CN101459312A - 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
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 Download PDFInfo
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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：一掺铒光纤激光器，并依次连接有1×2的3dB光学耦合器、第二2×2的3dB光学耦合器、第三2×2的3dB光学耦合器、光纤法布里－珀罗可调滤波器、偏振控制器以及2×2的3dB光学耦合器，形成第二主有源环，在该2×2的3dB光学耦合器和1×2的3dB光学耦合器之间还串接有1×2的95∶5的光学耦合器和光学光栅滤波器，形成第一主有源环。本发明的激光器不仅可以保证输出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，实现单纵模稳定输出。
Description
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
无论是光波分复用还是光时分复用系统，光源技术都是核心技术之一，连续运转掺铒光纤环形腔激光器的结构简单、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，成为当今研究的热点。许多实际应用需要强度稳定且连续可调的单纵模光源，通常利用光纤法布里-珀罗可调滤波器来实现光纤环形腔激光器输出波长的调节；但是由于掺铒光纤环形腔激光器的腔长一般都达到几十米的长度，同时由于光学滤波器的带宽比掺铒光纤激光器的纵模间隔大几个数量级，导致腔内符合纵模条件的纵模数很多。目前，通常采用双环结构结合两个光纤法布里-珀罗可调滤波器或是利用一段未泵浦掺铒光纤作为饱和吸收体或是窄线宽光纤布拉格光栅与若干Mach-Zehnder模式滤波器结合等方法来获得单纵模输出，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，这就使得可调谐单纵模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，并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输出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，实现单纵模稳定输出。
本发明解决其技术问题的技术方案是：
本发明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，其特征在于，其中包括：
一掺铒光纤激光器，该掺铒光纤激光器含有光隔离器，保证了腔内模式的单向振荡并避免了空间烧孔现象的产生，故系统中不需要另设隔离器；
一1×2的3dB光学耦合器，该1×2的3dB光学耦合器的a端口与掺铒光纤激光器的输出端连接；
一第一2×2的3dB光学耦合器，该第一2×2的3dB光学耦合器的a端口与掺铒光纤激光器输入端连接；
该1×2的3dB光学耦合器的b端口和第一2×2的3dB光学耦合器的b端口之间还串接有一1×2的95：5的光学耦合器和光学光栅滤波器，形成一第一主有源环；
该2×2的3dB光学耦合器的c端口依次连接有偏振控制器、光纤法布里-珀罗可调滤波器；
该2×2的3dB光学耦合器的d端口是系统的输出；
一第二2×2的3dB光学耦合器，该第二2×2的3dB光学耦合器的a端口与1×2的3dB光学耦合器的c端口连接，在该第二2×2的3dB光学耦合器的c、d端口接有一段一定长度的光纤构成次级无源环；
一第三2×2的3dB光学耦合器，该第三2×2的3dB光学耦合器的a端口与第二2×2的3dB光学耦合器的b端口连接，在该第三2×2的3dB光学耦合器的c、d端口接有一段一定长度的光纤构成次级无源环，该第三2×2的3dB光学耦合器的b与光纤法布里-珀罗可调滤波器、偏振控制器连接，形成一第二主有源环；
该光纤法布里-珀罗可调滤波器又与1×2的95：5的光学耦合器的b端口连接，1×2的95：5的光学耦合器的b端口是5％输出，从第一主有源环中通过1×2的95：5的光学耦合器分出5％作为光纤法布里-珀罗可调滤波器的反馈，使得光纤法布里-珀罗可调滤波器的滤出波长可以随着光学光栅滤波器滤出波长变化而变化。
其中所述掺铒光纤激光器是含有光隔离器的980nm泵浦的光纤激光器。
