基于3×3微光纖耦合器的摻鉺光纖激光器及制法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于3×3微光纖耦合器的摻鉺光纖激光器及制法。將3×3微光纖耦合器的一端三個端口中的兩個端口融接成環(huán)，將3×3微光纖耦合器的另一端三個端口中的兩個端口分別與摻鉺光纖的兩端口熔接成環(huán)；微光纖耦合器每端剩余的一個端口分別作為泵浦光輸入和激光輸出端口。當(dāng)輸入980nm泵浦光時，該激光器可穩(wěn)定輸出對比度超過40dB，半峰寬達(dá)到0.3nm的1530nm波段的激光。本發(fā)明由于耦合區(qū)直徑只有微米級別，所以耦合區(qū)有很大的消逝場并且具有優(yōu)異的溫度和機(jī)械性能。因此該器件在可調(diào)諧激光器以及溫度、壓力、折射率的有源傳感方面具有很大的優(yōu)勢。
【專利說明】基于3X3微光纖耦合器的摻鉺光纖激光器及制法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及微納光纖激光器的研究與制備。
【背景技術(shù)】
[0002]由于微光纖尺寸小和消逝場大的特點(diǎn)，其在激光器、傳感器、光信號處理等方面有著巨大的潛力?；谥C振腔、光柵、耦合器以及薩尼亞克反射鏡等多種類型的微光纖器件已經(jīng)被提出并被制作出來。
[0003]最近，結(jié)合微光纖器件和摻鉺光纖的多種類型的激光器已被證明，例如基于環(huán)形諧振腔和馬赫曾德爾干涉器的激光器。微光纖激光器的原理有很多種，比如利用微納光纖繞環(huán)或者打結(jié)形成環(huán)形諧振腔來產(chǎn)生激光。但環(huán)形腔由于需要對微納光纖進(jìn)行繞環(huán)，需除去尾部光纖，因此需要通過空間耦光進(jìn)入光纖，從而與現(xiàn)有的光纖系統(tǒng)難匹配?；蛘咄ㄟ^在微光纖里面做出一些FP結(jié)構(gòu)來形成諧振腔，不過這一般需要很復(fù)雜的微加工工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對以上現(xiàn)有技術(shù)中微光纖激光器的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種新型的基于3X3微光纖稱合器的摻鉺光纖激光器,并且提供制備該激光器的方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]基于3X3微光纖稱合器的摻鉺光纖激光器,微光纖稱合器的一端三個端口中的兩個端口融接成環(huán)，所述3X 3微光纖耦合器的另一端三個端口中的兩個端口分別與摻鉺光纖的兩端口熔接成環(huán)；所述3X3微光纖耦合器每端剩余的一個端口分別作為泵浦光輸入和激光輸出端口。
[0007]基于3X3微光纖耦合器的摻鉺光纖激光器的制備方法，包括如下步驟:
[0008]( I)將三根去除保護(hù)層的單模光纖纏繞在一起，利用火焰拉伸法拉伸纏繞區(qū)域，使三根光纖互相稱合，制成一個3X3的微光纖稱合器；
[0009](2)在熔接前，將一根摻鉺光纖和所述微光纖耦合器中的單模光纖用光纖切割刀將光纖端面切平，然后使用光纖熔接機(jī)將3 X 3微光纖耦合器一端的兩個端口熔接起來，形成一個薩尼亞克環(huán)；在3X3微光纖稱合器的另一端,則是用光纖熔接機(jī)將摻鉺光纖的兩端口分別與耦合器的兩個端口熔接起來，形成插入有摻鉺光纖的薩尼亞克環(huán)。
[0010]所述摻鉺光纖的摻雜濃度為4000ppm，長度為90cm。微光纖耦合器的耦合區(qū)長度為1cm，耦合區(qū)腰部直徑為5微米。三根光纖纏繞區(qū)域的拉伸長度為厘米量級。
