Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

HUT58927A - Optical fibre and optical amplifier with said optical fibre - Google Patents

Optical fibre and optical amplifier with said optical fibre Download PDF

Info

Publication number
HUT58927A
HUT58927A HU907080A HU708090A HUT58927A HU T58927 A HUT58927 A HU T58927A HU 907080 A HU907080 A HU 907080A HU 708090 A HU708090 A HU 708090A HU T58927 A HUT58927 A HU T58927A
Authority
HU
Hungary
Prior art keywords
optical fiber
optical
erbium
wavelength
fiber
Prior art date
Application number
HU907080A
Other languages
English (en)
Other versions
HU907080D0 (en
Inventor
Giorgio Grasso
Aldo Righetti
Flavio Fontana
Original Assignee
Pirelli Cavi Spa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pirelli Cavi Spa filed Critical Pirelli Cavi Spa
Publication of HU907080D0 publication Critical patent/HU907080D0/hu
Publication of HUT58927A publication Critical patent/HUT58927A/hu

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

Description

A találmány tárgya optikai szál és optikai erősítő az optikai szállal. A különösen optikai távközlési vonalban alkalmazott optikai átviteli elem létrehozására szolgáló optikai szál anyaga kívánt hullámhosszúságú koherens fényt generáló erbiumos első doppoló összetevővel és optikai hullámvezetést biztosító törésmutatót változtató második doppoló összetevővel van kiképezve, amelyhez lézeres emissziót előidéző, adott hullámhosszúságú fényt generáló szivattyúzó fényforrás van csatlakoztatva. A javasolt optikai erősítő célszerűen száloptikás távközlési rendszerekben használható, benne lézeremisszióval működtetett, erbiummal doppolt anyagú aktív optikai szálhoz meghatározott hullámhosszon fényenergiát szivattyúzó lézerforrás kapcsolódik. Az optikai szál lényege, hogy az anyag őt befogadó optikai erősítőben alkalmazott szivattyúzó lézerforrás (4) emissziós hullámhosszán fényenergiával szemben jelentős abszorpciót mutató, abszorbeált szivattyúzó energiát az erbiumos első összetevőhöz továbbító és ennek révén optikai átviteli jel jelenlétében gerjesztett fényemissziót generáló verziót előidéző harmadik doppoló összetevővel van kialakítva. Az optikai erősítő lényege abban van, hogy az aktív optikai szál (5) anyaga a szivattyúzó lézer emissziós hullámhosszánál fényabszorpciót mutató és az aszorbeált fényenergiát az aktív optikai szálban (5) levő erbiumnak átadó, ezzel az utóbbiban populációinverziót és ennek eredményeként optikai átviteli jel jelenlétében stimulált fényemissziót okozó további doppoló összetevőt tartalmaz.
^1. ábra • · · · · ·
80.90
Képviselő:
DANUBIA SZABADALMI ÉS VÉDJEGY IRODA KFT.
Budapest • ·· · · *· · · ····
A
N&ZOS; Go2
H-ο Ί s 3/o
OPTIKAI SZÁL ÉS OPTIKAI ERŐSÍTŐ AZ OPTIKAI SZÁLLAL
Societá Cavi Pirelli S.p.A. Milánó, OLASZORSZÁG, IT
Feltalálók:
Giorgio GRASSO Monza (Milánó)
Aldo RIGHETTI Milánó
Flavio FONTANA Cormano (Milánó) OLASZORSZÁG, ΓΓ
A bejelentés napja: 1990. 11. 09.
Elsőbbsége: 1989. 11. 10. (22357 A/89) it/
OLASZORSZÁG
71282-6299/NE-Ko
A találmány tárgya optikai szál és optikai erősítő az optikai szállal. A különösen optikai távközlési vonalban alkalmazott optikai átviteli elem létrehozására szolgáló optikai szál anyaga kívánt hullámhosszúságú koherens fényt generáló erbiumos első doppoló összetevővel és optikai hullámvezetést biztosító törésmutatót változtató második doppoló összetevővel van kiképezve, amelyhez lézeres emissziót előidéző, adott hullámhosszúságú fényt generáló szivattyúzó fényforrás van csatlakoztatva. A javasolt optikai erősítő célszerűen száloptikás távközlési rendszerekben használható, benne lézeremisszióval működtetett, erbiummal doppolt anyagú aktív optikai szálhoz meghatározott hullámhosszon fényenergiát szivattyúzó lézerforrás kapcsolódik.
