CN104283096A

CN104283096A - 一种波长间隔连续可调的多波长掺铒光纤激光器

Info

Publication number: CN104283096A
Application number: CN201410557673.7A
Authority: CN
Inventors: 曹晔; 陈磊; 童峥嵘
Original assignee: Tianjin University of Technology
Current assignee: Tianjin University of Technology
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2015-01-14

Abstract

一种波长间隔连续可调的多波长掺饵光纤激光器，由高双折射光子晶体光纤a、偏振控制器a、高双折射光子晶体光纤b、标准单模光纤、耦合器、波分复用器、掺饵光纤、偏振控制器b、偏振相关隔离器和偏振控制器c组成并通过光纤连接构成回路，耦合器的输出比例为90%:10%，其中90%端口通过光纤与波分复用器连接输入到回路中，10%从端口输出，波分复用器外接泵浦；所述高双折射光子晶体光纤中填充液体，偏振控制器的旋转角度可调。本发明的优点是：该光纤激光器结构简单且易于制作，输出的多波长激光稳定、灵活度高，通过调节光子晶体光纤中填充液体的温度和调节偏振控制器的旋转角度实现输出多波长激光的波长间隔连续可调。

Description

一种波长间隔连续可调的多波长掺铒光纤激光器

技术领域

本发明属于光纤激光器技术领域，特别是一种波长间隔连续可调的多波长掺铒光纤激光器。

背景技术

多波长掺铒光纤激光器通过受激辐射的方式实现对入射光信号的放大，其核心是当掺铒光纤受到泵浦时，发生粒子数反转从而得光增益。该增益不仅与入射光信号的频率有关，且与放大器内任意一点的局部光强也有关，该频率与光强以及增益的关系根据光纤中掺杂介质的不同而变化。此种激光器拥有线宽窄、输出波长稳定、低密度和相位噪声小等优点，这些优势使其成为光学实时延迟网络处理中的热点技术而倍受国际关注。近年来研究学者对其进行深入研究，已获得许多实验成果。而光子晶体光纤（PCF）具有优异的调谐特性，在超短脉冲、光纤传感、光纤激光器及滤波器等领域都有着重要的应用，将其引入激光器结构中，必将极大的改善激光器的系统特性。

多波长掺饵光纤激光器与其它激光器相比，具有体积小，稳定性高，与光纤传输网络的兼容性好，制作工艺经济简单等优点。

多波长掺饵光纤激光器输出波长的波长间隔可调谐性至关重要，也是此领域中的研究热点，但是目前的研究结果存在调谐范围小、不能连续可调的问题。常见的方法是使用光谱整形器，但是此法所需的实验设备成本较高，普及性低。

发明内容

本发明的目的是解决现有多波长光纤激光器中存在的输出多波长间的波长间隔可调谐性小及不能连续可调的问题，提供了一种结构简单且易于制作的波长间隔连续可调的多波长掺铒光纤激光器，该激光器结构是基于非线性偏振旋转效应的，通过对环形腔中两段双折射率对温度敏感的PCF进行液体填充然后改变温度并通过调节其间偏振控制器的旋转角度，可以使该结构的有效双折射率可调，从而实现输出多波长激光的波长间隔连续可调谐。

本发明的技术方案：

一种波长间隔连续可调的多波长掺饵光纤激光器，由高双折射光子晶体光纤a、偏振控制器c、高双折射光子晶体光纤b、标准单模光纤、耦合器、泵浦、波分复用器、掺饵光纤、偏振控制器b、偏振相关隔离器和偏振控制器a组成并通过光纤连接构成回路，耦合器的输出比例为90%:10%，其中90%端口通过光纤与波分复用器连接输入到回路中，10% 从端口输出，波分复用器外接泵浦；所述高双折射光子晶体光纤a、b中填充液体，偏振控制器a、b、c的旋转角度可调。

