Рамановская накачка высшего порядка без затравки



Рамановская накачка высшего порядка без затравки
Рамановская накачка высшего порядка без затравки
Рамановская накачка высшего порядка без затравки
G02F1/3775 - Устройства или приспособления для управления интенсивностью, цветом, фазой, поляризацией или направлением света, исходящего от независимого источника, например для переключения, стробирования или модуляции; нелинейная оптика (термометры с использованием изменения цвета или прозрачности G01K 11/12; с использованием изменения параметров флуоресценцией G01K 11/32; световоды G02B 6/00; оптические устройства или приспособления с использованием подвижных или деформируемых элементов для управления светом от независимого источника G02B 26/00; управление светом вообще G05D 25/00; системы визуальной сигнализации G08B 5/00; устройства для индикации меняющейся информации путем выбора или комбинации отдельных элементов G09F 9/00; схемы и устройства управления для приборов
G02F1/377 - в оптическом волноводе

Владельцы патента RU 2708811:

АйПиДжи Фотоникс Корпорейшен (US)

Изобретение относится к лазерной и волоконной технике. Волоконно-оптический усилитель содержит оптический мультиплексор и оптическое волокно, оптически соединенное с оптическим мультиплексором, при этом селективные отражатели первой и второй длин волн сформированы на оптическом волокне, причем селективный отражатель первой длины волны выполнен с возможностью отражать излучение с первой длиной волны, а селективный отражатель второй длины волны выполнен с возможностью отражать излучение со второй длиной волны, которая больше первой длины волны. При этом первая и вторая длины волн выбраны таким образом, чтобы комбинационное рассеяние и усиление в передающем волокне преобразовывали первичное излучение накачки с первичной длиной волны накачки, которая меньше первой длины волны, в излучение с первой длиной волны, а также преобразовывали излучение с первой длиной волны в излучение со второй длиной волны. Технический результат заключается в повышении мощности выводимого излучения. 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Заявление об установлении приоритета

Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США 62/141,155, поданной 31 марта 2015 года, содержание которой ссылкой полностью включено в настоящий документ.

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Аспекты настоящего изобретения относятся к волоконно-оптическим ВКР-усилителям (на эффекте Рамана) и волоконно-оптическим системам передачи данных, содержащим такие усилители, и более конкретно к накачке передающего волокна оптической телекоммуникационной системы.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

В ВКР-усилителе сигнал усиливается за счет комбинационного (рамановского) усиления, которое основано на вынужденном комбинационном рассеянии (ВКР). Этот тип рассеивания происходит в нелинейной среде, когда падающий фотон накачки с более высокой частотой ωр высвобождает свою энергию для создания другого фотона (сигнал) с меньшей энергией и более низкой частотой ωs (неупругое рассеяние); при этом остающаяся энергия ωрs поглощается средой в форме молекулярных колебаний (оптические фононы). Эффект комбинационного усиления может быть достигнут путем нелинейного взаимодействия между сигналом и лазером накачки внутри оптического волокна. Комбинационное усиление используют в оптической телекоммуникации для обеспечения широкополосного покрытия и линейного распределенного усиления сигнала. В частности, оптическое передающее волокно может быть использовано в качестве нелинейной среды для комбинационного усиления. Накачка передающего волокна с использованием излучения, характеризующегося надлежащей частотой, обеспечивает усиление оптических сигналов, перемещающихся по передающему волокну.

Световое излучение накачки может быть направлено в передающее волокно и распространяться в одном направлении с сигналом (сонаправленная накачка) и/или в противоположном направлении (встречная накачка). Встречная накачка является более распространенной, так как снижается передача шума (помех) от накачки к сигналу.

Основным преимуществом комбинационного усиления является его способность обеспечивать распределенное усиление внутри передающего волокна, тем самым увеличивая длину промежутков между усилителем и участками восстановления. Ширина полосы усиления ВКР-усилителей ограничивается используемыми длинами волн накачки, и поэтому усиление может быть обеспечено в более широких и различных областях, чем это возможно при использовании других типов усилителей, в основе которых лежит использование легирующих присадок и конфигурация для ограничения «окна» усиления.

ВКР-усилителям присущи некоторые основные преимущества. Во-первых, комбинационное усиление существует в каждом волокне, что предоставляет экономически эффективное средство модернизации на концевых областях. Во-вторых, указанное усиление является нерезонансным; это означает, что усиление доступно во всей области прозрачности волокна от приблизительно 0,3 до 2 мкм. Третье преимущество, присущее ВКР-усилителям, заключается в том, что спектр усиления может быть адаптирован путем регулировки длин волн накачки. Например, множество линий накачки может быть использовано для увеличения оптической полосы пропускания, и распределение накачки определяет постоянство усиления. Другое преимущество, присущее комбинационному усилению, заключается в том, что оно является относительно широкополосным усилением с шириной полосы более 5 ТГц, при этом усилению присуща достаточно плоская характеристика в широком диапазоне длин волн.

