CN211981129U - 一种多波长脉冲光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种多波长脉冲光纤激光器，包括1565nm泵浦激光源、铒镱共掺光纤放大器、1560/2000波分复用器、光纤耦合器、第一偏振器、起偏器、第二偏振器及第二光隔离器。本实用新型采用环形腔结构，利用非线性偏振旋转效应进行滤波，可实现1‑5个稳定的多波长输出，稳定性好以及边模抑制高，且结构简单、成本低。

Description

一种多波长脉冲光纤激光器

技术领域

本实用新型涉及光纤激光器技术领域，尤其涉及一种多波长脉冲光纤激光器。

背景技术

2μm波段多波长掺铥光纤脉冲激光器用于波分复用自由空间光通信和光纤通信，可有效地减小波分复用通信系统信道间隔、增加信道数量，比采用多个单波长脉冲激光器组合作为光源的方法有明显优势，降低了激光器复杂性、系统成本和维护成本。

目前，实现2μm波段多波长掺铥光纤脉冲激光器稳定输出的方法有：利用光纤马赫-曾德干涉仪滤波的多波长掺铥光纤脉冲激光器采用环形腔结构，实现了2μm波段输出，多波长激光数为1-3，但该结构复杂、输出波长数较少、波长间隔不固定；利用非线性光纤环形镜的多波长掺铥光纤激光器，采用8字型结构，可得到稳定的42个波长输出；采用基于四波混频效应的多波长掺铥光纤激光器，可以得到1-6个波长的稳定输出，但是由于该结构均采用保偏器件，成本较高，由SMF-MMF-SMF组成的多模干涉滤波器也被应用于多波长可调谐掺铥光纤激光器，采用多模光纤作为波长选择器件，可以得到1-3个波长的稳定激光输出，线宽为0.04nm。上述方式均得到了多波长激光输出，但存在结构复杂、成本较高、稳定性较差以及边模抑制比较低等缺陷。

实用新型内容

有鉴于此本实用新型提出了一种多波长脉冲光纤激光器，以解决传统2μm波段多波长脉冲光纤激光器结构复杂、成本较高、稳定性较差以及边模抑制比较低的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种多波长脉冲光纤激光器，包括1565nm泵浦激光源、铒镱共掺光纤放大器、1560/2000波分复用器、光纤耦合器、第一偏振器、起偏器、第二偏振器及第二光隔离器；

所述1565nm泵浦激光源的输出端经所述铒镱共掺光纤放大器连接所述1560/2000波分复用器的短波复用端；

所述1560/2000波分复用器的公共端经掺铥光纤连接所述光纤耦合器的端口1，所述光纤耦合器的端口3与所述第二偏振器的输入端相连，所述第二偏振器的输出端与所述起偏器的输入端相连，所述起偏器的输出端与所述第一偏振器的输入端相连，所述第一偏振器的输出端与所述第二光隔离器的输入端相连，所述第二光隔离器的输出端经单模光纤连接所述1560/2000波分复用器的长波复用端，所述光纤耦合器的端口2为所述多波长脉冲光纤激光器的输出端。

可选的，所述多波长脉冲光纤激光器还包括第一光隔离器，所述第一光隔离器接入所述铒镱共掺光纤放大器与所述1560/2000波分复用器的短波复用端之间；

所述铒镱共掺光纤放大器的输出端与，所述第一光隔离器的输入端相连，所述第一光隔离器的输出端与所述1560/2000波分复用器的短波复用端相连。

可选的，所述铒镱共掺光纤放大器包括第一环形器、980nm泵浦激光源、980/1560波分复用器及第二环形器；

所述第一环形器的端口1与所述1565nm泵浦激光源的输出端相连，端口2与所述980/1560波分复用器的长波复用端相连，端口3与所述1560/2000波分复用器的短波复用端相连，所述980nm泵浦激光源与所述980/1560波分复用器的短波复用端相连；

所述980/1560波分复用器的公共端经铒镱共掺光纤与所述第二环形器的端口1相连，所述第二环形器的端口2与所述第二环形器的端口3相连。

可选的，所述铒镱共掺光纤放大器还包括光纤布拉格光栅，所述光纤布拉格光栅接入所述第一环形器的端口2与所述980/1560波分复用器的长波复用端之间。

可选的，所述掺铥光纤的长度为3m。

可选的，所述单模光纤的长度为50m。

本实用新型的相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本实用新型的多波长脉冲光纤激光器采用环形腔结构，利用非线性偏振旋转效应进行滤波，可实现1-5个稳定的多波长输出，稳定性好以及边模抑制高，且结构简单、成本低；

