[發明專利]具有小數值孔徑的摻稀土光纖

有效

• 申請號: 201010564715.1
• 申請日: 2010-11-15
• 公開（公告）號: CN102087378A
• 公開（公告）日: 2011-06-08
• 發明（設計）人: 大衛·博易文;阿蘭·帕斯托特;艾卡特麗娜·伯羅烏;錫德里克·戈奈特
• 申請（專利權）人: 德雷卡通信技術公司
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G02F1/39;C03B37/018
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 余朦;王艷春

技術領域

本發明涉及光纖領域，更具體地涉及用于放大所傳送的光信號的放大光纖。具體地，放大光纖可用作寬帶傳輸線中的放大器。本發明還提供一種制造這種放大光纖的方法。

背景技術

放大光纖(例如，摻雜有稀土元素的光纖)常用于多種光學應用。

例如，摻鉺光纖用于在長距離光通信系統中對傳輸的光信號進行放大。這種光纖用于摻鉺光纖放大器(EDFA)中并具有由石英基質制成的中央纖芯，其中石英基質包括濃度約為百萬分之250(ppm)至1000ppm(即，0.025重量百分比至0.1重量百分比)的稀土摻雜元素(例如，鉺)。稀土摻雜元素可以與補充摻雜元素相關聯以提高放大率。例如，鋁可用作補充摻雜元素以使波分復用(WDM)應用的增益帶寬變寬。

通常，通過向光纖注入對稀土元素(例如，EDFA中的Er³⁺)進行激發的泵浦信號以在摻稀土光纖中實現光放大。當光信號穿過這部分光纖時，光信號通過受激發射使稀土元素退激，從而產生在所有方面都與入射光子完全相同的光子。因此光信號加倍。

摻稀土光纖的性能通常由功率轉換效率(PCE)表示。如等式1(見下文)所示，功率轉換效率是放大光纖的增益與用來獲得該增益的泵浦功率之間的比值。放大光纖的增益由公式2定義。

公式1：PCE=PoutS-PinSPinP]]>

公式2：Gain=PoutS-PinS]]>

在這些公式中，是輸入的泵浦功率，是輸入的信號功率，是輸出的被放大的信號功率。

在一些應用中，期望從放大光纖獲得大的輸出功率。

一種解決方案涉及增加光纖的中央纖芯中的稀土摻雜物的濃度以增加放大增益。

然而，當光纖的中央纖芯中的稀土摻雜物的濃度高時，可在中央纖芯的纖芯基質(例如，石英)中形成成對的稀土元素或甚至形成稀土元素的聚合，從而導致不均勻的摻雜。因為還同時存在著與提供放大的機制不同的機制，所以這種摻雜的不均勻性降低了光纖的放大效率。這些其它機制例如為共振能量轉移、逐步上轉換、合作發光、合作能量轉移以及同步光子吸收。這些機制與受激發射競爭并降低光放大的效率。這些稀土元素的聚合還加重光子退化，光子退化可能在光信號在光纖中傳播期間以大功率出現在光纖的中央纖芯中并且作為存在于中央纖芯的纖芯基質(例如，石英)中的晶體缺陷的結果。

另一種解決方案涉及增加泵浦信號的功率。然而，根據光纖的數值孔徑的值，能量轉換效率可能會衰減。

圖1描繪了功率轉換效率(PCE)隨泵浦信號功率的變化而變化。圖1描繪了0.14與0.30之間的數值孔徑值上所獲得的曲線。

數值孔徑是一種光纖參數，其可通過下式近似表示：

NA=nc2-ng2]]>

其中n_c為光纖的中央纖芯的折射率，n_g為光纖的包層的折射率。