CN100554769C - 一种功率可调的近高斯谱掺铒超荧光光纤光源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率可调的近高斯谱掺铒超荧光光纤光源，波长为980nm的泵浦光源(1)的尾纤与波长为980nm/1550nm的第一波分复用器(2)的A端入纤熔接，波长为980nm/1550nm的第一波分复用器(2)的B端尾纤与A段掺铒光纤(3)的一端熔接，A段掺铒光纤(3)的另一端与波长为980nm/1550nm的第二波分复用器(4)的A端入纤熔接，波长为980nm/1550nm的第二波分复用器(4)的D端尾纤与法拉第旋转镜(5)的尾纤熔接，波长为980nm/1550nm的第一波分复用器(2)的C端尾纤与B段掺铒光纤(6)的一端熔接，B段掺铒光纤(6)的另一端与隔离器(7)的入纤熔接。本发明采用双程后向结构，使得掺铒超荧光光纤光源输出的功率大于3mW，并且是一个能够在平均波长为1560nm附近、功率可调的光纤光源。

Description

一种功率可调的近高斯谱掺铒超荧光光纤光源

技术领域

本发明涉及一种光纤光源，更特别地说，是指一种功率可调的近高斯谱掺铒超荧光光纤光源。

背景技术

非相干宽带光源有很重要的应用，如应用于EDFA测量、光纤光栅研制、光谱测试、光纤传感、信号处理、波分复用网络、光纤通信以及低成本的接入网等。与低相干性超辐射发光二极管相比，基于稀土掺杂铒光纤放大自发辐射(Amplifiedspontaneous emission，ASE)的宽带光源由于具有内在极宽的发射谱、高的输出功率、易与光纤系统耦合和使用寿命长等优点，从而成为制作低相干宽带光源的最佳选择，近年来获得了广泛的研究。

多种结构的掺铒超荧光光纤光源(SFS)已被提出和研究，大致可分为单程前向、单程后向、双程前向、双程后向等类型。在单程结构中，向前或向后的光子都直接从两个光纤端输出。在双程前向结构中，向后传输的光子在到达端面时又被反射回来，从前端输出，光子在光纤中传输时不断地被受激放大；同理，在双程后向结构中，向前传输德光子在到达端面时被反射回来，从后端输出。在这些结构中，单程前向结构的光源在带宽较宽时输出功率很小，因而一般不被采用。单程后向结构由于实现简单并且不容易形成激光而被广泛采用，根据掺铒超荧光光纤光源的工作原理，这种结构光源的输出光谱中包含1530nm和1560nm处的两个峰值。在铒纤长度固定的情况下，1530nm和1560nm两个波长的功率谱密度会随泵浦功率的变化而变化，从而使得输出光谱的形状发生很大改变。双程结构的光源可以得到更高的输出功率、更好的波长稳定性和更大的带宽，但是为了得到宽带平坦输出需要设计复杂的滤波器。另外，跟单程后向结构相似，对于平坦谱光源，当改变泵浦功率时双程结构光源的输出光谱形状也会随之发生改变。

美国专利申请号6,144,788，申请日2000年11月7日，公开了一种高稳定光纤光源。该光纤光源为单程后向结构的掺铒超荧光光纤光源，其泵源的波长是980nm，并采用掺铒光纤作为光源输出光谱的滤波器，滤波器在隔离器之前，该结构参见US006144788A中公开的图5所示。该光纤光源输出的光谱参见US006144788A中公开的图6所示。

发明内容

为了解决掺铒超荧光光纤光源在铒纤长度固定的情况下，1530nm和1560nm两个波长的功率谱密度会随泵浦功率的变化而变化，从而影响输出光谱的形状发生很大改变的缺陷，本发明提供一种平均波长在1550nm、功率可调的近高斯谱掺铒超荧光光纤光源。

