[发明专利]分布式谐振环状光纤滤光器

说明书

本申请要求1999年1月25日提交的美国临时申请60/117,080的优先权。

发明背景

本发明涉及光纤放大器，该光纤放大器包括用于衰减或去除某些指定波长的滤光器装置。本发明还涉及用于这类放大器中的谐振环状光纤滤光器。

掺杂的光纤放大器由一根增益光纤构成，其纤芯含有诸如稀土离子等掺杂剂。增益光纤接收波长为λ_S的光信号和波长为λ_P的泵激信号，这两个信号通过位于增益光纤一端或两端的诸如一个或多个耦合器等装置叠加在一起。在整个发射带上，光纤放大器的光谱增益是不均匀的。例如，掺铒增益光纤的增益带与基于石英的光纤的1550nm电信窗口相重叠，它的增益谱不均匀，在1536nm周围有一较窄的峰。为了使增益平坦并变窄，已在光纤放大器中使用了改进的光纤放大器增益谱。

已知增益光纤可以包括一根分布式滤光器，用以提高光纤放大器的效率和/或输出定制的光谱。这种分布式滤光器/增益光纤沿光纤轴具有一根有源的、掺离子的纤芯，并且还包括第二个离轴纤芯，其中所述第二纤芯平行于所述有源的掺离子纤芯延伸。两根纤芯在诸如纤芯直径和/或折射率分布曲线等方面具有不同的特征。这种结构可以支持至少两种纤芯模式，并且通过适当选择上述特征可以单独控制这两种纤芯模式的传播常数。因此，可以将这两根纤芯设计成它们的传播常数在某个谐振波长λ₀处是相等的。在波长λ₀处，该结构的基谐模式可以从一根纤芯变到另一根纤芯。仅在中心位于谐振波长附近的窄波长带处，才会在两根纤芯之间发生高功率转移。如果第二纤芯含有吸光材料，那么它将至少吸收一部分中心位于波长λ₀附近的光，以提供一种可改变光纤放大器之增益谱的滤光功能。

由于缺乏圆对称性，所以很难制造具有两个平行纤芯的光纤。另外，具有两个平行纤芯的滤光器依赖于偏振。

通过为放大器配备一个现有的同轴耦合器就可以避免这些缺点，在所述这类同轴耦合器中，环状纤芯与中心有源纤芯同心但被径向隔开，本文将由此形成的器件称为谐振环状光纤(RRF)。RRF中至少存在两个模式。大部分功率处于纤芯中的模式称为纤芯模式，大部分功率处于环中的模式称为环模式。通过改变纤芯和环的参数，可以独立控制RRF中一个纤芯模式和一个环模式的传播常数。RRF结构中两个模式的行为与上述纤芯平行的光纤耦合器/滤光器中两个模式的行为相同，但是用常规的、基于汽相沉积法的光纤制造技术就很容易制造RRF。另外，由于RRF是圆对称的，所以基本上不依赖偏振。

在上述纤芯平行的耦合器/滤光器中，离轴纤芯根据其所含吸光掺杂材料的浓度可以衰减不同的光功率。因此，在制作了纤芯平行的滤光器后，每单位长度的衰减量就固定了。如果制造公差使得预定长度的光纤不能提供所需的衰减，那么会希望能够将衰减调谐到所需的值。

发明内容

本发明的一个目的是提高光纤放大器的效率，和/或特制光纤放大器的光谱输出。另一个目的是提供一种改进的光纤滤光器。再一个目的是提供一种分布式光纤滤光器，它的峰值滤光器波长和峰值衰减很容易调节。又一个目的是提供一种温度稳定的光纤滤光器。

本发明涉及一种分布式滤光器，它由一光纤构成，所述光纤具有中央纤芯、与中央纤芯同心且内半径为r_R的环状纤芯、位于中央纤芯和环状纤芯之间且折射率为n_i的内包层区，以及包围环状纤芯且折射率为n_c的包层。中央纤芯的最大折射率n₁和环状纤芯的最大折射率n₂都大于n_c和n_i。当将光纤绕在一卷轴上时，光纤中至少会有一部分被连续弯曲。在非λ₀的其它波长处，一个纤芯模式和一个环模式的传播常数是不同的。由此，一个包括λ₀的窄波长带会在中央纤芯和环状纤芯之间耦合，并且至少被部分辐射，从而衰减了该窄的波长带。

此技术特别适于在某些光纤放大器和激光器设计中使用的增益光纤中实施分布式损耗滤光器，在这些设计中，除了使用传统的有源掺离子中央纤芯外还使用一合适的环状纤芯，以获得光谱增益成形。可以设计环状结构，在光纤放大器呈现自发发射放大的那些波长处就某个光纤卷轴尺寸提供适当的损耗。