包层光纤中泵浦光和信号光传输不意图；
图7是本发明的基于此多模泵浦激光器的双向泵浦合波结构；
其中:
1:多模泵浦激光器封装模块；1-1:泵浦激光器管芯；
1_2:稱合透镜组；1_3:管脚；
1-4:泵浦激光器封装壳体；2-1:输出尾纤；
2-2:光纤布拉格光栅；3-1:第一泵浦信号合波器；
3-2:第二泵浦信号合波器；4:铒镱共掺双包层光纤；
5-1:多模泵浦激光器；【具体实施方式】
[0020]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0021]本发明装置包括有位于壳体内的多模泵浦激光器管芯和耦合透镜组，激光器尾纤为双包层光纤，以及位于尾纤上的光纤布拉格光栅。泵浦信号合波器信号端用普通单模光纤，泵浦信号合波器泵浦端和公共端尾纤用双包层光纤，泵浦信号合波器泵浦端连接多模泵浦激光器，泵浦信号合波器公共端连接双包层铒镱共掺光纤(EYDF)。
[0022]泵浦激光器输出尾纤上的光纤布拉格光栅与泵浦激光器管芯的最短距离大于该激光器本征输出的相干长度。并且处于泵浦激光器输出尾纤上的光纤布拉格光栅的反射波长与激光器在全工作电流范围内全工作温度范围内的本征输出波长的差值小于失锁极限。
[0023]此泵浦信号合波器，包括有泵浦信号合波器信号端用普通单模光纤，泵浦信号合波器泵浦端连接泵浦激光器尾纤，泵浦信号合波器公共端连接铒镱共掺双包层光纤，所述的泵浦信号合波器泵浦端和公共端都使用双包层光纤。
[0024]泵浦激光器尾纤纤芯中的光纤布拉格光栅对单模传输的泵浦光起到稳频的作用，而内包层的光纤布拉格光栅对多模传输的泵浦光起到稳频的作用。
[0025]泵浦激光器尾纤纤芯中的单模泵浦光通过泵浦信号合波器泵浦端和公共端的双包层光纤纤芯到达铒镱共掺双包层光纤纤芯，泵浦掺杂离子到高能级，信号光通过此铒镱共掺双包层光纤纤芯时，信号光即可得到放大。
[0026]泵浦激光器尾纤包层中的多模泵浦光通过泵浦信号合波器泵浦端和公共端的双包层光纤内包层到达铒镱共掺双包层光纤内包层，多模泵浦光在内包层反射传输通过掺杂纤芯，泵浦掺杂离子到高能级，信号光通过此铒镱共掺双包层光纤纤芯时，信号光即可得到放大。多模尾纤泵浦激光器泵浦光以多模传播方式在内包层反射经过铒镱共掺双包层光纤纤芯，本发明泵浦光在铒镱共掺双包层光纤纤芯以单模方式传输，在内包层以多模方式传播，相比于现有的使用多模尾纤的多模泵浦激光器，使用此双包层尾纤多模泵浦激光器及泵浦信号合波器，提高了单模泵浦光在整个泵浦光中所占有的比例。
[0027]如图1所示，本发明的双包层尾纤多模泵浦激光器，包括有多模泵浦激光器封装模块I，所述的多模泵浦激光器封装模块I具有:泵浦激光器封装壳体1-4，位于壳体内的泵浦激光器管芯1-1和耦合透镜组1-2，位于壳体尾部的泵浦激光器管脚1-3 ;泵浦激光器封装壳体1-4外部输出尾纤2-1上设置有光纤布拉格光栅2-2,输出尾纤2-1为双包层光纤。所述的泵浦激光器管芯1-1是以图形电极或金丝键合或引线连接的方式与激光器管壳的管脚1-3实现电气连接。输出尾纤2-1在泵浦激光器封装模块I的尾管内与从激光器管芯输出的光束紧密耦合并固定，为了避免FBG反射引起的干涉，FBG与激光器管芯的距离需要大于激光器本征输出的相干长度。
[0028]所述的光纤布拉格光栅2-2的反射波长与激光器本征输出波长在全工作电流范围内的差值小于等于失锁极限，若超过该极限则可能导致激光器最终输出光谱峰值不与FBG反射峰值波长重合而引起输出不稳定。通过优化设计给出此双包层尾纤多模泵浦激光器的设计参数:泵浦激光器管芯后端面镀膜发射率在97%以上，前端面反射率在1%左右。[0029]图2所示的泵浦光在泵浦激光器尾纤、泵浦信号合波器泵浦端和公共端中多模泵浦光在内包层中传输，单模泵浦光在纤芯中传输，从而提高泵浦效率和降低噪声。
[0030]图3所示，本发明的采用双包层尾纤多模泵浦激光器的合波装置前向泵浦结构的光纤放大器，包括一个多模泵浦激光器和一个泵浦信号合波器，所述泵浦信号合波器采用第一泵浦信号合波器3-1。第一泵浦信号合波器3-1信号端连接输入信号,第一泵浦信号合波器3-1泵浦端连接多模泵浦激光器5-1尾纤，第一泵浦信号合波器3-1公共端连接铒镱共掺双包层光纤4,铒镱共掺双包层光纤4输出信号光。
