ソフトウェア制御の1550nm 10mWシングルモードファイバーレーザーです。 ファイバーはSMF-28ファイバーです。 このレーザーには、DC 5V電源が必要です。 PCのソフトウェアに接続するUSB-RS232データワイヤーを使用します。 そして0〜maxレーザー力はソフトウェアによって制御することができます。 さあ、チェックしてみましょう。
これは、532nm 500mW 0.1nm狭線幅レーザーです。 レーザーヘッドとレーザー電源は1つのケースです。 手動制御とソフトウェア制御をサポートしています。 ソフトウェア制御が選択されている場合、USBデータケーブルをリンクし、「PC」作業モードを選択します。 それを今チェックしましょう。
662nmファイバー結合レーザーシステムです。 最大出力は2000mWで、これはツナブルーレーザーです。 レーザーヘッドとレーザー電源は1つのケースです。 CWレーザーであり、変調動作モードをサポートします。 デフォルトはレーザーを制御するボタンで、ソフトウェア制御を追加できます。 これは、SMA905インターフェースを備えた200μmファイバーです。 他のタイプの光ファイバーのカスタマイズをサポートします。 ボタンはレーザーの調整に使用され、LEDは電流の値を表示します。 このレーザーシステムをテストします。ファイバーは固定されており、接続できません。 さあ、チェックしてみましょう。
要約：ダブルファイバグレーティングファブリペロー（FBG F-P）キャビティモード選択を使用した、線形キャビティ構造を備えた狭線幅ファイバレーザが開発されました。 レーザーは、高コヒーレントテクノロジーと組み合わせた高ドープEr3 +ファイバーをゲインメディアとして使用し、全ファイバーファラデー回転子（FR）を使用して空間的なホールバーニング効果を抑制し、2つの短いFBG F-Pキャビティを選択して安定した1550を生成します。 Nm単一周波数レーザー出力。 976 nm LD励起モードが採用され、励起光パワーが145 mWの場合、しきい値励起光パワーは11 mW、出力信号光パワーは73 mWです。 光から光への変換効率は50％、スロープ効率は55％です。 遅延線セルフヘテロダイン法は、ファイバーレーザーの線幅を正確に測定するために使用され、実験では、10 kmのシングルモードファイバー遅延線が使用されます。測定精度の限界により、線幅は10 kH未満です。 研究によると、このファイバーレーザーは、高出力ファイバー、狭い線幅、高い信号対雑音比の特性を備えており、高精度の光ファイバーセンサーシステムで使用できます。
1はじめに
ファイバーレーザーセンサーソースとして、狭い線幅のファイバーレーザーには、電磁場への干渉、安全性、小型サイズ、およびリモートコントロールの特性があります。現在、単一の縦モードの狭い線幅のファイバーレーザーを取得するための3つのオプションがあります。 1）キャビティ内で発生する光波の偏光状態を制御することにより、定在波効果による空間的ホールバーニングのインコヒーレント技術を排除します; 2）周波数を選択するためにレーザーキャビティに非励起ドープファイバを追加し、モードホッピングの飽和吸収を抑制します3）DFBファイバーレーザーおよび短キャビティDBRファイバーレーザーを含む短キャビティファイバーレーザー。 3つのスキームを比較すると、スキーム1と2は複数の偏光コントローラーを使用する必要があり、それらのほとんどは環状キャビティ構造であり、制御が難しく、変換効率が低く、出力電力が非常に低いです。スキーム3は構造が単純で、出力電力が200 mWを超えています。スロープ効率が24％であるため、短ゲインファイバで高出力パワーを実現するためのポンピング方法と、特別なパッケージの実装方法に問題があります。中国では超短キャビティDBR構造ファイバーレーザーも研究されていますが、レーザー効率は低く、出力は最大で11 mWであり、線幅はMHz範囲に制限されています。
この論文では、デュアルファイバグレーティングブライアペロー（FBG F-P）キャビティモード選択を備えた高ドープEr 3+リニアキャビティ狭線幅ファイバレーザを開発しました。ファイバーレーザーは、非コヒーレント技術、高出力、高エネルギー変換効率、狭い線幅、シンプルな構造、フルファイバー、高精度のファイバーセンシングシステムに適用できる高い信号対雑音比を兼ね備えています。
2 狭線幅ファイバーレーザーの実験結果
