CN107994450A - 一种全光纤结构波长可调谐的激光器 - Google Patents

一种全光纤结构波长可调谐的激光器 Download PDF

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CN107994450A CN201711399123.7A CN201711399123A CN107994450A CN 107994450 A CN107994450 A CN 107994450A CN 201711399123 A CN201711399123 A CN 201711399123A CN 107994450 A CN107994450 A CN 107994450A
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刘江
张怡静
王璞
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Abstract

本发明公开一种全光纤结构的波长可调谐激光器包括：泵浦源、隔离器、波分复用器、反射镜、掺杂光纤、激光分束器、高双折射光纤、TEC热电致冷器，所述激光器可以为环形腔结构或线形腔结构，输出连续激光或脉冲激光。采用本发明的技术方案，利用光纤Sagnac干涉环，通过调节高双折射光纤环中双折射率光纤的温度，从而改变光纤内光的损耗，使腔内不同波长的光的传输损耗不同，从而在不同温度下输出不同波长的激光，实现可调谐，双波长输出的光纤激光器。

Description

一种全光纤结构波长可调谐的激光器
技术领域
本发明属于激光技术及其非线性光学领域，尤其涉及一种全光纤结构波长可调谐的激光器。
背景技术
光纤激光器与其他类型激光器相比,具有效率高、体积小、光束质量好等优点,可广泛应用于光纤通讯、材料加工、医疗等领域。波长可调谐的光纤激光器作为光纤激光器重要的一部分，可应用于光纤传感，光信号处理，波分复用通信，光学仪器，以及光电子器件等领域。
在过去的几年里，波长可调谐的激光源被广泛的研究，如使用体布拉格光栅，衍射光栅，带通滤波器，非线性放大环镜，Fabry-Perot滤波器，多模干涉滤波器等。但是，这些方法主要应用复杂的光学腔包括很多光学元件，由于光学元件的限制，使这些结构很难产生高功率的激光源，其次通过改变滤波器实现的方法，在实验过程会降低或损坏滤波器的性能。同时，这些激光器都依赖于利用自由空间的元件组成谐振腔，所以很难实现高的稳定性及可靠性。
发明内容
为解决传统方法中光路系统复杂，损耗大，成本高等问题。本发明基于一种全光纤结构的波长可调谐激光器，利用光纤Sagnac干涉环，通过调节光纤Sagnac纤环中高双折射率光纤的温度，从而改变光纤内光的损耗，使腔内不同波长的光的传输损耗不同，从而在不同温度下输出不同波长的激光，实现可调谐，双波长输出的光纤激光器。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。
一种全光纤结构波长可调谐的激光器包括：泵浦源、隔离器、波分复用器、反射镜、掺杂光纤、激光分束器、高双折射光纤、TEC热电致冷器，所述激光器可以为环形腔结构或线形腔结构，输出连续激光或脉冲激光。
