專利名稱：基于長周期光柵的雙芯光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種光纖激光器，適用于光纖通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
從梅曼的第一臺激光器制作成功到現(xiàn)在，激光器的發(fā)展速度可謂日新月異，大量不同功能的激光器不斷涌現(xiàn)，其中最引人注目的一種類型就是光纖激光器。光纖激光器以摻稀土離子的有源光纖為基質(zhì)材料，以反射器件構(gòu)成的諧振腔作選頻設(shè)備，通過將所選擇的波長在有源光纖內(nèi)不斷増益使其遠(yuǎn)大于其它波長的激光信號，超過閥值時從光纖一端的反射器件輸出形成激光。一般的光纖激光器的諧振腔以反射鏡或光纖光柵構(gòu)成，相比反射鏡，光纖光柵的優(yōu)點是直接集成在光纖上，整個系統(tǒng)更穩(wěn)定，更緊湊，反射的效率也更高，損 耗更低，從而可以大大降低整個激光器系統(tǒng)的輸出閥值，有利于提高能量轉(zhuǎn)換效率。目前基于光纖光柵的光纖激光器大致分為線性腔結(jié)構(gòu)和環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，線性腔結(jié)構(gòu)的光纖激光器由兩個中心波長一致的光纖光柵構(gòu)成選頻諧振腔，腔內(nèi)的有源光纖作為増益介質(zhì)，整個激光器的結(jié)構(gòu)簡單，但是制作兩個完全一致的光纖光柵分別放置于有源光纖的兩端在技術(shù)上有一定的難度，而中心波長不一致的兩個光柵構(gòu)成的諧振腔的穩(wěn)定性較差。環(huán)形腔的光纖激光器雖然只用到一個光柵，穩(wěn)定性相比線性腔要好，但是需要用到價格昂貴的環(huán)形器，這使得環(huán)形腔光纖激光器的成本很難降得下來。由于激光器的穩(wěn)定性是衡量其性能的重要指標(biāo)之一，因此如何在増加其穩(wěn)定性的同時保持甚至降低其制作成本成為當(dāng)前光纖激光器制作所面臨的ー個問題。尤其是多波長光纖激光器，傳統(tǒng)實現(xiàn)多波長輸出的方式是采用反射型取樣光柵，使要求的波長信號處于取樣光柵的反射峰，從而產(chǎn)生諧振而輸出激光，這樣的設(shè)置產(chǎn)生的各波長之間會互相影響，輸出的各個波長的激光穩(wěn)定性很差，甚至很多情況下無法產(chǎn)生多波長的激光輸出。綜上所述，目前的光纖激光器面臨穩(wěn)定性與低成本無法兼得的問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是光纖激光器的穩(wěn)定性與低成本無法兼得。本實用新型的技術(shù)方案為基于長周期光柵的雙芯光纖激光器，該激光器包括有源光纖、刻寫在雙芯光纖的第一纖芯上的第一至第N長周期光纖光柵、波分復(fù)用器和泵浦源。波分復(fù)用器的第一端ロ為泵浦波長端ロ，波分復(fù)用器的第二端ロ為信號波長端ロ，波分復(fù)用器的第三端ロ為混合有泵浦波長和信號波長的端ロ。各部分的連接方式為有源光纖的一端接波分復(fù)用器的第三端ロ，有源光纖的另一端接雙芯光纖的第二纖芯的右端，雙芯光纖的第一纖芯的左端接波分復(fù)用器的第二端ロ，波分復(fù)用器的第一端ロ接泵浦源，激光從雙芯光纖的第一纖芯的右端和雙芯光纖的第ニ纖芯的左端輸出。[0011]N= I 20的整數(shù)。