[发明专利]一种具有宽激励频带的有源光纤放大器及相关的有源光纤

说明书

本发明涉及一种具有宽激励频带的有源光纤放大器及相关的有源光纤。

众所周知，用特定物质掺杂包芯的光纤具有受激光发射的特征可以用作激光源和光放大器。

事实上，光纤馈入具有特定波长的光源，导致掺杂原子达到激发能态，或激励频带，从这种能态经过很短的时间原子自然衰变达到一种被称为激光发射状态，在这一状态它们保持比较长的时间。

当有与光发射状态相一致波长的发光信号通过具有大量在激光发射能级的受激态原子的光纤时，这个发光信号引起激发状原子向低能级的跃迁。此发射光具有与信号波长相一致的波长;因此，上述类型的光纤可以被用于对其传送的信号的放大。

上述现象可以在掺杂物所代表的几种波长上产生，因此在光纤中呈现光谱。

上述类型的光发射放大器的出现使得通过向光纤施加足够的激励能，可保持它处于粒子数反转状态，也就是可以维持处于激光发射态的杂质的原子数目高于处于基能态的同样杂质原子的数目。上述能量可以以光能形式供给光纤，为此光纤需要馈入具有与杂质到达高于激光发射能级的能量跃迁相一致波长的光源。

光纤显示出吸收光谱，也就是说，在所述光纤含有的杂质可进行的不相同的能量跃迁中一些波长上光吸收特别高。

因此，为了提供足够量的激励能，将所说光能在一波长上输入光纤该波长与具有一能量跃迁的光纤吸收光谱的峰值相一致，其能级与期望的激光发射能级相同或高于它。

例如一个其包芯掺杂有钼的光纤，如英国专利申请GB  NO。8813769中所述的那样，为了提供上述类型的激光光发射，使之适合于光信号放大，可以通过吸收具有大约980nm波长的光激励能使其达到激发态。

为了达到这个目的必须使用在这样一个波长上提供光能的激励激光。

在这个光谱区域的激光中，半导体二极管类型的激光以它们所展现的与所需质量相关的紧凑性可靠性和成本可以被工业应用在光纤通信线路上，然而所说的设备，如果它们被制成工作于大约在980nm波长上，则具有一降低的功率（大约为10mW），这基本上是由于为产生所说的光发射波长所需要的精密的晶体结构，因此这样的设备不适于为提供功率放大器而沿线路设置。

还能够制成适合于产生输出功率大于50mW的半导体激光器，但是这样的激光器只工作于900至950nm区域内，这超出了所描述过的掺杂有钼的光纤能够从中吸收能量的光谱区域，因此这些激光器不能使用所说的光纤。

还知道一些激光器适合提供具有一大的发光功率的光能，例如：三级钕激励二极管激光器：YAG型，它们可以方便地用作给光放大器提供激励能的光源，但是它们只发出947nm波长的光，这超出了铒被激励的区域。

因而本发明的目的是提供一种掺杂光纤，它显示一种对光能的重要的吸收，这种吸收适合于使掺杂物质或掺杂物达到具有高功率激光发射的激光发射态。这种光纤还在工业中实际使用并适合运用在电信线路上为光信号放大。

本发明的一个目的是一种光纤，它特别使用在用于光通信线路的光纤放大器中，含有用作激光发射杂质的铒，具有做为反射指数变换子的掺杂物，适于确保波导效应，馈入预定波长的发光激励源用来产生所述激光发射。其特征在于光纤的组成是一进一步的掺杂物，它大量吸收在结合到光纤的光放大器具有激励激光的光发射波长的光能。所说的进一步掺杂物是适把吸收的激励能传送给包含在光纤中的铒，因此引起一个在有光传输信号的情况下产生一激发光发射的粒子数反转。

较可取的进一步的掺杂物是由三价的正离子镱构成。

在光纤中镱相对于铒的浓度，以其氧化物重量的百分比表达为：

1≤ ((Yb₂O₃))/((Er₂O₃)) ≤100

而且从重量上看镱相对于整个光纤的浓度低于5%且最好低于1%。

能变化折射指数的掺杂物可以是锗或铝。

本发明的另一个目的是光放大器，特别用于光纤通信线路，它包括掺铒激光发射有源光纤和一激光激发光源，它工作在一预定的波长，其特征在于有源光纤的组成是一显示出在激励激光发射器的发射波长上有光吸收的进一步掺杂物，而且有源光纤适合于将被吸收能量传送到光纤中含有的铒，因此引起同样的粒子数反转，适合于在有光通信信号的情况下产生激发的光发射。