本发明的一种功率可调的近高斯谱掺铒超荧光光纤光源的结构为：输出波长为980nm的泵浦光源1的尾纤与输出波长为980nm/1550nm的第一波分复用器2的A端入纤熔接，输出波长为980nm/1550nm的第一波分复用器2的B端尾纤与A段掺铒光纤3的一端熔接，A段掺铒光纤3的另一端与输出波长为980nm/1550nm的第二波分复用器4的A端入纤熔接，输出波长为980nm/1550nm的第二波分复用器4的D端尾纤与法拉第旋转镜5的尾纤熔接，输出波长为980nm/1550nm的第一波分复用器2的C端尾纤与B段掺铒光纤6的一端熔接，B段掺铒光纤6的另一端与隔离器7的入纤熔接。

所述的功率可调的近高斯谱掺铒超荧光光纤光源，其输出波长为980nm的泵浦光源1用于输出980nm的泵浦光11。

所述的功率可调的近高斯谱掺铒超荧光光纤光源，其第一波分复用器2一方面把980nm泵浦光11传输给A段掺铒光纤3；另一方面把A段掺铒光纤3产生的C信号光23传输给B段掺铒光纤6；B段掺铒光纤6作为光源输出光谱的滤波器。

所述的功率可调的近高斯谱掺铒超荧光光纤光源，其特征在于：法拉第旋转镜5用于反射A信号光21，使光源输出光谱的输出功率增强了1.5～2倍。

本发明功率可调的近高斯谱掺铒超荧光光纤光源的优点在于：

(1)本发明采用双程后向结构，使得掺铒超荧光光纤光源输出的功率大于3mW。

(2)本发明用B段掺铒光纤6作为A段掺铒光纤3输出光谱的滤波器，使得掺铒超荧光光纤光源输出的光谱是近高斯形，且光谱的平均波长在1550nm，平均波长的温度稳定性高。

(3)本发明采用法拉第旋转镜5作为反射镜，用于将A段掺铒光纤3的输出光波的两个偏振态的变化相同，使得掺铒超荧光光纤光源输出光波的偏振度几乎接近零。

(4)本发明采用法拉第旋转镜5作为反射镜，输出光波偏振度的温度稳定性高。

(5)本发明采用法拉第旋转镜5作为反射镜，输出光谱的温度稳定性高。

(6)本发明输出光谱的平均波长在一定的泵浦功率范围内基本保持不变。

(7)本发明的输出功率可调，光谱形状基本保持不变。

附图说明

图1是本发明功率可调的近高斯谱掺铒超荧光光纤光源的结构示意图。

图2是本发明输出光谱曲线。

图3A是平均波长与泵源驱动电压的关系图。

图3B是光功率与泵源驱动电压的关系图。

图3C是半最大值全宽与泵源驱动电压的关系图。

图4A是平均波长与环境温度的关系图。

图4B是功率与环境温度的关系图。

图4C是半最大值全宽与环境温度的关系图。

图中：1.波长为980nm的泵浦光源2.波长为980nm/1550nm的第一波分复用器    3.A段掺铒光纤4.波长为980nm/1550nm的第二波分复用器    5.法拉第旋转镜6.B段掺铒光纤    7.隔离器11.980nm泵浦光    12.剩余980nm泵浦光21.A信号光    22.B信号光    23.C信号光    24.D信号光

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明是一种平均波长在1550nm、功率可调的近高斯谱掺铒超荧光光纤光源，参见图1所示，该掺铒超荧光光纤光源的输出波长为980nm的泵浦光源1的尾纤与输出波长为980nm/1550nm的第一波分复用器2的A端入纤熔接，输出波长为980nm/1550nm的第一波分复用器2的B端尾纤与A段掺铒光纤3的一端熔接，A段掺铒光纤3的另一端与输出波长为980nm/1550nm的第二波分复用器4的A端入纤熔接，输出波长为980nm/1550nm的第二波分复用器4的D端尾纤与法拉第旋转镜5的尾纤熔接；输出波长为980nm/1550nm的第一波分复用器2的C端尾纤与B段掺铒光纤6的一端熔接，B段掺铒光纤6的另一端与隔离器7的入纤熔接。

