CN103296567B - 超窄线宽无线性增益放大多波长光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
超窄线宽无线性增益放大多波长光纤激光器,属于光电信息技术领域,为解决现有多波长光纤激光器输出激光线宽宽、系统复杂及稳定性差的问题,技术方案:高功率窄线宽布里渊泵浦发出的光从输入/输出环形器的端口a进入,输入/输出环形器的端口b与第二耦合器j端口连接;第二耦合器的m端口连接偏振控制器,k端口和n端口分别连接单模光纤的l端口和o端口;偏振控制器与反射环形器连接;反射环形器的另两个端口相连接;输入/输出环形器的端口c与掺铒光纤连接,掺铒光纤再与第一耦合器连接,第一耦合器的另两端口相连接;输入/输出环形器的端口d为输出端;本发明在密集波分复用光通信系统、分布式光纤传感及微波光子学领域具有广泛应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤激光器,针对C波段多波长布里渊光纤激光器的结构特点,提出了一种基于高功率窄线宽布里渊泵浦光源及未泵浦掺铒光纤的C波段超窄线宽无线性增益放大多波长光纤激光器,属于光电信息技术领域。
背景技术
多波长光纤激光器因具有效率高、阈值低、窄线宽、紧凑小巧、与传输光纤兼容性好等优点,在密集波分复用系统(DWDM)中有着重要的应用,特别是布里渊多波长光纤激光器以其超窄线宽的优势在高精度光谱分析、光传感技术、光器件检测及微波光子学等诸多技术领域中具有潜在的应用前景。
布里渊多波长光纤激光器大多利用宽调谐泵浦源并结合了掺铒光纤的线性增益和受激布里渊散射的非线性增益才能形成多波长谐振,而宽调谐泵浦线宽较宽,掺铒光纤将拓展输出激光线宽,另外采用掺铒光纤放大器及其泵浦源增加了腔内的复杂程度及降低了稳定性。
中国专利公开号为CN102361210A,公开了“一种单频超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器”,如图1所示,该激光器由窄线宽泵浦激光器1、三端口的环形器2、可进行双向放大的掺铒光纤放大器3、单模光纤4、窄带光滤波器5和耦合方式为2×2的光纤耦合器6组成;窄线宽泵浦激光器1通过光纤连接至环形器2的环形器第一端口21,环形器第二端口22依次连接掺铒光纤放大器3和单模光纤4后再连接至光纤耦合器6的耦合器第三端口63,环形器的环形器第三端口23通过窄带滤波器5连接至光纤耦合器6的耦合器第一端口61,光纤耦合器6的耦合第四端口64输出激光。
所述的掺铒光纤放大器3包括掺铒光纤和连接掺铒光纤的泵浦源。
该专利采用窄线宽泵浦激光器,泵浦光通过双向放大的掺铒光纤放大器进行预放大,而后采用窄带光滤波器实现超窄线宽激光输出。该方案可实现短光纤下的单频窄线宽激光输出,但所采用的掺铒光纤放大器由掺铒光纤及其泵浦源组成,增加了系统有源器件,降低了稳定性,不便于调节。另外泵浦的掺铒光纤在腔内使用一定程度上展宽了输出激光线宽。
发明内容
本发明为解决现有技术中多波长光纤激光器输出激光线宽宽、系统复杂及稳定性差的问题,针对C波段多波长布里渊光纤激光器的结构特点,提出了一种基于高功率窄线宽布里渊泵浦光源及未泵浦掺铒光纤的C波段超窄线宽无线性增益放大多波长光纤激光器。
本发明采取以下技术方案:
超窄线宽无线性增益放大多波长光纤激光器,包括:高功率窄线宽布里渊泵浦、输入/输出环行器、掺铒光纤、第一耦合器、第二耦合器、单模光纤、偏振控制器和反射环行器;高功率窄线宽布里渊泵浦发出的光从输入/输出环形器的端口a进入,输入/输出环形器的端口b与第二耦合器j端口连接;第二耦合器的m端口连接偏振控制器,k端口和n端口分别连接单模光纤的l端口和o端口;偏振控制器与反射环形器连接;反射环形器的另两个端口相连接;输入/输出环形器的端口c与掺铒光纤连接,掺铒光纤再与第一耦合器连接,第一耦合器的另两端口相连接;输入/输出环形器的端口d为输出端。
所述高功率窄线宽布里渊泵浦输出功率80mw,波长为1550.12nm。
所述输入/输出环形器为四端口环形器。
所述掺铒光纤为未泵浦的保偏光纤,其长度为4m。
所述第一耦合器为1×2型3dB耦合器。
所述第二耦合器为2×2型3dB耦合器。
所述单模光纤的长度为8km。
