CN101483307A - 一种偏振相关输出的多波长和被动锁模光纤激光器 - Google Patents
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本发明公开了一种偏振相关输出的多波长和被动锁模光纤激光器，属于激光和光通信领域。环形激光腔中包括作为增益介质的掺铒光纤，980nm/1550nm波分复用器用来把980nm泵浦激光耦合进掺铒光纤，一个两端带尾纤的偏振相关隔离器保证激光器单方向工作，同时还起到一个起偏器的作用，两个偏振控制器分别在偏振相关隔离器的两侧用来控制偏振态，还有一个10dB耦合器，它的10％端口用于输出光信号，90％光信号继续在腔内循环。激光腔内插入一段较长的单模光纤用来增大激光腔内非线性效应，一段保偏光纤与偏振相关隔离器构成双折射光纤周期性滤波器。该光纤激光器有两种不同的输出模式，锁模脉冲输出和多波长连续波输出，并且调节偏振，可以在两种输出模式之间相互切换。
Description
技术邻域
本发明涉及激光和光通信领域，特别是提供了一种偏振相关输出的多波长和被动锁模光纤激光器。
背景技术
光源技术是光通信技术中的关键技术之一，目前商用的光纤通信系统中主要采用半导体激光器作为光源。和半导体激光器相比，光纤激光器具有许多优良的特性：光纤到光纤的耦合技术成熟，可以有更高的耦合效率和稳定性；光纤具有相当多的可调参数和选择性，因此可以获得的激光谱线相当多；同时光纤基质有很宽的荧光谱，插入适当的滤波器可以得到很宽的可调谐范围和很好的单色性。因此光纤激光器十分适合应用于波分复用(WDM)和时分复用(OTDM)光通信系统。目前研究应用于光通信系统中的光纤激光器主要有：超连续光源，多波长光源和锁模脉冲光源。多波长光纤激光器和锁模光纤激光器在光纤通信系统中潜在的应用价值得到了人们的广泛关注，特别是在1550nm这个窗口，掺铒光纤激光器伴随着掺铒光纤放大技术的成熟得到了很大的发展。以光纤作增益介质的光纤激光器阈值低、波长可调谐，是目前光通信领域的新兴技术，它可以用于现有的通信系统，使之支持更高的传输速度，势必成为未来高速率密集波分复用系统和时分复用系统的基础。另外，多波长光纤激光器和锁模光纤激光器不仅可以用作未来光纤通信系统理想光源，而且在光传感、探测诊断、非线性光学、生物医学、军事等众多领域有着广阔的应用前景。
多波长激光器可以同时为现代光波分复用(WDM)通信系统提供所需多个信道光源，使光发射端的设计更为紧凑、经济，因而在密集波分复用(DWDM)系统中有着很重要的应用价值。而且多波长光纤激光器具有线宽窄、输出功率高、稳定性好、易于与光纤通信系统兼容等优点，非常适合于密集光波分复用光纤通信系统。多波长光纤激光器不仅广泛应用于光通讯光源，而且在光传感，光器件的性能测试和材料的色散测试等很多领域都具有广阔的应用前景，因而是光纤激光器研究的热点之一。室温稳定的多波长光纤激光器中最关键的技术是如何有效抑制掺杂光纤的均匀增益展宽效应。常温下铝硅玻璃掺铒光纤的均匀展宽线宽约为11nm，锗硅玻璃掺铒光纤的均匀线宽约为3-4nm。研究表明，当多波长激光器的输出波长间隔小于增益光纤的均匀展宽线宽时，不可避免地存在严重的模式竞争和模式跳变。要提高多波长光纤激光器的工作性能，获得稳定的多波长激光振荡，关键在于设法抑制增益光纤的均匀展宽效应，以及由此引起的交叉增益饱和效应。实现多波长光纤激光器有多种方法，将掺铒光纤浸泡在液氮(77K)中来抑制其均匀加宽机制可以实现多波长掺铒光纤激光器，但这种方法有很大局限性，不能工作在室温下。至今已经提出了多种方法来使得光纤激光器能在室温下产生稳定多波长：通过频移反馈来阻止激光器的单模振荡，利用非线性光纤中的四波混频效应来产生自稳定的多波长，将具有非均匀增益特性的半导体激光器或拉曼放大器插入到光纤激光器中，和采用级联的受激布里渊散射实现布里渊多波长掺铒光纤激光器。
