CN100499296C - 共保偏光纤光栅可调谐单偏振双波长光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共保偏光纤光栅可调谐单偏振双波长光纤激光器，该激光器Y分器或耦合器的一字臂接入保偏光纤光栅(11)，Y分器或耦合器的分叉臂接入有源光纤(21)和(22)，并在有源光纤(21)和(22)两外端接入宽带光纤光栅(12)和(13)，与保偏光栅(11)分别构成两个独立谐振腔；利用耦合器把泵浦光(31)和(32)耦合进有源光纤(21)和(22)，分别产生单偏振激光，利用调节器(51)采用温度或/和应力调节，实现输出双波长激光的波长间隔调谐。

Description

共保偏光纤光栅可调谐单偏振双波长光纤激光器

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅激光器，适用于光纤通信、微波光子、光纤传感等。

背景技术

普通光纤的双折射小，在普通光纤上制作光纤光栅的只有一个反射峰，这一个反射峰内包含两个偏振态。由于保偏光纤双折射大，快慢轴的有效折射率不同，有2个独立的偏振态，在保偏光纤上制作的光纤光栅有2个反射峰，这2个反射峰对应着独立的2个偏振态<宁提纲等“利用光栅研究保偏光纤温度特性”中国激光33(8)2006p.1078～1080”>，这两个反射峰都是单偏振态的。

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；另外两个偏振态随机出现，造成输出波长不稳定，输出波长线宽宽，这样的激光输出在很多情况下都无法应用。目前偏振光纤激光器是在实验室实现的，利用了保偏光纤、保偏耦合器以及偏振控制等复杂的控制方式，波长间隔不可以调节，成本高昂，实用化难度大。本发明不需要复杂的偏振控制控制，采用简单低成本的普通有源光纤、普通耦合器就可以实现单偏振双波长，并且采用简单方法就可以实现波长间隔调谐。

发明内容

本发明的目的就是提供共保偏光纤光栅可调谐单偏振双波长光纤激光器，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单偏振双波长光纤光栅激光器，且波长间隔可以调谐。

本发明的技术方案：

共保偏光纤光栅可调谐单偏振双波长光纤激光器，构成该激光器的各部分之间的连接为：

1)选择一个Y分器或任意分光比的者耦合器，在Y分器或者耦合器的一字臂上接入保偏光纤光栅，在保偏光纤光栅上加上调节保偏光纤光栅波长间隔的调节器；

2)把有第一和第二源光纤源光纤分别连接到Y分器或者耦合器的分叉臂上；

3)在第一和第二有源光纤的另外两端分别接入第一和第二宽带光纤光栅，第一和第二宽带光纤光栅的反射谱互相隔开，或有较弱的重叠部分；

4)在第一和第二宽带光纤光栅的后面，分别利用耦合器把第一或/和第二泵浦光耦合进有源光纤中；

5)两个宽带光纤光栅反射峰分别对准保偏光纤光栅的一个偏振态的反射峰，即保偏光纤光栅的两个反射峰分别与第一和第二宽带光纤光栅形成不同波长的激光谐振腔，产生激光，在Y分器或者耦合器的一字端输出单偏振双波长激光。

