CN103515836B - 双波长环形腔单频光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双波长环形腔单频光纤激光器，旨在改善激光多纵模振荡和室温下掺铒光纤均匀展宽导致的波长竞争问题。其由泵浦源、波分复用器、偏振控制器、保偏掺铒光纤、光纤偏振器、光隔离器、1×2光耦合器组成。泵浦源输出端与波分复用器980nm端口用光纤熔接，波分复用器1550nm端口与光隔离器输入端口用光纤熔接，光隔离器输出端口与1×2光耦合器公共端口用光纤熔接，1×2光耦合器的一个50%端口与光纤偏振器的一端用光纤熔接，光纤偏振器另一端与保偏掺铒光纤的一端用光纤熔接，保偏掺铒光纤另一端与偏振控制器的一端用光纤熔接，偏振控制器另一端与波分复用器的公共端口用光纤熔接，1×2光耦合器的另一个50%端口作为输出端口。

Description

双波长环形腔单频光纤激光器

技术领域

本发明涉及一种可应用于全光通信领域的光纤激光器，更具体地说，本发明涉及一种可实现双波长单频激光输出的环形腔光纤激光器。

背景技术

光纤激光器是一种极具潜力的有源光纤器件，它采用全光纤结构，成品率高，成本低，而传统的半导体激光器成品率低，成本高。光纤激光器具有结构简单，易于实现，散热好，波长稳定性高，输出波长可以精确调控，与光纤耦合效率高等特点。室温下掺铒光纤的均匀展宽会导致双波长光纤激光器的不同波长激光之间激烈竞争，目前通常利用具有两个反射峰的特殊光纤光栅等滤波器件或者带通滤波器与带阻滤波器级联等特殊结构来抑制激光的波长竞争，获得双波长激光输出。但是在目前现有技术中，上述获得双波长激光输出的方法存在制作工艺要求较高，成本较高等缺点。

通常普通的光纤激光器多运转在多纵模状态，相干长度短，单色性差，未经约束的多纵模激光经光电探测器后易产生拍频噪声，目前通常利用复合腔结构或未泵浦掺铒光纤作为饱和吸收体来抑制激光的多纵模振荡，获得单频激光输出。但是在目前现有技术中，上述获得单频激光输出的方法存在稳定性较差，结构复杂等缺点。

实现双波长光纤激光器的核心在于克服室温下掺铒光纤均匀展宽导致的波长竞争问题，实现单频光纤激光器的核心在于克服激光的多纵模振荡问题，双波长光纤激光器和单频光纤激光器的交叉探索成为国际前沿热点课题，研制双波长单频光纤激光器有益于进一步发掘光纤激光器在上/下行全双工光纤通信、分布式光纤传感、全光上/下话路分插复用装置（OADM）、光纤接入（GPON）以及光载无线（ROF）等领域的应用潜力。

发明内容

本发明旨在改善现有技术中存在的激光多纵模振荡问题和室温下掺铒光纤均匀展宽导致的波长竞争问题，通过有效抑制波长竞争实现双波长激光输出，同时通过有效抑制激光多纵模振荡实现单频激光输出，使激光器输出具有单频发生特征的双波长激光，并均衡双波长单频激光的峰值功率，本发明提供了一种双波长环形腔单频光纤激光器。本发明是采用如下技术方案实现的：

本发明所述的双波长环形腔单频光纤激光器，其特征在于由泵浦源、波分复用器、偏振控制器、保偏掺铒光纤、光纤偏振器、光隔离器、1×2光耦合器采用光纤熔接的方式连接组成。

泵浦源的输出端口与波分复用器的980nm端口相连；波分复用器的1550nm端口与光隔离器的输入端口相连；光隔离器的输出端口与1×2光耦合器的公共端口相连；1×2光耦合器的一个50%端口与光纤偏振器的一端相连；光纤偏振器的另一端与保偏掺铒光纤的一端相连；保偏掺铒光纤的另一端与偏振控制器的一端相连；偏振控制器的另一端与波分复用器的公共端口相连；1×2光耦合器的另一个50%端口作为双波长环形腔单频光纤激光器的输出端口。

