CN112838466B - 一种可切换和可调谐的多波长光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种可切换和可调谐的多波长光纤激光器。该激光器包括泵浦激光器1，波分复用器2，增益光纤3、隔离器4，Sagnac环干涉仪10，光纤滤波器6和第二光耦合器9，各个器件之间通过光纤耦合的方式构成一个光纤激光器谐振腔。该激光器采用了Sagnac环干涉仪10和光纤滤波器6级联的方式来进行滤波，Sagnac环干涉仪10作为调谐单元，主要用来实现激光可调谐，增加激光输出稳定性；光纤滤波器6作为选模单元，主要用来实现激光可切换和多波长，最终得到了高稳定、可切换、可调谐的多波长窄带激光输出。该激光器具有波长数量和位置均可调谐、稳定性高、成本低、鲁棒性好、重复性好和易实现等特点。

Description

一种可切换和可调谐的多波长光纤激光器
技术领域
本发明涉及一种可切换和可调谐的多波长光纤激光器，属于光纤激光技术领域。
背景技术
光纤激光器于1963年发明，到20世纪80年代末第一批商用光纤激光器面市，经历了20多年的发展历程。光纤激光器技术在高速率大容量波分复用光纤通信系统、高精度光纤传感技术和大功率激光等方面呈现出广阔的应用前景和巨大的优势。光纤激光器有很多独特的优点，比如：激光阈值低、高增益、良好的散热、可调谐参数多、宽的吸收和辐射以及与其他光纤设备兼容、体积小等。基于这些优点，光纤激光器正在逐步取代传统固体激光器在各个领域中的地位，发挥着越来越重要的作用。
早期实现光纤激光器多波长可调谐主要通过在激光器谐振腔中加入F-P腔、介质薄膜滤波器和声光滤波器等波长可调谐元件。然而，这些自由空间调谐器件一般为非光纤结构，插入损耗较大，降低了激光器效率、集成度和紧凑性。近期，人们采用全光纤滤波器，如：光纤布拉格光栅、马赫-增德尔干涉仪、高非线性光子晶体光纤等作为调谐元件。其中，光纤光栅制作成本相对较高，并受其本身应变特性限制，波长调谐范围较小。马赫-增德尔干涉仪易受外界环境影响，如应变等因素造成的光纤弯曲会影响两臂光程差，这容易使输出状态发生变化。而且马赫-增德尔干涉仪要求两臂光路路径相差较小这一特点，会增加制作过程中的难度。高非线性光子晶体光纤能够使已激射波长处的能量向未激射波长处转化从而实现多波长输出，但这类激光器谐振腔腔长较长，结构不紧凑，并且光子晶体光纤的熔接损耗相对较大。
为了实现全光纤、高稳定、低成本、结构紧凑、插损小的多波长光纤激光器，授权公告号：CN208173996U，公告日：2018.11.30，提供了“一种可调谐多波长光纤激光器”，实现了低损耗、稳定和窄带宽激光输出。该光纤激光器采用了高双折射微纳光纤结构作为选模单元，微纳光纤结构采用拉锥工艺制作而成，然而，这种制作方法对制作工艺要求高，可重复性差，同时因为其锥形结构使得整个光纤激光器拥有较差的鲁棒性，大大限制了其应用场景。
因此，研究并实现一种全光纤、高稳定性、低成本、结构紧凑、插损小、可重复性好，鲁棒性高的可切换、可调谐、多波长光纤激光器具有重要的研究与应用价值。
发明内容
本发明针对现有的光纤激光器制作工艺要求高、稳定性差、紧凑性低、可重复性低和鲁棒性较差等缺点，提出了一种可切换、可调谐、多波长光纤激光器。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种可切换和可调谐的多波长光纤激光器，该光纤激光器包括泵浦激光器，波分复用器，增益光纤，隔离器，光纤干涉仪，光纤滤波器和第二光耦合器。各个器件之间通过光纤耦合的方式构成一个光纤激光器谐振腔。所述泵浦激光器经波分复用器与增益光纤相连，增益光纤输出端依次连接隔离器、光纤干涉仪、光纤滤波器和第二光耦合器。所述泵浦激光器的输出端与波分复用器的输入端相连，波分复用器的输出端通过增益光纤与隔离器输入端相连，隔离器输出端与第一光耦合器a口相连，第一光耦合器b口通过光纤滤波器与第二光耦合器的输入端相连。
优选的，所述光纤干涉仪为Sagnac环干涉仪，具有波长调谐功能。该光纤干涉仪包括第一光耦合器，偏振控制器和保偏光纤，通过普通单模光纤耦合的方式互相连接，第一光耦合器c口通过保偏光纤与偏振控制器输入端连接，偏振控制器输出端与第一光耦合器d口连接。
优选的，所述光纤滤波器为混合结构光纤滤波器，主要实现激光器可切换特性。该光纤滤波器由普通单模光纤和少模光纤制作而成。在少模光纤输入端与单模光纤利用熔接机熔融多次形成椭球光纤结构，在少模光纤输出端与单模光纤相连接。
优选的，所述少模光纤为对称光纤折射率分布，主要传输四个光纤模式。
优选的，所述椭球光纤结构最大直径为190μm。
优选的，所述增益光纤的增益范围为1520nm到1575nm，增益光纤长度为7.8m。
优选的，所述泵浦激光器为半导体激光器。
优选的，所述第一光耦合器为50:50光耦合器。