其中所述的第一、第二主有源环和次级无源环构成多环型腔结构。
其中光纤法布里-珀罗可调滤波器的3dB带宽为2.99GHz。
其中光学光栅滤波器的滤波波长和所加电压有对应关系，该对应关系不随时间变化。
其中光纤法布里-珀罗可调滤波器的反馈由第一主有源环中的1×2的95：5的光学耦合器提供，其可保证光纤法布里-珀罗可调滤波器随着光学光栅滤波器的滤出波长变化而变化。
本发明的有益效果是：掺铒光纤激光器采用多环型腔结构，并且一个有源环中采用光纤法布里-珀罗可调滤波器，另一个有源环中采用光纤光栅滤波器，这种结构有如下优点：
充当模式滤波器的多环型腔结构与光纤法布里-珀罗可调滤波器和光纤光栅滤波器两种滤波机制相互结合，减少了腔内可以振荡的纵模数，抑制了拍频噪声，可实现激光器的波长可调单纵模输出；用有源环中分出的一部分光作为光纤法布里-珀罗可调滤波器的反馈，使得光纤法布里-珀罗可调滤波器的滤出波长可以随着光学光栅滤波器滤出波长变化而变化，使得操作简单易行，最终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是本发明的结构示意图。
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，其特征在于，其中包括：
一掺铒光纤激光器1，该掺铒光纤激光器1含有光隔离器，保证了腔内模式的单向振荡并避免了空间烧孔现象的产生，故系统中不需要另设隔离器，该掺铒光纤激光器1是含有光隔离器的980nm泵浦的光纤激光器；
一1×2的3dB光学耦合器2，该1×2的3dB光学耦合器2的a端口与掺铒光纤激光器1的输出端连接；
一第一2×2的3dB光学耦合器9，该第一2×2的3dB光学耦合器9的a端口与掺铒光纤激光器1输入端连接；
该1×2的3dB光学耦合器2的b端口和第一2×2的3dB光学耦合器9的b端口之间还串接有一1×2的95：5的光学耦合器14和光学光栅滤波器1
1，形成一第一主有源环13；
该2×2的3dB光学耦合器9的c端口依次连接有偏振控制器8、光纤法布里-珀罗可调滤波器7；
该2×2的3dB光学耦合器9的d端口是系统的输出；
一第二2×2的3dB光学耦合器3，该第二2×2的3dB光学耦合器3的a端口与1×2的3dB光学耦合器2的c端口连接，在该第二2×2的3dB光学耦合器3的c、d端口接有一段一定长度的光纤构成次级无源环5；
一第三2×2的3dB光学耦合器4，该第三2×2的3dB光学耦合器4的a端口与第二2×2的3dB光学耦合器3的b端口连接，在该第三2×2的3dB光学耦合器4的c、d端口接有一段一定长度的光纤构成次级无源环6，该第三2×2的3dB光学耦合器4的b与光纤法布里-珀罗可调滤波器7、偏振控制器8连接，形成一第二主有源环12；
该光纤法布里-珀罗可调滤波器7又与1×2的95：5的光学耦合器14的b端口连接，1×2的95：5的光学耦合器14的b端口是5％输出，从第一主有源环13中通过1×2的95：5的光学耦合器14分出5％作为光纤法布里-珀罗可调滤波器7的反馈，使得光纤法布里-珀罗可调滤波器7的滤出波长可以随着光学光栅滤波器11滤出波长变化而变化，该光纤法布里-珀罗可调滤波器7的3dB带宽为2.99GHz，该光学光栅滤波器11的滤波波长和所加电压有对应关系，该对应关系不随时间变化。
其中第一、第二主有源环13、12和次级无源环5、6构成多环型腔结构。
该光纤法布里-珀罗可调滤波器7的反馈由第一主有源环13中的1×2的95：5的光学耦合器14提供，其可保证光纤法布里-珀罗可调滤波器7随着光学光栅滤波器11的滤出波长变化而变化。
请再参阅图1，在图1的实施例中，各光电器件之间由普通单模光纤连接，构成图示的多环型腔结构。其中，980nm泵浦的掺铒光纤激光器1作为系统的源是由一个980nm的泵浦激光器、隔离器和一个980/1550nmWDM耦合器组成，内置隔离器保证了腔内模式的单向振荡并避免了空间烧孔现象的产生，故系统中不需要另设隔离器；一个1×2的3dB光学耦合器2的b端口和第一2×2的3dB光学耦合器9的b端口之间串接有一个1×2的95：5的光学耦合器和一个光学光栅滤波器11，形成一第一主有源环13；一个1×2的3dB光学耦合器2的c端口和第一2×2的3dB光学耦合器9的c端口之间串接有第二2×2的3dB光学耦合器3、第三2×2的3dB光学耦合器4、光纤法布里-珀罗可调滤波器7和偏振控制器8，形成第二主有源环12，其中光纤法布里-珀罗可调滤波器7是窄带滤波器，它的3dB带宽仅为2.99GHz；第二2×2的3dB光学耦合器3的c端口和d端口用一段光纤相连，形成次级无源环5；第二2×2的3dB光学耦合器4的c端口和d端口用一