CN101752776B - 一种获得多波长激光的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种获得多波长激光的方法及设备。现有技术成本高、波长间隔控制难。本发明方法首先根据多波长激光的频谱范围，选用对应的元器件，然后选择波长固定半导体激光器和波长可调谐半导体激光器，最后调节波长可调谐半导体激光器的波长和掺铒光纤放大器的增益系数获得多波长激光。本发明的装置中波长固定半导体激光器和波长可调谐半导体激光器分别与第一光耦合器连接；第一光耦合器与第二光耦合器的一个输入端口光纤连接；第二光耦合器的一个输出端口与掺铒光纤放大器的输入端口光纤连接；第二光耦合器的另一个输出端口作为多波长激光的输出端口。本发明所获得的激光具有波长范围大、波长间隔可调谐、单个波长激光带宽窄等特点。
Description
技术领域
本发明属于激光技术领域，特别涉及一种基于增强四波混频效应获得多波长激光的方法以及实现该方法的设备。
背景技术
在激光技术领域，光纤激光器的出现大大提升了激光器的性能。光纤激光器具有结构紧凑、光纤兼容、低阈值、高效率、高光束质量和激光频谱可控性强等优点。光纤激光器的激光频谱可控性主要体现在波长调谐、波长切换、多波长激光输出等方面，这些特性是其它类型的激光器所没有的。多波长激光在光通信系统、传感系统、工业加工、监测等领域有重要的应用价值，日益成为人们关注的热点。
目前已经有不少获得多波长激光的研究。在光通信波长最有潜力的是多波长掺铒光纤激光器，而该种类型的激光器面临一个困难：常温下的掺铒光纤具有很大的均匀增益线宽，因此多波长激光之间存在强烈的增益竞争而导致输出功率不稳定。尽管已经有一些技术被用来解决掺铒光纤激光器不同波长之间增益竞争的问题，但是成本比较高。另外一方面，目前所报道的获得多波长激光的研究方案中，还缺乏波长间隔的控制技术。在极少数处于实验室研究阶段的实现波长间隔控制的方案中，还存在波长不稳定、单个激光带宽太大等影响多波长激光应用的严重问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于增强四波混频效应获得多波长激光的方法，同时提供实现该方法的设备。
本发明的方法包括以下步骤：
步骤(1)根据所需要获得的多波长激光的频谱范围，选用对应的高非线性光纤、第一光耦合器、第二光耦合器、掺铒光纤放大器，使得高非线性光纤的零色散点落在多波长激光频谱范围中间，高非线性光纤的非线性系数大于10W-1km-1，高非线性光纤的长度为200米至1000米；第一光耦合器和第二光耦合器的工作频谱范围大于或等于多波长激光频谱范围，第一光耦合器的功率分比为1∶1，第二光耦合器的功率分比范围1∶1～9；掺铒光纤放大器的增益频谱范围大于或等于多波长激光频谱范围；
步骤(2)根据所需要获得的多波长激光的波长间隔Δλ的调谐范围，选用一个中心波长为λ0的波长固定半导体激光器和一个中心波长为λ0的波长可调谐半导体激光器，λ0位于多波长激光频谱范围中心，波长固定半导体激光器和波长可调谐半导体激光器的输出功率相差不超过30％，波长可调谐半导体激光器的波长调谐范围大于多波长激光的波长间隔Δλ的调谐范围；
步骤(3)将波长固定半导体激光器的输出端口和第一光耦合器的一个输入端口光纤连接；将波长可调谐半导体激光器的输出端口和第一光耦合器的另一个输入端口光纤连接；将第一光耦合器的输出端口与第二光耦合器的一个输入端口光纤连接；将第二光耦合器的一个输出端口与掺铒光纤放大器的输入端口光纤连接；将掺铒光纤放大器的输出端口与高非线性光纤的一端光纤连接；将高非线性光纤的另一端与第二光耦合器的另一个输入端口光纤连接；第二光耦合器的另一个输出端口作为多波长激光的输出端口。
