CN101320884A - 一种啁啾相移光纤光栅及基于该光栅的光纤激光器 - Google Patents

一种啁啾相移光纤光栅及基于该光栅的光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光纤光栅和一种光纤激光器，特别是涉及一种啁啾相移光纤光栅和基于该光栅的双波长单纵模光纤激光器。本发明的啁啾相移光纤光栅含有两个π相移，产生双峰投射谱。本发明的光纤激光器主要包括：掺铒光纤放大器、偏振控制器、环行器、耦合器、高非线性光纤、非泵浦掺铒光纤饱和吸收体、啁啾相移光纤光栅以及啁啾光纤光栅。这些部件构成光纤环形腔。本发明的光纤激光器综合应用啁啾相移光栅的滤波、高非线性光栅的模式竞争抑制以及非泵浦掺铒光纤饱和吸收体的单纵模选择来实现一种双波长单纵模光纤激光器。该激光器可以广泛应用于微波与太赫兹波的产生中。

Description

一种啁啾相移光纤光栅及基于该光栅的光纤激光器
技术领域
本发明属于光纤光栅和光纤激光器领域，具体涉及一种啁啾相移光纤光栅及双波长单纵模光纤激光器，该双波长单纵模光纤激光器通过该啁啾相移光纤光栅的双透射峰滤波、高非线性光纤的模式竞争抑制以及非泵浦掺铒光纤饱和吸收体的单纵模选择来实现。
背景技术
太赫兹波在生物医学、材料科学、环境检测、射电天文、高速信息网络和安检等领域有着重要的应用；微波在无线通信中具有核心作用。采用双波长激光器进行混频是产生太赫兹波和微波的重要方案。为了获得稳定的太赫兹波或微波，需要激光器能产生稳定的双波长单纵模的激射。
全光纤激光器由于其独特的优势而受到重视。为了使掺铒光纤激光器产生双波长单纵模的激光需要解决三个问题。首先需要具有双波长透射峰的窄带滤波器，在全光纤器件中首选光纤光栅。目前能产生双峰的光纤光栅主要有取样光栅和均匀相移光栅，但两者能获得的双透射峰的波长间隔都较小，不能满足高频微波或太赫兹的应用，而且取样光栅设计复杂，制作困难，因此双波长滤波光栅仍需要创新性的技术发明。其次，掺铒光纤为均匀加宽介质存在着模式竞争问题，用于多波长的掺铒光纤激光器存在着波长不稳和跳模现象。最后，由于光纤环形腔结构中，谐振腔腔长很长，纵模间隔很小，难以获得单纵模激射。
发明内容
本发明基于现有技术的不足而做出，其目的在于提供一种啁啾相移光纤光栅，该光纤光栅可以产生双峰透射谱；本发明还提供基于该光纤光栅的双波长单纵模光纤激光器，该激光器能够激射双波长单纵模的激光。
本发明的第一方面提供一种啁啾相移光纤光栅，其特征在于：在一段具有线性啁啾的光纤光栅上引入两个π相移，使得啁啾光栅的反射带中具有两个透射峰。
本发明的第二方面提供一种双波长单纵模光纤激光器，包括位于一个环行腔内的掺铒光纤放大器、环行器、第一啁啾光纤光栅、耦合器和偏振控制器，所述环行器上还连接有非泵浦的掺铒光纤饱和吸收体，该非泵浦的掺铒光纤饱和吸收体上连接有第二啁啾光纤光栅；其特征在于：该环形腔中还包括高非线性光纤，所述第一啁啾光纤光栅为上述啁啾相移光纤光栅。
在本发明的第二方面中，采用掺铒光纤放大器作为增益机制；采用高非线性光纤作为模式竞争抑制机制；采用啁啾相移光栅作为双波长滤波机制；采用非泵浦的掺铒光纤饱和吸收体作为单纵模选择机制。
在本发明的第二方面中，所述非泵浦的掺铒光纤饱和吸收体位于所述环行器和所述啁啾光纤光栅之间，使得该非泵浦的掺铒光纤饱和吸收体中形成驻波。
在本发明的第二方面中，所述啁啾光纤光栅的反射谱覆盖所述啁啾相移光纤光栅的透射双峰，但小于该啁啾相移光栅的反射带。
在本发明的第二方面中，所述啁啾相移光栅、环行器、非泵浦的掺铒光纤饱和吸收体以及啁啾光纤光栅构成超窄谱带单纵模双波长滤波器，最终完成激光器选模功能。
本发明可以获得双峰透射谱的啁啾相移光纤光栅以及双波长单纵模掺铒光纤激光器。
附图说明
图1是本发明啁啾相移光纤光栅实施例的结构示意图。
图2是图1中啁啾相移光纤光栅实施例的透射谱。
图3是本发明双波长单纵模光纤激光器的结构示意图。