为了实现多波长输出通常需要在激光腔内插入周期性的多波长滤波器，比如波长固定的Fabry-Pérot滤波器、波长可调谐的啁啾光纤光栅或取样光栅和双折射光纤环形镜等。相比这些滤波器还有另外一种相对简单的滤波器，即双折射光纤滤波器，它结构简单，只由一个起偏器和一段高双折射光纤即可组成。而且它的波长间隔可以通过选择合适的双折射光纤长度来改变，它的波长可以通过改变偏振来精密调谐。
锁模光纤激光器可分为主动锁模和被动锁模。与主动锁模光纤激光器相比，被动锁模光纤激光器由于其不需要任何外界的有源调制器件，因此其腔体结构不仅更加简单，并且还可以实现全光纤集成，是近年来国内外在光纤激光器方面的研究热点之一。实现光纤激光器被动锁模的方法主要包括半导体可饱和吸收体被动锁模、附加脉冲锁模、非线性偏振旋转被动锁模等。其中附加脉冲锁模是一种典型的被动锁模技术，是利用非线性放大环镜(NALM)或非线性光纤环镜(NOLM)作等效可饱和吸收体，通常采用“8”字形腔体，所以通常又称之为“8”字形被动锁模光纤激光器。从概念上理解，非线性偏振旋转其锁模机制与“8”字形激光器相同，这里只是用同一脉冲的两个正交分量代替反向传输的两列波。从实用的角度看，这种方法可以用一个具有单个光纤环形腔的光纤激光器来实现，结构非常简单。非线性偏振旋转被动锁模的基本原理是强度相关可饱和吸收，即低强度光被吸收，而高强度光可以通过。但是，上述激光器都只有一种输出模式(连续波多波长或被动锁模)，不能有两种输出模式而灵活分别应用于波分复用或时分复用通信系统中。
本发明提出一种偏振相关输出的多波长和被动锁模光纤激光器，该激光器有两种不同的输出模式，取决于激光腔内偏振态的选取，可以分别输出锁模脉冲和连续波多波长激光，从而可选择的应用于波分复用和时分复用通信系统中。
发明内容
本发明的目的提供一种偏振相关输出的多波长和被动锁模光纤激光器，具有偏振相关的两种不同输出模式，可应用于波分复用和时分复用光纤通信系统中。环形激光腔中包括一段掺铒光纤作为增益介质，一个980/1550波分复用器用来把980nm泵浦激光耦合进掺铒光纤，一个两端带尾纤的偏振相关隔离器保证激光器单方向工作，同时还起到一个起偏器的作用，两个偏振控制器分别在偏振相关隔离器的两侧用来控制偏振态，还有一个10dB耦合器，它的10％端口用于输出光信号，90％光信号继续在腔内循环。如果没有了其他器件，这是一个典型的基于非线性偏振旋转的被动锁模光纤激光器结构。非线性偏振旋转被动锁模的基本原理是强度相关饱和吸收，即低强度光被吸收，而高强度光可以通过。调节激光器内的两个偏振控制器，选择合适的偏振态，很容易得到被动锁模脉冲激光。
进一步，非线性偏振旋转效应本身是会饱和的，这就是说当光强大于某一临界值时，激光腔的传输率不是随着光强的增大而增大，而是随着光强的增大而减小，这里正是利用这种强度相关的损耗来实现稳定多波长产生的。不同于传统被动锁模光纤激光器，现在在激光腔内插入了一段较长的单模光纤，增大了激光腔内非线性效应，另外还有一段保偏光纤，偏振相关隔离器和保偏光纤一起组成了一个在线型的周期性光纤滤波器。它的波长间隔由公式Δλ＝λ2/(ΔnL)决定，其中Δn和L分别是保偏光纤的双折射和长度。在激光器产生了锁模脉冲后，再仔细地调节偏振控制器，还可以产生多波长连续激光输出，波长的数量可以达到几十个，波长的间隔由双折射光纤滤波器决定。产生了多波长连续激光后，反过来也可以通过调节偏振，使激光器重新输出锁模脉冲
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
