CN1343029A - 波长锁定器稳定腔长偏振不敏感主动锁模光纤环形激光器 - Google Patents

Abstract

一种波长锁定器稳定腔长偏振不敏感主动锁模光纤环形激光器,是由主动锁模环形光纤激光器和腔长稳定反馈回路构成,其中主动锁模环形光纤激光器中设有功率稳定型掺铒光纤放大器、起偏器、保偏光纤。具体结构是:由色散补偿光纤(DCF)、可调光带通滤波器、起偏器、保偏光纤、M－Z型LiNbO₃电光调制器、光耦合器A、光隔离器、光耦合器B、功率稳定型掺铒光纤放大器、电控可变光延时线级联组成环形激光器。本发明将偏振噪声和腔长漂移等影响光纤锁模激光器的多个因素作为一个整体进行考虑,从总体上对系统进行了优化。使得主动锁模环行光纤激光器对偏振态的变化不敏感。使用该技术可使激光器的长期波长稳定精度达到±0.01nm的水平。

Description

波长锁定器稳定腔长偏振不敏感主动锁模光纤环形激光器

所属技术领域

本发明涉及一种主动锁模光纤环形激光器，特别是一种波长锁定器稳定腔长偏振不敏感主动锁模光纤环形激光器。

背景技术

进入21世纪后，人们对通信需求的不断发展，推动了光纤通信系统速率的不断提高。高速光通信系统的关键技术之一就是超窄脉冲光信号源技术。该技术目前主要有三种方式：增益开关高速半导体激光器，连续半导体激光器+电吸收光调制器和主动锁模光纤激光器。其中尤以“主动锁模光纤环形激光器”可输出具有“变换极限”的光脉冲并具有重复速率高、波长可调谐、易于同步、输出光功率大等特性而倍受关注。尽管如此，它仍然存在着噪声较大、易受环境干扰、工作不够稳定等问题。这种不稳定性主要有以下几个来源：1、激光器腔长的长期稳定性问题：由于腔长(即构成激光器的光纤长度)比较长，腔长容易受环境温度和应力的影响而变化，相应的锁模激光器基频将产生相应改变。在这种情况下，若外调制频率不变，则激光器的工作模式将偏离最佳锁模状态。若腔长改变超过一定限度，原模式将失锁。2、光纤的偏振态的不稳定而带来的偏振噪声问题：由于LiNbO₃光调制器是偏振敏感的，光纤环路受环境温度和应力的改变都会带来光偏振态的变化，在调制器上反映为调制深度的随机变化，从而形成锁模激光器的偏振噪声。

经过多年的不懈努力，各国科技人员提出了许多方案，这些问题已得到初步的解决。国外的光纤通信实验系统已经开始采用了锁模光纤激光器作为光信号源。近年来，日本、瑞典等国家还分别在现有的商业线路中，以主动锁模光纤激光器作为光源进行了高速光纤通信系统的现场实验。但现有的方案多采用昂贵的保偏器件，并且腔长稳定装置都很复杂，成本较高，难以推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可抑制锁模光纤激光器的噪声，提高稳定性的波长锁定器稳定腔长偏振不敏感主动锁模光纤环形激光器。

本发明所采用的技术方案是：由主动锁模环形光纤激光器和腔长稳定反馈回路构成的波长锁定器稳定腔长偏振不敏感主动锁模光纤环形激光器。在主动锁模环形光纤激光器中设有可抑制偏振噪声的功率稳定型掺铒光纤放大器、起偏器、保偏光纤，具体结构是：由色散补偿光纤(DCF)、可调光带通滤波器、起偏器、保偏光纤、M-Z型LiNbO₃电光调制器、光耦合器A、光隔离器、光耦合器B、功率稳定型掺铒光纤放大器、电控可变光延时线级联组成环形激光器。

本发明通过在锁模激光器中采用功率稳定型掺铒光纤放大器并在电光调制器前端串接起偏器与保偏光纤的方法，可以有效地抑制偏振噪声，克服锁模光纤激光器的偏振敏感问题；同时，利用波长锁定器检测激光器腔长的变化，反馈到“腔长控制模块”来稳定腔长。本发明将偏振噪声和腔长漂移等影响光纤锁模激光器的多个因素作为一个整体进行考虑，从总体上对系统进行了优化。同时，由于采用了部分保偏腔的方案，与采用全保偏腔的方案相比，在保证稳定的向时，降低了成本，具有很好的商用前景。工作稳定的主动锁模光纤激光器将主要作为高速光纤通信系统的光发射机，可提供高速率、高质量、高功率、脉冲宽度为皮秒级的光脉冲，可主要应用于高速干线光纤通信和其它对通信性能有严格要求的场合。本技术的研究对于全光网络中的3R(Retiming，Reshaping，Regeneration)技术、全光处理技术也有潜在的应用前景。它也可应用在其它要求窄光脉冲的领域。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图

