[01199790]全光通信用高功率低噪声可调谐单频光纤激光器

提出种子源+光纤放大模块的结构方案，研制全光通信用高功率低噪声可调谐单频光纤激光发射源。仅用一只激光泵源通过特定分路比的光纤耦合器同时泵浦光纤放大器和激光器，以提高其泵浦使用效率，选择低噪声种子光和泵浦光分别从光纤两端分别进入的方式，通过尾纤把低噪声单频信号光串联进光纤功率放大器进行光脉冲放大。光纤放大器能严格按照耦合进来的种子源光进行原形放大，却不改变激光波长和波形线宽。既可得到优良的激光特性，又能大大提高输出的激光功率。这是传统方式所无法达到的综合效果。为防止纤芯中背向散射的放大激光损坏种子光源，对种子光进行单向隔离.采用光隔离器也会防止剩余泵浦光进入种子光源的作用.以实现对种子光源的有效保护. 通过发现光纤激光模式跳变与其高频噪声实时发生的内在规律，采取抑制其模式跳变的措施，从而得到低噪声单频信号光；利用未泵浦掺铒光纤作饱和吸收体获得稳定的单频激光输出，采用可调谐光纤光栅调谐输出波长，集成低插入损耗的可调光纤衰减器以实现其输出光功率的调整。研究了光纤激光在高速率的调制特性，噪声特性及单频模式特性；设计并建立80km 5Gbits/s光纤激光调制传输试验系统；将得到的光纤激光的各种技术指标(调制码率，噪声，波长漂移，功率稳定性等)与现有的DFB-LD相比较；具有如下特点：1. 长距离80km光纤传输；2. 应用于高码率全光高速通信网络；3. 由于其天然良好的散热方式，输出功率稳定；4. 优于DFB-LD的波长调谐范围，其宽频带调谐可实现40nm；5. 单频；低噪声；低啁啾效应；6. 全光纤结构方式，可实现真正的低插入损耗的光纤耦合；7. 结构紧凑的模块化设计，最大限度的降低其制作成本.全光纤型低噪声可调谐单频光纤激光发射源在高速长距离光通信、光传感等领域具有广阔的产业化前景。预期研究成果应用转化的前景预测及分析随着光纤通信向大容量、高速率方向发展，超大规模光纤通信系统将广泛采取WDM标准。法国CENT公司在99年发布了一项WDM系统的试验结果，总速率达到1.02Tbps，全部采用常规的单模光纤(G.652)，传输距离1000公里，放大间距101公里，其结果优良。工作在1550nm的常规G.652光纤系统速率超过10Gbps，世界范围内已敷设总长度超过5107公里。我国到2000年后对G.652光纤的需求量超过691万公里，而光纤的色散引起光脉冲展宽，所以不难看出未来电信运营商对能有效降低光纤色散提高传输带宽的高性能可调单频光纤发射源的需求量是相当大的。全光WDM通信系统也要求光源输出波长密集，所有器件将集成化且波长及波长间隔符合ITU-T标准。目前国内外通信市场迫切需要开发技术含量更高、市场应用更广、附加值更大且波长精确符合ITU-T标准的新型高稳定激光产品，使之在对波长选择要求严格，波长稳定性要求高的应用中（如WDM光通信系统，光纤同轴有线电视系统及相干光纤光雷达系统等）具有重要的应用价值。预测这一市场将达到每年数十亿美元的规模。如果全部采用外调制器，将系统扩容10Gbps以上，初步保守估计年需求量至少10万只以上。目前光纤通信系统中通常采用DFB半导体激光器作为发射源，但其发射过程伴随着有源区内自由载流子的浓度变化会产生啁啾效应易导致谱线展宽，与系统光纤耦合成本高，难以实现宽频带的调谐，不能满足高速率WDM系统的发展要求，制约了光纤通信系统性能的提高。该激光发射源内部采用放大结构提高了泵浦利用率并有良好的模式稳定性和单色性，具有高功率、低噪声特性、全光纤线路、结构简单、设计小巧灵活，便于调谐、封装、温控，使用方便、易于集成、易于与标准通信光纤系统兼容，符合全光通信的国际化趋势，在WDM光纤通信网络中将发挥重要作用，该可调谐单频环形光纤激光发射源能够很快转化为产品，以满足市场需要。未来电信运营商对能有效降低光纤色散提高传输带宽的高性能单频光纤激光发射源的需求量是相当大的。另外，国内各大学及科研机构大量使用连续可调光纤激光器作为实验光源，光纤传感，高精度光谱分析等领域也较为普遍地使用，但此类激光器依赖进口，售价一般在20～30万元以上。可见，可调单频光纤激光发射源蕴涵着巨大的经济效益，市场很大。若批量生产，与国际市场售价相比差10倍以上，故具有很强的竞争力。若每台售价以万元级计，那么若年产万台，即可达到数亿元以上年产值。利用该发射源构成高性能的光纤有源传感系统，进行温度传感实验研究。与一般的宽带光源相比，可显著提高传感波长的信噪比和光功率，因而具有波长易于检测、抗电磁场干扰、安全、体积小、可远程控制等特性，且由于它的高灵敏度及利用WDM技术实现多路传输，在军事上也有很大的应用潜力。还可应用于相干通信、频率锁定以及LIDAR激光的优良种子源。目前只有美国、法国、英国、加拿大等少数几个国家能够生产该产品，初步保守估计年需求量至少10万只以上。由于掺杂光纤成本逐年降低和易于实现流水化及大批量生产的特点，性能价格比将优于现有DFB半导体激光器，也优于采用SOA作饱和吸收体的此类光源。该发射源为全光纤线路结构，易于与标准通信光纤系统兼容，符合全光通信的国际化趋势，在WDM光纤通信网络中将发挥重要作用，预计该光纤激光发射源完成实用化和工艺化进程后其广泛应用和批量投产会带来可观的经济效益，有巨大的市场潜力。