所述光子晶体光纤a、b中的填充液体为Cargille实验室制备的型号为Cat.19340的折射率匹配液，该液体在室温下的折射率为1.5143，温度系数为-0.000393℃^-1；进行选择性填充液体时，首先在电子显微镜下用石蜡将光纤端面的空气孔堵住，再用针管将空气孔打通，然后将这一光纤端面放入需要填充的液体中，从光纤的另一端面抽取空气孔中的空气，使液体进入空气孔中完成填充；填充液体的温度调节范围为20-80℃。

所述高双折射光子晶体光纤a的长度为6m；高双折射光子晶体光纤b的长度为10m；掺饵光纤的长度为11m，掺杂浓度为400ppm。

一种所述波长间隔连续可调的多波长掺饵光纤激光器的应用，通过调节光子晶体光纤a、b中填充液体的温度和调节偏振控制器c的旋转角度实现输出多波长激光的波长间隔连续可调。

所述通过调节偏振控制器c的旋转角度调节光子晶体光纤有效双折射率的方式包括实现L1、L2、L1+L2与L1-L2共4种光子晶体光纤的有效长度，其中L1为高双折射光子晶体光纤a的长度，L2为高双折射光子晶体光纤b的长度。

本发明的工作机理：

该多波长掺饵光纤激光器中，所用的泵浦用来供能，掺饵光纤作为增益介质，高双折射光子晶体光纤a、b用来改变谐振腔内的双折射强度，标准单模光纤用来增加非线性效应，偏振相关隔离器结合偏振控制器a、b用来保证光在回路内的单向运转并改变腔内的偏振态，最后激光经耦合器的10% 端口输出，经90% 端口输入到腔中继续振荡。

该多波长掺饵光纤激光器中，从偏振相关隔离器出来的线偏振光经过偏振控制器a后变为椭圆偏振光，椭圆偏振光分解为强度不等的左右圆偏振光的叠加，强度不等的左右圆偏振光在普通单模光纤中由于其具有的克尔效应会产生不相同的非线性相移，从而由左右圆偏振光合成的偏正态在单模光纤中会沿着传播方向而旋转，并且其旋转角度和光强有关。光在回路内循环时，会受到偏振控制器a旋转角度的调节从而改变进入偏振相关隔离器的光强，此结构可以有效的克服室温下模式竞争在均匀加宽介质中的作用，实现稳定的多波长激光输出。

通过对光子晶体光纤a、b进行液体填充然后改变温度可以得到其双折射率在到范围内可调，多波长激光器产生多波长激光的波长间隔为，其中为输入光的中心波长，为HB-PCF的双折射率，L为光子晶体光纤a、b的有效长度，因此当有效长度L固定时，只要使光子晶体光纤的双折射率发生变化，就可以使输出多波长激光的波长间隔也随之改变，且变化是连续可调的。

本发明的优点和有益效果是：该多波长掺铒光纤激光器结构简单且易于制作，起到调谐作用的关键操作只需要对环形腔中两段双折射率对温度敏感的PCF进行液体填充然后改变温度，并通过调节偏振控制器的旋转角度，即可实现PCF的有效双折射率可调，以此为切入点来实现输出多波长激光的波长间隔连续可调；该多波长掺铒光纤激光器，输出的多波长激光稳定，灵活度高，成本合适，操作技术成熟，因而具有一定的应用价值。

附图说明

图1 为该多波长掺铒光纤激光器结构示意图。

图中：1.高双折射光子晶体光纤a 2.偏振控制器c

3.高双折射光子晶体光纤b 4.标准单模光纤 5.10dB耦合器 6.泵浦 7.波分复用器 8.掺饵光纤 9.偏振控制器a 10.偏振相关隔离器

11.偏振控制器b。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的具体说明：

实施例：

一种波长间隔连续可调的多波长掺饵光纤激光器，如图1所示，由高双折射光子晶体光纤a1、偏振控制器c2、高双折射光子晶体光纤b3、标准单模光纤4、耦合器5、泵浦6、波分复用器7、掺饵光纤8、偏振控制器a9、偏振相关隔离器10和偏振控制器b11组成并通过光纤连接构成回路，耦合器5的输出比例为90%:10%，其中90%端口通过光纤与波分复用器7连接输入到回路中，10% 从端口输出，波分复用器7外接泵浦6；所述高双折射光子晶体光纤a1、b3中填充液体，偏振控制器a9、b11、c2的旋转角度可调。

