專利名稱：可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可藉由不同材料色散及改變光殼折射率的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，尤適于應(yīng)用傳輸訊號(hào)的光纖或類似結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
光纖是現(xiàn)代最熱門的傳輸材料之一，具有雙層光殼的的光纖能夠在調(diào)配適當(dāng)?shù)牟▽?dǎo)色散下，產(chǎn)生基態(tài)傳導(dǎo)模截止(Fundamentao-mode cutoff)的效果，并可用來過濾長(zhǎng)波長(zhǎng)、保留短波長(zhǎng)，并可當(dāng)濾波器使用，但其濾波特性為不可調(diào)，如要調(diào)整光纖的濾波特性，必需將光纖彎曲才行，藉彎折之方式才能控制濾波。
如圖21為現(xiàn)有的雙層光殼光纖折射率分布圖，為Mark A.Arbore所發(fā)表的文章(Application of fundamental-mode cutoff for novel amplifiers and lasers，”O(jiān)ptical Fiber Communication conference(OFC 2005)March 6～11，Anaheim，2005”)，文中所述是以波導(dǎo)色散方式控制波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其短波長(zhǎng)有效折射率90、長(zhǎng)波長(zhǎng)有效折射率100及內(nèi)薄層光殼厚度110，如控制光纖的光芯或是控制光纖內(nèi)薄層光殼厚度110及折射率，以達(dá)到控制波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的效果，才能做到基態(tài)模波長(zhǎng)截止傳導(dǎo)的功效，因此藉由控制波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可達(dá)到過濾長(zhǎng)波長(zhǎng)，保留短波長(zhǎng)，使得光放大的波段由長(zhǎng)波長(zhǎng)移至短波長(zhǎng)，因此可用以制作S頻帶摻鉺光纖放大器，但無法動(dòng)態(tài)調(diào)變光放大波段，需藉由藉彎折的方式才能做到濾波效果，因此濾波效率較差，也使得光放大波段不易可調(diào)。
因此本發(fā)明提出一種利用材料色散原理以達(dá)到更高的濾波效率且光放大波段可調(diào)的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，可做到長(zhǎng)波長(zhǎng)阻絕效率高，1cm的光纖長(zhǎng)度之內(nèi)可達(dá)50dB的衰減，且組件精簡(jiǎn)、組成簡(jiǎn)便，可藉溫度的改變，來調(diào)整光纖的折射率及波長(zhǎng)，實(shí)為本發(fā)明用意。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，利用光殼與光芯的材料色散不同導(dǎo)致的基態(tài)傳導(dǎo)模截止且利用溫度的升降，使光殼材料的折射率可調(diào)，進(jìn)一步令基態(tài)傳導(dǎo)模截止波長(zhǎng)得以調(diào)整。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，該裝置包含一光芯與一光殼，其特點(diǎn)是所述光芯為一可使用電激發(fā)或光學(xué)激發(fā)的光增益介質(zhì)，所述光殼為光學(xué)色散材料的光殼，該光殼包覆該光芯。
本發(fā)明采用的另一種技術(shù)方案是一種可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，該裝置包含一光芯，其特點(diǎn)是還包括至少二束光學(xué)色散材料的光殼，分布于所述光芯周緣；一玻璃纖維材料，將光芯及至少二束光學(xué)色散材料的光殼包覆于內(nèi)；以及一金屬線，鑲埋于該至少二束光學(xué)色散材料的光殼中；所述光芯為一可使用電激發(fā)或光學(xué)激發(fā)的光增益介質(zhì)。
本發(fā)明采用的再一種技術(shù)方案是一種可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，該裝置包含一光芯，該裝置還包括一光學(xué)色散材料的第一光殼，包覆于所述光芯外緣；至少二束光學(xué)色散材料的第二光殼，分布于上述包覆有光芯的光殼周緣；一玻璃纖維材料，將光芯、第一光殼及第二光殼包覆于內(nèi)；以及一金屬線，鑲埋于該至少二束光學(xué)色散材料的第二光殼中；所述光芯為一可使用電激發(fā)或光學(xué)激發(fā)的光增益介質(zhì)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、有效且精簡(jiǎn)的構(gòu)件，令制出的光纖，可藉由溫度的升降變化，令光芯的材料色散隨之改變，進(jìn)一步使折射率亦隨之變化調(diào)整。
2、經(jīng)本發(fā)明制出的可調(diào)式光纖，可達(dá)傳統(tǒng)波導(dǎo)色散光纖無法達(dá)到的長(zhǎng)波長(zhǎng)、阻絕效率高，1cm內(nèi)達(dá)50db衺減。
本發(fā)明之其它特點(diǎn)及具體實(shí)施例可于以下配合附圖之詳細(xì)說明中，得到進(jìn)一步了解。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的切面示意圖。
圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的折射率及波長(zhǎng)間關(guān)系的第一示意圖。
圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例的折射率及波長(zhǎng)間關(guān)系的第二示意圖。
圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例的λA模場(chǎng)分布圖。
圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例的λB模場(chǎng)分布圖。
圖6是本發(fā)明第一實(shí)施例的λD模場(chǎng)分布圖。
圖7是本發(fā)明第二實(shí)施例的切面示意圖。
圖8是本發(fā)明第二實(shí)施例的折射率及波長(zhǎng)間關(guān)系的第一示意圖。
圖9是本發(fā)明第二實(shí)施例的折射率及波長(zhǎng)間關(guān)系的第二示意圖。
圖10是本發(fā)明第二實(shí)施例的λA模場(chǎng)分布圖。
圖11是本發(fā)明第二實(shí)施例的λB模場(chǎng)分布圖。
圖12是本發(fā)明第二實(shí)施例的λD模場(chǎng)分布圖。
圖13是本發(fā)明第三實(shí)施例的切面示意圖。
圖14是本發(fā)明第四實(shí)施例的切面示意圖。
圖15是本發(fā)明第五實(shí)施例的切面示意圖。
圖16是本發(fā)明第六實(shí)施例的切面示意圖。
圖17是本發(fā)明第七實(shí)施例的剖面示意圖。
圖18是本發(fā)明第八實(shí)施例的剖面示意圖。
圖19是本發(fā)明第一應(yīng)用例的俯視圖。
圖20是本發(fā)明第二應(yīng)用例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖21是已知的具基態(tài)模截止波長(zhǎng)的雙光殼光纖折射率分布圖。
標(biāo)號(hào)說明10、光芯11、交會(huì)點(diǎn) 12、導(dǎo)波模13、泄波模 14、有效折射率 15、光芯的折射率16、光殼的折射率17、第二光殼折射率 20、光殼30、第二光殼40、玻璃纖維材料 50、金屬線51邊緣破孔 60、基板 70、光柵81、光耦合器82、光纖 83、摻鉺光纖84、鐳射85、波長(zhǎng)多任務(wù)器 86、光隔離器87、色散高分子 88、長(zhǎng)波濾波器 89、鐳射輸出90、短波長(zhǎng)有效折射率100、長(zhǎng)波長(zhǎng)有效折射率110、內(nèi)薄層光殼厚度
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參圖1，為本發(fā)明的第一實(shí)施例的切面示意圖，主要設(shè)有一光芯10以及一光殼20，該光芯10為一可使用電激發(fā)或光學(xué)激發(fā)的光增益介質(zhì)，該光殼20則為一光學(xué)色散材料，該光學(xué)色散材料為高分子聚合物，而該光芯10置設(shè)于光殼20的內(nèi)部，完全被光殼20所包覆。
請(qǐng)參閱圖2至圖6，為本發(fā)明第一實(shí)施例的色散特性關(guān)系與模場(chǎng)分布圖，由圖可知，該光芯10與光殼20以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)、折射率為縱坐標(biāo)，當(dāng)光芯與光殼的折射率色散曲線及其一階微分曲線不相同時(shí)，則該二色散曲線會(huì)形成交會(huì)，而以交會(huì)點(diǎn)(λc)11為分界，該λA、λB稱為導(dǎo)波模12，即光芯10的折射率15大于光殼20的折射率16才能傳輸，且傳導(dǎo)波的有效折射率(neff)14大小介于光芯10的折射率15及光殼20的折射率16，而λD則稱為泄波模13，即光芯10的折射率15小于光殼20的折射率16，該區(qū)則無法傳輸訊號(hào)。
此時(shí)，可對(duì)光殼20施以溫度的升降變化，以升降光殼20的折射率并使有效折射率14能夠加以變化進(jìn)而改變基態(tài)模截止波長(zhǎng)。請(qǐng)?jiān)賲D7及圖8至圖12為本發(fā)明第二實(shí)施例的切面示意圖與本發(fā)明第二實(shí)施例的色散特性關(guān)系與模場(chǎng)分布圖，該光殼20并不限定僅為一層，可于光殼20外部再包覆一第二光殼(Outter cladding)30，該內(nèi)層光殼(inner cladding)20的作用在于用以改變光纖傳導(dǎo)模的有效折射率14色散曲線(Refractive IndexDispersion)的色散斜率，而該第二光殼30為一高分子材料，其光殼20的折射率16及第二光殼30的折射率17；同樣對(duì)第二光殼30做溫度的升降調(diào)整，使光芯10與內(nèi)層光殼20所形成的有效折射率14與外層第二光殼30的色散曲線交會(huì)點(diǎn)11移動(dòng)，同樣令基態(tài)傳導(dǎo)模截止波長(zhǎng)可以加以變化。
請(qǐng)參圖13，為本發(fā)明第三實(shí)施例的切面示意圖，該可調(diào)光纖放大器與鐳射裝置其主要由一光芯10、一束光殼20及一第二光殼30，該光芯10為一可使用電激發(fā)或光學(xué)激發(fā)的光增益介質(zhì)，該光蕊10的周緣設(shè)置一第二光殼30，而該光芯10置設(shè)于光殼20的內(nèi)部，完全被光殼20所包覆；該第二光殼30可藉由邊緣破孔的方式填入材料，如圖13所示，該第二光殼30為一光學(xué)色散材料，其材料可進(jìn)一步選自于光吸收物質(zhì)、光雙折射物質(zhì)、光非線性物質(zhì)、生物物質(zhì)(bio-materials)等。
