CN100428041C - 环型结构光纤激光器多波长稳定输出的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于光纤拉曼放大器掺铒光纤放大器混合增益的环型结构光纤激光器多波长稳定输出的方法以及设备。本发明包括通过光纤串联成环形回路的光环形器、光耦合器、光纤拉曼放大器和掺铒光纤放大器。光环形器的第二端口与Sagnac环形滤波器连接。Sagnac环形滤波器包括通过光纤串联在高双折射率光纤两端的两个偏振控制器，两个偏振控制器的另一端分别和3dB光耦合器的同向端口连接。本发明的光纤拉曼放大器和掺铒光纤放大器的混合使用抑制了掺铒光纤放大器的波长竞争特性，实现了光纤激光器多波长的稳定输出。

Description

环型结构光纤激光器多波长稳定输出的方法和设备
技术领域
本发明属于光纤激光器领域，特别涉及了一种基于光纤拉曼放大器掺铒光纤放大器混合增益的环型结构光纤激光器多波长稳定输出的方法以及设备。
背景技术
随着光通信技术及光纤传感技术的发展，多波长光纤激光器日益成为人们关注的热点。多波长光纤激光器具有多波长输出、成本低、光纤兼容等优点，在光通信系统、传感系统、工业加工、监测等领域有重要的应用。
作为目前最为常用的掺铒光纤激光器在实现多波长工作时面临一个困难，即常温下的掺铒光纤具有很大的均匀增益线宽(多个波长之间存在强烈的增益竞争而导致输出功率不稳定)。已经有一些技术被用来解决掺铒光纤激光器不同波长之间增益竞争的问题。比如采用液氮将掺铒光纤冷却到液氮温度(77K)，在这样的低温环境下，掺铒光纤的均匀展宽能够被有效的抑制从而实现光纤激光器多波长工作。又比如采用频移反馈技术或是采用特种光纤(如高非线性光子晶体光纤)。少数的几种实现常温下掺铒光纤激光器的多波长工作的方法存在激光器系统系统复杂成本高或是需要特殊光纤等缺点。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于光纤拉曼放大器掺铒光纤放大器混合增益的环型结构光纤激光器多波长稳定输出的方法，同时提供实现该方法的设备。
本发明的方法包括以下步骤：
(1)根据所需要获取的多波长光纤激光器的输出波长范围，选用对应增益范围的光纤拉曼放大器和掺铒光纤放大器；
(2)根据所需要获取的多波长光纤激光器的输出波长间隔，选用高双折射率光纤组成Sagnac环形滤波器，波长间隔Δλ和中心波长λ、高双折射率光纤双折射率Δn及长度L存在如下关系：
Δλ＝λ2/(Δn·L)    (1)
(3)选择工作波长范围覆盖需要获取的多波长光纤激光器的输出波长范围的光环形器和光耦合器，光耦合器输出功率分比范围为1∶1～1∶88；
(4)将步骤(1)和(3)选用的光纤拉曼放大器、掺铒光纤放大器、光环形器和光耦合器通过光纤串联成环形回路，光环形器的第二端口与步骤(2)选用的Sagnac环形滤波器连接；
串联成环形回路是将光纤拉曼放大器连接掺铒光纤放大器的一端，掺铒光纤放大器的另一端连接光环形器的第三端口，光环形器的第一端口连接光耦合器，器光耦合器的另一端连接光纤拉曼放大器；也可以是将掺铒光纤放大器连接光纤拉曼放大器的一端，光纤拉曼放大器的另一端连接光环形器的第三端口，光环形器的第一端口连接光耦合器，器光耦合器的另一端连接掺铒光纤放大器；
(5)开启掺铒光纤放大器、光纤拉曼放大器，调节Sagnac环形滤波器中的两个偏振控制器，激光器实现多波长输出。
实现本发明方法的环型结构光纤激光器包括通过光纤串联成环形回路的光环形器、光耦合器、光纤拉曼放大器和掺铒光纤放大器，其中光耦合器小分比的一端作为激光输出端口。光环形器的第二端口与Sagnac环形滤波器连接；Sagnac环形滤波器包括通过光纤串联在高双折射率光纤两端的两个偏振控制器，两个偏振控制器的另一端分别和3dB光耦合器的同向端口连接。
所述的串联成环形回路是将光纤拉曼放大器连接掺铒光纤放大器的一端，掺铒光纤放大器的另一端连接光环形器的第三端口，光环形器的第一端口连接光耦合器，器光耦合器的另一端连接光纤拉曼放大器。
所述的串联成环形回路是将掺铒光纤放大器连接光纤拉曼放大器的一端，光纤拉曼放大器的另一端连接光环形器的第三端口，光环形器的第一端口连接光耦合器，器光耦合器的另一端连接掺铒光纤放大器。
所述的光环形器中如光信号由第一端口进入，则由第二端口输出；如光信号由第二端口进入，则由第三端口输出。
本发明主要适用于在光通信、光传感。本发明采用了光纤拉曼放大器和掺铒光纤放大器的混合增益，由于在常温下光纤拉曼放大器是基于非均匀展宽的介质实现光放大的功能，光纤拉曼放大器和掺铒光纤放大器的混合使用抑制了掺铒光纤放大器的波长竞争特性，从而实现了光纤激光器多波长的稳定输出。
附图说明
图1为本发明的一个结构示意图；
图2为本发明的另一结构示意图；
图3为本发明一实施例的激光输出频谱图。
具体实施方式
选用增益范围为1560nm至1570nm的光纤拉曼放大器1和掺铒光纤放大器2；选用工作范围为1530nm至1580nm的光环形器3和光耦合器9，光耦合器小分比(2％)的一端作为激光输出端口。Sagnac环形滤波器8包括通过光纤串联在高双折射率光纤6两端的一个偏振控制器5和另一个偏振控制器7，两个偏振控制器的另一端分别和3dB光耦合器4的同向端口连接。高双折射率光纤6长度为15.2m，双折射率为0.00032。根据公式(1)，输出波长间隔为0.5nm。
如图1所示，采用第一种结构，光纤拉曼放大器1连接掺铒光纤放大器2的一端，掺铒光纤放大器2的另一端连接光环形器3的第三端口，光环形器3的第二端口连接Sagnac环形滤波器8，光环形器3的第一端口连接光耦合器9，器光耦合器的另一端连接光纤拉曼放大器1。
如图2所示，采用第二种结构，掺铒光纤放大器2连接光纤拉曼放大器1的一端，光纤拉曼放大器1的另一端连接光环形器3的第三端口，光环形器3的第二端口连接Sagnac环形滤波器8，光环形器3的第一端口连接光耦合器9，器光耦合器9的另一端连接掺铒光纤放大器2。
开启光纤拉曼放大器1和掺铒光纤放大器2，调节Sagnac环形滤波器8中的一个偏振控制器5和另一个偏振控制器7，我们得到8个波长稳定输出的多波长光纤激光器的输出谱如图3(a)所示，多波长光纤激光器的输出稳定，如图3(b)所示在15分钟的连续扫描中激光器输出抖动小于0.2dB，实现了光纤激光器多波长的稳定输出。

