CN102749785A - 双泵浦傅立叶域锁模光纤光学参量振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种光纤光学参量振荡器实现傅立叶域锁模激光输出的方法和设备。本发明中两个半导体激光器输出的种子光经相位调制及高功率光放大器放大后作为泵浦光，泵浦光从波分复用器的泵浦输出端出来经过偏振控制器之后进入高非线性光纤，由于光纤非线性效应，在高非线性光纤中，部分泵浦光转化为信号光；信号光经过第二个光隔离器、色散位移光纤、可调谐滤波器后，大部分能量从功率分比为9∶1的光耦合器的大功率分比输出端经过波分复用器反馈到高非线性光纤之中，从而形成了谐振激光输出；在可调谐滤波器调制频率等于激光器谐振腔基频的时候，可以获得傅立叶域锁模激光输出。本发明实现了光纤光学参量振荡器的傅立叶域锁模激光输出，在光层析成像、光纤光栅传感等领域具有重要的应用价值，具有波长扫描频率高、激光输出光谱调谐范围灵活控制等优点。
Description
技术领域
本发明属于光纤光源技术及光纤非线性技术领域，特别涉及了一种基于高非线性光纤的双泵浦傅立叶域锁模光纤光学参量振荡器以及实现傅立叶域锁模激光输出的方法。
背景技术
光纤的发明，带来了通信领域的革命性变化，同时也为人们提供了新型的激光光源。包括光纤激光器在内的光纤光源已经得到了人们广泛的关注，光纤光源已经在激光加工、传感检测、照明、医疗及科学研究等领域发挥了重要的作用。光纤激光器是最为重要的光纤光源，具有效率高、光束质量好、可靠性高、结构紧凑和散热性好等优点，在光纤传感、光纤通信、激光空间远距离通信、光信息处理、超快光学、非线性光学、激光制导、军事国防安全、工业加工、医疗器械仪器设备、大型基础设施建设等领域都有着重要的应用。光纤光学参量振荡器是一种特殊的光纤激光器，它基于光纤非线性效应获得增益，具有输出波长范围广、任意中心波长等独特优点。
目前已有报告的光纤光学参量振荡器主要包括：1)时域连续输出的光纤光学参量振荡器，主要优势在于工作波段有别于传统参杂光纤激光器或者实现多波长激光输出；2)时域脉冲输出的光纤光学参量振荡器，主要优势在于获得脉冲激光输出。目前还没有出现波长高速扫描的傅立叶域锁模光纤光学参量振荡器，这种光纤光学参量振荡器在光学层析成像、光纤光栅传感等领域具有重要的应用价值。
发明内容
本发明就是针对现有技术的不足，提出了一种基于高非线性光纤的双泵浦傅立叶域锁模光纤光学参量振荡器以及实现傅立叶域锁模激光输出的方法。
实现本发明的设备包括两个半导体激光器、一个功率分比1∶1的光耦合器、一个相位调制器、一个高功率光放大器、两个光隔离器、一个波分复用器、一个偏振控制器、一段高非线性光纤、一段色散位移光纤、一个可调谐滤波器、一个功率分比为9∶1的光耦合器。两个半导体激光器各自的输出端分别和功率分比1∶1的光耦合器的两个输入端连接；功率分比1∶1的光耦合器的输出端和相位调制器的输入端连接；相位调制器的输出端和高功率光放大器的输入端连接；高功率光放大器的输出端和第一个隔离器的输入端连接；第一个隔离器的输出端和波分复用器的泵浦输入端连接；波分复用器的输出端和偏振控制器的输入端连接；偏振控制器的输出端和高非线性光纤的一端连接；高非线性光纤的另一端和第二个隔离器的输入端连接；第二个隔离器的输出端和色散位移光纤的一端连接；色散位移光纤的另外一端和可调谐滤波器的输入端连接；可调谐滤波器的输出端和功率分比为9∶1的光耦合器的输入端连接；功率分比为9∶1的光耦合器的大功率分比端和波分复用器的信号输入端连接，功率分比为9∶1的光耦合器的小功率分比端作为双泵浦傅立叶域锁模光纤光学参量振荡器的激光输出端口。
本发明的方法包括以下步骤：
(1)开启两个半导体激光器，设置输出功率为1～20mW。两个半导体激光器输出的泵浦种子光注入功率分比1∶1的光耦合器后从功率分比1∶1的光耦合器的同一输出端口输出；从功率分比为1∶1的光耦合器输出的泵浦种子光进入相位调制器的输入端。
(2)在相位调制器上加载3.5-Gb/s-(231-1)的伪随机码驱动信号。泵浦种子光经过相位调制器后线宽得到了扩展，因而抑制了其在高非线性光纤的布里渊效应。经过相位调制器的泵浦种子光进入高功率光放大器的输入端。
