專利名稱：：一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源的制作方法一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源方法
技術領域：
：本發明屬于光纖通信技術和光纖傳感
技術領域：
，具體涉及一種基于超短長度的特種鉺鐿共摻高增益玻璃光纖所發明的高輸出功率、寬帶寬、平均波長穩定的超熒光光源。
背景技術：
：隨著光纖通信技術和光纖傳感技術的發展，人們對寬帶光源提出了更高的要求，即高輸出功率，寬帶寬，良好的帶寬平坦度及穩定的輸出波長。傳統的商用寬帶光源，如發光二極管(LED)和超發光二極管(SLD)，雖然可以提供較寬的輸出帶寬，但是他們的輸出功率只能達到pW量級，并且輸出光的光譜穩定性較差(10—V°C)，因此他們無法滿足以上要求。與傳統的寬帶光源不同，超熒光光纖光源(SFS)利用在泵浦光作用下增益光纖中摻雜離子放大的自發輻'射的性質制作而成，S卩當泵浦光能量較低時，在光纖中的摻雜離子只能在亞穩態能級和基態能級之間由自發輻射作用產生熒光。隨著泵浦光功率的增強，亞穩態能級和基態能級之間粒子數形成反轉分布，但尚未達到激光輸出的閾值條件，所產生的熒光沿光纖的特定方向被逐漸放大，從光纖中輸出具有一定光譜線寬的超熒光。通過在光纖中摻雜不同的稀土元素如鉺、鐿、銩等，可以制作出不同類型的SFS。摻鉺超熒光光纖光源(ED-SFS)由于具有輸出功率高、光譜穩定性好、受環境影響小、熒光譜線寬、使用壽命長和易與光纖耦合等優點，被認為是最有潛力的新一代寬帶光源。目前ED-SFS已經在光纖陀螺(FOG)、光纖光柵傳感系統、光譜測試、低成本接入網、光纖傳感、光纖無源器件制作監測、摻鉺光纖放大器(EDFA)的測量以及密集波分復用(DWDM)中得到了非常廣泛的應用。一般來講，SFS有四種基本結構，如圖1所示。其中，(a)是單程前向結構(SPF);(b)是單程后向結構(SPB);(c)是雙程前向結構(DPF);(d)是雙程后向結構(DPB)。所謂的前向和后向分別指輸出光為前向的放大的自發輻射(ASE)或者是后向的ASE。單程結構是指輸出光只利用前向或后向的ASE，因此，光纖的兩個端面一般都制作成和光軸成7。以上的夾角以減少光纖端面的菲涅爾反射。雙程結構是指輸出光同時利用前向和后向的ASE，輸出超熒光的光纖端面制作成和光軸成7。以上的夾角，另一端面與光軸垂直，并安裝信號光反射鏡，將另一個方向的ASE反射回光纖中，也從輸出超熒光的端面輸出。自從1990年，美國斯坦福大學的P.F.Wysocki等首次報道了ED-SFS的實驗成果之后，人們對單程前向，單程后向，雙程前向，雙程后向等四種基本的ED-SFS結構在理論和實驗上作了詳細的研究與比較。直到1996年，L.A.Wang等人對雙程后向的ED-SFS作出了實驗上的報道，并在1999年做出了理論上的模擬結果，至此證明了在四種基本結構中，雙程后向ED-SFS的整體性能優于其它基本結構的ED-SFS，具有更高的輸出功率，更好的波長穩定性以及更大的線寬。對于雙程后向的ED-SFS，上海交通大學的郝素君等人于2002年，已申請發明專利02111464.1。隨著對寬帶光源性能要求的日益提高，近十年來人們基于以上四種基本結構，又提出了許多新型結構的ED-SFS。主要可以歸納為雙向泵浦ED-SFS和多級結構ED-SFS兩方面。雙向泵浦SFS是指用兩個LD作為泵浦源從摻Er光纖的兩端同時泵浦進去的ED-SFS，如圖2所示。其中(a)兩個泵浦源均為980nmLD，稱為雙向對稱泵浦ED-SFS。中國科技大學的黃文財等人已于2002年申請發明專利02113165.1。(b)—個泵浦源為980nmLD，另一個泵浦源為1480nmLD，稱為雙向不對稱泵浦ED-SFS。南開大學的袁樹忠等人已于2003年申請實用新型專利200320112294.4。多級結構ED-SFS是指有兩段以上的摻鉺光纖，一段摻鉺光纖作為產生L波段光的種子光源，而其他摻鉺光纖作為L波段的種子光的放大器和C波段光的光源，最后將兩部分光一起作為輸出光的ED-SFS。對于兩個摻鉺光纖的二級結構，三星電子株式會社已于1999年，在我國申請發明專利99118712.1。在實際應用中，更多的時候是將多級結構和雙向泵浦相結合組成新的更復雜的超熒光結構。