(2)本实用新型的铒镱共掺光纤放大器采用带有光纤布拉格光栅的双程结构，1565nm泵浦激光信号两次通过铒镱共掺光纤然后输出，提高了1565nm泵浦激光信号的增益，同时降低了噪声系数。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的多波长脉冲光纤激光器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实施例的多波长脉冲光纤激光器包括1565nm泵浦激光源、铒镱共掺光纤放大器、第一光隔离器、1560/2000波分复用器、光纤耦合器、第一偏振器、起偏器、第二偏振器及第二光隔离器，所述铒镱共掺光纤放大器包括第一环形器、光纤布拉格光栅、980nm泵浦激光源、980/1560波分复用器及第二环形器；

第一环形器的端口1与1565nm泵浦激光源的输出端相连，端口2经光纤布拉格光栅与980/1560波分复用器的长波复用端相连，端口3与第一光隔离器的输入端相连，980nm泵浦激光源与980/1560波分复用器的短波复用端相连，980/1560波分复用器的公共端经铒镱共掺光纤(EYDF)与第二环形器的端口1相连，第二环形器的端口2与第二环形器的端口3相连；

第一光隔离器的输出端与1560/2000波分复用器的短波复用端相连，1560/2000波分复用器的公共端经掺铥光纤(TDF)连接光纤耦合器的端口1，光纤耦合器的端口3与第二偏振器的输入端相连，第二偏振器的输出端与起偏器的输入端相连，起偏器的输出端与第一偏振器的输入端相连，第一偏振器的输出端与第二光隔离器的输入端相连，第二光隔离器的输出端经单模光纤(SMF)连接1560/2000波分复用器的长波复用端，光纤耦合器的端口2为多波长脉冲光纤激光器的输出端，光纤耦合器的端口2作为多波长脉冲光纤激光器的输出。

其中，掺铥光纤的长度为3m，单模光纤的长度为50m，第一光隔离器为1550nm的光隔离器，起偏器为2μm的起偏器，光纤耦合器为10/90的光纤耦合(10％的光作为输出，90％的光作正反馈在腔内循环)，掺铥光纤的数值孔径、1570nm处吸收、2000nm模场直径分别为0.15、15dB/m、10.5μm。

本实施例的铒镱共掺光纤放大器采用双程结构，在中心波长处，光纤布拉格光栅反射了一部分放大自发辐射至980/1560波分复用器并成为第二个泵浦，1565nm泵浦激光信号依次经第一环形器的端口1、端口2、光纤布拉格光栅进入980/1560波分复用器，980/1560波分复用器输出的信号先进入铒镱共掺光纤进行第一次放大，第一次放大后的泵浦激光信号依次经第二环形器的端口1、端口2、端口3再次进入铒镱共掺光纤进行第二次放大，最后依次经第一环形器的端口2、端口3到达第一光隔离器。这样第一环形器和第二环形器使1565nm泵浦激光信号两次通过铒镱共掺光纤然后输出，降低了引入的噪声、提高了放大效果，从而本实施例的铒镱共掺光纤放大器采用带有光纤布拉格光栅的双程结构，提高了1565nm泵浦激光信号的增益，同时降低了噪声系数。

本实施例中，采用1565nm半导体激光器作为泵浦源，泵浦激光经最大功率为2W的铒镱共掺光纤放大器放大至W级，然后经第一光隔离器隔离后注入掺铥光纤中，1565nm泵浦激光在掺铥光纤内被吸收，由能级跃迁产生的自发辐射光在光纤中不断被受激放大，得到放大的自发辐射光输出。第一光隔离器用于用于抑制后级环形腔的反射光对铒镱共掺光纤放大器的影响，得到稳定的泵浦激光；第一偏振器及第二偏振器用来控制激光偏振态；起偏器用于输出线偏振光；第二光隔离器用于保证激光器环形腔内激光沿单向传输，避免空间烧孔效应；单模光纤用于增强腔内的非线性效应。经铒镱共掺光纤放大器放大的泵浦光在掺铥光纤中产生2μm波段的自发辐射，经起偏器输出线偏振光，通过控制第一偏振器将线偏振光调整为椭圆偏振光，椭圆偏振光经过第二光隔离器单向输入到单模光纤中，在时域上由光纤中的光克尔效应导致光纤折射率随光强变化，产生光场的自相位调制，在传输过程中偏振态发生与光强度有关的角度旋转。当光通过第二偏振器的时候调节第二偏振器可以改变通过起偏器的光强。