在本发明中，波长为980nm的泵浦光源1用于输出980nm的泵浦光11。该980nm泵浦光11经第一波分复用器2、A段掺铒光纤3、第二波分复用器4后，剩余的980nm泵浦光12被第二波分复用器4滤掉(由B端输出)。

在本发明中，第一波分复用器2一方面把980nm泵浦光11传输给A段掺铒光纤3；另一方面把A段掺铒光纤3产生的C信号光23(后向超荧光)传输给B段掺铒光纤6。B段掺铒光纤6作为光源输出光谱的滤波器。

在本发明中，第二波分复用器4一方面把经A段掺铒光纤3输出的剩余980nm泵浦光12滤掉，另一方面把经A段掺铒光纤3输出的A信号光21由D端传输至法拉第旋转镜5。

在本发明中，法拉第旋转镜5用于反射A信号光21(A信号光21为具有光谱是1520nm～1600nm的超荧光的光波信号)，使得本发明公开的掺铒超荧光光纤光源的输出功率增强。另外，法拉第旋转镜5可以消除偏振效应对超荧光的光谱稳定性造成的影响。A信号光21经法拉第旋转镜5反射后传输B信号光22给第二波分复用器4。

在本发明中，B段掺铒光纤6作为A段掺铒光纤3发出的超荧光的滤波器，滤掉1530nm附近的光波，使得本发明的掺铒超荧光光纤光源输出的光谱中只留下1560nm附近的光波，记为D信号光24。

在本发明中，A段掺铒光纤3被980nm泵浦光11激发后，产生向前和向后传输的具有光谱是1520～1600nm的超荧光，即向前的为A信号光21，向后的为C信号光23。

在本发明中，在B段掺铒光纤6后接隔离器7，能够有效地阻止外界光进入光源里，影响光源输出光波的稳定性。隔离器7选用工作波长为1550nm的光隔离器。

本发明掺铒超荧光光纤光源的光路走向为：

(A)输出波长为980nm/1550nm的第一波分复用器2用于将波长为980nm的泵浦光源1输出的980nm泵浦光11传输给A段掺铒光纤3；

(B)A段掺铒光纤3被980nm泵浦光21激发，并输出信号光31和残余的泵浦光32；

(C)信号光31经输出波长为980nm/1550nm的第二波分复用器4后被传输给法拉第旋转镜5；

(D)信号光41经法拉第旋转镜5反射后输出信号光51，信号光51通过输出波长为980nm/1550nm的第二波分复用器4后输出信号光42给A段掺铒光纤3；

(E)信号光42中的一部分短波长的光被A段掺铒光纤3吸收，同时信号光42激发A段掺铒光纤3中的长波长的光转换成信号光22，信号光22进入第一波分复用器2；

(F)信号光22经第一波分复用器2的C端输出信号光23，B段掺铒光纤6被信号光23激发，并输出信号光61给隔离器7，隔离器7输出信号光71。

本发明具有的功率可调的近高斯谱掺铒超荧光光纤光源，有一个用于输出980nm泵浦光的泵源(Pump)；两个980/1550nm的波分复用器(WDM)，其中第一个用于把泵浦光传输给第一掺铒光纤(EDF)，并把第一掺铒光纤产生的后向超荧光传输给第二掺铒光纤，第二个用于把第一掺铒光纤产生的前向超荧光传输到法拉第旋转镜(FRM)，并防止残余的980nm泵浦光被FRM反射；第一掺铒光纤被泵浦光激励发出向前和向后传输的1520～1600nm的超荧光；第二掺铒光纤作为第一掺铒光纤发出的超荧光的滤波器，滤掉1530nm附近的光波，使得光源输出的光谱中只留下1560nm附近的光波，同时它发出的后向超荧光又作为了第一掺铒光纤的辅助激励源；一个用于防止光源形成激光的光隔离器(Isolator)；一个法拉第旋转镜(FRM)，用于反射第一掺铒光纤发出的前向传输超荧光，使光源的输出功率增强，它的另一个作用是可以消除偏振效应对超荧光的光谱稳定性的影响。光源的输出光谱如图2所示，偏振度为0.01。