Для обеспечения комбинационного усиления в передающем волокне для сигналов в конкретной полосе длин волн необходимо, чтобы происходила накачка волокна с относительно высоким уровнем мощности (сотни милливатт) на длине волны или длинах волн, смещенных вниз относительно длины волны (длин волн) сигнала на величину, соответствующую характерному комбинационному смещению волокна. Для типичного кварцевого волокна спектр комбинационного усиления состоит из относительно широкой полосы, центрированной при смещении около 440 см-1. Таким образом, для обеспечения усиления сигналов в с-диапазоне (1530-1565 нм), например, требуется энергия накачки в области 1455 нм.

Согласно типичным известным из уровня техники вариантам осуществления на основе комбинационного усиления выходной сигнал от высокомощного лазерного источника (например, комбинационного волоконного лазера со средней длиной волны приблизительно 1455 нм) или группы лазерных диодов с мультиплексированием, характеризующихся длинами волн в области 1455 нм, запускают из приемного или ретрансляционного оконечного устройства, чтобы выполнить накачку волокна и обеспечить усиление поступающих сигналов с-диапазона. Для того чтобы увеличить ширину полосы усиления для высокопроизводительных систем мультиплексирования с разделением по длине волны, запущенный спектр накачки расширяют путем использования множества комбинационных лазеров (каждый с заданной мощностью и длиной волны) или путем мультиплексирования дополнительных лазерных диодов с определенной длиной волны и мощностью.

В комбинационном лазере основным механизмом усиления светового пучка является вынужденное комбинационное рассеяние. Напротив, большинство «стандартных» лазеров основаны на вынужденных электронных переходах для усиления светового пучка. Комбинационные лазеры представляют собой лазеры с оптической накачкой. Однако эта накачка не приводит к инверсии населенности, как в стандартных лазерах. Скорее, фотоны накачки поглощаются и «немедленно» повторно испускаются в качестве фотонов лазерного излучения с более низкой частотой («стоксовы» фотоны) за счет вынужденного комбинационного рассеяния. Различие между двумя значениями энергии фотонов является фиксированным и соответствует колебательной частоте усиливающей среды. Это позволяет, в принципе, производить произвольные длины волн выходного излучения лазера путем соответствующего выбора длины волны лазера накачки. Это является отличием от стандартных лазеров, в которых возможные длины волн выходного излучения лазера определяются линиями испускания усиливающего материала.

В волоконных комбинационных лазерах плотное пространственное удержание светового излучения накачки может поддерживаться на протяжении относительно больших расстояний. Это значительно снижает пороговые мощности накачки до практических уровней, а также обеспечивает режим непрерывной генерации. Для практических применений в области оптической телекоммуникации существует необходимость в создании комбинационных лазеров с максимально возможной выходной мощностью, подаваемой в передающее волокно, чтобы индуцировать максимально достижимое усиление. Более высокое комбинационное усиление, достигаемое в передающем волокне, обеспечивает более длинные промежутки между оконечными устройствами и улучшает отношение «оптический сигнал - шум» (ООСШ) на приемнике. Это улучшение совместно с известными из уровня техники Прямой коррекцией ошибок и Цифровой обработкой сигналов максимально увеличивают надежность и расстояния, покрываемые современными высокоскоростными цифровыми оптическими системами.

В этом контексте выполнены варианты осуществления настоящего изобретения.

Краткое описание фигур

На фиг. 1 представлено схематическое изображение стандартной системы для реализации комбинационной (рамановской) накачки высшего порядка.

На фиг. 2 представлено схематическое изображение стандартной системы для реализации комбинационной (рамановской) накачки высшего порядка.

На фиг. 3 представлено схематическое изображение системы для реализации комбинационной накачки высшего порядка в соответствии с аспектами настоящего изобретения.

Описание конкретных вариантов осуществления

Хотя представленное ниже подробное описание содержит множество конкретных деталей, приведенных в целях иллюстрации, специалисту в данной области техники будет понятно, что многочисленные вариации и изменения представленных ниже деталей находятся в пределах объема настоящего изобретения. Следовательно, приведенные в качестве примера варианты осуществления настоящего изобретения, описание которых приведено ниже, изложены без какого-либо ограничения применения и объема настоящего изобретения.

Словарь терминов

В контексте настоящего документа следующие термины имеют приведенные ниже значения:

Оптический резонатор или резонансная полость - оптический путь, заданный двумя или более отражающими поверхностями, вдоль которого свет может двигаться вперед и назад или циркулировать. Объекты, которые пересекают оптический путь, считаются внутри оптического резонатора.

Лазер непрерывного излучения (НИ) - лазер, испускающий излучение непрерывно, а не короткими импульсами, как импульсный лазер.

Диодный лазер - светоизлучающий диод, разработанный для использования вынужденного излучения с целью генерирования когерентного выходного излучения.

Диодные лазеры также известны в качестве лазерных диодов или полупроводниковых лазеров.

Лазер с диодной накачкой является лазером с усиливающей средой, которая накачивается диодным лазером.