請(qǐng)參圖14，為本發(fā)明第四實(shí)施例的切面示意圖，該可調(diào)光纖放大器與鐳射裝置其主要由一光芯10、一束光殼20及一第二光殼30，該光芯10為一可使用電激發(fā)或光學(xué)激發(fā)的光增益介質(zhì)，該光蕊10的周緣設(shè)置一第二光殼30，而該光芯10置設(shè)于光殼20的內(nèi)部，完全被光殼20所包覆；該第二光殼30藉由邊緣破孔的方式填入材料，如圖14所示，該第二光殼30為一光學(xué)色散材料，其材料可進(jìn)一步選自于光吸收物質(zhì)、光雙折射物質(zhì)、光非線性物質(zhì)、生物物質(zhì)(bio-materials)等。
請(qǐng)參圖15，為本發(fā)明第五實(shí)施例的切面示意圖，其主要設(shè)有一光芯10，于光芯10的周緣設(shè)有至少二束光殼20，該光殼20為高分子聚合物，該光殼20與光芯10間的距離至少可接觸到傳導(dǎo)波長(zhǎng)消逝場(chǎng)(evanescent field)，后以玻璃纖維材料40將上述組件包覆起以做為基材，而該光殼20內(nèi)鑲埋有一金屬線50，該金屬線50以電磁波加熱，亦可達(dá)改變光芯10的材料色散，使有效折射率能夠加以變化，且該光殼20可進(jìn)一步藉由于邊緣破孔51的方式直接灌入所需材料，其中該至少二束光殼20可為至少二束光學(xué)色散材料光殼，其材料可進(jìn)一步選自于光吸收物質(zhì)、光雙折射物質(zhì)、光非線性物質(zhì)、生物物質(zhì)(bio-materials)等。
同樣的，取圖1之內(nèi)設(shè)有光芯10的光殼20，該光殼20為高分子聚合物，于其周緣處設(shè)有至少二束第二光殼30，該第二光殼30與光殼20之間的距離至少可接觸到傳導(dǎo)波長(zhǎng)消逝場(chǎng)，最后再以一般之玻璃纖維材料40將上述各組件包覆起以做為基材，如圖16所示，為本發(fā)明第六實(shí)施例的切面示意圖，再者，第二光殼30系鑲埋一金屬線50，該金屬線50以電磁波加熱，亦可達(dá)改變第二光殼30的折射率，同樣令基態(tài)傳導(dǎo)模截止波長(zhǎng)能夠加以變化且該第二光殼30可進(jìn)一步藉由于邊緣破孔51方式直接灌入所需材料，其第二光殼30可為光學(xué)色散材料光殼，其材料可進(jìn)一步選自于光吸收物質(zhì)、光雙折射物質(zhì)、光非線性物質(zhì)、生物物質(zhì)(bio-materials)等。
又，本發(fā)明亦可做為波導(dǎo)放大器使用，請(qǐng)參圖17-圖18為本發(fā)明第七實(shí)施例的剖面示意圖及為本發(fā)明第八實(shí)施例的剖面示意圖，其主要是將光芯10設(shè)于一個(gè)光波導(dǎo)基板60上，于光芯10的外側(cè)再包覆一光殼20用以改變光芯的折射率色散斜率，而該光殼20為高分子聚合物；或于光殼20的外部再以一第二光殼30包覆用以改變基態(tài)傳導(dǎo)模截止波長(zhǎng)，即完成放大器的制作，另外，可將上述放大器加入一共振腔如光柵70，如圖19所示其為本發(fā)明第一應(yīng)用例的俯視圖，藉此即可變?yōu)橐昏D射。或利用本發(fā)明與一環(huán)形結(jié)構(gòu)連結(jié)，形成一可調(diào)的環(huán)形光纖鐳射，請(qǐng)參閱圖20為本發(fā)明第二應(yīng)用例結(jié)構(gòu)示意圖，包含光耦合器81(9:1 tap couper)、光纖82(SMF-28 Corning fiber)、摻鉺光纖83(20mEDL001 POFC卓越光纖)、泵鐳射84(1480nm pump laser)、波長(zhǎng)多任務(wù)器85(1480/1550 WDM)、光隔離器86(isolator)、色散高分子87(dispersive polymer)、長(zhǎng)波濾波器88(short-wavelength-pass filter)、鐳射輸出89(laser output)，該可調(diào)的環(huán)形光纖鐳射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖19所示。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，舉凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等設(shè)計(jì)變化，均應(yīng)為本案的技術(shù)所涵蓋。
綜上所述，本發(fā)明揭示一創(chuàng)新的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)中波導(dǎo)色散光纖折射率不可調(diào)整的缺失，而提供一種構(gòu)件精簡(jiǎn)、制作方便的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，具有新穎性、進(jìn)步性，以及產(chǎn)業(yè)上之利用價(jià)值，依法提出發(fā)明專利申請(qǐng)。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，該裝置包含一光芯與一光殼，其特征在于所述光芯為一可使用電激發(fā)或光學(xué)激發(fā)的光增益介質(zhì)，所述光殼為光學(xué)色散材料的光殼，該光殼包覆該光芯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述光芯設(shè)于一光波導(dǎo)基板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述光殼具有光子晶體結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述光芯內(nèi)加入一共振腔，形成一光纖鐳射。