本发明的有益效果是:本发明采用一个耦合器和两个环行器作为输入输出,能够较好地将光信号反馈回单模光纤中而不断的产生受激布里渊散射;具体工作过程如下:高功率窄线宽布里渊泵浦7的泵浦光经过输入/输出环行器8的端口a和端口b从第二耦合器11端口j进入并分成两部分,一部分泵浦光经第二耦合器11端口n进入单模光纤12中产生反向传输的斯托克斯光,反向传输的斯托克斯光由第二耦合器11端口n进入,一部分斯托克斯光由第二耦合器11端口j输出,另一部分斯托克斯光由第二耦合器11端口k进入单模光纤12中产生下一阶反向传输的斯托克斯光;而另外一部分泵浦光经过第二耦合器11端口m进入偏振控制器13及反射环行器14返回,返回光一部分由第二耦合器11端口j经过四端口输入/输出环行器8输出,返回光另一部分通过第二耦合器11端口k可进入单模光纤12中产生反向传输的斯托克斯光,反向传输的斯托克斯光由第二耦合器11端口k进入,一部分斯托克斯光由第二耦合器11端口n进入单模光纤12中产生下一阶反向传输的斯托克斯光,另外一部分斯托克斯光经过第二耦合器11端口m进入偏振控制器13及反射环行器14返回,返回光一部分由第二耦合器11端口j经过四端口输入/输出环行器12输出,返回光部分通过第二耦合器11端口k可进入单模光纤12中产生下一阶反向传输的斯托克斯光;如上述反复,一部分将光信号反馈回单模光纤12中而不断的产生受激布里渊散射,另一部分作为输出光输出。
本发明采用高功率窄线宽布里渊泵浦源,仅以单模光纤共同作为增益介质,并通过耦合器与未泵浦掺铒光纤组合压窄线宽及选模与稳频,实现C波段多波长输出,3dB线宽优于5kHz,相比现有的C波段多波长输出的激光器,无需掺铒光纤放大器这样的有源器件,降低了系统复杂度,也减少了使用成本,实现超窄线宽输出,且本发明结构紧凑、简单,易于封装。本发明超窄线宽无线性增益放大光纤激光器在密集波分复用光通信系统、分布式光纤传感、微波光子学领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为现有技术光纤激光器的结构示意图。
图2为本发明超窄线宽无线性增益放大多波长光纤激光器的结构示意图。
图3为本发明实施例C波段多波长激光输出的光谱图。
图4为本发明实施例C波段多波长激光输出的光谱稳定性图。
图5为本发明实施例C波段多波长激光输出的光线宽测试图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案作进一步详细说明。
如图2所示,超窄线宽无线性增益放大多波长光纤激光器,包括高功率窄线宽布里渊泵浦7、四端口输入/输出环行器8、掺铒光纤9、第一耦合器10、第二耦合器11、单模光纤12、偏振控制器13和反射环行器14;光在四端口输入/输出环行器8中传播方向为端口a至端口b至端口c至端口d,反射环行器14光传播方向为端口r至端口s至端口t,反射环行器14的端口s和端口t连接。高功率窄线宽布里渊泵浦7的泵浦光通过输入/输出环行器8的端口a进入线形腔光纤激光器,输入/输出环行器8的端口b与第二耦合器11的端口j连接,第二耦合器11的端口k和端口n分别与单模光纤12的端口l和端口o连接,高功率窄线宽布里渊泵浦7的泵浦光由输入/输出环行器8的端口b进入第二耦合器11,其中一部分布里渊泵浦光经第二耦合器11端口n进入单模光纤12中产生反向传输的斯托克斯光,另一部分布里渊泵浦光经过第二耦合器11端口m进入偏振控制器13及反射环行器14返回,再通过第二耦合器11端口k可进入单模光纤12中产生反向传输的斯托克斯光,其中偏振控制器13用于调节光的偏振态提高传输效率,而反射环行器14作用是将光信号反馈回单模光纤中不断产生受激布里渊散射。所产生的反向传输的斯托克斯光一部分从经第二耦合器11的端口j、输入/输出环行器8的端口b和端口c、掺铒光纤9及第一耦合器10、输入/输出环行器8的端口d输出,其中第一耦合器10作用是将输出光全反射回掺铒光纤9中并与后进入掺铒光纤9的光形成驻波干涉,从而使得第一耦合器10和掺铒光纤9组合起到压窄线宽、选频与稳频的作用;另一部分反向传输的斯托克斯光通过第二耦合器11进入单模光纤12中产生下一阶斯托克斯光,以此反复低阶斯托克斯光满足下一阶斯托克斯光产生阈值就产生下一阶斯托克斯光,直到不能满足更高阶斯托克斯光产生阈值为止。
实施例:
本发明采用的高功率窄线宽布里渊泵浦7产生的布里渊泵浦光输出功率80mw,波长为1550.12nm。
输入/输出环形器8为四端口环形器;未泵浦的掺铒光纤9采用保偏光纤,其长度为4m;第一耦合器10为1×2的3dB耦合器;第二耦合器11为2×2的3dB耦合器;单模光纤12的长度为8km。偏振控制器13为光纤挤压式偏振控制器,反射环形器14为三端口环形器。
本发明所采用的器件均为保偏器件,且各器件之间采用保偏光纤相连接。