段光纤相连，形成次级无源环6；两个次级无源环5、6和双有源环12、13结构一起可作为模式间隔的控制器，根据Vernier效应，自由光谱范围和腔长成反比，在本系统中既有主有源环又有次级无源环，故有效自由光谱范围为各个腔自由光谱范围的最小公倍数，计算确定各个腔的腔长，使得有效自由光谱范围尽可能的大；一个光学光栅滤波器11和一个光纤法布里-珀罗可调滤波器7，把两滤波器的滤波波长调至相同或相近时可确定激光器的激射波长，通过调节加在两滤波器上的电压可实现单纵模输出波长的连续调谐，在两个有源环中我们之所以不用两个光纤法布里—珀罗可调滤波器，而是选择一个光纤法布里—珀罗可调滤波器7和一个光学光栅滤波器11，主要是由于光纤法布里-珀罗可调滤波器7的电压和通过波长没有很好的对应关系，会随着时间漂移，要想使得两滤波器的滤波波长调到相同或相近很困难，故我们选择用光学光栅滤波器11来代替光纤法布里-珀罗可调滤波器7，因为光学光栅滤波器11的通过波长不会随时间漂移，同时，从含有光学光栅滤波器的第一有源环13中通过一个1×2的95：5的光学耦合器分出5％作为光纤法布里-珀罗可调滤波器7的反馈，使得光纤法布里-珀罗可调滤波器7的滤出波长可以随着光学光栅滤波器滤出波长变化而变化，使得操作简单易行；偏振控制器8用以调整腔内光的偏振态并稳定激光器的输出；多环型腔和两滤波器相结合的结构可以实现稳定可调谐的单纵模输出，输出光由光纤耦合器9的d端输出。
Claims (6)
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：
一掺铒光纤激光器，该掺铒光纤激光器含有光隔离器，保证了腔内模式的单向振荡并避免了空间烧孔现象的产生，故系统中不需要另设隔离器；
一1×2的3dB光学耦合器，该1×2的3dB光学耦合器的a端口与掺铒光纤激光器的输出端连接；
一第一2×2的3dB光学耦合器，该第一2×2的3dB光学耦合器的a端口与掺铒光纤激光器输入端连接；
该1×2的3dB光学耦合器的b端口和第一2×2的3dB光学耦合器的b端口之间还串接有一1×2的95：5的光学耦合器和光学光栅滤波器，形成一第一主有源环；
该2×2的3dB光学耦合器的c端口依次连接有偏振控制器、光纤法布里-珀罗可调滤波器；
该2×2的3dB光学耦合器的d端口是系统的输出；
一第二2×2的3dB光学耦合器，该第二2×2的3dB光学耦合器的a端口与1×2的3dB光学耦合器的c端口连接，在该第二2×2的3dB光学耦合器的c、d端口接有一段一定长度的光纤构成次级无源环；
一第三2×2的3dB光学耦合器，该第三2×2的3dB光学耦合器的a端口与第二2×2的3dB光学耦合器的b端口连接，在该第三2×2的3dB光学耦合器的c、d端口接有一段一定长度的光纤构成次级无源环，该第三2×2的3dB光学耦合器的b与光纤法布里-珀罗可调滤波器、偏振控制器连接，形成一第二主有源环；
该光纤法布里-珀罗可调滤波器又与1×2的95：5的光学耦合器的b端口连接，1×2的95：5的光学耦合器的b端口是5％输出，从第一主有源环中通过1×2的95：5的光学耦合器分出5％作为光纤法布里-珀罗可调滤波器的反馈，使得光纤法布里-珀罗可调滤波器的滤出波长可以随着光学光栅滤波器滤出波长变化而变化。
2、如权利要求1所述的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，其中所述掺铒光纤激光器是含有光隔离器的980nm泵浦的光纤激光器。
3、如权利要求1所述的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，其中所述的第一、第二主有源环和次级无源环构成多环型腔结构。
4、如权利要求1所述的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，其中光纤法布里-珀罗可调滤波器的3dB带宽为2.99GHz。
5、如权利要求1所述的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，其中光学光栅滤波器的滤波波长和所加电压有对应关系，该对应关系不随时间变化。
6、如权利要求1所述的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，其中光纤法布里-珀罗可调滤波器的反馈由第一主有源环中的1×2的95：5的光学耦合器提供，其可保证光纤法布里-珀罗可调滤波器随着光学光栅滤波器的滤出波长变化而变化。
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