Ismeretes, hogy az optikai szálakat gerjesztett emisszió és így lézeres fényforrásként, valamint optikai erősítőként való felhasználás szempontjából fontos összetevőkkel doppolt maganyaggal készítik el. Az ilyen optikai szálakban a meghatározott hullámhosszú fényt előállító forrásból eredő fénnyel végzett táplálás hatására a doppoló atomok gerjesztett energiaállapotba és elektronjaik szivattyúzó sávba kerülnek, ami azonban instabil állapotot jelent. Innen az elektron sugárzás nélkül igen rövid időn közbenső metastabil állapotot jelentő energiaszintre esik vissza, amelynek indukált emissziónál (a lézersugárzás emissziójánál) van lényeges szerepe. Az elektronok a metastabil állapotban viszonylag hosszú ideig tartózkodhatnak. Ez a populációinverziónak nevezett állapot.
Ha az optikai szivattyúzásnak (pumpálásnak) ezt az említett mechanizmusát fenntartjuk, ezzel igen sok atomot lehet • · · ·
- 3 gerjesztett állapotba hozni, majd az elektronok metastabil gerjesztett és az adott közegre jellemző alapállapota közötti különbségnek megfelelő hullámhosszú fénynek a közegen való átbocsátásával kikényszeríthető a gerjesztett atomok visszatérése az alapállapotukkal általában azonos alacsonyabb energiaszintre. Az így létrejövő indukált emisszió eredményeként generált fény (lézersugárzás) hullámhossza az átbocsátott fényével azonos. A fentiekből következően az ily módon magasabb energiaszintről való visszatéréssel közbenső állapotokra gerjeszthető anyagú, vagyis a populációinverzió állapotába vihető optikai szál felhasználásával a szálba juttatott optikai jel erősítése biztosítható.
A fentiekben leírt jelenség több különböző hullámhosszon is kiváltható, így az optikai szálra fluoreszcenciás spektrum határozható meg.
Az ismertetett mechanizmus szerint megvalósuló erősítéssel járó indukált emisszió akkor válik lehetővé, ha a szálba elegendő nagyságú energiát szivattyúzunk, aminek révén a populációinverzió állapotában nagyobb számú atom jelen lehet és ezek között a doppoló anyag atomjainak száma nagyobb, mint az alapanyagé, amelynek atomjai általában az energetikai alapállapotban vannak. Az inverz populáció kialakításához szükséges energiát egyebek között fény formájában lehet közölni az optikai szál közegével, vagyis a szálhoz olyan fényforrást kell csatlakoztatni, amely a doppoló anyagnak a lézeremisszióhoz szükséges közbenső szintet meghaladó szintre való gerjesztésére alkalmas hullámhosszú fényt sugároz.
Az optikai szálakra jellemző fényabszorpciós színkép ve·· · ·
- 4 “ hető fel. Ez annyit jelent, hogy az optikai szál anyagában jelen levő doppoló összetevők különböző jellemzőjű energetikai átmeneteket tesznek lehetővé, aminél azok a hullámhosszak különösen fontosak, amelyekre az abszorpció mértéke nagy.
Mindennek megfelelően abból a célból, hogy a szivattyúzó energiából elegendően nagy mennyiséget juttassunk az optikai szálba, a fényenergiát az optikai szálba olyan hullámhosszon kell bejuttatni, amelynél az abszorpciós színkép csúcsához tartozó átmeneti energiaszint magasabb mint a kívánt lézeremissziós szint vagy legalább azzal egyenlő.
Ha például az optikai szál maganyagát erbiummal doppoljuk, mint azt például a 88-13769 számon közzétett GB szabadalmi bejelentés javasolja, mégpedig a fentiekben leírt típusú gerjesztett emisszió létrehozására optikai erősítő funkciók ellátása céljából, akkor azt mintegy 980 nm hullámhosszú fényenergia szivattyúzásával és így ilyen energiájú fény abszorpciójával lehet gerjesztett állapotba hozni. Ebből a célból az említett hullámhosszon sugárzó lézert célszerű alkalmazni.
Az így meghatározott hullámhossztartományban működő lézerek között a félvezető dióda lézerek a tipikusak, amelyek széles körben elterjedtek az optikai szálas távközlési rendszerekben. Ennek oka az, hogy ezek a lézerek kis méretűek, megbízhatóak, alacsony költségszinten gyárthatók. A mintegy 980 nm hullámhosszú fénnyel dolgozó berendezéseknél az alapvető probléma azonban a kis teljesítmény, amely általában 10 mW nagyságrendű, amit az említett emissziós hullámhossz biztosításához szükséges finom kristályszerkezet indokol. Ezért ezek a lézerek nem alkalmasak teljesítményerősítési funkciók ellátására, amelyekre a távközlési vonalak mentén nagy szükség van.
