DE60310382T2

DE60310382T2 - Verfahren zur Adjustierung des Spektrums eines vielwellenlängen Raman Lasers

Info

Publication number: DE60310382T2
Application number: DE60310382T
Authority: DE
Inventors: Sophie Borne; Florence Leplingard; Thierry Lopez; Carlos De Barros
Original assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2023-05-29
Also published as: US7042916B2; EP1482609B1; DE60310382D1; US20040240487A1; EP1482609A1; ATE348426T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung der relativen Ausgangsleistung einzelner Ausgangs-Wellenlängen eines Vielwellenlängen-Raman-Lasers. Ein solches Verfahren ist bekannt aus dem Dokument: „MERMELSTEIN M D ET AL: «A high-efficieney power-stable three-wavelength configurable raman fiber laser» OPTICAL FIBER COMMUNICATION CONFERENCE. (OFC). TECHNICAL DIGEST POSTCONFERENCE EDITION. ANAHEIM, CA, MARCH 17-22, 2001, TRENDS IN OPTICS AND PHOTONICS SERIES. TOPS. VOLUME 54, WASHINGTON, WA: OSA, US, vol. 1 OF 4, 17 March 2001 (2001-03-17), Seiten PD31-PD33, XP010545688 ISBN: 1-55752-655-9"
Bekannte Einrichtungen nutzen den Raman-Effekt zum Erzeugen von Laser-Ausgangswellenlängen in einem Wellenlängenbereich, der zur Verstärkung von sich in Glasfasern ausbreitenden Kommunikationssignalen geeignet ist.
Bekanntermaßen baut der Raman-Effekt auf der Interaktion von Licht und Materie auf. Die Raman-Interaktion ist ein unelastischer Streuungsprozess, bei dem einfallendes Pumplicht in der Frequenz heruntergeschaltet und dabei hinsichtlich der Photonenenergie um einen Betrag heruntergeschaltet wird, der der Anregungsenergie bestimmter Vibrationsbetriebsarten der Materie entspricht. Das in der Frequenz heruntergeschaltete Licht wird normalerweise als Stokes-Licht oder einfach als Stokes bezeichnet.
Bei Festkörpern kann die Frequenz des Streulichts kontinuierlich variieren als Funktion eines kontinuierlichen Vibrationsspektrums des Festkörpers. Das resultierende breite und kontinuierliche Spektrum des Streulichts wird meist als Gain-Spektrum oder Verstärkungsspektrum bezeichnet.
Insbesondere für eine Germanium-dotierte Siliziumfaser entspricht die maximale Raman-Verstärkung für ein „Stokes" einer Frequenzverschiebung von 13,2 THz zwischen dem ursprünglichen Pumplicht und dem Maximum des kontinuierlichen Verstärkungsspektrums. Ein Stokes ist ein allgemeiner Begriff für heruntergeschaltetes Licht.
Vielwellenlängen-Raman-Laser werden zum Pumpen von Glasfasern verwendet. In einer Glasfaser kann Energie der Pumpwelle durch Stimulierung der Raman-Streuung an das Signal übertragen werden, das entlang der Glasfaser ausgebreitet wird. Für eine solche Verstärkung muss die Frequenz des optischen Signals innerhalb des Raman-Verstärkungsspektrums des Pumplichts liegen. Wenn daher eine Verstärkung für einen breiten Bereich von Signalfrequenzen gewünscht wird, ist ein entsprechend breites Spektrum erforderlich, in dem eine Raman-Verstärkung auftritt. Ein solches breites Spektrum wird erzielt durch Pumpen einer Glasfaser mit einer Vielzahl von Pumpwellenlängen, die so gewählt wurden, dass sich die Verstärkungsspektren dieser Pumpwellenlängen überschneiden, um so das gewünschte breite Spektrum zu bilden. Vielwellenlängen-Raman-Laser können im Allgemeinen die erforderliche Vielfalt von Pumpwellenlängen liefern. In jeder Ausgangs-Wellenlänge eines solchen Lasers muss jedoch, abhängig von dem zu pumpenden Glasfaserkabel, entsprechend der erforderlichen Konfiguration die optische Leistung angepasst werden.
Bisher nutzten die erforderlichen Anpassungen Verfahren, die individuell für jeden einzelnen Vielwellenlängen-Raman-Laser entwickelt wurden.
Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen zur Anpassung der relativen Ausgangsleistung individueller Ausgangs-Wellenlängen eines Vielwellenlängen-Raman-Lasers, der für jeden beliebigen Vielwellenlängen-Raman-Laser mit mehr als zwei Wellenlängen genutzt werden kann.
