光纤激光器和放大器

&
,
本文 将 主 要 介 绍 近 年 来 在 光 纤 的 基 础 上 发 展 起 来 的 元 器 件 技 术 和 所取 得 的 成 就
。
输 出功 率 已 达 ∃ ∀
。
1
。
该激
光 器是 在 室 温 条件 下 工 作 的 输 出功 率 最 高 的 上 转换 激 光 器
光纤激光器
光 纤激 光器利 用 掺稀土 的 光 纤 作为增
发 展 可 以解 决在
。
Γ9
这 一 工作 由 : ; < 3 ≅ %
,
2故 = Ν
ϑ ≅ 公 司报 道 的
Γ 9 ΗΙ
。
公 司 和 南安 普 敦大 学联 合 承 担
。
正在 公司
&
。
和
29
进行之 中
谐
,
已经 获得
8
∀ #
。
8
%
&
的 准 连 续波 长 调
:3
6 ≅ < %
约相同 −
Ο
) ϑΕ&
Ι Η 系 统 的 饱和 输 出 功 率 大 .( Γ 9 队 和 2 % 狱 的 ∃ ϑ Ε 的
。
%
&
的红光
8
日本 的一 些 公 司 在 塑 料 光纤 市场 上 占 支 ) 配 地 位 有 # 家 日 本 公 司 都 承 认 塑 料光 纤 的
为 了 把 塑 料 光 纤 应 用到 传 感器 通 信 和 多 媒
体 网 络 中 去 人 们 正 在 开展 一些 研 究工 作 例
如
, ,
。
、
重 要性
,
最 近 对 塑 料光 纤 的 商 品化 已 形 成 了
! ) Φ
8
该 系 统 采 用 了 双 掺杂 技 术
内 拼 接 损失 小
,
转 换 效 率高
,
腔
。
=&
的距 离 上 传 递
路
可 以 使 腔 结 构 更 加 紧凑
Χ 3 Λ ∗ 的 信号
。 ,
在这 段 距 离上 安 装 了 #
。
贝 尔 实 验 室 的 科 学 家 把 一 只 半 导 体激 光
个 常规 的
Γ9
&
。
,
为 实验 室测 试 仪器的 应 用 其 型号 有 ∀
,
&
纤 制成 的
光纤 上 用
。
,
它 易碎
29
,
不 能 被 熔化 叠 接 到 石 英
Γ9
和
!
) &
1 输 出 的两种
。
,
这 或 许限 制 了 它 在 现 在 系 统 中的 应
,
光纤放大器
在
∃∀ ∀
,
另外
Ι Η 的增 益 系 数 仅 为
。
Ι Η 增
系 统 的一 个 间
贝 尔 实 验室 利
出 功 率 为 ∀ & 1 的 半 导 体 激 光 器 为 泵 浦源 时 可 以 获得 功 率 为 1 的 单 频 激光 输 出
,
题
。
为 了 解 决这 个 问题
#! ∀
。
人 们 利 用 输入 功 率
。
补偿 系 统来 使 增 益 频 谱 变 平
用 这 项 技 术在
Κ &
=&
.
。
假如 要 使 波 长 之
,
用 途 受到 限 制
, 、
但 在某 些 应 用 场 合
、
,
与玻 璃 弯
间 的 混 频 作用 变 得 最 小 的 话 不 需要 色 散补 偿
。
在 低色 散的情
8
塑 料 光 纤 又 有其 独 特 的优 点
单 通 道 数 据速 率 可 高 达 ∀
Φ
Χ 3 ∗ Λ Δ
就是 %
一
, + 族 的半
第
卷第
。
期
光
电 子
%
技
术 与
Γ9
信
息
年
!
