CN101257177A - 自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器 - Google Patents

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詹黎
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一种光学技术领域的自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器，包括：980nm泵浦、980/1550波分复用器、掺铒光纤、10/90耦合器、单模光纤、环形器、萨格纳克环路反射镜，连接关系为：980nm泵浦经过980/1550波分复用器与掺铒光纤相连，掺铒光纤的另一端连接到环形器的第一端口，环形器的第二端口与单模光纤的一端，单模光纤的另一端和萨格纳克环路反射镜相连，环形器的第三端口和10/90耦合器的公共端相连，10/90耦合器的90％端口连接到980/1550波分复用器，10/90耦合器的10％端口为整个装置的输出端。本发明产生了自激发的多波长布里渊掺铒光纤激光器，这种自激发不需要外部布里渊泵浦的注入。

Description

自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器
技术领域
本发明涉及的是一种光学技术领域的器件，具体涉及一种自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器。
背景技术
因为在诸如光谱测量，光纤传感，光器件性能测量和密集波分复用系统中的广泛应用，多波长激光器越来越引起人们的关注。现在已经有多种方法产生多波长激光器：将掺铒光纤(EDF)冷却在液氮中来抑制其均匀加宽机制，超连续谱的纵模切割，通过频移反馈来阻止单模的振荡，和布里渊掺铒光纤激光器(BEFL)。
布里渊掺铒光纤激光器是用于产生多波长激光，其结构简单，而且产生的多波长之间有固定的间隔以及每个波长的线宽都很窄。布里渊掺铒光纤激光器首先是由Cowle和Stepanov提出的，它的总增益是由掺铒光纤的线性增益以及非线性光纤中的非线性布里渊增益组成，其中布里渊增益主要用来确定波长的位置，而掺铒光纤的增益用来放大产生的布里渊波长功率。通过级联的方法，就能够输出有着固定波长间隔的布里渊多波长。如果进一步通过四波混频效应，能够产生34个斯托克斯和反斯托克斯线。此外，通过使用一个双折射萨格纳克(Sagnac)光纤环路滤波器能够加大布里渊多波长的产生范围，从而实现可调的布里渊掺铒光纤激光器(BEFL)。
经对现有技术的文献检索发现，D.S.Lim等在“Opt.Lett.”(《光学快报》)上发表的“Generation of multiorder Stokes and anti-Stokes lines ina Brillouin erbium-fiber laser with a Sagnac loop mirror”(《基于萨格纳克环镜的布里渊掺铒光纤斯托克斯和反斯托克斯的产生》)通过使用一个双折射萨格纳克光纤环路滤波器能够加大布里渊多波长的产生范围，从而实现可调的布里渊掺铒光纤激光器。以上提出了多种产生布里渊多波长的方法，其不足在于：无论是从腔外注入或者直接在腔内产生，布里渊泵浦是不可或缺的，而且所需布里渊泵浦的线宽必须要窄，因为当其谱宽超过了布里渊线宽(-17MHz)，布里渊增益会显著下降。另外，产生的布里渊多波长的个数较少并且多波长的功率分布严重不均匀，大部分的功率都是集中在少数几个低阶Stokes波长上。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提出了一种自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器，即在没有外部布里渊泵浦的条件下，在光纤环形腔内形成自激的窄线宽布里渊泵浦，产生的布里渊泵浦被用来产生布里渊多波长，而且布里渊泵浦和多波长是在相同的光纤环形腔内产生的，通过调节腔内的萨格纳克反射镜就实现宽范围的多波长调节。本发明的激光器能够产生120多个布里渊多波长，并且各个波长的功率分布相对比较均匀。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：980nm泵浦、980/1550波分复用器、掺铒光纤、环形器、10/90耦合器、单模光纤、萨格纳克环路反射镜，连接关系为：980nm泵浦经过980/1550波分复用器的980nm端与掺铒光纤相连，掺铒光纤的另一端连接到环形器的第一端口，环形器的第二端口与单模光纤的一端，单模光纤的另一端和萨格纳克环路反射镜相连，环形器的第三端口和10/90耦合器的公共端相连，10/90耦合器的90％端口连接到980/1550波分复用器的1550nm端，10/90耦合器的10％端口为整个装置的输出端。
所述萨格纳克环路反射镜，包括：50/50耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、保偏光纤，保偏光纤两端分别和第一偏振控制器、第二偏振控制器的一端相连，第一偏振控制器、第二偏振控制器的另外一端连接在50/50耦合器的双50臂中，50/50耦合器的合波端与单模光纤相连。由于保偏光纤的线性双折射的作用，它能形成波长相关的反射谱，而且反射谱能够通过调节第一偏振控制器、第二偏振控制器来改变。
所述环形器用来将光循环地从第一端口传输到第二端口，从第二端口传输到第三端口。
所述980nm泵浦为多纵模二极管激光器，输出的泵浦光的波长为980nm。
所述980/1550波分复用器为980nm/1550nm波长选择耦合器。
所述掺铒光纤，为未泵浦的光纤。
以上所述所有连接介质均为光纤。
