PL B1. Układ impulsowego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu z zabezpieczaniem laserowych diod pompujących

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. H01S 3/067 ( ) H01S 3/10 ( ) H04B 10/00 ( ) (54) Układ impulsowego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu z zabezpieczaniem laserowych diod pompujących (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 07/11 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/14 (72) Twórca(y) wynalazku: PAWEŁ KACZMAREK, Jelcz-Laskowice, PL JAROSŁAW SOTOR, Wrocław, PL GRZEGORZ SOBOŃ, Sobótka, PL KRZYSZTOF ABRAMSKI, Wrocław, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Regina Kozłowska

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest układ impulsowego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu z zabezpieczeniem laserów pompujących przed zniszczeniem, przeznaczony do stosowania w układach i urządzeniach optycznych, jako wzmacniacz impulsowego promieniowania laserowego z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego. Z amerykańskiego opisu patentowego US znany jest układ przeciwbieżnego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu ze sprzęgaczem WDM (Wavelength Division Multiplexing) wyposażonym w wielowarstwowy filtr dielektryczny wprowadzającym straty, dla promieniowania laserowego o długości fal z trzeciego okna telekomunikacyjnego docierającego do lasera pompującego, na poziomie 20 db. Układ wzmacniacza zbudowany jest z sygnałowego wejścia światłowodowego połączonego z pierwszym końcem światłowodu domieszkowanego jonami erbu za pomocą izolatora optycznego. Drugi koniec światłowodu domieszkowanego jonami erbu połączony jest z źródłem pompującym za pomocą dwóch wyjść sprzęgacza WDM. Wyjście światłowodowe wzmacniacza połączone jest za pomocą izolatora optycznego z trzecim wyjściem sprzęgacza WDM. Układ impulsowego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu w konfiguracji pompowania dwukierunkowego znany jest z zgłoszenia patentowego US Układ wzmacniacza zbudowany jest z włókna światłowodowego domieszkowanego erbem, do którego końców dołączono za pomocą sprzęgacza WDM cztery lasery pompujące. Impulsowe promieniowanie sygnałowe o długości fali z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego do prowadzone jest do włókna domieszkowanego jonami erbu za pomocą pierwszego sprzęgacza WDM a wyjście wzmocnionego sygnału impulsowego zapewnia drugi sprzęgacz WDM. Istota układu wzmacniacza według wynalazku polega na tym, że pomiędzy laser pompujący i drugie wejście sprzęgacza WDM, w światłowód wpięty jest selektywny tłumik zabezpieczający. Pierwsze wyjście sprzęgacza WDM stanowi światłowodowe wyjście wzmacniacza. Korzystnie, selektywny tłumik zabezpieczający jest całkowicie światłowodowym elementem pasywnym. Korzystne jest również to, że selektywny tłumik zabezpieczający wprowadza tłumienie dla długości fali z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego i nie tłumi sygnału pompującego o długości fali około 980 nm. Wariant układu wzmacniacza według wynalazku, polega na tym, że pomiędzy pierwszy laser pompujący i drugie wejście sprzęgacza WDM, w światłowód jest wpięty pierwszy selektywny tłumik zabezpieczający, przy czym wyjście pierwszego sprzęgacza WDM jest połączone z pierwszym końcem aktywnego włókna światłowodowego, a pierwsze wyjście pierwszego sprzęgacza WDM stanowi światłowodowe wyjście wzmacniacza, natomiast drugi koniec aktywnego włókna światłowodowego połączony z wejściem drugiego sprzęgacza WDM, którego pierwsze wyjście połączone jest poprzez izolator światłowodowy z impulsowym źródłem sygnałowego promieniowania laserowego, ma drugie wyjście połączone poprzez drugi selektywny tłumik zabezpieczający z drugim laserem pompującym. Korzystnie, pierwszy i drugi selektywny tłumik regulowany jest całkowicie światłowodowym elementem pasywnym. Korzystne jest również to, że pierwszy i drugi selektywny tłumik regulowany wprowadza tłumienie dla długości fali z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego i nie tłumi sygnału pompującego o długości fali około 980 nm. Układ impulsowego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu według wynalazku, skutecznie zabezpiecza laser pompujący przed wstecznie propagowanym promieniowaniem laserowym o długości fali z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego, co zabezpiecza go przed zniszczeniem, i jednocześnie sprawia, że możliwa jest bezpieczna praca wzmacniacza z impulsami o małej częstotliwości repetycji i stromym naroście zbocza. Zastosowanie selektywnego tłumika regulowanego pozwala na budowę wzmacniaczy impulsowego promieniowania laserowego z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego, a w szczególności promieniowania impulsowego o małej częstotliwości repetycji i stromym naroście zbocza impulsów. Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ przeciwbieżnego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu z zabezpieczaniem laserów pompujących przed zniszczeniem, a fig. 2 - dwustronnie pompowany układ wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu z zabezpieczaniem laserów pompujących przed zniszczeniem.

