CN103022890B - 一种可调谐双色激光系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光技术领域中的可调谐双色激光系统，它包括有多模激光器，环形器，Y型耦合器，滤波器和掺饵光纤放大器，多模激光器通过光纤连接环形器的端口二，具有单向传输特性的环形器的端口三光纤连接第一Y型耦合器的输入端，从第一Y型耦合器输出两个分支路：第一个分支路光纤连接第一滤波器，进入第二Y型耦合器的一个输入端；第二个分支路光纤连接第二滤波器和掺饵光纤放大器，进入第二Y型耦合器的另一个输入端；第二Y型耦合器合并两个分支路，输出端光纤连接环形器的端口一，反馈进入多模激光器中。本发明的优点是：双色激光的空间频率间隔可从吉赫兹到太赫兹连续可调谐，激光调节操作灵活。

Description

一种可调谐双色激光系统

技术领域

本发明涉及激光技术领域中的可调谐双色激光系统，主要应用在太赫兹技术、光学记忆和光开关等领域。

背景技术

在现代激光技术中，具有外腔反馈的半导体激光器系统得到了广泛开发研究，在外腔结构中，通常采用具有不同周期结构的光纤光栅元件对从激光器辐射的激光模式进行选择反馈，被反馈的激光模式将再次注入激光的激活区，如此反复，被反馈的激光模在整个反馈激光系统里面被振荡放大，最后输出单模或多模激光。其中，由于双模激光在现代太赫兹技术中有十分突出的应用，因此，应用具有光学反馈的半导体激光系统来实现双模激光输出具有功耗低、经济价廉和结构简单等特点倍受青睐。但由于光纤光栅的周期不容易灵活控制，因此辐射的激光模式动态范围相对狭窄。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种可调谐双色激光系统，它能实现双色激光的空间频率间隔从吉赫兹到太赫兹连续可调谐，激光调节操作灵活。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有多模激光器、环形器、第一Y型耦合器、第二Y型耦合器、第一滤波器、第二滤波器和掺饵光纤放大器，所述多模激光器通过光纤连接环形器的端口二，具有单向传输特性的环形器的端口三光纤连接第一Y型耦合器的输入端，从第一Y型耦合器输出两个分支路：第一个分支路光纤连接第一滤波器，进入第二Y型耦合器的一个输入端；第二个分支路光纤连接第二滤波器和掺饵光纤放大器，进入第二Y型耦合器的另一个输入端；第二Y型耦合器合并两个分支路，其输出端光纤连接环形器的端口一，再通过环形器的端口二反馈进入多模激光器中。

本发明的工作原理：多模激光器可以采用法布里-珀罗多模激光器，调节法布里-珀罗多模激光器的注入电流到阈值以上，使其有效发射多模激光，改变激光激活区的操作温度，可以改变输出激光的波长，根据滤波器的滤波范围，通过控制法布里-珀罗多模激光器的操作温度和注入电流，使法布里-珀罗多模激光器所辐射的激光模波长位于滤波器的滤波范围内。

从法布里-珀罗多模激光器输出的多模激光经过光纤连接的环形器到达第一Y型耦合器，该Y型耦合器第一个分支路的第一滤波器的滤波波长固定在中心模的波长位置处，因为中心模的峰值功率最大，所以在反馈腔中不需要放大器对其功率进行再次放大；第二个分支路的第二滤波器的滤波波长可根据需要连续可调，由于其他波长的光能量明显低于中心模的光能量，所以采用掺饵光纤放大器对其功率进行提高。

两个波长的激光在第二Y型耦合器中合并为一个光路进入环形器，再由环形器反馈进入法布里-珀罗多模激光器中，反馈的激光光束在法布里-珀罗多模激光器中也将通过受激辐射获得一定的增益，从而使其他的激光模获得增益降低，最后，法布里-珀罗多模激光器被锁定在由外腔反馈所导致的两个激光模处，其他激光模功率被抑制，这就是经典的注入锁定行为，以至于在光谱分析仪上能观察到具有有效边摸抑制比的双色激光光谱。

由于采用了上述技术方案，利用法布里-珀罗多模激光器为核心元件，并结合具有光学滤波器、放大器和耦合器的光学反馈装置来实现双色激光辐射的光学系统，实现了双色激光的空间频率间隔连续可调，整个装置具有结构简单、造价低廉的优点；由于使用滤波器比光纤光栅容易调节光谱，本发明操作更灵活。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1改进后的结构示意图；

图3为本发明所辐射的空间频率间隔0.285 THz的双色激光光谱图；

图4为本发明所辐射的空间频率间隔0.705 THz的双色激光光谱图；

图5为本发明所辐射的空间频率间隔1.69 THz的双色激光光谱图。

图中：1.多模激光器；2.环形器；3.光谱分析仪；4.第三Y型耦合器；5.第一Y型耦合器；6.第二Y型耦合器；7.第一滤波器；8.第二滤波器；9.掺饵光纤放大器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明包括有多模激光器1，环形器2，第一Y型耦合器5、第二Y型耦合器6，第一滤波器7、第二滤波器8和掺饵光纤放大器9，所述多模激光器1通过光纤连接环形器2的端口二，具有单向传输特性的环形器2的端口三光纤连接第一Y型耦合器5的输入端，从第一Y型耦合器5输出两个分支路：第一个分支路光纤连接第一滤波器7，进入第二Y型耦合器6的一个输入端；第二个分支路光纤连接第二滤波器8和掺饵光纤放大器9，进入第二Y型耦合器6的另一个输入端；第二Y型耦合器6合并两个分支路，第二Y型耦合器6的输出端光纤连接环形器2的端口一，再通过环形器2的端口二反馈进入多模激光器1中。