一种全光纤结构波长可调谐激光器，泵浦源1连接隔离器2的输入端；隔离器2的输出端连接波分复用器3的泵浦输入端；波分复用器3的信号端直接输出激光；波分复用器3的公共端连接掺杂光纤5的一端；掺杂光纤5的另一端连接2ⅹ2激光分束器6的第一端口a；2ⅹ2激光分束器6的第二、三端口b、c直接连接高双折射保偏光纤7的两端形成光纤环；高双折射保偏光纤7放在TEC热电致冷器11上，通过TEC热电致冷器11调节高双折射保偏光纤7的温度；2ⅹ2激光分束器6的第四端口d直接放在反射镜4的端面上，产生反射光再反射回光路中。所述的波分复用器3、反射镜4、掺杂光纤5、2ⅹ2激光分束器6、高双折射保偏光纤7构成线形腔结构的光纤激光器，可调谐激光从波分复用器3的信号端输出。
一种全光纤结构波长可调谐激光器，泵浦源1连接隔离器2的输入端；隔离器2的输出端连接波分复用器3的泵浦输入端；波分复用器3的公共端连接掺杂光纤5的一端；掺杂光纤5的另一端连接2ⅹ2的激光分束器6的第一端口a；2ⅹ2激光分束器6的第二、三端口b、c直接连接高双折射保偏光纤7的两端形成光纤Sagnac环；高双折射保偏光纤7放在TEC热电致冷器11上，通过TEC热电致冷器11调节高双折射保偏光纤7的温度；激光分束器6的第四端口d连接1ⅹ2激光分束器8的输入端口e；1ⅹ2激光分束器8设有第一、二输出端口g、f，第一输出端口g直接输出激光，第二输出端口f连接波分复用器3的信号端；所述的波分复用器3、掺杂光纤5、2ⅹ2激光分束器6、保偏光纤7、1ⅹ2激光分束器8、构成环形腔结构的连续光纤激光器，可调谐激光从1ⅹ2分束器8的第一端口g输出。
一种全光纤结构波长可调谐激光器，泵浦源1连接隔离器2的输入端；隔离器2的输出端连接波分复用器3的泵浦输入端；波分复用器3的信号端直接输出激光；波分复用器3的公共端连接掺杂光纤5的一端；掺杂光纤5的另一端连接2ⅹ2激光分束器6的第一端口a；2ⅹ2激光分束器6的第二、三两端口b、c连接高双折射保偏光纤7的两端形成光纤Sagnac环；高双折射保偏光纤7放在TEC热电致冷器11上，通过TEC热电致冷器11调节高双折射保偏光纤7的温度；2ⅹ2激光分束器6的第四端口d直接放在SESAM可饱和吸收体9的端面上，产生的脉冲光由可饱和吸收体9反射回光路中，所述的波分复用器3、SESAM可饱和吸收体9、掺杂光纤5、2ⅹ2激光分束器6、高双折射保偏光纤7构成线形结构的锁模脉冲激光器；SESAM可饱和吸收体9作为激光锁模器件，可调谐锁模脉冲激光从波分复用器3的信号端输出。
一种全光纤结构波长可调谐激光器，泵浦源1连接隔离器2的输入端；隔离器2的输出端连接波分复用器3的泵浦输入端；波分复用器3的公共端连接掺杂光纤5的一端；掺杂光纤5的另一端连接2ⅹ2激光分束器6的第一端口a；2ⅹ2激光分束器6的第二、三两端口b、c连接高双折射保偏光纤7的两端形成光纤Sagnac环；高双折射保偏光纤7放在TEC热电致冷器11上，通过TEC热电致冷器11调节高双折射保偏光纤7的温度；2ⅹ2激光分束器6的第四端口d连接环形器10的输入端口e；SESAM可饱和吸收体9位于环形器10的公共端口f；产生的脉冲光经过饱和吸收体9的反射再进入到环形器10中，激光从环形器10的输出端口g连接1ⅹ2激光分束器8的输入端口h；1ⅹ2激光分束器8设有第一、二输出端口j、i，第一输出端口j直接输出激光，第二输出端口i连接波分复用器3的信号端；SESAM可饱和吸收体9作为激光锁模器件，可调谐锁模脉冲激光从激光分束器8输出。
上述的泵浦源1是半导体激光器、固体激光器、光纤激光器，泵浦光的中心波长λ的范围为960nm≤λ≤1550nm。
