CN102074881B - 微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器，涉及对光频带宽有高质量要求，同时要求输出多波长的领域。本发明所要解决的技术问题是：目前多波长激光输出的光纤激光器结构复杂，高质量多波长激光输出不连续，系统不够稳定且成本高。其结构包括，纤芯(1)和包层(2)组成的光纤、光纤光栅(3)、在光纤内部的微型谐振腔体(4)、以及泵浦源(5)；其特征在于：微型谐振腔体的制作采用紫外激光器或飞秒激光器对光纤进行曝光，曝光处折射率高于周围介质折射率，从而产生出多个微型谐振腔体的结构；每个微型谐振腔体结构都谐振于一个特定波长的激光，多个微型谐振腔体共同作用可以实现多波长的输出。该发明主要用于光纤通信。
Description
技术领域
本发明涉及一种多波长光纤激光器。特别应用于对光频带宽有高质量要求，同时要求输出多波长的领域。
背景技术
如今光通信已成为远距离大容量传输信息的主要手段，特种通信用激光器的研制进展飞速，各种关于激光器的报道频频而至。首先对于用于通信的激光器基本要求多为单频特性，功率特性以及稳定等方面。
在现代光通信技术突飞猛进的大环境下，各类型的激光器层出不穷，尤其是当前波分复用技术的日趋成熟，特别是密集波分复用技术大量应用于光通信系统的情况下，能够输出多波长的激光器的研究已经成为当前的一个研究重点。目前在激光器性能的研究上有众多的研发团队在进行，并且已经取得了不小的成绩。尤其是在多波长激光器的研究上，众多研发团队都付出了艰辛的努力，在本领域不断有新的突破。但仍然面临几个问题：首先，在密集波分复用系统中多波长的实现多数是采用多个反馈激光二极管或是单片集成的多个激光器阵列，这样产生的多波长激光功率和波长对环境的依赖程度过大，难以达到通信系统所要求的精度，并且由此而来的提高了生产的成本。再有，在一些研究成果中，研究者采用了取样光栅来实现多波长的产生，这种方法的缺点显然不能保证每时每刻都能输出多路不同波长的激光，而且设备的集成程度一般，对系统的稳定和成本的降低不利。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服目前在高质量多波长激光输出的光纤激光器存在的问题：结构复杂，高质量多波长激光输出不连续，系统不够稳定，输出功率小，成本高。
本发明解决其技术问题所采用技术方案：
一种微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器，该激光器包括，光纤，在光纤的两端写入第一、第二光栅，以及泵浦源。
用紫外激光器或飞秒激光器对光纤曝光产生N个微型谐振腔体，微型谐振腔体的形状是圆环及与圆环相切的切线或矩形，其位置在纤芯内或包层与纤芯的结合处。
所述的微型谐振腔体的数量N≥2。
所述的微型谐振腔体的圆环半径为2微米至12微米，纤芯的半径为2微米至12微米，光栅的反射谱为1.20微米至1.65微米的所有光谱，泵浦源采用端面或侧面泵浦。所述的微型谐振腔体折射率高于纤芯。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果：
由于本发明设有N个微型谐振腔体，可以实现N个波长的输出，共同作用可以实现多波长的连续输出。由于采用了微型谐振腔体的结构，其中所采用的光纤有效模场面积可以做的较大，不易产生非线性，有益于输出激光质量的控制，可以输出相对更大的光功率。由于采用了微型谐振腔体的结构，对输出波长的控制变的简单并且精度更高，频带的宽度更窄；输出波长的数量可以简单的通过改变微型谐振腔体的数量来实现，相比其它实现方法结构简单、紧凑、成本低。
附图说明
图1为圆环及与圆环相切的两条切线组成的微型谐振腔体数量三个，均位于包层与纤芯交界处的微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器。
图2为圆环及与圆环相切的两条切线组成的微型谐振腔体数量两个，其中一个位于纤芯内，另外一个位于包层与纤芯交界处的微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器。
图3为圆环及与圆环相切的两条切线组成的微型谐振腔体数量四个，均位于纤芯内的微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器。
图4为圆环及与圆环相切的一条切线组成的微型谐振腔体数量N个，均位于纤芯内的微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器。
图5为圆环及与圆环相切的两条切线组成的微型谐振腔体数量四个，均位于纤芯内，且每一个对应一个光栅的微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器。
图6为四纤芯，芯间设置三个矩形微型谐振腔体的多波长光纤激光器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施方式一，一种微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器，如图1所示。该激光器结构包括：纤芯1和包层2组成的光纤，在纤芯1两端分别写入第一、第二光纤光栅31和32，位于第一、第二光纤光栅31和32之间的第一、第二、第三微型谐振腔体41、42和43，以及泵浦激光器5。
