專(zhuān)利名稱(chēng)：基于非線性環(huán)鏡的功率穩(wěn)定型光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于非線性光纖環(huán)鏡的功率穩(wěn)定型光纖激光器。
背景技術(shù)：
自1990年以來(lái)，光纖激光器如稀土摻雜光纖激光器、光纖非線性效應(yīng)激光器、單晶光纖激光器和塑料光纖激光器的研制及開(kāi)發(fā)已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步。目前，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)的光纖激光器，種類(lèi)繁多、性能各異、質(zhì)量可靠。其中，尤其以高功率光纖激光器、超短脈沖光纖激光器和窄線寬光纖激光器的研究最為熱點(diǎn)，并已逐步實(shí)用化、商業(yè)化。 除具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、安全、體積小等優(yōu)點(diǎn)外，光纖激光器還具有轉(zhuǎn)化效率高、光束質(zhì)量好、信噪比高、兼容性好和可遠(yuǎn)程控制等特點(diǎn)，使得它在高速大容量波分復(fù)用系統(tǒng)、光相干檢測(cè)系統(tǒng)、光纖環(huán)形腔陀螺、光譜分析和光纖傳感等領(lǐng)域中有很大的應(yīng)用潛力。摻鉺光纖激光器可提供通信波段的寬帶可調(diào)諧窄帶激光光源，并且具有高溫度穩(wěn)定性、低抽運(yùn)閾值、高信噪比、與光纖兼容等優(yōu)點(diǎn)等，因此已成為高速光通信、光纜電視傳輸系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)的理想光源候選者之一，備受?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者和廠商的廣泛青睞。然而，在常溫下?lián)姐s光纖是一種均勻展寬介質(zhì)，存在較強(qiáng)的模式競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)，尤其在駐波腔結(jié)構(gòu)中，正反傳輸?shù)膬墒馐鴮l(fā)生干涉造成空間燒孔效應(yīng)，降低了模式的輸出穩(wěn)定性。另一方面，電源電壓的不穩(wěn)、驅(qū)動(dòng)模塊輸出電流的波動(dòng)和環(huán)境因素(壓力、溫度)對(duì)光纖損耗的影響等外在因素也同樣對(duì)光纖激光器的輸出功率產(chǎn)生消極影響。隨著密集波分復(fù)用系統(tǒng)的信道數(shù)及容量的成倍增加、檢測(cè)系統(tǒng)性能要求的提高等，大大地增加了對(duì)光源輸出精度和穩(wěn)定性的要求。目前，實(shí)現(xiàn)光纖激光器功率穩(wěn)定的技術(shù)更多的是研究模式穩(wěn)定的輸出特性即消除跳模、多?，F(xiàn)象，或是涉及到多縱模之間的模式協(xié)調(diào)和能量分配。由于驅(qū)動(dòng)模塊、外界環(huán)境的不穩(wěn)定而引起入纖光功率、光纖損耗的變化，最終導(dǎo)致激光輸出光功率的紋波現(xiàn)象這一技術(shù)缺陷并沒(méi)有得到重視，且國(guó)內(nèi)外相關(guān)報(bào)道罕見(jiàn)。針對(duì)以上情況，本發(fā)明提供了一種基于非線性環(huán)鏡的功率穩(wěn)定型光纖激光器，在消除了摻鉺光纖激光器空間燒孔效應(yīng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了功率自穩(wěn)定功能，克服了驅(qū)動(dòng)模塊或外界環(huán)境的不穩(wěn)定而帶來(lái)的輸出功率變化的缺點(diǎn)，使之更適應(yīng)于密集波分復(fù)用系統(tǒng)、強(qiáng)度解調(diào)型系統(tǒng)等。