目前有很多關于這類結構ED-SFS的報道，如WencaiHuang，XiulinWang，BenruiZheng，HuiyingXu,ChenchunYe，andZhipingCai，"StableandwidebandL-banderbiumsuperfluorescentfibersourceusingimprovedbidirectionalpumpingconfiguration,，，OpticsExpress,15,9778-9783(2007);Sheng-PingChen，Yi-GangLi，Jian-PingZhu，HuaWang，YunZhang，Tuan-WeiXu，RuGuo，Ke-ChengLu，"Watt-LevelLbandsuperfluorescentfibersource,,，OpticsExpress,13，1531-1356(2005)。主要的發明專利有:GaelleAles等人申請的美國專利:6,507,429;三星電子株式會社于2004年，在我國申請的雙向泵浦二級結構ED-SFS的發明專利2004100447678.1;南京大學強則煊等人于2004年申請的雙向泵浦三級結構ED-SFS的發明專利200410041815.O等等。除此之外，對于輸出偏振光的超熒光光源也有一定的發明專利，如斯坦福大學于1997年申請的發明專利97111588.5;上海光機所于2006年申請的發明專利:200610027501.4。然而，以上所有結構的ED-SFS所用的摻鉺光纖長度都很長，往往都在幾米甚至幾十米。這些傳統的摻鉺光纖器件造價相對較貴，并且光纖中非線性效應很強，會影響到ED-SFS的性能。另外，長摻鉺光纖器件不滿足集成光學對未來光源的發展要求，從而限制了ED-SFS的應用.如果ED-SFS中的光纖長度能縮短到十厘米量級，不但可以大大縮小光源體積，而且可以將光纖中的非線性效應忽略。這對于光子集成的應用無疑是很有益處的。為了實現超短長度的超熒光光纖光源，一方面，要求光纖必須單程具有足夠的增益。常規的摻鉺光纖由于沒有足夠的單程增益，因此很難在十厘米量級的長度中得到超熒光；另一方面，要求能夠做到有效地抑制激光振蕩的產生。因為高增益要求泵浦功率相應地提高，而對于長度過短的光纖(小于10cm)在實驗操作中很難抑制光纖兩端對信號光的反饋，因此只能產生激光，而探測不到超熒光的輸出。目前，對于短長度的摻鉺超熒光光纖光源國際上的報道極少，只有美國NP公司所申請的美國專利20040109225。他們采用多模側面泵浦的方式將泵浦光耦合進一段無源光纖，再將無源光纖中的泵浦光以端面泵浦的方式耦合進摻雜光纖，制作出了后向結構的超短長度超熒光光纖光源，給出的實施例中，單程后向的超熒光光源中光纖長度為30cm，雙程后向的超熒光光源中的光纖長度為20cm。但是，一般來說后向結構的SFS光譜的穩定性不如雙程前向結構SFS優越，眾所周知，SFS的穩定性直接決定了光纖陀螺(FOG)的測量精度，因此雙程前向結構SFS更利于制作高精度的FOG。而且雙程前向結構的SFS在所有基本結構中具有最低的抽運閾值，降低了對泵浦光源的要求。另外，以上專利中所采用的這種泵浦方式結構相對復雜，對光路的設計要求較高，并且較端面泵浦來講，側面泵浦具有效率低、模式匹配差、波長不匹配的缺點。國內對超熒光的研究起步較晚，對于超短長度的摻鉺超熒光光纖光源更是一個空缺。因此，為了改進以上專利中的缺點，為了能在未來光通信發展中占有一席之地，我國非常有必要對超短長度超熒光光纖光源進行研制開發。
發明內容本發明為解決以上所提出的問題，設計了一種基于超短長度(僅為10-20cm)的特種鉺鐿共摻高增益玻璃光纖所發明的高輸出功率、寬帶寬、平均波長穩定的超熒光光源。本發明采取了如下技術方案一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，其特征在于包括泵浦源，耦合透鏡系統，信號光全反鏡，高增益光纖。所述的泵浦源經過耦合透鏡系統將泵浦光以端面泵浦的方式耦合到高增益光纖的包層中，泵浦光在包層中傳播，在纖芯中鐿離子的敏化作用下，鉺離子被泵浦光激發到亞穩態，鉺離子在從亞穩態向基態躍遷的過程中產生在纖芯中傳播的寬帶信號光。所述的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，其特征在于所述的泵浦源可以是中心波長為976nm的高功率多模半導體激光器，也可以是其它激光器，采用端面泵浦的方式將泵浦光耦合進高增益光纖。所述的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，其特征在于所述的耦合透鏡系統包括準直透鏡和聚焦透鏡兩部分。