A nagyobb, általában 50 mW-nál nagyobb kimenő teljesítményt biztosító félvezető lézerekre az jellemző, hogy az általuk generált optikai sugárzás hullámhossza 900 - 950 nm, ami viszont kívül esik azon a tartományon, amelyben az erbiummal doppolt szálak kívánt mértékű energiaabszorpcióra képesek. Ennek megfelelően ezek a félvezető lézerek az erbiummal doppolt optikai szálaknál lényegében nem használhatók.
Optikai erősítőknél a szivattyúzó fényenergia forrásaként jól használhatók lennének az ismert egyéb nagyteljesítményű lézerek is, mint például a neodímium:YAG felépítésű háromszintes diódás szivattyúzó lézerek, de ezekre a 947 nm emissziós hullámhossz jellemző, ami szintén az erbiumos doppoló összetevő hatékony optikai szivattyúzásához szükséges tartományon kívül esik.
A fentiekből következően fennáll az igény olyan fényforrást tartalmazó elrendezés létrehozására, amelynél az erbiummal doppolt közeg optikai gerjesztése biztosítható.
A találmány feladata olyan doppolt optikai szál létrehozása, amelyben az abszorpciós szint elegendően nagy ahhoz, hogy fénysugárzás hatására a doppoló anyagok vagy összetevők a lézeres emisszióhoz szükséges metastabil állapot felvételére alkalmas energiaállapotba kerüljenek, vagyis olyan optikai szál létrehozása, amely nagy teljesítményű lézerrel együttműködve ipari és távközlési célokra a gyakorlatban jól használható, valamint képes távközlési vonalakban optikai jelek erősítésére.
A kitűzött feladat megoldására egyrészt különösen optikai távközlési vonalban alkalmazott optikai átviteli elem lét • · • · · · rehozására szolgáló optikai szálat, másrészt különösen száloptikás távközlési rendszerhez szükséges optikai erősítőt hoztunk létre.
A javasolt optikai szálnál, amelynek anyaga kívánt hullámhosszúságú koherens fényt generáló erbiumos első doppoló összetevővel és törésmutatót optikai hullámvezetés igényeinek megfelelően változtató második doppoló összetevővel van kiképezve és amelyhez lézeres emissziót előidéző, adott hullámhosszúságú fényt generáló szivattyúzó fényforrás van csatlakoztatva, a találmány értelmében az anyag őt befogadó optikai erősítőben alkalmazott szivattyúzó lézerforrás emissziós hullámhosszán fényenergiával szemben jelentős abszorpciót mutató, abszorbeált szivattyúzó energiát az erbiumos első összetevőhöz továbbító és ennek révén optikai átviteli jel jelenlétében gerjesztett fényemissziót generáló populációinverziót előidéző harmadik doppoló összetevővel, célszerűen háromértékű kationként jelen levő itterbiummal van kialakítva.
Különösen előnyös a találmány szerinti optikai szálnak az az itterbiumos kiviteli alakja, amelynél az itterbium és az erbium olyan mennyiségben van jelen, hogy oxidjaik mennyiségére az [Yb2O3] < -------- < 100 [Er2O3] összefüggés teljesül, továbbá az itterbium részaránya az anyag mennyiségéhez viszonyítva legfeljebb 5 tömeg%, célszerűen azonban 1 tömeg%-nál nem nagyobb.
A találmány szerinti optikai szálnál különösen előnyös, ha a törésmutató változtatására alkalmas második doppoló • ·♦♦» 4 · · ·· · ·· ·· ·«· · · · • · · · · · összetevő germánium vagy alumínium.
A kitűzött feladat megoldására létrehozott optikai erősítőben lézeremisszióval működtetett, erbiummal doppolt anyagú aktív optikai szálhoz meghatározott hullámhosszon fényenergiát szivattyúzó lézerforrás kapcsolódik, és a találmány értelmében az aktív optikai szál anyaga a szivattyúzó lézer emissziós hullámhosszánál fényabszorpciót mutató és az aszorbeált fényenergiát az aktív optikai szálban levő erbiumnak átadó, ezzel az utóbbiban populációinverziót és ennek eredményeként optikai átviteli jel jelenlétében stimulált fényemissziót okozó további doppoló összetevőt tartalmaz, amely célszerűen háromértékű kation formájában jelen levő itterbium, míg a fényenergiát szivattyúzó fényforrás előnyösen 900 nm és 950 nm közötti hullámhosszon sugárzó háromszintű, diódával szivattyúzott neodímium: :YAG típusú vagy félvezető diódalézer.
A találmány szerinti optikai erősítőnél ugyancsak előnyös, ha az aktív optikai szál anyagában a további doppoló összetevőtjelentő itterbium és az erbium olyan mennyiségben van jelen, hogy oxidjaik mennyiségére az [Yb2O3] < -------- < 100 [Er2O3] összefüggés teljesül, továbbá az itterbium részaránya az anyag mennyiségéhez viszonyítva legfeljebb 5 tömeg%, általában legfeljebb 1 tömeg%.
