專(zhuān)利名稱：一種精密可調(diào)諧多波長(zhǎng)環(huán)形光纖激光器的制作方法
一種精密可調(diào)諧多波長(zhǎng)環(huán)形光纖激光器
技術(shù)鄰域
本發(fā)明涉及光通信和光纖激光器領(lǐng)域，特別是提供了一種精密可調(diào)諧多波長(zhǎng)環(huán)形光纖激光器。
背景技術(shù)：
多波長(zhǎng)光纖激光器是一類(lèi)造價(jià)低、效率高的激光光源，在諸如波分復(fù)用光通信系統(tǒng)、光 纖傳感、光器件性能測(cè)試和材料的色散測(cè)試等方面具有很大的應(yīng)用潛力，是近年來(lái)除鎖模光 纖激光器外的另一種引起人們極大關(guān)注的光纖激光器。將摻鉺光纖浸泡在液氮(77K)中來(lái)抑制 其均勻加寬機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器，但這種方法有很大局限性，不能工作在室 溫下。至今已經(jīng)提出了多種方法來(lái)使得光纖激光器能在室溫下產(chǎn)生穩(wěn)定多波長(zhǎng)通過(guò)頻移反
饋來(lái)阻止激光器的單模振蕩，利用非線性光纖中的四波混頻效應(yīng)來(lái)產(chǎn)生自穩(wěn)定的多波長(zhǎng)，將 具有非均勻增益特性的半導(dǎo)體激光器或拉曼放大器插入到光纖激光器中，和采用級(jí)聯(lián)的受激 布里淵散射實(shí)現(xiàn)布里淵多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器。
國(guó)際上從1988年開(kāi)始對(duì)多波長(zhǎng)光纖激光器進(jìn)行研究，并于1992年由美國(guó)的N. Park等首 次實(shí)現(xiàn)了基于單一增益介質(zhì)的6個(gè)波長(zhǎng)的摻鉺光纖激光輸出，波長(zhǎng)間隔為4.8nm。之后，在此 領(lǐng)域如雨后春筍般地涌現(xiàn)了大量的研究工作，不斷地促進(jìn)對(duì)多波長(zhǎng)光纖激光器機(jī)理的理解和 性能的改善。而我國(guó)從20世紀(jì)90年代中后期，由南開(kāi)大學(xué)、北京郵電大學(xué)、清華大學(xué)等科研 單位率先開(kāi)始進(jìn)行該方面的研究工作。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，尤其是在近幾年，多波長(zhǎng)光纖激 光器方面的研究已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注，并已取得很大進(jìn)展，但采用的方法主要集中在幾種 已知的方法上。
另一方面，為了實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)輸出通常需要在激光腔內(nèi)插入周期性的多波長(zhǎng)濾波器，比如 波長(zhǎng)固定的Fabry-P6rot濾波器、波長(zhǎng)可調(diào)諧的啁啾光纖光柵或取樣光柵和雙折射光纖環(huán)形鏡 等。相比這些傳統(tǒng)濾波器本發(fā)明提出另外一種相對(duì)簡(jiǎn)單的濾波器，即雙折射光纖濾波器，它 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只由一個(gè)起偏器和一段高雙折射光纖即可組成。而且它的波長(zhǎng)間隔可以通過(guò)選擇 合適的雙折射光纖長(zhǎng)度來(lái)改變，它的波長(zhǎng)可以通過(guò)改變偏振來(lái)精密調(diào)諧。
本發(fā)明提出一種基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)能在室溫下產(chǎn)生多波長(zhǎng)輸出的可精密調(diào)諧環(huán)形 光纖激光器。激光器沒(méi)有使用傳統(tǒng)的濾波器，而是在激光腔內(nèi)插入一段保偏光纖，保偏光纖 與非線性偏振旋轉(zhuǎn)光纖激光器應(yīng)有的具有起偏器作用的偏振相關(guān)隔離器構(gòu)成一雙折射光纖周 期性濾波器。非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)是一種新的克服均勻加寬增益介質(zhì)中模式競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)理和方 法，使得光纖激光器在室溫下能產(chǎn)生多波長(zhǎng)輸出。