高効率LバンドエルビウムドープファイバASE広帯域光源

要約：高効率LバンドASE用にダブルパス双方向（DP_BD）ポンプ構成が提案されています。 13.7 dBmの出力パワーのLバンドASEおよび1566〜1604 nmの38nm帯域幅は、ASEパワー強度が-16 dBmよりも高く、最適化された長さの1480 nm LDと高ドープエルビウムファイバーを同時に選択することで得られます。 DP-BD ASEソースのポンプ変換効率は23.4％であり、11.8％のダブルパスフォワード（DPF）構成によるポンプ変換効率よりも大きくなっています。

はじめに

エルビウム添加ファイバ増幅自然放出（ASE）に基づく広帯域光源は、エルビウム添加ファイバ増幅器（EDFA）を備えた新しいタイプの光源です。 1993年にEDFAが最初に全光増幅に商業的に使用されて以来、光通信が急速に発展しているため、エルビウムドープファイバASEに基づく広帯域光源は1.55インチmバンドの光通信と同じ出力スペクトルを持ち出力スペクトルは安定しており、環境は小さく、出力は高く、ファイバーシステムとの結合が容易です。高密度波長分割多重システム（DWDM）の光学デバイス（EDFA、ファイバーグレーティング、その他の光パッシブなど）になりました。デバイス）テスト、光ファイバーセンシング、光ファイバージャイロ、およびスペクトル分割多波長光源アプリケーションの重要なソースへのアクセスは、大きな注目と広範な研究を受けています。現在、DWDMシステムの通信帯域幅は元のCバンド（ 1525〜1565nm）をLバンド（1565〜1605リム）に拡張するため、LバンドASEブロードバンドソースの研究はますます注目されていますが、CバンドASEブロードバンドソースと比較して、LバンドASEソースは比較的研究が少なく、その技術この論文では、エルビウムドープファイバASEのパワーはLセグメントで弱く、エルビウムドープファイバのASEを両方向（すなわち、双方向）に同時に利用し、2つのポンプレーザーを利用することが提案されています。高効率のLバンドASE出力は、エルビウムドープファイバを2方向に同時に照射する（双方向ポンプ）ことにより実現されます。実験結果は、DP BD構成が双方向の順方向よりも優れていることを示しています。排気構造（DPF構成）は、排気効率が高くなります。

1 基本原則

図1はエルビウムイオンのエネルギーレベルの図です。エルビウムドープファイバーが980 nmまたは1480 nmレーザーで励起されると、励起光が強化されると粒子の数が反転します。高エネルギー原子の自然放出はファイバー内にあります。媒体の伝播中、継続的に刺激されて増幅され、増幅された自然放射が形成されます。図1に示すように、LバンドASEの形成は、cバンドASE遷移と同じです。違いは、LバンドASEは、‰のシュタルク分裂エネルギーレベルの低エネルギーレベルと4I.5、2つの主要エネルギーレベル間の遷移によって生成されることです。 LバンドASEの形成は次のように簡単に要約できます：铒イオンが980nmまたは1480 nmのポンプレーザーを吸収した後、CバンドASEは最初に铒ファイバーのフロントエンドで生成され、生成されたCバンドASEはバックエンド铒ファイバーによって2番目として吸収されます。これにより、ポンプソースはASEスペクトルをLバンドにシフトしてLを形成します。バンドASEスペクトル。 Lバンド増幅自然放出は铒イオンゲインバンドのテールを使用するため、その放出係数と吸収係数はCバンドの3〜4倍小さくなります。 Lバンドの増幅された自然放出係数はCバンドの増幅された自然放出係数よりもはるかに低いですが、そのゲインはフラットです。粒子数分布が低いため、LバンドASEを得るために必要なエルビウムドープファイバは比較的長く、同じドーピング濃度でのCバンドASEの約数倍です。これにより、ファイバの吸収損失と後方増幅自然放出の蓄積が必然的に増加し、ポンプ変換効率が低下します。高ドープおよび低損失ドープファイバを使用すると、必要なファイバ長が短くなり、吸収損失が減少し、逆増幅された自然放出が蓄積されるため、ポンプ変換効率が向上します。さらに、自然放出効率の増幅は、ポンプ光源の波長の選択にも関係しており、1480 nmポンプレーザーの量子効率は980 nmよりも高く、1480 nmポンプレーザーを選択すると、高効率が得られます。バンドASEソース。したがって、高ドープのエルビウムファイバと1480 nmポンプレーザーは、通常、高効率のLバンドASE光源を得るために同時に選択されます。