(3)开启高功率光放大器，使得经过高功率光放大器的泵浦种子光被放大，经过光功率放大器后的泵浦功率达到1W以上。经过高功率光放大器放大后的泵浦光经过第一个光隔离器后进入波分复用器的泵浦输入端。波分复用器、偏振控制器、高非线性光纤、第二个光隔离器、色散位移光纤、可调谐滤波器、功率分比为9∶1的光耦合器构成了双泵浦傅立叶域锁模光纤光学参量振荡器的环形谐振器。
(4)根据双泵浦傅立叶域锁模光纤光学参量振荡器的环形谐振器腔长L确定驱动可调谐滤波器的调制频率f
f＝c/nL (1)
其中，L为波分复用器、偏振控制器、高非线性光纤、第二个光隔离器、色散位移光纤、可调谐滤波器、功率分比为9∶1的光耦合器连接形成环形谐振腔的总长度，n为光纤有效折射率，c为真空光速；
放大后的泵浦光从波分复用器的泵浦输出端出来经过偏振控制器之后进入高非线性光纤，由于光纤非线性效应，在高非线性光纤中，部分泵浦光转化为信号光；信号光经过第二个光隔离器、色散位移光纤、可调谐滤波器后，大部分能量从功率分比为9∶1的光耦合器的大功率分比输出端经过波分复用器反馈到高非线性光纤之中，从而形成了谐振激光输出；根据傅立叶域锁模光纤激光器理论，在可调谐滤波器调制频率等于激光器谐振腔基频的时候，可以获得傅立叶域锁模激光输出。
(5)调节偏振控制器，使得功率分比为9∶1的光耦合器的小功率分比输出端输出的激光能量达到最大值。
本发明主要适用于光学层析成像、多个光纤光栅的复用和解调等领域，基于高非线性光纤的非线性效应获得增益，以两个半导体激光器输出泵浦种子光，经高功率光放大器获得大功率泵浦，实现了傅立叶域锁模激光输出。本发明具有波长扫描频率高、激光输出光谱调谐范围灵活控制等优点。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为实施例中双泵浦傅立叶域锁模光纤光学参量振荡器输出激光的光谱图；
具体实施方式
如图1所示，一个半导体激光器1和另一个半导体激光器2的输出端分别和功率分比1∶1的光耦合器3的两个输入端连接；功率分比1∶1的光耦合器3的输出端和相位调制器4的输入端连接；相位调制器4的输出端和高功率光放大器5的输入端连接；高功率光放大器5的输出端和第一个隔离器6的输入端连接；第一个隔离器6的输出端和波分复用器7的泵浦输入端连接；波分复用器7的输出端和偏振控制器8的输入端连接；偏振控制器8的输出端和高非线性光纤9的一端连接；高非线性光纤9的另一端和第二个隔离器10的输入端连接；第二个隔离器10的输出端和色散位移光纤11的一端连接；色散位移光纤11的另外一端和可调谐滤波器12的输入端连接；可调谐滤波器12的输出端和功率分比为9∶1的光耦合器13的输入端连接；功率分比为9∶1的光耦合器13的大功率分比端和波分复用器7的信号输入端连接，功率分比为9∶1的光耦合器13的小功率分比端作为双泵浦傅立叶域锁模光纤光学参量振荡器的激光输出端口。
具体实现傅立叶域锁模激光的方法包括以下步骤：
(1)开启两个半导体激光器，其输出波长分别为1540.0nm和1561.5nm，设置输出功率各为10mW。
(2)在相位调制器上加载3.5-Gb/s-(231-1)的伪随机码驱动信号。经过相位调制器的泵浦种子光进入高功率光放大器的输入端。
(3)开启高功率光放大器，其最大输出功率为2W，泵浦种子光经过高功率光放大器后的泵浦功率达到1W以上。经过高功率光放大器放大后的泵浦光经过第一个光隔离器后进入波分复用器的泵浦输入端。
(4)波分复用器、偏振控制器、高非线性光纤、第二个光隔离器、色散位移光纤、可调谐滤波器、功率分比为9∶1的光耦合器构成了双泵浦傅立叶域锁模光纤光学参量振荡器的环形谐振器，环形谐振器总长度为6450m，其中高非线性光纤、色散位移光纤的长度分别为500m和5500m，高非线性光纤的非线性系数为10.7W-1·km-1。根据双泵浦傅立叶域锁模光纤光学参量振荡器的环形谐振器腔长L确定驱动可调谐滤波器的调制频率f＝c/nL＝31641Hz。