運(yùn)用在線型的雙折射光纖周期性梳狀濾波 器，簡(jiǎn)化了激光器的結(jié)構(gòu)，使激光器易于全光纖集成，可精密調(diào)諧，是未來(lái)密集波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)的理想光源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種精密可調(diào)諧多波長(zhǎng)環(huán)形光纖激光器，具有很好的波長(zhǎng)選擇性， 可應(yīng)用于波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中。環(huán)形激光腔中包括一段摻鉺光纖作為增益介質(zhì)， 一個(gè) 980/1550波分復(fù)用器用來(lái)把980nrn泵浦激光耦合進(jìn)摻鉺光纖， 一個(gè)兩端帶尾纖的偏振相關(guān)隔 離器保證激光器單方向工作，同時(shí)還起到一個(gè)起偏器的作用，兩個(gè)偏振控制器分別在偏振相 關(guān)隔離器的兩側(cè)用來(lái)控制偏振態(tài)，還有一個(gè)10dB耦合器，它的10%端口用于輸出光信號(hào)， 卯％光信號(hào)繼續(xù)在腔內(nèi)循環(huán)。如果沒(méi)有了其他器件，這是一個(gè)典型的基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)的 被動(dòng)鎖模光纖激光器結(jié)構(gòu)。本發(fā)明設(shè)計(jì)的多波長(zhǎng)光纖激光器，在激光器腔內(nèi)插入了一巻長(zhǎng)單 模光纖和一段保偏光纖，偏振相關(guān)隔離器和保偏光纖構(gòu)成一個(gè)雙折射光纖周期性濾波器。按 照激光振蕩理論， 一個(gè)帶有多波長(zhǎng)濾波器的環(huán)形激光器可以同時(shí)有多個(gè)波長(zhǎng)滿足振蕩條件而 起振，但由于增益介質(zhì)摻鉺光纖的均勻加寬性質(zhì)，假如沒(méi)有引入其他效應(yīng)這多個(gè)波長(zhǎng)激光間 存在強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng)，因而很不穩(wěn)定。非線性偏振旋轉(zhuǎn)被動(dòng)鎖模的基本原理是強(qiáng)度相關(guān)飽和吸收， 即低強(qiáng)度光被吸收，而高強(qiáng)度光可以通過(guò)。但是，非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)本身是會(huì)飽和的，這 就是說(shuō)當(dāng)光強(qiáng)大于某一臨界值時(shí)，激光腔的傳輸率不是隨著光強(qiáng)的增大而增大，而是隨著光 強(qiáng)的增大而減小，這里正是利用這種強(qiáng)度相關(guān)的損耗來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定多波長(zhǎng)產(chǎn)生的。不同于被動(dòng) 鎖模光纖激光器，現(xiàn)在在激光腔內(nèi)插入了一段較長(zhǎng)的單模光纖，用來(lái)增大激光腔內(nèi)非線性效 應(yīng)，另外還有一段保偏光纖，偏振相關(guān)隔離器和保偏光纖一起組成了一個(gè)在線型的周期性光
纖濾波器。它的波長(zhǎng)間隔由公式A;i二"/(A"丄)決定，其中A"和Z分別是保偏光纖的雙折射 和長(zhǎng)度。
與背景技術(shù)提到的光纖激光器相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和效益之一是利用了光纖的非線性效 應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)光纖激光器。非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)是一種新的克服均勻加寬增益介質(zhì)中模式 競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)理和方法，使得光纖激光器在室溫下能產(chǎn)生穩(wěn)定的多波長(zhǎng)激光輸出，而且產(chǎn)生的激 光波長(zhǎng)數(shù)量多，典型值大于20。本發(fā)明的另一特點(diǎn)和效益是采用在線型的雙折射光纖周期 性梳狀濾波器， 一方面開(kāi)拓了一種新型的濾波器方案，另一方面充分利用了激光器原有的器 件(偏振相關(guān)隔離器)，只需要插入一段雙折射光纖，而且此濾波器可精密調(diào)諧，此方法簡(jiǎn)便 而實(shí)用。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖中1、摻鉺光纖，2、 980nm/1550nm波分復(fù)用器，3、 980nm泵浦激光，4、偏振相關(guān)隔離器，5、第一個(gè)偏振控制器，6、第二個(gè)偏振控制器，7、保偏光纖，8、單模光纖，9、 10dB耦合器，10、 10dB耦合器的10%端口， 11、 10dB耦合器的90X端口。