3 PL B1 3 P r z y k ł a d 1 Układ przeciwbieżnego impulsowego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu z zabezpieczeniem laserów pompujących przed zniszczeniem składa się kolejno z lasera pompującego A sprzężonego ze światłowodem połączonym z selektywnym tłumikiem zabezpieczającym B a następnie poprzez wejście W2 sprzęgacza WDM C i wyjście W3 połączony jest z pierwszym końcem aktywnego włókna światłowodowego domieszkowanego jonami erbu D. Drugi koniec aktywnego włókna światłowodowego D połączony jest poprzez izolator światłowodowy E z impulsowym źródłem sygnałowego promieniowania laserowego F z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego. Wyjście wzmacniacza G realizowane jest za pomocą pierwszego wyjścia W1 sprzęgacza WDM C. Promieniowanie laserowe o długości fali ok. 980 nm generowane przez laser pompujący A doprowadzane jest do aktywnego światłowodu domieszkowanego jonami erbu D poprzez selektywny tłumik zabezpieczający B i sprzęgacz WDM C, równocześnie do aktywnego światłowodu D doprowadzany jest impulsowy sygnał użyteczny z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego generowany przez źródło sygnałowe F. Oddziaływanie promieniowania pompującego o długości fali ok. 980 nm i promieniowania impulsowego z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego ze strukturą aktywnego światłowodu domieszkowanego jonami erbu D powoduje wzmocnienie impulsowego promieniowania z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego. Promieniowanie to rozchodzi się w kierunku sprzęgacza WDM C i izolatora światłowodowego E, który uniemożliwia jego dalszą propagację w kierunku źródła sygnału impulsowego F. Wzmocnione promieniowanie impulsowe z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego dociera do sprzęgacza WDM C, gdzie ze stratą około 0,5 db, kierowane jest do wyjścia wzmacniacza G oraz ze stratą ok. 20 db do wejścia W2, a następnie propagowane jest w kierunku selektywnego tłumika zabezpieczającego B, który wprowadza tak duże straty dla wzmocnionego promieniowania z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego i nie tłumi promieniowania pompującego o długości fali około 980 nm, że sygnał ten docierając do lasera pompującego A nie powoduje jego zniszczenia. P r z y k ł a d 2 Układ dwustronnie pompowanego impulsowego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu z zabezpieczeniem laserów pompujących przed zniszczeniem składa się kolejno z pierwszego lasera pompującego A sprzężonego ze światłowodem połączonego z pierwszym selektywnym tłumikiem zabezpieczającym B a następnie poprzez wejście W2 pierwszego sprzęgacza WDM C i wyjście W3 połączony jest z pierwszym końcem aktywnego włókna światłowodowego domieszkowanego jonami erbu D. Pierwsze wyjście W1 pierwszego sprzęgacza WDM C stanowi światłowodowe wyjście wzmacniacza G. Drugi koniec aktywnego włókna światłowodowego D połączony jest poprzez wyjście W3 drugiego sprzęgacza WDM H i wejście W1 poprzez izolator światłowodowy E z impulsowym źródłem sygnałowego promieniowania laserowego F z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego. Do wejścia W2 drugiego sprzęgacza WDM H podłączony jest za pomocą drugiego selektywnego tłumika zabezpieczającego I drugi laser pompujący J. Promieniowanie laserowe o długości fali ok. 980 nm generowane przez pierwszy laser pompujący A i drugi laser pompujący J doprowadzane jest do aktywnego światłowodu domieszkowanego jonami erbu D poprzez oba selektywne tłumiki zabezpieczające B i I oraz oba sprzęgacze WDM C i H, równocześnie do aktywnego światłowodu D doprowadzany jest impulsowy sygnał użyteczny z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego generowany przez źródło sygnałowe F. Oddziaływanie promieniowania pompującego o długości fali około 980 nm i promieniowania impulsowego z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego ze strukturą aktywnego światłowodu domieszkowanego jonami erbu D powoduje wzmocnienie impulsowego promieniowania z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego. Wzmocnione promieniowanie impulsowe z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego dociera do pierwszego sprzęgacza WDM C, gdzie ze stratą około 0,5 db kierowane jest do wyjścia wzmacniacza G oraz ze stratą około 20 db do wejścia W2, a następnie propagowane jest w kierunku pierwszego selektywnego tłumika zabezpieczającego B, który wprowadza tak duże straty dla wzmocnionego promieniowania i nie tłumi promieniowania pompującego z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego o długości fali około 980 nm, że sygnał docierający do pierwszego lasera pompującego A nie powoduje jego zniszczenia. Wstecznie propagowane wzmocnione promieniowanie impulsowe z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego dociera do drugiego sprzęgacza WDM H gdzie ze stratą około 0,5 db kierowane jest do wejścia W1, a następnie w kierunku izolatora światłowodowego E, który uniemożliwia jego dalszą propagację w kierunku źródła sygnału impulsowego F oraz ze stratą około 20 db do wejścia W2 a następnie propagowane jest w kierunku drugiego selektywnego tłumika zabezpieczającego B, który wprowadza tak