ファイバーレーザーは、主に2つのFBG F-Pキャビティと高ドープのEr3 +ファイバーリニアキャビティで構成されています。実験装置を図1に示します。 レーザーのゲイン媒体は、3 mの長さ、978 nmで17 dB / mのピーク吸収係数、および1 550 nmで30 dB / mのピーク吸収係数を持つ、高度にドープされたEr 3+ファイバーです。 実験では、双方向励起法を採用し、励起源は中心波長976 nmのLDであり、LD 1とLD 2の最大励起パワーはそれぞれ76 mWと69 mWでした。 マルチ縦モード発振を引き起こす線形キャビティ構造のスペースホールバーニング効果により、全ファイバー構造のファラデー回転子（FR）は、90bだけ通過する往復ビームの偏光状態を変更し、ファイバーレーザーのステーションを破壊する可能性があります。 波の形成条件は、空間的なホールバーニング効果を抑制します。
FBG F-Pキャビティの構造を図2に示します。 FBG F-Pキャビティは、グレーティング間の距離が1 cmで、キャビティ全体の長さが5 cm以下の一般的なシングルモードファイバにエッチングされます。 帯域幅A SEソースで測定されたFBG F-Pキャビティ反射スペクトルを図3に示します。 FBG F-P Iは、反射率50％、全反射率80％の2つのFBGで構成され、FBG F-P IIは、反射率80％、全反射率99％の2つのFBBで構成されています。 実験では、FBG F-Pキャビティは、キャビティミラーと挿入としてのF-Pキャビティ選択の機能であり、これはレーザーの完全なファイバ化を実現するのに有益です。 FBG FPキャビティの出力ラインの数は、FPキャビティのキャビティ長とFBGの反射帯域幅によって決まります。FBGFPキャビティのキャビティ長が短くなるほど、出力ライン間隔が大きくなり、FBGの反射帯域幅が狭くなり、FPキャビティが対応できます モードの数が少ないほど、通常のFPキャビティよりも周波数選択特性が優れています[13、14]。 最後に、ゲインの飽和により、いくつかの縦モードのモード競合では、中心周波数の単一縦モードが支配的になり、最後に単一縦モードのレーザー出力が得られます。
実験記録用のAndo6319スペクトルアナライザーでは、分光計の最高精度は0.01 nmです。 出力光パワーは、光パワーメーターを使用して正確に測定されます。 ポンピングパワーが11 mWになると、レーザーが発振し始めます。 ポンプ出力が増加すると、安定したスペクトル線が得られ始め、ラインの3 dBの線幅はポンプ出力の増加の影響を受けません。 図4は、5 nmのスキャン範囲と0.01 nmの精度の出力スペクトルです。 分光計の出力のレーザー中心波長は1 550 nm、3 dBの線幅は0.01 nm未満、S / N比は50 dBを超えます。 1 nmの連続観測では、レーザーにはモードホッピング現象がなく、波長ドリフト範囲は0.01 nm未満です。 励起パワーが最大145 mWの場合、出力パワーは73 mW、光から光への変換効率は50％、スロープ効率は55％です。 図5は、出力をポンプ出力の関数として示しています。 図からわかるように、出力電力はポンピング電力の増加に比例して変化します。
3セルフヘテロダイン線幅測定実験結果
現在、遅延自己ヘテロダイン/ゼロ差分光法を使用して、kHz級レーザーの線幅を測定しています。自己ヘテロダイン法と比較した自己ゼロ差分法では、周波数シフターを使用する必要はありませんが、標準のRFスペクトラムアナライザーを使用して直接測定することはできません。改善されたセルフゼロ差測定システム[15]は、位相変調器とローカルRF発振器の追加を必要としますが、これはヘテロダイン測定システムの構造よりも複雑です。正確なレーザーの線幅を取得するために、遅延自己ヘテロダイン方式が選択され、ファイバーレーザーの線幅が測定されます。
図6に示すように、遅延自己ヘテロダイン方式の実験システム。実験システム全体は、10 kmのシングルモードファイバー遅延線、中心周波数70 MHzの音響光学周波数シフター、2つの1 @ 2タイプ3 dBファイバーカプラー、光検出器、およびAD-VANTEST R3267 RFスペクトルアナライザーで構成されています。 。遅延自己ヘテロダイン測定法の測定精度は、ファイバ遅延線の長さに関係し[16]、計算によると、10 km長のファイバ遅延線の測定精度は10 kHzです。スペクトルの3 dB帯域幅は5 kHzですが、ファイバーレーザーの3 dB線幅は、測定精度により10 kHz未満であると見なされます。