Распределенный брэгговский отражатель является структурой, сформированной из множества слоев чередующихся материалов с периодически изменяющимся показателем преломления или путем периодического изменения некоторых характеристик (таких как высота) диэлектрического волновода, что в результате приводит к периодическому изменению эффективного показателя преломления в волноводе. Каждая граница слоя вызывает частичное отражение оптической волны. Для волн, которые характеризуются длиной волны, приблизительно в четыре раза превышающей оптическую толщину слоев, множественные частичные отражения складываются и слои действуют как высококачественный отражатель.

Волоконная брэгговская решетка относится к типу распределенного брэгговского отражателя, сформированного в коротком сегменте оптического волокна путем создания периодического изменения показателя преломления, присущего сердцевине волокна. Периодическое изменение показателя создает диэлектрическое зеркало для определенных длин волн, которое отражает конкретные длины волн светового излучения и пропускает все остальные длины волн.

Усиление - увеличение интенсивности, мощности или энергии импульса сигнала, передаваемого из одной точки в другую через усилитель. Термин «усиление при отсутствии насыщения» относится к увеличению малого сигнала, проходящего через усилитель, что существенно не изменяет уровень инверсии в усилителе. В контексте настоящего документа термины «усиление» и «усиление при отсутствии насыщения» будут использоваться взаимозаменяемо.

Усиливающая среда относится к материалу, способному генерировать оптическое усиление, как описано ниже в отношении лазера.

Инфракрасное (ИК) излучение - электромагнитное излучение, характеризующееся длиной волны в вакууме приблизительно от 700 нанометров (нм) до приблизительно 1 миллиметра (мм).

Лазер - акроним от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation «усиление света посредством вынужденного излучения». Лазер представляет собой оптический резонатор, содержащий лазерные материалы или усиливающую среду. Может быть использован любой материал, например кристалл, стекло, жидкость, полупроводник, краситель или газ, атомы которого способны испускать свет при накачке, например, при помощи другого света или электрического разряда. Излучение света стимулируется присутствием случайного фотона, что приводит к тому, что испускаемый фотон имеет приблизительно одну и ту же фазу и направление, что и стимулирующий фотон. Свет (именуемый в настоящем документе вынужденным излучением) совершает колебания внутри оптического резонатора, при этом некоторая его часть выходит из резонатора с образованием выходного пучка.

Свет: в контексте настоящего документа, термин «свет» в целом относится к электромагнитному излучению в диапазоне частот, начиная от инфракрасного диапазона до ультрафиолетового диапазона, что приблизительно соответствует диапазону длин волн в вакууме от приблизительно 100 нанометров (10-7 метров) до приблизительно 10 микрометров (10-5 метров).

Нелинейный эффект относится к классу оптических явлений, где принцип линейной суперпозиции больше не действует (например, удвоение оптической входной мощности не приводит просто к удвоению оптической выходной мощности). Эти эффекты обычно могут наблюдаться лишь при высокоинтенсивных, почти монохроматических, направленных пучках света, таких как пучки, создаваемые лазером. Генерация высших гармоник (например, генерация второй, третьей и четвертой гармоник), оптические параметрические колебания, генерация суммарной частоты, генерация разностной частоты, оптическое параметрическое усиление и вынужденное комбинационное рассеяние света являются примерами нелинейных эффектов.

Нелинейный материал относится к материалам, которым присущ ненулевой нелинейный диэлектрический ответ на оптическое излучение, который может привести к возникновению нелинейных эффектов. К примерам нелинейных материалов относятся кристаллы ниобата лития (LiNbO3), трибората лития (LBO), бета-бората бария (ВВО), бората цезия-лития (CLBO), дигидрофосфата калия и его изоморфные соединения, LiIO3, а также материалы с квази-согласованием фаз, например, PPLN, PPSLT, РРКТР и аналогичные материалы. В случае определенных нелинейных эффектов, например, вынужденного комбинационного рассеяния, обычное оптическое волокно может функционировать в качестве нелинейного материала.

Оптический усилитель является устройством, которое усиливает мощность входного оптического сигнала. Оптический усилитель подобен лазеру в том, что в нем используется усиливающая среда, возбуждаемая излучением накачки. Усилитель обычно не имеет обратной связи (т.е. оптического резонатора), так что ему присуще усиление, но без колебаний. В контексте настоящего документа оптический усилитель мощности обычно относится к последнему оптическому усилителю перед прохождением усиленного пучка к мишени или преобразователю длин волн. Усилительный каскад между источником излучения и усилителем мощности обычно именуют в настоящем документе предварительным усилителем.

Комбинационное (рамановское) рассеяние относится к рассеиванию падающего света веществом, при котором рассеянный свет характеризуется более низкой частотой ωs по сравнению с частотой ωр падающего света. Различие между частотами падающего и рассеянного света (именуемое комбинационным смещением) соответствует колебательной частоте, характерной для рассеивающего материала.

Насыщение оптического усилителя относится к уменьшению коэффициента усиления среды поблизости некоторой частоты перехода, когда мощность падающего излучения поблизости этой частоты превышает определенное значение. Если коэффициент усиления является постоянным, то мощность, испускаемая указанной средой, пропорциональна мощности падающего излучения. Однако обычно существует предел соотношения, с которым усиливающая среда может испускать мощность. Этот предел зависит от времени существования вовлеченных в процесс энергетических уровней. При достижении этого предела вынужденные переходы становятся достаточно быстрыми, чтобы значительно снизить населенность верхнего энергетического уровня, тем самым снижая коэффициент усиления. Эффект состоит в «сглаживании» усиленной мощности в зависимости от входной мощности.