A találmány tárgyát a továbiakban példakénti kiviteli alakok alapján, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon az
1. ábra: doppolt szállal létrehozott találmány szerinti erősí- • ··♦· «· ···· ·· ·· ··· ♦·· • · · · · · ·· ·· ·· ·· ··« <· ·· ·♦ ····
- 8 tő tömbvázlata, a
2« ábra: az 1. ábra szerinti optikai erősítő létrehozásához alkalmazott optikai szál energiaszintjeinek vázlatos elrendezése, a
3. ábra: szilícium-dioxid alapú üvegből készült, erbiummal (Er3+) doppolt optikai szál fényabszorpciós görbéje, a
4. ábra: szilícium-dioxid alapú üvegből készült, erbiummal (Er3+) és itterbiummal (Yb3+) doppolt, találmány szerinti optikai szál egyik kiviteli alakjának fényabszorpciós görbéje, az
5. ábra: szilícium-dioxid alapú üvegből készült, erbiummal (Er3+) és itterbiummal (Yb3+) doppolt, találmány szerinti optikai szál egy másik kiviteli alakjának fényabszorpciós görbéje, míg a
6. ábra: a 4. ábrán bemutatott optikai szálra jellemző ger- jesztett emissziót ábrázoló görbe.
Távközlési célokra előkészített szálakban terjedő jelek teljesítményszintjenek erősítésére jól ismert az optikai szállal létrehozott erősítők alkalmazása. Ezek az erősítők lényegében az 1. ábra szerint épülnek fel, ahol 1 optikai távközlési vonal elején 2 lézeres jelforrás van elrendezve. A 2 lézeres jelforrás λ3 hullámhosszú jelet állít elő és ez az 1 optikai távközlési vonal egy adott hosszúságú szakasza után 3 dikroikus csatolóelembe kerül. A 3 dikroikus csatolóelem 4 szivattyúzó lézerforrással kapcsolódik és itt a fényjel λρ hullámhosszú szivattyúzó fénnyel kombinálódik. A két hullámhosszú fény kombinációjaként kapott fény 5 optikai szálon keresztül halad tovább 6 aktív erősítő vonalszakaszba, amely szintén optikai • »♦♦· ♦· ···· ·· ·· · · · · · · ·····♦ ·· ·· · · ·· ··· *· ·· ·♦ ·· · ·
- 9 szálként van kiképezve. Ez utóbbiban a jel a kívánt mértékben felerősödik és 7 vonali optikai szálon át halad tovább a kijelölt cél felé.
A 6 aktív erősítő vonalszakasz létrehozásához általában ismert felépítésű optikai szálanyagokból indulunk. Ezt az erősítő szakaszt például szilícium-dioxid alapú üvegből készítjük, amelyhez a törésmutató változásának kívánt profilját beállító alumínium-oxidot (A12O3) adagolunk. Ennek az ismert intézkedésnek a célja a hullámvezetés feltételeit biztosító törésmutatóváltozás előidézése. Ehhez az anyaghoz további doppoló összetevőként erbiumot adunk, például Er2O3 alakjában, aminek célja az erősítés lehetőségének létrehozása. Ilyen megoldást mutat például a GB-A1 88-13769 számon közzétett brit szabadalmi leírás, amelynél az erbiummal biztosított populációinverzió az átmenő jel kívánt mértékű erősítésének feltételeit teremti meg. Egy másik megoldás szerint a lézeres emisszióra szolgáló összetevő ugyancsak erbium, amelyhez a törésmutató kívánt változását biztosító doppoló összetevőként germániumot adagolunk.
A fentiekben leírt típusú szál energiaszintjeit a 2. ábra mutatja. Ezen a különböző E energiával jellemzett energiaállapotok láthatók, amelyeket a szilícium-dioxid alapú mátrixból készült üvegszál anyagában oldott erbiumionok képesek biztosítani. Ennél a megoldásnál, ha az anyagban λρ hullámhosszú szivattyúzó fény terjed, és ez a hullámhossz kisebb, mint az átviteli jel hullámhossza, az erbium Er3+ formában jelen levő ionjai közül több 8 gerjesztési sávba kerül, ami a továbbiakban a szivattyúzásra jellemző energiasávot jelöli. Ebből a szilícium— dioxid alapú mátrixban jelen levő doppoló összetevők a lé— ♦» ·· ···· ·· • · · · · · zeremisszióra jellemző 9 emissziós szintre térnek vissza, mégpedig spontán módon.
A 9 emissziós szinten az említett erbiumionok viszonylag hosszú ideig tartózkodhatnak, ez lehetővé teszi a populációinverzió állapotának felvételét, amikoris a 9 emissziós szinthez tartozó magasabb energiaszinten több atom van, mint 10 alapszinten, amelyet a gerjesztetlen atomok energiaállapota határoz meg. Ha a 9 emissziós szinten nagyobb számú ion tartózkodik, a 10 alapszintre való visszatéréshez tartozó hullámhosszú fény átengedésekor a 9 emissziós szintről az ionok visszatérnek a 10 alapszintre, ez fényenergia kibocsátásával jár és a kaszkád módon lezajló folyamat eredményeként a 6 aktív erősítő vonalszakasz végén a kiindulásihoz képest jóval nagyobb energiájú átviteli jelet kapunk.
