CN102324687A - 基于局部微结构光纤光栅的双波长激光器 - Google Patents

基于局部微结构光纤光栅的双波长激光器 Download PDF

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曹晔
杨寅飞
童峥嵘
杨秀峰
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基于局部微结构光纤光栅的双波长激光器，属于光纤通信与信号处理技术领域。该激光器的选频器件为局部微结构光纤光栅，该结构基于化学腐蚀，利用氢氟酸对布拉格光栅包层进行局部腐蚀，使光纤布拉格光栅的包层被局部刻蚀掉，产生一定的相位延迟，根据相移理论，这会使布拉格光栅的反射谱打开一个透射通带，因此，局部微结构光纤光栅具有两个反射峰，可以用作双波长激光器的选频器件，由此可以制作基于局部微结构光纤光栅的双波长激光器，相对于其它双波长激光器来说，本发明具有结构简单，成本低，分辨率高，能够在常温下稳定工作等优点。

Description

基于局部微结构光纤光栅的双波长激光器
技术领域
 本发明属于光纤通信和激光技术领域，具体涉及一种双波长掺铒光纤激光器的设计。
背景技术
全光纤的激光器相对于半导体激光器具有线宽窄、频率稳定、体积小、散热性好等诸多优点，可以应用在光纤传感、相干光通信、激光雷达、非线性光学和高精度光谱测量等方面，其中窄线宽双波长激光器在很多方面有着特殊用途。双波长激光器可以增加波分复用系统的效益，因为波分复用系统中，双波长激光器可减少光源的成本和复杂度。
全光纤的双波长激光器在波分复用系统、微波信号产生、高分辨力光谱仪和光纤传感等领域有着广泛的应用前景, 其中窄线宽双波长激光器在很多方面有着特殊用途。目前，人们提出了使用梳状滤波器、多模布拉格光栅、保偏光纤光栅作为选频器件的方法来实现双波长光纤激光器，但这些方法结构较复杂，梳状滤波器作为选频器件，调整FSR出现两个反射峰难度相对比较大，多模布拉格光栅作为选频器件输出不够稳定。使用保偏光栅作为双波长激光器的选频器件，这种结构虽然解决上述缺点，但是具有输出的激光线宽不够窄等缺点，因而不能够在光通信领域得到很好的应用。为此，本发明提出一种基于局部微结构光纤光栅的双波长激光器来解决窄线宽的问题。
发明内容
本发明的目的是解决双波长光纤激光器的窄线宽问题，提供一种基于局部微结构光纤光栅的双波长激光器，实现一种低成本、结构简单、线宽窄、易于制作、双波长的新型掺铒光纤激光器。
近几年，局部微结构光纤光栅的出现，因其反射峰中会打开一个透射通带，从而产生两个反射峰的特点，引起了人们的广泛关注。
本发明提供的基于局部微结构光纤光栅的双波长激光器包括：980nm或1480nm的泵源、波分复用器、掺铒光纤、偏振相关隔离器、偏振控制器、光耦合器、局部微结构光纤光栅；
泵源的输出端接波分复用器的第一端口，波分复用器的第三端口接掺铒光纤的输入端，掺铒光纤的输出端接偏振相关隔离器的输入端，偏振相关隔离器的输出端接偏振控制器的一端，偏振控制器的另一端接光耦合器的第一端口，光耦合器的第二端口与波分复用器的第二端口相连，光耦合器的第三端口和局部微结构光纤光栅的一端相连，光耦合器的第四端口作为输出端。
所述的局部微结构光纤光栅的制作方法是：首先将一个布拉格光栅与宽带光源和光谱仪连接，使用电烙铁加温的方法，找到光栅的栅区，通过使用长度为                                               
Figure 2011102725238100002DEST_PATH_IMAGE002
，直径为D的小塑料管包裹住中心波长是
Figure 2011102725238100002DEST_PATH_IMAGE004
的光纤布拉格光栅的栅区中间部分，将体积分数为20%-40%的氢氟酸溶液注入到塑料管内，由于大气压的原因，氢氟酸不会外漏，氢氟酸能够腐蚀光栅的包层，腐蚀时间80-120分钟，然后将氢氟酸溶液抽出，即可完成局部微结构光纤光栅的制作，局部微结构光纤光栅的刻蚀区域长度就是塑料管的长度；控制氢氟酸的浓度和腐蚀时间，在相同体积分数的氢氟酸和腐蚀时间的条件下，将布拉格光栅栅区的相同位置的包层进行局部刻蚀后，能够得到相同结构和频谱的刻蚀光栅。将制作出的局部微结构光纤光栅可以作为双波长激光器的选频器件。
根据相移理论和Fabry-Perot(F-P)腔原理，由于光栅包层被部分腐蚀，频谱中会产生两个反射峰和一个透射峰。
本发明的优点和有益效果：
将一个布拉格光栅与宽带光源和光谱仪连接，使用电烙铁加温的方法，找到光栅的栅区，通过使用长度为
Figure 4796DEST_PATH_IMAGE002
，直径为D的小塑料管包裹住中心波长是
Figure 275372DEST_PATH_IMAGE004
的光纤布拉格光栅的栅区中间部分，将氢氟酸容易注入到塑料管内，由于大气压的原因，氢氟酸不会外漏，氢氟酸可以腐蚀光栅的包层，因此，刻蚀区域长度就是塑料管的长度
Figure 89744DEST_PATH_IMAGE002
