增強(qiáng)光信號(hào)強(qiáng)度的光纖陣列放大器的制造方法
【專利摘要】一種增強(qiáng)成像系統(tǒng)或通信系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度的光纖陣列放大器，屬于激光技術(shù)與光纖光學(xué)領(lǐng)域。本發(fā)明主要包括耦合透鏡、二向色鏡、光纖陣列、泵浦源、光濾波器和光探測(cè)器。本發(fā)明利用摻雜稀土元素的光纖陣列作為增益介質(zhì)并設(shè)計(jì)光纖陣列的二維排布形狀實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)光的增強(qiáng)，發(fā)明采用一種基于摻雜稀土元素的光纖陣列作為放大器增益介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)放大的方案實(shí)現(xiàn)陣列信號(hào)的高強(qiáng)度和高穩(wěn)定性的信號(hào)輸出具有高分辨率、高功率的特點(diǎn)。
【專利說明】
増強(qiáng)光信號(hào)強(qiáng)度的光纖陣列放大器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明公開了一種增強(qiáng)成像系統(tǒng)或通信系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度的光纖陣列放大器，屬于激光技術(shù)與光纖光學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖通訊技術(shù)自問世以來在全世界范圍內(nèi)得到飛速的發(fā)展，現(xiàn)今光纖通信已經(jīng)成為通信網(wǎng)絡(luò)的核心模塊之一，光纖放大器因其具有增益高、帶寬寬，能補(bǔ)償光纖線路中光信號(hào)的衰減，能實(shí)現(xiàn)大容量信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)在光纖通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著重要的作用。
[0003]目前圖像增強(qiáng)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到醫(yī)學(xué)診斷、航空航天、軍事偵察、指紋識(shí)別、衛(wèi)星圖片的處理等領(lǐng)域。例如對(duì)內(nèi)窺鏡圖像進(jìn)行增強(qiáng)，使醫(yī)生更容易看清病變區(qū)域細(xì)節(jié)。
[0004]光纖放大器技術(shù)就是在光纖的纖芯中摻入能產(chǎn)生激光增益的稀土元素，通過栗浦源的激勵(lì)，使通過的光信號(hào)得到放大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決陣列式信號(hào)光放大的問題，發(fā)明采用一種基于摻雜稀土元素的光纖陣列作為放大器增益介質(zhì)，并設(shè)計(jì)光纖陣列的二維排布形狀實(shí)現(xiàn)光信號(hào)放大的方案實(shí)現(xiàn)陣列信號(hào)的高強(qiáng)度和高穩(wěn)定性的信號(hào)輸出，并且該光纖陣列激光放大器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。
[0007]—種增強(qiáng)成像系統(tǒng)或通信系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度的雙向栗浦光纖陣列放大器，其特征在于，主要包括栗浦源、耦合透鏡、二向色鏡、微透鏡陣列、光纖陣列、光濾波器和光探測(cè)器，在光纖陣列(4)的一端，包括第一耦合透鏡(1)、第一二向色鏡(2)、第一微透鏡陣列(3)和第一栗浦源(7);在光纖陣列(4)的另一端，包括第二微透鏡陣列(5)、第二二向色鏡(6)、第二栗浦源(8)、光濾波器(9)、第二耦合透鏡(10)和探測(cè)器(11);輸入的信號(hào)光經(jīng)第一耦合透鏡