Dieses Ziel wird erreicht durch ein Verfahren wie eingangs beschrieben, wobei das Verfahren in einem ersten Schritt das Unterdrücken der relativen Ausgangsleistung einer potenziell leistungsstärksten Ausgangs-Wellenlänge umfasst, in einem zweiten Schritt das Anpassen der relativen Ausgangsleistung der kürzesten Ausgangs-Wellenlänge, in einem dritten Schritt das Anpassen der relativen Ausgangsleistung weiterer Ausgangs-Wellenlängen und in einem vierten Schritt das Anpassen der relativen Ausgangsleistung der potenziell leistungsstärksten Ausgangs-Wellenlänge.
Die vorgeschlagene Lösung schafft die gewünschten Merkmale und kann problemlos implementiert werden. Darüber hinaus kann die vorgeschlagene Lösung auf jeden Vielwellenlängen-Raman-Laser mit mehr als zwei Ausgangs-Wellenlängen angewendet werden. Es ist daher nicht erforderlich, individuelle Verfahren zum Anpassen der Ausgangsleistungsverteilung einzelner Vielwellenlängen-Raman-Lasereinrichtungen zu entwickeln. Die Einsparungen bei Zeit und Kosten werden im Prozess der Anpassung einzelner Vielwellenlängen-Raman-Lasereinrichtungen in Abhängigkeit von der zu pumpenden Leitungsfaser erzielt.
Bevorzugt ist das Verfahren automatisch auszuführen.
Es ist ein besonderer Vorzug der Erfindung, dass das Verfahren automatisch ausgeführt werden kann und dadurch Arbeitskosten und Zeitaufwand reduziert werden.
Darüber hinaus ist es eine bevorzugte Eigenschaft, dass die relative Ausgangsleistung der potenziell leistungsstärksten Ausgangs-Wellenlänge vollständig unterdrückt wird.
Die Erfinder haben erkannt, dass die relative Ausgangsleistung der verbleibenden Ausgangs-Wellenlängen vergrößert wird, wenn die potenziell leistungsstärkste Ausgangs-Wellenlänge unterdrückt wird. Damit wird ein Freiheitsgrad zur Anpassung dieser Ausgangsleistungen in den folgenden Schritten des Verfahrens geschaffen. Darüber hinaus haben die Erfinder festgestellt, dass die Ausgangsleistungen der verbleibenden Ausgangs-Wellenlängen am meisten profitieren, wenn die leistungsstärkste Ausgangs-Wellenlänge vollständig unterdrückt wird.
Vorzugsweise wird des Weiteren die Ausgangsleistung der potenziell leistungsstärksten Ausgangs-Wellenlänge unterdrückt durch Verringern des Reflexionsgrads von mindestens einer Wellenlängen-Auswahleinrichtung, die einen Resonator schließt, in dem ein Laserbetrieb mit dieser spezifischen Ausgangs-Wellenlänge erfolgt.
Das Verringern des Reflexionsgrads ist ein geeignetes und technisch kontrollierbares Mittel zum Unterdrücken einer ausgewählten Ausgangs-Wellenlänge.
Es ist vorteilhaft, die relative Ausgangsleistung einer einzelnen Wellenlänge durch Anpassen des Reflexionsgrads von mindestens einer Wellenlängen-Auswahleinrichtung eines entsprechenden Resonators, in dem ein Laserbetrieb mit dieser spezifischen Ausgangs-Wellenlänge erfolgt, anzupassen.
Der Vorteil dieser Ausbildung liegt wiederum darin, dass das Anpassen des Reflexionsgrads ein geeignetes und technisch kontrollierbares Mittel zum Anpassen der Ausgangsleistung einer ausgewählten Ausgangs-Wellenlänge darstellt.
Das Verfahren ist vorzugsweise am Ende eines Prozesses zur Fertigung des Vielwellenlängen-Raman-Lasers durchzuführen.
Dadurch kann die Verteilung der Ausgangsleistung des Lasers ein Mal angepasst werden in Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung, d. h. in Abhängigkeit von dem zu pumpenden Glasfaserkabel.
Es ist alternativ oder als Ergänzung zu bevorzugen, das Verfahren während des Betriebs des Vielwellenlängen-Raman-Lasers oder bei der Inbetriebnahme in Verbindung mit einer bestimmten Glasfaser wiederholt durchzuführen. Verschiebungen des Systems, die über die Lebensdauer des Vielwellenlängen-Raman-Lasers hinweg auftreten können, werden auf diese Weise von der Erfindung bei der Inbetriebnahme oder beim Betrieb des Lasers kompensiert.