A fentiekben leírt összetételű anyaggal létrehozott optikai szál fényabszorpciós spektrumában, amely a hullámhossz függvényében az A csillapítást mutatja, mintegy 980 nm hullámhossznál (3. ábra) jellegzetes, igen magas csúcs található. Az ehhez a csúcshoz tartozó abszorpciónál az adott hullámhosszú fény jelenlétében az erbiumionok a szivattyúzó sávba térnek vissza és így a 980 nm körüli hullámhosszú fénysugárzás hatására az optikai szálba viszonylag nagy szivattyúzó energia táplálható, ami az erősítés céljaira szolgál.
Ezt a hullámhosszt laboratóriumi feltételek között igen könnyen lehet előállítani például titán-zafír alapú lézerekkel vagy félvezető diódás lézerekkel. Ezzel szemben az ipari és más gyakorlati felhasználásoknál, az optikai szálas távközlési rendszerekben az előzőekben említettek lézerekkel előállítható11 aknái nagyobb teljesítményekre van szükség, mégpedig olyanokra, amelyeket például a kereskedelmi forgalomban könnyen beszerezhető neodímium:YAG típusú diódás háromszintes szivattyúzó lézerek vagy a félvezető diódás lézerek nagyobb teljesítményű típusai biztosítanak. Az előbbiekre a 947 nm körüli, az utóbbiakra a 900 - 950 nm tartományba eső hullámhossz a jellemző. Ezek a lézerek legalább 50 mW teljesítményt biztosítanak, bekerülési költségük és megbízhatóságuk elegendően nagy ahhoz, hogy elvileg távközlési vonalak alkotórészei lehessenek.
Mint az előzőekben már említettük, ezeknél a lézeres fényforrásoknál az emissziós sáv 900 és 950 nm között van. A 3. ábrából jól kitűnik, hogy ebben a hullámhossztartományban az erbiumtartalmú optikai szál abszorpciója igen alacsony, ami lényegében kizárja azt, hogy a lézerhatást biztosító kívánt populációinverz iós állapot kialakulhasson.
Megállapításunk szerint azonban, ha erbium mellett itterbiumot (Yb3+) alkalmazunk második doppoló összetevőként, ahol nyilvánvalóan az erbium mellett a törésmutató kívánt függvény menti változtatására alkalmas doppoló összetevő (alumínium vagy germánium) szintén jelen van, a 4. ábra szerinti abszorpciós görbét kapjuk, amelyben a nagy abszorpcióval jellemzett hullámhossztartomány igen széles. Ez felöleli a neodímium:YAG lézerek háromszintes emissziós sávját, de ugyanúgy a félvezető diódás lézerek előbb említett emissziós sávját. Ezen kívül meglepő hatásként azt tapasztaltuk, hogy ennél a hullámhossztartománynál az itterbium jelenléte miatt a fényabszorpcióval együtt az erbiummal doppolt szálakra jellemző hullámhosszú lézersugárzás nyerhető, vagyis az ilyen optikai szál optikai erősítő ak12 tív elemeként alkalmazható.
Az említett típusú, tehát erbiummal és itterbiummal doppolt optikai szálaknál az energia abszorpciója valószínűleg úgy zajlik, hogy az itterbium ionjai a felvett energiát az erbium ionjaihoz továbbítják, így az utóbbiak elérik a lézeremisszióhoz szükséges szintet és biztosítják az ehhez a szinthez viszonyított hullámhosszon az optikai erősítést.
Az előbbiekben elmondottak alátámasztásaként elmondható, hogy az 1,5 - 1,6 Mm hullámhossztartományba eső abszorpcióval jellemzett és csak itterbiummal doppolt optikai szálaknál a lézerhatás nem figyelhető meg. Nyilvánvaló tehát, hogy a fényemisszió nem csak az itterbium jelenlétének következménye, hiszen az emissziós hullámhossz az erbiumra tipikus értékként jelenik meg.
Kísérleti célokra olyan aktív szálat készítettünk, amely szilícium-dioxid alapú anyagból készült, benne a doppoló összetevők részaránya a következő volt:
Er2O3 0,06 tömeg%
Yb2O3 6,0 tömeg%
A12O3 8,5 tömeg%.
Az említett optikai szál a 4. ábrán bemutatotthoz hasonló abszorpciós görbével jellemezhető, benne a fényabszorpció lényegében a 890 nm és 1000 nm közötti hullámhossztartományban biztosított.