圖2為本發(fā)明在光譜分析儀測(cè)試下測(cè)得的多波長(zhǎng)輸出的光譜圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種精密可調(diào)諧多波長(zhǎng)環(huán)形光纖激光器。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
環(huán)形激光腔中，包括1、摻鉺光纖，2、 980nm/1550nm波分復(fù)用器，3、 980nm泵浦激 光，4、偏振相關(guān)隔離器，5、第一個(gè)偏振控制器，6、第二個(gè)偏振控制器，7、保偏光纖，8、 單模光纖，9、 10dB耦合器。連接關(guān)系為980nm泵浦激光(3)經(jīng)過(guò)980nm/1550nm波分復(fù)用 器(2)與摻鉺光纖(1)相連，摻鉺光纖(1)的另一端連接到第一個(gè)偏振控制器(5)，再依次與偏振 相關(guān)隔離器(4)、第二個(gè)偏振控制器(6)、保偏光纖(7)、單模光纖(8)、 10dB耦合器(9)公共端相 連接，10dB耦合器(9)的90%端口(11)連接到980nm/1550nm波分復(fù)用器(2)的1550nm端，10dB 耦合器(9)的10%端口(10)為整個(gè)裝置的輸出端。
從偏振相關(guān)隔離器(4)出來(lái)的線偏振光由于第二個(gè)偏振控制器(6)的作用變?yōu)闄E圓偏振光， 橢圓偏振光可以看成是強(qiáng)度不等的左、右圓偏振光的疊加，通過(guò)單模光纖(8)時(shí)由于光克爾效 應(yīng)強(qiáng)度不等的左、右圓偏振光會(huì)經(jīng)歷不等的非線性相移，因此合成的偏振態(tài)隨著光的傳播而 旋轉(zhuǎn)，并且旋轉(zhuǎn)的角度與光強(qiáng)度有關(guān)。光再次到達(dá)偏振相關(guān)隔離器(4)之前有另一個(gè)偏振控制 器(5)，調(diào)節(jié)第一個(gè)偏振控制器(5)可以改變通過(guò)偏振相關(guān)隔離器(4)的光強(qiáng)。故由第一個(gè)偏振控 制器(5)、偏振相關(guān)隔離器(4)、第二個(gè)偏振控制器(6)和單模光纖(8)構(gòu)成的聯(lián)合體能起到一個(gè) 強(qiáng)度相關(guān)器件的作用。 一般地，對(duì)于一個(gè)偏振控制器、偏振相關(guān)隔離器、偏振控制器和單模 光纖構(gòu)成的聯(lián)合體，其傳輸和光強(qiáng)的關(guān)系存在兩個(gè)不同的區(qū)域。其一是傳輸隨光強(qiáng)的增加而 提高，被動(dòng)鎖模光纖激光器就是工作在這一區(qū)域。另外一個(gè)是傳輸隨光強(qiáng)的增加而減小，即 高強(qiáng)度光將經(jīng)歷更大損耗，這時(shí)聯(lián)合體相當(dāng)于一個(gè)功率均衡器。這種強(qiáng)度相關(guān)非均勻損耗可 以用來(lái)克服均勻加寬介質(zhì)中的模式競(jìng)爭(zhēng)，使得摻鉺光纖激光器在室溫下產(chǎn)生穩(wěn)定的多波長(zhǎng)輸 出。調(diào)節(jié)激光腔內(nèi)兩個(gè)偏振控制器，選取合適的偏振態(tài)，使激光腔傳輸隨光強(qiáng)的增加而減小， 抑制腔內(nèi)模式競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)，室溫下產(chǎn)生穩(wěn)定多波長(zhǎng)激光輸出。
如圖2所示，是本實(shí)施例方法在光譜分析儀測(cè)試下測(cè)得的多波長(zhǎng)激光的光譜圖。圖2中， 通過(guò)調(diào)節(jié)激光腔內(nèi)的偏振控制器，能夠產(chǎn)生多于20個(gè)的波長(zhǎng)，相鄰波長(zhǎng)的波長(zhǎng)間隔是-0.45nm， 也就是雙折射光纖周期性濾波器的自由譜范圍，由保偏光纖長(zhǎng)度決定。再仔細(xì)調(diào)節(jié)偏振，多 波長(zhǎng)光譜可以在雙折射光纖周期性濾波器的自由譜范圍內(nèi)精密調(diào)諧。