本发明基于高功率窄线宽布里渊泵浦光源的C波段布里渊多波长超窄线宽无线性增益放大线形腔光纤激光器,高功率窄线宽布里渊泵浦7通过输入/输出环行器8和第二耦合器11,注入8km单模光纤12中,产生反向传输的斯托克斯光,斯托克斯光通过偏振控制器13及反射环行器14返回从第二耦合器11的端口m输入,其中50%斯托克斯光由端口j输出,再经输入/输出环行器8的端口c进入未泵浦掺铒光纤9及第一耦合器10进行进一步压窄线宽,再返回输入/输出环行器8端口c经端口d作为光输出。另外50%斯托克斯光经第二耦合器11端口k注入8km单模光纤12产生反向传输的更高阶斯托克斯光。更高阶斯托克斯光经第二耦合器11端口m返回作为下一阶斯托克斯光的泵浦光。透过8km单模光纤12的布里渊泵浦光和各阶斯托克斯光经第二耦合器11的端口j进入输入/输出环行器8并经端口b进入未泵浦掺铒光纤9及第一耦合器10进行进一步压窄线宽,选模及稳频,而后经端口c从端口d输出。
开启高功率窄线宽布里渊泵浦7,调节高功率窄线宽布里渊泵浦的输出功率,控制激光器输出功率。8km单模光纤12,在高功率窄线宽布里渊泵浦7的作用下产生斯托克斯光,高功率布里渊泵浦光的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。
如图3所示,通过上述布里渊泵浦过程,光信号不断的被反射,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80mW,在输入/输出环行器8的端口d共获得最多13阶斯托克斯光,波长间隔0.088nm。
如图4所示,为保持布里渊泵浦光输出功率稳定的情况下,多波长激光器输出光谱稳定性图,在70分钟内多波长激光器的输出光谱稳定。
如图5所示,为延时移频外差法测得其中单波长线宽情况,通过换算得到3dB线宽小于5kHz。
本发明C波段窄线宽无放大多波长光纤激光输出的过程:
1、根据所需要获取的C波段多波长光纤激光器的输出线宽,选用对应高功率窄线宽泵浦源及未泵浦掺铒光纤的浓度及长度,并根据光纤掺杂浓度和泵浦源功率确定单模光纤长度。
2、选择工作波长范围覆盖需要获取的C波段宽带可调谐多波长光纤激光器的输出波长范围的光环行器和光耦合器。
3、开启高功率窄线宽泵浦源,调节泵浦源输出功率,C波段多波长激光器实现高功率窄线宽多波长输出。
本发明可以得到C波段窄线宽无放大多波长光纤激光器,随着各种光电器件的不断发展,将会得到更窄线宽、更稳定的输出,并且其应用也将更加广泛。
Claims (8)
1.超窄线宽无线性增益放大多波长光纤激光器,其特征是,包括:高功率窄线宽布里渊泵浦(7)、输入/输出环行器(8)、掺铒光纤(9)、第一耦合器(10)、第二耦合器(11)、单模光纤(12)、偏振控制器(13)和反射环行器(14);高功率窄线宽布里渊泵浦(7)发出的光从输入/输出环形器(8)的端口a进入,输入/输出环形器(8)的端口b与第二耦合器(11)j端口连接;第二耦合器(11)的m端口连接偏振控制器(13),第二耦合器(11)的k端口和n端口分别连接单模光纤(12)的l端口和o端口;偏振控制器(13)与反射环形器(14)一个端口连接;反射环形器(14)的另两个端口相连;输入/输出环形器(8)的端口c与掺铒光纤(9)连接,掺铒光纤(9)再与第一耦合器(10)连接,第一耦合器(10)的另两端口相连;输入/输出环形器(8)的端口d为输出端。
2.根据权利要求1所述的超窄线宽无线性增益放大多波长光纤激光器,其特征在于,所述高功率窄线宽布里渊泵浦(7)输出功率80mw,波长为1550.12nm。
3.根据权利要求1所述的超窄线宽无线性增益放大多波长光纤激光器,其特征在于,所述掺铒光纤(9)为保偏光纤,其长度为4m。
4.根据权利要求1所述的超窄线宽无线性增益放大多波长光纤激光器,其特征在于,所述第一耦合器(10)为1×2型3dB耦合器。
5.根据权利要求1所述的超窄线宽无线性增益放大多波长光纤激光器,其特征在于,所述第二耦合器(11)为2×2型3dB耦合器。
6.根据权利要求1所述的超窄线宽无线性增益放大多波长光纤激光器,其特征在于,所述单模光纤(12)的长度为8km。
7.根据权利要求1所述的超窄线宽无线性增益放大多波长光纤激光器,其特征在于,输出多波长数为13个,波长间隔0.088nm。
8.根据权利要求1所述的超窄线宽无线性增益放大多波长光纤激光器,其特征在于,输出激光的3dB线宽小于5kHz。
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