(I)聚焦后透射出第一二向色鏡(2)，并經(jīng)第一微透鏡陣列(3)聚焦進(jìn)入光纖陣列(4)進(jìn)行增益，放大后的信號(hào)光經(jīng)第二微透鏡陣列(5)聚焦后透射出第二二向色鏡(6)，經(jīng)光濾波器(9)會(huì)聚到第二耦合透鏡(10)，繼而由探測(cè)器(11)探測(cè)到放大的光信號(hào)。第一栗浦源(7)發(fā)出的栗浦光經(jīng)第一二向色鏡反射到第一微透鏡陣列(3)，經(jīng)聚焦后進(jìn)入光纖陣列(4)為信號(hào)光提供栗浦。同時(shí)第二栗浦源(8)發(fā)出的栗浦光經(jīng)第二二向色鏡反射到第二微透鏡陣列(3)，經(jīng)聚焦后進(jìn)入光纖陣列(4)為信號(hào)光提供栗浦。
[0008]—種增強(qiáng)成像系統(tǒng)或通信系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度的同向栗浦光纖陣列放大器，其特征在于，主要包括栗浦源、耦合透鏡、二向色鏡、微透鏡陣列、光纖陣列、光濾波器和光探測(cè)器，在光纖陣列(4)的一端，包括第一耦合透鏡(1)、第一二向色鏡(2)、微透鏡陣列(3’)和栗浦源(7’)；在光纖陣列(4)的另一端，第二二向色鏡(6)、光濾波器(9)、第二耦合透鏡(10)和探測(cè)器(11);輸入的信號(hào)光經(jīng)第一耦合透鏡(I)聚焦后透射出第一二向色鏡(2)，并經(jīng)第一微透鏡陣列(3’)聚焦進(jìn)入光纖陣列(4)進(jìn)行增益，放大后的信號(hào)光經(jīng)光濾波器(9)后透射出第二二向色鏡(6)，并經(jīng)第二耦合透鏡(10)聚焦后，由探測(cè)器(11)探測(cè)到放大的光信號(hào)。栗浦源(7’)發(fā)出的栗浦光經(jīng)第一二向色鏡反射到第一微透鏡陣列(3’)，經(jīng)聚焦后進(jìn)入光纖陣列(4)為信號(hào)光提供栗浦，再經(jīng)濾波器(9)后被第二二向色鏡(6)反射掉。
[0009]—種增強(qiáng)成像系統(tǒng)或通信系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度的反向栗浦光纖陣列放大器，其特征在于，主要包括栗浦源、耦合透鏡、二向色鏡、微透鏡陣列、光纖陣列、光濾波器和光探測(cè)器，在光纖陣列(4)的一端為第一耦合透鏡(1)、第一二向色鏡(2)和微透鏡陣列(3’)；在光纖陣列
(4)的另一端包括微透鏡陣列(3’)、第二二向色鏡(6)、栗浦源(7’)、光濾波器(9)、第二耦合透鏡(10)和探測(cè)器(11);輸入的信號(hào)光經(jīng)第一耦合透鏡(I)聚焦后透射出第一二向色鏡
(2)，并經(jīng)第一微透鏡陣列(3’)聚焦進(jìn)入光纖陣列(4)進(jìn)行增益，放大后的信號(hào)光透射出第二二向色鏡(6)，經(jīng)濾波器(9)后由第二耦合透鏡(10)聚焦，并由探測(cè)器(11)得到放大的光信號(hào)。栗浦源(7’)發(fā)出的栗浦光經(jīng)第二二向色鏡(6)反射到光纖陣列(4)為信號(hào)光提供栗浦，再經(jīng)微透鏡陣列(3’)聚焦后被第一二向色鏡(2)反射掉。
[0010]上述三種栗浦源是氣體激光器、半導(dǎo)體激光器、固體激光器或光纖激光器，栗浦光的中心波長(zhǎng)范圍為:400nm—21 OOnm;
[0011]三種光纖陣列(4)中光纖套殼內(nèi)的光纖為單包層光纖或多包層光纖，其中雙包層光纖的內(nèi)包層的形狀為圓形、方形、六邊形、八邊形或D形；同時(shí)光纖
[0012]亦可以是單模光纖或多摸光纖。光纖陣列(4)的外部形狀可以為矩形、圓形或三角形;光纖數(shù)量大于2;光纖陣列(4)中光纖的排布為正方形或三角形;光纖陣列中的光纖纖芯是摻有稀土元素的光纖或光子晶體光纖，其中摻雜的稀土元素可以是鐠(Pr)、釹(Nd)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)中的一種或幾種;光纖陣列中光纖之間的空隙用樹脂或玻璃材料作為填充層。
[0013]所述的耦合透鏡是單個(gè)透鏡或透鏡組。
[0014]第一、第二二向色鏡對(duì)信號(hào)光的透射率至少為80%，對(duì)栗浦光的反射率至少為80%。