Weitere Vorteile sind aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente verweisen, zu erkennen.
Es versteht sich, dass die oben beschriebenen und die weiter unten noch zu beschreibenden Eigenschaften nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination verwendet werden können, sondern auch in anderen Kombinationen oder isoliert, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der folgenden Beschreibung detailliert erläutert. Für die Zeichnungen gilt:
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Vielwellenlängen-Raman-Lasers und einer Einrichtung zum Anpassen der Ausgangsleistungsverteilung des Lasers;
2 zeigt ein typisches Zuwachsspektrum eines monochromatischen Pumplichts;
3 zeigt einen Energietransfer zwischen ausgewählten Wellenlängen innerhalb des Zuwachsspektrums von 2;
4 zeigt eine Anfangskonfiguration der Raman-Effizienzen des Vielwellenlängen-Raman-Lasers aus 1 vor der Anpassung;
5 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung;
6 zeigt eine entsprechende Konfiguration nach der Unterdrückung der potenziell leistungsstärksten Ausgangs-Wellenlänge;
7 zeigt eine entsprechende Konfiguration nach der Anpassung der kürzesten ausgewählten Wellenlänge;
8 zeigt eine entsprechende Konfiguration nach der Anpassung der verbleibenden ausgewählten Wellenlängen mit Ausnahme der potenziell leistungsstärksten Wellenlänge; und
9 zeigt eine abschließende Konfiguration nach der Anpassung der potenziell leistungsstärksten Wellenlänge.
1 zeigt einen vollständigen Vielwellenlängen-Raman-Laser 10 in schematischer Darstellung. Der Raman-Laser 10 umfasst eine zentrale Glasfaserlänge 12, die mit einem ersten Glasfaserabschnitt 14 an einer Eingangsseite der Glasfaserlänge 12 verbunden ist und die darüber hinaus mit einem zweiten Glasfaserabschnitt 16 an einer Ausgangsseite der Glasfaserlänge 12 verbunden ist. An der Eingangsseite ist eine Pumpquelle 17 angeordnet, die den Raman-Laser 10 mit Pumplicht einer ersten Frequenz f_1 versorgt. Die Pumpquelle 17 kann über einen mantelgepumpten Faserlaser, der eine kontinuierliche optische Strahlung der ersten Frequenz f_1 erzeugt, realisiert werden. In einer exemplarischen Ausführungsform kann die Pumplichtfrequenz f_1 einer Pumpwellenlänge lambda_1 von 1117 nm entsprechen.
Eine erste Wellenlängen-Auswahleinrichtung 18 befindet sich am zweiten Faserabschnitt 16 an der Ausgangsseite der Faserlänge 12 und ist um die erste Pumpwellenlänge lambda_1 zentriert. Entsprechend hat die erste Wellenlängen-Auswahleinrichtung 18 einen hohen Reflexionsgrad bei lambda_1 und einen geringeren Reflexionsgrad bei anderen Wellenlängen als lambda_1. Als Ergebnis wird Licht der Wellenlänge lambda_1 reflektiert, während Licht anderer Wellenlängen durchgelassen wird. In diesem Kontext bezieht sich „hoher Reflexionsgrad" auf einen Reflexionsgrad im Bereich von ca. 80% bis 100.
Der Raman-Laser 10 umfasst des Weiteren zweite Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 20, 22, 24, 26, 28 und 30 und dritte Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 32, 34 und 36 im ersten Faserabschnitt 14 an der Eingangsseite der Faserlänge 12. Die vierten Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 38, 40 und 42 sowie die fünften Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 44, 46, 48, 50, 52 und 54 sind im zweiten Faserabschnitt 16 an der Ausgangsseite der Faserlänge 12 angeordnet. Die Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 18 bis 42 haben einen konstanten Reflexionsgrad. Im Gegensatz dazu sind die fünften Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 44 bis 54 über die von einer Steuereinheit 68 gesteuerten Stellglieder 56, 58, 60, 62, 64 und 66 einstellbar.
Die Stellglieder 56 bis 66 können als Piezo-Stellglieder realisiert werden, die einen mechanischen Druck auf die Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 44 bis 54 induzieren und damit den Reflexionsgrad aller betreffenden Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 44 bis 54 in kontrollierbarer Weise verändern. Es ist an sich bekannt, dass der Reflexionsgrad bestimmter Wellenlängen-Auswahleinrichtungen durch mechanischen Druck oder Hitze geändert werden kann. Weitere Mittel zum Induzieren von Druck oder Hitze können alternativ oder als Ergänzung verwendet werden.
