Vláknové zesilovače a lasery s čerpáním přes plášť

Rok: 2006

Ing. Pavel Peterka, Ph.D.; Dr. Ing. Ivan Kašík; Ing. Vlastimil Matějec, CSc.; Jiří Slánička

Vláknové zesilovače jsou v optických komunikacích používány k regeneraci signálu zeslabeného při šíření vláknem. Metoda čerpání přes plášť v dvouplášťových vláknech umožnila podstatné zvýšení výstupního výkonu jak vláknových zesilovačů, tak i laserů. U této metody je výkonný, ale vysoce rozbíhavý svazek čerpacího záření polovodičového laseru navázán do relativně rozlehlého vnitřního pláště vlákna, a toto záření se při šíření postupně absorbuje na iontech vzácných zemin, kterými je dopováno tenké jádro vlákna. V jádře se šíří signál zesilovaný stimulovanou emisí z excitovaných iontů vzácných zemin. Dvouplášťová vlákna jsou mimořádně účinné prvky pro konverzi výkonného záření polovodičových laserů s malým jasem do výkonného záření s vysokým jasem. Vláknové lasery by mohly nahradit konvenční pevnolátkové lasery v mnoha středně- a vysokovýkonných aplikacích.

Navrhli jsme nový způsob čerpání dvouplášťových vláken a použili jej pro čerpání vláknového laseru [1, 2] a zesilovače [3]. U tohoto původního patentovaného způsobu čerpání [4] je čerpací i signálové vlákno připojeno přímo ke speciálně navrženému dvouplášťovému aktivnímu vláknu se specifickým průřezem. Dvouplášťové vlákno zajišťuje optimální absorpci čerpacího záření podél dvouplášťového vlákna. Průřez vyvinutého vlákna také co nejvíce připomíná tvar obou vstupních vláken, aby bylo usnadněno připojení vláken.

Vyvinutý modul vláknového zesilovače nevyžaduje žádné prvky objemové optiky jako většina dosud používaných metod. Napojení čerpacího a signálového vlákna k dvouplášťovému vláknu může být provedeno s použitím komerčně dostupné svářečky optických vláken. Vyvinutý modul může najít využití ve vysokovýkonných, cenově dostupných vláknových zesilovačích a laserech.

1. P. Peterka, V. Kubeček, P. Dvořáček, I. Kašík and V. Matějec, „Experimental demonstration of novel end-pumping method for double-clad fiber devices“, Opt. Lett., 31, 3240-3242 (2006).
2. „End-pumping scheme improves fiber-based devices“, Laser Focus World, December 2006;
3. „End-pumping fiber amplifiers made easy“, bude publikováno ve Photonics Spectra.
4. P. Peterka, I. Kašík, V. Matějec, M. Karásek, J. Kaňka, P. Honzátko, V. Kubeček, „Amplifier Performance of Double-Clad Er/Yb-Doped Fiber with Cross-Section Tailored for Direct Splicing to the Pump and Signal Fibers“, přijato k prezentaci, Optical Fiber Communication conf. OFC'07, Anaheim, USA, 2007.
5. P. Peterka, V. Matějec and I. Kašík, „Method and device for coupling the signal and pump into double-clad optical fiber for fiber amplifiers and lasers“, patentová přihláška č. PV 2005-227, 12. dubna 2005.