所述的第一至第N長周期光纖光柵的中心波長各不相同，帶寬沒有公共部分。所述的有源光纖所摻雜的稀土離子包括鉺離子、鐿離子、銩離子、欽離子、釹離子。其工作原理為有源光纖中產(chǎn)生的自發(fā)輻射光信號傳播至雙芯光纖的第一纖芯的左端并沿著雙芯光纖的第一纖芯傳播到第一長周期光纖光柵所在位置后，波長位于第一長周期光纖光柵帶寬內(nèi)的光信號被耦合到雙芯光纖的第二纖芯中，保持方向不變傳播至雙芯光纖的第二纖芯的右端返回有源光纖中繼續(xù)被放大，處于第一長周期光纖光柵帶寬以外的光信號則直接穿過第一長周期光纖光柵，保持方向不變傳播至第二長周期光纖光柵所在的位置，波長位于第二長周期光纖光柵帶寬內(nèi)的光信號被耦合到雙芯光纖的第二纖芯中，保持方向不變傳播至雙芯光纖的第二纖芯的右端返回有源光纖中繼續(xù)被放大，處于第二長周期光纖光柵帶寬以外的光信號則直接穿過第二長周期光纖光柵，保持方向不變傳播……，傳播至第N長周期光纖光柵所在的位置，波長位于第N長周期光纖光柵帶寬內(nèi)的光信號被耦合到雙芯光纖的第二纖芯中，保持方向不變傳播至雙芯光纖的第二纖芯的右端返回有源 光纖中繼續(xù)被放大，處于第N長周期光纖光柵帶寬以外的光信號則直接穿過第N長周期光纖光柵，保持方向不變傳播，從雙芯光纖輸出。反向傳播的分別位于第一至第N長周期光纖光柵帶寬內(nèi)的光信號沿同樣的反向路徑傳播，而位于第一至第N長周期光纖光柵帶寬以外的光信號則沿雙芯光纖的第二纖芯傳播至雙芯光纖的第二纖芯的左端輸出。光信號經(jīng)過這樣的多次傳播、選頻，分別位于第一至第N長周期光纖光柵帶寬內(nèi)的光信號則被不斷放大直至形激光從雙芯光纖的第一纖芯的右端和雙芯光纖的第二纖芯的左端輸出，其它波長的光信號則損耗殆盡，最終輸出的激光信號內(nèi)只有第一至第N長周期光纖光柵帶寬內(nèi)的激光信號，并且越接近第一至第N長周期光纖光柵中心波長的激光信號幅值越大。波分復(fù)用器在這里的作用是將泵浦源的泵浦能量耦合入有源光纖。本實用新型和已有技術(shù)相比所具有的有益效果傳統(tǒng)線性腔光纖激光器含有兩個中心波長一致的Bragg光纖光柵，不僅在制作上有較大難度，而且兩個光纖光柵構(gòu)成的諧振腔的穩(wěn)定性遠(yuǎn)不如環(huán)形腔激光器中的一個光柵構(gòu)成的行波腔，而對于多波長的光纖激光器，還需要取樣光柵的參與，傳統(tǒng)的基于取樣光柵的多波長光纖激光器穩(wěn)定性差，各個波長的能量之間相互影響，輸出的功率并不獨立。本實用新型采用長周期光纖光柵，穩(wěn)定性相比傳統(tǒng)線性腔大大提升，相比環(huán)形腔省去了價格昂貴的環(huán)形器，成本大幅度下降；長周期光纖光柵的制作難度和所要求的精度都比Bragg光纖光柵要低，制作成本也更低。而雙芯光纖的采用，使腔中兩個纖芯之間的耦合效率得到提升，穩(wěn)定性也大幅度提升。

圖I為N個波長的基于長周期光柵的雙芯光纖激光器示意圖。圖2為單個波長的基于長周期光柵的雙芯光纖激光器示意圖。圖3為三個波長的基于長周期光柵的雙芯光纖激光器示意圖。圖4為二十個波長的基于長周期光柵的雙芯光纖激光器示意圖。
具體實施方式
[0022]