本发明所述的偏振相关输出的多波长或锁模光纤激光器为环形结构，插入了一段长的单模光纤，以增大激光腔内非线性效应。本发明所述的光纤激光器内有偏振相关隔离器和保偏光纤，偏振相关隔离器既有保证激光器单向运行的作用，又有起偏器的作用，偏振相关隔离器与保偏光纤一起构成一个等效双折射光纤周期性滤波器。本发明所述的光纤激光器有两种不同的输出模式，即锁模脉冲输出和多波长连续激光输出，并且调节偏振控制器，两种输出模式之间可以相互切换。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图。
图中：1、掺铒光纤，2、980nm/1550nm波分复用器，3、980nm泵浦激光，4、偏振相关隔离器，5、第一个偏振控制器，6、第二个偏振控制器，7、10dB耦合器，8、10dB耦合器的10％端口，9、10dB耦合器的90％端口，10、单模光纤，11、保偏光纤。
具体实施方式
环形激光腔中，从偏振相关隔离器出来的线偏振光由于第二个偏振控制器(6)的作用变为椭圆偏振光，椭圆偏振光可以看成是强度不等的左、右圆偏振光的叠加，通过单模光纤时由于光克尔效应强度不等的左、右圆偏振光会经历不等的非线性相移，因此合成的偏振态随着光的传播而旋转，并且旋转的角度与光强度有关。光再次到达偏振相关隔离器之前有另一个偏振控制器(5)，调节偏振控制器(5)可以改变通过偏振相关隔离器的光强。故由偏振控制器、单模光纤、偏振控制器和起偏器构成的联合体能起到一个强度相关器件的作用。一般地，对于一个偏振控制器、单模光纤、偏振控制器和起偏器构成的联合体，其传输和光强的关系存在两个不同的区域。其一是传输随光强的增加而提高，被动锁模光纤激光器就是工作在这一区域。当激光器腔内的两偏振控制器调节合适，使得偏振控制器、单模光纤、偏振控制器和起偏器构成的联合体的传输随光强的增加而提高时，相当于起到一个饱和吸收体的作用，这时输出的是被动锁模脉冲。另外一个区域是传输随光强的增加而减小，即高强度光将经历更大损耗，这时联合体相当于一个功率均衡器。这种强度相关非均匀损耗可以用来克服均匀加宽介质中的模式竞争，使得掺铒光纤激光器在室温下产生稳定的多波长输出。非线性偏振旋转效应作为一种新的克服均匀加宽增益介质中模式竞争的机理和方法，使得光纤激光器在室温下能产生稳定多波长输出。先产生输出了被动锁模脉冲，仔细调节偏振控制器，再产生多波长连续激光输出。反过来，先产生输出了多波长连续激光，仔细调节偏振控制器，再产生被动锁模脉冲输出。
Claims (4)
1、一种偏振相关输出的多波长和被动锁模光纤激光器，其特征在于，环形激光腔中包括作为增益介质的掺铒光纤(1)，980nm/1550nm波分复用器(2)，波分复用器(2)把980nm泵浦激光(3)耦合进掺铒光纤，偏振相关隔离器(4)保证激光器单方向运行，同时还起到一个起偏器的作用，两个偏振控制器(5，6)分别在偏振相关隔离器的两侧用来控制偏振态，10dB耦合器(7)的10％端口(8)用于输出光信号，90％端口(9)出来的光信号继续在腔内循环。一段较长的单模光纤(10)用来增大激光腔内非线性效应，一段保偏光纤(11)与偏振相关隔离器(4)构成周期性光纤滤波器。
2、根据权利要求1所述的偏振相关输出的多波长和被动锁模光纤激光器，其特征在于，所述的光纤激光器为环形结构，插入了一段长的单模光纤，以增大非线性效应。
3、根据权利要求1所述的偏振相关输出的多波长和被动锁模光纤激光器，其特征在于，所述的光纤激光器内有偏振相关隔离器和保偏光纤，偏振相关隔离器既有保证激光器单向运行的作用，又有起偏的作用，偏振相关隔离器与保偏光纤一起构成一个等效双折射光纤滤波器。
4、根据权利要求1所述的偏振相关输出的多波长和被动锁模光纤激光器，其特征在于，所述的光纤激光器有两种不同的输出模式，即锁模脉冲输出和多波长连续激光输出，并且调节偏振，两种输出模式之间可以相互切换。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Open date: 20090715 |