上述的掺杂光纤5为掺有稀土离子的光纤或者光子晶体光纤，其中掺杂的稀土元素师镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钐(Sm)、铋(Bi)中的一种或几种。
上述的隔离器、波分复用器、掺杂光纤、分束器、耦合器均为保偏型或非保偏型。
上述的反射镜的反射率在80％<R<99％。
上述的高双折射保偏光纤为无源的保偏光纤。
上述的一种全光纤结构波长可调谐激光器可直接使用或作为光纤放大器的种子源使用。
本发明一种全光纤结构波长可调谐激光器具有以下优点：
1、本发明使用光纤Sagnac环，通过改变高双折射率光纤的温度，使光纤环有滤波器的作用，实验操作简单，成本低。
2.通过温度调节还可以作为温度传感器，根据输出的波长，判断所测物体的温度。
3.该实验装置为全光纤结构，易于封装，且结构紧凑，体积小，易于产业化生产应用。
附图说明
图1为实施例1一种全光纤结构波长可调谐激光器的结构图。
图2为实施例2一种全光纤结构波长可调谐激光器的结构图。
图3为实施例3一种全光纤结构波长可调谐激光器的结构图。
图4为实施例4一种全光纤结构波长可调谐激光器的结构图。
图中：1、泵浦源，2、隔离器，3、波分复用器，4、反射镜，5、掺杂光纤，6、2ⅹ2激光分束器，7、高双折射保偏光纤，8、1ⅹ2激光分束器，9、SESAM,10、环形器,11、TEC热电制冷器。
具体实施方式
下面结合图示1-4对本发明作进一步说明，但不仅限于以下几种实施例。
实施例1
如图1所示，一种全光纤结构波长可调谐激光器，泵浦源1连接隔离器2的输入端；隔离器2的输出端连接波分复用器3的泵浦输入端；波分复用器3的信号端直接输出激光；波分复用器3的公共端连接掺杂光纤5的一端；掺杂光纤5的另一端连接2ⅹ2激光分束器6的第一端口a；2ⅹ2激光分束器6的第二、三端口b、c直接连接高双折射保偏光纤7的两端形成光纤Sagnac环；高双折射保偏光纤7放在TEC热电致冷器11上，通过TEC热电致冷器11调节高双折射保偏光纤7的温度；2ⅹ2激光分束器6的第四端口d直接放在反射镜4的端面上，产生反射光在反射回光路中。所述的波分复用器3、反射镜4、掺杂光纤5、2ⅹ2激光分束器6、高双折射保偏光纤7构成线形腔结构的光纤激光器，可调谐激光从波分复用器3的信号端输出。
泵浦源1发出中心波长为973nm的泵浦光通过隔离器2进入到波分复用器3的泵浦输入端，再直接进入掺铒光纤5中，产生的激光通过分束比为50/50的2ⅹ2激光分束器6的第一端口a，直接通过光纤环中，光纤Sagnac环由2ⅹ2激光分束器6的第二、三端b、c与高双折射保偏光纤7组成，高双折射保偏光纤7放在TEC热电致冷器11上。激光通过光纤环后(依次通过2ⅹ2激光分束器6的第一端口a、第二端口b、高双折射保偏光纤7、第三端口c、第四端口d))，从2ⅹ2激光分束器6的第四端口d输出，再经过反射镜4的反射，反射率R，R≥99％，几乎所有的光会被反射回去，依次通过再通过光纤环(即，依次通过2ⅹ2激光分束器6的第四端口d、第三端口c、高双折射保偏光纤7、第二端口b、第一端口a)、掺杂光纤5、波分复用器3，从波分复用器3的输出端口输出，这样构成了一个光学谐振腔。通过TEC热电致冷器11调节高双折射保偏光纤7的温度，在不同温度下，谐振腔内的损耗不同，最后输出不同中心波长的激光，实现可调谐。
实施例2