4結論
非コヒーレントテクノロジーと組み合わせて、単一の縦モード狭線幅ファイバーレーザーは、全ファイバーFRを使用した2つの短いFBG F-Pキャビティモード選択を使用して開発され、空間的ホールバーニング効果を抑制しました。 パワー出力特性が示されており、スレッショルドポンピングパワーは11 mW、出力信号光パワーは73 mW、スロープ効率は55％です。 レーザー出力の中心波長は1550 nmで、スペクトルは安定しており、信号対雑音比は高いです。 遅延セルフヘテロダインの線幅測定は、10 kmのシングルモードファイバー遅延線を使用して実行されましたが、測定精度の制限により、ファイバーレーザーの3 dB線幅は最終的に10 kHz未満でした。
1はじめに
ファイバーレーザーセンサーソースとして、狭い線幅のファイバーレーザーには、電磁場への干渉、安全性、小型サイズ、およびリモートコントロールの特性があります。現在、単一の縦モードの狭い線幅のファイバーレーザーを取得するための3つのオプションがあります。 1）キャビティ内で発生する光波の偏光状態を制御することにより、定在波効果による空間的ホールバーニングのインコヒーレント技術を排除します; 2）周波数を選択するためにレーザーキャビティに非励起ドープファイバを追加し、モードホッピングの飽和吸収を抑制します3）DFBファイバーレーザーおよび短キャビティDBRファイバーレーザーを含む短キャビティファイバーレーザー。 3つのスキームを比較すると、スキーム1と2は複数の偏光コントローラーを使用する必要があり、それらのほとんどは環状キャビティ構造であり、制御が難しく、変換効率が低く、出力電力が非常に低いです。スキーム3は構造が単純で、出力電力が200 mWを超えています。スロープ効率が24％であるため、短ゲインファイバで高出力パワーを実現するためのポンピング方法と、特別なパッケージの実装方法に問題があります。中国では超短キャビティDBR構造ファイバーレーザーも研究されていますが、レーザー効率は低く、出力は最大で11 mWであり、線幅はMHz範囲に制限されています。
この論文では、デュアルファイバグレーティングブライアペロー（FBG F-P）キャビティモード選択を備えた高ドープEr 3+リニアキャビティ狭線幅ファイバレーザを開発しました。ファイバーレーザーは、非コヒーレント技術、高出力、高エネルギー変換効率、狭い線幅、シンプルな構造、フルファイバー、高精度のファイバーセンシングシステムに適用できる高い信号対雑音比を兼ね備えています。
2 狭線幅ファイバーレーザーの実験結果
ファイバーレーザーは、主に2つのFBG F-Pキャビティと高ドープのEr3 +ファイバーリニアキャビティで構成されています。実験装置を図1に示します。 レーザーのゲイン媒体は、3 mの長さ、978 nmで17 dB / mのピーク吸収係数、および1 550 nmで30 dB / mのピーク吸収係数を持つ、高度にドープされたEr 3+ファイバーです。 実験では、双方向励起法を採用し、励起源は中心波長976 nmのLDであり、LD 1とLD 2の最大励起パワーはそれぞれ76 mWと69 mWでした。 マルチ縦モード発振を引き起こす線形キャビティ構造のスペースホールバーニング効果により、全ファイバー構造のファラデー回転子（FR）は、90bだけ通過する往復ビームの偏光状態を変更し、ファイバーレーザーのステーションを破壊する可能性があります。 波の形成条件は、空間的なホールバーニング効果を抑制します。
FBG F-Pキャビティの構造を図2に示します。 FBG F-Pキャビティは、グレーティング間の距離が1 cmで、キャビティ全体の長さが5 cm以下の一般的なシングルモードファイバにエッチングされます。 帯域幅A SEソースで測定されたFBG F-Pキャビティ反射スペクトルを図3に示します。 FBG F-P Iは、反射率50％、全反射率80％の2つのFBGで構成され、FBG F-P IIは、反射率80％、全反射率99％の2つのFBBで構成されています。 実験では、FBG F-Pキャビティは、キャビティミラーと挿入としてのF-Pキャビティ選択の機能であり、これはレーザーの完全なファイバ化を実現するのに有益です。 FBG FPキャビティの出力ラインの数は、FPキャビティのキャビティ長とFBGの反射帯域幅によって決まります。FBGFPキャビティのキャビティ長が短くなるほど、出力ライン間隔が大きくなり、FBGの反射帯域幅が狭くなり、FPキャビティが対応できます モードの数が少ないほど、通常のFPキャビティよりも周波数選択特性が優れています[13、14]。 最後に、ゲインの飽和により、いくつかの縦モードのモード競合では、中心周波数の単一縦モードが支配的になり、最後に単一縦モードのレーザー出力が得られます。