Alle Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 18 bis 54 können als Faser-Bragg-Gitter realisiert werden. Ein Faser-Bragg-Gitter ist, wie dem Fachmann bekannt, eine periodische Variation des Brechungsindex des Faserkerns entlang der Länge der Faser. Die grundsätzliche Eigenschaft der Faser-Bragg-Gitter ist, dass sie Licht in einer schmalen Bandbreite um die Bragg-Wellenlänge herum brechen. Die Variationen des Brechungsindex lassen sich bilden, indem der Faserkern einem intensiven optischen Interferenzmuster des ultravioletten Lichts ausgesetzt wird. Der Reflexionsgrad eines starken Faser-Bragg-Gitters kann an der Bragg-Wellenlänge 100% erreichen. Licht mit einer Wellenlänge über oder unter der Bragg-Wellenlänge passiert das Bragg-Gitter mit einem vernachlässigbaren Verlust. Die Faser-Bragg-Gitter können einzeln oder in Gruppen gefertigt werden in entsprechenden Abschnitten von Faserlängen, die zusammen verschmolzen oder verspleißt werden und auf die Faserlänge 12 des Raman-Lasers 10 verschmolzen oder verspleißt werden.
Im Betrieb wird das von der Pumpquelle 17 emittierte Licht der Faserlänge zugeführt, die den ersten Abschnitt 14 und die Faserlänge 12 bis zu der Position der ersten Wellenlängen-Auswahleinrichtung 18 bildet. Die Bragg-Wellenlänge der ersten Wellenlängen-Auswahleinrichtung 18 entspricht der Pumpwellenlänge lambda_1. Entsprechend wird der Restanteil des auf die ersten Wellenlängen-Auswahleinrichtung 18 einfallenden Pumplichts reflektiert. Das Pumplicht, das sich von der Pumpquelle 17 zur ersten Wellenlängen-Auswahleinrichtung 18 ausbreitet, und das reflektierte Pumplicht, das sich von der ersten Wellenlängen-Auswahleinrichtung 18 zurück in Richtung der Pumpquelle 17 ausbreitet, unterliegt der Raman-Interaktion mit der Materie der Faserlänge 12.
In der oben beschriebenen exemplarischen Ausführungsform erzeugt ein monochromatischer und intensiver Pumplichtstrahl der Pumpwellenlänge lambda_1 mit 1117 nm ein Verstärkungsspektrum der in 2 dargestellten Form. Ein kleiner Teil dieses breiten Verstärkungsspektrums wird von den Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 36 und 38 ausgewählt mit einem hohen Reflexionsgrad in einem Wellenlängenbereich nahe am Maximum des breiten Verstärkungsspektrums. Die Länge der Faser zwischen den Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 36 und 38 bildet einen ersten Resonator 72, in der ein Laserbetrieb an der ausgewählten Wellenlänge mit lambda_2 = 1179 nm erfolgen kann. Entsprechend wird durch Raman-Interaktion des Pumplichts mit einer Wellenlänge von 1117 nm mit der Fasermaterie ein Stokes von 1179 nm erzeugt.
Der Stokes von 1179 erzeugt sein eigenes breites Verstärkungsspektrum durch Raman-Interaktion in der Faserlänge 12. Die Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 34 und 40 haben einen hohen Reflexionsgrad und schließen einen zweiten Resonator 74. Ein Laserbetrieb kann in einem Resonator 74 bei 1248 nm erfolgen, d. h. einen Stokes entfernt von der vorangegangenen Stokes-Wellenlänge von 1179 nm. Ebenso bilden die Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 32 und 42 einen dritten Resonator 76, in dem ein Laserbetrieb bei einer Wellenlänge von 1326 nm erfolgen kann, d. h. einen Stokes entfernt von dem vorigen Stokes von 1248 nm. Dadurch wird die Frequenz des monochromatischen und intensiven Pumplichtstrahls von 1117 nm, der von der Pumpquelle 17 emittiert wurde, mithilfe des Raman-Effekts im ersten Resonator 72, dem zweiten Resonator 74 und dem dritten Resonator 76 sukzessive heruntergeschaltet. Diese Resonatoren 72, 74 und 76 werden mit Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 32 bis 42 eines hohen Reflexionsgrads an ihren jeweiligen Eingangs- und Ausgangsenden bereitgestellt. Entsprechend liefern diese Resonatoren 72, 74 und 76 keine Ausgangs-Wellenlänge des Raman-Lasers 10.