具体实施方式
下文参照附图和实例对本发明具体实施方式加以详细说明。
图1是本发明的啁啾相移光纤光栅实施例的结构示意图。图1中为一段啁啾光栅，光栅长度为48mm，啁啾率为2.5nm/cm，同时该光栅中插入两个π相移11和12，两个相移的位置为：L1＝L3＝8mm，L2＝32mm。π相移可以通过压电陶瓷(PZT)移位的方法制作。图2是该实施例的透射谱理论结果。如图2所示，该透射谱在反射带中出现两个波长间隔约为8nm的超窄谱带透射峰，可以很好地应用到双波长单纵模激光器中。虽然本实施例中透射谱双峰的波长间隔为8nm，但通过调整L2的大小，可使得波长间隔为任意值。
图3是本发明的双波长单纵模光纤激光器的结构示意图。该激光器包括本发明第一方面的啁啾相移光纤光栅33，还包括：掺铒光纤放大器31、高非线性光纤32、环行器34、非泵浦的掺铒光纤饱和吸收体35、啁啾光纤光栅36、耦合器37以及偏振控制器38，环形腔内各部件相互之间的位置顺序并无限制，环行器34、非泵浦的掺铒光纤饱和吸收体35、啁啾光纤光栅36的排列顺序由图3所示。
该啁啾相移光纤光栅33采用实施例图1的结构，L2的距离由所需要的双波长激光的间隔确定，波长间隔Δλ和L2之间的关系为：
Δλ＝neff(ChL2)
其中neff和Ch分别为所述光纤光栅的等效折射率和啁啾率。
环行器34将通过啁啾相移光栅33的光波导向非泵浦的掺铒光纤饱和吸收体35，然后通过啁啾光纤光栅36反射回非泵浦的掺铒光纤饱和吸收体35并最后通过环行器34的另一端口导向耦合器37。环行器34具有两个功能：一是使得光纤环形腔中的光只沿着逆时针旋转形成行波腔；二是使得光波在非泵浦的掺铒光纤饱和吸收体35中具有两个方向的光，从而形成驻波。非泵浦的掺铒光纤饱和吸收体35中形成驻波后具有单纵模选择功能，原因在于：一方面非泵浦的掺铒光纤饱和吸收体35的驻波使得该非泵浦的掺铒光纤饱和吸收体35的折射率受到调制，形成类似光纤光栅的结构，具有窄带滤波功能；另一方面，该非泵浦的掺铒光纤饱和吸收体35对光强较强的模式由于吸收饱和而损耗较小，而对其它模式损耗较大从而能很好地选出单个激射模式。
啁啾光纤光栅36的反射谱需要覆盖啁啾相移光栅33的两个透射峰，但必须小于啁啾相移光栅33的反射带，从而可以把两个透射峰滤出，而不会掺入边带波长。啁啾相移光栅33、环行器34、非泵浦的掺铒光纤饱和吸收体35以及啁啾相移光栅33构成一个很好的双波长单纵模超窄谱带滤波器，这对实现双波长单纵模激光器起着核心的作用。
高非线性光纤32采用普通的高非线性光纤。使用高非线性光纤32中的四波混频等非线性效应抑制掺铒光纤的均匀加宽问题，而获得多波长的稳定激射。
掺铒光纤放大器31为该激光器实施例的增益机制，波长范围可以为C波段或L波段或C+L波段，但必须能覆盖啁啾相移光栅33的两个透射峰，其增益需要足以抵消腔内损耗获得激射。
耦合器37为普通光纤耦合器，输出端的耦合比一般为1∶9，即10％的光从激光器中输出，但并不局限于此，耦合器的耦合比可以根据实际激光激射条件和输出功率的需要进行选择。
偏振控制器38可以为任意地调节光波偏振态的器件。
上述器件按照要求连接成图3的环形腔结构后，开启掺铒光纤放大器31，并调节偏振控制器38，就可以获得稳定的双波长单纵模激光的输出。

Claims (2)

1.一种啁啾相移光纤光栅，其特征在于：在一段具有线性啁啾的光纤光栅上引入两个π相移，使得啁啾光栅的反射带中具有两个透射峰。
2、一种双波长单纵模光纤激光器，包括位于一个环行腔的掺铒光纤放大器、环行器、第一啁啾光纤光栅、耦合器和偏振控制器，所述环行器上还连接有非泵浦的掺铒光纤饱和吸收体，第二啁啾光纤光栅与该非泵浦的掺铒光纤饱和吸收体相连；其特征在于：在环形腔中还包括高非线性光纤，所述第一啁啾光纤光栅为权利要求1所述的啁啾相移光纤光栅。
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