所述的第一、第二、第三微型谐振腔体41、42和43，它们均由圆环与两条切线构成，均位于纤芯与包层的结合处，由紫外激光器通过对光纤曝光形成，各谐振腔体的左边的切线部分均通过第一光纤光栅31。
各部分参数为：纤芯1半径2微米；包层2厚度为60.5微米；第一光纤光栅31对1.20微米至1.65微米波长的光波均全反射，第二光纤光栅32只对1.31、1.51和1.55微米波长的光波具有4％的反射率；第一微型谐振腔体41的圆环半径为2微米，第二微型谐振腔体42的圆环半径为5微米，第三微型谐振腔体43的圆环半径为12微米；用泵浦源5对光纤端面泵浦。该实施例中微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器输出1.31、1.51和1.55微米波长的光波。
实施方式二，一种微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器，如图2所示。该激光器结构包括纤芯1和包层2组成的光纤，在纤芯1两端分别写入第一、第二光纤光栅31和32，位于第一、第二光纤光栅31和32之间的第一、第二、微型谐振腔体41、42，以及泵浦激光器5。
所述的第一、第二微型谐振腔体41、42，它们均由圆环与两条切线构成，第一微型谐振腔体41位于纤芯内，第二微型谐振腔体42位于纤芯与包层的结合处，它们由飞秒激光器通过对光纤曝光形成，各谐振腔体的左边切线部分均通过第一光纤光栅31。
各部分参数为：纤芯1半径8微米；包层2厚度为54.5微米；第一光纤光栅31对1.20微米至1.65微米波长的光波均全反射，第二光纤光栅32只对1.31、1.55微米波长的光波具有4％的反射率；第一微型谐振腔体41的圆环半径为2.09微米，第二微型谐振腔体42的圆环半径为2.40微米；用泵浦源5对光纤端面泵浦。该实施例中微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器输出1.31、1.55微米波长的光波。
实施方式三，一种微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器，如图3所示。该激光器结构包括纤芯1和包层2组成的光纤，在纤芯1两端分别写入第一、第二光纤光栅31和32，位于第一、第二光纤光栅31和32之间的第一、第二、第三、第四微型谐振腔体41、42、43和44，以及泵浦激光器5。
所述的第一、第二、第三、第四微型谐振腔体41、42、43和44，它们均由圆环与两条切线构成，均位于纤芯内，它们由飞秒激光器通过对光纤曝光形成，各谐振腔体左边的切线部分均通过第一光纤光栅31。
各部分参数为：纤芯1半径9微米；包层2厚度为53.5微米；第一光纤光栅31对1.20微米至1.65微米波长的光波均全反射，第二光纤光栅32只对1.31、1.45、1.51和1.55微米波长的光波具有4％的反射率；第一微型谐振腔体41的圆环半径为2.09微米，第二微型谐振腔体42的圆环半径为2.31微米，第三微型谐振腔体43的圆环半径为2.40微米，第四微型谐振腔体44的圆环半径为2.47微米；用泵浦源5对光纤端面泵浦。该实施例中微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器输出1.31、1.45、1.51和1.55微米波长的光波。
实施方式四，一种微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器，如图4所示。该激光器结构包括纤芯1和包层2组成的光纤，在纤芯1两端分别写入第一、第二光纤光栅31和32，位于第一、第二光纤光栅31和32之间的第一、第二、......第N微型谐振腔体41、42、......4N，以及泵浦激光器5。
所述的第一、第二、......第N微型谐振腔体41、42、......4N，它们均由圆环与一条切线构成，均位于纤芯内，它们由紫外光激光器通过对光纤曝光形成，各谐振腔体的左边切线部分均通过第一光纤光栅31。
各部分参数为：纤芯1半径7微米；包层2厚度为55.5微米；第一光纤光栅31对1.20微米至1.65微米波长的光波均全反射，第二光纤光栅32只对N个波长的光波具有4％的反射率；N个微型谐振腔体圆环半径各不相同，分别谐振于不同的频率；用泵浦源5对光纤侧面泵浦。该实施例中微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器输出1.20微米至1.65微米的N个波长。
实施方式五，一种微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器，如图5所示。该激光器结构包括纤芯1和包层2组成的光纤，在纤芯1写入第一、第三、第四、第二光纤光栅31、33、34、32，第一微型谐振腔体41位于第一、第三光纤光栅31和32之间；第二微型谐振腔体42位于第三、第四光纤光栅33和34之间；第三微型谐振腔体43位于第四、第二光纤光栅34和32之间。以及泵浦激光器5。
所述的第一、第二、第三微型谐振腔体41、42、43，均由圆环和两条切线构成，由飞秒激光器通过对光纤曝光形成。
