[发明专利]适用于扩展的波段放大的硅酸磷光纤

说明书

                          发明背景

发明领域

本发明涉及用于光纤放大器的光纤，更具体地涉及硅酸磷光纤。

背景技术

现在许多掺铒光纤放大器(EDFAs)工作于从大约1525nm到大约1565nm的常规波段(C-band)。随着因特网，城域网和局域网的快速发展，使用EDFAs的波分复用(WDM)光传输系统需要应对增加的大容量需求。这样，研发不仅能够提供平坦增益特性而且有尽可能宽的带宽的新型EDFA’s就很重要了。

普遍选取掺铒铝锗石英(Er-Al-Ge-Si)光纤用于工作在从1565nm到1605nm的长波长波段(L-band)的EDFA’s。但是，为了使用由商用传输光纤提供的1565nm到1620nm的容量，需要进一步增加EDFA的信号波段容量到1620nm或更长波长的称作扩展L-波段的范围。

在1998年光学放大器及其应用会议上的技术文摘上发表的题名为“OpticalAmplification Characteristics around 1.58μm of Silica-Based Erbium-DopedFibers Containing Phosphorous/Alumina as Codopants”的文章描述了氧化铝硅酸磷光纤。这篇文章说明这些光纤可以用于L-波段范围。文中表1描述了三种不同的光纤类型的纤芯成分：有不同浓度的铝和磷的A，B和C。A型光纤包含大约7.8重量百分比(wt％)的铝并且没有磷。B型光纤包含大约2wt％的铝和5wt％的氧化磷。C型光纤包含的铝浓度为0.3wt％，氧化磷浓度大约8wt％。文中图3描绘了这些光纤的各个增益曲线。B型光纤的增益曲线比A型光纤的低，这主要是因为Er的浓度较低。但是，虽然A型光纤和C型光纤的Er的量是一样的，但C型光纤相对A型光纤能把L-波段扩展到更长的波长。不过，C型光纤产生更小的增益量和更多的增益波动。最终，由于C型光纤的纤芯/包层成分，C型光纤有相对低的在纤芯和包层之间的相对折射指数差(ΔN＜0.004)，它导致低的抽运效率和高的弯曲灵敏度。由于高的总能量和大的盘绕直径，会使C型光纤产生非常大尺寸的模数，并使得该放大器不能用于商用。

在制造诸如B型光纤和C型光纤的基于石英的Al-P-Si光纤中，高浓度的AlPO₄导致了问题。A1PO₄趋于离开石英基结构网格并且聚集成团形成微晶体(典型的颗粒尺寸小于100μm)。这些微晶体在形成的光纤中导致了高的散射损耗。此外，AlPO₄比那些结合P₂O₅和Al₂O₃的光纤有低的折射率。对于用在EDFA应用中的光纤，通常需要大约1％的相对高的ΔN。需要更多的铝和磷来提高纤芯相对于包层的折射率并且得到EDFA输出的最佳增益特性。但是，提高Al和P的程度导致在玻璃中形成了高浓度的AlPO₁成分，这会导致低的ΔN，并进一步加剧聚集成团，引起散射问题。

在1998年11月的期刊Journal of Lightwave technology，Vol.16，No.11中题名为“Fabrication and Characterization of Yb³⁺：Er³⁺Phosphosilicate Fibersfor Lasers”的文章也揭示了结合光学有源玻璃的光纤。不过这篇文章描述了工作在1.5μm的高功率光纤激光器，具体是指Yb，Er共掺杂的光纤激光器。这篇文章说：为了达到高输出功率，使用一个1064nm Nd：YAG激光器激发Yb元素，这样间接地抽运了Er离子。受激Yb元素把能量转移给Er离子，使Er离子能够进行信号放大。更具体地说，这篇文章揭示了使用高功率(800mW)Nd：YAG激光器从光纤中得到高的输出功率。在商业配置的放大器中，这样的Nd：YAG抽运激光器不能很大。因此，在元件最小化和节省空间十分重要的地方，Nd：YAG激光器就不能用于典型的光学放大器。另外，这样的激光器也不能有效地用于直接抽运Er离子。

                           发明摘要

根据本发明的一个方面，当直接抽运激发Er离子时，光学有源硅酸磷玻璃提供在1565nm到1620nm范围内的增益并且包括：(以重量百分比)

SiO₂ 50到92％；