本实施例的光纤激光器在工作时存在传输系数随光强增加而变大或变小两个区域，这两个区域分别称为正反馈区和负反馈区。其实质就是当泵浦功率从零开始逐渐增加时，激光器工作在正反馈区域即传输系数随光强增加而变大，此时腔内模式竞争较为激烈，不易产生稳定的多波长激光输出。当泵浦功率达到锁模阈值时，调整偏振控制器可以使激光器进入被动锁模状态。其被动锁模原理类似于可饱和吸收体的作用，低强度的光被吸收继续在腔内振荡，高强度的光可以通过。随着泵浦功率的增加，光强被不断放大，当达到正负反馈区临界点时光强不再随泵浦功率增加，而是由于传输系数减小腔内损耗变大使得峰值功率被限制。当非线性偏转效应达到饱和状态时，传输效率随光强的增加而减小，这种强度相关非均匀损耗能抑制腔内的模式竞争，使非均匀损耗和模式竞争趋于平衡。起偏器的输出端是一段保偏光纤，它和起偏器共同组成了一个类似Lyot双折射光纤滤波器的结构，而且激光腔中透射率与波长呈正弦曲线关系，其作用相当于在腔内增加了一个梳状滤波器。抑制模式竞争和梳状滤波共同作用进而在室温下能够获得稳定的多波长输出。

本实施例经过实验验证，当1565nm泵浦激光源泵浦功率在800mW时，调节两个偏振器，非线性偏振旋转达到饱和，出现了被动锁模状态的脉冲输出，脉冲的重复频率为3.178MHz，脉冲宽度为617ps。进一步增加泵浦功率到1W，传输随光强的增加而减小，峰值功率限制效应有效抑制了腔内的模式竞争，激光器运行在多波长激光输出状态，可获得最多5个波长的多波长激光输出，边模抑制比为40-60dB，峰值功率最大差值为3-8dB。这样本实施例的多波长脉冲光纤激光器通过对偏振器的调节以及泵浦功率的控制，可实现1-5个多波长输出，稳定性好以及边模抑制高，且结构简单、成本低。

以上仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多波长脉冲光纤激光器，其特征在于，包括1565nm泵浦激光源、铒镱共掺光纤放大器、1560/2000波分复用器、光纤耦合器、第一偏振器、起偏器、第二偏振器及第二光隔离器；

所述1565nm泵浦激光源的输出端经所述铒镱共掺光纤放大器连接所述1560/2000波分复用器的短波复用端；

所述1560/2000波分复用器的公共端经掺铥光纤连接所述光纤耦合器的端口1，所述光纤耦合器的端口3与所述第二偏振器的输入端相连，所述第二偏振器的输出端与所述起偏器的输入端相连，所述起偏器的输出端与所述第一偏振器的输入端相连，所述第一偏振器的输出端与所述第二光隔离器的输入端相连，所述第二光隔离器的输出端经单模光纤连接所述1560/2000波分复用器的长波复用端，所述光纤耦合器的端口2为所述多波长脉冲光纤激光器的输出端。

2.如权利要求1所述的多波长脉冲光纤激光器，其特征在于，还包括第一光隔离器，所述第一光隔离器接入所述铒镱共掺光纤放大器与所述1560/2000波分复用器的短波复用端之间；

所述铒镱共掺光纤放大器的输出端与所述第一光隔离器的输入端相连，所述第一光隔离器的输出端与所述1560/2000波分复用器的短波复用端相连。

3.如权利要求1所述的多波长脉冲光纤激光器，其特征在于，所述铒镱共掺光纤放大器包括第一环形器、980nm泵浦激光源、980/1560波分复用器及第二环形器；

所述第一环形器的端口1与所述1565nm泵浦激光源的输出端相连，端口2与所述980/1560波分复用器的长波复用端相连，端口3与所述1560/2000波分复用器的短波复用端相连，所述980nm泵浦激光源与所述980/1560波分复用器的短波复用端相连；

所述980/1560波分复用器的公共端经铒镱共掺光纤与所述第二环形器的端口1相连，所述第二环形器的端口2与所述第二环形器的端口3相连。

4.如权利要求3所述的多波长脉冲光纤激光器，其特征在于，所述铒镱共掺光纤放大器还包括光纤布拉格光栅，所述光纤布拉格光栅接入所述第一环形器的端口2与所述980/1560波分复用器的长波复用端之间。

5.如权利要求1所述的多波长脉冲光纤激光器，其特征在于，所述掺铥光纤的长度为3m。

6.如权利要求1所述的多波长脉冲光纤激光器，其特征在于，所述单模光纤的长度为50m。

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