実験記録用のAndo6319スペクトルアナライザーでは、分光計の最高精度は0.01 nmです。 出力光パワーは、光パワーメーターを使用して正確に測定されます。 ポンピングパワーが11 mWになると、レーザーが発振し始めます。 ポンプ出力が増加すると、安定したスペクトル線が得られ始め、ラインの3 dBの線幅はポンプ出力の増加の影響を受けません。 図4は、5 nmのスキャン範囲と0.01 nmの精度の出力スペクトルです。 分光計の出力のレーザー中心波長は1 550 nm、3 dBの線幅は0.01 nm未満、S / N比は50 dBを超えます。 1 nmの連続観測では、レーザーにはモードホッピング現象がなく、波長ドリフト範囲は0.01 nm未満です。 励起パワーが最大145 mWの場合、出力パワーは73 mW、光から光への変換効率は50％、スロープ効率は55％です。 図5は、出力をポンプ出力の関数として示しています。 図からわかるように、出力電力はポンピング電力の増加に比例して変化します。
3セルフヘテロダイン線幅測定実験結果
現在、遅延自己ヘテロダイン/ゼロ差分光法を使用して、kHz級レーザーの線幅を測定しています。自己ヘテロダイン法と比較した自己ゼロ差分法では、周波数シフターを使用する必要はありませんが、標準のRFスペクトラムアナライザーを使用して直接測定することはできません。改善されたセルフゼロ差測定システム[15]は、位相変調器とローカルRF発振器の追加を必要としますが、これはヘテロダイン測定システムの構造よりも複雑です。正確なレーザーの線幅を取得するために、遅延自己ヘテロダイン方式が選択され、ファイバーレーザーの線幅が測定されます。
図6に示すように、遅延自己ヘテロダイン方式の実験システム。実験システム全体は、10 kmのシングルモードファイバー遅延線、中心周波数70 MHzの音響光学周波数シフター、2つの1 @ 2タイプ3 dBファイバーカプラー、光検出器、およびAD-VANTEST R3267 RFスペクトルアナライザーで構成されています。 。遅延自己ヘテロダイン測定法の測定精度は、ファイバ遅延線の長さに関係し[16]、計算によると、10 km長のファイバ遅延線の測定精度は10 kHzです。スペクトルの3 dB帯域幅は5 kHzですが、ファイバーレーザーの3 dB線幅は、測定精度により10 kHz未満であると見なされます。
4結論
非コヒーレントテクノロジーと組み合わせて、単一の縦モード狭線幅ファイバーレーザーは、全ファイバーFRを使用した2つの短いFBG F-Pキャビティモード選択を使用して開発され、空間的ホールバーニング効果を抑制しました。 パワー出力特性が示されており、スレッショルドポンピングパワーは11 mW、出力信号光パワーは73 mW、スロープ効率は55％です。 レーザー出力の中心波長は1550 nmで、スペクトルは安定しており、信号対雑音比は高いです。 遅延セルフヘテロダインの線幅測定は、10 kmのシングルモードファイバー遅延線を使用して実行されましたが、測定精度の制限により、ファイバーレーザーの3 dB線幅は最終的に10 kHz未満でした。
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。
CバンドからLバンドに拡大し、C + LバンドワイドバンドEDFAを形成することは、最新の研究テーマになっています。
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（ASE）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。
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。
CバンドからLバンドに拡大し、C + LバンドワイドバンドEDFAを形成することは、最新の研究テーマになっています。
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（ASE）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。