光源输出光谱的主要特征参数是平均波长(Mean Wavelength)、总功率(TotalPower)和半最大值全宽(FWHM)。图中所示是光谱的特征参数与泵源驱动电压的关系曲线图，泵源的输出功率与驱动电压呈正比关系。

图3(a)是平均波长与泵源驱动电压的关系曲线。从图中得，随驱动电压的增大，平均波长减小。驱动电压小于0.6V时，平均波长急剧下降；驱动电压大于0.6V时，平均波长的变化趋于平缓。

图3(b)是总功率与泵源驱动电压的关系曲线。从图中得，总功率跟驱动电压基本呈正比关系，随驱动电压的增大，总功率上升。

图3(c)是FWHM与泵源驱动电压的关系曲线。此曲线的变化趋势跟图12(a)曲线的变化趋势相同。

从图中得到，当泵源的驱动电压大于0.6V时，随驱动电压的增加(即泵浦功率的增加)，光源的输出功率随之增加，而光谱的形状却表现出高稳定性。

图4A、图4B、图4C、图4D中是在-40℃～+60℃范围内测试的光谱特征参数随温度变化的曲线。用如下公式计算光谱特征参数的最大相对变化，

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}=\frac{2\×({\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}}_{\max }-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}}_{\min })}{{\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}}_{\max }+{\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}}_{\min }}\×{10}^6---\left(1\right)$

$\mathrm{\Δ}{P}_t=\frac{2\×(P_{t\max }-P_{t\min })}{P_{t\max }+P_{t\min }}\×100\%---\left(2\right)$

$\mathrm{\ΔFWHM}=\frac{2\×({\mathrm{FWHM}}_{\max }-{\mathrm{FWHM}}_{\min })}{{\mathrm{FWHM}}_{\max }+{\mathrm{FWHM}}_{\min }}\×100\%---\left(3\right)$

式中，Δλ表示平均波长的最大相对变化，λ_max表示平均波长的最大值，λ_min表示平均波长的最小值，ΔP_t表示功率的最大相对变化，P_tmax表示功率的最大值，P_tmin表示功率的最小值，ΔFWHM表示半最大值全宽的最大相对变化，FWHM_max表示半最大值全宽的最大值，FWHM_min表示半最大值全宽的最小值。用公式(1)～(3)计算的光谱特征参数在-40℃～+60℃范围内的相对变化如图所示，平均波长、总功率和半最大值全宽的相对变化分别为67ppm、12.9％和2.2％。

Claims (1)

1、一种功率可调的近高斯谱掺铒超荧光光纤光源，其特征在于：输出波长为980nm的泵浦光源(1)的尾纤与输出波长为980nm/1550nm的第一波分复用器(2)的A端入纤熔接，输出波长为980nm/1550nm的第一波分复用器(2)的B端尾纤与A段掺铒光纤(3)的一端熔接，A段掺铒光纤(3)的另一端与输出波长为980nm/1550nm的第二波分复用器(4)的A端入纤熔接，输出波长为980nm/1550nm的第二波分复用器(4)的D端尾纤与法拉第旋转镜(5)的尾纤熔接，输出波长为980nm/1550nm的第一波分复用器(2)的C端尾纤与B段掺铒光纤(6)的一端熔接，B段掺铒光纤(6)的另一端与隔离器(7)的入纤熔接；

第一波分复用器(2)把980nm泵浦光(11)传输给A段掺铒光纤(3)；并把A段掺铒光纤(3)产生的C信号光(23)传输给B段掺铒光纤(6)；B段掺铒光纤(6)作为光源输出光谱的滤波器；

输出波长为980nm的泵浦光源(1)用于输出980nm的泵浦光(11)。

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