所述的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，其特征在于所述的信號光全反鏡對1540nm及其附近的光具有高反射率，對976nm及其附近的光具有高透過率。所述的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，其特征在于所述的高增益光纖為高摻雜的鉺鐿共摻玻璃光纖，高增益光纖可以為雙包層結構，也可以只有一個包層，纖芯可以和包層為同心結構，也可以是偏心光纖，光纖長度為10cm-20cm。所述的高摻雜的鉺鐿共摻玻璃光纖，其特征在于所述的鉺離子摻雜濃度大于1026ions/m3，鐿離子摻雜濃度大于1027ions/m3，摻雜玻璃可以是磷酸鹽玻璃，也可以是碲酸鹽玻璃。所述的一種超短長度鉺鐿共慘高增益玻璃光纖超熒光光源，其特征在于所述的高增益光纖的泵浦光輸入端可以為垂直切割端，也可以為斜角端，超熒光輸出端為斜角端，斜角端的傾斜角在7。一15°之間。所述的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，其特征在于可以采用兩種基本結構(1)雙程前向結構泵浦源發出的泵浦光依次經過透鏡耦合系統、信號光全反鏡、垂直切割端進入高增益光纖，高增益光纖的垂直切割端緊貼信號光全反鏡，最后由另一斜角端輸出。(2)單程前向結構泵浦源發出的泵浦光依次經過透鏡耦合系統、斜角端進入高增益光纖，最后由另一斜角端輸出。也可以采用雙程后向結構或者單程后向結構。所述的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，其特征在于可以在超熒光輸出端后面可以加入光隔離器，進一步抑制激光的產生。如圖3所示，一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源包括半導體激光器(LD)1，耦合透鏡系統2(包含準直透鏡3和聚焦透鏡4)，信號光全反鏡5，高增益光纖6(泵浦光輸入端在圖3(a)結構中為垂直切割端8，在圖3(b)結構中為斜角端7，超熒光輸出端在圖3(a)、(b)中均為斜角端7)四部分。其中，高增益光纖采用鉺鐿共玻璃光纖(EYDF)，這是因為一、鐿離子對980mn泵浦光的吸收截面是鉺離子的十倍，并且可以通過交叉馳豫作用將吸收的能量傳遞給鉺離子；二、鐿離子的加入可以減少由于鉺離子摻雜濃度過高而引起的淬滅效應。另外，玻璃基質通常選用磷酸鹽玻璃或者是碲酸鹽玻璃，它們較傳統的硅酸鹽玻璃對鉺離子具有更高的溶解度。主要的發光原理是當泵浦光入射到鉺鐿共摻光纖中時，泵浦光首先被鐿離子吸收，而后通過交叉馳豫作用將能量傳遞給鉺離子，使鉺離子從4115/2能級泵浦到4111/2能級，鉺離子再通過非輻射弛豫作用，躍遷到4113/2能級。當泵浦光能量較低時，光纖中的鉺離子只能在4113/2能級與4115/2能級之間由自發輻射作用產生熒光。隨著泵浦光功率的增強，4113/2能級與4115/2能級之間粒子數形成反轉分布，但尚未達到激光輸出的閾值條件，所產生的熒光沿光纖的特定方向被逐漸放大，出現由自發輻射熒光引起的受激輻射光，即放大的自發輻射。具體的躍遷過程如圖4所示。當ASE穩定輸出時，每個能級上的粒子數密度可以用以下速率方程來描述:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(8)其中仏、N2、N3、N4、&和1分別是鉺離子在4I15/2、4I13/2、4I11/2、4I9/2、4F7/2能級上的粒子數密度和總的鉺離子濃度(ions/m3)。N/b、^和^分別是鐿離子在卞7/2，2F5/2能級上的粒子數密度和總的鐿離子濃度(ions/m3)。^是鉺離子相應能級的能級壽命，T2^是鐿離子在2F5/2能級上的能級壽命。Cup是鉺離子在4113/2和4111/2能級間的共協上轉換系數，d4是交叉弛豫系數，Ktr是從鐿離子到鉺離子的能量轉移系數。R13、Rj分別是鉺離子、鐿離子基態泵浦受激吸收躍遷幾率，R2lYb表示鐿離子激發態受激發射躍遷幾率，Wi2、W^分別表示鉺離子亞穩態受激吸收、發射幾率。R13、R12Yb、R21Y，nW12、W^與光強成正比<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>^(14)(10)—(14)表達式中，IP、Is分別是泵浦光、信號光的強度。