[0011]本發(fā)明提出一種通過將3X3微光纖耦合器每端的兩個端口熔接成環(huán)，并插入一段長度為90cm的摻鉺光纖制備成一種新型激光器。本發(fā)明的有益效果:(I)本發(fā)明通過耦合器每端薩尼亞克環(huán)的反射作用形成的諧振腔，制備出基于3X3微光纖耦合器的摻鉺光纖激光器。(2)相比其它的微光纖激光器，本發(fā)明無需復(fù)雜的工藝，光路簡單。(3)該器件耦合區(qū)域直徑一般只有5um，具有增強(qiáng)的瞬逝場，并在溫度和機(jī)械性能方面有著優(yōu)異的表現(xiàn)。通過對耦合區(qū)域的調(diào)節(jié)(改變耦合區(qū)溫度、拉力等)制作可調(diào)諧激光器，或者利用耦合區(qū)的大瞬逝場將該器件應(yīng)用于傳感方面。(4)由于保留尾纖，該器件可以很好的與現(xiàn)有光纖系統(tǒng)進(jìn)行匹配。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為3X3微光纖稱合器。
[0013]圖2為本發(fā)明基于3X3微光纖I禹合器的激光器光路圖。
[0014]圖3為本發(fā)明3X3微光纖耦合器耦合區(qū)域的顯微鏡圖像。
[0015]圖4為本發(fā)明3X3微光纖耦合器的端口 4在1550波段的透射率。
[0016]圖5為本發(fā)明3X3微光纖I禹合器的端口 5在1550波段的透射率。
[0017]圖6為本發(fā)明3X3微光纖I禹合器的端口 6在1550波段的透射率。
[0018]圖7為本發(fā)明激光器在輸入980nm泵浦光時輸出的激光光譜。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明的基于3X3微光纖耦合器的摻鉺光纖激光器，包括兩端通過熔接光纖形成的薩尼亞克環(huán)，以及一段90cm長的摻鉺光纖。如圖2所示，將泵浦光通過端口 I輸入進(jìn)該器件，泵浦光經(jīng)過耦合區(qū)域時，由于三根光纖間的耦合作用，泵浦光將分別由端口 4、5、6輸出。在熔接端口 5、6時插入了一段長度為90cm的摻鉺光纖，這個摻鉺光纖長度下的增益可以產(chǎn)生激光，同時需要的泵浦光較小。經(jīng)過端口 5、6端出的泵浦光則泵浦摻鉺光纖，使其處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)，并放大摻鉺光纖自發(fā)輻射產(chǎn)生1525nm至1565nm波段的光(ASE光)。產(chǎn)生的ASE光經(jīng)過耦合區(qū)耦合進(jìn)端口 2、3。由于端口 2、3熔接成環(huán)，耦合進(jìn)2、3的ASE光將被反射回端口 5、6。即在兩個薩尼亞克環(huán)形成諧振腔。根據(jù)公式:
[0020]β L= (m+1/2)
[0021]其中L為諧振腔長。L=[耦合區(qū)長度+ (90cm摻鉺光纖長度+兩個薩尼亞克環(huán)的長度)/2]。m為整數(shù)。
[0022]當(dāng)傳播常數(shù)滿足該公式的光波便可穩(wěn)定存在該諧振腔中，再結(jié)合摻鉺光纖中的模式競爭以及耦合區(qū)域的模式干涉，最終可以得到激光的輸出。
[0023]基于3X3微光纖耦合器的摻鉺光纖激光器用火焰拉伸法拉伸三根光纖纏繞區(qū)域，拉伸后的耦合區(qū)域的光纖直徑只有5微米，耦合區(qū)長度為1cm，如圖3所示，并增大其瞬逝場，所以耦合區(qū)域?qū)τ跍囟?、壓力、折射率等外部環(huán)境的變化非常敏感。
[0024]基于3X3微光纖稱合器的摻鉺光纖激光器的制備方法,將三根去除保護(hù)層的單模光纖纏繞在一起，一般三圈即可。利用火焰刷法加熱纏繞區(qū)域并拉伸兩端。拉伸長度一般為5cm。從而制成一個3X3微光纖稱合器。如圖1所不。
