CN103178434B - 一种波长可调谐微型单模光纤激光器 - Google Patents

Abstract

一种波长可调谐微型单模光纤激光器，包括分别与第一半导体泵浦激光器、第二半导体泵浦激光器相连接的第一光波分复用器及第二光波分复用器，与第一光波分复用器相连接的第一输出端口、与第二光波分复用器相连接的第二输出端口，还包括设置在基板上的嵌套双环微型谐振腔，该嵌套双环微型谐振腔由有源微纳光纤打结成的2个具不同直径大小的内环及外环构成，所述套环结构分别与第一光波分复用器及第二光波分复用器公共端的第一锥形光纤和第二锥形光纤相耦合，所述第二光波分复用器的公共端设置有受信号发生器控制的压电陶瓷（压电陶瓷）、本发明采用嵌套双环微型谐振腔，通过改变锥光纤与谐振腔耦合区的参数实现不同波长调谐输出。

Description

一种波长可调谐微型单模光纤激光器

技术领域

本发明涉及到光纤传感、光集成以及相干检测等领域所应用的光源，是一种基于微纳光纤波长可调谐微型单模激光器。

背景技术

波长可调谐的微纳单模光纤激光器是将有源光纤的直径熔融拉至微米或者纳米尺寸量级（即微纳光纤），然后采用微操作，精密操控使其构成环形结构的谐振腔，整个光学谐振腔直径仅数百微米，长度几个毫米。与传统的半导体刻蚀的微型光学腔相比，具有如下优势：1、微型光纤激光器通过一段掺杂微纳光纤提供增益，增益光纤构成的光学谐振腔具有滤波和选频的多重作用，结构紧凑；2、微型光纤激光器利用锥型光纤耦合输出，由于光纤特有的柔韧性，可以任意设计耦合区位置、耦合长度以及耦合角度等参数；3、微型光纤激光器结构简单、操作方便，而且成本很低，满足不同领域应用需求；4、微型光纤激光器输出波长可调谐。

目前，传统的刻蚀得到的微型激光器存在一些无法克服的缺点：一方面，刻蚀方法得到微型激光器一旦成型，就不能再改变其结构，不方便后续的调试和操作；另一方面，刻蚀方法成本昂贵，需要复杂的生产设备和精密的测试仪器对其产品进行严格控制。因此，对于芯片级的应用，迫切需要一种成本低廉、操作方便、性能稳定的微型激光器。

目前利用微纳光纤制作微型激光器已有报道，浙江大学童利民等发明的“微光纤环形结激光器”利用掺杂光纤制作成单环结构，但该结构无法实现激光波长的调谐，也不易于实现单模激光输出。华中科技大学李琪真等发明了“微纳光纤滤波器、光纤激光器、光纤传感装备及制作方法”，提出了一种“8”字型结构激光腔，但该结构也未实现激光波长的可调谐输出。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术方面的问题，提出一种新型的波长可调谐微型单模光纤激光器。

在不使用光纤光栅，F-P滤波器等元件的前提下，本发明提出采用嵌套双环微型谐振腔结构，输出激光必须同时满足每一个环的谐振条件，简单方便地实现了单模激光输出。另外，通过输出光纤锥与嵌套双环微型谐振腔耦合区具有对不同波长激光的选择性，通过压电陶瓷精确调节耦合区的参数（长度、角度等）来实现不同波长激光的输出。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种波长可调谐微型单模光纤激光器，包括分别与第一半导体泵浦激光器、第二半导体泵浦激光器相连接的第一光波分复用器及第二光波分复用器，与第一光波分复用器相连接的第一输出端口、与第二光波分复用器相连接的第二输出端口，还包括设置在基板上的嵌套双环微型谐振腔，该嵌套双环微型谐振腔由有源微纳光纤打结成的2个具不同直径大小的内环及外环构成，所述套环结构分别与第一光波分复用器及第二光波分复用器公共端的第一锥形光纤和第二锥形光纤相耦合，所述第二光波分复用器的公共端设置有受信号发生器控制的压电陶瓷。

进一步地，所述有源微纳光纤是掺杂稀土离子或者过渡金属离子的发光光纤。

进一步地，所述第一锥形光纤和第二锥形光纤的尾纤长为5μm~5mm，直径为0.8~5μm，且与所述嵌套双环微型谐振腔所用有源微纳光纤的直径相匹配。

将直径为0.8~5μm的有源光纤通过微操作打结成嵌套双环微型谐振腔，锥形光纤作为半导体泵浦激光器输入端和激光输出端，其直径与有源微纳光纤直径相匹配，半导体泵浦激光器开启，二者通过倏逝波进行耦合，将泵浦光注入谐振腔，并将谐振腔内形成的单模激光输出，通过调整锥形光纤与谐振腔的耦合长度和耦合角度，实现激光波长的调谐。

本发明与现有技术相比较，具有以下几个主要的优点：

本发明采用有源腔结构直接作为滤波器，不必另外接入成本高的滤波器。

本发明采用特殊的嵌套双环微型谐振腔进行模式的选择，只有同时满足两个环形腔结构的纵模才能起振，这种简单有效的选模方式更容易实现单纵模激光的振荡输出。

本发明采用锥形光纤与微型光纤谐振腔耦合的方式进行泵浦光的注入与信号激光的输出，这种灵活的结构是波长调谐的重要前提，可以通过改变锥光纤与谐振腔耦合区的参数（耦合长度，角度等）实现不同波长调谐输出。

附图说明

图1是本发明所述光路装置结构示意图；

图2是本发明所述微型双套环谐振腔以及光纤锥结构示意图；

图3是本发明实施例所调谐波长的光谱图。

具体实施方式

下面结合具体的实施事例及附图，对本发明作进一步的说明阐释，但不限于该实施方式。

如图1所示，波长可调谐微型单频光纤激光器，由双套环微型谐振腔1、基板2、第一光波分复用器3，第二光波分复用器4、第一半导体泵浦激光器5、第二半导体泵浦激光器6、压电陶瓷9、信号发生器10以及第一输出端口7和第二输出端口8构成。本实施例中第一半导体泵浦激光器5、第二半导体泵浦激光器6的泵浦波长为976nm，输出功率可调谐，输出尾纤为单模光纤。第一半导体泵浦激光器5、第二半导体泵浦激光器6分别第一光波分复用器3，第二光波分复用器4，为双套环微型谐振腔1提供泵浦抽运能量（正向、反向）。将第一光波分复用器3的公共端拉锥后与嵌套双环微型谐振腔1相连。将第二光波分复用器4的公共端拉锥后与双套环微型谐振腔1相连，将压电陶瓷9加载在第二光波分复用器4的公共端并且通过信号发生器10控制该压电陶瓷参数。最终，激光通过第一输出端口7和第二输出端口8输出。

如图2所示，本发明所使用的双套环微型谐振腔1由外环11、内环12和基板2构成。本实施例中所用的双套环微型谐振腔由铒镱共掺磷酸盐光纤拉制，其直径为1.88μm，环的直径分别为206μm和351μm。本实施例中所用的基板2为折射率为1.38的氟化镁基板，尺寸为12cm。

如图2所示，本发明所使用的光纤锥分别由第一锥形光纤31和第二锥形光纤41的公共端拉制。锥尾部直径为1.9μm，长度为30μm，该结构可以有效的把泵浦光由传统的芯包界面传输的光纤注入到双套环微型光纤谐振腔中，而且由于其特殊的结构，不用考虑其反射光对器件造成的损害。

如图3所示，本发明实施例所输出的激光波长可调谐光谱图，图中所示为2个间距为1.2nm的波长，通过精细调节压电陶瓷可以得到更多调谐波长，这里不一一列出。

本发明中的有源微纳光纤不仅适用于铒镱共掺磷酸盐光纤，适用于所有有源掺杂光纤。本发明中的基板不仅适用于氟化镁基板，也适用于气凝胶法制得的折射率低于1.4的各种结构。如上所述，能够较好的实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定其实施范围。

Claims (2)

1.一种波长可调谐微型单模光纤激光器，包括分别与第一半导体泵浦激光器(5)、第二半导体泵浦激光器(6)相连接的第一光波分复用器(3)及第二光波分复用器（4），与第一光波分复用器(3)相连接的第一输出端口(7)、与第二光波分复用器(4)相连接的第二输出端口(8)，其特征在于，还包括设置在基板(2)上的嵌套双环微型谐振腔（1），该嵌套双环微型谐振腔（1）由有源微纳光纤打结成的2个具不同直径大小的内环（12）及外环(11)构成，所述嵌套双环微型谐振腔（1）分别与第一光波分复用器(3)及第二光波分复用器（4）公共端的第一锥形光纤（31）和第二锥形光纤(41)相耦合，所述第二光波分复用器（4）的公共端设置有受信号发生器(10)控制的PZT（压电陶瓷）(9)；输出光纤锥即第一锥形光纤（31）和第二锥形光纤(41)与所述嵌套双环微型谐振腔耦合区具有对不同波长激光的选择性，通过PZT改变第二锥形光纤(41)与谐振腔耦合区的参数PZT精确调节耦合区的耦合长度、角度来实现不同波长调谐输出；

所述第一锥形光纤(31)和第二锥形光纤(41)的尾纤长为5μm~5mm，直径为0.8~5μm，且与所述嵌套双环微型谐振腔（1）所用有源微纳光纤的直径相匹配。

2.根据权利要求1所述的波长可调谐微型单模光纤激光器，其特征在于，所述有源微纳光纤是掺杂稀土离子或者过渡金属离子的发光光纤。