CN100384036C - 光纤偏振超荧光光源 - Google Patents

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Abstract

一种光纤偏振超荧光光源，包括：在同一光轴上依次设有第一宽带反射镜、第一掺杂光纤、第一双色片、光学隔离器、第一偏振分束器、法拉第旋光器、第二偏振分束器、第二双色片、第二掺杂光纤、1/4波片、第二宽带反射镜，所述的第一双色片和第二双色片与所述的光轴的夹角为45°，在所述的第一双色片与所述的光轴的交点并垂直于所述的光轴方向设有第一泵浦光源，在所述的第二双色片与所述的光轴的交点并垂直于所述的光轴方向设有第二泵浦光源，所述的第二偏振分束器与所述光轴的交点并垂直于所述光轴方向设有第三宽带反射镜，所述的第一偏振分束器与所述光轴的交点并垂直于所述光轴的方向为偏振荧光的输出方向。

Description

光纤偏振超荧光光源
技术领域
本发明属于光纤光源，，特别是一种光纤偏振超荧光光源。
背景技术
超荧光是介于激光和荧光之间的一种过渡状态，是放大的自发辐射(amplified spontaneous emission)。掺杂光纤超荧光光源(superfluorescent fiber source)由于具有宽带宽、输出功率高和平均波长的高稳定性等优越的性能，在光纤陀螺、光纤传感、光谱测试等很多领域得到了广泛的应用，目前商用的宽带光源多为超发光二极管(以下简称为SLD)，但SLD的寿命短、波长稳定性差、输出功率低，与单模光纤的耦合也受到限制，所以掺杂光纤超荧光光源作为SLD的替代产品具有很大的潜力。
为了获得不同波段的超荧光，可以选用不同的掺杂光纤：如掺Er3+、Nd3+、Yb3+光纤等等。掺铒超荧光光源可以获得C波段(1520nm-1560nm)的超荧光，甚至可以通过一些方法获得C+L宽带宽80nm的超荧光。
通常，光纤超荧光光源的基本结构可以分为：单程前向(SPF)，单程后向(SPB)，双程前向(DPF)，双程后向(DPB)超荧光光源。单程结构仅仅只利用了一个方向的放大的自发辐射，而双程结构却通过在超荧光输出反方向的一端加反射镜，利用了两个方向的超荧光。如果超荧光的输出与泵浦光的泵浦方向一致，称之为前向超荧光，而与泵浦光方向相反的超荧光则称为反向超荧光。单程结构的超荧光光源的主要优点是不容易引起激光振荡，单程前向的缺点是输出能量太小，这是因为在光纤的输出端泵浦光比较弱，特别是光纤较长时，光纤输出端的泵浦光差不多消耗尽了，所以一般不采用这种结构。单程后向结构的相对于单程前向结构来说输出功率较大。与单程相比较，双程超荧光光源的转化效率明显提高，可以获得更大的输出功率，提供更好的平均波长稳定性，但是容易引起激光振荡。一般来说，在超荧光光源的输出端需要加光隔离器来消除反馈信号引起的光源的不稳定性。
图1为双程后向掺铒超荧光光源的示意图。泵浦光源01波长为980纳米，两个波分复用器(WDM)03，05用来分开泵浦光和超荧光，光纤反射镜06在所需要的波长范围内具有90％以上的反射率。超荧光经过光纤反射镜06反射后重新耦合到掺铒光纤4中实现双程后向超荧光输出，为了减少光反馈，在输出端加一个隔离器2(L.A.Wang and C.D.Chen.Stable and broadbandEr-doped superfluorescent fibre sources using double-pass backwardconfiguration.Electronics Letters.1996.Vol.32：1815-1817)。文献(Sheng-Ping Chen，Yi-Gang Li，Jian-Piing Zhu，elt.Watt-level L bandsuperfluorescent fiber source.Optics Express，2005.vol.13：153-11536)通过一个双程放大器对超荧光进行放大来来进一步提高超荧光光源的输出功率。在输入的超荧光功率为2.8毫瓦，976纳米的泵浦光功率为4.4瓦时，可以得到0.94瓦的L波段的超荧光光源。但是获得的超荧光不是偏振的。