Die Ausgangs-Wellenlängen des Vielwellenlängen-Raman-Lasers 10 werden von weiteren Resonatoren 78 bis 88 bereitgestellt. Der vierte Resonator 78 wird durch die Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 30 und 44 geschlossen, der fünfte Resonator 80 wird durch die Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 28 und 46 geschlossen, der sechste Resonator 82 wird durch die Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 26 und 48 geschlossen, der siebte Resonator 84 wird durch die Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 24 und 50 geschlossen, der achte Resonator 86 wird durch die Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 22 und 52 geschlossen, und der neunte Resonator wird durch die Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 20 und 54 geschlossen.
Die Resonatoren 78 bis 88 erlauben einen Laserbetrieb bei Wellenlängen von jeweils 1415 nm, 1440 nm, 1467 nm, 1427 nm, 1455 nm und 1480 nm. Diese Wellenlängen sind Ausgangs-Wellenlängen des Vielwellenlängen-Raman-Lasers 10, da die fünften Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 44 bis 54, die die Resonatoren 78 bis 88 am zweiten Abschnitt 16 der Ausgangsseite der Faserlänge 12 schließen, einen niedrigeren Reflexionsgrad haben, der die Transmission von Licht dieser Frequenzen durch die fünften Wellenlängen-Auswahleinrichtungen 44 bis 54 erlaubt. Ein niedrigerer Reflexionsgrad bezeichnet hier einen Reflexionsgrad unter 80%, insbesondere einen Reflexionsgrad unter 60%.
Das Verstärkungsspektrum eines solchen Stokes ist in 2 dargestellt, die qualitativ die Raman-Effizienz im Vergleich zur Raman-Verschiebung für das vorige Stokes 90 zeigt. Die Raman-Effizienz gemäß der Kurve 92 wird in willkürlichen Einheiten gemessen, und die Raman-Verschiebung wird in Wellenanzahl pro cm gemessen. Kurve 92 kann als Darstellung der Energieverteilung des Raman-gestreuten Lichts über die jeweilige Wellenanzahl der Faser gesehen werden. Das Verstärkungsspektrum von 2 zeigt, dass ein bestimmter Wellenlängenbereich in der Nähe der Raman-Verschiebung von 400 Perioden pro cm im Verstärkungsspektrum vorteilhafter, d. h. intensiver ist als das übrige Spektrum. Es ist zu beachten, dass das Verstärkungsspektrum den Wert der Raman-Verstärkung für jede Ausgangs-Wellenlänge angibt. Die Raman-Verstärkung kann als Indikator für die potenzielle Leistung einer entsprechenden Ausgangs-Wellenlänge gesehen werden. Die tatsächliche Ausgangsleistung hängt jedoch auch von dem Reflexionsgrad der beteiligten Wellenlängen-Auswahleinrichtungen ab und kann starke Abweichungen gegenüber der im Verstärkungsspektrum reflektierten potenziellen Leistung aufweisen.
Die sechs diskreten Wellenlängen von 1415 nm, 1427 nm, 1440 nm, 1455 nm, 1467 nm und 1480 nm sind in 1 als Linien 94, 96, 98, 100, 102 und 104 dargestellt. Diese Ausgangs-Wellenlängen werden erzeugt durch Bildung entsprechender Resonatoren, in denen die jeweiligen Wellenlängen als stehende Wellen vorliegen. Jeder der sechs diskreten Wellenlängen wird vom Stokes bei 1351 nm erzeugt.
Die Linien 94 bis 104 entsprechen den Wellenlängen, die von den Resonatoren 78 bis 88 ausgewählt wurden. Die Schnittpunkte zwischen den Linien 94 bis 104 und der Raman-Verschiebungsachse kennzeichnen die individuellen Werte für die Raman-Verschiebung dieser Wellenlängen in Relation zum vorherigen Stokes von 1351 nm. Mit einer vorgegebenen Wellenlänge des vorherigen Stokes definieren diese Schnittpunkte entsprechend die individuellen Wellenlängen. Die Höhe der Kurve 92 über diesen Schnittpunkten gibt gemäß einer ersten Annäherung die potenzielle Leistung dieser einzelnen Wellenlängen in Relation zu einer anderen dieser Wellenlängen an. Die potenzielle Leistung versteht sich als Leistung innerhalb der Resonatoren.
Linie 98, die am Nächsten am Maximum der Kurve 92 liegt, stellt daher die potenziell leistungsstärkste Wellenlänge dar. Darüber hinaus stellt Linie 94 die kürzeste ausgewählte Wellenlänge dar, und die Linien 96, 100, 102 und 104 stellen die verbleibenden ausgewählten Wellenlängen dar.