[0015]本發(fā)明成像系統(tǒng)或通信系統(tǒng)信號(hào)增強(qiáng)的光纖陣列放大器，屬于激光技術(shù)與光纖光學(xué)領(lǐng)域。本發(fā)明主要包括耦合透鏡、二向色鏡、光纖陣列、栗浦源、光濾波器和光探測(cè)器。本發(fā)明利用摻雜稀土元素的光纖陣列作為增益介質(zhì)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)光的增強(qiáng)，具有高分辨率、高功率的特點(diǎn)。相對(duì)于傳統(tǒng)的光纖放大器，具有成像分辨率高的特點(diǎn)。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、能有效提高成像系統(tǒng)或通信系統(tǒng)的信號(hào)強(qiáng)度。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)益效果:可以實(shí)現(xiàn)陣列式信號(hào)光的放大。本發(fā)明通過摻雜增益光纖的光纖陣列作為增益介質(zhì)增加了輸出信號(hào)的增益強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度和高穩(wěn)定性的信號(hào)輸出。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、成本低廉，放大增益高，光纖陣列的結(jié)構(gòu)增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)減小激光器的體積。
【附圖說明】
[0016]圖1為實(shí)例I增強(qiáng)成像系統(tǒng)或通信系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度的雙向栗浦光纖陣列放大器示意圖；
[0017]圖2為實(shí)例2增強(qiáng)成像系統(tǒng)或通信系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度的同向栗浦光纖陣列放大器示意圖；
[0018]圖3為實(shí)例3增強(qiáng)成像系統(tǒng)或通信系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度的反向栗浦光纖陣列放大器示意圖；
[0019]圖中:1、第一耦合透鏡;2、第一二向色鏡;3、第一微透鏡陣列;4、光纖陣列；5、第二微透鏡陣列;6、第二二向色鏡;7、第一栗浦源;8、第二栗浦源;9、光濾波器；10、第二耦合透鏡;11、光探測(cè)器;3，、第一微透鏡陣列;7 ’、栗浦源。
[0020]其中圖1-3中右邊的為對(duì)應(yīng)的光線陣列示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合圖示對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不僅局限于以下幾種實(shí)施案例。
[0022]實(shí)施例1
[0023]增強(qiáng)成像系統(tǒng)或通信系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度的雙向栗浦光纖陣列放大器示意圖見圖1，信號(hào)光的中心波長(zhǎng)為2000nm信號(hào)光通過耦合第一透鏡(I)進(jìn)行聚焦，其中耦合透鏡可以為單個(gè)透鏡或透鏡組。經(jīng)過聚焦后的信號(hào)光投射在第一二向色鏡(2)上，其中二向色鏡對(duì)信號(hào)光的透射率為80%;并經(jīng)第一微透鏡陣列(3)聚焦進(jìn)入光纖陣列(4)進(jìn)行增益，光纖陣列中的光纖排布成矩形，相鄰光纖位置關(guān)系為正方形，其光纖為剝?nèi)ネ扛矊拥碾p包層光纖，內(nèi)包層形狀為八邊形型。放大后的信號(hào)光經(jīng)第二微透鏡陣列(5)聚焦后透射出第二二向色鏡(6)，經(jīng)光濾波器(9)會(huì)聚到第二耦合透鏡(10)，繼而由探測(cè)器(11)探測(cè)到放大的光信號(hào)。第一栗浦源(7)選用中心波長(zhǎng)為793nm的光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光二極管，栗浦激光經(jīng)第一二向色鏡(2)反射到微透鏡陣列(3)上，其中二向色鏡對(duì)栗浦光的反射率為80%。經(jīng)微透鏡陣列
(3)聚焦進(jìn)入光纖陣列，對(duì)信號(hào)光進(jìn)行增益。同時(shí)光纖陣列另一端的第二栗浦源(8)也選用中心波長(zhǎng)為793nm的光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光二極管，其發(fā)出的栗浦光經(jīng)第二二向色鏡
(6)反射到微透鏡陣列(5)上，經(jīng)聚焦后投射到光纖陣列(4)對(duì)信號(hào)光進(jìn)行增益。
[0024]實(shí)施例2
[0025]增強(qiáng)成像系統(tǒng)或通信系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度的同向栗浦光纖陣列放大器示意圖件圖2，中心波長(zhǎng)為1550nm信號(hào)光經(jīng)第一耦合透鏡(I)聚焦后透射出第一二向色鏡(2)，其中第一二向色鏡(2)對(duì)信號(hào)光的透射率為81%;再經(jīng)第一微透鏡陣列(3’)聚焦進(jìn)入光纖陣列(4)進(jìn)行增益，光纖陣列中的光纖排布成矩形，相鄰光纖位置關(guān)系為三角形，其光纖為剝?nèi)ネ扛矊拥碾p包層光纖，纖芯形狀為六邊形;放大后的信號(hào)光經(jīng)光濾波器(9)后透射出第二二向色鏡(6)，并經(jīng)第二耦合透鏡(10)聚焦后，由探測(cè)器(11)探測(cè)到放大的光信號(hào)。栗浦源(7’)選用中心波長(zhǎng)為980nm的光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光二極管，栗浦光經(jīng)第一二向色鏡反射到第一微透鏡陣列(3’)，其中二向色鏡對(duì)栗浦光的反射率為81%，經(jīng)微透鏡陣列(3’)聚焦后進(jìn)入光纖陣列(4)為信號(hào)光提供栗浦，再經(jīng)濾波器(9)后被第二二向色鏡(6)反射掉。
[0026]實(shí)施例3
[0027]增強(qiáng)成像系統(tǒng)或通信系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度的反向栗浦光纖陣列放大器示意圖件圖3，信號(hào)光為中心波長(zhǎng)為1064nm信號(hào)光通過第一耦合透鏡(I)聚焦，其中聚焦透鏡可以為單個(gè)透鏡或透鏡組。經(jīng)過聚焦后的信號(hào)透射出第一二向色鏡(2)到光纖陣列(4)中進(jìn)行增益，光纖陣列中的光纖排布成矩形，相鄰光纖位置關(guān)系為正方形，其光纖為剝?nèi)ネ扛矊拥碾p包層光纖，內(nèi)包層形狀為D型。放大后的信號(hào)光透射出第二二向色鏡(6)，經(jīng)濾波器(9)后由第二耦合透鏡(10)聚焦，并由探測(cè)器(11)得到放大的光信號(hào)。栗浦源(7’)選用中心波長(zhǎng)為915nm的光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光二極管，栗浦光經(jīng)第一二向色鏡反射到光纖陣列(4)為信號(hào)光提供栗浦，再經(jīng)微透鏡陣列聚焦后被第一二向色鏡(2)反射掉，其中二向色鏡對(duì)栗浦光的反射率為85 %。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種增強(qiáng)成像系統(tǒng)或通信系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度的雙向栗浦光纖陣列放大器，其特征在于，主要包括栗浦源、耦合透鏡、二向色鏡、微透鏡陣列、光纖陣列、光濾波器和光探測(cè)器，在光纖陣列(4)的一端，包括第一耦合透鏡(1)、第一二向色鏡(2)、第一微透鏡陣列(3)和第一栗浦源(7);在光纖陣列(4)的另一端，包括第二微透鏡陣列(5)、第二二向色鏡(6)、第二栗浦源(8)、光濾波器(9)、第二耦合透鏡(10)和探測(cè)器(11);輸入的信號(hào)光經(jīng)第一耦合透鏡(I)聚焦后透射出第一二向色鏡(2)，并經(jīng)第一微透鏡陣列(3)聚焦進(jìn)入光纖陣列(4)進(jìn)行增益，放大后的信號(hào)光經(jīng)第二微透鏡陣列(5)聚焦后透射出第二二向色鏡(6)，經(jīng)光濾波器(9)會(huì)聚到第二耦合透鏡(10)，繼而由探測(cè)器(11)探測(cè)到放大的光信號(hào);第一栗浦源(7)發(fā)出的栗浦光經(jīng)第一二向色鏡反射到第一微透鏡陣列(3)，經(jīng)聚焦后進(jìn)入光纖陣列(4)為信號(hào)光提供栗浦；同時(shí)第二栗浦源(8)發(fā)出的栗浦光經(jīng)第二二向色鏡反射到第二微透鏡陣列(3)，經(jīng)聚焦后進(jìn)入光纖陣列(4)為信號(hào)光提供栗浦。