CN101191972B - 输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器 - Google Patents

Abstract

一种输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器，包括：一掺铒光纤放大器；一偏振控制器与掺铒光纤放大器连接；一1×2的光耦合器用单模光纤与偏振控制器连接；一2×2的光耦合器用单模光纤与1×2的光耦合器连接，该2×2的光耦合器的另两端的首尾用单模光纤相连；一1×2的光耦合器用单模光纤与2×2的光耦合器连接；一滤波器用单模光纤与1×2的光耦合器连接，该滤波器的另一端与掺铒光纤放大器连接，形成主环形腔；一可调激光器通过光隔离器用单模光纤与光耦合器连接，该可调激光器用于稳定激光器的输出波长及功率。

Description

输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器

技术领域

本发明属于光纤通信技术领域，更具体说是一种输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器。

背景技术

连续运转掺铒光纤环形腔激光器(EDFRL)的结构简单、激射波长可以精确预定、可实现宽带调谐和窄线宽输出；且与其他激光器相比具有高增益、低阈值、易与传输光纤耦合等许多优良特性，可以广泛应用在光通信，激光光谱学，光纤传感等领域。虽然掺铒光纤环形腔激光器的谱线线宽很窄(可小于1kHz)，然而由于光纤本身易受到震动、温度等环境因素的影响，当无任何锁模和选频措施时，其极易跳模，因此，在掺铒光纤环形腔激光器的设计中应重点考虑中心波长及输出功率的稳定性问题。目前，通常利用光纤法布里一珀罗可调滤波器或光纤光栅、Mach-Zehnder滤波器等滤波器件之间的组合应用或与多环形腔等其它结构结合来实现一定范围内的模式限制和波长调谐。但是这些方法仍不足以稳定激光器的激射波长和功率，且结构复杂、实际应用中不易实现，这就使得可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器的实际应用遇到了很大困难。这就需要通过优化其系统设计，进一步改进掺铒光纤环形腔激光器的稳定性问题。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的在于提供一种输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器，该激光器不仅可以保证激光在较宽波长范围内的连续调谐，而且还能极大地改善其输出波长及功率的稳定性，实现单纵模窄线宽输出。

本发明解决其技术问题的技术方案是：

本发明一种输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器，其特性在于，其中包括：

一掺铒光纤放大器；

一偏振控制器，该偏振控制器用单模光纤与掺铒光纤放大器连接，该偏振控制器用于调节激光器环形腔内的偏振态；

一1×2的光耦合器，该1×2的光耦合器用单模光纤与偏振控制器连接；

一2×2的光耦合器，该2×2的光耦合器用单模光纤与1×2的光耦合器连接，该2×2的光耦合器的另两端的首尾用单模光纤相连，形成次环形腔；

一1×2的光耦合器，该1×2的光耦合器用单模光纤与2×2的光耦合器连接，该1×2的光耦合器的另一端为输出端口；

一滤波器，该滤波器用单模光纤与1×2的光耦合器连接，该滤波器的另一端与掺铒光纤放大器连接，形成主环形腔，该滤波器用于选择激光器的输出波长和实现激光器波长的连续调谐；

一可调激光器，该可调激光器通过光隔离器用单模光纤与光耦合器连接，该可调激光器用于稳定激光器的输出波长及功率。

其中掺铒光纤放大器中的泵浦源是波长为980nm的大功率半导体激光器。

其中所述的主环形腔与次环形腔构成复合腔结构。

其中该滤波器为光纤法布里—珀罗可调窄带滤波器。

本发明的有益效果是：掺铒光纤环形腔激光器采用复合腔结构，同时利用注入锁定技术利用可调激光器3向复合腔结构的掺铒光纤环形腔激光器腔内注入低功率的连续光，这种结构有如下优点：充当模式滤波器的复合腔结构与光纤法布里—珀罗可调滤波器8两种滤波机制相互结合，减少了可以振荡的纵模数，抑制了拍频噪声，可实现激光器的波长可调单纵模输出。同时，外注入连续光使某一纵模在注入光的基础上起振。这个纵模在对增益介质的竞争中可以稳定地占据优势，从而与注入信号发生锁定，实现激光器输出光谱的稳定。此方法的主要优点是成本较低，装置简单且操作容易实现，最终可获得输出波长与功率稳定的波长可在较宽范围内连续调谐的单纵模光输出。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，其中：

图1是输出波长与功率稳定的可调谐单纵模掺铒光纤环形腔激光器的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明一种输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器，其中包括：

一掺铒光纤放大器1，该掺铒光纤放大器1中的泵浦源是波长为980nm的大功率半导体激光器；

一偏振控制器2，该偏振控制器2用单模光纤7与掺铒光纤放大器1连接，该偏振控制器2用于调节激光器环形腔内的偏振态；

一1×2的光耦合器5，该1×2的光耦合器5用单模光纤7与偏振控制器2连接；

一2×2的光耦合器6，该2×2的光耦合器6用单模光纤7与1×2的光耦合器5连接，该2×2的光耦合器6的另两端的首尾用单模光纤7相连，形成次环形腔11；

一1×2的光耦合器9，该1×2的光耦合器9用单模光纤7与2×2的光耦合器6连接，该1×2的光耦合器9的另一端为输出端口91；

一滤波器8，该滤波器8用单模光纤7与1×2的光耦合器9连接，该滤波器8的另一端与掺铒光纤放大器1连接，形成主环形腔10，该滤波器8用于选择激光器的输出波长和实现激光器波长的连续调谐，该滤波器8为光纤法布里—珀罗可调窄带滤波器；