第一和第二宽带光纤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。

第一和第二宽带光纤光栅分别只对准保偏光纤光栅的一个反射峰。

三个光纤光栅11、12、13构成两个独立的激光腔，其中保偏光纤光栅两个腔共用。

第一和第二有源光纤或选用保偏有源光纤。第一和第二有源光纤可选用掺铒、或掺镱、或掺钬、或镱铒共掺、或掺钍、或掺镨、或掺钕光纤。

调节保偏光纤光栅11的两个反射峰的波长间隔，对应光纤激光器产生的双波长间隔变化相同的值。实现共保偏光纤光栅单偏振双波长激光输出的波长间隔调谐。

本发明采用比保偏有源光纤价格低得多的普通有源光纤作为增益介质，使用普通的Y分器耦合器或者耦合器，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分器或者耦合器的两个分叉的有源光纤中时，宽带光纤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；如果需要更加提高激光质量，也可以添加偏振控制装置和隔离器。由于光纤激光器谐振腔的一端采用了宽带光纤光栅，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，或者需要在低温下如液氮来消除模式竞争，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，只需要一个保偏光纤光栅，保证每个腔谐振在一个偏振态上。每个偏振态的激光谐振腔是独立的，能消除常规的有源保偏光纤产生双波长的模式竞争的问题，不会出现随机模式耦合，引起波长或者偏振态的随机变化，不需要偏振控制，为了得到更好的激光质量，本发明也可以采用偏振控制来控制偏振态。由于光纤激光器谐振腔的一端采用了宽带的光栅，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，比通常的双波长激光器更容易实现，输出更稳定的单偏振态，具有更高的性价比。调节保偏光纤光栅的反射峰波长间隔，就可以调整输出的双波长激光的波长间隔，且保偏光纤光栅的反射峰波长间隔的变化，与所输出的双波长激光的波长间隔变化是一致的，即保偏光纤光栅的反射峰波长间隔的变化等于所输出的双波长激光的波长间隔变化，这就降低了调谐的难度。本发明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的影响。本发明也可以采用已有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、偏振检测的方式实现，但是可以降低对器件本身的要求，并且用简单方法实现了波长间隔调谐。本发明还具有受环境影响小、结构紧凑、易于实施等特点。

附图说明

图1为共保偏光纤光栅可调谐单偏振双波长光纤激光器示意图。

图2为共保偏光纤光栅可调谐单偏振双波长光纤激光器采用的光纤光栅示意图。

具体实施方式

下面结合附图1和图2及实施例对本发明共保偏光纤光栅可调谐单偏振双波长光纤激光器作进一步描述。

实施例1：

共保偏光纤光栅可调谐单构成该激光器的各部分之间的连接为：

1)选择一个任意分光比的Y分器，在Y分器一字臂41上接入保偏光纤光栅11，在保偏光纤光栅上加上调节保偏光纤光栅波长间隔的调节器61；

2)选择掺铒的第一有源光纤21和掺铒的第二有源光纤22，把这两个有源光纤分别连接到Y分器的分叉臂上。

3)在第一和第二有源光纤21和22的另外两端分别接入第一和第二宽带光纤光栅12和13，第一和第二宽带光纤光栅12和13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。

4)在两个宽带光纤光栅12和13的后面，分别利用耦合器把第一和第二泵浦光31和32耦合进有源光纤中。

5)保偏光纤光栅11的两个反射峰分别与第一和第二宽带光纤光栅12和13形成不同波长的激光谐振腔，产生激光，在Y分器的一字端输出单偏振双波长激光。

6)利用调节器61，采用加热或/和施加应力的方法，调节保偏光纤光栅的反射峰波长间隔，使激光腔谐振的波长发生变化，双波长激光的波长间隔发生变化。双波长激光间隔变化值等于保偏光纤光栅反射峰波长变化值。波长间隔可调谐范围为0.1nm到30nm。

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，以点画线区分，131为一个第一宽带光纤光栅13的反射峰，以虚线区分。保偏光纤光栅的反射峰111与宽带光纤光栅的反射峰121、第一有源光纤21构成一个谐振腔，保偏光纤光栅的另外一个反射峰112与宽带光纤光栅的反射峰131、第二有源光纤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。

实施例2：

共保偏光纤光栅可调谐单构成该激光器的各部分之间的连接为：

1)选择一个任意分光比的耦合器，在耦合器的一字臂41上接入保偏光纤光栅11，在保偏光纤光栅上加上调节保偏光纤光栅波长间隔的调节器61；

2)选择掺镱的保偏有源光纤21和22，把保偏有源光纤21和22连接到耦合器的分叉臂上。

3)在第一和第二保偏有源光纤21和22的另外两端分别接入第一和第二宽带光纤光栅12和13，宽带光纤光栅12和13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。