vP、vs分別是泵浦光、信號光的頻率，h是Planck常數。。3是鉺離子對頻率為vp的泵浦光的吸收截面，C和C分別是鐿離子對頻率為Vp的泵浦光的吸收和發射截面，^和c^分別是鉺離子對頻率Vs的信號光的吸收和發射截面。速率方程結合功率傳輸方程(15),(16)可以數值模擬出超熒光光源的輸出性質。圖5給出了通過數值模擬得出的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源的功率輸出曲線。血<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>Ip、Is分別是泵浦光、信號光的強度。Vs是信號光的頻率，h是Planck常數，Avs是信號光的帶寬，ap和gs分別為功率吸收和增益系數，它們的表達式分別為fl"M(r",z)+。/biW刀，z)—(T2廣iy/V々，z)(17)按照圖3所示，本發明所設計的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源可以采用以下兩種結構(a)雙程前向結構半導體激光器1發出的泵浦光依次經過透鏡耦合系統2、信號光全反鏡3、垂直切割端8進入高增益光纖6，最后由斜角端7輸出。(b)單程前向結構半導體激光器1發出的泵浦光依次經過透鏡耦合系統2、斜角端7進入高增益光纖6，最后由斜角端7輸出。高增益光纖采用端面包層泵浦的方式，將端面處理成斜角是為了抑制端面處信號光的菲涅爾反射。為了提高泵浦效率，高增益光纖可以設計為偏心光纖，即，如圖3所示光纖纖芯10平行于光纖光軸9，但不與其重合。本發明所設計的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源具有以下優點1采用鉺鐿共摻高增益玻璃光纖，縮短了超熒光光源中增益光纖的長度，從而減少了光纖中非線性效應的影響，并且降低了超熒光光源器件的成本。2可以實現高功率，寬帶寬，平均波長穩定的超熒光輸出，適合于光纖通信和光纖傳感的發展要求。3偏心光纖的設計，并采用端面包層泵浦的方式，具有效率高、模式匹配好、波長匹配等優點。4在結構上，采用的單程前向結構，組件結構簡單，容易制作。5在結構上，采用的雙程前向結構，光譜穩定性好，抽運閾值低。6超短長度超熒光光源較傳統寬帶光源更適合于未來集成光學的應用。圖1為SFS的四種基本結構示意圖(a)SPF，(b)SPB，(c)DPF,(d)DPB。圖2為雙向泵浦SFS結構示意圖(a)雙向對稱泵浦ED-SFS，(b)雙向不對稱泵浦ED-SFS。圖3為一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源結構圖(a)雙程前向結構，(b)單程前向結構。其中，l為半導體激光器(LD)，2為耦合透鏡系統，3為準直透鏡，4聚焦透鏡，5為信號光全反鏡，6為高增益光纖，7為斜角端，8為垂直切割端，9為光纖光軸，IO為光纖纖芯，ll為光纖包層。圖4為Er"/Yb"能級躍遷示意圖。圖5為數值模擬得出的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源的功率輸出曲線。圖6為實驗測得的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源的功率輸出曲線。圖7為實驗測得的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源在不同泵浦功率下的輸出光譜。圖8為實驗測得的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源在不同泵浦功率下的輸出光平均波長曲線。圖9為實驗測得的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源在不同泵浦功率下的輸出光帶寬曲線。具體實施例以下結合具體實施方式對本發明作進一步的說明，但是本發明不限于這些實施例。具體實施例l一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，采用如圖3(a)的結構，包括半導體激光器(LD)1，耦合透鏡系統2，信號光全反鏡5，高增益光纖6(泵浦光輸入端為垂直切割端8，超熒光輸出端為斜角端7)四部分。