月
光纤 光栅 它 的 激 光 布拉 格波 长 为
)∃ #
<
&
,
光 输
。
Ι Η 增 益 与波 长 之 间的 关 系 产 生 了 不
,
栅 反 射带 宽 为
8 ∀ ∃
%
&
。
当 用 波长 为 7 ∀
&
&
、
等 的 信号 放 大
它成 了 1
,
9 :
、
制 时 所 产 生的 嘀 啾 和 信 号 畸 变 较 小
光 纤激 光器 和 光 纤之 间容 易 匹 配
再者
特 别 需 要低 噪 声
,
。
窄线 宽 的
9 :.
对 光学通
。
单 模 激 光器 十 分有 用 度达 到 二∀
8
信 系 统 来说
目前
,
,
它 在 波分 复 用 系统 − 1
,
中
这 是一 个 很 大 的 优 点
8
塑 料 光 纤性 能 较 差
,
,
畸 变 较大
8
当 数 据 速 度 和 节 距增 加 时
。
其衰
它的
∋
∀ 损耗 低 −
!) ϑ Ε #
∗ = & . 而 且在 波 长
,
)) ∀
%
&
处
减迅 速增 大
光纤 相 比 曲半 径 大
。
作 为玻 璃 光 纤 的 替 代 物
。
,
色散 也低 − 0 况下
,
Δ % 2∗
第
卷第
期
光
电
子
技
术
与
信
息
年
!
月
光 纤激光 器和 放大器
光 纤 可用 作光 导 管 距 离 高速 传递
。
,
实 现 光学 信 息的远
,
导 体激 光 器 在 这方 面 也 遇 到 类似 的 麻 烦
之 相反
,
。
与
用 光 纤 制 作 的 元器 件
。
也有
上转 换 的 蓝 光 光 纤 激 光 器 却 有 许 多
。
的 或 掺 错 的 光 纤 激 光器 和 放 大 器 即 属 于 此 类
红光 − 生的
。
∃ )0
∃/
%
. 它 们 是 在 由钡
斓
,
铝和
钠组 分 构 成 的 单 模 光 纤 中 掺 入 谱 和 扎 之 后 产
器件
。
它 们 的性 能 优 于 常 规 的 电子放 大 器
。
、
其 泵 浦 光 源 为 钦 宝 石 激光 器
,
日 本 一 家 公 司 正 在开 发 一 种耐 热 的 塑 料
,
共识
。
在美 国
一些 大 的 公 司 也 在 作 出努 力
,
光纤 用 于 汽 车 数 据通 信 用 于 测 量湿度 温
,
、
来 研制 高 质 量 的梯 度 折射 率塑 料光 纤
纤 在 长距 离 上 不 能 传 递 信 号
,
以便
度 和 位 移 的 塑 料 光 纤 传 感 器 也 在 开发 之 中
Δ
,
它
弹性 强 度 好
连接 容 易
、
价格低
廉
第
卷第
期
,
光
电 子
,
技
术
与
信
息
,
年! 月
! ) Φ
8
在机 器 人工 业 中 已 经采 用塑 料 光 纤 其 中一 个 应 用 就 是 把 它 用 作 照 明 光源 纤 可 以 传输 从
。 。
这种 光
。
Χ 3 Λ 可 的 速率 塑 # ∀ 条 压 缩 视 频 信 息通 道 料 光纤 可 以 容 许
,
。
的 放大 最 终 要 依 赖 于 光 纤 放大 器 的 发 展
Γ 饵 光 纤 放大 器 − 9 Η . 可 以 在 Ι
掺
%
# !
)∃ ∀ 、 ) )
&
Ε ϑ ∗& 1
,
据 报道
,
,
此类 光纤 的 质 量 需 要
以 便 制 作 一种有 效 的
提高
衰 减 需 要 降低
。
波 段 内 同 时 放 大 信号
。
在 此系 统 中
%
为了 使 它 的 波 长 精
,
数 据 存储 工 业 的 产 值 相 当 可观
,
。
,
&
,
据 报 道 已 达 ) ∀ 亿美 元 ∗ 年 在 此领域 最 常
用 的激 光 器 为 蓝 光 激 光 器
人 们 研 究 了 几 种 激 光 纤 维系
。
统
。
它 们采 用 了 光 纤 布拉 格 光 栅 作 为部件
通常
,
为 了 提高
、
腔 的 结 构 比 较 紧凑 饵
、
存 储 介质 的 能 力
光光斑
。
,
要 求 激光 器 能 产 生 小 的 激 效
(
在 南 安普 敦 大 学
,
将 一根 长
!
