CN103855598A - 基于拉锥光纤的多波长可转换可调谐光纤激光器 - Google Patents

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付圣贵
罗明明
王志
刘艳格
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Abstract

本发明提供一种基于拉锥光纤的多波长可转换可调谐光纤激光器，其特征是：包括带有尾纤的半导体激光器、波分复用器、单模的掺铒光纤、光纤隔离器、光纤耦合器、光纤偏振控制器和拉锥光纤及调谐装置，其中半导体激光器的尾纤与波分复用器的泵浦端相接，波分复用器的输出端经掺铒光纤接光纤隔离器的输出端，光纤隔离器的输入端与光纤耦合器分光耦合比为9的端口相接，光纤耦合器分光耦合比为1的端口为激光输出端，光纤耦合器的输入端经光纤偏振控制器接拉锥光纤及调谐装置，拉锥光纤及调谐装置的另一端与波分复用器的信号端相接形成闭合环形腔。本发明具有方法简单、成本低廉、结构紧凑、多波长可转换、波长可调谐以及室温下稳定工作等优点。

Description

基于拉锥光纤的多波长可转换可调谐光纤激光器
技术领域
本发明涉及一种基于拉锥光纤的多波长可转换可调谐光纤激光器，属于光纤激光器技术领域。
背景技术
多波长光纤激光器在光通信、光测量及光传感领域有着广泛的用途。但是在普通的掺杂光纤激光器中，由于增益展宽效应导致的模式竞争，使得一个激光腔中较难实现常温下的多波长稳定输出。
目前实现光纤激光器的多波长输出有多种方法。早期是将掺杂光纤放到液氮中冷却来消除增益展宽效应，但这种方法激光器无法在常温下运转，在实际应用中受到很大限制；利用光纤的四波混频效应，使波长之间的功率自动分配，可以在室温下获得稳定的多波长输出，但是这种方法需要在腔内引入特殊的非线性光纤，并且需要精细调节激光腔的参数以满足相位匹配条件，调节复杂，并且容易受到外界环境的干扰；在激光腔内引入偏振光纤光栅或多模光纤光栅，使不同波长激光工作在不同的偏振状态，可以实现多波长激光输出，但是这种激光器一般只输出两三个波长激光，输出特性高度依赖光纤光栅的参数，并且无法达到波长可调谐的目的；再有一种方法利用非线性光纤环镜在激光腔内引入依赖光强的损耗机制，可以实现数十个波长的激光输出，但是这种激光器不能实现波长的可转换，即无法调整或控制某一个或几个特定波长的输出。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服目前多波长光纤激光器结构复杂、不能方便地实现波长转换可调谐以及成本高的问题，提供一种可以实现一个及多个波长稳定输出和不同波长间组合输出的基于拉锥光纤的多波长可转换可调谐光纤激光器。其技术方案为：
一种基于拉锥光纤的多波长可转换可调谐光纤激光器，其特征在于：包括带有尾纤的半导体激光器、波分复用器、单模的掺铒光纤、光纤隔离器、光纤耦合器、光纤偏振控制器和拉锥光纤及调谐装置，其中光纤耦合器采用1×2光纤耦合器，工作波段为1550nm波段，两个输出端口的分光耦合比为9:1；半导体激光器的尾纤与波分复用器的泵浦端相接，波分复用器的输出端经掺铒光纤接光纤隔离器的输出端，光纤隔离器的输入端与光纤耦合器分光耦合比为9的端口相接，光纤耦合器分光耦合比为1的端口为激光输出端，光纤耦合器的输入端经光纤偏振控制器接拉锥光纤及调谐装置，拉锥光纤及调谐装置的另一端与波分复用器的信号端相接形成闭合环形腔。
所述的一种基于拉锥光纤的多波长可转换可调谐光纤激光器，半导体激光器为光纤耦合输出半导体激光器，输出波长为980nm。
所述的一种基于拉锥光纤的多波长可转换可调谐光纤激光器，波分复用器采用980/1550nm光纤波分复用器。
所述的一种基于拉锥光纤的多波长可转换可调谐光纤激光器，拉锥光纤及调谐装置包括拉锥光纤、底板以及固定在底板上的2个支座和1个基座，其中拉锥光纤锥区直径为4～10μm，长度为0.5～2cm，拉锥光纤的两端固定在2个支座上，基座位于拉锥光纤锥区的一侧，且基座上设一与拉锥光纤锥区等高度的旋钮，旋钮水平穿过基座靠近拉锥光纤锥区，调整旋钮可以从侧面对拉锥光纤锥区施加不同应力。
所述的一种基于拉锥光纤的多波长可转换可调谐光纤激光器，光纤隔离器工作波段为1550nm波段。