该实施例中，高双折射光子晶体光纤a的长度为6m，高双折射光子晶体光纤b的长度为10m；标准单模光纤用来增加非线性效应；耦合器为10dB耦合器作为分路器；掺饵光纤的长度为11m，掺杂浓度为400ppm，作为增益介质；偏振相关隔离器结合偏振控制器a、b用来保证光的单向顺时针运转并改变腔内的偏振态；泵浦为980nm泵浦用来供能。

该多波长掺饵光纤激光器中，通过改变偏振控制器c的旋转角度可以使两段光子晶体光纤的有效长度可调，实现L1、L2、L1+L2与L1-L2共4种有效长度，其中L1为高双折射光子晶体光纤a的长度，L2为高双折射光子晶体光纤b的长度。这里两段高双折射光子晶体光纤采用L1=6m与L2=10m，当调节偏振控制器c使高双折射光子晶体光纤a的快轴与高双折射光子晶体光纤b的快轴对应时，此时两段高双折射光子晶体光纤的有效长度为L1+L2=16m，当调节偏振控制器c使高双折射光子晶体光纤a的慢轴与高双折射光子晶体光纤b的慢轴对应时，此时两段HB-PCF的有效长度为L1-L2=4m。

本发明提出的这种波长间隔连续可调的多波长光纤激光器，结构中含有两段双折射率对温度敏感的高双折射光子晶体光纤a、b，通过对其进行液体填充然后改变温度，并通过调节偏振控制器c的旋转角度，可以使该结构的有效双折射率可调，构造出了一种输出波长间隔连续可调的多波长激光器。相对于其他多波长光纤激光器而言，本发明具有结构简单、成本合适、输出波长间隔连续可调的优点，适用于国防、工业生产等领域。

Claims

1.一种波长间隔连续可调的多波长掺饵光纤激光器，其特征在于：由高双折射光子晶体光纤a、偏振控制器c、高双折射光子晶体光纤b、标准单模光纤、耦合器、泵浦、波分复用器、掺饵光纤、偏振控制器b、偏振相关隔离器和偏振控制器a组成并通过光纤连接构成回路，耦合器的输出比例为90%:10%，其中90%端口通过光纤与波分复用器连接输入到回路中，10% 从端口输出，波分复用器外接泵浦；所述高双折射光子晶体光纤a、b中填充液体，偏振控制器a、b、c的旋转角度可调。

2.根据权利要求1所述波长间隔连续可调的多波长掺饵光纤激光器，其特征在于：所述光子晶体光纤a、b中的填充液体为Cargille实验室制备的型号为Cat.19340的折射率匹配液，该液体在室温下的折射率为1.5143，温度系数为-0.000393℃^-1；进行选择性填充液体时，首先在电子显微镜下用石蜡将光纤端面的空气孔堵住，再用针管将空气孔打通，然后将这一光纤端面放入需要填充的液体中，从光纤的另一端面抽取空气孔中的空气，使液体进入空气孔中完成填充；填充液体的温度调节范围为20-80℃。

3.根据权利要求1所述波长间隔连续可调的多波长掺饵光纤激光器，其特征在于：所述高双折射光子晶体光纤a的长度为6m；高双折射光子晶体光纤b的长度为10m；掺饵光纤的长度为11m，掺杂浓度为400ppm。

4.一种如权利要求1所述波长间隔连续可调的多波长掺饵光纤激光器的应用，其特征在于：通过调节光子晶体光纤a、b中填充液体的温度和调节偏振控制器c的旋转角度实现输出多波长激光的波长间隔连续可调。

5.根据权利要求4所述波长间隔连续可调的多波长掺饵光纤激光器的应用，其特征在于：所述通过调节偏振控制器c的旋转角度调节光子晶体光纤的有效长度的方式包括实现L1、L2、L1+L2与L1-L2共4种光子晶体光纤的有效长度，其中L1为高双折射光子晶体光纤a的长度，L2为高双折射光子晶体光纤b的长度。