4 4 PL B1 duże straty dla wzmocnionego promieniowania z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego i nie tłumi promieniowania pompującego o długości fali około 980 nm, że sygnał docierający do drugiego lasera pompującego J nie powoduje jego zniszczenia. Zastrzeżenia patentowe 1. Układ impulsowego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu z zabezpieczaniem laserów pompujących, ma laser pompujący sprzężony światłowodem poprzez wejście i wyjście sprzęgacza WDM z pierwszym końcem aktywnego włókna światłowodowego domieszkowanego jonami erbu, natomiast drugi koniec aktywnego włókna światłowodowego połączony jest z izolatorem światłowodowym, którego wyjście połączone jest z impulsowym źródłem sygnałowego promieniowania laserowego z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego, znamienny tym, że pomiędzy laser pompujący (A) i drugie wejście (W2) sprzęgacza WDM (C) w światłowód wpięty jest selektywny tłumik zabezpieczający (B), przy czym pierwsze wyjście (W1) sprzęgacza WDM (C) stanowi światłowodowe wyjście wzmacniacza (G). 2. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że selektywny tłumik zabezpieczający (B) jest całkowicie światłowodowym elementem pasywnym. 3. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że selektywny tłumik zabezpieczający (B) wprowadza tłumienie dla długości fali z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego i nie tłumi sygnału pompującego o długości fali około 980 nm. 4. Układ impulsowego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu z zabezpieczaniem laserów pompujących, ma laser pompujący sprzężony światłowodem poprzez wejście i wyjście pierwszego sprzęgacza WDM z pierwszym końcem aktywnego włókna światłowodowego domieszkowanego jonami erbu, natomiast drugi koniec aktywnego włókna światłowodowego połączony jest poprzez drugi sprzęgacz WDM z izolatorem światłowodowym, którego wyjście połączone jest z impulsowym źródłem sygnałowego promieniowania laserowego z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego i drugim laserem pompującym, znamienny tym, że pomiędzy pierwszy laser pompujący (A) i drugie wejście (W2) pierwszego sprzęgacza WDM (C), w światłowód wpięty jest pierwszy selektywny tłumik zabezpieczający (B), przy czym wyjście (W3) pierwszego sprzęgacza WDM (C) jest połączone z pierwszym końcem aktywnego włókna światłowodowego (D), a pierwsze wyjście (W1) pierwszego sprzęgacza WDM (C) stanowi światłowodowe wyjście wzmacniacza (G), natomiast drugi koniec aktywnego włókna światłowodowego (D) połączony z wejściem (W3) drugiego sprzęgacza WDM (H), którego pierwsze wyjście (W1) połączone jest poprzez izolator światłowodowy (E) z impulsowym źródłem sygnałowego promieniowania laserowego (F), ma drugie wyjście (W2) połączone poprzez drugi selektywny tłumik zabezpieczający (I) z drugim laserem pompującym (J). 5. Układ, według zastrz. 4, znamienny tym, że pierwszy selektywny tłumik zabezpieczający (B) i drugi selektywny tłumik zabezpieczający (I) są całkowicie światłowodowymi elementem pasywnymi. 6. Układ, według zastrz. 4, znamienny tym, że pierwszy selektywny tłumik zabezpieczający (B) i drugi selektywny tłumik zabezpieczający (I) wprowadzają tłumienie dla długości fali z zakresu trzeciego okna telekomunikacyjnego i nie tłumią sygnału pompującego o długości fali około 980 nm.

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)