CN103247934B - 宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器 - Google Patents

宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器 Download PDF

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宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器，属于光纤激光器领域，为解决现有布里渊多波长光纤激光器不能调节输出波长数的问题，该技术方案：可调谐布里渊泵浦与输入/输出环行器连接，输入/输出环行器与耦合器连接，输入/输出环行器与隔离器连接，所有输出光经隔离器输出；耦合器与偏振控制器连接，偏振控制器与波分复用器连接，偏振控制器可以调谐腔内信号偏振损耗，实现对输出信号波长数的调谐；波分复用器与掺铒光纤连接，980nm泵浦激光器通过波分复用器进入掺铒光纤，产生增益，作为对腔内光信号的放大，掺铒光纤与耦合器连接；耦合器与单模光纤的连接，单模光纤与反射环行器连接，反射环行器另外两端口连接，用来反射单模光纤中的透射光。

Description

宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器
技术领域
本发明属于光纤激光器技术领域，具体涉及一种宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器。
背景技术
多波长光纤激光器应用在波分复用系统（WDM）中，减少了网络通信系统中对半导体激光器的大量需求，进一步简化了现有WDM光纤通信网络的复杂性，扩大了应用范围，降低了系统应用的成本，提高了系统的可靠性。在分布式光纤传感系统中也有广阔的应用前景。
布里渊掺铒光纤激光器利用光纤中的受激布里渊散射效应，能产生多阶斯托克斯光，具有输出波长多、窄线宽、可调谐、结构简单等优点。
为了产生更多的输出波长，就要满足高阶斯托克斯光阈值，因而布里渊光纤激光器大多采用掺铒光纤放大器提高信号功率。基于掺铒光纤放大的布里渊光纤激光器通过受激布里渊散射的非线性增益产生低阶斯托克斯光，再经掺铒光纤放大器提高低阶斯托克斯光功率，从而产生高阶斯托克斯光，信号被不断地放大而产生更多斯托克斯光。因此，能够宽带调谐多波长范围和灵活调节多波长输出数量是布里渊多波长掺铒光纤激光器的关键技术。
大多布里渊多波长光纤激光器由于缺乏有效的调节结构，只能通过可调谐波长的泵浦源对输出多波长范围进行调谐，不能灵活调节输出波长数，限制了其在WDM系统中应用的灵活性。如2012年中国激光39卷第6期报道的“一种可调谐的多波长布里渊掺铒光纤激光器”，如图1所示，布里渊泵浦光（BP）通过WDM耦合进环形腔，经过环行器进入3dB耦合器，被分为两部分，端口3出射的50%的BP顺时针进入单模光纤（SMF），端口2出射的50%的BP经过EDFA放大后，由光环行器与光纤构成的光纤反射镜反射再次经过EDFA放大，然后被3dB耦合器分为等功率两部分分别从端口1和端口4出射，端口4出射的光逆时针进入SMF，端口1出射的光从环行器端口3输出，由90/10的耦合器将光分为10%作为输出，90%的光回到环形腔，通过环路再次进入布里渊增益腔。
布里渊增益腔中无论顺时针和逆时针都有BP，当它的强度大于布里渊阈值的时候，由于SBS效应，会产生与BP方向相反的1阶斯托克斯光（BS），无论是顺时针还是逆时针方向的1阶BS信号都会有一部分再次经过SMF，另一部分通过反射镜或环形腔再次反馈回布里渊增益腔。由此，3dB耦合器和单模光纤构成的布里渊增益腔两侧都有泵浦光和斯托克斯光的反馈，形成双向反馈。当1阶BS信号强度满足布里渊阈值条件的时候，它将作为BP信号激发2阶BS信号。低阶的BS信号激发高阶的BS信号，这一过程直到新产生的BS信号不满足布里渊阈值条件时终止，这样就能得到等间隔多波长信号。通过可调谐布里渊泵浦光实现了11个波长的输出，未实现波长数的任意调谐。