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)ー步描述。實施方式一基于長周期光柵的雙芯光纖激光器，如圖1，該激光器包括有源光纖1，刻寫在雙芯光纖的第一纖芯21上的第一至第N長周期光纖光柵31、32、……、3N，波分復(fù)用器和泵浦源5。波分復(fù)用器的第一端ロ 41為泵浦波長端ロ，波分復(fù)用器的第二端ロ 42為信號波長端ロ，波分復(fù)用器的第三端ロ 43為混合有泵浦波長和信號波長的端ロ。各部分的連接方式為有源光纖I的一端接波分復(fù)用器的第三端ロ 43，有源光纖I的另一端接雙芯光纖的第二纖芯22的右端，雙芯光纖的第一纖芯21的左端接波分復(fù)用器的第二端ロ 42,波分復(fù)用器的第一端ロ 41接泵浦源5,激光從雙芯光纖的第一纖芯21的右端和雙芯光纖的第二纖芯22的左端輸出。 N = I 20的整數(shù)。所述的第一至第N長周期光纖光柵31、32、……、3N的中心波長各不相同，帶寬沒有公共部分。所謂長周期光纖光柵是沿光纖軸向折射率調(diào)制周期大于I微米的光纖光柵。所述的有源光纖I所摻雜的稀土離子包括鉺離子、鐿離子、銩離子、欽離子、釹離子。其工作原理為有源光纖I中產(chǎn)生的自發(fā)輻射光信號傳播至雙芯光纖的第一纖芯I的左端并沿著雙芯光纖的第一纖芯I傳播到第一長周期光纖光柵31所在位置后，波長位于第一長周期光纖光柵31帶寬內(nèi)的光信號被耦合到雙芯光纖的第二纖芯22中，保持方向不變傳播至雙芯光纖的第二纖芯22的右端返回有源光纖I中繼續(xù)被放大，處于第一長周期光纖光柵31帶寬以外的光信號則直接穿過第一長周期光纖光柵31，保持方向不變傳播至第二長周期光纖光柵32所在的位置，波長位于第二長周期光纖光柵32帶寬內(nèi)的光信號被耦合到雙芯光纖的第二纖芯22中，保持方向不變傳播至雙芯光纖的第二纖芯22的右端返回有源光纖I中繼續(xù)被放大，處于第二長周期光纖光柵32帶寬以外的光信號則直接穿過第ニ長周期光纖光柵32，保持方向不變傳播……，傳播至第N長周期光纖光柵3N所在的位置，波長位于第N長周期光纖光柵3N帶寬內(nèi)的光信號被耦合到雙芯光纖的第二纖芯22中，保持方向不變傳播至雙芯光纖的第二纖芯22的右端返回有源光纖I中繼續(xù)被放大，處于第N長周期光纖光柵3N帶寬以外的光信號則直接穿過第N長周期光纖光柵3N，保持方向不變傳播，從雙芯光纖的第一纖芯21右端輸出。反向傳播的分別位于第一至第N長周期光纖光柵31、32、33、……、3N帶寬內(nèi)的光信號沿同樣的反向路徑傳播，而位于第一至第N長周期光纖光柵31、32、33、……、3N帶寬以外的光信號則沿雙芯光纖的第二纖芯22傳播至雙芯光纖的第二纖芯22的左端輸出。光信號經(jīng)過這樣的多次傳播、選頻，分別位于第一至第N長周期光纖光柵31、32、33、……、3N帶寬內(nèi)的光信號則被不斷放大直至形激光從雙芯光纖的第一纖芯21的右端和雙芯光纖的第二纖芯22的左端輸出，其它波長的光信號則損耗殆盡，最終輸出的激光信號內(nèi)只有第一至第N長周期光纖光柵31、32、33、……、3N帶寬內(nèi)的激光信號，并且越接近第
一至第N長周期光纖光柵31、32、33、......、3N中心波長的激光信號幅值越大。波分復(fù)用器
在這里的作用是將泵浦源5的泵浦能量耦合入有源光纖I。實施方式ニ[0033]基于長周期光柵的雙芯光纖激光器，如圖2,該激光器包括有源光纖I,刻寫在雙芯光纖的第一纖芯21上的第一長周期光纖光柵31,波分復(fù)用器和泵浦源5。各部分的連接方式為有源光纖I的一端接波分復(fù)用器的第三端ロ 43，有源光纖I的另一端接雙芯光纖的第二纖芯22的右端，雙芯光纖的第一纖芯21的左端接波分復(fù)用器的第二端ロ 42,波分復(fù)用器的第一端ロ 41接泵浦源5,激光從雙芯光纖的第一纖芯21的右端和雙芯光纖的第二纖芯22的左端輸出。