專利名稱：帶有共享抽運(yùn)泵的光纖激光器的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及為共享一個(gè)共用抽運(yùn)光源而構(gòu)造的光學(xué)波導(dǎo)纖維激光器。新穎的光纖激光器構(gòu)造包括激光波長(zhǎng)選擇的模塊單元。
通過(guò)采用波分復(fù)用(WDM)技術(shù)可以使高性能的電信系統(tǒng)變得更加經(jīng)濟(jì)有效。通常，只需對(duì)系統(tǒng)的接收和發(fā)射端作改進(jìn)，也許還需對(duì)已有的再生中繼器站作改進(jìn)。波導(dǎo)光纖的能力得到更充分地利用并使甚高的傳輸速率變?yōu)榭赡?，而不?huì)導(dǎo)致安裝附加波導(dǎo)光纖光纜的成本。
WDM系統(tǒng)中使用的光纖激光器源的成本主要花在抽運(yùn)激光器上。抽運(yùn)激光器本身價(jià)格昂貴，抽運(yùn)功率的利用通常不是最佳的。
因此，在電信工業(yè)中需要一種通過(guò)更充分地利用抽運(yùn)激光器功率而降低抽運(yùn)激光器成本的策略。然而，這種更有效地利用抽運(yùn)激光器功率必須不降低WDM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)靈活性。因此，使低成本系統(tǒng)升級(jí)的成功策略在某種程度上必須包括可互換部件的思路，例如完成特定通信系統(tǒng)任務(wù)的可互換和兼容的模塊。
發(fā)明概要本發(fā)明可滿足更低成本多個(gè)波長(zhǎng)激光光源的需要和提供附加的模塊設(shè)計(jì)的靈活性。
本發(fā)明的第一方面是一種由多個(gè)光學(xué)波導(dǎo)光纖激光器組成的光學(xué)回路，這些光學(xué)波導(dǎo)光纖激光器通過(guò)一個(gè)1×N的光學(xué)耦合器與一個(gè)共用抽運(yùn)激光器相耦合。波導(dǎo)光纖通過(guò)位于光纖一端的反射元件和位于相對(duì)另一端的波長(zhǎng)選擇性反饋裝置形成一個(gè)激光器腔體。為了形成適合于波分復(fù)用系統(tǒng)的多波長(zhǎng)激光源，特定的波長(zhǎng)選擇性反饋裝置選擇一個(gè)不同于其它各個(gè)波長(zhǎng)選擇性反饋裝置所選的波長(zhǎng)。然而，如果特定的系統(tǒng)需要這樣一種構(gòu)造，顯然一對(duì)或多對(duì)激光器可以產(chǎn)生相同的光波長(zhǎng)。
波長(zhǎng)選擇性反饋裝置是選擇一個(gè)特定波長(zhǎng)或波段的光并將其返回射向激光器光纖中的裝置。選擇裝置可以是反射或透射特定波長(zhǎng)或波段的裝置。實(shí)現(xiàn)這一功能的裝置包括光柵、環(huán)路反射鏡、帶通濾光器、標(biāo)準(zhǔn)具濾光器、干涉儀濾光器、介質(zhì)或金屬反射鏡及其這些裝置的組合。反射鏡可以是平面的或曲面的。
新穎光學(xué)回路的一個(gè)特別有用的特征在于電路元件的模塊設(shè)計(jì)。在本文中，模塊是指，除了可以分別僅有一個(gè)輸出或輸入端的源和檢測(cè)器模塊外，光學(xué)裝置(模塊)具有至少一個(gè)接收光的輸入端口和至少一個(gè)發(fā)射光的輸出端口。不同模塊的的發(fā)射和接收端口是兼容的，其中任何一個(gè)模塊的輸入端口配備有光學(xué)連接器或耦合器，它能夠有效地接收來(lái)自其它任何模塊的輸出端口的光。在電信技術(shù)領(lǐng)域中可以提供許多種光學(xué)連接器和耦合器的有效設(shè)計(jì)。
新穎光學(xué)回路的再一個(gè)方面包括一個(gè)與光纖激光器光學(xué)耦合的外部調(diào)制器，將信息編碼為激光光束。通過(guò)在外部調(diào)制器之前或之后將光學(xué)放大器耦合的電路中可以構(gòu)成包含外部調(diào)制器的光學(xué)回路的不同實(shí)施例。光學(xué)放大器是這樣設(shè)計(jì)的，也可以與把功率提供給各光纖激光器的同一抽運(yùn)激光器相耦合，從而把抽運(yùn)光提供給各放大器。