Die tatsächliche Verteilung der Raman-Leistungen innerhalb der Resonatoren wird jedoch nicht vom Verstärkungsspektrum des vorigen Stokes allein bestimmt. Dies liegt daran, dass die kürzeren ausgewählten Wellenlängen ihr eigenes Verstärkungsspektrum erzeugen, das sich mit dem Verstärkungsspektrum des vorigen Stokes 90 überschneidet.
Ein solches Verstärkungsspektrum der kürzesten Wellenlänge von 1415 nm, also Linie 94 in 2, ist in 3 dargestellt. Wie aus 3 ersichtlich, liegen die verbleibenden ausgewählten Wellenlängen entsprechend den Linien 96 bis 104 innerhalb des Verstärkungsspektrums 106 der Linie 94. Die Linie 94 stellt daher ein voriges Stokes einer höheren Ordnung für die Wellenlängen der Linien 96 bis 104 dar. Entsprechend wird mithilfe des Raman-Effekts Energie von der kürzesten ausgewählten Wellenlänge, die der Linie 94 entspricht, an längere ausgewählte Wellenlängen übertragen. Mit anderen Worten: Kürzere Wellenlängen (z. B. die 1415-nm-Welle) können Energie an längere Wellenlängen übertragen, da die kürzeren Wellenlängen mithilfe des Raman-Effekts ihre eigenen Stokes generieren (Verstärkungsspektrum).
Unter Berücksichtigung der Interaktion zwischen den Ausgangs-Wellenlängen von 1 gewinnen die längeren Wellenlängen in 1 entsprechend zusätzliche (relative) Leistung auf Kosten der Leistung der kürzeren Wellenlängen. Im Prinzip handelt es sich dabei um einen sich selbst einstellenden Prozess. Der Effekt wird im Rahmen der Erfindung jedoch genutzt, um die relative Leistung in jeder Ausgangs-Wellenlänge entsprechend der erforderlichen Konfiguration kontrolliert anzupassen in Abhängigkeit von der zu pumpenden Leitungsfaser.
Vor einer ausführlicheren Erläuterung der Erfindung wird auf 2 verwiesen. Die Verteilung und Höhe der Linien 94 bis 104 in 2 entsprechen den Wellenlängen und ihrer potenziellen Leistung. Die potenzielle Leistung ist als die relative Leistung innerhalb der Resonatoren zu verstehen.
Werden diese Wellenlängen jedoch ausgekoppelt, so werden die Leistungen der entsprechenden Ausgangsstrahlen im Allgemeinen in einer anderen Konfiguration verteilt. Dieser Effekt ist darauf zurückzuführen, dass die Leistung der Ausgangsstrahlen nicht von der Verteilung der relativen Leistungen in den Resonatoren allein abhängt, sondern auch von dem Reflexionsgrad aller beteiligten Ausgangskupplungen.
4 zeigt eine typische Anfangsverteilung der Ausgangsleistung einer willkürlichen Anfangskonfiguration des Ausgangskoppler-Reflexionsgrads. Es ist zu beachten, dass die einzelnen Linien 94, 96, 98, 100, 102 und 104 eine bestimmte Leistung darstellen, die einer Linienhöhe entspricht. In 4 ist die potenziell leistungsstärkste Linie 98 noch leistungsstärker als in 2. Dieser Effekt kann durch einen Leistungstransfer von Leistung kürzerer Wellenlängen an die Wellenlänge der Linie 98 erzeugt werden. Ein solcher Transfer wurde oben mit Bezug auf 3 beschrieben.
Darüber hinaus muss der Reflexionsgrad der beiden Wellenlängen-Auswahleinrichtungen, die den Resonator schließen, in dem die potenziell leistungsstärkste Wellenlänge schwingt, in der willkürlichen Konfiguration annähernd optimal sein, um zu einer solchen leistungsstarken Ausgangs-Wellenlänge zu führen. Die verbleibenden Ausgangs-Wellenlängen sind sogar noch weniger leistungsstark, als mit Blick auf 2 zu erwarten wäre. Dieser Effekt lässt sich auf den nicht optimalen Reflexionsgrad der betreffenden Wellenlängen-Auswahleinrichtungen zurückführen.