步骤(4)开启波长固定半导体激光器和波长可调谐半导体激光器，调节波长可调谐半导体激光器的波长，使得可调谐半导体激光器的波长和波长固定半导体激光器的波长间隔为Δλ；开启掺铒光纤放大器；第二光耦合器、掺铒光纤放大器和高非线性光纤组成了一个主动放大系统，极大地增强了从波长固定半导体激光器和波长可调谐半导体激光器输出的两个入射激光在高非线性光纤中的四波混频效应，从而产生了新的波长激光；调节掺铒光纤放大器的增益系数，使得从第二光耦合器的另一个输出端口输出的多波长激光波长数目达到最大，即获得波长间隔为Δλ的多波长激光输出；调节可调谐半导体激光器的波长实现多波长激光波长间隔的调谐。
实现本发明方法的设备包括波长固定半导体激光器、波长可调谐半导体激光器、第一光耦合器、第二光耦合器、掺铒光纤放大器和高非线性光纤。波长固定半导体激光器的输出端口和第一光耦合器的一个输入端口光纤连接；波长可调谐半导体激光器的输出端口和第一光耦合器的另一个输入端口光纤连接；第一光耦合器的输出端口与第二光耦合器的一个输入端口光纤连接；第二光耦合器的一个输出端口与掺铒光纤放大器的输入端口光纤连接；掺铒光纤放大器的输出端口与高非线性光纤的一端光纤连接；高非线性光纤的另一端与第二光耦合器的另一个输入端口光纤连接；第二光耦合器的另一个输出端口作为多波长激光的输出端口。
本发明主要适用于光通信系统、传感系统、工业加工、监测等领域。本发明采用了波长固定半导体激光器和波长可调谐半导体激光器输出激光作为种子激光，利用高非线性光纤加上光放大器的增强四波混频效应产生新的波长激光，从而实现了波长间隔可调谐的多波长激光的稳定输出。
利用本发明获得的多波长激光具有波长范围大、波长间隔可调谐、单个波长激光带宽窄、输出功率稳定等优点，可以应用于光通信系统、传感系统、工业加工、监测等领域。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明获得的多波长激光的输出频谱图。
具体实施方式
如图1所示，实现多波长激光的设备包括波长固定半导体激光器1、波长可调谐半导体激光器2、第一光耦合器3、第二光耦合器4、掺铒光纤放大器6和高非线性光纤5。
波长固定半导体激光器1的输出端口和第一光耦合器3的一个输入端口光纤连接；波长可调谐半导体激光器2的输出端口和第一光耦合器3的另一个输入端口光纤连接；第一光耦合器3的输出端口与第二光耦合器4的一个输入端口光纤连接；第二光耦合器4的一个输出端口与掺铒光纤放大器6的输入端口光纤连接；掺铒光纤放大器6的输出端口与高非线性光纤5的一端光纤连接；高非线性光纤5的另一端与第二光耦合器4的另一个输入端口光纤连接；第二光耦合器4的另一个输出端口作为多波长激光的输出端口。
获得多波长激光的方法包括以下步骤：
(1)根据所需要获得的多波长激光的频谱范围1555nm至1575nm，选用零色散点为1565nm、非线性系数为12W-1km-1、长度为500米的高非线性光纤；选用工作频谱范围为1540nm至1590nm的第一光耦合器和第二光耦合器，第一光耦合器的功率分比为1∶1，第二光耦合器的功率分比为1∶2；选用增益频谱范围为1550nm至1580nm的掺铒光纤放大器；
(2)根据所需要获得的多波长激光的波长间隔Δλ的调谐范围0.4nm至1.6nm，选用一个中心波长为1565nm的波长固定半导体激光器1和一个中心波长为1565nm的波长可调谐半导体激光器2，波长固定半导体激光器1和波长可调谐半导体激光器2的输出功率分别为1mW和0.9mW，波长可调谐半导体激光器2的波长调谐范围为1530nm至1590nm；
