CN100468890C - 单偏振双波长光纤光栅激光器的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单偏振双波长光纤光栅激光器的实现方法，即采用比保偏有源光纤低得多的普通有源光纤作为增益介质，使用普通的Y分器耦合器，只需要一个保偏光纤光栅，就能保证每个腔谐振在一个偏振态上。使用本发明实现的激光器不会出现偏振态随机变化及只有某一个波长输出或随机两个波长输出的题，不需要偏振控制。与通常的双波长激光器相比，本发明更容易实现稳定的单偏振态输出，使有源光纤长度等特性的不一致不会引起单偏振双波长激光器的实质性影响。本发明受环境影响小，可靠性高，成本低，结构紧凑，实用性强，具有更高的性价比。

Description

单偏振双波长光纤光栅激光器的实现方法

技术领域：

本发明涉及光纤通信、微波光子、光纤传感和光纤激光器技术领域，具体地讲是一种单偏振双波长光纤光栅激光器的实现方法。

背景技术

光纤光栅激光器是光纤通信系统中一种很有前途的光源，它的优点主要体现在：(1)半导体激光器的波长较难符合ITU-T建议的WDM波长标准，且成本很高，而稀土掺杂光纤光栅激光器利用光纤光栅等能非常准确地确定波长，且成本很低。(2)用作增益的稀土掺杂光纤制作工艺比较成熟，稀土离子掺杂过程简单，光纤损耗小。(3)采用灵巧紧凑效率高的泵浦成为可能。(4)光纤光栅激光器具有波导式光纤结构，可以在光纤芯层产生较高的功率密度。光纤结构具有较高的面积-体积比，因而散热效果较好。与标准通信光纤的兼容性好，可以采用光纤光栅、耦合器等多种光纤元件，减小对块状光学元件的需求和光路机械调整的麻烦，极大地简化光纤光栅激光器的设计及制作。(5)宽带是光纤通信的主要发展趋势之一，而光纤光栅激光器可以通过掺杂不同的稀土离子，在380～3900nm的宽带范围内实现激光输出，波长选择容易且可调谐。(6)高频调制下的频率啁啾效应小、抗电磁干扰，温度膨胀系数较半导体激光器小等。

而普通的非保偏光纤，由于制造工艺造成纤芯截面有一定的椭圆度，或是由于光纤组分材料的热膨胀系数不均匀性，造成光纤截面上各向异性的应力或外加应力，导致光纤折射率的各向异性。总之，当光纤截面的对称性遭到破坏，由双折射形成的两个不同传输常数的正交偏振模之间会产生相互耦合，由于两个偏振模的传输常数相差很小，因而模式耦合很强。光纤结构本身存在的双折射和外界对光纤的作用都是随机的，因而偏振模之间的耦合也是随机的。因此一般情况下，光纤激光器输出的激光为偏振混乱的，无法达到半导体激光器输出激光的偏振度，这样的激光输出在很多情况下都无法实用。目前有些偏振光纤激光器是在实验室里实现的，利用保偏光纤、保偏耦合器以及偏振控制等复杂的控制方式，成本高昂，实用化难度大。

发明内容

本发明的目的就是提供一种单偏振双波长光纤光栅激光器的实现方法，它能克服已有的单偏振双波长光纤光栅激光器的不足，实现不需要偏振控制的激光器。

本发明单偏振双波长光纤光栅激光器的实现方法包括以下步骤：

1)选择一个Y分器，在Y分器的一字端连接一个保偏光纤光栅。

2)在Y分器的两个分叉端分别连接一个有源光纤，在两个有源光纤的另一端分别接入一个宽带光栅，两个宽带光栅的反射谱互相隔开，没有重叠部分，或有较弱的重叠部分，即重叠部分对应的反射率比保偏光纤光栅的反射率至少低1dB。

3)在两个宽带光栅后面，分别利用耦合器把泵浦光耦合进有源光纤中。

4)两个宽带光栅反射峰分别对准保偏光纤光栅的一个反射峰，每个宽带光栅只与保偏光纤光栅的一个偏振态的反射峰构成谐振腔。

本发明采用比保偏有源光纤低得多的普通有源光纤作为增益介质，使用普通的Y分器耦合器，只需要一个保偏光纤光栅，就能保证每个腔谐振在一个偏振态上。当泵浦光耦合进入Y分器的两个分叉的有源光纤中时，宽带光栅与保偏光纤光栅的一个偏振态的反射峰谐振，产生单偏振态的激光。每个偏振态的激光谐振的腔是独立的，每个分叉端产生的激光不会互相耦合，不会形成偏振态随机变化及只有某一个波长输出或随机两个波长输出的问题，不需要偏振控制。由于光纤激光器谐振腔的一端采用了宽带光栅，使之与窄带保偏光纤的反射峰对准谐振更容易，降低了对光栅的要求。