如图2所示，一种全光纤结构波长可调谐激光器，泵浦源1连接隔离器2的输入端；隔离器2的输出端连接波分复用器3的泵浦输入端；波分复用器3的公共端连接掺杂光纤5的一端；掺杂光纤5的另一端连接2ⅹ2的激光分束器6的第一端口a；2ⅹ2激光分束器6的第二、三端口b、c直接连接高双折射保偏光纤7的两端形成光纤环；高双折射保偏光纤7放在TEC热电致冷器11上，通过TEC热电致冷器11调节高双折射保偏光纤7的温度；激光分束器6的第四端口d连接1ⅹ2激光分束器8的输入端口e；1ⅹ2激光分束器8设有第一、二输出端口g、f，第一输出端口g直接输出激光，第二输出端口f连接波分复用器3的信号端；所述的波分复用器3、掺杂光纤5、2ⅹ2激光分束器6、保偏光纤7、1ⅹ2激光分束器8、构成环形腔结构的连续光纤激光器，可调谐激光从1ⅹ2分束器8的第一端口g输出。
泵浦源1发出中心波长为1550nm的泵浦光通过隔离器2，进入到波分复用器3的泵浦输入端直接进入铥钬共掺光纤5中；铥钬共掺光纤5的另一端连接分光比为50/50的2ⅹ2的激光分束器6的第一端口a，光直接通过光纤环，光纤环由2ⅹ2激光分束器6的第二、三端口b、c与高双折射保偏光纤7组成，高双折射保偏光纤7放在TEC热电致冷器11上。激光通过光纤环后，从2ⅹ2激光分束器6的第四端口d输出，进入到1ⅹ2激光分束器8的输入端口e中，1ⅹ2激光分束器8设有第一、二输出端口g、f，第一输出端口g直接输出激光，第二输出端口端口f连接波分复用器3的信号端；这样由波分复用器3、铥钬共掺光纤5、2ⅹ2激光分束器6、光纤环、1ⅹ2激光分束器8构成一个光学环形腔。通过TEC热电致冷器11调节高双折射保偏光纤7的温度，产生不同中心波长的激光输出。
实施例3
如图3所示，一种全光纤结构波长可调谐激光器，泵浦源1连接隔离器2的输入端；隔离器2的输出端连接波分复用器3的泵浦输入端；波分复用器3的信号端直接输出激光；波分复用器3的公共端连接掺杂光纤5的一端；掺杂光纤5的另一端连接2ⅹ2激光分束器6的第一端口a；2ⅹ2激光分束器6的第二、三两端口b、c连接高双折射保偏光纤7的两端形成光纤环；高双折射保偏光纤7放在TEC热电致冷器11上，通过TEC热电致冷器11调节高双折射保偏光纤7的温度；2ⅹ2激光分束器6的第四端口d直接放在SESAM可饱和吸收体9的端面上，产生的脉冲光由可饱和吸收体9反射回光路中，所述的波分复用器3、SESAM可饱和吸收体9、掺杂光纤5、2ⅹ2激光分束器6、高双折射保偏光纤7构成线形结构的锁模脉冲激光器；SESAM可饱和吸收体9作为激光锁模器件，可调谐锁模脉冲激光从波分复用器3的信号端输出；
泵浦源1发出中心波长为1550nm的泵浦光通过隔离器2进入到波分复用器3的泵浦输入端，直接进入铥钬共掺光纤5中，产生的激光进入分束比为50/50的2ⅹ2激光分束器6的第一端口a，直接通过光纤环，光纤环由2ⅹ2激光分束器6的第二、三端口b、c与高双折射保偏光纤7组成，高双折射保偏光纤7放在TEC热电致冷器11上。激光通过光纤环后，从2ⅹ2激光分束器6的第四端口d输出，再经过SESAM可饱和吸收体9的调制，产生脉冲光被反射回去，再通过光纤环、铥钬共掺光纤5、波分复用器3、从波分复用器3的输出端口输出，这样构成了一个光学谐振腔。通过TEC热电致冷器11调节高双折射保偏光纤7的温度与可饱和吸收体SESAM的激光调制作用，产生不同中心波长的锁模脉冲激光。
实施例4