本发明所述的双波长环形腔单频光纤激光器的工作原理是：

双波长环形腔单频光纤激光器采用反向泵浦结构，泵浦源所发出的980nm泵浦光信号通过波分复用器泵浦一段保偏掺铒光纤。保偏掺铒光纤作为光纤激光器的增益介质，其高双折射特性使得所产生的增益是偏振依赖的，即谐振腔内不同偏振态光信号经保偏掺铒光纤所产生的增益不同。光纤偏振器允许某一偏振态的光信号通过，有效抑制其他偏振态的光信号，即谐振腔内不同光信号经光纤偏振器所产生的损耗不同。偏振控制器控制谐振腔内不同波长光信号的偏振态，并均衡不同波长光信号的峰值功率。偏振控制器、保偏掺铒光纤和光纤偏振器所组成的双折射光纤滤波器结构紧凑简单，其具有双波长滤波特性，调整偏振控制器能够在保偏掺铒光纤所产生的增益谱内形成两个低损耗波长窗口，实现峰值功率均衡的双波长激射。光隔离器用来保证谐振腔内激光信号单方向运转，提高双波长激光的稳定性。双波长激光经光隔离器进入1×2光耦合器，其中1×2光耦合器的一个50%端口与光纤偏振器的一端相连构成闭合的环形谐振腔。偏振控制器、保偏掺铒光纤和光纤偏振器所组成的双折射光纤滤波器还具有超窄带滤波特性，双波长激光在环形谐振腔内循环振荡过程中带宽不断被压缩使其具有单频发生特征，双波长单频激光经1×2光耦合器的另一个50%端口输出。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的双波长环形腔单频光纤激光器采用紧凑简单的设计结构获得双波长激光输出，无需特殊光纤光栅等滤波器件，实用性强，成本低；双波长环形腔单频光纤激光器具有单频发生特征，单频激光的相干长度长，单色性好，经光电探测器后不易产生拍频噪声，其载频容量大，载频性能高；相比于传统的半导体激光器，本发明所述的双波长环形腔单频光纤激光器与目前光纤通信系统的耦合效率更高，插入损耗更小；

2.本发明所述的双波长环形腔单频光纤激光器适合用于光载无线通信（ROF）系统，利用所述的双波长单频光纤激光器输出的双波长单频激光进行光学拍频可产生高频微波毫米波信号，具有结构简单，无电磁干扰，相位噪声低，成本低等特点，可克服利用电学方法产生高频微波毫米波信号结构复杂，电磁干扰强，相位噪声高，成本高等缺陷；

3.本发明所述的双波长环形腔单频光纤激光器适合用于全双工光纤通信系统，全双工光纤通信系统的中心局利用所述的双波长单频光纤激光器可同时提供下行链路和上行链路的光载波，基站不需要再单独配备光源来提供上行链路的光载波，简化基站的配置，降低全双工光纤通信系统的成本。

经文献及专利查新检索，迄今尚未见相同结构的双波长环形腔单频光纤激光器的专利报导。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的双波长环形腔单频光纤激光器的结构原理图。

图2是本发明所述的双波长环形腔单频光纤激光器输出激光的光谱图。

图3是本发明所述的双波长环形腔单频光纤激光器输出激光的频谱图。

图中：1、泵浦源，2、波分复用器，3、偏振控制器，4、保偏掺铒光纤，5、光纤偏振器，6、光隔离器，7、1×2光耦合器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

图1为本发明双波长环形腔单频光纤激光器的结构原理图。本发明所述的双波长环形腔单频光纤激光器主要由泵浦源1、波分复用器2、偏振控制器3、保偏掺铒光纤4、光纤偏振器5、光隔离器6、1×2光耦合器7组成。