，将氢氟酸溶液抽出即可制作出局部微结构光纤光栅。将布拉格光栅栅区的包层进行局部刻蚀后，包层变薄会改变纤芯的传输模式，根据相移理论，这将影响布拉格光栅的传输特性，使其反射峰中产生一个透射通带，产生两个反射峰。将局部微结构光纤光栅用作双波长激光器的选频器件，局部微结构光纤光栅的两个反射峰具有带宽窄，两个反射峰的位置可控的优点。选用常用的环形腔，采用980nm或1480nm的泵源，EDF作为增益介质，偏振相关隔离器，可以确保光在环中单向运转，只有光谱中心强度高的部分可以通过偏振相关隔离器，脉冲边缘被阻挡，从而压窄光谱的线宽。调整偏振控制器(PC)的三个波片可以调谐局部微结构光纤光栅两个反射峰的功率，进行能量的分配，调节两波长的峰值功率差，使双波长激光稳定输出。本发明将局部微结构光纤光栅作为双波长激光器的选频器件较其他光栅作为选频器件有很多独到的优势。由于激射激光和局部微结构光纤光栅两个反射峰对应的不同波长的纵模在偏振态上是正交的，从而在均匀展宽的(掺铒光纤)EDF中增强了偏振烧孔(PHB)效应。PHB效应减小了不同模式间的竞争，因此可在室温下得到稳定的双波长振荡。通过调整偏振控制器的状态，可使光纤光栅的两个反射峰强度会发生变化。局部微结构光纤光栅的两个反射峰具有带宽窄的特点，且两反射峰的位置在局部微结构光纤光栅的制作过程是可调的。
该发明实现输出双波长、成本较低、结构紧凑、室温下稳定工作的双波长掺铒光纤激光器。
附图说明
图1是本发明的基于局部微结构光纤光栅的双波长激光器结构示意图。
图2是局部微结构光纤光栅示意图
图3是局部微结构光纤光栅频谱图
图中：1泵源、2波分复用器、3掺铒光纤、4偏振相关隔离器、5偏振控制器、6光耦合器、7局部微结构光纤光栅。
下面结合附图对本发明作进一步的具体说明。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，基于局部微结构光纤光栅的双波长激光器，该激光器包括：泵源1、波分复用器2、掺铒光纤3、偏振相关隔离器4、偏振控制器5、光耦合器6、局部微结构光纤光栅7；
980nm或1480nm的泵源1的输出端接波分复用器2的第一端口a，波分复用器2的第三端口c接掺铒光纤3的输入端，掺铒光纤3的输出端接偏振相关隔离器4的输入端，偏振相关隔离器4的输出端接偏振控制器5的一端a，偏振控制器5的另一端b接光耦合器6的第一端口a，光耦合器6的第二端口b与波分复用器2的第二端口b相连，光耦合器6的第三端口c和局部微结构光纤光栅7的一端a相连，光耦合器6的第四端口d作为输出端。
如图2所示，局部微结构光纤光栅的制作方法：首先将一个布拉格光栅与宽带光源和光谱仪连接，使用电烙铁加温的方法，找到光栅的栅区，通过使用长度为
Figure 363073DEST_PATH_IMAGE002
，直径为D的小塑料管包裹住中心波长是
Figure 630107DEST_PATH_IMAGE004
的光纤布拉格光栅的栅区中间部分，将氢氟酸溶液注入到塑料管内，由于大气压的原因，氢氟酸不会外漏，氢氟酸可以腐蚀光栅的包层，因此，局部微结构光栅刻蚀区域长度就是塑料管的长度，刻蚀后局部微结构光栅的刻蚀区域直径为
Figure 2011102725238100002DEST_PATH_IMAGE006
，光栅左右两端未刻蚀部分的长度为
Figure 2011102725238100002DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 2011102725238100002DEST_PATH_IMAGE010
，将氢氟酸溶液抽出即可制作出局部微结构光纤光栅。将布拉格光栅栅区的包层进行局部刻蚀后，控制氢氟酸的体积分数（20%-40%）和腐蚀时间（80-120分钟），可以得到相同结构和频谱的刻蚀光栅。包层变薄会改变纤芯的传输模式，根据相移理论，这将影响布拉格光栅的传输特性，图3是局部微结构光纤光栅的光谱图，其反射峰中产生一个透射通带，产生两个反射峰，其波长分别为
Figure 2011102725238100002DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 2011102725238100002DEST_PATH_IMAGE014
，将此光栅可以用作双波长激光器的选频器件。
工作原理及过程：
如图1所示，980nm或1480nm的泵浦光经波分复用器2的第一端口a注入掺铒光纤3得到了增益，在进入偏振相关隔离器4后称为线偏振光，偏振相关隔离器4不仅起到了隔离器和起偏器的作用，使得光路单向运转和将自然光转变为线偏振光，而且在经过偏振态旋转之后的光在腔内运行一周再次回到偏振相关隔离器4时，光信号的边缘部分会被吸收，此过程不断重复，使得光谱宽度不断变窄，因此偏振相关隔离器4还起到了空间滤波作用。调谐偏振控制器5可调整光的偏振态，局部微结构光纤光栅作为该双波长激光器的选频器件，由此可以制作基于局部微结构光纤光栅的双波长激光器，相对于其它双波长激光器来说，本发明具有结构简单，成本低，分辨率高，能够在常温下稳定工作等优点。