A szál emissziós színképe a 6. ábrán látható. Ez azt mutatja, hogy mintegy 80 mW teljesítményű, 930 nm hullámhosszú fényt emittáló szivattyúzó forrás alkalmazásakor az emisszió lefutása lényegében hasonló a csak erbiumot tartalmazó sziliéi13 um és alumínium alapú szálakéhoz.
Az említett felépítésű optikai szál felhasználásával az
1. ábra szerinti optikai erősítőt építettünk, amelynél a 6 aktív erősítő vonalszakasz hossza 5 m. Ehhez szivattyúzó lézerként háromszintű Nd:YAG lézert csatlakoztattunk, amely 947 nm hullámhosszon sugárzott, teljesítménye 100 mW volt. A kereskedelmi forgalomban beszerezhető lézert használtunk.
Az optikai szálon (In, Ga, As) DFB elrendezésű félvezető lézer által keltett fényimpulzusokat engedtünk át. Ezekre az 1531 nm hullámhossz és a mintegy 1 mW teljesítmény volt jellemző. A 6 aktív erősítő vonalszakasz bemenetéig ebből a jelteljesítményből alig valami maradt, hiszen lényegében 1 mW teljesítményű jel érkezett oda.
A fenti feltételek között az erősítő elrendezés mintegy 30 dB nyereséget tett lehetővé.
Az említett elrendezést összehasonlítás céljából olyan szilícium-dioxid alapú aktív optikai szállal is összehasonlítottuk, amelyben doppoló összetevőként A12O3 és Er2O3 volt jelen, ez utóbbi mintegy 600 ppm részarányban. Most is az előbbiekben bemutatott szivattyúzó teljesítményforrást választottuk, amelyre a 947 nm hullámhossz volt jellemző. Ebben az esetben a nyereség alig 8 dB volt. Ha viszont mintegy 980 nm hullámhosszú szivattyúzó lézerforrást alkalmaztunk, amit például félvezető dióda alapú, csökkent (legfeljebb 10 mW) teljesítményű lézerrel valósítottunk meg, amely alkalmatlan a távközlési jelek kívánt mértékű erősítésének biztosítására, vagy pedig ugyanerre a célra a rendkívül költséges titán-zafír alapú nagyobb teljesítményű lézereket használtunk, jelentős nyereség ·· · · • ···· ·« ··*· • · · · · ··<··* • « · · · · · ·*· ·· 4« »9
- 14 volt elérhető. Az utóbbi lézerek széleskörű ipari alkalmazását költséges voltuk zárja ki.
Az 5. ábrán germániummal doppolt szilícium-dioxid alapú szál abszorpciós diagramja látható, amelynek anyagában a következő összetevők voltak találhatók:
Er2O3 0,175 tömeg%
Yb2O3 1,72 tömeg%.
Könnyen belátható, hogy azoknál az optikai szálaknál, amelyeknél a törésmutató kívánt lefutású változását germániummal biztosítjuk, a fenti abszorpciós jelenségek figyelhetők meg, ezért ezek jól használhatók a háromszintű Nd:YAG lézereket hasznosító optikai erősítőkkel való együttműködésre vagy olyan elrendezésekben, ahol a szivattyúzást 900 - 950 nm hullámhossztartományban sugárzó félvezető diódával valósítjuk meg.
A találmány szerint kialakított optikai szálban az itterbium mennyisége célszerűen nem kisebb, mint az erbiumé, amit elsősorban az itterbiumtól az erbiumhoz való energiaátvitel hatékonysága alapoz meg. A tapasztalat szerint az említett fémek oxidjait tekintve az optikai szál maganyagában a következő részaránytartomány tűnik különösen előnyösnek:
[Yb2O3] < -------- < 100 [Er2O3]
A javasolt optikai szálban az itterbium maximális részaránya 5 tömeg% alatt van, célszerűen 1 tömeg%-ot nem lép túl. Ha az itterbiumot nagyobb koncentrációban használjuk, ezzel az optikai szál erősítő funkcióját rontjuk le, mivel az itterbium a szálon belüli fényterjedési feltételeket változtatja és ezen túlmenően az erősítési hatékonyság csökkenne. Az itterbium je• «·«· ·· «V • * ·· • · * » ··· ·· ·♦
lenléte miatt nagyobb részaránya esetén nemkívánatos típusú energiaátmenetekre kellene számítani, a szivattyúzó teljesítményforrásokból származó nyereség leromlana.
A doppoló összetevőket a szál anyagába különböző ismert módokon lehet bevinni. Ilyen például az oldatok kialakítása, amelyek felhasználásával a kívánt egyenletes eloszlás létrehozható, de adott esetben más, az adott feltételektől függő technikák ugyancsak alkalmazhatók.
A találmány szerinti optikai szál anyagába a felhasználás céljaitól függően további doppoló összetevők szintén bevihetők.
A fenti ismertetés lényegében a találmány legfontosabb megvalósítási módjaira szorítkozik, de egyáltalában nem jelenti az oltalmi kör ezekre való korlátozásának szándékát.

