[发明专利]具有双芯部分的宽信号波长带有源光纤放大器

说明书

本发明涉及一种含有激光发射掺杂物的光纤。它适于用来对在光纤中发送的传输信号进行放大，以及用来消除光纤因自发发射产生的波长不合适的辐射。

人们知道，其芯部掺有特殊物质，如稀土离子的光纤具有受激辐射特点，适于用来做激光光源和光放大器。

这种光纤实际上可加一特定波长的光源，这一光源可以使掺杂物质的原子处于受激能态，或称泵激态。这些原子本身会在一很短的时间内从所述泵激态自发衰变到一激光发射态，并在这一状态保持相对较长的时间。

当一根具有大量处于这种受激态的发射能级原子的光纤中有一波长对应于这种激光发射态的光信号通过时，该信号会引起受激原子向较低的能级跃迁，并伴有波长与该信号相同的光发射，这样一根这种类型的光纤就可用来得到一种光信号的放大。

从受激能态开始，原子的衰变也会自发产生。这种自发衰变产生随机发射，它构成迭加在与放大信号对应的受缴发射上的“背景噪声”。

由于对掺杂的、或有源的光纤引入光泵激能量而产生的光发射可以出现在几个波长上，典型的是在掺杂物的波长上，这样便产生了光纤的荧光光谱。

以通过上述这种光纤获得最大的信号放大和高信/噪比为目的，在光远程通讯中，通常采用一个由激光发射器产生的信号，其波长对应于含有所采用的掺杂物质的光纤的荧光光谱曲线峰值。

具体对于光学远程通讯信号来说，采用其芯部掺有铒离子（Er⁺³）的光纤是方便的，但铒的荧光光谱，在感兴趣的波长范围内有一个特别窄的发射尖峰。因此这使它作为激光发射器的传输信号源使用时工作在一个具有有限容差的特定波长上，因为在这个容差范围以外的信号不能得到充分放大。而在这一尖峰波长上会发生很强的自发发射，从而构成背景噪声，这会使传输质量剧烈恶化。

另一方面，具有上述特性的，即工作于铒发射尖峰的激光发射器制造困难，制造成本很高。而通常工业生产提供的激光发射器，如半导体激光器（铟、镓、砷），具有适用于远程通讯的几种特点。但它们对于发射波长有相当宽的容差，那种能在上述峰值波长上进行发射的激光发射器的数量就很有限了。

在某些应用中，如海底远程通讯线路中可在采用工作于特定波长值的传输信号发射器。这种发射器可以通过在例如商业化生产的激光器中精选获得，从而只挑选那些在放大器光纤的激光发射尖峰的很小区域内发射的激光器。而对于其它线路，如市政通讯线路，由于安装费用显得特别重要，上述这种过程从经济上看是不能接受的。

例如，掺入铒的允许激光发射的光纤在峰值1536nm附近发射;它在该峰值的5nm范围内具有高强度发射，并在同一波长范围内可用来进行信号放大;然而，可用于发射的商品生产的半导体激光器的发射波长值范围通常是1520-1570nm。

这样，可以看到相当大量的这种工业生产的激光器都超出了用铒实现放大所适合的范围，因此不能用来在配备上述这种铒放大器的线路中产生远程通讯信号。

但是，众所周知，掺铒光纤具有一个高强度的发射光谱区，在接近上面所述的峰值波长范围内强度大体不变，其宽度是以包括上述感兴趣的商品激光器发射范围的一大部分;但在这种光纤中，对于远离最大发射光峰波长的信号所能进行的放大很有限，而在光纤中从激光发射态进行的自发跃迁不断在光谱的峰值波长长，1536nm，上形成发射，产生背景噪声。这种背景噪声沿光纤长度方向行进时将会被进一步放大并叠加在有用信号上。

如上所述，为了，用掺杂铒的有源光纤对商品类型的半导体激光发射器而产生的远程通讯信号进行放大，需要滤除沿有源光纤长度方向上铒的自发射峰发射，从而使这种在不想要的波长上的发射不致占用信号放大的泵激能量，同时不把背景噪声叠加的信号上去。

为此目的，可以采用一种有两根芯线的有源光纤，在其中一根芯线中发送传输信号和泵激能量，在另一根芯线中有一种光吸收掺杂物质;如果两根芯线在自发发射的尖峰波长实现光耦合，自发发射的尖峰波长的光信号就会转移到第二芯线，在第二芯线中被吸收，而不会过来叠加在传输信号的波长上。

这样一种光纤见于同一申请人的意大利专利申请（No.22654A/89）。该光纤对不需要的波长进行有效滤除，但对在某些要受到机械或热应力作用情况下，特别是对于芯线的扭绞状态，会遇到芯线间光耦合性能的变化，同时转移到第二根吸收芯线的波长值会改变。