Claims (2)

1、环型结构光纤激光器多波长稳定输出的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)根据所需要获取的多波长光纤激光器的输出波长范围，选用对应增益范围的光纤拉曼放大器和掺铒光纤放大器；
(2)根据所需要获取的多波长光纤激光器的输出波长间隔，选用高双折射率光纤组成Sagnac环形滤波器，波长间隔Δλ和中心波长λ、高双折射率光纤双折射率Δn及长度L存在如下关系：
Δλ＝λ2/(Δn·L)
(3)选择工作波长范围覆盖需要获取的多波长光纤激光器的输出波长范围的光环形器和光耦合器，光耦合器输出功率分比范围为1∶1～1∶99；
(4)将步骤(1)和(3)选用的光纤拉曼放大器、掺铒光纤放大器、光环形器和光耦合器通过光纤串联成环形回路，光环形器的第二端口与步骤(2)选用的Sagnac环形滤波器连接；
所述的串联成环形回路是将光纤拉曼放大器连接掺铒光纤放大器的一端，掺铒光纤放大器的另一端连接光环形器的第三端口，光环形器的第一端口连接光耦合器，且光耦合器的另一端连接光纤拉曼放大器；或将掺铒光纤放大器连接光纤拉曼放大器的一端，光纤拉曼放大器的另一端连接光环形器的第三端口，光环形器的第一端口连接光耦合器，且光耦合器的另一端连接掺铒光纤放大器；
(5)开启掺铒光纤放大器、光纤拉曼放大器，调节Sagnac环形滤波器中的两个偏振控制器，激光器实现多波长输出。
2、采用权利要求1方法所使用的环型结构光纤激光器，其特征在于该环型结构光纤激光器包括通过光纤串联成环形回路的光环形器、光耦合器、光纤拉曼放大器和掺铒光纤放大器，其中光耦合器小分比的一端作为激光输出端口；
所述的串联成环形回路是将光纤拉曼放大器连接掺铒光纤放大器的一端，掺铒光纤放大器的另一端连接光环形器的第三端口，光环形器的第一端口连接光耦合器，且光耦合器的另一端连接光纤拉曼放大器；或将掺铒光纤放大器连接光纤拉曼放大器的一端，光纤拉曼放大器的另一端连接光环形器的第三端口，光环形器的第一端口连接光耦合器，且光耦合器的另一端连接掺铒光纤放大器；
所述的光环形器中如光信号由第一端口进入，则由第二端口输出，如光信号由第二端口进入，则由第三端口输出；光环形器的第二端口与Sagnac环形滤波器连接，所述的Sagnac环形滤波器包括通过光纤串联在高双折射率光纤两端的两个偏振控制器，两个偏振控制器的另一端分别和3dB光耦合器的同向端口连接。
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