发明内容
本发明为了解决现有技术中布里渊多波长光纤激光器由于缺乏有效的调节结构，只能通过可调谐波长的泵浦源对输出多波长范围进行调谐，不能灵活调节输出波长数的问题，提出了一种利用Sagnac环中置入掺铒光纤放大器和偏振调节结构的宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器，实现多波长范围的宽带调谐和输出波长数的灵活调节。
本发明采取以下技术方案：
宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器，可调谐布里渊泵浦与输入/输出环行器连接，输入/输出环行器与耦合器连接，输入/输出环行器与隔离器连接，所有输出光经隔离器输出；
耦合器与偏振控制器连接，偏振控制器与波分复用器连接，偏振控制器可以调谐腔内信号偏振损耗，实现对输出信号波长数的调谐；波分复用器与掺铒光纤连接，980nm泵浦激光器通过波分复用器进入掺铒光纤，产生增益，作为对腔内光信号的放大，掺铒光纤与耦合器连接；
耦合器与单模光纤连接，单模光纤与反射环行器连接，反射环行器另外两端口连接，用来反射单模光纤中的透射光。
本发明的有益效果是：可调谐布里渊泵浦1发出的泵浦光经过输入/输出环行器2进入耦合器3，一部分泵浦光通过耦合器3进入掺铒光纤6被放大，再通过波分复用器5及偏振控制器4，再次进入耦合器3且分光，一束进入单模光纤8，另一束进入掺铒光纤6重复上述放大过程；另一部分泵浦光通过耦合器3进入单模光纤8，产生反向传输的斯托克斯光，反向斯托克斯光返回耦合器3且被分光，一部分斯托克斯光依次输入/输出环行器2及隔离器10输出，另一部分斯托克斯光依次经偏振控制器4及波分复用器5进入掺铒光纤6放大，再进入耦合器3且分光，一束光依次经输入/输出环行器2及隔离器10输出，另一束光依次经偏振控制器4、波分复用器5反馈回掺铒光纤6重复此处放大过程。
在技术方案中采用耦合器构成的Sagnac环结构中加入掺铒光纤放大器，能够较好地将反馈光信号在Sagnac环中多次放大，以提高信号光功率而激发更多的斯托克斯光；利用掺铒光纤和单模光纤共同作为增益介质；通过调谐布里渊泵浦输入光波长实现可调谐多波长激光输出；并通过偏振控制器调节输出波长数。
本发明采用Sagnac环内加入掺铒光纤放大器提高腔内信号的线性增益，结合受激布里渊散射的非线性增益，通过调谐布里渊泵浦波长实现50nm宽带输出，并通过偏振控制器实现波长数从1到21个可变调谐，相比现有的多波长输出的激光器，其激光输出波长更多、波长可调谐范围更宽、波长数可调谐，使宽带多波长可调掺铒布里渊光纤激光器在高速光纤通信技术和高精度分布式光纤传感领域的潜力更大，可适用的范围更广泛。
本发明激光器的结构简单、成本低、易与光纤系统集成、波长可宽带调谐、输出波长数可调谐、线宽窄、激光输出的稳定性好，其特别适用于光通信、光传感等技术领域。
附图说明
图1现有一种可调谐的多波长布里渊掺铒光纤激光器。
图2为本发明宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器的结构示意图。
图3为本发明实施例21个波长激光输出的光谱图。
图4为本发明实施例21个波长激光稳定输出光谱图。
图5为本发明实施例多波长宽带可调谐输出的光谱图。
图6为本发明实施例波长数从1到21可调谐输出光谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作详细说明。
实施例一：如图1所示，宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器，包括可调谐布里渊泵浦1、输入/输出环行器2、耦合器3、偏振控制器4、波分复用器5、掺铒光纤6、980nm泵浦激光器7、单模光纤8、反射环行器9、隔离器10。
可调谐布里渊泵浦1通过输入/输出环行器2的端口a进入光纤激光器，输入/输出环行器2的端口b与耦合器3的端口d连接，输入/输出环行器2的端口c通过隔离器10输出。