Энергетический потенциал участка линии относится к затуханию между передатчиком и приемником оптической телекоммуникационной системы.

Вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР) является типом комбинационного рассеяния, которое может возникнуть при интенсивном оптическом пучке. Световое излучение при комбинационном (рамановском) рассеивании испытывает усиление, и его мощность увеличивается экспоненциально. Если мощность падающего света превышает пороговое значение, большая часть падающего света преобразуется в световое излучение при комбинационном рассеивании с более низкой частотой по сравнению с падающим светом. ВКР также известно в качестве стимулированного эффекта Рамана или когерентного рамановского рассеяния.

Ультрафиолетовое (УФ) излучение относится к электромагнитному излучению, характеризующемуся длинной волны в вакууме меньше длины волны в вакууме видимой области спектра, но больше длины волны в вакууме мягкого рентгеновского излучения.

Ультрафиолетовое излучение может быть подразделено на следующие диапазоны длин волн: ближний ультрафиолетовый диапазон от приблизительно 380 нм до приблизительно 200 нм; дальний ультрафиолетовый диапазон или вакуумный ультрафиолетовый диапазон (FUV или VUV) от приблизительно 200 нм до приблизительно 10 нм; и экстремальный ультрафиолетовый диапазон (EUV или XUV), от приблизительно 1 нм до приблизительно 31 нм.

Длина волны в вакууме: длина волны электромагнитного излучения обычно зависит от среды, в которой волна движется. Длина волны в вакууме является длиной волны, которую электромагнитное излучение данной частоты будет иметь при распространении излучения через вакуум, и вычисляется путем деления скорости света на частоту.

Введение

В соответствии с аспектами настоящего изобретения схема комбинационной накачки высшего порядка для оптической телекоммуникации может использовать меньшее количество элементов по сравнению с известными из уровня техники схемами комбинационной накачки высшего порядка.

В патенте США №6,480,326 раскрывается стандартное применение лазерной системы на эффекте комбинационного рассеивания в области оптической телекоммуникации. Согласно этой схеме первичное излучение накачки с длиной волны 1276 нм запускают в передающее волокно совместно с излучением из двух маломощных вторичных источников, которые характеризуются длинами волн 1355 и 1455 нм. Излучение с длиной волны 1276 нм первым подвергается преобразованию под воздействием вынужденного комбинационного рассеивания в излучение с длиной волны 1355 нм на первой стадии каскада комбинационного рассеивания. На второй стадии каскада комбинационного рассеивания полученное в результате высокомощное излучение с длиной волны 1355 нм преобразуют таким образом, чтобы получить высокомощное излучение с длиной волны 1455 нм, при этом указанная длина волны накачки требуется для обеспечения распределенного комбинационного (рамановского) усиления сигналов в области 1550 нм. На фиг. 1 представлен пример системы для реализации подобной схемы для обеспечения встречной накачки и затравочного излучения, чтобы усилить сигналы, проходящие между оконечными устройствами 1, 2 передающего волокна 5. Первичный источник накачки 6 предоставляет излучение накачки с первой длиной волны (например, 1276 нм), и затравочные источники (например, диодные лазеры 8, 9) предоставляют затравочное излучение со второй и третьей длинами волн, соответственно, например 1355 нм и 1455 нм. Излучение накачки и затравочное излучение вводят в передающее волокно 5 при помощи волновых мультиплексоров (ВМП) 7, 10, 11 и соединительного волокна 12. Источник накачки соединен с первым ВМП 7, и затравочные источники 8,9 соединены со вторым ВМП 10, который, в свою очередь, соединен с третьим ВМП 11. Волокно 12 соединяет первый ВМП 7 с третьим ВМП 11. Сигналы из передающего волокна 5, которые проходят в оконечное устройство 2, поступают в третий ВМП 11.

На фиг. 2 представлен вариант системы, изображенной на фиг. 1, в котором затравочный источник 8 заменен отражателем 19, таким как золотой отражатель или волоконная брэгговская решетка (ВБР). Когда первичное излучение накачки из источника 6 накачки распространяется вниз по передающему волокну 5, оно подвергается спонтанному комбинационному рассеянию, образуя излучение с комбинационно сдвинутым спектральным профилем, распространяющееся в обоих направлениях в волокне. Подверженное спонтанному комбинационному рассеянию излучение усиливается при распространении по передающему волокну 5 из-за комбинационного усиления, обеспечиваемого излучением накачки в волокне. Кроме того, некоторая часть исходящего подверженного спонтанному комбинационному рассеиванию излучения претерпевает обратное рэлеевское рассеивание и дополнительно усиливается при прохождении обратно к оконечному устройству 2. Усиленное подверженное спонтанному комбинационному рассеиванию излучение, возвращающееся в оконечное устройство 2, проходит обратно через ВМП 11 и 10 к отражателю 19. Если отражатель 19 является волоконной брэгговской решеткой с пиковой отражающей способностью в области второй длины волны, то часть спектра усиленного подверженного спонтанному комбинационному рассеиванию излучения со второй длиной волны отражается обратно через ВМП 10 и 11 и попадает в передающее волокно 5. Согласно этому примеру усиливающий оптический резонатор для испускания излучения при желаемом затравочном излучении со второй длиной волны в передающее волокно 5 формируется отражателем 19 и распределенным рэлеевским «зеркалом». Это приводит к наличию значительного количества энергии со второй длиной волны в передающем волокне 5 вблизи оконечного устройства 2, причем это действует аналогично активированному затравочному источнику со второй длиной волны в системе, изображенной на фиг. 1.