具体实施方式

如图1所示：波长锁定器稳定腔长偏振不敏感主动锁模光纤环形激光器由两部分构成：图中上半部分为主动锁模环形光纤激光器环路，图中下半部分为腔长稳定反馈回路。

主动锁模环形光纤激光器部分由色散补偿光纤1、可调光带通滤波器2、起偏器7、保偏光纤8、M-Z型LiNbO₃电光调制器3、光耦合器4、光隔离器6、光耦合器5、功率稳定型掺铒光纤放大器10、电控可变光延时线9级联组成环形激光器。该环路形成具有较大正色散的主动锁模环形光纤激光器。其中光从光耦合器4输出。

腔长稳定反馈回路由波长锁定器11和与之相连的控制电路12组成。波长锁定器接收来自光耦合器5的光信号，然后输出误差电信号至控制电路12，误差信号经控制电路12转化后输出正比于误差信号的直流电压，此直流电压驱动电控可变光延时线9用以稳定腔长。

本实施例中：电控可变光延时线9的型号是ODL-610，波长锁定器11的型号是OWL-10或SWL-1549。

通过在锁模激光器中采用“功率稳定型掺铒光纤放大器10”并在电光调制器3前端串接“起偏器7+保偏光纤8”的方法克服了锁模激光器的偏振噪声。图中微波信号源输出的电信号经过放大器放大后加到一个电光调制器3上，用来稳定环形腔激光器脉冲频率。一个功率稳定型掺铒放大器10可稳定腔内的脉冲功率，隔离器6用来保证腔内光脉冲单向行进以避免光反射引起腔内寄生振荡。色散补偿光纤1引入较大的正色散补偿。一个宽带的可变光学滤波器2作为波长调谐器件用以控制功率稳定型掺铒光纤放大器10的增益峰。由于LiNbO₃电光调制器3是偏振敏感的，因此在LiNbO₃调制器3的前面使用一个起偏器7和一段保偏光纤8，以克服环行腔内由于外界条件的变化而导致的偏振态的不稳定性。

大色散腔具有提高主动锁模环形光纤激光器稳定性的功能。在某一固定腔长情况下，我们得到锁模光纤环形激光器的波长变化与腔长变化之间的关系为： $\frac{\mathrm{d\λ}}{\mathrm{dL}}=\frac{n_{\mathrm{eff}}}{c{D}_{\mathrm{eff}}L}$ 其中c为光速，L为腔长，D_eff和n_eff为腔内光纤等效色散和等效折射率。

由上式可以看出，在主动锁模光纤激光器中，腔长的变化将引起激光器波长的变化，从而可能导致模式失锁。但大色散腔的主动锁模环形光纤激光器所导致的波长变化小于小色散腔，因此稳定性也好得多。

针对腔内光偏振态变化的影响，在环形腔内调制器前加入一个起偏器7使光信号变为线偏振光，然后通过一段保偏光纤8将此稳定的线偏振光传输至LiNbO₃电光调制器3。光信号偏振态的稳定使调制器的消光比保持稳定。外界环境的扰动所导致的偏振态的变化比较慢，从而引起光功率的慢变化，使用增益稳定型EDFA可以克服环形腔内光功率的慢变化。

通过采用上述措施，可以明显的减小偏振态变化引起的噪声，使得主动锁模环行光纤激光器对偏振态的变化不敏感。

腔长稳定反馈回路B使激光器的波长锁定在ITU-T所规定的标准中心波长上。波长锁定器11将激光器的发射波长与基准的标准中心波长相比较，得到误差信号。此误差信号送到控制电路12后被转换为驱动电压，用来驱动电控光可变延时线9以调整系统腔长，从而将波长调整至标准中心波长。

使用该技术可使激光器的长期波长稳定精度达到±0.01nm的水平。

Claims (2)

1.一种波长锁定器稳定腔长偏振不敏感主动锁模光纤环形激光器，是由主动锁模环形光纤激光器和腔长稳定反馈回路构成，其特征在于主动锁模环形光纤激光器中设有可抑制偏振噪声的功率稳定型掺铒光纤放大器、起偏器、保偏光纤，具体结构是：由色散补偿光纤(DCF)、可调光带通滤波器、起偏器、保偏光纤、M-Z型LiNbO₃电光调制器、光耦合器A、光隔离器、光耦合器B、功率稳定型掺铒光纤放大器、电控可变光延时线级联组成环形激光器。

2.根据权利要求1所述的波长锁定器稳定腔长偏振不敏感主动锁模光纤环形激光器，其特征在于腔长稳定反馈回路是由波长锁定器和与之相连的控制电路构成，其中波长锁定器与主动锁模环形光纤激光器中的一个光耦合器相连，控制电路与主动锁模环形光纤激光器中的电控可变延时线相连。