本发明工作时，布里渊泵浦被掺铒光纤放大后经过环形器被注入到单模光纤，通过布里渊增益作用，在单模光纤内产生布里渊斯托克斯波长再次经过环形器并被注入到环形腔内振荡，而且窄线宽的斯托克斯波长能作为新的布里渊泵浦，这样通过不断级联就能产生布里渊多波长。由于萨格纳克环路反射镜的作用，布里渊泵浦会相反方向先后经过单模光纤两次，由于布里渊增益的作用会产生了双向的布里渊斯托克斯波，同样经过反射的作用，双向产生的斯托克斯波都能被注入腔内。产生的布里渊多波长经由90/10的耦合器输出到光谱分析仪进行测量。
与现有技术相比，本发明产生了自激发的多波长布里渊掺铒光纤激光器(BEFL)，这种自激发BEFL是不需要外部布里渊泵浦的注入，而是通过内部背向Rayleigh(瑞利)散射形成的动态分布反馈产生了窄线宽的布里渊泵浦，而且布里渊泵浦和布里渊多波长是同时在一个腔内形成的。本发明采用了反射作为级联方法，这样就能够更加有效地产生布里渊多波长，因而仅仅在光学环形腔内加入单模光纤和萨格纳克环形反射镜就能够产生超过120个的布里渊多波长，而且多波长的功率分布较均匀。通过调节萨格纳克环路反射镜的反射谱，能在0-30nm的范围内产生稳定的布里渊多波长梳。本发明中如果萨格纳克环路反射镜被其它的宽带反射镜替代，同样能产生处稳定的自激发的BEFL。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明在光谱分析仪测试下测得的布里渊多波长的谱图
其中：图(a)为个数超过120个多波长，图(b)为功率均匀的多波长；
图3为本发明可调BEFL的取样频谱图
其中：图(a)中峰值波长为1553.6nm，图(b)中峰值波长为1558.7nm，图(c)中峰值波长为1564.0nm，图(d)中峰值波长为1575.6nm。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：980nm泵浦1、980/1550波分复用器2、掺铒光纤3、环形器4、10/90耦合器5、单模光纤6、萨格纳克环路反射镜11，连接关系为：980nm泵浦1经过980/1550波分复用器2的980nm端与掺铒光纤3相连，掺铒光纤3的另一端连接到环形器4的第一端口，环形器4的第二端口与单模光纤6的一端，单模光纤6的另一端和萨格纳克环路反射镜11相连，环形器4的第三端口和10/90耦合器5的公共端相连，10/90耦合器5的90％端口连接到980/1550波分复用器2的1550nm端，10/90耦合器5的10％端口为整个装置的输出端。
所述萨格纳克环路反射镜11，包括：50/50耦合器7、第一偏振控制器8、第二偏振控制器9、保偏光纤10，保偏光纤10两端分别和第一偏振控制器8、第二偏振控制器9的一端相连，第一偏振控制器8、第二偏振控制器9的另外一端分别连接在50/50耦合器7的双50臂中，50/50耦合器7的合波端与单模光纤6相连。由于保偏光纤的线性双折射的作用，它能形成波长相关的反射谱，而且这样的反射谱能够通过调节偏振控制器来改变。
所述环形器4将光循环地从第一端口传输到第二端口，从第二端口传输到第三端口。
所述980nm泵浦1为多纵模二极管激光器，输出的泵浦光的波长为980nm。
所述980/1550波分复用器2为980nm/1550nm波长选择耦合器。
所述掺铒光纤3，为未泵浦的光纤。
所述掺铒光纤3，其长度为16m。
所述单模光纤6，其长度为5km。
以上所述所有连接介质均为光纤。
本实施例工作时，布里渊泵浦被掺铒光纤3放大后经过环形器4被注入到5km的单模光纤6，通过布里渊增益作用，在单模光纤6内产生布里渊斯托克斯波长再次经过环形器4并被注入到环形腔内振荡，而且窄线宽的斯托克斯波长能作为新的布里渊泵浦，这样通过不断级联就能产生布里渊多波长。由于萨格纳克环路反射镜11的作用，布里渊泵浦会相反方向先后经过单模光纤6两次，由于布里渊增益的作用会产生了双向的布里渊斯托克斯波，同样经过反射的作用，双向产生的斯托克斯波都能被注入腔内。产生的布里渊多波长经由10/90耦合器5输出到分辨率为0.065nm的光谱分析仪进行测量。
如图2所示，是本实施例方法在光谱分析仪测试下测得的布里渊多波长的谱图。图2(a)中，通过调节萨格纳克环路反射镜中的偏振控制器，能够产生多于120个的布里渊多波长，其波长覆盖范围为1564nm-1576nm。相邻波长的波长间隔是-0.088nm，也就是-11GHz。输出的多波长中，在5dB带宽内有-90个布里渊多波长，而在3dB带宽内有-70个波里渊多波长。在这些谱线范围内，绝大多数的输出波长的功率大于-20dBm。和已经报道过的结果相比，多波长输出功率的均匀性得到了很大的改善。图2(b)中，进一步调节偏振控制器，可以产生功率分布更均匀的多波长，其中3dB带宽内的布里渊多波长有71个，波长范围从-1568nm到-1574nm。特别指出的是，在-1570nm到-1574nm的波长范围内，45个布里渊多波长的输出功率变化不超过0.4dB。
如图3所示，是BEFL在可调范围内的4个取样的光谱图，其中各自光谱的峰值波长分别是(a)1553.6nm，(b)1558.7nm，(c)1564.0nm，(d)1575.6nm。通过调节第一偏振控制器8和第二偏振控制器9，能改变萨格纳克环路反射镜11的反射谱，从而可以在很宽的波长范围内实现可调的布里渊多波长梳。当萨格纳克环路反射镜11内保偏光纤10的长度是16cm时，在实验中能实现在-30nm范围内可调。相比于以前的同时调节萨格纳克环路滤波器的透射谱和布里渊泵浦的波长，本实施例更加简单实用。
本实施例产生了自激发的多波长BEFL，这种自激发BEFL是不需要外部布里渊泵浦的注入，而是通过内部背向Rayleigh散射形成的动态分布反馈产生了窄线宽的布里渊泵浦，而且布里渊泵浦和布里渊多波长是同时在一个腔内形成的。实验中采用了反射作为级联方法，这样就能够更加有效地产生布里渊多波长，因而仅仅在光学环形腔内加入5km长的单模光纤和萨格纳克环形反射镜就能够产生超过120个的布里渊多波长，而且多波长的功率分布较均匀。通过调节萨格纳克环路反射镜的反射谱，能在-30nm的范围内产生稳定的布里渊多波长梳。实验中如果萨格纳克环路反射镜被其它的宽带反射镜替代，同样能产生处稳定的自激发的BEFL。