4)在两个宽带光纤光栅12和13的后面，分别利用耦合器把泵浦光31或/和32耦合进保偏有源光纤中。

5)保偏光纤光栅11的两个反射峰分别与第一和第二宽带光纤光栅12和13形成不同波长的激光谐振腔，产生激光，在耦合器的一字端输出单偏振双波长激光。

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，以点画线区分，131为一个宽带光纤光栅13的反射峰，以虚线区分。保偏光纤光栅的反射峰111与宽带光纤光栅的反射峰121、第一保偏有源光纤21构成一个谐振腔，保偏光纤光栅的另外一个反射峰112与宽带光纤光栅的反射峰131、第二保偏有源光纤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。

有源光纤或保偏有源光纤的最小长度为1cm，最大长度为L。L由泵浦光功率、吸收系数、激光腔中Y分器或者耦合器的损耗等决定。即长度L就是在给定的第一泵浦光31或/和第一泵浦光32作用下，第一保偏有源光纤21、第一宽带光纤光栅12、Y分器或者耦合器以及保偏光纤光栅11构成的腔，刚好能激励产生激光时有源光纤或保偏有源光纤的长度为L1；给定的第一泵浦光31或/和第一泵浦光32作用下，第二有源光纤22、第二宽带光纤光栅13、Y分器或者耦合器以及保偏光纤光栅11构成的腔，刚好能激励产生激光时有源光纤或保偏有源光纤的长度为L2；L1和L2就是各个腔的最大有源光纤或保偏有源光纤的长度L。

本发明提出一种有效的、可靠的保偏光纤光栅可调谐单偏振双波长光纤激光器，但系统的部件都是常用的部件。

Claims (5)

1.共保偏光纤光栅可调谐单偏振双波长光纤激光器，其特征在于，构成该激光器的各部分之间的连接为：

1)在Y分器或者耦合器的一字臂(41)上接入保偏光纤光栅(11)，在保偏光纤光栅上加上调节保偏光纤光栅波长间隔的调节器(61)；

2)把第一有源光纤(21)和第二有源光纤(22)分别连接到Y分器或者耦合器的一个分叉臂(42)和另一个分叉臂(43)上；

3)在第一有源光纤(21)和第二有源光纤(22)的另外两端分别接入第一宽带光纤光栅(12)和第二宽带光纤光栅(13)，第一宽带光纤光栅(12)和第二宽带光纤光栅(13)的反射谱互相隔开，或有较弱的重叠部分；

4)在第一宽带光纤光栅(12)和第二宽带光纤光栅(13)的后面，分别利用泵浦耦合器把第一泵浦光(31)和第二泵浦光(32)耦合进有源光纤中；

5)保偏光纤光栅(11)的两个反射峰分别与第一宽带光纤光栅(12)和第二宽带光纤光栅(13)形成不同波长的激光谐振腔，产生激光，在保偏光纤光栅的另一端(51)输出单偏振双波长激光。

2.根据权利要求1所述的共保偏光纤光栅可调谐单偏振双波长光纤激光器，其特征在于：第一宽带光纤光栅(12)和第二宽带光纤光栅(13)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.根据权利要求1所述的共保偏光纤光栅可调谐单偏振双波长光纤激光器，其特征在于：第一宽带光纤光栅(12)和第二宽带光纤光栅(13)分别只对准保偏光纤光栅的一个反射峰。

4.根据权利要求1所述的共保偏光纤光栅可调谐单偏振双波长光纤激光器，其特征在于：保偏光纤光栅(11)、第一宽带光纤光栅(12)、第二宽带光纤光栅(13)构成两个独立的激光腔，其中保偏光纤光栅两个腔共用。

5.根据权利要求1所述的共保偏光纤光栅可调谐单偏振双波长光纤激光器，其特征在于：第一有源光纤(21)和第二有源光纤(22)采用保偏有源光纤；保偏有源光纤选用掺铒、或掺镱、或掺钬、或镱铒共掺、或掺钍、或掺镨、或掺钕光纤。

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