Claims (2)

1.一种基于局部微结构光纤光栅的双波长激光器，其特征在于该激光器包括980nm或1480nm的泵源（1）、波分复用器（2）、掺铒光纤（3）、偏振相关隔离器（4）、偏振控制器（5）、光耦合器（6）、局部微结构光纤光栅（7）；
泵源（1）的输出端接波分复用器（2）的第一端口，波分复用器（2）的第三端口接掺铒光纤（3）的输入端，掺铒光纤（3）的输出端接偏振相关隔离器（4）的输入端，偏振相关隔离器（4）的输出端接偏振控制器（5）的一端，偏振控制器（5）的另一端接光耦合器（6）的第一端口，光耦合器（6）的第二端口与波分复用器（2）的第二端口相连，光耦合器（6）的第三端口和局部微结构光纤光栅（7）的一端相连，光耦合器（6）的第四端口作为输出端。
2.根据权利要求书1所述的基于局部微结构光纤光栅的双波长激光器，其特征在于所述的局部微结构光纤光栅（7）的制作方法是：首先将一个布拉格光栅与宽带光源和光谱仪连接，使用电烙铁加温的方法，找到光栅的栅区，通过使用长度为                                                
Figure 2011102725238100001DEST_PATH_IMAGE001
，直径为D的小塑料管包裹住中心波长是
Figure 645397DEST_PATH_IMAGE002
的光纤布拉格光栅的栅区中间部分，将体积分数为20%-40%的氢氟酸溶液注入到塑料管内，由于大气压的原因，氢氟酸不会外漏，氢氟酸能够腐蚀光栅的包层，腐蚀时间为80-120分钟，然后将氢氟酸溶液抽出，即可完成局部微结构光纤光栅的制作，局部微结构光纤光栅的刻蚀区域长度就是塑料管的长度
Figure 624855DEST_PATH_IMAGE001
；控制氢氟酸的浓度和腐蚀时间，在相同氢氟酸浓度和腐蚀时间的条件下，将布拉格光栅栅区相同位置的包层进行局部刻蚀后，能够得到相同结构和频谱的刻蚀光栅。
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