Системы, изображенные на фиг. 1 и фиг. 2, достигают накачки высшего порядка при помощи высокомощного волоконного комбинационного лазера, который использует один или несколько затравочных лазеров с малой мощностью накачки. Однако затравочный лазер является активным оптоэлектронным диодным элементом с ограниченным диапазоном рабочей температуры, который, как правило, требует охлаждения, например, термоэлектрического охлаждения (ТЭО), что вызывает дополнительно потребление электрической энергии и снижает надежность.

Аспекты настоящего изобретения могут реализовать комбинационную накачку третьего порядка для улучшения энергетического потенциала участка линии до 2,3 дБ с использованием ограниченного количества дополнительного аппаратного обеспечения по сравнению с традиционной схемой комбинационной накачки первого порядка. Предлагаемое решение может эффективно увеличить расстояние между оконечными устройствами на величину до 13 км, используя при этом в основном такое же аппаратное обеспечение, что и система комбинационной накачки первого порядка.

В соответствии с аспектами настоящего изобретения система 100 комбинационной накачки третьего порядка может иметь такую конфигурацию, как показана на фиг. 3, с двумя отражателями, расположенными последовательно, и устранением одного из ВМП в системах, изображенных на фиг. 1 и фиг. 2. Устранение одного ВМП уменьшает переходное затухание и общую сложность системы, одновременно улучшая компактность и надежность при минимальных дополнительных затратах. Система 100 может в целом содержать высокомощный комбинационный лазер в качестве первичного источника 16 накачки, соединенный с первым оптическим мультиплексором 17, который, в свою очередь, соединен со вторым оптическим мультиплексором 21, например, при помощи отрезка волокна 18. В качестве примера оптические мультиплексоры 17, 21 могут быть, кроме прочего, волновыми мультиплексорами (ВМП). Передающее волокно 25 переносит оптические сигналы между первым оконечным устройством 31 и вторым оконечным устройством 32. В качестве примера передающее волокно 25 может содержать, кроме прочего, секцию легированного эрбием волокна, которое действует в качестве оптического усилителя на волокне, легированном эрбием (EDFA), с дистанционной оптической накачкой для длин волн в диапазоне приблизительно 1525-1565 нм (с-диапазон) или 1570-1610 нм (L-диапазон). Второй ВМП 21 соединен с одним из оконечных устройств, например, вторым оконечным устройством 32, для встречной накачки.

Ключевым элементом системы 100 является отрезок оптического волокна 102, на котором сформированы селективные отражатели 104, 106 перовой и второй длины волны. Отрезок волокна 102 соединен с первым оптическим мультиплексором 17. Отражатели выполнены с возможностью выборочного отражения излучения с первой и второй длинами волн. В качестве примера отражатели 104, 106 могут быть, кроме прочего, волоконными брэгговскими решетками, врезанными в общий кусок оптического волокна, например, с использованием эксимерного лазера, которые характеризуются фиксированной или настраиваемой длиной волны в зависимости от практического применения. Оптическое волокно 102 может быть относительно коротким, например, в диапазоне от приблизительно 4 сантиметров до приблизительно 10 сантиметров, в зависимости от того, насколько близко друг к другу могут быть сформированы отражатели 104, 106, например, в случае волоконных брэгговских решеток. При этом формируется каскадный комбинационный оптический резонатор, в котором используется передающее волокно 25 в качестве нелинейной среды, отражатели 104, 106 на одном конце оптического резонатора и рэлеевское рассеивание в передающем волокне, которое действует в качестве распределенного зеркала на другом конце оптического резонатора.

Согласно иллюстративному примеру первый оптический мультиплексор 17 принимает первичное излучение накачки λр от первичного источника 16 накачки через первый порт 17А, передает указанное излучение накачки в направлении волокна 18 через третий порт 17С, а также передает излучение с первой и второй длинами волн λ1, λ2 из второго порта 17В в третий порт 17С. Второй оптический мультиплексор 21 выполнен с возможностью принимать первичное излучение накачки и излучение с первой и второй длинами волн λ1, λ2 через первый порт 21 А, а также передавать излучение накачки λр и излучение с первой и второй длинами волн λ1, λ2 в передающее волокно 25 через второй порт 21В для накачки передающего волокна, чтобы усилить проходящие по нему сигналы 23. Сигналы 23 поступают во второй порт 21В и передаются через третий порт 21С, например, к другому отрезку передающего волокна (не показан) или к оконечному элементу оптической телекоммуникационной системы, например, оптическому мультиплексору ввода-вывода, селекторному переключателю длины волны или другому элементу, такому как малошумящий предварительный усилитель типа EDFA.