事实上，在某些领域的应用中需要单一的偏振超荧光。由于通常的超荧光光源输出的都是非偏振光，这样的话，通过一个偏振片会有50％的能量损失掉。所以研制高输出功率的偏振超荧光光源具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种光纤偏振超荧光光源，以获取高功率偏振的超荧光输出。
本发明的技术解决方案如下：
一种光纤偏振超荧光光源，其构成包括：在同一光轴上依次设有第一宽带反射镜、第一掺杂光纤、第一双色片、光学隔离器、第一偏振分束器、法拉第旋光器、第二偏振分束器、第二双色片、第二掺杂光纤、1/4波片、第二宽带反射镜，所述的第一双色片和第二双色片与所述的光轴的夹角为45°，所述的第一宽带反射镜和第二宽带反射镜的反射面相对，在所述的第一双色片与所述的光轴的交点并垂直于所述的光轴方向设有第一泵浦光源，在所述的第二双色片与所述的光轴的交点并垂直于所述的光轴方向设有第二泵浦光源，所述的第二偏振分束器与所述光轴的交点并垂直于所述光轴方向设有第三宽带反射镜，所述的第一偏振分束器与所述光轴的交点并垂直于所述光轴的方向为偏振荧光的输出方向。
所述的1/4波片(13)为宽带消色差1/4波片。
从第一掺杂光纤后端发出的超荧光光束经过第一双色片(对超荧光光源高透，泵浦光高反)、隔离器、第一偏振分束器，法拉第旋光器(45度)，第二偏振分束器和第二双色片到达第二掺杂光纤，它作为种子信号光在光纤中被放大。经1/4波片被第二宽带反射镜反射后，光束再经过所述的1/4波片(45度)，这时它的偏振方向旋转90度.然后经过第二偏振分束器反射到第三宽带反射镜镜，反射的偏振光可以沿着第二偏振分束器、第二双色片、第二掺杂光纤、1/4波片、第二宽带反射镜、1/4波片、第二掺杂光纤、第二双色片，到达第二偏振分束器时，光束的偏振方向与入射到第二偏振分束器的偏振方向相同。经过4次放大后，光束经过法拉第旋光器，其偏振方向旋转45度，最后经第一偏振分束器反射输出高功率的偏振超荧光。超荧光在掺镱光纤中4次放大，较大的提高了泵浦光的转化效率。
本发明的特点：
把双程后向的偏振超荧光作为种子源，让它在一段掺杂光纤中得到4程放大，与原来的单程或者双程放大相比泵浦光的转化效率得到了很大的提高，从而可以用同样长度的光纤得到一种比以前输出功率更加高的偏振超荧光光源。本发明适用于获取各种掺杂光纤的高功率偏振的超荧光输出。
附图说明
图1是现有的双程后向超荧光光源结构的示意图。
其中：01为波长为980纳米的泵浦源；02为法拉第隔离器；03，05为波分复用器；04为掺铒光纤；06为宽带反射镜
图2是本发明光纤偏振超荧光光源的结构示意图