一可调激光器3，该可调激光器3通过光隔离器4用单模光纤7与光耦合器5连接，该可调激光器3用于稳定激光器的输出波长及功率。

其中所述的主环形腔10与次环形腔11构成复合腔结构。

请再结合参阅图1，在图1的实施例中，全部选用普通单模光纤7，按照图示的结构与各个元件相连接以构成环形腔。其中，由于980nm泵浦的掺铒光纤放大器1其模块内已集成光隔离器，保证了光在环形腔内的单向运行，所以不在环形腔内另置隔离器；偏振控制器2用单模光纤7与掺铒光纤放大器1连接，该偏振控制器2用于调节激光器环形腔内的偏振态，从而稳定激光器；可调激光器3和隔离器4通过1×2的光耦合器5与主环形腔10相连，隔离器4的作用是防止可调激光器3的输出光在通过1×2的光耦合器5注入到主环形腔10的时候有部分反射回可调激光器3；2×2的3dB光耦合器6用单模光纤7与1×2的光耦合器5连接，该2×2的光耦合器6的另两端用单模光纤7首尾相连，形成次环形腔11；主环形腔10和次环形腔11构成复合腔结构，复合腔的滤波特性类似于法布里—珀罗干涉仪，它的作用是减少可以振荡的纵模数，抑制拍频噪声。1×2的光耦合器9，该1×2的光耦合器9用单模光纤7与2×

2的光耦合器6连接，该1×2的光耦合器9的另一端为输出端口91；光纤法布里—珀罗可调窄带滤波器8用单模光纤7与1×2的光耦合器9连接，该滤波器8的另一端与掺铒光纤放大器1连接，形成主环形腔10，该滤波器8用于选择激光器的输出波长和实现激光器波长的连续调谐；同时，当复合腔结构和光纤法布里—珀罗可调窄带滤波器8两种滤波机制相互结合，即可实现激光器的波长可调单纵模输出。然而由于光纤本身易受到震动、温度等环境因素的影响，会造成严重的模式跳变，造成激光器输出光波长和功率的不稳定。因此，对系统采取稳定措施是必要的。在本发明中，我们利用注入锁定的原理来获得系统波长和功率稳定的波长可调谐的单纵模输出。利用可调激光器3向复合腔结构的掺铒光纤环形腔激光器腔内注入低功率的连续光，外注入连续光使某一纵模在注入光的基础上起振。这个纵模在对增益介质的竞争中可以稳定地占据优势，从而与注入信号发生锁定，实现激光器输出光谱的稳定。

要注意的是，因为自由光谱范围与腔长成反比，而对于复合腔结构，其有效自由光谱范围为主、次环形腔自由光谱范围的最小公倍数，所以主环形腔10和次环形腔11的腔长要通过提前计算加以确定，目的是使所构成的复合腔的自由光谱范围尽量的大。在激光器工作过程中：首先调节980nm泵浦的掺铒光纤放大器的泵浦功率至阈值以上使其激射，然后通过控制电压来调节光纤法布里—珀罗可调窄带滤波器8，使激光器在选择波长处激射，接着设置可调激光器3的输出波长与此相同，并微调使其与某一个模式重合并以低功率注入到复合腔内。最后输出波长可连续调节、且波长与功率稳定的激射光通过1×2的光耦合器9的输出端91输出。

Claims (4)

1.一种输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器，其特征在于，其中包括：

一掺铒光纤放大器(1)；

一偏振控制器(2)，该偏振控制器(2)用单模光纤(7)与掺铒光纤放大器(1)连接，该偏振控制器(2)用于调节激光器环形腔内的偏振态；

一第一1×2的光耦合器(5)，该第一1×2的光耦合器(5)的“1×2”的“1”端用单模光纤(7)与偏振控制器(2)连接；

一2×2的光耦合器(6)，该2×2的光耦合器(6)的“2×2”中的前一“2”端中的一端用单模光纤(7)与第一1×2的光耦合器(5)的“1×2”中的“2”端的其中一端连接，该2×2的光耦合器(6)的“2×2”中的前一“2”的另一端与后一“2”端中的一端的首尾用单模光纤(7)相连，形成次环形腔；

一第二1×2的光耦合器(9)，该第二1×2的光耦合器(9)的“1×2”中的“2”端的一端用单模光纤(7)与2×2的光耦合器(6)的“2×2”后一“2”端的另一端连接，该第二1×2的光耦合器(9)“1×2”中的“2”端的另一端为输出端口；

一滤波器(8)，该滤波器(8)用单模光纤(7)与第二1×2的光耦合器(9)“1×2”的“1”端连接，该滤波器(8)的另一端与掺铒光纤放大器(1)连接，形成主环形腔，该滤波器(8)用于选择激光器的输出波长和实现激光器波长的连续调谐；

一可调激光器(3)，该可调激光器(3)通过光隔离器(4)用单模光纤(7)与该第一1×2的光耦合器(5)的“1×2”中的“2”端的另一端连接，该可调激光器(3)用于稳定激光器的输出波长及功率。

2.如权利要求1所述的一种输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器，其特征在于，其中掺铒光纤放大器(1)中的泵浦源是波长为980nm的大功率半导体激光器。

3.如权利要求1所述的一种输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器，其特征在于，其中所述的主环形腔与次环形腔构成复合腔结构。

4.如权利要求1所述的一种输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器，其特征在于，其中该滤波器(8)为光纤法布里-珀罗可调窄带滤波器。

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