要約：新しいC + Lバンドエルビウムドープファイバブロードバンドライトであるため、高出力が必要です。 実験では、ファイバーループミラーまたは3 dBのカプラーを使用しましたが、パワー制御回路によりファイバー出力が安定しました。 シングルステージファイバーと980 nmの2つのポンプLDが使用され、Cバンド増幅されたバックグラウンドの自然放出により、LDの効率と出力の安定性が再び向上しました。 一方、適切なエルビウム添加ファイバ長を選択すると、平均波長が1 550.887 nmである26.67 mW（14.26 dBm）を超える出力でC + Lバンドの出力を同時に取得できます。
1はじめに
SFS（超蛍光ファイバーソース）は、低コヒーレンスの単一横広帯域ソースです。エルビウム添加ファイバの増幅された自然放出に基づいており、優れた温度安定性と幅広い蛍光を備えています。スペクトル幅、中心波長は1 550 nm帯域にあり、出力光パワーは大きく、大きな関心を呼んでいます。さらに重要なことに、光ファイバーセンサーと光ファイバー検出器の継続的な開発により、低時間コヒーレンスを備えた広帯域光源の要件も増加しています。光源には大きな出力パワーだけでなく、広い周波数帯域と高い平均波長安定性の特性も必要です。ブロードバンドソースは、波長分割多重（WDM）システムおよび通信ネットワークの開発も促進します。イッテルビウムをドープした光源は、近年広く研究されています。現在、Cバンド増幅自然放出広帯域光源の研究は非常に成熟しています。容量拡張の要件を満たすために、EDFAのゲインバンドが採用されます。
広く使用されているブロードバンドソースは超放射ダイオードであり、希土類ドープエルビウムドープファイバ自律発光（A SE）に基づくブロードバンドソースは、本質的に広い発光スペクトル、高出力、ファイバシステムとの容易な結合を備えています。長寿命およびその他の利点により、非コヒーレントブロードバンドソースを作成するのに最適です。これにより、希土類ドープ広帯域光源の研究がより緊急になります。
この研究では、シングルステージデュアルポンプC + Lバンドソースモデルを設計しました。ブロードバンドEDFAの基本構造を分析しました。エルビウムファイバによって生成されるさまざまな帯域の原理、ファイバループミラーの製造原理、および新しい設計方式が提案されました。出力光をより安定させるために、電力制御回路が追加されています。また、設計はコスト効率よく最適化されており、性能に影響を与えることなくポンピングレーザーダイオードを2つから1つに削減しています。この設計は、実用的なC + Lバンドソースの研究のための実験的基礎を提供します。
2ファイバーリングミラーの製造と反射の原理
光ファイバーリングミラーは、広帯域ミラーである2＃2融着テーパーカプラーの2つの出力を融合します。 構造を図1に示します。この構造は、光センシング（光ファイバージャイロスコープなど）でSag nac干渉計と呼ばれます。 入力光信号が通常の広帯域カプラーの一端から入力されると、カプラーの2つの出力ポートで時計回りと反時計回りの2つのビームに分割されます。 送信後、2つのビームはカプラー内にあります。 結合領域がコヒーレントになった後、反射光は信号入力端から出力され、透過光はもう一方の端から出力されます。 カプラーのエネルギー分割比はkです。 カプラー自体の損失とファイバーの損失を無視するという前提の下で、入射光パワーがPinの場合、反射光パワーP rと光伝送パワーP tはそれぞれ
Pr = 4k( 1 - k)P in ( 1)
P t = ( 1 - 2k)²P in ( 2)
式（1）および（2）から、ファイバーループミラーの反射率Rおよび透過率Tは次のように表すことができます。
R = 4k ( 1- k) ( 3)
T = ( 1 - 2k)² ( 4)
デバイスの対称性から、デバイスは次の関係を満たします。
つまり、デバイスの伝送行列Aは次のように記述できます。
図1ファイバーループミラー構造の模式図
図2の実線と破線は、それぞれkを使用したRとTの理論曲線です。 明らかに、分割比kが0または1の場合、R = 0、P r = 0、T = 1、P t = P inです。この場合、構造は全透過ミラーとして機能します。 k∃0。 147またはk∃0。 853、つまり、この時点で2つの曲線の交点R = T = 0.5、Pr = P t
半透過半反射として機能します。 k = 1/2（3 dBカプラー）の場合、R = 1、P r = P in、T = 0、Pt = 0の場合、構造は全反射ミラーの役割を果たします。 実際には、フュージョンは特定の損失をもたらし、カプラーのスプリッター比はその公称値と完全には一致しません。または、使用されるブロードバンドソースには特定の変動、環境変化、および人的要因によって引き起こされる他の要因がある理論値があります。 偏差。
図2カップリング比を持つファイバーループミラーの反射率と透過率の曲線
3光源構造解析
エルビウムをドープしたファイバー超蛍光源のさまざまな構造が提案され、研究されています。これらの構造の中で、双方向の後方構造が最も理想的な構造であると考えられており、高出力、広い線幅を持ち、長さを最適化することによって励起電力の変化によって引き起こされる光源の中心を除去することができますエルビウム添加ファイバー。波長不安定。多くの実験を通じて、ダブルポンプ構造は他の2ウェイ2ステージ構造よりも変換効率が高く、より高い出力が得られ、波長安定性が優れていることがわかりました。さらに重要なのは、実験装置がシンプルなことです。実装が簡単。したがって、実験装置は最終的に二重ポンプ構造として選択されました。 3 dBの広帯域ファイバーカプラーを使用して、光源のミラーとして使用される約100％の全反射ミラーを形成します。ファイバーのエルビウム添加濃度は0.77-10-3で、カットオフ波長は853.5 nmです。 1200 nmでのバックグラウンド損失は50 dB / km以下であり、980 nmでのピーク吸収係数は4.5以上です。モードフィールド直径は6.68μmこの実験では、980 nmレーザーダイオードをポンプ光源として使用し、中心波長は979.04 nm、しきい値電流は27.8 mAです。レーザーダイオードのピグテール出力光パワーは、（しきい値電流ポイントからの）ポンピング電流とほぼ線形です。実験セットアップの設計では、2つの980nmレーザーダイオードが励起源として使用され、1つは順方向ポンプとして、もう1つは逆方向ポンプとして使用されました。実験構造を図3に示します。コストを削減するために、最終的に980 nmのLDが実現され、前方および後方励起光信号がカプラーによって提供され、光を分割します。簡略化したデバイスを図4に示します。