如图4所示，一种全光纤结构波长可调谐激光器，泵浦源1连接隔离器2的输入端；隔离器2的输出端连接波分复用器3的泵浦输入端；波分复用器3的公共端连接掺杂光纤5的一端；掺杂光纤5的另一端连接2ⅹ2激光分束器6的第一端口a；2ⅹ2激光分束器6的第二端口b、c连接高双折射保偏光纤7的两端形成光纤环；高双折射保偏光纤7放在TEC热电致冷器11上，通过TEC热电致冷器11调节高双折射保偏光纤7的温度；2ⅹ2激光分束器6的第四端口d连接环形器10的输入端口e；SESAM可饱和吸收体9位于环形器10的公共端口f；产生的脉冲光经过饱和吸收体9的反射再进入到环形器10中，激光从环形器10的输出端口g连接1ⅹ2激光分束器8的输入端口h；1ⅹ2激光分束器8设有第一、二输出端口j、i，第一输出端口j直接输出激光，第二输出端口i连接波分复用器3的信号端；SESAM可饱和吸收体9作为激光锁模器件，可调谐锁模脉冲激光从激光分束器8输出；
泵浦源1发出的中心波长为973nm的泵浦光通过隔离器2，进入到波分复用器3的泵浦输入端直接进入掺铒光纤5中；掺铒光纤5的另一端连接分光比为50/50的2ⅹ2的激光分束器6的第一端口a，直接通过光纤环，光纤环由2ⅹ2激光分束器6的第二、三端口b、c与高双折射保偏光纤7组成，高双折射保偏光纤7放在TEC热电致冷器11上。激光通过光纤环后，从2ⅹ2激光分束器6的第四端口d输出，输出光通过环形器10的输入端口e，到达环形器10的公共端口f，公共端口f端口与可饱和吸收体9相连，光经过SESAM可饱和吸收体9的调制产生脉冲激光，被反射回去从环形器10的输出端口g输出，输出激光进入1ⅹ2激光分束器8的第一输入端口h；
1ⅹ2激光分束器8第一、二输出端口j、i，第一输出端口j直接输出激光，第二输出端口i连接波分复用器3的信号端；这样由波分复用器3，掺铒光纤5，2ⅹ2激光分束器6，光纤环，1ⅹ2激光分束器8构成一个光学环形腔。通过TEC热电致冷器11调节高双折射保偏光纤7的温度与激光锁模器件SESAM的调制作用，产生不同中心波长的锁模脉冲激光。

Claims (9)

1.一种全光纤结构波长可调谐激光器，其特征在于，包括：泵浦源、隔离器、波分复用器、反射镜、掺杂光纤、激光分束器、高双折射光纤、TEC热电致冷器，其中，泵浦源1连接隔离器2的输入端；隔离器2的输出端连接波分复用器3的泵浦输入端；波分复用器3的信号端直接输出激光；波分复用器3的公共端连接掺杂光纤5的一端；掺杂光纤5的另一端连接2ⅹ2激光分束器6的第一端口a；2ⅹ2激光分束器6的第二、三端口b、c直接连接高双折射保偏光纤7的两端形成光纤环；高双折射保偏光纤7放在TEC热电致冷器11上，通过TEC热电致冷器11调节高双折射保偏光纤7的温度；2ⅹ2激光分束器6的第四端口d直接放在反射镜4的端面上，产生反射光在反射回光路中。所述的波分复用器3、反射镜4、掺杂光纤5、2ⅹ2激光分束器6、高双折射保偏光纤7构成线形腔结构的光纤激光器，可调谐激光从波分复用器3的信号端输出。
2.如权利要求1所述的全光纤结构波长可调谐激光器，其特征在于，泵浦源1是半导体激光器、固体激光器、光纤激光器其中一个，泵浦光的中心波长λ的范围为960nm≤λ≤1550nm。
3.如权利要求1所述的全光纤结构波长可调谐激光器，其特征在于，掺杂光纤5为掺有稀土离子的光纤或者光子晶体光纤，其中掺杂的稀土元素师镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钐(Sm)、铋(Bi)中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的全光纤结构波长可调谐激光器，其特征在于，隔离器、波分复用器、掺杂光纤、分束器、耦合器均为保偏型或非保偏型。