耦合器3的端口f与偏振控制器4的一端连接，偏振控制器4的另一端与波分复用器5的端口h连接，偏振控制器4可以调谐腔内信号偏振损耗，实现对输出信号波长数的可变调节。
波分复用器5的端口j与掺铒光纤连接，980nm泵浦激光器7通过波分复用器5的端口i和端口j进入掺铒光纤6产生宽带增益，掺铒光纤6的另一端与耦合器3的端口g连接。
耦合器3的端口e与单模光纤8的一端连接，一部分布里渊泵浦光1通过耦合器3的端口d和端口e进入单模光纤8中产生反向传输的斯托克斯光，反射光再通过耦合器3端口e一部分通过端口f进入偏振控制器4，再经波分复用器5后，进入掺铒光纤6中放大，之后再次通过耦合器3的端口d和f分光，另一部分反射光通过耦合器3端口d和输入/输出环行器2输出。
另一部分布里渊泵浦光1通过耦合器3的端口g进入掺铒光纤6被放大，再经过波分复用器5和偏振控制器4，通过耦合器3的端口f重新进入耦合器3，再分为注入单模光纤8的光和再次被放大的光；单模光纤8的另一端与反射环行器9的端口k连接，反射环行器9的端口l与端口m连接，用来反射单模光纤8中的透射光。
耦合器3的端口d分光为50%，端口e的分光为50％，端口f分光为50%，端口g的分光为50％。
波分复用器5为980/1550nm波分复用器，端口h为1550nm光输入，端口i为980nm光输入。
掺铒光纤6为8m。
单模光纤8的长度为10km。
输出多波长数为21个，波长间隔0.08nm。
通过偏振控制器4调节输出波长数，最小输出波长数1个，最大输出波长数21个。
多波长输出可调谐范围1530nm至1580nm，可调谐带宽为50nm。
实施例二：本发明宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器，980nm泵浦激光器7发出的光通过980/1550nm波分复用器5泵浦8m掺铒光纤6，产生光增益；可调谐布里渊泵浦1通过输入/输出环行器2进入耦合器3，一部分光通过耦合器3的端口g被8m掺铒光纤6放大，再通过波分复用器5的端口h、偏振控制器4进入耦合器3，并在耦合器3的端口e和端口g分光；可调谐布里渊泵浦1的另一部分光通过耦合器3的端口e进入10km单模光纤8，产生反向传输的斯托克斯光，反向斯托克斯光经耦合器3的端口e进入，一部分光经耦合器3的端口d、输入/输出环行器2的端口b和端口c、隔离器10输出，另一部分光经耦合器3的端口f、偏振控制器4、波分复用器5的端口h和端口j进入8m掺铒光纤6放大，经耦合器3端口g进入耦合器3，从耦合器3的端口d输出、端口f反馈回掺铒光纤再次放大；注入10km单模光纤8的光一部分将透过10km单模光纤8，经反射环行器9的端口k进入反射环行器9，再通过反射环行器9的端口l和端口m反射回10km单模光纤8，产生反向传输的斯托克斯光再经反射环行器9的反射被不断地注入10km单模光纤8而产生更多的斯托克斯光，直到低阶斯托克斯光不满足产生更高阶斯托克斯光阈值为止；从10km单模光纤8向右透射的光经耦合器3后，一部分光经耦合器3的端口d、输入/输出环行器2的端口b和端口c、隔离器10输出，另一部分光经耦合器3的端口f、偏振控制器4、波分复用器5的端口h和端口j进入8m掺铒光纤6放大，从耦合器3的端口d输出、端口f反馈回掺铒光纤再次放大。
开启可调谐布里渊泵浦1及980nm泵浦激光器7，调节可调谐布里渊泵浦1及980nm泵浦激光器7的输出功率，控制激光器输出功率。10km单模光纤8，在可调谐布里渊泵浦1的作用下产生斯托克斯光，在980nm泵浦激光器7的作用下，其功率满足产生多波长激光所需的增益。为了尽可能的减少损耗，腔内各个器件的连接点直接熔接在一起。调节可调谐布里渊泵浦1的输出波长，使产生的多波长光在1530nm至1580nm波段连续可调，调谐范围50nm。调节偏振控制4，使输出的多波长数连续可调，最少输出1个波长，最多输出21个波长。
如图2所示，通过上述布里渊泵浦过程，光信号不断的被反射和放大，满足更高阶斯托克斯光的阈值条件而产生高阶斯托克斯光，直到光功率不能满足斯托克斯光阈值条件为止，布里渊泵浦光最大注入功率25mW，980nm泵浦功率200mW，在隔离器输出端口共获得最多21阶斯托克斯光，波长间隔0.08nm。