權(quán)利要求
1、一種精密可調(diào)諧多波長(zhǎng)環(huán)形光纖激光器，其特征在于，環(huán)形激光腔中摻鉺光纖(1)作為增益介質(zhì)，980nm/1550nm波分復(fù)用器(2)把980nm泵浦激光(3)耦合進(jìn)摻鉺光纖，偏振相關(guān)隔離器(4)保證激光器單方向運(yùn)行，同時(shí)還起到一個(gè)起偏器的作用，兩個(gè)偏振控制器(5，6)分別在偏振相關(guān)隔離器的兩側(cè)用來(lái)控制偏振態(tài)，一段保偏光纖(7)與偏振相關(guān)隔離器(4)構(gòu)成周期性雙折射光纖濾波器，一段較長(zhǎng)的單模光纖(8)用來(lái)增大激光腔內(nèi)非線性效應(yīng)，10dB耦合器(9)的10％端口(10)用于輸出光信號(hào)，90％端口(11)出來(lái)的光信號(hào)繼續(xù)在腔內(nèi)循環(huán)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種精密可調(diào)諧多波長(zhǎng)環(huán)形光纖激光器，其特征在于，光纖激光器 內(nèi)包括一個(gè)偏振相關(guān)隔離器，它有同時(shí)具有隔離器和起偏器的功能。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種精密可調(diào)諧多波長(zhǎng)環(huán)形光纖激光器，其特征在于，激光腔內(nèi)插 入了一段較長(zhǎng)的單模光纖，增大了激光器腔內(nèi)的非線性效應(yīng)，特別是光纖中的非線性偏振旋 轉(zhuǎn)效應(yīng)誘導(dǎo)的強(qiáng)度相關(guān)非均勻損耗能有效地抑制均勻加寬增益介質(zhì)中的模式競(jìng)爭(zhēng)，使光纖激 光器在室溫下產(chǎn)生穩(wěn)定的多波長(zhǎng)輸出。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種精密可調(diào)諧多波長(zhǎng)環(huán)形光纖激光器，其特征在于，激光腔內(nèi)插 入了一段保偏光纖，保偏光纖與偏振相關(guān)隔離器構(gòu)成一個(gè)雙折射光纖周期性濾波器，簡(jiǎn)化了 光纖激光器的結(jié)構(gòu)，更易于集成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種精密可調(diào)諧多波長(zhǎng)環(huán)形光纖激光器，其特征在于，調(diào)節(jié)激光器 內(nèi)的偏振控制器，輸出的多波長(zhǎng)激光可以在周期性濾波器的自由譜范圍內(nèi)精密調(diào)諧。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種精密可調(diào)諧多波長(zhǎng)環(huán)形光纖激光器結(jié)構(gòu)。環(huán)形激光腔中包括作為增益介質(zhì)的摻鉺光纖，980nm/1550nm波分復(fù)用器用來(lái)把980nm泵浦激光耦合進(jìn)摻鉺光纖，一個(gè)兩端帶尾纖的偏振相關(guān)隔離器保證激光器單方向工作，同時(shí)還起到一個(gè)起偏器的作用，兩個(gè)偏振控制器分別在偏振相關(guān)隔離器的兩側(cè)用來(lái)控制偏振態(tài)，還有一個(gè)10dB耦合器，它的10％端口用于輸出光信號(hào)，90％光信號(hào)繼續(xù)在腔內(nèi)循環(huán)。激光腔內(nèi)插入一段較長(zhǎng)的單模光纖用來(lái)增大激光腔內(nèi)非線性效應(yīng)，一段保偏光纖與偏振相關(guān)隔離器構(gòu)成雙折射光纖周期性濾波器，利用這種在線型的雙折射光纖濾波器簡(jiǎn)化了光纖激光器的結(jié)構(gòu)，使光纖激光器更易于集成，并且使此多波長(zhǎng)光纖激光器具有精密可調(diào)諧性。
文檔編號(hào)H01S3/067GK101483308SQ20091011490
公開(kāi)日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2009年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月3日
發(fā)明者況慶強(qiáng), 葉志清, 張祖興, 桑明煌, 聶義友 申請(qǐng)人:江西師范大學(xué)