所述的第一長周期光纖光柵31的中心波長不同，帶寬沒有公共部分。所述的有源光纖I所摻雜的稀土離子為鉺離子。實施方式三基于長周期光柵的雙芯光纖激光器，如圖3,該激光器包括有源光纖I,刻寫在雙芯光纖的第一纖芯21上的第一至第三長周期光纖光柵31、32、33，波分復(fù)用器和泵浦源5。各部分的連接方式為有源光纖I的一端接波分復(fù)用器的第三端ロ 43，有源光纖I的另一端接雙芯光纖的第二纖芯22的右端，雙芯光纖的第一纖芯21的左端接波分復(fù)用器的第二端ロ 42,波分復(fù)用器的第一端ロ 41接泵浦源5,激光從雙芯光纖的第一纖芯21的右端和雙芯光纖的第二纖芯22的左端輸出。所述的第一至第三長周期光纖光柵31、32、33的中心波長各不相同，帶寬沒有公共部分。所述的有源光纖I所摻雜的稀土離子為釹離子。實施方式四基于長周期光柵的雙芯光纖激光器，如圖4，該激光器包括有源光纖1，刻寫在雙芯光纖的第一纖芯21上的第一至第二十長周期光纖光柵31、32、……、320，波分復(fù)用器和泵浦源5。各部分的連接方式為有源光纖I的一端接波分復(fù)用器的第三端ロ 43，有源光纖I的另一端接雙芯光纖的第二纖芯22的右端，雙芯光纖的第一纖芯21的左端接波分復(fù)用器的第二端ロ 42,波分復(fù)用器的第一端ロ 41接泵浦源5,激光從雙芯光纖的第一纖芯21的右端和雙芯光纖的第二纖芯22的左端輸出。所述的第一至第二十長周期光纖光柵31、32、……、320的中心波長各不相同，帶寬沒有公共部分。所述的有源光纖I所摻雜的稀土離子為銩離子。
權(quán)利要求1.基于長周期光柵的雙芯光纖激光器，其特征在于 該激光器包括有源光纖(I)、刻寫在雙芯光纖的第一纖芯(21)上的第一至第N長周期光纖光柵(31、32、……、3N)、波分復(fù)用器和泵浦源(5)； 各部分的連接方式為有源光纖(I)的一端接波分復(fù)用器的第三端ロ(43)，有源光纖(I)的另一端接雙芯光纖的第二纖芯(22)的右端，雙芯光纖的第一纖芯(21)的左端接波分復(fù)用器的第二端ロ(42)，波分復(fù)用器的第一端ロ(41)接泵浦源(5)，激光從雙芯光纖的第一纖芯(21)的右端和雙芯光纖的第二纖芯(22)的左端輸出； N=I 20的整數(shù)； 所述的第一至第N長周期光纖光柵(31、32、……、3N)的中心波長各不相同，帶寬沒有公共部分。
專利摘要基于長周期光柵的雙芯光纖激光器，涉及一種光纖激光器，適用于光纖通信領(lǐng)域。解決了目前多波長光纖激光器的穩(wěn)定性與低成本無法兼得的問題。該激光器包括有源光纖(1)、耦合器、刻寫在雙芯光纖的第一纖芯(21)上的第一至第N長周期光纖光柵(31、32、……、3N)、波分復(fù)用器和泵浦源(5)。各部分的連接方式為有源光纖(1)的一端接波分復(fù)用器的第三端口(43)，有源光纖(1)的另一端接雙芯光纖的第二纖芯(22)的右端，雙芯光纖的第一纖芯(21)的左端接波分復(fù)用器的第二端口(42)，波分復(fù)用器的第一端口(41)接泵浦源(5)，激光從雙芯光纖的第一纖芯(21)的右端和雙芯光纖的第二纖芯(22)的左端輸出。N＝1～20的整數(shù)。
文檔編號H01S3/067GK202602077SQ201220178009
公開日2012年12月12日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者溫曉東, 寧提綱, 李晶, 油海東, 李超, 張嬋, 王春燦 申請人:北京交通大學(xué)