所述的泵浦源1是980nm泵浦源，其作用是作为光纤激光器的激光泵浦源，本实施例采用的是康冠世纪光电科技有限公司生产的980nm泵浦源；

所述的波分复用器2是980/1550nm波分复用器，其作用是泵浦源1通过波分复用器2为光纤激光器提供980nm泵浦光信号，本实施例采用的是康冠世纪光电科技有限公司生产的980/1550nm波分复用器；

所述的偏振控制器3是三环型机械式光纤偏振控制器，其作用是调整谐振腔内光信号的偏振态，均衡双波长单频激光的峰值功率，本实施例采用的是康冠世纪光电科技有限公司生产的三环型机械式光纤偏振控制器；

所述的保偏掺铒光纤4是具有高双折射特性的掺铒光纤，其作用是作为光纤激光器的增益介质，其高双折射特性有益于优化谐振腔内光信号的偏振态，本实施例采用的是英国Fibercore公司生产的保偏掺铒光纤；

所述的光纤偏振器5是标准单模光纤偏振器，其作用是允许谐振腔内一种偏振态的光信号通过，有效抑制谐振腔内其他偏振态的光信号，本实施例采用的是英国PhoenixPhotonics公司生产的标准单模光纤偏振器；

所述的光隔离器6是偏振无关光隔离器，其作用是保证谐振腔内激光信号单方向运转，提高双波长单频激光的稳定性，本实施例采用的是康冠世纪光电科技有限公司生产的偏振无关光隔离器；

所述的1×2光耦合器7是分光比为50:50的标准单模光纤耦合器，耦合在光隔离器6和光纤偏振器5之间，1×2光耦合器7的公共端口与光隔离器6的输出端口相连，1×2光耦合器7的一个50%端口与光纤偏振器5的一端相连，1×2光耦合器7的另一个50%端口作为双波长环形腔单频光纤激光器的输出端口，本实施例采用的是康冠世纪光电科技有限公司生产的分光比为50:50的标准单模光纤耦合器。

参见图1，本发明所述的双波长环形腔单频光纤激光器各部件之间的连接关系为：泵浦源1的输出端与波分复用器2的980nm端口相连；波分复用器2的1550nm端口与光隔离器6的输入端口相连；光隔离器6的输出端口与1×2光耦合器7的公共端口相连；1×2光耦合器7的一个50%端口与光纤偏振器5的一端相连；光纤偏振器5的另一端与保偏掺铒光纤4的一端相连；保偏掺铒光纤4的另一端与偏振控制器3的一端相连；偏振控制器3的另一端与波分复用器2的公共端口相连；1×2光耦合器7的另一个50%端口作为双波长环形腔单频光纤激光器的输出端口，以上各组成部分之间的连接均采用光纤熔接。

本发明所述的双波长环形腔单频光纤激光器的工作原理是：

双波长环形腔单频光纤激光器采用反向泵浦结构，泵浦源1所发出的980nm泵浦光信号通过波分复用器2泵浦保偏掺铒光纤4。保偏掺铒光纤4作为光纤激光器的增益介质，其高双折射特性使得所产生的增益是偏振依赖的，即谐振腔内不同偏振态光信号经保偏掺铒光纤4所产生的增益不同。光纤偏振器5允许某一偏振态的光信号通过，有效抑制其他偏振态的光信号，即谐振腔内不同光信号经光纤偏振器5所产生的损耗不同。偏振控制器3控制谐振腔内不同波长光信号的偏振态，并均衡不同波长光信号的峰值功率。偏振控制器3、保偏掺铒光纤4和光纤偏振器5所组成的双折射光纤滤波器结构紧凑简单，其具有双波长滤波特性，调整偏振控制器3能够在保偏掺铒光纤4所产生的增益谱内形成两个低损耗波长窗口，实现峰值功率均衡的双波长激射。光隔离器6用来保证谐振腔内激光信号单方向运转，提高双波长激光的稳定性。双波长激光经光隔离器6进入1×2光耦合器7，其中1×2光耦合器7的一个50%端口与光纤偏振器5的一端相连构成闭合的环形谐振腔。偏振控制器3、保偏掺铒光纤4和光纤偏振器5所组成的双折射光纤滤波器还具有超窄带滤波特性，双波长激光在环形谐振腔内循环振荡过程中带宽不断被压缩使其具有单频发生特征，双波长单频激光经1×2光耦合器7的另一个50%端口输出。