図3 C + Lバンドソース構造の概略図
図4 C + Lバンドソースの単純化された構造の概略図
4実験結果と分析
広帯域光源の出力光特性は通常、スペクトル帯域幅、中心波長、および出力パワーの3つの特性パラメーターによって特徴付けられます。エルビウム繊維のドーピング濃度は、ゲインに影響する要因の1つです。高度にドープされたエルビウム繊維を選択して超蛍光光源を生成すると、より高い出力で超蛍光を達成できます。ダブルポンプ光源の出力光特性は、2つの主要なパラメーターによって決定されます。1つは、エルビウムドープファイバー材料と導波路構造パラメーター、つまり、Er3 +濃度、共ドープイオン濃度、吸収を含む選択したファイバータイプです。放射断面積スペクトル、および開口数。 、カットオフ波長、光場の重なり、ファイバーのコア面積。 2つ目は、ポンプ波長、ポンプ効率、エルビウムファイバ長、ミラー反射率などの動作モードパラメータです。
通常、単純なCバンド光源は、シングルパスバックワード構造を採用しています。単純なLバンド光源はシングルパスフォワード構造を直接採用し、利用効率が低い、または2段双方向フォワード方向およびその他の複雑な構造が実現され、コストが増加し、導入がさらに進んでいます導入されました。多くの不確実性。したがって、実験では、ダブルポンプ構造を採用し、高濃度のエルビウムドープファイバをゲイン媒体として使用し、3 dBカプラで作られた光ファイバ全反射器を使用して、後方に生成された高出力Cバンド光がファイバに戻ります。エルビウムドープファイバの増幅された吸収は、光源の利用効率を改善し、光源の安定性を改善します。
実験デバイスの構造では、2つの980 nmレーザーダイオードがポンプソースとして使用され、光パワーが両端でポンプされる場合、出力パワーは平均波長1で最大26.67 mW（14.26 dBm）です。 550. 887 nmでの出力スペクトルを図5に示します。コストの観点から、レーザーダイオードのコストが高いため、2つの980 nmレーザーダイオードをカプラーを介して1つに変更すると、光の性能が向上します。ソースは影響を受けません。上のデバイス
約4メートルの長さのピグテールの場合、繰り返しテストでピグテールを接続する必要はなく、カプラーを介して出力に直接接続され、テスト中の一時的なジョイントの数が削減され、効果的に削減されます光パワーの減衰の目的は、光源の利用率を改善することです。レーザー光を避けるために、光出力にアイソレーターを追加します。
図5 C + Lバンドソースの実験出力スペクトル
実験結果は、C + Lバンド増幅自然放出広帯域光源が、双方向ポンピング単段エルビウムドープファイバ構造によって実現できることを示しています。第一に、エルビウムをドープしたファイバの長さを合理的に選択する必要があります。ファイバの長さは、出力スペクトルの平坦性と混合のため、実験結果に大きな影響を与えます。エルビウムファイバ長の選択は密接な関係があります。エルビウム添加ファイバが短すぎる場合、順方向および逆方向の励起パワーをどのように調整しても、LバンドスペクトルとCバンドスペクトルを一致させることができないため、スペクトルがフラットなC + Lバンド増幅自然放出源取得できません。エルビウム添加ファイバの長さが特定の値を超える場合、LバンドとCバンドのスペクトルを調整するために、順方向前方ポンピングレーザーダイオードの制御電流を調整することで、LバンドとCバンドのスペクトルを一致させることができます平坦なC + Lバンド増幅自然放出を得るため。スペクトル出力。さらに、適切なファイバ長の範囲では、C + Lバンドの増幅自然放出スペクトルの平坦性は基本的に等しく、増幅自然放出源のポンピング変換効率とスペクトルの平坦性は必ずしも関係しません。
実際の実験では、エルビウム添加ファイバと波長分割マルチプレクサ、レーザーダイオードピグテールおよび波長分割マルチプレクサ、エルビウムファイバおよび出力ピグテールとの接続は、光源の開発に不可欠です。実験では、光ファイバーの融合は高精度溶接機で行われました。
5 結論
この論文は、エルビウム添加ファイバの形成メカニズムとCバンドとLバンド間の相互作用を分析します。 C + Lバンドでの広帯域光源の同時出力の基本原理をさらに分析します。 シンプルで優れたシングルステージダブルポンプ2パスC + Lバンド光源構造は、パフォーマンスに影響を与えることなく設計および最適化されています。 2つのレーザーダイオードを1つに変更する場合、コストが削減され、デバイスが簡素化されます。 広帯域スペクトルを出力しながらエルビウムイオンがC + Lバンドを生成する基本原理を分析します。 この実験では、出力スペクトルをより平坦にし、出力光パワーをより高くするために、エルビウムファイバの長さを最適化しました。 同時に、異なるエルビウムの濃度を変更し、光源の平坦度をさらに改善してその適用範囲を拡大するために電力制御回路を追加しました。
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