抽運(yùn)激光器是采用激光器或放大器的光學(xué)回路中的一個(gè)價(jià)格昂貴元件。把光從一個(gè)共用抽運(yùn)激光器分散到幾個(gè)光學(xué)纖維激光器或幾個(gè)光學(xué)放大器的電路設(shè)計(jì)能夠最有效地利用抽運(yùn)激光，因此顯著地降低電路成本。
此外，模塊式光學(xué)元件設(shè)計(jì)的概念極大地增強(qiáng)了光學(xué)回路的靈活性。例如，抽運(yùn)激光器、光纖激光器、1×N耦合器、調(diào)制器或放大器可以各自制成模塊，以提供最大的靈活性。作為另一種方面，諸如光纖激光器、波長(zhǎng)選擇性反饋裝置和放大器的一組元件可以制成一個(gè)模塊，與提供特定電路功能的另一模塊，如外部調(diào)制器相對(duì)接。下面將描述其它不同模塊設(shè)計(jì)的進(jìn)一步的例子。
石英基的光學(xué)波導(dǎo)光纖有一個(gè)低衰減的窗口并能夠使之在約1520nm至1575nm波長(zhǎng)范圍上具有一個(gè)低色散的重合窗口。這一工作窗口與摻鉺光纖激光器和放大器的工作窗口相一致，因此與這里揭示的新穎光學(xué)回路的較佳工作窗口相一致。
光的選擇性反饋裝置能夠區(qū)分間隔約0.1nm的波長(zhǎng)。
本發(fā)明的再一個(gè)方面是多個(gè)光纖激光器的應(yīng)用，它具有一個(gè)共用抽運(yùn)源以及外部調(diào)制器，以形成波分復(fù)用系統(tǒng)中使用的發(fā)射機(jī)。工作窗口的寬度和波長(zhǎng)選擇性反饋裝置的能力給在單個(gè)波導(dǎo)光纖上多路傳輸大量的信號(hào)提供了機(jī)會(huì)。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是多個(gè)光纖激光器的示意圖，具有一個(gè)共用抽運(yùn)泵和與各個(gè)激光器輸出相連接的不同模塊單元。
圖2和3是圖1所示光纖激光器中各個(gè)激光器的詳細(xì)示意圖。
圖4是環(huán)路光纖激光器構(gòu)造的示意圖。
圖5是其中一個(gè)反射元件是非線性環(huán)路反射鏡的光纖激光器的示意圖。
圖6是8字形光纖激光器的示意圖。
本發(fā)明的詳細(xì)描述圖1示出多個(gè)激光器共享一個(gè)抽運(yùn)源的一種多激光器光學(xué)回路。抽運(yùn)激光器4通過(guò)1×N分束器被耦合到N個(gè)激光器，以標(biāo)號(hào)1至N表示。N為一整數(shù)，它僅受可供使用的抽運(yùn)功率和利用抽運(yùn)光的激光器和放大器的功率要求限制。每個(gè)激光器包括一個(gè)激活光學(xué)纖維10，一端有一個(gè)反射器8，另一端有一個(gè)將特定的光波長(zhǎng)反饋到激活光纖的波長(zhǎng)選擇性反射器或?yàn)V光器12。在不同的激光器中，可以改變波長(zhǎng)選擇性反射器12，對(duì)由多個(gè)可能電子躍遷產(chǎn)生的多個(gè)波長(zhǎng)中的一個(gè)不同波長(zhǎng)產(chǎn)生反饋，電子躍遷是由對(duì)波導(dǎo)光纖的摻雜導(dǎo)致的。激光器光纖中的活性物質(zhì)可以是鉺，選擇它是因?yàn)殂s提供的躍遷在1520nm至1575nm波長(zhǎng)范圍上發(fā)光。這一波長(zhǎng)范圍與石英基的波導(dǎo)光纖的低衰減窗口相一致。因此，已經(jīng)將圖1的回路構(gòu)造為在這一較佳波長(zhǎng)窗口中使用的波分復(fù)用(WDM)光源。
將抽運(yùn)光從插入點(diǎn)11處耦合到各個(gè)激光器中。抽運(yùn)光的插入點(diǎn)是不重要的，只要該點(diǎn)位于反射器8與波長(zhǎng)選擇性反射器12之間。典型的反射器8具有接近100％的效率。波長(zhǎng)選擇性反射器12是部分透射的，提供一個(gè)激光光束的出口。本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員將會(huì)明白，兩個(gè)反射器中的任一個(gè)也可以是波長(zhǎng)選擇性的。即，百分比反射率不依賴于波長(zhǎng)選擇性特性。外部調(diào)制器14的作用是把激光光束變換為載有信息的光信號(hào)。在外部調(diào)制器14之前或之后可以將光學(xué)放大器24插入光學(xué)回路中。光學(xué)放大器能夠通過(guò)與圖1頂部第二激光器相關(guān)的光學(xué)波導(dǎo)26有利地接收來(lái)自共用抽運(yùn)泵4的抽運(yùn)能量。圖1所示回路中的其它光學(xué)放大器的抽運(yùn)波導(dǎo)未示出。