(5)调节偏振控制器，使得功率分比为9∶1的光耦合器的小功率分比输出端输出的激光能量达到最大值。双泵浦傅立叶域锁模光纤光学参量振荡器输出激光光谱如图2所示。
本发明利用采用两个半导体激光器输出的种子光经过高功率光放大器放大后作为泵浦，以高非线性光纤作为增益介质，在环形谐振腔内加入可调谐滤波器，在可调谐滤波器驱动频率等于环形谐振腔的基频的情况下，获得了傅立叶域锁模激光的输出。本发明的傅立叶域锁模激光调制频率为几万赫兹甚至几十万赫兹，在光层析成像、光纤光栅传感等领域具有重要的应用价值，具有波长扫描频率高、激光输出光谱调谐范围灵活控制等优点。
Claims (2)
1.基于双泵浦傅立叶域锁模光纤光学参量振荡器的傅立叶域锁模激光输出方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)开启两个半导体激光器，设置输出功率为1～20mW。两个半导体激光器输出的泵浦种子光注入功率分比1∶1的光耦合器后从功率分比1∶1的光耦合器的同一输出端口输出；从功率分比为1∶1的光耦合器输出的泵浦种子光进入相位调制器的输入端。
(2)在相位调制器上加载3.5-Gb/s-(231-1)的伪随机码驱动信号。泵浦种子光经过相位调制器后线宽得到了扩展，因而抑制了其在高非线性光纤的布里渊效应。经过相位调制器的泵浦种子光进入高功率光放大器的输入端。
(3)开启高功率光放大器，使得经过高功率光放大器的泵浦种子光被放大，经过光功率放大器后的泵浦功率达到1W以上。经过高功率光放大器放大后的泵浦光经过第一个光隔离器后进入波分复用器的泵浦输入端。波分复用器、偏振控制器、高非线性光纤、第二个光隔离器、色散位移光纤、可调谐滤波器、功率分比为9∶1的光耦合器构成了双泵浦傅立叶域锁模光纤光学参量振荡器的环形谐振器。
(4)根据双泵浦傅立叶域锁模光纤光学参量振荡器的环形谐振器腔长L确定驱动可调谐滤波器的调制频率f
f＝c/nL (1)
其中，L为波分复用器、偏振控制器、高非线性光纤、第二个光隔离器、色散位移光纤、可调谐滤波器、功率分比为9∶1的光耦合器连接形成环形谐振腔的总长度，n为光纤有效折射率，c为真空光速；
放大后的泵浦光从波分复用器的泵浦输出端出来经过偏振控制器之后进入高非线性光纤，由于光纤非线性效应，在高非线性光纤中，部分泵浦光转化为信号光；信号光经过第二个光隔离器、色散位移光纤、可调谐滤波器后，大部分能量从功率分比为9∶1的光耦合器的大功率分比输出端经过波分复用器反馈到高非线性光纤之中，从而形成了谐振激光输出；根据傅立叶域锁模光纤激光器理论，在可调谐滤波器调制频率等于激光器谐振腔基频的时候，可以获得傅立叶域锁模激光输出。
(5)调节偏振控制器，使得功率分比为9∶1的光耦合器的小功率分比输出端输出的激光能量达到最大值。
2.实现如权利要求1所述方法的设备，包括两个半导体激光器、一个功率分比1∶1的光耦合器、一个相位调制器、一个高功率光放大器、两个光隔离器、一个波分复用器、一个偏振控制器、一段高非线性光纤、一段色散位移光纤、一个可调谐滤波器、一个功率分比为9∶1的光耦合器。其特征在于：两个半导体激光器各自的输出端分别和功率分比1∶1的光耦合器的两个输入端连接；功率分比1∶1的光耦合器的输出端和相位调制器的输入端连接；相位调制器的输出端和高功率光放大器的输入端连接；高功率光放大器的输出端和第一个隔离器的输入端连接；第一个隔离器的输出端和波分复用器的泵浦输入端连接；波分复用器的输出端和偏振控制器的输入端连接；偏振控制器的输出端和高非线性光纤的一端连接；高非线性光纤的另一端和第二个隔离器的输入端连接；第二个隔离器的输出端和色散位移光纤的一端连接；色散位移光纤的另外一端和可调谐滤波器的输入端连接；可调谐滤波器的输出端和功率分比为9∶1的光耦合器的输入端连接；功率分比为9∶1的光耦合器的大功率分比端和波分复用器的信号输入端连接，功率分比为9∶1的光耦合器的小功率分比端作为双泵浦傅立叶域锁模光纤光学参量振荡器的激光输出端口。
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