图2为本发明所述的双波长环形腔单频光纤激光器输出激光的光谱图。本实施例中光纤激光器输出激光的中心波长分别为1562.85843nm和1565.83355nm，双波长激光的波长间隔为2.97512nm，峰值功率差为0.4627dB，边模抑制比均大于45dB，3dB带宽均小于0.02nm，25dB带宽均小于0.12nm，双波长激光的光谱在0.04pm超高光谱分辨率下均未出现光谱分裂，该光纤激光器输出的激光是双波长激光。

图3为本发明所述的双波长环形腔单频光纤激光器输出激光的频谱图。本实施例中使用自由光谱范围为1.5GHz的法布里-珀罗扫描干涉仪测量光纤激光器输出激光的频谱，在两个相邻的锯齿波周期内均只出现单一纵模频谱，该光纤激光器输出的激光是单频激光。

本发明所述的双波长环形腔单频光纤激光器结构紧凑简单，既克服了掺铒光纤均匀展宽导致的波长竞争问题，又克服了激光的多纵模振荡问题，获得双波长单频激光输出。本领域中的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅用来说明本发明，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变型都将落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.双波长环形腔单频光纤激光器，其特征在于所述的双波长环形腔单频光纤激光器由泵浦源（1）、波分复用器（2）、偏振控制器（3）、保偏掺铒光纤（4）、光纤偏振器（5）、光隔离器（6）、1×2光耦合器（7）组成；

泵浦源（1）的输出端与波分复用器（2）的980nm端口采用光纤熔接，波分复用器（2）的1550nm端口与光隔离器（6）的输入端口采用光纤熔接，光隔离器（6）的输出端口与1×2光耦合器（7）的公共端口采用光纤熔接，1×2光耦合器（7）的一个50%端口与光纤偏振器（5）的一端采用光纤熔接，光纤偏振器（5）的另一端与保偏掺铒光纤（4）的一端采用光纤熔接，保偏掺铒光纤（4）的另一端与偏振控制器（3）的一端采用光纤熔接，偏振控制器（3）的另一端与波分复用器（2）的公共端口采用光纤熔接，1×2光耦合器（7）的另一个50%端口作为所述的双波长环形腔单频光纤激光器的输出端口。

2.按照权利要求1所述的双波长环形腔单频光纤激光器，其特征在于所述的泵浦源（1）是980nm泵浦源。

3.按照权利要求1所述的双波长环形腔单频光纤激光器，其特征在于所述的波分复用器（2）是980/1550nm波分复用器。

4.按照权利要求1所述的双波长环形腔单频光纤激光器，其特征在于所述的偏振控制器（3）是三环型机械式光纤偏振控制器。

5.按照权利要求1所述的双波长环形腔单频光纤激光器，其特征在于所述的保偏掺铒光纤（4）是具有高双折射特性的掺铒光纤。

6.按照权利要求1所述的双波长环形腔单频光纤激光器，其特征在于所述的光纤偏振器（5）是标准单模光纤偏振器。

7.按照权利要求1所述的双波长环形腔单频光纤激光器，其特征在于所述的光隔离器（6）是偏振无关光隔离器。

8.按照权利要求1所述的双波长环形腔单频光纤激光器，其特征在于所述的1×2光耦合器（7）是分光比为50:50的标准单模光纤耦合器。