(3)将波长固定半导体激光器1的输出端口和第一光耦合器3的一个输入端口光纤连接；将波长可调谐半导体激光器2的输出端口和第一光耦合器3的另一个输入端口光纤连接；将第一光耦合器3的输出端口与第二光耦合器4的一个输入端口光纤连接；将第二光耦合器4的一个输出端口与掺铒光纤放大器6的输入端口光纤连接；将掺铒光纤放大器6的输出端口与高非线性光纤5的一端光纤连接；将高非线性光纤5的另一端与第二光耦合器4的另一个输入端口光纤连接；第二光耦合器4的另一个输出端口作为多波长激光的输出端口。
(4)开启波长固定半导体激光器1和的波长可调谐半导体激光器2，调节波长可调谐半导体激光器2的波长为1565.8nm，使得可调谐半导体激光器的波长2和波长固定半导体激光器1的波长间隔为0.8nm；开启掺铒光纤放大器6；调节掺铒光纤放大器6的增益系数，使得从第二光耦合器4的另一个输出端口输出的多波长激光波长数目达到最大，即可获得如图2所示的波长间隔为0.8nm的多波长激光输出；调节可调谐半导体激光器2的波长可实现多波长激光波长间隔的调谐。在本实施例中，多波长激光波长间隔的调谐范围为0.2nm至2nm。
Claims (1)
1.一种获得多波长激光的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤(1)根据所需要获得的多波长激光的频谱范围，选用对应的高非线性光纤、第一光耦合器、第二光耦合器、掺铒光纤放大器，使得高非线性光纤的零色散点落在多波长激光频谱范围中间，高非线性光纤的非线性系数大于10W-1km-1，高非线性光纤的长度为200米至1000米；第一光耦合器和第二光耦合器的工作频谱范围大于或等于多波长激光频谱范围，第一光耦合器的功率分比为1∶1，第二光耦合器的功率分比范围1∶1～9；掺铒光纤放大器的增益频谱范围大于或等于多波长激光频谱范围；
步骤(2)根据所需要获得的多波长激光的波长间隔Δλ的调谐范围，选用一个中心波长为λ0的波长固定半导体激光器和一个中心波长为λ0的波长可调谐半导体激光器，λ0位于多波长激光频谱范围中心，波长固定半导体激光器和波长可调谐半导体激光器的输出功率相差不超过30％，波长可调谐半导体激光器的波长调谐范围大于多波长激光的波长间隔Δλ的调谐范围；
步骤(3)将波长固定半导体激光器的输出端口和第一光耦合器的一个输入端口光纤连接；将波长可调谐半导体激光器的输出端口和第一光耦合器的另一个输入端口光纤连接；将第一光耦合器的输出端口与第二光耦合器的一个输入端口光纤连接；将第二光耦合器的一个输出端口与掺铒光纤放大器的输入端口光纤连接；将掺铒光纤放大器的输出端口与高非线性光纤的一端光纤连接；将高非线性光纤的另一端与第二光耦合器的另一个输入端口光纤连接；第二光耦合器的另一个输出端口作为多波长激光的输出端口；
步骤(4)开启波长固定半导体激光器和波长可调谐半导体激光器，调节波长可调谐半导体激光器的波长，使得可调谐半导体激光器的波长和波长固定半导体激光器的波长间隔为Δλ；开启掺铒光纤放大器；第二光耦合器、掺铒光纤放大器和高非线性光纤组成了一个主动放大系统；调节掺铒光纤放大器的增益系数，使得从第二光耦合器的另一个输出端口输出的多波长激光波长数目达到最大，即获得波长间隔为Δλ的多波长激光输出；调节可调谐半导体激光器的波长实现多波长激光波长间隔的调谐。
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