如图2所示，在环形器2的端口三与第一Y型耦合器5之间，或者第二Y型耦合器6与环形器2的端口一之间设置第三Y型耦合器4，第三Y型耦合器4的一个分支为光路输出端，用于输出双色激光。

在第三Y型耦合器4的光路输出端连接有光谱分析仪3，用于对输出激光谱的功率、边摸抑制比和输出波长等重要参数进行动态监测。

实施例：采用法布里-珀罗多模激光器1，环形器2，光谱分析仪3，1×2均分Y型耦合器（第三Y型耦合器4、第一Y型耦合器5和第二Y型耦合器6），可调谐滤波器（第一滤波器7, 第二滤波器8），掺饵光纤放大器9，按照图2的方式用光纤连接。

法布里-珀罗多模激光器的基本结构是在两个相互平行的具有大约30%功率反射率的反射镜形成谐振腔，在谐振腔中直入半导体增益介质，就形成了经典的法布里-珀罗激光器，激光器的阈值电流6 mA，所输出的多模激光模式间隔为1.08 nm，输出谱的线宽20 nm。单向传输的光环形器由光纤制成，损耗为3 dB。所有耦合器均具有功率均分的传输特性。两个滤波器的波长调谐范围在1530 nm到1570 nm之间。掺饵光纤放大器的最大增益为40 dB。光谱分析仪的光谱范围在1250nm-1650nm，光谱分辨带宽为0.05nm，动态范围>70dB，波长精确度为±0.05 nm。

具体工作过程为：调节法布里-珀罗多模激光器1的注入电流在阈值电流之上，输出激光谱的强度也将随注入电流的增加而得到加强，激光器的输出光谱峰值也将随着操作温度的提高向长波方向飘移，因此，通过控制激光器激活区的温度来使输出的激光谱位于常规的通信波段附近（1550 nm 附近），从激光器输出的多纵模激光的边摸抑制比被限制在几个dB的范围内，由于半导体增益介质的增益曲线特性，所输出的多模激光谱并不相对于具有最大功率的中心纵模左右对称。从激光器输出的激光将经过环形器2到达第三Y型耦合器4，被均分的激光分别进入光谱分析仪3和反馈腔，通过光谱分析仪，可以对输出激光谱的功率、边摸抑制比和输出波长等重要参数进行动态监测；进入反馈腔的多模激光器再次经过第一Y型耦合器5分别进入可调谐滤波器7和8，第一滤波器7的滤波波长固定在多模激光自由谱的中心模位置，第二滤波器8的滤波波长可连续调节，使需要的不同的反馈波长通过，通过第二滤波器8的光束将被掺饵光纤放大器9进行增益提高，最后，通过第一滤波器7和掺饵光纤放大器9以后的具有不同波长的反馈光将再次被均分通过第二Y型耦合器6耦合后通过环形器2注入进法布里-珀罗多模激光器1中，这样经过足够的反馈循环后在光谱分析仪3上能够观测到频率间隔稳定的双色激光谱图。

双色激光光谱图如图3、图4和图5所示，本发明具有双色共振的激光，双色激光空间频率间隔从吉赫兹到太赫兹连续可调。图3、图4和图5分别给出了空间频率间隔为0.285 THz、0.705 THz和1.69 THz的双色激光光谱图。由于受模式竞争、四波混频和反馈功率的影响，最后在光谱分析仪上所观察到的双色激光的峰值功率不容易均衡，但在频率间隔0.5 THz到1.0 THz这个范围内，所获得激光谱的双峰具有相当的功率。

Claims (3)

1.一种可调谐双色激光系统，包括有多模激光器（1），环形器（2），第一Y型耦合器（5），第二Y型耦合器（6）和掺饵光纤放大器（9），其特征是：还包括有第一滤波器（7）、第一滤波器（8），所述多模激光器（1）通过光纤连接环形器（2）的端口二，具有单向传输特性的环形器（2）的端口三光纤连接第一Y型耦合器（5）的输入端，从第一Y型耦合器（5）输出两个分支路：第一个分支路光纤连接第一滤波器（7），进入第二Y型耦合器（6）的一个输入端；第二个分支路光纤连接第二滤波器（8）和掺饵光纤放大器（9），进入第二Y型耦合器（6）的另一个输入端；第二Y型耦合器（6）合并两个分支路，第二Y型耦合器（6）的输出端光纤连接环形器（2）的端口一，再通过环形器（2）的端口二反馈进入多模激光器（1）中。

2.根据权利要求1所述的可调谐双色激光系统，其特征是：在环形器（2）的端口三与第一Y型耦合器（5）之间，或者第二Y型耦合器（6）与环形器（2）的端口一之间设置第三Y型耦合器（4），第三Y型耦合器（4）的一个分支为光路输出端。

3.根据权利要求2所述的可调谐双色激光系统，其特征是：在第三Y型耦合器（4）的光路输出端连接有光谱分析仪（3）。