顯然，實(shí)現(xiàn)功率穩(wěn)定型光纖激光器不但具有重要的理論意義，而且還具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值及現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種利用非線性光纖環(huán)鏡的透射率隨輸入光功率及其偏振態(tài)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)功率穩(wěn)定輸出的光纖激光器，該激光器除消除了摻鉺光纖中的空間燒孔效應(yīng)外，克服了電源電壓的不穩(wěn)、驅(qū)動(dòng)模塊輸出電流的波動(dòng)及環(huán)境因素(壓力、溫度)引起的光纖損耗對(duì)光纖激光器的輸出功率產(chǎn)生的影響，實(shí)現(xiàn)了激光輸出功率的穩(wěn)定。基于非線性環(huán)鏡的功率穩(wěn)定型光纖激光器包括通過(guò)光纖依次串聯(lián)的摻鉺光纖放大器、偏振控制器A、非線性光纖環(huán)鏡、光纖環(huán)形器、光纖光柵和輸出耦合器。其中，非線性光
3纖環(huán)鏡與光纖光柵共同應(yīng)用，由光纖耦合器兩同向端口連接偏振控制器B及單模光纖段構(gòu)成，通過(guò)光纖耦合器的另外兩個(gè)同向端口接入激光器的環(huán)行腔。本發(fā)明的基本工作原理?yè)姐s光纖放大器的輸出光功率經(jīng)偏振控制器A后以特定的偏振態(tài)進(jìn)入非線性光纖環(huán)鏡，由于非線性光纖環(huán)鏡對(duì)輸入光功率具有選擇透射特性，所以輸出光功率隨輸入光功率及其偏振態(tài)的變化而變化。隨后，輸出光功率經(jīng)過(guò)光纖環(huán)形器和光纖光柵時(shí)被光纖光柵選頻，一部分經(jīng)過(guò)輸出耦合器的輸出端輸出，一部分經(jīng)過(guò)輸出耦合器的耦合端進(jìn)入摻鉺光纖放大器，放大后的光功率經(jīng)過(guò)偏振控制器A選擇偏振態(tài)后繼續(xù)循環(huán)傳輸，形成自激振蕩。光纖環(huán)形器對(duì)逆向傳輸?shù)墓鈸p耗大，因此確保了環(huán)行腔中光的單向傳輸，從而抑制了腔內(nèi)空間燒孔效應(yīng)，促進(jìn)了激光器的模式穩(wěn)定激射。非線性光纖環(huán)鏡由光纖耦合器順次連接偏振控制器B、單模光纖段構(gòu)成。通過(guò)對(duì)非線性光纖環(huán)鏡透射特性的數(shù)值模擬，其具體特性主要表現(xiàn)為以下兩點(diǎn)。第一，通過(guò)調(diào)整偏振控制器A、B可以得到兩種截然不同的透射特性，即飽和吸收體特性和振幅平衡特性。飽和吸收體特性表現(xiàn)為輸入光功率越大，則飽和吸收體的吸收就越小，透射率就越大，從而有利于超短脈沖激光器的實(shí)現(xiàn)。而振幅平衡器卻相反，輸入光功率越大，則透射率越小(或插入損耗越大)；輸入光功率越小，則透射率越大(或插入損耗越小)，處于一種輸出振幅自平衡狀態(tài)。第二，環(huán)鏡中的單模光纖段長(zhǎng)度會(huì)影響其輸出振幅自平衡效果。光纖長(zhǎng)度愈短，透射曲線變化愈慢，振幅自平衡能力愈差，反之亦然。因此，選擇合適的長(zhǎng)度有利于精確地補(bǔ)償光功率的變化。在偏振控制器及單模光纖段調(diào)整至合適參數(shù)的情況下，當(dāng)驅(qū)動(dòng)模塊或者外界環(huán)境出現(xiàn)微小變化并引起腔內(nèi)激光功率波動(dòng)時(shí)，基于非線性環(huán)鏡的功率穩(wěn)定型光纖激光器可迫使腔內(nèi)光功率穩(wěn)定不變，實(shí)現(xiàn)激光的輸出穩(wěn)定。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)為⑴本發(fā)明利用非線性光纖環(huán)鏡的透射率隨輸入光功率及其偏振態(tài)變化的特性，消除了驅(qū)動(dòng)模塊及外界環(huán)境的不穩(wěn)定對(duì)激光器的消極影響，實(shí)現(xiàn)了激光穩(wěn)定輸出；(2)本發(fā)明具有制作簡(jiǎn)單、成本低廉、信噪比高(> 50dB)、功率穩(wěn)定度高 (< 0. 2dB)等特點(diǎn)。