本发明与现有技术相比，其优点在于：该发明通过在光纤环形腔内引入一拉锥光纤及调谐装置，由于拉锥光纤的锥区对光场限制作用减弱，有部分光场将沿锥区光纤表面的薄空气层内传播，光纤内部和光纤表面传播的光场经过介质折射率存在一定差异，在锥区另一端汇合时，两光场间产生了一定的相位差，发生干涉，其效果等效于一个干涉滤波器。由拉锥光纤充当的滤波器的波长间隔由拉锥光纤的光纤参数和锥区的长度决定，其调制深度直接与锥区的直径大小相关。调节偏振控制器，可以使由滤波器限制的不同激光波长工作于不同的偏振状态，从而消除了增益展宽导致的竞争，实现多个激光波长的稳定输出，并且通过增益展宽效应和偏振烧孔效应相结合，可以实现不同激光波长和波长组合的转换输出。通过对光纤锥形区域施加一定应力，改变激光器的损耗，可以使激光器的输出波长区域发生整体移动，激光器可以在一个新的波长范围内实现多波长可转换输出，达到波长可转换可调谐的目的。本发明结构简单，调节方便，成本低，稳定性好，与同类技术相比，可转换波长数目多，调谐范围大，并且可以方便的将该技术引申至其他掺杂的光纤激光器，特别适用于光纤通信和光纤传感领域。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为图1所示实施例中拉锥光纤及调谐装置的示意图。
图3为本发明在不同调节状态下输出的一组激光光谱图。
图中：1、导体激光器   2、波分复用器   3、掺铒光纤   4、光纤隔离器   5、光纤耦合器   6、光纤偏振控制器   7、拉锥光纤及调谐装置   8、拉锥光纤   9、支座   10、底板   11、基座   12、旋钮
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
在图1-2所示的实施例中：半导体激光器1为光纤耦合输出半导体激光器，输出波长为980nm，波分复用器2采用980/1550nm光纤波分复用器，光纤隔离器4工作波段为1550nm波段，光纤耦合器5采用1×2光纤耦合器，工作波段为1550nm波段，两个输出端口的分光耦合比为9:1，拉锥光纤及调谐装置7包括拉锥光纤8、底板10以及固定在底板10上的2个支座9和1个基座11，其中拉锥光纤8锥区直径为8μm，长度为1cm，拉锥光纤8的两端固定在2个支座9上，基座11位于拉锥光纤8锥区的一侧，且基座11上设一与拉锥光纤8锥区等高度的旋钮12，旋钮12水平穿过基座11靠近拉锥光纤8锥区，调整旋钮12可以从侧面对拉锥光纤8锥区施加不同应力。半导体激光器1的尾纤与波分复用器2的泵浦端相接，波分复用器2的输出端经掺铒光纤3接光纤隔离器4的输出端，光纤隔离器4的输入端与光纤耦合器5分光耦合比为9的端口相接，光纤耦合器5分光耦合比为1的端口为激光输出端，光纤耦合器5的输入端依次经光纤偏振控制器6和拉锥光纤8与波分复用器2的信号端相接形成闭合环形腔。
在图3所示的实施例中：拉锥光纤8相当于一个多波长滤波器。为了实现稳定输出，通过仔细调节腔内的光纤偏振控制器6，可以使不同的激光波长工作于不同的偏振状态，即产生偏振烧孔效应，可以消除增益均匀展宽导致的波长间的竞争。并且，通过对偏振态的控制，配合增益展宽效应，可以使输出的波长实现可转换。图3（a）和（b）均为通过调节光纤偏振控制器实现的单个激光波长输出，波长分别为1567.9nm和1565.3nm；图3（c）实现两个波长输出，分别为1567.9nm和1568.7nm；图3（d）也为两个波长输出，波长值分别为1566.4nm和1569.7nm；图3（e）为通过调节实现的三个波长输出，分别为1566.4nm、1568.7nm和1569.7nm；图3（f）实现了1567.7nm、1568.3nm和1568.9nm三个波长输出；图3（g）实现了1565.8nm、1567.7nm和1569.7nm三个波长输出；图3（h）实现了1567.1nm、1568.3nm和1569.1nm三个波长输出；图3（i）为四个激光波长输出，分别为1565.3nm、1566.8nm、1567.9nm以及1568.9nm；图3（j）为五个波长输出，分别为1565.3nm、1566.6nm、1567.1nm、1567.7nm以及1569.1nm。这些不同输出状态均为通过调节光纤偏振控制器获得的，可以看出，该发明利用拉锥光纤滤波作用和偏振烧孔效应，可以获得1-5个波长的激光输出，并且不同波长和波长组合输出可以实现转换。另外，通过对拉锥光纤施加应力，使激光腔损耗发生改变，输出波长可以整体发生偏移，在波长整体发生调谐的基础上，仍然可以实现1-5个波长及不同组合的可转换输出，图3（k）为利用调谐装置对拉锥光纤施加应力后的一个输出光谱，3个输出波长分别为1561.5nm、1562.4nm和1563.5nm，与前面几个图相比，其输出波长整体向短波发生了移动。保持应力不变，调节偏振控制器同样可以实现与前面所述类似的1-5个波长不同组合的输出，其输出光谱图不再一一列出。改变调谐应力，可改变输出波长漂移范围，从而实现更大范围的波长调谐输出。