Eine solche willkürliche Konfiguration ist offensichtlich nicht einheitlich und entspricht nicht unbedingt den Anforderungen einer bestimmten optischen Transmissionsfaser und den gewünschten von der Bandbreite abhängigen Transmissionsmerkmalen. Dies gilt auch für das Verstärkungsspektrum aus 2. Selbst diese von der Wellenlänge abhängige Verteilung von Raman-Effizienzen gemäß dem natürlichen Verstärkungsspektrum eines Stokes ist nicht einheitlich. Wie eingangs erwähnt, ist es ein an sich bekanntes Verfahren zur Annäherung an ein gewünschtes Ausgangsspektrum, den Reflexionsgrad von Wellenlängen-Auswahleinrichtungen zu den Ausgabe-Wellenlängen für jeden Vielwellenlängen-Raman-Laser individuell einzustellen.
Gemäß der Erfindung wird die willkürliche Anfangsverteilung schrittweise in allgemeiner Weise angepasst, die für jeden Vielwellenlängen-Raman-Laser mit mehr als zwei Ausgangs- Wellenlängen verwendet werden kann. Ein solches allgemeines Verfahren gemäß der Erfindung ist exemplarisch im Flussdiagramm von 5 dargestellt. Die Steuereinheit 68 steuert die Stellglieder 56 bis 66 gemäß den Schritten des Flussdiagramms.
Gemäß 5 wird die relative Ausgangsleistung der potenziell leistungsstärksten Wellenlänge (Linie 98) in einem ersten Schritt 108 unterdrückt. Zur Schaffung einer automatischen Anpassung wird die Leistung der 1440-nm-Welle aus 1 in einem ersten Schritt unterdrückt durch Verringern der Reflexion der entsprechenden Wellenlängen-Auswahleinrichtung. In diesem Zusammenhang bedeutet das Unterdrücken der Wellenlänge, dass diese Wellenlänge nicht für den Laserbetrieb zugelassen ist. Mit anderen Worten: Sie wird unter den Lasing-Schwellenwert gedrückt durch einen verringerten Reflexionsgrad, der ihren Schwellenwert angehoben hat.
Als Ergebnis von Schritt 108 verschwindet die Linie 98 oder reduziert sich auf Null, wie in 6 gezeigt. Darüber hinaus haben die Erfinder beobachtet, dass die weiteren ausgewählten Wellenlängen (Linien 94, 96, 100, 102 und 104) eine Leistungsverstärkung aufweisen, wenn die Linie 98 unterdrückt wird. Dies ist eventuell auf den Effekt zurückzuführen, dass die zuvor bevorzugt in Linie 98 konzentrierte Leistung bis zu einem gewissen Grad auf die anderen Linien verteilt werden kann, wenn Linie 98 nicht vorhanden ist.
In einem zweiten Schritt 110 wird die relative Ausgangsleistung der kürzesten Ausgangs-Wellenlänge, d. h. Linie 94, angepasst. Das Ergebnis dieses Schritts ist in 7 dargestellt. Die Anpassung von Linie 94 auf den in 7 dargestellten Wert verbessert die Leistung der längeren Wellenlängen als Ergebnis des mit Blick auf 3 beschriebenen Effekts. Mit anderen Worten: Im zweiten Schritt wird die Anpassung an der kürzesten Wellenlänge vorgenommen, um die Leistung in dieser Wellenlänge sowie in allen höheren Wellenlängen mit Ausnahme der Wellenlänge von Linie 98 (d. h. der potenziell leistungsstärksten Wellenlänge) zu erhalten. Dies wird erreicht durch Optimieren des Reflexionsgrads der betreffenden Wellenlängen-Auswahleinrichtung und dadurch der Unterstützung des Laserbetriebs in dem betreffenden Resonator.
Darüber hinaus wird in einem dritten Schritt 112 die relative Ausgangsleistung der weiteren Ausgangs-Wellenlängen angepasst. Das Ergebnis ist in 8 dargestellt. Die Verteilung der Ausgangsleistung in 8 zeigt klar eine verbesserte Einheitlichkeit. Im dritten Schritt wird die Leistung dann in allen verschiedenen Wellenlängen individuell angepasst mit Ausnahme der Wellenlänge von Linie 98.
Wenn das Ergebnis des dritten Schritts nahe am gewünschten Ergebnis liegt, wird die Leistung von Linie 98 in einem vierten Schritt 114 auf die gewünschte Leistung angepasst. In diesem Schritt 114 wird das erneute Schwingen der zuvor unterdrückten Wellenlänge von Linie 98 ermöglicht durch Anpassen der entsprechenden Wellenlängen-Auswahleinrichtung. Es wurde beobachtet, dass sich das Leistungsniveau der verbleibenden Linien verringert, wenn eine Verstärkung der potenziell leistungsstärksten Linie zugelassen wurde. Dieser Effekt kann wiederum durch den in 3 beschriebenen Mechanismus verursacht werden. 8 zeigt jedoch eine Leistungsverteilung der Ausgangs-Wellenlängen mit einer hohen Einheitlichkeit, wie sie in diesem spezifischen Beispiel gewünscht wurde. Weitere Leistungsverteilungen können mit dem Verfahren gemäß der Erfindung erzeugt werden durch Variieren des in den einzelnen Schritten zulässigen Änderungsbetrags.