В качестве примера волокно 102 может быть, кроме прочего, выполнено таким образом, что имеет место комбинационное усиление и преобразование длины волны излучения накачки с 1276 нм в 1362 нм, а также дополнительное комбинационное усиление и преобразование длины волны с 1362 нм в 1455 нм между отражателями 104 и 106 и передающим волокном 25, которое действует в качестве распределенного рэлеевского зеркала. Излучение с длиной волны 1455 нм подают в передающее волокно 25, чтобы обеспечить накачку для усиления сигналов с длиной волны 1550 нм, распространяющихся по передающему волокну. Специалисту в данной области техники будет понятно, что другие сочетания длин волн могут быть использованы в зависимости от длины волны сигналов, которые необходимо усилить в передающем волокне 25.

Другое практическое применение, реализующее аналогичную конфигурацию, может быть спроектировано для использования излучения с длиной волны 1310 нм из первичного источника 16 накачки, 1390 нм в качестве первой длины волны λ1 и 1480 нм в качестве второй длины волны λ2.

Система 100 обеспечивает преимущество накачки третьего порядка без затрат, сложности и переходного затухания, присущих дополнительным элементам, например, затравочным лазерам и дополнительному мультиплексору. В системе используются пассивные элементы, отражатели, фиксированные или настраиваемые, которые являются более надежными и менее дорогими по сравнению с затравочными лазерами. Благодаря формированию отражателей 104, 106 на одном куске волокна переходное затухание может быть улучшено, компоновка может быть упрощена, а также повышена надежность. Для сравнения, использование двух отражателей в системе типа, изображенного на фиг. 1 и фиг. 2, приведет к компоновке, в которой между двумя отражателями будет расположен ВМП 10, что будет вносить большее переходное затухание.

Хотя выше приведено полное описание предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, существует возможность использования различных альтернатив, модификаций или эквивалентов. Таким образом, объем настоящего изобретения должен определяться прилагаемой формулой изобретения с учетом всех ее эквивалентов. Любой признак, не зависимо от того, является ли он предпочтительным или нет, может быть объединен с другим любым признаком, не зависимо от того, является ли он предпочтительным или нет. В приведенной ниже формуле изобретения при использовании формы единственного числа перед предметом подразумевают, что предметов может быть один или несколько, если явным образом не указано противоположное. Прилагаемая формула изобретения не должна интерпретироваться как включающая в себя ограничения «средство плюс функция», если такое ограничение явным образом не указано в каком-либо пункте формулы изобретения при помощи фразы "средство для".

1. Волоконно-оптический усилитель, содержащий: оптический мультиплексор; и оптическое волокно, оптически соединенное с оптическим мультиплексором, при этом селективные отражатели первой и второй длин волн сформированы на оптическом волокне, причем селективный отражатель первой длины волны выполнен с возможностью отражать излучение с первой длиной волны, а селективный отражатель второй длины волны выполнен с возможностью отражать излучение со второй длиной волны, которая больше первой длины волны, при этом первая и вторая длины волн выбраны таким образом, чтобы комбинационное рассеяние и усиление в передающем волокне преобразовывали первичное излучение накачки с первичной длиной волны накачки, которая меньше первой длины волны, в излучение с первой длиной волны, а также преобразовывали излучение с первой длиной волны в излучение со второй длиной волны.

2. Волоконно-оптический усилитель по п. 1, в котором селективный отражатель первой длины волны является волоконной брэгговской решеткой, сформированной на оптическом волокне.

3. Волоконно-оптический усилитель по п. 1, в котором селективный отражатель второй длины волны является волоконной брэгговской решеткой, сформированной на оптическом волокне.

4. Волоконно-оптический усилитель по п. 1, в котором селективные отражатели первой и второй длин волн являются волоконными брэгговскими решетками, сформированными на оптическом волокне.

5. Волоконно-оптический усилитель по п. 1, в котором оптический мультиплексор выполнен с возможностью принимать во второй порт излучение с первой и второй длинами волн из оптического волокна и передавать его в третий порт, а также принимать через первый порт излучение накачки и передавать излучение накачки в третий порт.

6. Волоконно-оптический усилитель по п. 5, дополнительно содержащий второй оптический мультиплексор, оптически соединенный с оптическим мультиплексором через третий порт, вследствие чего указанный оптический мультиплексор является первым мультиплексором.

7. Волоконно-оптический усилитель по п. 6, в котором второй оптический мультиплексор выполнен с возможностью принимать в первый порт излучение с первой и второй длинами волн и передавать через второй порт излучение с первой и второй длинами волн в направлении передающего волокна.