[0031]图4所示，本光纤放大器实施例的前向泵浦结构中，单模泵浦光和信号光在铒镱共掺双包层光纤4纤芯中同向传输,多模泵浦光在铒镱共掺双包层光纤4内包层中传输,单模泵浦光和经过反射进入纤芯的多模泵浦光同时泵浦纤芯中的掺杂离子达到放大输入信号的目的。
[0032]图5所示，本发明的采用双包层尾纤多模泵浦激光器的合波装置后向泵浦结构的光纤放大器，包括一个多模泵浦激光器和一个泵浦信号合波器，所述泵浦信号合波器采用第一泵浦信号合波器3-1,第一泵浦信号合波器3-1公共端连接铒镱共掺双包层光纤4,铒镱共掺双包层光纤4连接输入信号，第一泵浦信号合波器3-1泵浦端连接多模泵浦激光器5-1尾纤，第一泵浦信号合波器3-1信号端输出信号光。
[0033]图6所示，本光纤放大器实施例的后向泵浦结构中，单模泵浦光和信号光在铒镱共掺双包层光纤4纤芯中反向传输，多模泵浦光在铒镱共掺双包层光纤4内包层中传输，单模泵浦光和经过反射进入纤芯的多模泵浦光同时泵浦纤芯中的掺杂离子达到放大输入信号的目的。
[0034]图7所示，本发明的采用双包层尾纤多模泵浦激光器的合波装置双向泵浦结构的光纤放大器，包括两个多模泵浦激光器5-1、两个泵浦信号合波器，所述泵浦信号合波器采用第一泵浦信号合波器3-1和第二泵浦信号合波器3-2串联,第一泵浦信号合波器3-1信号端连接输入信号，第一泵浦信号合波器3-1泵浦端连接一个多模泵浦激光器5-1的尾纤，铒镱共掺双包层光纤4两端分别连接第一泵浦信号合波器3-1和第二泵浦信号合波器3-2的公共端，第二泵浦信号合波器3-2泵浦端连接另一个多模泵浦激光器5-1的尾纤，第二泵浦信号合波器3-2信号端输出信号光。
[0035]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种多模泵浦激光器,其特征在于:包括多模泵浦激光器封装模块(I)、输出尾纤(2-1),所述输出尾纤(2-1)为双包层光纤，多模泵浦激光器封装模块(I)包括泵浦激光器封装壳体(1-4)及内置其中的泵浦激光器管芯(1-1)，所述泵浦激光器封装壳体(1-4)外部的输出尾纤上设置有光纤布拉格光栅(2-2 )。
2.根据权利要求1所述的一种多模泵浦激光器，其特征在于:所述光纤布拉格光栅(2-2)与泵浦激光器管芯(1-1)的最短距离大于多模泵浦激光器本征输出的相干长度。
3.根据权利要求1所述的一种多模泵浦激光器，其特征在于:所述光纤布拉格光栅(2-2)的反射波长与多模泵浦激光器在全工作电流范围内和全工作温度范围内的本征输出波长的差值小于失锁极限。
4.根据权利要求1所述的一种多模泵浦激光器，其特征在于:所述泵浦激光器封装壳体(1-4)尾部设置有管脚(1-3)，所述泵浦激光器管芯(1-1)是以图形电极或金丝键合或引线连接的方式与管脚(1-3)实现电气连接。
5.根据权利要求1所述的一种多模泵浦激光器，其特征在于:所述光纤布拉格光栅(2-2)设置于输出尾纤(2-1)的双包层光纤纤芯和内包层上。
6.根据权利要求1所述一种多模泵浦激光器构成的光纤放大器，其特征在于:包括多模泵浦激光器和泵浦信号合波器，所述输出尾纤(2-1)同泵浦信号合波器的泵浦端相连接，泵浦信号合波器信号端采用普通单模光纤，泵浦信号合波器泵浦端和公共端都使用双包层光纤。
7.根据权利要求6所述的光纤放大器，其特征在于:所述泵浦信号合波器的信号端连接输入信号，泵浦信号合波器公共端连接铒镱共掺双包层光纤。
8.根据权利要求6所述的光纤放大器，其特征在于:所述泵浦信号合波器公共端连接铒镱共掺双包层光纤(4),铒镱共掺双包层光纤(4)连接输入信号。
9.根据权利要求6所述的光纤放大器，其特征在于:所述多模泵浦激光器为两个、泵浦信号合波器为两个，所述泵浦信号合波器采用第一泵浦信号合波器(3-1)和第二泵浦信号合波器(3-2)串联，所述两个多模泵浦激光器(5-1)的输出尾纤分别连接第一泵浦信号合波器(3-1)和第二泵浦信号合波器(3-2 )泵浦端，第一泵浦信号合波器(3-1)公共端连接有铒镱共掺双包层光纤(4 ),铒镱共掺双包层光纤(4 )另一端连接第二泵浦信号合波器(3-2 )的公共端。
【文档编号】H01S3/067GK103701024SQ201310707324
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】马延峰, 卜勤练, 何文平, 王琨 申请人:武汉光迅科技股份有限公司