本发明的有益效果具体如下：

已有的双波长光纤激光器需要的有源光纤为保偏的，耦合器也要保偏的，并且要加入偏振控制、偏振检测来保证双波长单偏振光纤激光的输出，或者需要在低温下来消除模式竞争，产生双波长，可靠性低，成本高，控制复杂，难以实用。

而与通常的双波长激光器相比，本发明更容易实现稳定的单偏振态输出，它降低了对有源光纤的一致性要求，使有源光纤长度等特性的不一致不会引起单偏振双波长激光器的实质性影响。本发明受环境影响小，结构紧凑，具有更高的性价比。

附图说明

图1为单偏振双波长光纤光栅激光器实现方法原理示意图。

图2为单偏振双波长光纤光栅激光器实现方法采用的光纤光栅示意图。

具体实施方式

下面结合附图1和2及实施例对本发明作进一步描述。

实施例1：

单偏振双波长光纤光栅激光器实现方法1包括以下步骤：

1)选择一个50：50的Y分器，在Y分器的一字端(51)接入一个2cm长的保偏光纤光栅(11)。

2)在Y分器的一个分叉端(52)接入1m长的有源光纤(21)，在有源光纤(21)的另一端接入一个宽带的光栅(12)。在Y分器的另一个分叉端(53)接入1m长的有源光纤(22)，在有源光纤(22)的另一端接入一个宽带的光栅(13)。两个宽带光栅的反射谱互相隔开，没有重叠部分，或有较弱的重叠部分，即重叠部分对应的反射率比保偏光纤光栅的反射率至少低1dB。

3)在光栅(12)后面利用耦合器把泵浦光(31)耦合进有源光纤(21)中。在光栅(13)后面利用耦合器把泵浦光(32)耦合进有源光纤(22)中。

步骤2)和步骤3)构成两个谐振腔，在泵浦光的作用下，分别产生单偏振的激光，产生的激光通过光纤端(41)输出单偏振的双波长激光，输出的单偏振双波长激光可经进一步处理用于微波光子应用中。

实施例2：

单偏振双波长光纤光栅激光器实现方法2包括以下步骤：

1)选择一个50：50的Y分器，在Y分器的一字端(51)接入一个2cm长的保偏光纤光栅(11)。

2)在Y分器的一个分叉端(52)接入1m长的有源光纤(21)，在有源光纤(21)的另外一端接入一个宽带的光栅(12)。在Y分器的一个分叉端(53)接入1m长的有源光纤(22)，在有源光纤(22)另外一端接入一个宽带的光栅(13)。两个宽带光栅的反射谱互相隔开，没有重叠部分，或有较弱的重叠部分，即重叠部分对应的反射率比保偏光纤光栅的反射率至少低1dB。

3)在光栅(13)后面利用耦合器把泵浦光(32)耦合进有源光纤(22)中。在光栅(12)后面利用耦合器把泵浦光(31)耦合进有源光纤(21)中。

步骤2)和步骤3)构成两个谐振腔，在泵浦光的作用下，分别产生单偏振的激光，产生的激光通过光纤一端(42)和光纤端(43)输出单偏振的单波长激光，输出的单偏振激光可经进一步处理用于双波长光纤传感和光纤通信中。

图2中111为保偏光纤光栅的一个反射峰，112为保偏光纤光栅的另外一个反射峰。121为一个宽带光纤光栅(12)的反射峰，131为一个宽带光纤光栅(13)的反射峰。保偏光纤光栅的反射峰(111)与宽带光纤光栅(121)、有源光纤(21)构成一个谐振腔。保偏光纤光栅的另外一个反射峰(112)与宽带光纤光栅(131)、有源光纤(22)构成一个谐振腔。这两个腔在泵浦激光的作用下谐振，产生两个单偏振波长的激光。

Claims (1)

1.一种单偏振双波长光纤光栅激光器的实现方法，其特征在于其实现方法包括以下步骤：

1)选择一个Y分器，在Y分器的一字端连接一个保偏光纤光栅；

2)在Y分器的两个分叉端分别连接一个有源光纤，在两个有源光纤的另一端分别接入一个宽带光栅，两个宽带的光栅的反射谱互相隔开，没有重叠部分，或两个宽带的光栅的反射谱的重叠部分对应的反射率比保偏光纤光栅的反射率至少低1dB；

3)在两个宽带光栅后面，分别利用耦合器把泵浦光耦合进有源光纤中；

4)两个宽带光栅反射峰分别对准保偏光纤光栅的一个反射峰，每个宽带光栅只与保偏光纤光栅的一个偏振态的反射峰构成谐振腔。

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