圖2示出圖1所示光學(xué)回路的一個(gè)分支的一個(gè)模塊實(shí)施例。該分支包含如模塊22所示的一個(gè)光學(xué)激光器。模塊具有一個(gè)接收抽運(yùn)源4和分束器6的抽運(yùn)光的輸入端口和一個(gè)與外部調(diào)制器14相耦合的輸出端口。光學(xué)放大器模塊24與調(diào)制器14的輸出相耦合。通過(guò)形成五條光學(xué)連接可以將圖2所示的分支光學(xué)回路組裝起來(lái)，連接器和耦合器設(shè)計(jì)上的進(jìn)展已經(jīng)使這項(xiàng)任務(wù)得到簡(jiǎn)化。
通過(guò)減少模塊中的元件數(shù)目能夠在靈活性上獲得好處。例如，能夠?qū)⒓す馄髂K22分為兩個(gè)模塊，一個(gè)包括抽運(yùn)泵、分束器、活性光纖和反射器8，另一個(gè)包括選擇性波長(zhǎng)反射器。因此，通過(guò)連接一個(gè)不同的波長(zhǎng)選擇性反射器能夠改變激光器的波長(zhǎng)?？梢赃@樣對(duì)分束器進(jìn)行模塊化，即通過(guò)將一個(gè)具有不同N值的分束器插入在抽運(yùn)泵模塊與N個(gè)激光器模塊之間能夠改變共享一個(gè)抽運(yùn)泵的激光器的數(shù)目。WDM系統(tǒng)中模塊部件的新穎概念包括為符合特定系統(tǒng)要求而定制大量的簡(jiǎn)單和復(fù)雜模塊。
圖3給出圖1所示光學(xué)回路的單個(gè)激光器分支的另一個(gè)實(shí)施例。在這種情況中，在外部調(diào)制器14的兩端上兩個(gè)放大器模塊24共享這個(gè)共用抽運(yùn)泵4。這個(gè)實(shí)施例的一種有用的模塊設(shè)計(jì)是第一模塊包括抽運(yùn)泵4和分束器6，第二模塊22包括激光器，第三模塊包括兩個(gè)光學(xué)放大器和外部調(diào)制器。
激光器本身的設(shè)計(jì)包括許多不同方案。圖4示出一種環(huán)路激光器設(shè)計(jì)。在這種情況中，反饋是通過(guò)自身閉合的波導(dǎo)路徑提供的。選用波長(zhǎng)選擇性吸收器26來(lái)吸收將產(chǎn)生的激光光束的預(yù)選波長(zhǎng)以外的波長(zhǎng)。可以在任意一點(diǎn)上將抽運(yùn)泵4耦合到環(huán)路中。通過(guò)耦合器30的手段將激光光束從含有活性光纖10的環(huán)路中耦合到波導(dǎo)28中。耦合器30在環(huán)路中的位置一般是不重要的。
在圖5所示的另一個(gè)激光器實(shí)施例中，位于光纖激光器端部的反射裝置是一個(gè)非線性光學(xué)回路反射鏡32。這里，抽運(yùn)泵4也在任意一點(diǎn)上與光纖激光器相耦合。所選波長(zhǎng)的光穿過(guò)部分反射的波長(zhǎng)選擇裝置12進(jìn)入輸出波導(dǎo)18中。
圖6示出采用非線性光學(xué)回路反射鏡32的另一個(gè)實(shí)施例?；芈贩瓷淦鞯亩瞬客ㄟ^(guò)吸收濾波器26與活性光纖10相耦合，由此形成一個(gè)8字形激光器腔體。在任意一點(diǎn)上將抽運(yùn)泵4耦合到激光波導(dǎo)中。激光光束能夠從任何一個(gè)方便的點(diǎn)上耦合到激光波導(dǎo)之外。
這里所描述的光學(xué)回路的元件模塊化和連接器化設(shè)計(jì)提供了方便地將諸如光學(xué)開(kāi)關(guān)或?yàn)V波器、光學(xué)衰減器的被動(dòng)或主動(dòng)光學(xué)元件和諸如專門配置的波導(dǎo)光纖的色散補(bǔ)償裝置增加到回路中的靈活性。
