[发明专利]使用光学部件块的低成本放大器

说明书

本发明一般涉及光放大器，更具体说，是涉及能与光纤耦合的在线光放大器，其中的放大介质比与它耦合的光纤有显著更大的模场直径。

用掺稀土的光纤放大器放大本地和长途两种光通信网络的弱光信号，是备受关注的。掺稀土的光放大光纤呈现低的噪声，较大的带宽和低的偏振依赖性，使串扰问题显著降低，并且在光通信使用的相关工作波长上，有低的插入损耗。此外，掺稀土光纤放大器能与传输光纤端对端地耦合，还能通过定向耦合器与激光二极管泵浦耦合。定向耦合器的目的是使其在泵浦波长上有高的耦合率，而在信号波长上有低的耦合率，从而把最大泵浦能量耦合进放大器的同时，信号损耗又最小。当用泵浦激励光放大介质时，通过光放大器的信号光获得增益。泵浦能量相对于信号能量的传播方向，可以做成同向的或反向的，以便选择更高的功率效率或更佳的噪声性能。

迄今，在克服信号损耗所必须的高放大上，铒光纤放大器似乎最有潜能。掺铒光纤放大器(EDFA)工作在1550nm，这是光通信系统特别感兴趣的，因为在此波长区，放大器呈现低的插入损耗，宽的增益带宽(近似30nm)和相对的偏振不灵敏的增益。用波长980nm的光泵浦这类放大器，能够获得的增益高达26dB，但要求注入的泵浦功率亦高达76mW。一般希望获得更高增益的同时，还要求耦合进光纤的泵浦功率有较低的值，EDFA的这种最优化是追求的目标。把信号注入单模光纤所需要的泵浦是十分昂贵的。

本发明已实现了一种设计，它使用非常高功率的泵浦，发送近似1W泵浦功率的多模信号。目前有市售的高功率光泵浦激光器，价格低廉。这类高功率泵浦在制造EDFA时，不适合与掺铒光纤共同使用。但是，本发明提供一种不那么昂贵的光放大器，适合光纤通信系统使用或作其他用途。

本发明还提供一种装置，它不要求用长度难以操纵的掺铒光纤来构成放大器。相反，当前的发明使用一玻璃块，它的模场直径比掺铒光纤的模场直径大好几个数量级。

通过增大信号光束的模场，能够毫不困难且没有损耗地施加更大的泵浦能量，而当把泵浦能量耦合进单模光纤放大器时，困难和损耗是存在的。

使用内含稀土的一玻璃块，放大器的封装、温度稳定、和温度调谐变得切实可行。

还有，带平面端面的圆柱形玻璃块，有助于在其上镀膜或加上滤波器，从而在掺铒块的端面上形成选择性滤波器，让泵浦光进入，并让信号光从相反的端面进入，同时阻止泵浦波长的光随被放大的信号传播出去。

按照本发明，提供一种光放大器，它包括：一种传送待放大光信号的光波导，光波导有把光信号耦合出去的输出端；

一个基本准直透镜，与光波导的输出端光学耦合，以接收光信号并提供一基本上准直的待放大的光束，此基本上准直的光束的模场直径，比光波导传送的光信号显著大得多；

一块透光材料块，大小适合传送待放大的基本上准直的光束，此透光材料块由掺稀土元素的增益介质组成，该块被放置以接收基本上准直的光束；和

一高功率的泵浦，被放置以便把光能送至此透光材料块；以及一输出光波导，被放置以便与透光材料块内已经被放大了的光信号的聚焦光进行耦合。

按照本发明，还提供一种光放大器，它包括：提供待放大信号的第一光波导，此光波导具有平均模场直径d₁；

与第一光波导光学耦合的第二光波导，用于接收被放大之后的光信号，第二光波导具有模场直径d₂，这里d₁和d₂显著小于d₃；

一种引导模场直径至少为d₃的光束的透光放大介质，放置所述透光放大介质，以便从第一光波导接收光并向第二光波导提供放大了的光；

一种与透光放大介质光学耦合的泵，向放大介质提供泵浦能量。

按照本发明，还提供把进入的光信号放大的光放大器，它包括一种呈透光介质状态的玻璃块，其大小适合传送模场直径至少100μm的光束，此玻璃块用稀土元素掺杂，当稀土被泵浦光束激励时，能把通过玻璃块的光放大，透光介质在它的一个端面上有一滤波器，让泵浦光通过并基本上阻止待放大的光信号通过，同时在其另一端面上有一滤波器，让待放大的光信号通过并基本上阻止泵浦光束通过。

按照本发明，提供一种光放大器，它包括：

提供待放大信号的输入光纤；

一个透光材料组成的放大介质，透光材料的直径显著地大于输入光纤的直径，用于接收待放大的信号；

一个把待放大信号光束的模场直径显著扩展的透镜，在输入波导与放大介质之间进行光学耦合；