5.如权利要求1所述的全光纤结构波长可调谐激光器，其特征在于，反射镜的反射率在80％<R<99％。
6.如权利要求1所述的全光纤结构波长可调谐激光器，其特征在于，高双折射保偏光纤为无源的保偏光纤。
7.一种全光纤结构波长可调谐激光器，其特征在于，包括：泵浦源、隔离器、波分复用器、反射镜、掺杂光纤、激光分束器、高双折射光纤、TEC热电致冷器，其中，泵浦源1连接隔离器2的输入端；隔离器2的输出端连接波分复用器3的泵浦输入端；波分复用器3的公共端连接掺杂光纤5的一端；掺杂光纤5的另一端连接2ⅹ2的激光分束器6的第一端口a；2ⅹ2激光分束器6的第二、三端口b、c直接连接高双折射保偏光纤7的两端形成光纤环；高双折射保偏光纤7放在TEC热电致冷器11上，通过TEC热电致冷器11调节高双折射保偏光纤7的温度；激光分束器6的第四端口d连接1ⅹ2激光分束器8的输入端口e；1ⅹ2激光分束器8设有第一、二输出端口g、f，第一输出端口g直接输出激光，第二输出端口f连接波分复用器3的信号端；所述的波分复用器3、掺杂光纤5、2ⅹ2激光分束器6、保偏光纤7、1ⅹ2激光分束器8、构成环形腔结构的连续光纤激光器，可调谐激光从1ⅹ2分束器8的第一端口g输出。
8.一种全光纤结构波长可调谐激光器，其特征在于，包括：泵浦源、隔离器、波分复用器、反射镜、掺杂光纤、激光分束器、高双折射光纤、TEC热电致冷器，其中，泵浦源1连接隔离器2的输入端；隔离器2的输出端连接波分复用器3的泵浦输入端；波分复用器3的信号端直接输出激光；波分复用器3的公共端连接掺杂光纤5的一端；掺杂光纤5的另一端连接2ⅹ2激光分束器6的第一端口a；2ⅹ2激光分束器6的第二、三两端口b、c连接高双折射保偏光纤7的两端形成光纤环；高双折射保偏光纤7放在TEC热电致冷器11上，通过TEC热电致冷器11调节高双折射保偏光纤7的温度；2ⅹ2激光分束器6的第四端口d直接放在SESAM可饱和吸收体9的端面上，产生的脉冲光由可饱和吸收体9反射回光路中，所述的波分复用器3、SESAM可饱和吸收体9、掺杂光纤5、2ⅹ2激光分束器6、高双折射保偏光纤7构成线形结构的锁模脉冲激光器；SESAM可饱和吸收体9作为激光锁模装置，可调谐锁模脉冲激光从波分复用器3的信号端输出。
9.一种全光纤结构波长可调谐激光器，其特征在于，包括：泵浦源、隔离器、波分复用器、反射镜、掺杂光纤、激光分束器、高双折射光纤、TEC热电致冷器，其中，泵浦源1连接隔离器2的输入端；隔离器2的输出端连接波分复用器3的泵浦输入端；波分复用器3的公共端连接掺杂光纤5的一端；掺杂光纤5的另一端连接2ⅹ2激光分束器6的第一端口a；2ⅹ2激光分束器6的第二端口b、c连接高双折射保偏光纤7的两端形成光纤环；高双折射保偏光纤7放在TEC热电致冷器11上，通过TEC热电致冷器11调节高双折射保偏光纤7的温度；2ⅹ2激光分束器6的第四端口d连接环形器10的输入端口e；SESAM可饱和吸收体9位于环形器10的公共端口f；产生的脉冲光经过饱和吸收体9的反射再进入到环形器10中，激光从环形器10的输出端口g连接1ⅹ2激光分束器8的输入端口h；1ⅹ2激光分束器8设有第一、二输出端口j、i，第一输出端口j直接输出激光，第二输出端口i连接波分复用器3的信号端；SESAM可饱和吸收体9作为激光锁模装置，可调谐锁模脉冲激光从激光分束器8输出。
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