圖1為基于非線性環(huán)鏡的功率穩(wěn)定型光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，但不限于此。如圖1所示，一種基于非線性環(huán)鏡的功率穩(wěn)定型光纖激光器包括由光纖依次串聯(lián)的摻鉺光纖放大器1、偏振控制器A 2、非線性光纖環(huán)鏡、光纖環(huán)形器6、光纖光柵7及輸出耦合器8。其中，非線性光纖環(huán)鏡由光纖耦合器3兩個(gè)同向端口逐次連接偏振控制器B 4及單模光纖段5構(gòu)成，并通過(guò)光纖耦合器的另外兩個(gè)同向端口接入激光器的環(huán)行腔。輸出耦合器8的輸出端通過(guò)光纖跳線接到光譜儀上，可以觀察其激光的頻域特性(光功率密度的頻率變化)。輸出耦合器的輸出端通過(guò)光纖跳線依次接到光濾波器、光電探測(cè)器、示波器上，可以觀察激光的時(shí)域特性(光功率的時(shí)間變化)。通過(guò)對(duì)光纖施加的特定的影響并借助示波器、光譜儀，可以研究此激光器的輸出功率穩(wěn)定特性。
在本實(shí)施例中，光纖耦合器3的耦合比為30%，輸出耦合器8的耦合比為10% ； 偏振控制器A 2和B 4均為三環(huán)型機(jī)械式光纖偏振控制器(Connect Fiber Optics, λ /4- λ /2- λ /4)；單模光纖段 5 (Y0FC-MKD-101，模場(chǎng)直徑為 9. 9 10. 9 μ mil550nm)長(zhǎng)度約為2km ；光纖光柵7的反射率為18. 2dB,中心波長(zhǎng)為1553. 7nm, 3dB帶寬為0. 13nm。
權(quán)利要求
1.基于非線性環(huán)鏡的功率穩(wěn)定型光纖激光器，包括通過(guò)光纖依次串聯(lián)的摻鉺光纖放大器、偏振控制器A、非線性光纖環(huán)鏡、光纖環(huán)形器、光纖光柵和輸出耦合器，其特征在于非線性光纖環(huán)鏡與光纖光柵共同應(yīng)用，由光纖耦合器兩同向端口連接偏振控制器B及單模光纖段構(gòu)成，通過(guò)光纖耦合器的另外兩個(gè)同向端口接入激光器的環(huán)行腔。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于非線性環(huán)鏡的功率穩(wěn)定型光纖激光器，包括通過(guò)光纖依次串聯(lián)的摻鉺光纖放大器、偏振控制器A、非線性光纖環(huán)鏡、光纖環(huán)形器、光纖光柵和輸出耦合器，其特征在于非線性光纖環(huán)鏡與光纖光柵共同應(yīng)用，由光纖耦合器兩同向端口連接偏振控制器B及單模光纖段構(gòu)成，通過(guò)光纖耦合器的另外兩個(gè)同向端口接入激光器的環(huán)行腔。本發(fā)明利用非線性光纖環(huán)鏡的透射率隨輸入光功率及其偏振態(tài)變化的特性，消除了驅(qū)動(dòng)模塊及外界環(huán)境對(duì)激光器的消極影響，實(shí)現(xiàn)了激光穩(wěn)定輸出的目的。通過(guò)合理調(diào)節(jié)偏振控制器，可以實(shí)現(xiàn)功率穩(wěn)定的、信噪比高的連續(xù)激光輸出。本發(fā)明制作簡(jiǎn)單、成本低，在DWDM系統(tǒng)、遠(yuǎn)程光纖傳感、激光測(cè)距等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。
文檔編號(hào)H01S3/067GK102361214SQ20111036389
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者胡朋兵, 董新永, 趙春柳, 金尚忠 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院