[发明专利]基于倏逝波的亚波长直径光纤放大器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤放大器，特别是一种小尺寸，高性能的基于倏逝波的亚波长直径光纤放大器。

背景技术

光纤放大器是一种不需要经过光/电、电/光转化而直接对光信号进行放大的有源光器件，它完全摒弃了基于光-电-光转换的昂贵中继增强器，是光通信发展史上的一个重要里程碑。与光纤通信系统的有关的光放大器能够高效补偿光功率在传输中的损耗，延长通信系统距离，扩大用户分配网的覆盖范围，是新一代的长距离、大容量、高速率光通信系统和光纤CATV网、用户接入网、军用领域等光纤传输系统的关键部件。因为通信的需求，掺铒光纤放大器得到了快速发展。但是近些年，在非通信窗口，掺杂其他稀土离子的光放大器件在高能量激光加工、激光聚变、激光医疗等方面获得应用，而且正在引起人们极大的关注。

放大光纤是光放大器的核心部件，到目前为止，使用的放大光纤都是掺杂稀土的放大光纤，提高效率而改进的双包层掺杂稀土光纤和非圆内包层掺杂稀土光纤。但是，目前使用的掺杂稀土放大光纤制作的光纤放大器还存在以下问题：

①使用光纤较长(如掺铒光纤用作光纤放大时，光纤可选择在20m、30m等)；

②为了更好地提高纤芯吸收泵浦光的效率，掺杂稀土放大光纤可采用非圆内包层的结构形式，但制造工艺复杂、价格昂贵；

③每种掺杂光纤的带宽有限(如基于石英光纤的掺铒光纤放大器增益带宽约为30nm)，因此才出现了不同波段的掺杂稀土光纤，如掺铒光纤、掺铒碲化物光纤、掺镨氟化物光纤、掺铥氟化物光纤；

④在石英光纤中，高掺杂稀土元素，如铒(一般掺杂量约为10¹⁸cm^-3)，将会出现上转换效应和离子集聚效应，所以增加稀土元素浓度，在一定极限后，不会提高增益。

由此看出，寻找一种新型的放大光纤，使其适合未来光纤激光器和放大器小型化、输出功率高、噪声低等发展的需要，是很有必要的。

最近，由浙江大学童利民等人采用两步拉制法得到的光纤直径可低至50nm，并且保持较低的光纤损耗【Nature 426 816-819，2003】。上海交通大学陈险峰等人总结了前人经验提出了条形电加热炉拉锥方法，采用这种新的拉锥方法已经成功地拉制出直径可低至650nm，长度可达十几个厘米量级，光损耗在0.1dB/cm左右的亚波长直径光纤【Opt.Express 14(12)5055-5060.2006】。这种光纤具有很强的倏逝场，这一特性可以在光传感、光放大等领域有广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有稀土掺杂光纤放大器的不足，设计一种基于倏逝波的亚波长直径光纤放大器，要求其放大光纤纤芯尺寸具有亚波长量级，增益由包层来提供，通过倏逝波放大来实现传导光的放大。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于倏逝波的亚波长直径光纤放大器，包括至少一个泵浦光源，至少一段放大光纤以及至少一个耦合器，该耦合器在输入光纤、泵浦光源和放大光纤之间建立连接，其特征在于所述的放大光纤由纤芯及其包层构成，该纤芯的直径为亚波长，在包层中具有有源材料，所述的放大光纤的输入端和输出端分别通过锥形光纤与所述的输入光纤和输出光纤相耦合。

所述的放大光纤纤芯材料是石英、硅或其他玻璃。

所述的放大光纤纤芯是无源的。

所述的放大光纤的包层中的有源材料是液体激光材料或掺稀土的固体激光材料。

所述的放大光纤的包层中的液体激光材料是若丹明6G，或4-(二氰亚甲基)-2-甲基-6-(4-二甲氨基苯乙烯基)-4H-吡喃(以下简称为DCM)或其他染料。

所述的放大光纤的包层中的固体激光材料是掺杂稀土元素的石英玻璃、硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃，或碲酸盐玻璃，其中可以掺杂稀土元素铒、镱、铥、镧的至少一种，同时还掺杂铝、磷、氟化物的至少一种。所述的液体包层可以通过把纤芯放在毛细管中，并通过封装来实现。固体包层可以通过涂覆固体激光材料在纤芯上来实现。

所述的泵浦光源通过光纤段与耦合器连接。

夲发明的技术效果：

所述的放大光纤是纤芯具有亚波长直径的光纤，具有强的倏逝场，在光纤包层中具有有源材料，依靠有增益能力的包层介质，支持倏逝波的放大。本发明基于倏逝波的亚波长直径光纤放大器具有增益高、转换效率高、阈值低、结构简单、可靠性高等特性。

附图说明

图1为本发明基于倏逝波的亚波长直径光纤放大器实施例1的结构示意图。