8. Волоконно-оптический усилитель по п. 7, в котором второй оптический мультиплексор выполнен с возможностью принимать во второй порт первичное излучение накачки и излучение с первой и второй длинами волн, а также передавать первичное излучение накачки и излучение с первой и второй длинами волн к третьему порту первого оптического мультиплексора через первый порт второго оптического мультиплексора.

9. Волоконно-оптический усилитель по п. 8, в котором второй оптический мультиплексор выполнен с возможностью передачи сигналов из второго порта второго оптического мультиплексора в третий порт второго оптического мультиплексора.

10. Волоконно-оптический усилитель по п. 6, в котором первый оптический мультиплексор является волновым мультиплексором.

11. Волоконно-оптический усилитель по п. 6, в котором второй оптический мультиплексор является волновым мультиплексором.

12. Волоконно-оптический усилитель по п. 6, в котором первый и второй оптические мультиплексоры являются волновыми мультиплексорами.

13. Волоконно-оптический усилитель по п. 6, дополнительно содержащий первичный источник накачки, при этом указанный первичный источник накачки оптически соединен с первым портом первого оптического мультиплексора.

14. Волоконно-оптический усилитель по п. 1, в котором оптическое волокно имеет длину в диапазоне от приблизительно 4 сантиметров до приблизительно 10 сантиметров.

15. Волоконно-оптический усилитель по п. 1, в котором оптический мультиплексор и волокно с селективными отражателями первой и второй длин волн расположены в едином блоке, любой характеристический размер которого меньше четырех сантиметров.

16. Волоконно-оптический усилитель по п. 1, в котором оптическое волокно и селективные отражатели первой и второй длин волн являются фиксированными или настраиваемыми и выполнены таким образом, чтобы комбинационное рассеяние и усиление в передающем волокне преобразовывали излучение накачки с длиной волны накачки в излучение с первой длиной волны, а также преобразовывали излучение с первой длиной волны в излучение со второй длиной волны, при этом первичная длина волны накачки составляет приблизительно 1276 нм, первая длина волны составляет приблизительно 1362 нм и вторая длина волны составляет приблизительно 1455 нм.

17. Волоконно-оптический усилитель по п. 1, в котором оптическое волокно и селективные отражатели первой и второй длин волн являются фиксированными или настраиваемыми и выполнены таким образом, чтобы комбинационное рассеяние и усиление в передающем волокне преобразовывали излучение накачки с длиной волны накачки в излучение с первой длиной волны, а также преобразовывали излучение с первой длиной волны в излучение со второй длиной волны, при этом первичная длина волны накачки составляет приблизительно 1310 нм, первая длина волны составляет приблизительно 1390 нм и вторая длина волны составляет приблизительно 1480 нм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в приборостроении, медицине и других областях науки и техники, где возникает необходимость непрерывного и плавного изменения положения перетяжки лазерного гауссова пучка при обеспечении постоянства ее диаметра.

Техническое решение относится к области нелинейной оптики и квантовой электроники. Способ стабилизации и перестройки длин волн однофотонных состояний на основе спонтанного параметрического рассеяния реализуется устройством, состоящим из оптически связанных и последовательно расположенных нелинейно-оптического элемента, помещенного одновременно в термостатирующее устройство и в источник внешнего электрического поля; системы отсекающих интерференционных фильтров, для отсечения излучения накачки; устройства, разделяющего поток фотонов; дисперсионного элемента; счетчика фотонов.

Изобретение относится к кристаллам, предназначенным для применения в твердотельных лазерах, а именно в CPA-лазерах (от английских слов “chirp pulse amplification” – “усиление чирпированного импульса”) - короткоимпульсных лазерах с высокой пиковой мощностью.

Изобретение относится к получению монокристаллов метабората бария ΒaΒ2O4 (ВВО), применяемых в лазерных системах. Рост кристалла ВВО осуществляют в прецизионной нагревательной печи, обладающей высокой симметрией и стабильностью теплового поля из высокотемпературного раствора-расплава, включающего расплав бората бария ΒaΒ2O4 и комплексный растворитель на основе эвтектического состава LiF - NaF с избытком B2O3 от 3 до 7 вес.

Изобретение относится к области лазерной техники. Твердотельный активный элемент состоит как минимум из трех слоев, при этом слой, содержащий ионы активатора, сформирован в виде изгиба в радиальном направлении по отношению к оптической оси упомянутого элемента.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к импульсным твердотельным лазерам. Лазер с поперечной диодной накачкой содержит активный элемент и параллельно расположенный источник накачки в виде линейки лазерных диодов.

Изобретение относится к лазерной технике. Многолучевой электроразрядный лазер включает в себя параллельные газоразрядные трубы, расположенные вокруг центральной оси, оптический резонатор из глухого и частично отражающего зеркал, расположенный напротив торцов газоразрядных труб перпендикулярно к их оси, и две уголковые зеркальные призмы, установленные возле противоположных торцевых поверхностей газоразрядных труб.

Изобретение относится к области лазерной техники и касается способа получения последовательности идентичных фемтосекундных импульсов. Способ включает в себя разделение излучения лазера на две части, одна из которых поступает на фотодетектор, где выделяется сигнал с частотой повторения импульсов, который смешивается с сигналом синтезатора опорной частоты повторения импульсов и поступает на блок фазовой привязки частоты повторения импульсов лазера.