[0025]該3 X 3微光纖耦合器的特性如圖4、圖5和圖6所示，當(dāng)ASE光源從端口 I輸入該3X3微光纖稱合器,光經(jīng)過稱合區(qū)時稱合進(jìn)其它光纖,并同時在三個端口輸出。圖4為端口 4輸出光譜，圖5為端口 5輸出光譜，圖6為端口 6輸出光譜。
[0026]用光纖切割刀將端口 2、3、5、6以及90cm摻鉺光纖的端面切平。通過調(diào)節(jié)光纖熔接機(jī)的參數(shù)進(jìn)行熔接，分別將端口 2、3熔接。端口 5與摻鉺光纖一端熔接，端口 6與摻鉺光纖另一端熔接。
[0027]所用的摻鉺光纖的摻雜濃度為4000ppm，長度為90cm，其在980波段的吸收率大于7dB/m。
[0028]該激光器的光路特征為:如圖2所示，980泵浦光通過端口 I輸入進(jìn)該器件，泵浦摻鉺光纖產(chǎn)生放大自發(fā)福射光，并由于兩個薩尼亞克環(huán)的諧振最終產(chǎn)生激光，并由端口 4輸出。輸出激光光譜圖如圖7所示。
[0029]本發(fā)明的基于3X3微光纖耦合器的摻鉺光纖激光器原理是:利用加熱拉伸三根光纖的纏繞區(qū)大大增強(qiáng)相互之間的耦合系數(shù)，并通過熔接每端的兩個端口形成薩尼亞克環(huán)，從而產(chǎn)生諧振腔。剩下未熔接的兩個端口則作為光的輸入輸出端，因保留了尾纖，從而很好的與現(xiàn)有的光纖系統(tǒng)相匹配。該方法無需復(fù)雜的工藝，使用的火焰拉伸法技術(shù)目前也相當(dāng)成熟，光路系統(tǒng)也非常簡單。
【權(quán)利要求】
1.基于3X 3微光纖耦合器的摻鉺光纖激光器，其特征在于，3 X 3微光纖耦合器的一端三個端口中的兩個端口融接成環(huán)，所述3 X 3微光纖耦合器的另一端三個端口中的兩個端口分別與摻鉺光纖的兩端口熔接成環(huán)；所述3X3微光纖耦合器每端剩余的一個端口分別作為泵浦光輸入和激光輸出端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3X3微光纖耦合器的摻鉺光纖激光器，其特征在于，所述摻鉺光纖的摻雜濃度為4000ppm，長度為90cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于3X3微光纖耦合器的摻鉺光纖激光器，其特征在于，所述微光纖耦合器的耦合區(qū)長度為1cm，耦合區(qū)腰部直徑為5微米。
4.基于3X3微光纖稱合器的摻鉺光纖激光器的制備方法,其特征在于,包括如下步驟: (1)將三根去除保護(hù)層的單模光纖纏繞在一起，利用火焰拉伸法拉伸纏繞區(qū)域，使三根光纖互相稱合，制成一個3X3的微光纖稱合器； (2)在熔接前，將一根摻鉺光纖和所述微光纖耦合器中的單模光纖用光纖切割刀將光纖端面切平，然后使用光纖熔接機(jī)將3 X 3微光纖耦合器一端的兩個端口熔接起來，形成一個薩尼亞克環(huán)；在3X3微光纖耦合器的另一端，則是用光纖熔接機(jī)將摻鉺光纖的兩端口分別與耦合器的兩個端口熔接起來，形成插入有摻鉺光纖的薩尼亞克環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于3X3微光纖稱合器的摻鉺光纖激光器的制備方法,其特征在于，所述摻鉺光纖的長度為90cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的基于3X3微光纖稱合器的摻鉺光纖激光器的制備方法，其特征在于，所述三根光纖纏繞區(qū)域的拉伸長度為厘米量級。
【文檔編號】H01S3/08GK103441415SQ201310341502
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月7日
【發(fā)明者】徐飛, 李程, 陸延青, 胡偉 申請人:南京大學(xué)