。
&
7
;
的掺
&
而常 规 的 蓝 光激 光 器 的体 积 大
德 的 光 纤 激 光器熔 接 成 一 根 长
8
的
率低
、
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
维 护和 保 养 困难
科 学 家 已 经证 明 按 照
,
,
8
# ∀∀
%
&
到
/)∀
,
%
&
的 可 见光
、
已 经 用 特 别 设 计 的塑 料 光纤 传 输 由 半 导 体激 / 光 器发 出 的 波 长 为 #
。
它 的 直 径 可 以 制得 足 够 小
有 利 于 光 纤的 排 列 塑 料光纤 传 输光 束 使 用 方便 价 格 低 廉
%
Μ
其 范 围超 过
#)
&
。
Α Β Χ 36 Δ
光 学 带 宽 分别 大 于 # ∀
%
和 ! )
”∀ “
,
%
&
%
,
而 结构
和
‘ #
实 验 室 的 双 腔器 件 的 可 调 谐 性超过
∀
%
波 肾凑 的 二 极 管 激 光 器 − 长为
&
&
∀ 7
由 : 2 Ε 技 术 公司 介 绍 的 商 品 光 纤 激 光
∀ ∋
。
&
的半 导体 激
和 气 体 激光 器 系 统 相 比
光 纤激 光 器 结构 简
,
一 台波 长 为
8
&
的 石 英 光 纤 激先
可采 用 半 导 体 激 光 泵浦
,
与 半导 体
(
激 光器 相 比
光 纤 激 光 器 的 光 谱 特性 纯
(
,
调
,
波长
口
,
∃ 拜&
和
8
) 拼&
、
是 光 学 通信 的 两个 高 功率
%
益 系数 的
& 和
) )∀
%
∗)。
ΠΘ Θ
的 科 学 家 们利 用 在 双
,
&
的 两 个通信 波 长 窗
,
口
之内
Φ ? 尤 其对 于 高 速系 统 − > . 光 学 信 号
。
柑竭 中 生 长 的 掺 硫 化 物 光 纤
高到
∀
8
把 增 益系 数 提
Μ ϑ
脚& 1 而 掺 错 光 纤 的放 大 系 数 仅 为
∃。 % & 。
Γ9
Ι Η 系统
。
器 与 一 根 具有 嘀 啾 布 拉 格 反 射 器 的 被 动 光 纤 集 成 在 一起
长为
) ∃)
%
,
2 掺 谱 的 光 纤 放大 器 − 9 Η . 可 以 运转 在 Ι
可 以 提 供 波 长 选 择性
稳 定 的 单模 激 光 输 出
8
,
产生 波 其输 出
?
。
, ,
。
向 日本 的支 配 地 位挑 战 二 由 于 阶 跃折 射率 光
Γ Η<
市 售 的塑 料 光 纤 的 折 射 率 分 布 为 阶 跃 式 它 的 数 值 孔 径 比 玻 璃 光 纤大 所 引 起 的 典
型 加宽 为
。 , ,
公司 正 在
。
劝 说人 们 发 展 梯度 折 射 率 塑 料 光 纤
波 长处
由 于 它 的 用 途 广 泛 在 商业
。
,
&
,
上 成 为一 个 更加 有 用 的 波 长
29
Ι Η 技术的
6
功率 可 达 长极 短
Α 两; ,
,
!/ ) &
1
,
谱线宽 度 为
群&
,
# ∀∀ = >
可 调 谐 掺 饵 和 德 的 磷酸 盐 光 纤 激 光器 腔
! 大约 为 #
Ι Η 系 统 中遇 到 的 一 些 色 Χ 散 问 题 第 一 个 商 品 2 9 Η 系统 是 由 > 1 Μ6 七 Ι
/ 0 )# ∀
%
果 在 包 含 有 石 英 和 氟 化 物光 纤 的 拉 制 过 程 中
掺入 不 同的 稀土 元 素
,
蓝 光 −#
一# !!