 

2 実験と結果

図2は、双方向の双方向励起LバンドエルビウムドープファイバASEソース構造です。 ポンプ光源は日本の古河株式会社の1480 nm半導体レーザーを使用します。1480nmレーザーの出力は、同じエルビウム添加ファイバーの順方向および逆方向ポンピングによって2つの部分に分割され、エルビウム添加ファイバーはLucentによって使用されます。 1100〜1400 nmのカットオフ波長、5.2インチmのモードフィールド直径、1530 mで17〜33 dB / mの波長吸収、1200 nmで10 dBの吸収を備えた高ドープイッテルビウムファイバ、モデルLRL-EDF。 km。の2面ミラーは3 dBカプラーで簡単に接続され、その反射率はcバンドとLバンドの両方で95％以上に達します。反射を防ぎ、レーザーを形成するためにアイソレーターが出力に接続されます。 実験では、出力スペクトルと出力パワーをAN6317B分光計で測定しました。

この実験では、まず双方向構造のLバンドASEソースを調べます（図2、PB = 0）。 1480 nmレーザーの出力をポンプカプラーWDM1のポンプ端子に直接接続します1480 nmレーザーの最大出力は100 mWです。決定されたポンプ出力について、最良の平坦LバンドASEスペクトルを得るために、EDF長は最適な選択肢（すなわち、最適な反転粒子数密度）を持ちます;铒ファイバー長が短い場合、Lバンド蟠Eスペクトルのテールは比較的低いです。このとき、エルビウムイオンに対応する反転粒子の密度はわずかに大きくなります。铒ファイバーの長さが長くなると、LバンドASEスペクトルのテールは、EI）Fの長さが最大に選択されるまで徐々に高くなります。良い値は、この時点で最高の平坦LバンドASEスペクトルを出力します。ベイトファイバーの長さを増やし続けると、ポンプ出力が特定の逆粒子数密度を生成するのに十分ではないため、結果のASEが铒ファイバーのテールに吸収され、ASEが発生しますスペクトルパワーが低下します。いくつかの異なるエルビウムドープファイバ長の低ASEスペクトルが実験で測定されました。図3（a）はEDFの長さを示していますASEスペクトルは19 mおよび100 mWで測定されました。パワーポンピングでは、図から、1565〜1607 nm（42 nm）で、自然放出スペクトルパワーが--21（IBmよりも高く、良好な分光器がASEスペクトルパワーを測定したときのスペクトル平坦性は、10.7 dBmであり、対応するポンプ変換効率は約11.8％です。パワーディバイダーを使用して1480 nnlレーザーのパワーを分割します（実験では50％）逆方向ポンプ（総ポンプ出力は100 mwに維持）として、図2に示す双方向ポンプ構造が形成されます。分光計から測定されたASEスペクトルは、ASEスペクトルの出力が大きくなり、図3（b）に示すように、1566〜1604リム（38リム）では、自然放出スペクトルのパワーは16 dBmよりも高く、出力パワーは13.7 dBmです。ポンプ変換効率は23.4％であり、双方向双方向ポンプ構造は双方向構造よりもポンプ変換効率が高いことがわかります。さらに、双方向ポンプシングルパス出力のASEスペクトルも測定されます。この実験では、図2に示す2面ミラーを取り外し、実験で測定したASE損失はスペクトルは弱く、スペクトルはLバンドに完全には転送されません。つまり、シングルパスの場合、スペクトルが平坦なLバンドASEスペクトルを取得するには、より長いエルビウムドープファイバが必要であり、ポンプ変換効率も低くなります。一般に、LバンドASEソース設計では、双方向構造が一般的に使用されます。

3 結論

本論文では、双方向フォワードポンプ構造と双方向双方向ポンプ構造Iを実験的に研究しています。 バンドASEソースは、双方向の双方向ポンプ構造が双方向の前方ポンプ構造よりも高いポンプ変換効率を持っていることを示しています。 100 mWのポンプ出力では、13.7 dBmのLバンドASE出力が得られます。1566〜1604 nm（38 nm）では、自然放出スペクトル出力は-16 dBmより高く、対応するポンプ変換効率は23.4％です。