其特征在于-LDl為Apollo公司的高功率半導體激光器(型號S20-976-l)最高輸出功率可以達至IJ9.20W，中心波長為976nm;耦合透鏡系統2由一個準直透鏡3和一個聚焦透鏡4組成，可以將泵浦光高效的耦合入高增益光纖6的端面內；信號光全反鏡5對154011111及其附近的光的反射率大于99%，對976nm及其附近的光的反射率小于6%;高增益光纖6采用高摻雜鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖(EYDF)，光纖纖芯中鉺離子、鐿離子含量分別為lwt。/。和8wt"/。，光纖數值孔徑為0.214。將EYDF泵浦光輸入端的端面做垂直切割，并將EYDF超熒光輸出端的端面處理成7°一15°的傾斜角以減小輸出端的端面處對信號光的菲涅爾反射，從而抑制激光振蕩的產生。并且為了提高泵浦效率，EYDF制作成偏心光纖，并采用端面包層泵浦的方式。采用的EYDF的長度為10.4cm。一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，實施步驟為(1)檢測LD1的輸出功率和中心波長，調節工作溫度，確保LD可以穩定的工作；(2)在泵浦源的尾端(SMA905)后，分別連接準直透鏡3和聚焦透鏡4，調節光路的平行與于準直；(3)在聚焦透鏡4的焦點附近連接信號光全反鏡5，并將餌鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖6的垂直切割端8緊貼信號光全反鏡；(4)將功率計置于鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖6的斜角端7后面，調節信號光全反鏡5和鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖6的位置，使得超熒光輸出功率達到最大值；(5)撤去功率計，將光譜分析儀(OSA,AdvantestQ8384)置于鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖6的斜角端7后面，微調信號光全反鏡5和鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖6的位置，使得超熒光輸出光譜達到最佳；(6)得到雙程前向結構的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，LDl發出的976nm泵浦光依次經過透鏡耦合系統2、信號光全反鏡5、垂直切割端8耦合進入鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖6中，鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖6所產生的后向ASE通過信號光全反鏡5被反射入光纖并再次被放大，和產生的前向ASE—起由斜角端7輸出。對一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源的性能進行測定圖6為實驗測得的一種超短長度鉺鐿共慘高增益玻璃光纖超熒光光源的功率輸出曲線。最大輸出功率可以達到16.85mW。圖7(a)為當光纖長度等于10.4cm時，實驗測得的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源在不同泵浦功率下的輸出光譜。泵浦光為0.336W時，超熒光產生。隨著泵浦光功率的升高，光譜線寬變窄，當泵浦光達到1.84W時，出現激光。圖8為實驗測得的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源在不同泵浦功率下的輸出光平均波長曲線。平均波長定義為1=^-隨著泵浦光的增強，光譜的線寬逐漸變窄，平均波長向激光輸出波長1535nm漂移。實驗測得從超熒光的產生到激光出現前平均波長一共漂移了9.8nm。圖9為實驗測得的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源在不同泵浦功率下的輸出光帶寬曲線。帶寬定義為隨著泵浦光的增強，超熒光的帶寬逐漸變窄，直到最后輸出激光。實驗測得:從開始產生超熒光到激光出現前，帶寬從56.884nm減小到18.416nm。