Claims (5)

1.一种基于拉锥光纤的多波长可转换可调谐光纤激光器，其特征在于：包括带有尾纤的半导体激光器(1)、波分复用器(2)、单模的掺铒光纤(3)、光纤隔离器(4)、光纤耦合器(5)、光纤偏振控制器(6)和拉锥光纤及调谐装置(7)，其中光纤耦合器(5)采用1×2光纤耦合器，工作波段为1550nm波段，两个输出端口的分光耦合比为9:1；半导体激光器(1)的尾纤与波分复用器(2)的泵浦端相接，波分复用器(2)的输出端经掺铒光纤(3)接光纤隔离器(4)的输出端，光纤隔离器(4)的输入端与光纤耦合器(5)分光耦合比为9的端口相接，光纤耦合器(5)分光耦合比为1的端口为激光输出端，光纤耦合器(5)的输入端经光纤偏振控制器(6)接拉锥光纤及调谐装置(7)，拉锥光纤及调谐装置(7)的另一端与波分复用器(2)的信号端相接形成闭合环形腔。
2.根据权利要求1所述的一种基于拉锥光纤的多波长可转换可调谐光纤激光器，其特征在于：半导体激光器(1)为光纤耦合输出半导体激光器，输出波长为980nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于拉锥光纤的多波长可转换可调谐光纤激光器，其特征在于：波分复用器(2)采用980/1550nm光纤波分复用器。
4.根据权利要求1所述的一种基于拉锥光纤的多波长可转换可调谐光纤激光器，其特征在于：拉锥光纤及调谐装置(7)包括拉锥光纤(8)、底板(10)以及固定在底板(10)上的2个支座(9)和1个基座(11)，其中拉锥光纤(8)锥区直径为4～10μm，长度为0.5～2cm，拉锥光纤(8)的两端固定在2个支座(9)上，基座(11)位于拉锥光纤(8)锥区的一侧，且基座(11)上设一与拉锥光纤(8)锥区等高度的旋钮(12)，旋钮(12)水平穿过基座(11)靠近拉锥光纤(8)锥区，调整旋钮(12)可以从侧面对拉锥光纤(8)锥区施加不同应力。
5.根据权利要求1所述的一种基于拉锥光纤的多波长可转换可调谐光纤激光器，其特征在于：光纤隔离器(4)工作波段为1550nm波段。
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