本发明的有益效果具体如下：所述光纤激光器，采用了光纤干涉仪和光纤滤波器级联的方式来进行滤波。其中，光纤干涉仪作为调谐单元，主要用来实现激光可调谐，增加激光输出稳定性；光纤滤波器作为选模单元，主要用来实现激光可切换和多波长，具有全光纤、结构简单、低损耗、高消光比和体积小等优点。将光纤干涉仪和光纤滤波器级联应用到光纤激光器，得到了高稳定、可切换、可调谐的多波长窄带激光输出。同时，该光纤激光器采用全光纤器件搭建并实现多波长激光的可切换和可调谐，具有波长数量和位置均可调谐、稳定性高、成本低、鲁棒性好、重复性好和易实现等特点。
附图说明
图1为本发明的一种可切换和可调谐的多波长光纤激光器的结构示意图。
图2为本发明中光纤滤波器的结构示意图。
图3为本发明中光谱仪测试获得的利用级联的光纤干涉仪和光纤滤波器进行激光模式选择和控制得到的单波长激光状态光谱图。
图4为本发明中光谱仪测试获得的利用级联的光纤干涉仪和光纤滤波器进行激光模式选择和控制得到的双波长激光状态光谱图。
图5为本发明中光谱仪测试获得的利用级联的光纤干涉仪和光纤滤波器进行激光模式选择和控制得到的双波长激光波长可调谐光谱图。
图6为本发明中光谱仪测试获得的利用级联的光纤干涉仪和光纤滤波器进行激光模式选择和控制得到的三波长激光状态光谱图。
图7本发明中光谱仪测试获得的利用级联的光纤干涉仪和光纤滤波器进行激光模式选择和控制得到的四波长激光状态光谱图。
图8为本发明中实验测试获得的激光器输出单波长激光位于1555.0nm时，在不改变偏振控制器的状态以及泵浦功率的情况下，在45分钟内以5分钟间隔测得激光器输出的示意图。
具体实施方式
本发明的将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
本发明揭示了一种可切换和可调谐的多波长光纤激光器，如图1所示。该激光器包括泵浦激光器1，波分复用器2，增益光纤3、隔离器4，光纤干涉仪10，光纤滤波器6和第二光耦合器9，各个器件之间通过光纤耦合的方式构成一个光纤激光器谐振腔。在本发明方案中，所述泵浦激光器1优选为半导体激光器。
如图1所示，所述泵浦激光器1经波分复用器2与增益光纤3相连，增益光纤3输出端依次连接隔离器4、光纤干涉仪10、光纤滤波器6和第二光耦合器9。所述泵浦激光器1的输出端与波分复用器2的输入端相连，波分复用器2的输出端通过增益光纤3与隔离器4输入端相连，隔离器4输出端与第一光耦合器5的a口相连，第一光耦合器5的b口通过光纤滤波器6与第二光耦合器9的输入端相连。
所述光纤干涉仪10为Sagnac环干涉仪，具有波长调谐功能。该光纤干涉仪10包括第一光耦合器5，偏振控制器7和保偏光纤8，通过普通单模光纤耦合的方式互相连接，第一光耦合器5的c口通过保偏光纤8与偏振控制器7输入端连接，偏振控制器7输出端与第一光耦合器5的d口连接。
如图2所示，光纤滤波器6为混合结构光纤滤波器，主要实现激光器可切换特性。该光纤滤波器6由普通单模光纤61和少模光纤63制作而成。在少模光纤63输入端与单模光纤61利用熔接机熔融多次形成椭球光纤结构62，在少模光纤63输出端与单模光纤61相连接。
本发明采用光纤干涉仪和光纤滤波器级联来进行调谐和滤波，得到了可切换、可调谐的多波长窄带激光输出。具有波长数量和位置均可调谐、稳定性高、成本低、鲁棒性好、重复性好和易实现等特点。
本发明尚有多种实施方式，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种可切换和可调谐的多波长光纤激光器，其特征在于：包括泵浦激光器1，波分复用器2，增益光纤3、隔离器4，Sagnac环干涉仪10，光纤滤波器6和第二光耦合器9，各个器件之间通过光纤耦合的方式构成一个光纤激光器谐振腔，所述泵浦激光器1经波分复用器2与增益光纤3相连，增益光纤3输出端依次连接隔离器4、Sagnac环干涉仪10、光纤滤波器6和第二光耦合器9，所述泵浦激光器1的输出端与波分复用器2的输入端相连，波分复用器2的输出端通过增益光纤3与隔离器4输入端相连，隔离器4输出端与第一光耦合器5的a口相连，第一光耦合器5的b口通过光纤滤波器6与第二光耦合器9的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种可切换和可调谐的多波长光纤激光器，其特征在于：光纤滤波器6为混合结构光纤滤波器，由普通单模光纤61和少模光纤63制作而成，在少模光纤63输入端与单模光纤61利用熔接机熔融多次形成椭球光纤结构62，在少模光纤63输出端与单模光纤61相连接。
3.根据权利要求2所述的一种可切换和可调谐的多波长光纤激光器，其特征在于：所述少模光纤63为阶跃折射率或渐变折射率分布，支持模式数为4个。
4.根据权利要求2所述的一种可切换和可调谐的多波长光纤激光器，其特征在于：所述椭球光纤结构的最大直径为190μm。
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