具體實施例2:一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，采用如圖3(a)的結構，包括半導體激光器(LD)1，耦合透鏡系統2，信號光全反鏡5，高增益光纖6(泵浦光輸入端為垂直切割端8，超熒光輸出端為斜角端7)四部分。其特征在于LDl為Apollo公司的高功率半導體激光器(型號S20-976-l)最高輸出功率可以達到9.20W，中心波長為976nm;耦合透鏡系統2由一個準直透鏡3和一個聚焦透鏡4組成，可以將泵浦光高效的耦合入高增益光纖6的端面內；信號光全反鏡5對1540nm及其附近的光的反射率大于99。/。，對976nm及其附近的光的反射率小于6%;高增益光纖6采用高摻雜鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖(EYDF)，光纖纖芯中鉺離子、鐿離子含量分別為lwtM和8wtM，光纖數值孔徑為0.214。將EYDF泵浦光輸入端的端面做垂直切割，并將EYDF超熒光輸出端的端面處理成7°一15°的傾斜角以減小輸出端的端面處對信號光的菲涅爾反射，從而抑制激光振蕩的產生。并且為了提高泵浦效率，EYDF制作成偏心光纖，并采用端面包層泵浦的方式。采用的EYDF的長度為15.2cm。一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，實施步驟為(1)檢測LD1的輸出功率和中心波長，調節工作溫度，確保LD可以穩定的工作；(2)在泵浦源的尾端(SMA905)后，分別連接準直透鏡3和聚焦透鏡4，調節光路的平行與于準直；(3)在聚焦透鏡4的焦點附近連接信號光全反鏡5，并將鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖6的垂直切割端8緊貼信號光全反鏡；(4)將功率計置于鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖6的斜角端7后面，調節信號光全反鏡5和鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖6的位置，使得超熒光輸出功率達到最大值；(5)撤去功率計，將光譜分析儀(OSA，AdvantestQ8384)置于鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖6的斜角端7后面，微調信號光全反鏡5和鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖6的位置，使得超熒光輸出光譜達到最佳；(6)得到雙程前向結構的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，LDl發出的976nm泵浦光依次經過透鏡耦合系統2、信號光全反鏡5、垂直切割端8耦合進入鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖6中，鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖6所產生的后向ASE通過信號光全反鏡5被反射入光纖并再次被放大，和產生的前向ASE—起由斜角端7輸出。對一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源的性能進行測定圖6為實驗測得的一種超短長度鉺鐿共慘高增益玻璃光纖超熒光光源的功率輸出曲線。最大輸出功率可以達到45.85mW。圖7(b)為當光纖長度等于15.2cm時，實驗測得的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源在不同泵浦功率下的輸出光譜。泵浦光為0.624W時，超熒光產生。隨著泵浦光功率的升高，光譜線寬變窄，當泵浦光達到2.11W時，出現激光。圖8為實驗測得的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源在不同泵浦功率下的輸出光平均波長曲線。平均波長定義為--t尸④隨著泵浦光的增強，光譜的線寬逐漸變窄，平均波長向激光輸出波長1535rim漂移。實驗測得從超熒光的產生到激光出現前平均波長一共漂移了8.4nm。圖9為實驗測得的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源在不同泵浦功率下的輸出光帶寬曲線。帶寬定義為隨著泵浦光的增強，超熒光的帶寬逐漸變窄，直到最后輸出激光。