CN101908708B - 融合光纤分布反馈激光器与光纤放大器的光纤器件 - Google Patents

Abstract

融合光纤分布反馈激光器与光纤放大器的光纤器件，属光纤激光器技术领域，包括980nm泵浦光源、波分复用器、DFB-FL和隔离器，其特征在于掺饵光纤在DFB-FL前端时预留的掺铒光纤和当掺饵光纤在DFB-FL后端上时预留的掺铒光纤的长度加大，为15-120cm。本发明将激光的产生和放大集成到一起，结构简单，既合理利用了泵浦光，又减少了由于光纤熔接造成的损耗。而且方便多个器件的复用，便于组成传感网络，且每一级的传感都有自己的放大，保证了传感过程中的信号强度，方便后续系统中信号的解调，可以广泛的应用于光纤通信和光纤传感中。

Description

融合光纤分布反馈激光器与光纤放大器的光纤器件

技术领域

本发明涉及一种融合光纤分布反馈激光器(DFB-FL)与光纤放大器的光纤器件，具体讲是一种集光纤分布反馈激光器与光纤放大器于一体的新型光纤器件，属光纤激光器技术领域。

背景技术

目前，激光器的应用越来越广泛，分布反馈光纤激光器(DFB-FL)由于具有极窄的线宽，很高的信噪比，波长线性可调，低相位噪声和稳定的单模输出等优点，可以作为光纤传感系统极其优越的光源，进行超远距离，超高精度和超高敏感度的传感。

DFB(Distributed Feed Back)光纤激光器与传统的激光器不同，它没有传统的腔镜，而是直接在稀土掺杂光纤写入的光栅构成谐振腔，有源区和反馈区同为一体，只用一个光栅来实现光反馈和波长选择，因而具有线宽窄、噪声小等优点，是光纤激光器发展的一个重要方向。将DFB激光器应用于光纤传感领域中，作为光纤传感头，必将大大提高光纤传感器的性能。而一般的DFB光纤激光器的输出功率都比较小，因此如何提高DFB激光器的输出功率成为一个需要解决的问题。目前，常采用以下两种方法来实现：

提高DFB光纤激光器的泵浦功率，当泵浦功率较强时，输出的激光强度也会相应的增强，此种方法结构简单，但需要较强的泵浦光，对泵浦源提出了较高的要求，再加上较低的转换效率，很大一部分的泵浦光被浪费，而且当泵浦光强到一定值的时候，转换效率会降低，大部分的泵浦光透过DFB-FL，起不到泵浦的作用，如图1所示。

对出射的DFB光纤激光，再进入光纤放大器，对DFB-FL进一步的放大，这样很容易达到我们需要的功率，问题在于，我们需要再加入一个光纤放大器(EDFA)，多加了一个泵浦源，造成成本的增加，而且当使用DFB-FL构成传感网络，多个DFB-FL复用的时候，我们不可能给每个DFB-FL再拖上一个EDFA，这种方案显然行不通，如图3所示。

论文“Performance Limitations of High-Power DFB Fiber Lasers”[K.H.

Member，IEEE，and A.B.Grudinin，IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS，VOL.15，NO.2，FEBRUARY 2003.]中提到了上述的两种方法来提高DFB-FL的输出功率，并进行了对比，前者存在较低的转换效率，造成了泵浦光的浪费；后者则是一个复杂的系统，不适合于系统的复用和组成传感网络。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷和不足，本发明提出了一种将EDFA(光纤放大器)部分和DFB-FL集成到一根光纤中的方法和器件，旨在提供一种简单，可以合理利用泵浦光，且便于组成传感网络，适合多个复用的方法和系统。

本发明的技术方案是按以下方式实现的。

一种融合光纤分布反馈激光器与光纤放大器的光纤器件，包括980nm泵浦光源(LD)、波分复用器(WDM)、DFB-FL和隔离器(ISO)，当掺饵光纤在DFB-FL前端时，将980nm泵浦光源通过其所带尾纤与波分复用器(WDM)的980输入端相连；波分复用器(WDM)的公共端由普通的单模光纤与DFB-FL前端预留的掺铒光纤连接；波分复用器(WDM)的1550nm端通过普通光纤接到隔离器的正向输入端，隔离器的另一端输出激光；当掺饵光纤在DFB-FL后端时，将980nm泵浦光源用普通光纤和波分复用器(WDM)的980输入端连接，波分复用器(WDM)的公共端由普通光纤连接到3db耦合器的一端上，3db耦合器的另一端接到DFB-FL上；DFB-FL后端上预留的掺铒光纤连接普通光纤，由普通光纤连将其连接到3db耦合器上；波分复用器(WDM)的1550nm端通过普通光纤连到隔离器上，从隔离器的另一端输出激光，其特征在于掺饵光纤在DFB-FL前端时预留的掺铒光纤和当掺饵光纤在DFB-FL后端上时预留的掺铒光纤的长度加大，为15-120cm。