Claims (5)

1、一种自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器，包括：980nm泵浦、980/1550波分复用器、掺铒光纤、10/90耦合器、单模光纤，其特征在于，还包括：环形器、萨格纳克环路反射镜，连接关系为：980nm泵浦经过980/1550波分复用器的980nm端与掺铒光纤相连，掺铒光纤的另一端连接到环形器的第一端口，环形器的第二端口与单模光纤的一端，单模光纤的另一端和萨格纳克环路反射镜相连，环形器的第三端口和10/90耦合器的公共端相连，10/90耦合器的90％端口连接到980/1550波分复用器的1550nm端，10/90耦合器的10％端口为整个装置的输出端。
2、根据权利要求1所述的自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器，其特征是，所述萨格纳克环路反射镜，包括：50/50耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、保偏光纤，保偏光纤两端分别和第一偏振控制器、第二偏振控制器的一端相连，第一偏振控制器、第二偏振控制器的另外一端连接在50/50耦合器的双50臂中，50/50耦合器的合波端与单模光纤相连。
3、根据权利要求1所述的自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器，其特征是，所述980nm泵浦为多纵模二极管激光器，输出的泵浦光的波长为980nm。
4、根据权利要求1所述的自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器，其特征是，所述980/1550波分复用器为980nm/1550nm波长选择耦合器。
5、根据权利要求1所述的自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器，其特征是，所述掺铒光纤，为未泵浦的光纤。
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