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述共振腔可為一光柵者或一環(huán)形結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述光殼的材料選自一高分子聚合物、一光吸收物質(zhì)、一光雙折射物質(zhì)、一光非線性物質(zhì)、一生物物質(zhì)及一金屬物質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述高分子聚合物選自一導(dǎo)電高分子聚合物、一熱光高分子聚合物及一電光高分子聚合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述光殼被一光學(xué)色散材料的第二光殼覆蓋。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述第二光殼的材料選自一高分子聚合物、一光吸收物質(zhì)、一光雙折射物質(zhì)、一光非線性物質(zhì)、一生物物質(zhì)及一金屬物質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述高分子聚合物選自一導(dǎo)電高分子聚合物、一熱光高分子聚合物及一電光高分子聚合物。
11.一種可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，該裝置包含一光芯，其特征在于還包括至少二束光學(xué)色散材料的光殼，分布于所述光芯周緣；一玻璃纖維材料，將光芯及至少二束光學(xué)色散材料的光殼包覆于內(nèi)；以及一金屬線，鑲埋于該至少二束光學(xué)色散材料的光殼中；所述光芯為一可使用電激發(fā)或光學(xué)激發(fā)的光增益介質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述玻璃纖維材料具有光子晶體結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述光芯內(nèi)加入一共振腔，形成一光纖鐳射。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述共振腔可為一光柵或一環(huán)形結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述光殼與該光芯之間距離至少可接觸到傳導(dǎo)波長(zhǎng)之消逝場(chǎng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述光殼的材料選自一高分子聚合物、一光吸收物質(zhì)、一光雙折射物質(zhì)、一光非線性物質(zhì)、一生物物質(zhì)及一金屬物質(zhì)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述高分子聚合物選自一導(dǎo)電高分子聚合物、一熱光高分子聚合物及一電光高分子聚合物。
18.一種可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，該裝置包含一光芯，其特征在于該裝置還包括一光學(xué)色散材料的第一光殼，包覆于所述光芯外緣；至少二束光學(xué)色散材料的第二光殼，分布于上述包覆有光芯的光殼周緣；一玻璃纖維材料，將光芯、第一光殼及第二光殼包覆于內(nèi)；以及一金屬線，鑲埋于該至少二束光學(xué)色散材料的第二光殼中；所述光芯為一可使用電激發(fā)或光學(xué)激發(fā)的光增益介質(zhì)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述玻璃纖維材料具有光子晶體結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述光芯內(nèi)加入一共振腔，形成一光纖鐳射。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述共振腔可為一光柵或一環(huán)形結(jié)構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述第一光殼及第二光殼的材料選自一高分子聚合物、一光吸收物質(zhì)、一光雙折射物質(zhì)、一光非線性物質(zhì)、一生物物質(zhì)及一金屬物質(zhì)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，其特征在于所述高分子聚合物選自一導(dǎo)電高分子聚合物、一熱光高分子聚合物及一電光高分子聚合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可調(diào)式光纖放大器與鐳射裝置，主要設(shè)有一光芯，以及至少一光殼；其中該光芯為一可使用電激發(fā)或光學(xué)激發(fā)的光增益介質(zhì)，該光殼設(shè)為一光學(xué)色散材料，而該光芯置于光殼內(nèi)部，被光殼所包覆。藉此，利用光殼對(duì)溫度的升降變化，使該光芯的材料色散特性隨之改變，進(jìn)一步使折射率亦隨之變化調(diào)整。
文檔編號(hào)H01S3/00GK1933259SQ20051013543
公開日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者祁甡, 陳南光 申請(qǐng)人:陳南光