Claims (10)

  1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK
    1. Optikai szál, különösen optikai távközlési vonalban alkalmazott optikai átviteli elem létrehozására, amelynek anyaga kívánt hullámhosszúságú koherens fényt generáló erbiumos első doppoló összetevővel és optikai hullámvezetést biztosító törésmutatót változtató második doppoló összetevővel van kiképezve, amelyhez lézeres emissziót előidéző, adott hullámhosszúságú, fényt generáló szivattyúzó fényforrás van csatlakoztatva, azzal jellemezve, hogy az anyag őt befogadó optikai erősítőben alkalmazott szivattyúzó lézerforrás (4) emissziós hullámhosszán fényenergiával szemben jelentős abszorpciót mutató, abszorbeált szivattyúzó energiát az erbiumos első doppoló összetevőhöz továbbító és ennek révén optikai átviteli jel jelenlétében gerjesztett fényemissziót generáló populációinverziót előidéző harmadik doppoló összetevővel van kialakítva.
  2. 2. Az 1. igénypont szerinti optikai szál, azzal jellemezve, hogy a harmadik doppoló összetevő háromértékű kationként jelen levő itterbium vagy annak vegyülete.
  3. 3. A 2. igénypont szerinti optikai szál, azzal jellemezve, hogy anyagában az itterbium és az erbium olyan mennyiségben van jelen, hogy oxidjaik mennyiségére az [Yb2O3]
    1 < -------- < 100 [Er2O3] összefüggés teljesül, továbbá az itterbium részaránya a maganyag mennyiségéhez viszonyítva legfeljebb 5 tömeg%.
  4. 4. A 3. igénypont szerinti optikai szál, azzal jellemez- < «··· ·· ···· ·· ·· · · · · · · • · ·· · · • · · · ·· · · ··· ·9 «· «· ···· mezve, hogy az itterbium részaránya az anyag mennyiségéhez viszonyítva legfeljebb 1 tömeg%.
  5. 5. Az 1.-4. igénypontok bármelyike szerinti optikai szál, azzal jellemezve, hogy a törésmutató változtatására alkalmas második doppoló összetevő germánium.
  6. 6. Az 1.-4. igénypontok bármelyike szerinti optikai szál, azzal jellemezve, hogy a törésmutató változtatására alkalmas második doppoló összetevő alumínium.
  7. 7. Optikai erősítő, különösen száloptikás távközlési rendszerhez, amelyben lézeremisszióval működtetett, erbiummal doppolt anyagú aktív optikai szálhoz (5) meghatározott hullámhosszon fényenergiát emittáló szivattyúzó lézerforrás (4) kapcsolódik, azzal jellemezve, hogy az aktív optikai szál (5) anyaga a szivattyúzó lézer emissziós hullámhosszánál fényabszorpciót mutató és az aszorbeált fényenergiát az aktív optikai szálban (5) levő erbiumnak átadó, ezzel az utóbbiban populációinverziót és ennek eredményeként optikai átviteli jel jelenlétében stimulált fényemissziót okozó további doppoló összetevőt tartalmaz.
  8. 8. A 7. igénypont szerinti optikai erősítő, azzal jellemezve, hogy az aktív optikai szál (5) anyagának további doppoló összetevője háromértékű kation formájában jelen levő itterbium, míg a fényenergiát szivattyúzó fényforrás 900 nm és 950 nm közötti hullámhosszon sugárzó háromszintű, diódával szivattyúzott neodímium:YAG típusú vagy félvezető diódalézer.
  9. 9. A 8. igénypont szerinti optikai erősítő, azzal jellemezve, hogyaz aktív optikai szál (5) anyagában az itterbium és az erbium olyan mennyiségben van jelen, hogy oxidjaik mennyisé- • ···· 99 999999
    99 9 9 99 9 9
    9 9 »99 Ο
    9 9 ·· · · · » ··· ·· ·· ··9999 gére az [Yb2O3]
    1 < -------- < 100 [Er2O3] összefüggés teljesül, továbbá az itterbium részaránya az optikai szál maganyagának mennyiségéhez viszonyítva legfeljebb 5 tömeg%.
  10. 10. A 9. igénypont szerinti optikai erősítő, azzal jellemezve, hogy az aktív optikai szál (5) maganyagában az itterbium koncentrációja legfeljebb 1 tömeg%.
HU907080A 1989-11-10 1990-11-09 Optical fibre and optical amplifier with said optical fibre HUT58927A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT02235789A IT1237766B (it) 1989-11-10 1989-11-10 Amplificatore ottico a fibra attiva, a larga banda di pompaggio, e relativa fibra ottica.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
HU907080D0 HU907080D0 (en) 1991-05-28
HUT58927A true HUT58927A (en) 1992-03-30