Изобретение относится к лазерной технике. Лазер с модуляцией добротности и синхронизацией мод содержит активную среду, два концевых зеркала и один оптический модулятор, используемый как для модуляции добротности, так и для синхронизации мод лазера.

Изобретение относится к технологии получения соединений сложных оксидов со структурой граната, солегированных редкоземельными элементами, которые могут быть применены в технологии синтеза оптических керамических материалов лазерного качества при создании активных тел твердотельных лазеров различной геометрии.

Изобретение относится к лазерной измерительной технике. Многомодовый волоконный лазерный гироскоп включает кольцевой лазер, состоящий из оптического усилителя, кольцевого резонатора в виде смотанного в катушку световода, фазового модулятора, с помощью которого создается частотная подставка, и волоконного разветвителя Х-типа, два порта которого служат для вывода части мощности излучения кольцевого лазера, устройство объединения выводимых из кольцевого лазера волн, фотоприемник и электронную систему.

Группа изобретений относится к технологии ввода света, выходящего из нескольких волоконных лазерных устройств, в один оптический компонент и управления излучением, выходящим из таких лазерных устройств.

Лазерный источник содержит блок генерации лазерного луча, содержащий диодные лазерные источники для генерации первого лазерного луча, блок оптического усиления для накачки первым лазерным лучом и излучения второго лазерного луча, и оптический блок переключения и адресации лазерного луча, расположенный между блоком генерации и блоком оптического усиления и содержащий первую оптическую линию для транспортировки первого лазерного луча к первому выходу, вторую оптическую линию для транспортировки первого лазерного луча к усилительному модулю блока оптического усиления, и селекторное устройство, расположенное между входом и первой и второй оптическими линиями для направления первого лазерного луча к первой оптической линии, чтобы генерировать лазерный луч, имеющий более высокую мощность и более низкое качество на первом выходе, или к второй оптической линии, чтобы генерировать лазерный луч, имеющий меньшую мощность и более высокое качество на втором выходе.

Изобретение относится к лазерной технике. Импульсный волоконный генератор содержит однонаправленный кольцевой волновод, выполненный с возможностью испускать серию импульсов.

Изобретение относится к лазерной технике. Импульсный волоконный генератор содержит однонаправленный кольцевой волновод, выполненный с возможностью испускать серию импульсов.

Изобретение относится к области волоконно-оптических источников усиленной спонтанной эмиссии. Способ решает задачу стабилизации в диапазоне температур нескольких параметров выходного оптического излучения источника усиленной спонтанной эмиссии, построенного по двухпроходной схеме с двухсторонней накачкой легированного ионами эрбия активного волокна двумя лазерными диодами, в частности мощности и центральной длины волны или мощности и ширины спектра.

Изобретение относится к области волоконно-оптических источников усиленной спонтанной эмиссии. Способ решает задачу стабилизации в диапазоне температур нескольких параметров выходного оптического излучения источника усиленной спонтанной эмиссии, построенного по двухпроходной схеме с двухсторонней накачкой легированного ионами эрбия активного волокна двумя лазерными диодами, в частности мощности и центральной длины волны или мощности и ширины спектра.

Изобретение относится к технологии лазерной обработки материала, преимущественно к обработке поверхностного слоя металлического изделия сложной формы. Задачей изобретения является формирование максимально равномерного упрочненного слоя без оплавления поверхности при обработке по любым траекториям.

RGB источник света для осветительно-проекционной системы содержит красный, зеленый и синий лазеры, каждый из которых выдает случайно поляризованный одномодовый свет с шириной спектральной линии по меньшей мере 4 нм.

Группа изобретений относится к активным волоконным световодам с полностью волоконными вводом излучения накачки в первую оболочку. Волоконный световод-конус для усиления оптического излучения содержит сердцевину из кварцевого стекла, легированного ионами редкоземельных элементов и дополнительными легирующими добавками (например, Ge, Al, Р, F, В), взятыми вместе или по отдельности, при этом диаметр сердцевины увеличивается по длине световода.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат – уменьшение муаровой интерференции.

Изобретение относится к лазерной и волоконной технике. Волоконно-оптический усилитель содержит оптический мультиплексор и оптическое волокно, оптически соединенное с оптическим мультиплексором, при этом селективные отражатели первой и второй длин волн сформированы на оптическом волокне, причем селективный отражатель первой длины волны выполнен с возможностью отражать излучение с первой длиной волны, а селективный отражатель второй длины волны выполнен с возможностью отражать излучение со второй длиной волны, которая больше первой длины волны. При этом первая и вторая длины волн выбраны таким образом, чтобы комбинационное рассеяние и усиление в передающем волокне преобразовывали первичное излучение накачки с первичной длиной волны накачки, которая меньше первой длины волны, в излучение с первой длиной волны, а также преобразовывали излучение с первой длиной волны в излучение со второй длиной волны. Технический результат заключается в повышении мощности выводимого излучения. 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх