增強光信號強度的光纖陣列放大器的制造方法
【專利摘要】一種增強成像系統或通信系統信號強度的光纖陣列放大器，屬于激光技術與光纖光學領域。本發明主要包括耦合透鏡、二向色鏡、光纖陣列、泵浦源、光濾波器和光探測器。本發明利用摻雜稀土元素的光纖陣列作為增益介質并設計光纖陣列的二維排布形狀實現對信號光的增強，發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，實現光信號放大的方案實現陣列信號的高強度和高穩定性的信號輸出具有高分辨率、高功率的特點。
【專利說明】
増強光信號強度的光纖陣列放大器
技術領域
[0001]本發明公開了一種增強成像系統或通信系統信號強度的光纖陣列放大器，屬于激光技術與光纖光學領域。
【背景技術】
[0002]光纖通訊技術自問世以來在全世界范圍內得到飛速的發展，現今光纖通信已經成為通信網絡的核心模塊之一，光纖放大器因其具有增益高、帶寬寬，能補償光纖線路中光信號的衰減，能實現大容量信號長距離傳輸的特點在光纖通信網絡中發揮著重要的作用。
[0003]目前圖像增強的應用已經滲透到醫學診斷、航空航天、軍事偵察、指紋識別、衛星圖片的處理等領域。例如對內窺鏡圖像進行增強，使醫生更容易看清病變區域細節。
[0004]光纖放大器技術就是在光纖的纖芯中摻入能產生激光增益的稀土元素，通過栗浦源的激勵，使通過的光信號得到放大。
【發明內容】
[0005]為了解決陣列式信號光放大的問題，發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，并設計光纖陣列的二維排布形狀實現光信號放大的方案實現陣列信號的高強度和高穩定性的信號輸出，并且該光纖陣列激光放大器結構緊湊、體積小、成本低。
[0006]為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。
[0007]—種增強成像系統或通信系統信號強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)和探測器(11);輸入的信號光經第一耦合透鏡
(I)聚焦后透射出第一二向色鏡(2)，并經第一微透鏡陣列(3)聚焦進入光纖陣列(4)進行增益，放大后的信號光經第二微透鏡陣列(5)聚焦后透射出第二二向色鏡(6)，經光濾波器(9)會聚到第二耦合透鏡(10)，繼而由探測器(11)探測到放大的光信號。第一栗浦源(7)發出的栗浦光經第一二向色鏡反射到第一微透鏡陣列(3)，經聚焦后進入光纖陣列(4)為信號光提供栗浦。同時第二栗浦源(8)發出的栗浦光經第二二向色鏡反射到第二微透鏡陣列(3)，經聚焦后進入光纖陣列(4)為信號光提供栗浦。
[0008]—種增強成像系統或通信系統信號強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)和探測器(11);輸入的信號光經第一耦合透鏡(I)聚焦后透射出第一二向色鏡(2)，并經第一微透鏡陣列(3’)聚焦進入光纖陣列(4)進行增益，放大后的信號光經光濾波器(9)后透射出第二二向色鏡(6)，并經第二耦合透鏡(10)聚焦后，由探測器(11)探測到放大的光信號。栗浦源(7’)發出的栗浦光經第一二向色鏡反射到第一微透鏡陣列(3’)，經聚焦后進入光纖陣列(4)為信號光提供栗浦，再經濾波器(9)后被第二二向色鏡(6)反射掉。
[0009]—種增強成像系統或通信系統信號強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)和探測器(11);輸入的信號光經第一耦合透鏡(I)聚焦后透射出第一二向色鏡
(2)，并經第一微透鏡陣列(3’)聚焦進入光纖陣列(4)進行增益，放大后的信號光透射出第二二向色鏡(6)，經濾波器(9)后由第二耦合透鏡(10)聚焦，并由探測器(11)得到放大的光信號。栗浦源(7’)發出的栗浦光經第二二向色鏡(6)反射到光纖陣列(4)為信號光提供栗浦，再經微透鏡陣列(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、半導體激光器、固體激光器或光纖激光器，栗浦光的中心波長范圍為:400nm—21 OOnm;
[0011]三種光纖陣列(4)中光纖套殼內的光纖為單包層光纖或多包層光纖，其中雙包層光纖的內包層的形狀為圓形、方形、六邊形、八邊形或D形；同時光纖
[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透鏡或透鏡組。
[0014]第一、第二二向色鏡對信號光的透射率至少為80%，對栗浦光的反射率至少為80%。
[0015]本發明成像系統或通信系統信號增強的光纖陣列放大器，屬于激光技術與光纖光學領域。本發明主要包括耦合透鏡、二向色鏡、光纖陣列、栗浦源、光濾波器和光探測器。本發明利用摻雜稀土元素的光纖陣列作為增益介質實現對信號光的增強，具有高分辨率、高功率的特點。相對于傳統的光纖放大器，具有成像分辨率高的特點。該結構設計簡單、結構緊湊、能有效提高成像系統或通信系統的信號強度。和現有技術相比，本發明具有如下優益效果:可以實現陣列式信號光的放大。本發明通過摻雜增益光纖的光纖陣列作為增益介質增加了輸出信號的增益強度，實現了高強度和高穩定性的信號輸出。本發明結構簡單、操作容易、成本低廉，放大增益高，光纖陣列的結構增加結構穩定性，同時減小激光器的體積。
【附圖說明】
[0016]圖1為實例I增強成像系統或通信系統信號強度的雙向栗浦光纖陣列放大器示意圖；
[0017]圖2為實例2增強成像系統或通信系統信號強度的同向栗浦光纖陣列放大器示意圖；
[0018]圖3為實例3增強成像系統或通信系統信號強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中右邊的為對應的光線陣列示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合圖示對本發明做進一步說明，但不僅局限于以下幾種實施案例。
[0022]實施例1
[0023]增強成像系統或通信系統信號強度的雙向栗浦光纖陣列放大器示意圖見圖1，信號光的中心波長為2000nm信號光通過耦合第一透鏡(I)進行聚焦，其中耦合透鏡可以為單個透鏡或透鏡組。經過聚焦后的信號光投射在第一二向色鏡(2)上，其中二向色鏡對信號光的透射率為80%;并經第一微透鏡陣列(3)聚焦進入光纖陣列(4)進行增益，光纖陣列中的光纖排布成矩形，相鄰光纖位置關系為正方形，其光纖為剝去涂覆層的雙包層光纖，內包層形狀為八邊形型。放大后的信號光經第二微透鏡陣列(5)聚焦后透射出第二二向色鏡(6)，經光濾波器(9)會聚到第二耦合透鏡(10)，繼而由探測器(11)探測到放大的光信號。第一栗浦源(7)選用中心波長為793nm的光纖耦合輸出的半導體激光二極管，栗浦激光經第一二向色鏡(2)反射到微透鏡陣列(3)上，其中二向色鏡對栗浦光的反射率為80%。經微透鏡陣列
(3)聚焦進入光纖陣列，對信號光進行增益。同時光纖陣列另一端的第二栗浦源(8)也選用中心波長為793nm的光纖耦合輸出的半導體激光二極管，其發出的栗浦光經第二二向色鏡
(6)反射到微透鏡陣列(5)上，經聚焦后投射到光纖陣列(4)對信號光進行增益。
[0024]實施例2
[0025]增強成像系統或通信系統信號強度的同向栗浦光纖陣列放大器示意圖件圖2，中心波長為1550nm信號光經第一耦合透鏡(I)聚焦后透射出第一二向色鏡(2)，其中第一二向色鏡(2)對信號光的透射率為81%;再經第一微透鏡陣列(3’)聚焦進入光纖陣列(4)進行增益，光纖陣列中的光纖排布成矩形，相鄰光纖位置關系為三角形，其光纖為剝去涂覆層的雙包層光纖，纖芯形狀為六邊形;放大后的信號光經光濾波器(9)后透射出第二二向色鏡(6)，并經第二耦合透鏡(10)聚焦后，由探測器(11)探測到放大的光信號。栗浦源(7’)選用中心波長為980nm的光纖耦合輸出的半導體激光二極管，栗浦光經第一二向色鏡反射到第一微透鏡陣列(3’)，其中二向色鏡對栗浦光的反射率為81%，經微透鏡陣列(3’)聚焦后進入光纖陣列(4)為信號光提供栗浦，再經濾波器(9)后被第二二向色鏡(6)反射掉。
[0026]實施例3
[0027]增強成像系統或通信系統信號強度的反向栗浦光纖陣列放大器示意圖件圖3，信號光為中心波長為1064nm信號光通過第一耦合透鏡(I)聚焦，其中聚焦透鏡可以為單個透鏡或透鏡組。經過聚焦后的信號透射出第一二向色鏡(2)到光纖陣列(4)中進行增益，光纖陣列中的光纖排布成矩形，相鄰光纖位置關系為正方形，其光纖為剝去涂覆層的雙包層光纖，內包層形狀為D型。放大后的信號光透射出第二二向色鏡(6)，經濾波器(9)后由第二耦合透鏡(10)聚焦，并由探測器(11)得到放大的光信號。栗浦源(7’)選用中心波長為915nm的光纖耦合輸出的半導體激光二極管，栗浦光經第一二向色鏡反射到光纖陣列(4)為信號光提供栗浦，再經微透鏡陣列聚焦后被第一二向色鏡(2)反射掉，其中二向色鏡對栗浦光的反射率為85 %。
【主權項】
1.一種增強成像系統或通信系統信號強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)和探測器(11);輸入的信號光經第一耦合透鏡(I)聚焦后透射出第一二向色鏡(2)，并經第一微透鏡陣列(3)聚焦進入光纖陣列(4)進行增益，放大后的信號光經第二微透鏡陣列(5)聚焦后透射出第二二向色鏡(6)，經光濾波器(9)會聚到第二耦合透鏡(10)，繼而由探測器(11)探測到放大的光信號;第一栗浦源(7)發出的栗浦光經第一二向色鏡反射到第一微透鏡陣列(3)，經聚焦后進入光纖陣列(4)為信號光提供栗浦；同時第二栗浦源(8)發出的栗浦光經第二二向色鏡反射到第二微透鏡陣列(3)，經聚焦后進入光纖陣列(4)為信號光提供栗浦。2.—種增強成像系統或通信系統信號強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)和探測器(11);輸入的信號光經第一耦合透鏡(I)聚焦后透射出第一二向色鏡(2)，并經第一微透鏡陣列(3’)聚焦進入光纖陣列(4)進行增益，放大后的信號光經光濾波器(9)后透射出第二二向色鏡(6)，并經第二耦合透鏡(10)聚焦后，由探測器(11)探測到放大的光信號;栗浦源(7’)發出的栗浦光經第一二向色鏡反射到第一微透鏡陣列(3’)，經聚焦后進入光纖陣列(4)為信號光提供栗浦，再經濾波器(9)后被第二二向色鏡(6)反射掉。3.—種增強成像系統或通信系統信號強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)和探測器(11);輸入的信號光經第一耦合透鏡(I)聚焦后透射出第一二向色鏡(2)，并經第一微透鏡陣列(3’)聚焦進入光纖陣列(4)進行增益，放大后的信號光透射出第二二向色鏡(6)，經濾波器(9)后由第二耦合透鏡(10)聚焦，并由探測器(11)得到放大的光信號;栗浦源(7’)發出的栗浦光經第二二向色鏡(6)反射到光纖陣列(4)為信號光提供栗浦，再經微透鏡陣列(3’)聚焦后被第一二向色鏡(2)反射掉。4.按照權利要求1-3任一項的栗浦光纖陣列放大器，其特征在于，栗浦源是氣體激光器、半導體激光器、固體激光器或光纖激光器，栗浦光的中心波長范圍為:400nm—2100nmo5.按照權利要求1-3任一項的栗浦光纖陣列放大器，其特征在于，光纖陣列(4)中光纖套殼內的光纖為單包層光纖或多包層光纖，其中雙包層光纖的內包層的形狀為圓形、方形、六邊形、八邊形或D形；同時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.按照權利要求1-3任一項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透鏡或透鏡組。7.按照權利要求1-3任一項的栗浦光纖陣列放大器，其特征在于，第一、第二二向色鏡對信號光的透射率至少為80%，對栗浦光的反射率至少為80%。
【文檔編號】H01S3/067GK105896251SQ201610341043
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月20日
【發明人】王潛, 張同云, 王璞
【申請人】北京工業大學