图中：1-第一宽带反射镜；2-第一掺杂光纤；3-第一泵浦光源；4-第一双色片；5-隔离器；6-第一偏振分束器；7-法拉第旋光器；8-第二偏振分束器；9-第三宽带反射镜；10-第二双色片；12-第二掺杂光纤；11-第二泵浦光源；13-1/4波片；14-第二宽带反射镜。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图2，图2是本发明光纤偏振超荧光光源的结构示意图，也是本发明实施例的结构示意图，由图可见，本发明光纤偏振超荧光光源，构成包括：在同一光轴上依次设有第一宽带反射镜1、第一掺杂光纤2、第一双色片4、光学隔离器5、第一偏振分束器6、法拉第旋光器7、第二偏振分束器8、第二双色片10、第二掺杂光纤12、1/4波片13、第二宽带反射镜14，所述的第一双色片4和第二双色片10与所述的光轴的夹角为45°，所述的第一宽带反射镜1和第二宽带反射镜14的反射面相对，在所述的第一双色片4与所述的光轴的交点并垂直于所述的光轴方向设有第一泵浦光源3，在所述的第二双色片10与所述的光轴的交点并垂直于所述的光轴方向设有第二泵浦光源11，所述的第二偏振分束器8与所述光轴的交点并垂直于所述光轴方向设有第三宽带反射镜9，所述的第一偏振分束器6与所述光轴的交点并垂直于所述光轴的方向为偏振荧光的输出方向。所述的1/4波片13为宽带消色差1/4波片。
在具体实施中，首先选择适合的泵浦光源和两段掺杂光纤的长度。第一双色片4和第二双色片10与水平方向光轴成45度角。第一偏振分束器6和第二偏振分束器8，所述的隔离器5的隔离度尽量高以免反馈回来的超荧光进入第一掺杂光纤2引起扰动，最终影响输出超荧光的稳定性。第二掺杂光纤12的端面最好以70-150的角度进行角度抛光，以避免菲涅耳(Fresnel)反射引起的激光振荡。
其工作过程如下：
从第一掺杂光纤2后端发出的超荧光光束经过第一双色片4(对超荧光光源高透，泵浦光高反)、隔离器5、第一偏振分束器6、法拉第旋光器7、第二偏振分束器8和第二双色片10到达第二掺杂光纤12，它作为种子信号光在第二掺杂光纤12中被放大。经1/4波片13被第二宽带反射镜14反射后，光束再经过所述的1/4波片13(45度)，这时它的偏振方向旋转90度.然后经过第二偏振分束器8反射到第三宽带反射镜镜9，反射的偏振光可以沿着8-10-12-13-14-13-12-10，到达第二偏振分束器8时，光束的偏振方向与入射到第二偏振分束器8的偏振方向相同。经过4次放大后，光束经过法拉第旋光器7，其偏振方向旋转45度，最后经第一偏振分束器6反射输出高功率的偏振超荧光。超荧光在掺镱光纤中4次放大，较大的提高了泵浦光的转化效率。
由第一掺杂光纤产生的后向超荧光做为信号源通过隔离器5、第一偏振分束器6和法拉第旋光器5后直接注入第二掺杂光纤12。由于第二掺杂光纤12对输入的偏振超荧光进行了4次放大，所以极大的提高的泵浦光的转化效率，在同样的条件下，用相同长度的光纤可以得到更大功率的偏振的超荧光输出。

Claims (2)

1.一种光纤偏振超荧光光源，特征在于其构成包括：在同一光轴上依次设有第一宽带反射镜(1)、第一掺杂光纤(2)、第一双色片(4)、光学隔离器(5)、第一偏振分束器(6)、法拉第旋光器(7)、第二偏振分束器(8)、第二双色片(10)、第二掺杂光纤(12)、1/4波片(13)、第二宽带反射镜(14)，所述的第一双色片(4)和第二双色片(10)与所述的光轴的夹角为45°，所述的第一宽带反射镜(1)和第二宽带反射镜(14)的反射面相对，在所述的第一双色片(4)与所述的光轴的交点并垂直于所述的光轴方向设有第一泵浦光源(3)，在所述的第二双色片(10)与所述的光轴的交点并垂直于所述的光轴方向设有第二泵浦光源(11)，在所述的第二偏振分束器(8)与所述光轴的交点并垂直于所述光轴方向设有第三宽带反射镜(9)，在所述的第一偏振分束器(6)与所述光轴的交点并垂直于所述光轴的方向为偏振荧光的输出方向。
2.根据权利要求1所述的光纤偏振超荧光光源，其特征在于所述的1/4波片(13)为宽带消色差1/4波片。
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