Die Reihenfolge der Schritte ist daher sehr wichtig, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten. Dabei ist es insbesondere wichtig, die potenziell leistungsstärkste Linie im ersten Schritt zu unterdrücken. Ohne den ersten Schritt können die anderen Wellenlängen eventuell keinen Laserbetrieb ausführen, da die gesamte Leistung bevorzugt von der potenziell leistungsstärksten Wellenlänge absorbiert wird, die die maximale Verstärkung aus den Stokes 90 bei 1351 nm zieht.
In der exemplarischen Ausführungsform der 1 und 2 befinden sich die Ausgangs-Wellenlängen von 1415 nm, 1440 nm, 1467 nm, 1427 nm, 1455 nm und 1480 nm im breiten Verstärkungsspektrum des vorigen Stokes, d. h. in der Wellenlänge, die im dritten Resonator 76 schwingt. Eine solche Situation ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Es kann sein, dass sich drei niedrigere der sechs Wellenlängen im Verstärkungsspektrum des Stokes bei 1351 nm befinden und die drei anderen Wellenlängen im Spektrum eines anderen Stokes nahe bei 1351 (z. B. 1372) nm. Die 1351 nm und die 1372 nm würden aus dem 1284-nm-Stokes erzeugt. In diesem Fall kann auch ein Lambda-Opt definiert werden. Dieses Lambda-Opt hat die maximale Raman-Verstärkung. Diese Raman-Verstärkung würde berechnet als Produkt der Raman-Verstärkung des vorigen Stokes (bei 1351 oder 1372), multipliziert mit der Raman-Verstärkung des untersuchten Ausgangs-Stokes.
Des Weiteren ist die Erfindung nicht auf eine Vielwellenlängen-Raman-Lasereinrichtung mit sechs Ausgangs-Wellenlängen begrenzt.

Claims

Verfahren zur Anpassung der relativen Ausgangsleistung einzelner Ausgangs-Wellenlängen (94, 96, 98, 100, 102, 104) eines Vielwellenlängen-Raman-Lasers (10), dadurch gekennzeichnet, dass: in einem ersten Schritt (108) die relative Ausgangsleistung einer potenziell leistungsstärksten Ausgangs-Wellenlänge (98), d. h. der Ausgangs-Wellenlänge, bei der die maximale Raman-Verstärkung auftritt, unterdrückt wird; in einem zweiten Schritt (110) die relative Ausgangsleistung der kürzesten Ausgangs-Wellenlänge (94) angepasst wird; in einem dritten Schritt (112) die relative Ausgangsleistung weiterer Ausgangs-Wellenlängen (96, 100, 102, 104) angepasst wird, und in einem vierten Schritt (114) die relative Ausgangsleistung der potenziell leistungsstärksten Wellenlänge (98) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren automatisch ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Ausgangsleistung der potenziell leistungsstärksten Ausgangs-Wellenlänge (98) vollständig unterdrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsleistung der potenziell leistungsstärksten Ausgangs-Wellenlänge (98) unterdrückt wird durch Verringern des Reflexionsgrads von mindestens einer Wellenlängen-Auswahleinrichtung (26, 48), die einen Resonator (82) schließt, in dem ein Laserbetrieb mit der potenziell leistungsstärksten Ausgangs-Wellenlänge (98) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Ausgangsleistung einer einzelnen Ausgangs-Wellenlänge (94, 96, 98, 100, 102, 104) durch Anpassen des Reflexionsgrads von mindestens einer Wellenlängen-Auswahleinrichtung (20, 22, 24, 26, 28, 30, 44, 46, 48, 50, 52, 54) eines entsprechenden Resonators (78, 80, 82, 84, 86, 88), in dem ein Laserbetrieb mit dieser spezifischen Ausgangs-Wellenlänge (94, 96, 98, 100, 102, 104) erfolgt, angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren am Ende eines Prozesses zur Fertigung des Vielwellenlängen-Raman-Lasers (10) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während des Betriebs des Vielwellenlängen-Raman-Lasers (10) wiederholt durchgeführt wird.