盡管已經(jīng)公開(kāi)和描述了本發(fā)明的一些特定實(shí)施例，然而，本發(fā)明僅僅受下面的權(quán)利要求書限制。
權(quán)利要求
1.一種在多個(gè)波長(zhǎng)上提供激光光束的光學(xué)回路，其特征在于所述光學(xué)回路包括多個(gè)激活光纖激光器，每個(gè)所述激光器具有第一和第二端，所述第一端具有一個(gè)反射光學(xué)元件；給所述光纖激光器提供一個(gè)共用抽運(yùn)源的一個(gè)抽運(yùn)激光器；把來(lái)自所述共用抽運(yùn)激光器的光耦合到每個(gè)所述激活光纖激光器中的1×N耦合器，這里N為整數(shù)；以及根據(jù)激活光纖激光器的特性，將一個(gè)波長(zhǎng)選擇性反饋到光纖激光器的裝置，與各個(gè)光纖激光器的第二端相光學(xué)耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)回路，其特征在于對(duì)于多個(gè)光纖激光器中的每一個(gè)激光器，所述的選擇性反饋波長(zhǎng)是不同的。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)回路，其特征在于所述的波長(zhǎng)選擇性反饋裝置選自光柵、回路反射鏡、標(biāo)準(zhǔn)具濾光器、干涉儀濾光器、介質(zhì)或金屬反射鏡及其組合。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)回路，其特征在于所述的波長(zhǎng)選擇性反饋裝置是一個(gè)可以與光纖激光器的第二端光學(xué)連接和斷開(kāi)連接的模塊單元。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)回路，其特征在于進(jìn)一步包括與至少一個(gè)光纖激光器光學(xué)耦合的外部調(diào)制裝置，用于調(diào)制該光纖激光器的光輸出。
6.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)回路，其特征在于進(jìn)一步包括至少一個(gè)光學(xué)放大器，通過(guò)光學(xué)耦合接收來(lái)自外部調(diào)制裝置的信號(hào)光和來(lái)自所述共用抽運(yùn)激光器的抽運(yùn)光。
7.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)回路，其特征在于進(jìn)一步包括至少一個(gè)光學(xué)耦合在一個(gè)光纖激光器與相應(yīng)外部調(diào)制裝置之間的光學(xué)放大器，對(duì)激光光束進(jìn)行放大并發(fā)射到外部調(diào)制器，以及通過(guò)光學(xué)耦合接收來(lái)自共用抽運(yùn)激光器的抽運(yùn)光。
8.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)回路，其特征在于進(jìn)一步包括至少一個(gè)光學(xué)耦合在一個(gè)光纖激光器與相應(yīng)外部調(diào)制裝置之間的光學(xué)放大器，對(duì)激光光束進(jìn)行放大并發(fā)射到外部調(diào)制器，以及通過(guò)光學(xué)耦合接收來(lái)自共用抽運(yùn)激光器的抽運(yùn)光。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)回路，其特征在于多個(gè)光纖激光器、1×N耦合器、波長(zhǎng)選擇性反饋裝置、外部調(diào)制裝置和光學(xué)放大器中的任何一個(gè)為模塊。
10.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)回路，其特征在于不同的選擇性反饋波長(zhǎng)在約1520nm至1575nm的范圍內(nèi)并且相互間隔一個(gè)預(yù)選量。
11.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)回路，其特征在于所述的波長(zhǎng)間隔預(yù)選量不小于0.1nm。