如图3所示，每隔10分钟测量输出的21个波长光谱，经10次测量光谱的比较，多波长输出稳定，无明显变化。
如图4所示，通过调节输入布里渊泵浦波长，输出多波长范围从1530nm至1580nm可连续调谐。
如图5所示，通过调节偏振控制器，调节激光腔内光信号的偏振态损耗，实现了输出波长数从1到21个可变调节。
本发明宽带可调谐多波长光纤激光输出的过程：
1、根据所需要获取的宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器的输出波长范围，选用对应增益范围的掺铒光纤，并根据光纤掺杂浓度和泵浦源功率确定掺铒光纤长度。
2、选择工作波长范围覆盖需要获取的宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器的输出波长范围的波分复用器、偏振控制器、光环行器、光耦合器和光隔离器。
3、开启可调光源和泵浦源，调节可调光源和泵浦源输出功率，调节可调光源的输出波长，多波长激光器实现宽带可调谐输出；调节偏振控制器，输出波长数实现从1到21个可变调节。
本发明可以得到宽带可调谐的多波长激光输出，其通过可调光源的输出波长调节多波长激光输出，通过偏振控制器调节输出波长数，随着各种光电器件的不断发展，将会得到更多和更稳定的输出波长，并且其应用也将更加广泛。
以上对本发明的所述实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器，其特征是，可调谐布里渊泵浦(1)与输入/输出环行器(2)连接，输入/输出环行器(2)与耦合器(3)连接，输入/输出环行器(2)与隔离器(10)连接，所有输出光经隔离器(10)输出；
耦合器(3)与偏振控制器(4)连接，偏振控制器(4)与波分复用器(5)连接，偏振控制器(4)可以调谐腔内信号偏振损耗，实现对输出信号波长数的调谐；波分复用器(5)与掺铒光纤(6)连接，980nm泵浦激光器(7)通过波分复用器(5)进入掺铒光纤(6)，产生增益，作为对腔内光信号的放大，掺铒光纤(6)与耦合器(3)连接；
耦合器(3)与单模光纤(8)连接，单模光纤(8)与反射环行器(9)连接，反射环行器(9)另外两端口连接，用来反射单模光纤(8)中的透射光。
2.根据权利要求1所述的宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，所述耦合器(3)的四个端口分光均为50％。
3.根据权利要求1所述的宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，所述波分复用器(5)为980/1550nm波分复用器，与偏振控制器(4)相连的端口为1550nm光输入，与980nm泵浦激光器(7)连接的端口为980nm光输入。
4.根据权利要求1所述的宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，所述掺铒光纤(6)的长度为8m。
5.根据权利要求1所述的宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，所述单模光纤(8)的长度为10km。
6.根据权利要求1所述的宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，最大输出多波长数为21个，波长间隔0.08nm。
7.根据权利要求1所述的宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，输出多波长数从1到21个可变调节。
8.根据权利要求1所述的宽带可调谐多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，多波长输出可调谐范围1530nm至1580nm，可调谐带宽为50nm。
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