通常情况下的已有技术中，如图1和图2所示，980nm的泵浦光经过WDM进入刻写光栅的分布反馈掺Er³⁺光纤区，Er³⁺吸收980nm的泵浦光能量以后，从基态能级跃迁到高能级，高能级是一个不稳定的能级，因此很快就以无辐射的方式跃迁到激光上能级。激光上能级是亚稳态能级，Er³⁺离子在激光上能级的寿命较长，因此能够逐渐积累起来。随着泵浦光的不断注入，实现了激光上能级与下能级之间的粒子数反转。当发生1550nm波段的自发辐射时会引发同频受激辐射，使Er³⁺从激光上能级跃迁到激光下能级，产生的能量对该波段的光进行放大。每一列光波在光栅周期结构中传播，沿着其传播路径的每一点都接受来自布拉格反射的相对方向传播的光波，通过周期结构的长度分布反馈。由于相移光栅的布拉格波长是一定的，因此只对特定波长的受激辐射光进行反馈，光栅的反射率非常高(＞99％)于是这个波长的反馈光就不断放大，产生激光。由于相移光栅在反射谱中开了一个透射窗口，所以产生的激光可以从高反射的腔内输出。一部分的激光从前向返回，通过WDM，由于波分复用器的滤波作用，1550nm波段的光进入隔离器(ISO)，而不是返回半导体激光器，从隔离器出来的光就是我们需要的窄线宽的DFB光纤激光。

DFB-FL是利用氩离子激光器或准分子激光器把λ/4相移光栅写在稀土掺杂的光纤上构成谐振腔，有源区和反馈区同为一体，用一个光栅就能实现反馈和波长选择，容易获得单纵模、窄线宽工作，而且频率稳定性更好，旁瓣抑制比高，还避免了有源光纤与光栅的熔接损耗。本发明就是将刻写光栅的稀土掺杂光纤(一般是掺铒)预留出一段掺铒光纤(通常情况下的已有技术中的DFB-FL的预留掺铒光纤是2-10cm，本发明的预留光纤在15-120cm。)。当预留的掺饵光纤在DFB-FL前端时，980nm的泵浦光经由波分复用器(WDM)注入预留的掺铒光纤以后，一部分光用于产生1525-1565nm的ASE光(放大自发辐射光源AmplifiedSpontaneous Emission)，一部分980nm的光进入DFB-FL内作为泵浦光，产生我们需要的窄线宽激光，产生的ASE光也可以作为泵浦光激发DFB光，后向散射的DFB光再返回掺铒光纤，作为种子光进入，掺铒光纤产生放大作用，由于模式的竞争，其他波长的ASE光被抑制，只是对DFB光进行放大，经过波分复用器滤波，通过隔离器输出放大以后的DFB光。利用多余的泵浦光，和掺杂光纤构成一个EDFA的光纤放大器，将产生的DFB-FL直接放大，选择合适的掺杂光纤长度和泵浦功率，达到较大的输出功率。

当预留的掺铒光纤置于DFB-FL后端时，980nm泵浦光注入DFB-FL，产生窄线宽的激光，作为种子光注入预留的掺铒光纤，利用多余的泵浦光，和掺杂光纤构成一个EDFA的光纤放大器，将产生的DFB-FL直接放大，选择合适的掺杂光纤长度和泵浦功率，达到较大的输出功率。输出光将从前向输出，作为传感应用的话，需要多加入一根光纤，在此我们设计了只用一根光纤的器件，如图5，980nm的泵浦光，通过WDM注入，经过一个2*2的耦合器，一半的泵浦光，注入DFB-FL，产生我们需要的窄线宽的激光，多余的泵浦光，注入后端的掺铒光纤，作为放大器的泵浦，从耦合器另一端出来的泵浦光，也注入掺铒光纤，和前面从DFB透出的980nm的光，组成一个双端的泵浦光纤放大器，放大的窄线宽激光，再从耦合器返回，经过WDM，从隔离器输出。