12.一種波分復(fù)用光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括如權(quán)利要求1的光學(xué)回路，用于從多個(gè)波導(dǎo)光纖激光器提供多個(gè)波長(zhǎng)上的激光；以及與每個(gè)光纖激光器的相應(yīng)激光器光學(xué)耦合的多個(gè)外部調(diào)制裝置，對(duì)從中射出的光進(jìn)行調(diào)制。
13.如權(quán)利要求12所述的波分復(fù)用光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括至少一個(gè)光學(xué)放大器，通過(guò)光學(xué)耦合接收來(lái)自光纖激光器的輸出光和來(lái)自所述共用抽運(yùn)激光器的抽運(yùn)光。
14.如權(quán)利要求12所述的波分復(fù)用光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括至少一個(gè)光學(xué)放大器，通過(guò)光學(xué)耦合接收來(lái)自所述外部調(diào)制裝置的光纖激光和來(lái)自所述共用抽運(yùn)激光器的抽運(yùn)光。
15.如權(quán)利要求12所述的波分復(fù)用光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于對(duì)于預(yù)選個(gè)數(shù)的光纖激光器和外部調(diào)制裝置組合，進(jìn)一步包括通過(guò)光學(xué)耦合接收來(lái)自外部調(diào)制裝置的信號(hào)光和來(lái)自所述共用抽運(yùn)激光器的抽運(yùn)光的各個(gè)光學(xué)放大器，以及光學(xué)耦合在各個(gè)光纖激光器與外部調(diào)制裝置之間和通過(guò)光學(xué)耦合接收來(lái)自所述共用抽運(yùn)激光器的抽運(yùn)光的各個(gè)光學(xué)放大器。
16.如權(quán)利要求15所述的波分復(fù)用光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于多個(gè)光纖激光器、1×N耦合器、波長(zhǎng)選擇性反射裝置、外部調(diào)制裝置和光學(xué)放大器中的任何一個(gè)為模塊。
17.如權(quán)利要求14或15所述的波分復(fù)用光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)模塊單元，通過(guò)光學(xué)耦合從所述光纖激光器中至少一個(gè)激光器發(fā)射光，所述模塊選自光學(xué)波導(dǎo)色散補(bǔ)償器、光學(xué)濾波器、光學(xué)衰減器和光學(xué)開(kāi)關(guān)。
18.如權(quán)利要求12所述的波分復(fù)用光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于光纖激光器的輸出波長(zhǎng)在約1520nm至1575nm的范圍內(nèi)并且相互間隔不小于0.1nm。
全文摘要
共享一個(gè)共用抽運(yùn)源的多個(gè)光纖激光器或放大器。通過(guò)1×N耦合器選擇激光功率的路線把抽運(yùn)光提供給所需組合的光纖激光器或放大器,有可能改善波導(dǎo)纖維電信系統(tǒng)的成本和效率。已經(jīng)使設(shè)計(jì)適合于采用模塊,例如具有一個(gè)接收抽運(yùn)光端口和一個(gè)接收波長(zhǎng)選擇模塊端口的激光器模塊。
文檔編號(hào)H01S3/23GK1244960SQ98802071
公開(kāi)日2000年2月16日 申請(qǐng)日期1998年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月31日
發(fā)明者V·L·達(dá)席爾瓦, M·亞德洛斯基 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司