Family

ID=11195168

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
HU907080A HUT58927A (en) 1989-11-10 1990-11-09 Optical fibre and optical amplifier with said optical fibre

Country Status (18)

Country Link
EP (1) EP0427320A3 (hu)
JP (1) JPH03210537A (hu)
KR (1) KR910010207A (hu)
CN (1) CN1051794A (hu)
AR (1) AR243305A1 (hu)
AU (1) AU641441B2 (hu)
BR (1) BR9005835A (hu)
CA (1) CA2029702A1 (hu)
CS (1) CS550590A3 (hu)
FI (1) FI905563A0 (hu)
HU (1) HUT58927A (hu)
IE (1) IE904046A1 (hu)
IT (1) IT1237766B (hu)
MX (1) MX172322B (hu)
NO (1) NO904876L (hu)
PE (1) PE4991A1 (hu)
PL (1) PL287711A1 (hu)
PT (1) PT95845A (hu)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2734209B2 (ja) * 1991-01-28 1998-03-30 日本電気株式会社 光ファイバ増幅器
US5216728A (en) * 1991-06-14 1993-06-01 Corning Incorporated Optical fiber amplifier with filter
JP2669976B2 (ja) * 1991-09-24 1997-10-29 国際電信電話株式会社 光増幅器用エルビウムド−プファイバ
GB9615013D0 (en) * 1996-07-17 1996-09-04 Univ Southampton Optical glass optical waveguide amplifier and optical waveguide laser
US7117134B2 (en) 2001-10-18 2006-10-03 Lockheed Martin Corporation Method to optimize generation of ultrasound using mathematical modeling for laser ultrasound inspection
KR100584717B1 (ko) * 2004-02-26 2006-05-30 한국전자통신연구원 광섬유 및 이를 이용한 하이브리드 광섬유 증폭기
US7940453B2 (en) 2006-08-07 2011-05-10 Pyrophotonics Lasers Inc. Fiber amplifiers and fiber lasers with reduced out-of-band gain
CN107915400A (zh) * 2017-10-31 2018-04-17 华南理工大学 一种管‑熔体法制备梯度折射率yas玻璃芯光纤的方法
WO2023132733A1 (ko) * 2022-01-10 2023-07-13 엘지전자 주식회사 청소기 스테이션

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60175477A (ja) * 1984-02-21 1985-09-09 Hoya Corp レ−ザ光の増幅装置
GB8813769D0 (en) * 1988-06-10 1988-07-13 Pirelli General Plc Optical fibre
JPH02154233A (ja) * 1988-12-07 1990-06-13 Furukawa Electric Co Ltd:The 光信号増幅方式

Also Published As

Publication number Publication date
EP0427320A3 (en) 1991-09-11
NO904876D0 (no) 1990-11-09
JPH03210537A (ja) 1991-09-13
CA2029702A1 (en) 1991-05-11
AU641441B2 (en) 1993-09-23
PL287711A1 (en) 1991-07-29
FI905563A0 (fi) 1990-11-09
EP0427320A2 (en) 1991-05-15
CN1051794A (zh) 1991-05-29
IE904046A1 (en) 1991-05-22
IT1237766B (it) 1993-06-17
NO904876L (no) 1991-05-13
PT95845A (pt) 1992-06-30
HU907080D0 (en) 1991-05-28
AU6550490A (en) 1991-05-16
AR243305A1 (es) 1993-07-30
MX172322B (es) 1993-12-13
CS550590A3 (en) 1992-05-13
IT8922357A0 (it) 1989-11-10
KR910010207A (ko) 1991-06-29
PE4991A1 (es) 1991-03-09
BR9005835A (pt) 1991-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hanna et al. Continuous-wave oscillation of a monomode ytterbium doped fibre laser
KR20100043207A (ko) 포스포실리케이트 유리를 구비한 발광 디바이스
US6411432B1 (en) Laser oscillator and laser amplifier
HUT58927A (en) Optical fibre and optical amplifier with said optical fibre
KR19980079262A (ko) 레이져, 광 증폭기 및 증폭방법
RU2015125C1 (ru) Оптическое волокно
US5337401A (en) Optical functioning glass and method of manufacturing same, optical fiber, waveguide device, and laser device
Dragic et al. Efficient amplification using the/sup 4/F/sub 3/2//spl rarr//sup 4/I/sub 9/2/transition in Nd-doped silica fiber
HU214138B (en) Optical power amplifier with contaminated active optical fiber
Ouyang et al. Yb band parasitic lasing suppression in Er/Yb-co-doped pulsed fiber amplifier based on all-solid photonic bandgap fiber
JP3277494B2 (ja) 増幅用光ファイバ及びこれを用いた1.3μm帯用光ファイバ増幅器
US6693924B2 (en) Optical fiber laser structure and system based on ASE pumping of cladding element
JP4914037B2 (ja) 光ファイバ、光コヒーレンストモグラフィ装置、及び光ファイバレーザ
JP2857218B2 (ja) ファイバレーザ媒質およびこれを用いた光増幅器
Suyama et al. 14.4-dB Gain of Erbium-Doped Fiber Amplifier Pumped by 1.49-µm Laser Diode
US6650400B2 (en) Optical fibre amplifiers
JP3005074B2 (ja) ファイバ増幅器、ファイバレーザ、導波路素子増幅器、及び導波路素子レーザ
Suzuki et al. High-Gain Erbium-Doped Fiber Amplifier Pumped by 820 nm GaAlAs Laser Diodes
JP2888623B2 (ja) 光増幅装置及び光発振装置
JP2005322696A (ja) 希土類元素添加光導波路、光源および光増幅器
JP2756510B2 (ja) 広帯域ファイバレーザ媒質及びこれを用いた光増幅器
JP2001127363A (ja) Ase光源
JPH11317560A (ja) 光増幅器およびレーザ発振器
JPH06232490A (ja) 1.3μm帯増幅用光ファイバ及び光ファイバ増幅器
JP3175847B2 (ja) 双方向励起光増幅器

Legal Events

Date Code Title Description
DFD9 Temporary protection cancelled due to non-payment of fee