各部分参数为：纤芯1半径12微米；包层2厚度为50.5微米；第一光纤光栅31对1.31微米波长的光波完全反射，第三光纤光栅33对1.45微米波长的光波完全反射，第四光纤光栅34对1.55微米波长的光波完全反射，第二光纤光栅32对1.20微米至1.60微米波长的光波具有4％的反射率；第一微型谐振腔体41的圆环半径为2.09微米，谐振于1.31微米波长，全部位于纤芯内；第二微型谐振腔体42的圆环半径为2.31微米，谐振于1.45微米波长，全部位于纤芯内；第三微型谐振腔体43的圆环半径为2.40微米，谐振于1.55微米波长，并全部位于纤芯内；用泵浦源5对光纤端面泵浦。该实施例中微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器输出1.31、1.45、1.55微米波长的光波。
实施方式六，一种微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器，如图6所示。该激光器结构包括第一至第四纤芯11、12、13、14和包层2组成的光纤，纤芯11、12、13、14折射率相同，在纤芯1两端分别写入第一、第二光纤光栅31和32；在第一、第二光纤光栅31和32之间设第一至第三微型谐振腔体，以及泵浦激光器5。
所述的第一微型谐振腔体由第一曝光区41和第二曝光区42以及第一曝光区41和第二曝光区42之间的第二、第三纤芯构成，第一曝光区41和第二曝光区42与第二、第三纤芯12、13的折射率相同。
所述的第二微型谐振腔体由第三曝光区43和第四曝光区44以及第三曝光区43和第四曝光区44之间的第一、第二纤芯构成，第三曝光区43和第四曝光区44与第一、第二纤芯11、12的折射率相同。
所述的第三微型谐振腔体由第五曝光区45和第六曝光区46以及第五曝光区45和第六曝光区46之间的第三、第四纤芯构成，第五曝光区45和第六曝光区46与第三、第四纤芯13、14的折射率相同。
各部分参数为：纤芯11、12、13和14的半径均2.5微米，分布于通过光纤轴线的同一个平面内，边界相互距离5微米；包层2半径为62.5微米；第一光纤光栅31对1.20微米至1.60微米波长的光波均全反射，第二光纤光栅32只对1.31、1.51和1.55微米波长的光波具有4％的反射率；第一、第二曝光区41和42的距离为6微米，连接第二、第三纤芯12和13；第三、第四曝光区43和44的距离为8微米，连接第一、第二纤芯11和12；第五、第六曝光区45和46的距离为12微米，连接第三、第四纤芯13和14；用泵浦源5对光纤端面泵浦。该实施例中微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器输出1.31、1.45、1.55微米波长的光波。
Claims (6)
1.一种微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器，该激光器包括，光纤，在光纤的两端写入第一、第二光栅，以及泵浦源，其特征在于：
用紫外激光器或飞秒激光器对光纤曝光产生N个微型谐振腔体(4)，微型谐振腔体(4)的形状是圆环及与圆环相切的切线或矩形，其位置在纤芯内或包层与纤芯的结合处。
2.根据权利要求1所述的一种微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器，其特征在于：所述的微型谐振腔体(4)的数量N≥2。
3.根据权利要求1所述的一种微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器，其特征在于：所述的微型谐振腔体(4)的圆环半径为2微米至12微米，纤芯(1)的半径为2微米至12微米，第一、第二光栅的反射谱为1.20微米至1.65微米的所有光谱，泵浦源(5)采用端面或侧面泵浦。
4.根据权利要求1所述的一种微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器，其特征在于：所述的微型谐振腔体(4)折射率高于纤芯。
5.根据权利要求1所述的一种微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器，其特征在于：
所述的第一、第二光栅(31、32)之间的纤芯上写入第三、第四光栅(33、34)；
第一微型谐振腔体(41)位于第一、第三光栅(31、33)之间；
第二微型谐振腔体(42)位于第三、第四光栅(33、34)之间；
第三微型谐振腔体(43)位于第四、第二光栅(34、31)之间。
6.根据权利要求1所述的一种微型谐振腔体结构的多波长光纤激光器，其特征在于：
所述的光纤为第一至第四纤芯(11、12、13、14)和包层(2)组成的四芯光纤，四个纤芯折射率相同；在第一、第二光栅和之间设第一至第三微型谐振腔体；
所述的第一微型谐振腔体由第一曝光区(41)和第二曝光区(42)以及第一曝光区(41)和第二曝光区(42)之间的第二、第三纤芯构成，第一曝光区(41)和第二曝光区(42)与第二、第三纤芯(12、13)的折射率相同；
所述的第二微型谐振腔体由第三曝光区(43)和第四曝光区(44)以及第三曝光区(43)和第四曝光区(44)之间的第一、第二纤芯构成，第三曝光区(43)和第四曝光区(44)与第一、第二纤芯(11、12)的折射率相同；
所述的第三微型谐振腔体由第五曝光区(45)和第六曝光区(46)以及第五曝光区(45)和第六曝光区(46)之间的第三、第四纤芯构成，第五曝光区(45)和第六曝光区(46)与第三、第四纤芯(13、14)的折射率相同。
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