2.—種增強(qiáng)成像系統(tǒng)或通信系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度的同向栗浦光纖陣列放大器，其特征在于，主要包括栗浦源、耦合透鏡、二向色鏡、微透鏡陣列、光纖陣列、光濾波器和光探測(cè)器，在光纖陣列(4)的一端，包括第一耦合透鏡(I)、第一二向色鏡(2)、微透鏡陣列(3’)和栗浦源(7’)；在光纖陣列(4)的另一端，第二二向色鏡(6)、光濾波器(9)、第二耦合透鏡(10)和探測(cè)器(11);輸入的信號(hào)光經(jīng)第一耦合透鏡(I)聚焦后透射出第一二向色鏡(2)，并經(jīng)第一微透鏡陣列(3’)聚焦進(jìn)入光纖陣列(4)進(jìn)行增益，放大后的信號(hào)光經(jīng)光濾波器(9)后透射出第二二向色鏡(6)，并經(jīng)第二耦合透鏡(10)聚焦后，由探測(cè)器(11)探測(cè)到放大的光信號(hào);栗浦源(7’)發(fā)出的栗浦光經(jīng)第一二向色鏡反射到第一微透鏡陣列(3’)，經(jīng)聚焦后進(jìn)入光纖陣列(4)為信號(hào)光提供栗浦，再經(jīng)濾波器(9)后被第二二向色鏡(6)反射掉。3.—種增強(qiáng)成像系統(tǒng)或通信系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度的反向栗浦光纖陣列放大器，其特征在于，主要包括栗浦源、耦合透鏡、二向色鏡、微透鏡陣列、光纖陣列、光濾波器和光探測(cè)器，在光纖陣列(4)的一端為第一耦合透鏡(I)、第一二向色鏡(2)和微透鏡陣列(3’)；在光纖陣列(4)的另一端包括微透鏡陣列(3’)、第二二向色鏡(6)、栗浦源(7’)、光濾波器(9)、第二耦合透鏡(10)和探測(cè)器(11);輸入的信號(hào)光經(jīng)第一耦合透鏡(I)聚焦后透射出第一二向色鏡(2)，并經(jīng)第一微透鏡陣列(3’)聚焦進(jìn)入光纖陣列(4)進(jìn)行增益，放大后的信號(hào)光透射出第二二向色鏡(6)，經(jīng)濾波器(9)后由第二耦合透鏡(10)聚焦，并由探測(cè)器(11)得到放大的光信號(hào);栗浦源(7’)發(fā)出的栗浦光經(jīng)第二二向色鏡(6)反射到光纖陣列(4)為信號(hào)光提供栗浦，再經(jīng)微透鏡陣列(3’)聚焦后被第一二向色鏡(2)反射掉。4.按照權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的栗浦光纖陣列放大器，其特征在于，栗浦源是氣體激光器、半導(dǎo)體激光器、固體激光器或光纖激光器，栗浦光的中心波長(zhǎng)范圍為:400nm—2100nmo5.按照權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的栗浦光纖陣列放大器，其特征在于，光纖陣列(4)中光纖套殼內(nèi)的光纖為單包層光纖或多包層光纖，其中雙包層光纖的內(nèi)包層的形狀為圓形、方形、六邊形、八邊形或D形；同時(shí)光纖是單模光纖或多摸光纖;光纖陣列(4)的外部形狀為矩形、圓形或三角形;光纖數(shù)量大于2;光纖陣列(4)中光纖的排布為正方形或三角形;光纖陣列中的光纖纖芯是摻有稀土元素的光纖或光子晶體光纖，其中摻雜的稀土元素是鐠(Pr)、釹(Nd)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)中的一種或幾種;光纖陣列中光纖之間的空隙用樹脂或玻璃材料作為填充層。6.按照權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的栗浦光纖陣列放大器，其特征在于，所述的耦合透鏡是單個(gè)透鏡或透鏡組。7.按照權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的栗浦光纖陣列放大器，其特征在于，第一、第二二向色鏡對(duì)信號(hào)光的透射率至少為80%，對(duì)栗浦光的反射率至少為80%。
【文檔編號(hào)】H01S3/067GK105896251SQ201610341043
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月20日
【發(fā)明人】王潛, 張同云, 王璞
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)