、
∃
%
%
&
.
、
它 会具 有不 同 的 荧光
,
) 绿光 −
&
&
.
,
、
橙光 − ∀ ) 一
&
.以及
、
特 性 并 且可 能 产生 激 光 和 放 大 作 用 如 掺饵
・
着 十分 广 泛 的 用 途
独特 的优 点
根 据 制作 光 纤 所 用 的 原 料 不 同 可 将其分
为 玻璃 光 纤
、
洛斯
进展
,
阿拉 莫 斯 国家 实验 室 的科学家在
∋
石 英 光纤 以 及 塑 料光 纤 等
,
。
如
连 续 波上 转 换 激光 器 的 研 究 方 面 取 得 了 重 大
其 波 段 分别 为
。
它 们采
&
半 导体 激 光 器 和 固 体 激 光 器
学 通信 中
,
在短 距 离 的 光
,
用 棱 镜调 谐
当将 波 长调 谐 到 ∃
1
。
#
。
时
,
其
可 以 使 用 塑 料光 纤
∀
”
其信 号 传递
输 出 功率 为 波长 为 ∃
)
%
# &
此 项技 术 的 发 明 人 谢 平
&
速度也 达 到
比特
。
3 4 3 . −2 % 5 6 所 研 制 的 红 光 光 纤 激 光 器 的 输 出
∋
。
。
掺 错 的 光 纤激 光器 输 出波 长 为 #
功率 为 ! & 1
∋
。
!%
&
的
用 于 如 下 方 面 光 学 数 据存 储 光 学 通信 传
它 采 用 了 两 台 激光 器
%
感 技术 单 紧凑
,
、
光 谱 和 医 学 应用 等
,
与 固 体 激光器
。
作 为 泵 浦源 光器 器 窗
。
一 台波 长 为 7 # ∀
。
然而
,
对于 用 波分复
,
光纤 放大 器
∃
用 技 术 来探 索 这 种 能 力 来 说
它 受到 诸如 四
。
波 混 频 之 类 的 非线 性 光 纤 效应 的 限 制
频
(
塑料 光 纤
与玻 璃 光 纤相 比
,
有 些 非 零 色 散 的光 纤 可 以 抑 制 四 波 混 有 些 具 有 三 角 形 折 射 率剖 面 的 光 纤 不 但
. 可 以 用 来泵 浦
%
器 有 宽 的 可调 谐 范 围 −
)!) 一 ) !
%
&
. 有 闪烁
,
。
−
∀ #/
∀ 噪 音 限 制 的 相 对 强 度 噪 音 大于 ! : > ?
作
1
Ι Η 系 统 固 体 激 光器 . 可 以 用 来泵 浦 Β 9 Η 系 统 Ι 29 通常 Η Ι 系 统 是 由 掺错 的 氟 化 物 光
) :>
∋
∗=&
,
因 此 具有有 限 的 附 加 带
半 导 体 激 光 器 有 可 能成 为 可
靠 的泵 浦 源 工业中
,
。
在 每年 几 干 亿 美元 的 彩 色 显 示
各种 波 长 的光 纤 激 光 器 将 会 有 更 为
。
益 介 质 来 产 生激 光 输 出
∀ #
。一 ∃ # ∀ ∀
%
,
它 的波长范围在
、 、
重 要 的用途
蓝光
,
&
之 间 该波 段 的光纤 激 光 器 可应