實驗測得:從開始產生超熒光到激光出現前，帶寬從29.315nm減小到5.0881nm。本發明所設計的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源可以輸出高功率，寬帶寬，平均波長穩定的超熒光。采用的單程前向結構，組件結構簡單，容易制作；采用的雙程前向結構，光譜穩定性好，抽運閾值低。偏心光纖的設計，并采用端面包層泵浦的方式，具有效率高、模式匹配好、波長匹配等優點。高增益光纖的應用，有效地縮短了光纖的長度，從而減少光纖中非線性效應的影響，使其更適合于集成光學的應用，而且對于降低器件成本有很大的幫助。對于新一代光纖通信技術和光纖傳感技術的發展具有很強的應用價值。權利要求1、一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，其特征在于包括泵浦源，耦合透鏡系統，信號光全反鏡，高增益光纖。所述的泵浦源經過耦合透鏡系統將泵浦光以端面泵浦的方式耦合到高增益光纖的包層中，泵浦光在包層中傳播，在纖芯中鐿離子的敏化作用下，鉺離子被泵浦光激發到亞穩態，鉺離子在從亞穩態向基態躍遷的過程中產生在纖芯中傳播的寬帶信號光。2、按照權利要求1所述的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，其特征在于所述的泵浦源可以是中心波長為976nm的高功率多模半導體激光器，也可以是其它激光器，采用端面泵浦的方式將泵浦光耦合進高增益光纖。3、按照權利要求1所述的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，其特征在于所述的耦合透鏡系統包括準直透鏡和聚焦透鏡兩部分。4、按照權利要求1所述的一種超短長度鉺鐿共慘高增益玻璃光纖超熒光光源，其特征在于所述的信號光全反鏡對1540nm及其附近的光具有高反射率，對976nm及其附近的光具有高透過率。5、按照權利要求1所述的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，其特征在于所述的高增益光纖為高摻雜的鉺鐿共摻玻璃光纖，高增益光纖可以為雙包層結構，也可以只有一個包層，纖芯可以和包層為同心結構，也可以是偏心光纖，光纖長度為10cm-20cm。6、按照權利要求5所述的高摻雜的鉺鐿共摻玻璃光纖，其特征在于所述的鉺離子摻雜濃度大于1026ions/m3，鐿離子摻雜濃度大于1027kms/m3，摻雜玻璃可以是磷酸鹽玻璃，也可以是碲酸鹽玻璃。7、按照權利要求1所述的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，其特征在于所述的高增益光纖的泵浦光輸入端可以為垂直切割端，也可以為斜角端，超熒光輸出端為斜角端，斜角端的傾斜角在7。一15°之間。8、按照權利要求1所述的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，其特征在于可以采用兩種基本結構(1)雙程前向結構泵浦源發出的泵浦光依次經過透鏡耦合系統、信號光全反鏡、垂直切割端進入高增益光纖，高增益光纖的垂直切割端緊貼信號光全反鏡，最后由另一斜角端輸出。(2)單程前向結構泵浦源發出的泵浦光依次經過透鏡耦合系統、斜角端進入高增益光纖，最后由另一斜角端輸出。也可以采用雙程后向結構或者單程后向結構。9、按照權利要求1所述的一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，其特征在于可以在超熒光輸出端后面可以加入光隔離器，進一步抑制激光的產生。全文摘要一種超短長度鉺鐿共摻高增益玻璃光纖超熒光光源，包括半導體激光器(LD)1，耦合透鏡系統2(包括準直透鏡3和聚焦透鏡4)，信號光全反鏡5，高增益光纖6(泵浦光輸入端在圖(a)結構中為垂直切割端8，在圖(b)結構中為斜角端7，超熒光輸出端在圖(a)、(b)中均為斜角端7)四部分。超熒光光源采用基本結構，在超短長度高增益光纖中實現高功率、寬帶寬、平均波長穩定的超熒光輸出。對于未來集成光學、新一代光纖通信技術和光纖傳感技術的發展具有很強的應用價值。文檔編號H04B10/02GK101257180SQ20081005212公開日2008年9月3日申請日期2008年1月22日優先權日2008年1月22日發明者于曉晨,峰宋,張家祥,田建國,程振洲,蔣雪萍,鄒昌光,琳韓申請人:南開大學