上述的EDFA是英文“Erbium-doped Optical Fiber Amplifier”的缩写，意即掺铒光纤放大器。

本发明将DFB-FL的产生和放大集成到一起，结构简单，既合理利用了泵浦光，又减少了由于光纤熔接造成的损耗。而且方便多个器件的复用，便于组成传感网络，且每一级的传感都有自己的放大，保证了传感过程中的信号强度，方便后续系统中信号的解调，可以广泛的应用于光纤通信和光纤传感中，特别是在光纤传感的网络中，例如水听器等。

本发明具有以下优点：结构简单，可提高泵浦光的利用率，且适合于多个DFB-FL的复用，便于组成传感网络。

附图说明

图1.是通常所用DFB-FL的结构示意图。

其中：1、980nm泵浦光源，2、普通光纤，3、波分复用器，4、普通光纤，5、DFB-FL，6、隔离器，7、普通光纤。

图2.DFB-FL的示意图。

其中：8、掺铒光纤，9、光栅，10、λ/4相移，11、掺铒光纤

图3是在已有技术情况下DFB-FL进行放大的示意图。

其中：1、980nm泵浦光源，2、普通光纤，3、波分复用器，4、普通光纤，5、DFB-FL，6、普通光纤，7、光隔离器，12、980nm泵浦光源，13、普通光纤，14、波分复用器，15、普通光纤，16、掺铒光纤，17、隔离器。

图4是掺饵光纤在DFB-FL前端时本发明器件的结构示意图。

其中：18、980nm泵浦光源，19普通光纤，20、波分复用器，21、普通光纤，22掺铒光纤，23、DFB-FL，24、普通光纤，25、隔离器。

图5是当掺饵光纤在DFB-FL后端时本发明器件的结构示意图。

其中：26、980nm泵浦光源，27普通光纤，28、波分复用器，29、普通光纤，30、3db耦合器，31、DFB-FL，32、掺铒光纤，33、普通光纤，34、普通光纤，35、隔离器。

图6为本器件组成阵列的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

本发明实施例1如图4所示，包括980nm半导体激光器18、波分复用器20、DFB-FL23、和隔离器25，将980nm半导体激光器18通过其所带尾纤19与波分复用器20的980输入端相连；波分复用器20的公共端由普通的单模光纤21与DFB-FL23上前端预留的掺铒光纤22连接；波分复用器20的1550nm端通过普通光纤24接到隔离器25的正向输入端，隔离器25的另一端输出激光，其特征在于在DFB-FL上前端预留的掺铒光纤22的长度为20cm。

实施例2：

和实施例1相同，只是预留的掺铒光纤22的长度为60cm。

实施例3：

和实施例1相同，只是预留的掺铒光纤22的长度为90cm。

实施例4：

本发明实施例4如图5所示，包括980nm半导体激光器26、波分复用器28、DFB-FL31和光隔离器35，将980nm半导体激光器26用普通光纤27和波分复用器28的980输入端连接，波分复用器28的公共端由普通光纤29连接到3db耦合器30的一端上，3db耦合器30的另一端接到DFB-FL31上；DFB-FL31后端上预留的掺铒光纤32连接普通光纤33，由普通光纤33将其连接到3db耦合器30上；波分复用器28的1550nm端通过普通光纤34连到隔离器35上，从隔离器35的另一端输出激光，其特征在于在DFB-FL31后端上预留的掺铒光纤32的长度为30cm。

实施例5：

和实施例4相同，只是预留的掺铒光纤32的长度为70cm。

实施例6：

和实施例4相同，只是预留的掺铒光纤32的长度为100cm。

Claims (1)

1.一种融合光纤分布反馈激光器与光纤放大器的光纤器件，包括980nm泵浦光源、波分复用器、DFB-FL和隔离器，当掺饵光纤在DFB-FL前端时，将980nm泵浦光源通过其所带尾纤与波分复用器的980nm输入端相连，波分复用器的公共端由普通的单模光纤与DFB-FL前端预留的掺铒光纤连接，波分复用器的1550nm端通过普通光纤接到隔离器的正向输入端，隔离器的另一端输出激光；当掺饵光纤在DFB-FL后端时，将980nm泵浦光源用普通光纤和波分复用器的980nm输入端连接，波分复用器的公共端由普通光纤连接到3db耦合器的一端上，3db耦合器的另一端接到DFB-FL上，DFB-FL上预留的掺铒光纤连接普通光纤，由普通光纤将其连接到3db耦合器的所述另一端上，波分复用器的1550nm端通过普通光纤连到隔离器上，从隔离器的另一端输出激光，其特征在于掺饵光纤在DFB-FL前端时预留的掺铒光纤和当掺饵光纤在DFB-FL后端上时预留的掺铒光纤的长度为15-120cm。

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