CN104577674A - 2μm波段宽带可调谐窄线宽多波长光纤激光器 - Google Patents

Abstract

2μm波段宽带可调谐窄线宽多波长光纤激光器，属于激光器制造技术领域，为了解决现有技术存在的问题，泵浦源、掺铒光纤放大器、波分复用器、掺铥光纤、耦合器相连、多模干涉滤波器和改进型M-Z干涉仪依次相接，改进型M-Z干涉仪与隔离器的输出端相连，隔离器的输入端与偏振控制器相连，偏振控制器与波分复用器相连，耦合器的f端作为输出端；多模干涉滤波器，其为多模光纤直接嵌入光纤旋转器的V型槽中，光纤锁紧器设置在光纤旋转器两侧将多模光纤锁紧；改进型M-Z干涉仪，其为第一耦合器分别与多模干涉滤波器、隔离器、第二耦合器及偏振控制器相连；第二耦合器的u端和r端相互连接，s端同保偏光纤相连；保偏光纤同偏振控制器相连。

Description

2μm波段宽带可调谐窄线宽多波长光纤激光器

技术领域

本发明涉及一种2μm波段宽带可调谐窄线宽多波长光纤激光器，属于激光器制造技术领域。本发明可以应用于激光医疗、气体探测、遥感、激光雷达等诸多领域。

背景技术

多波长光纤激光器在波分复用系统中能够替代由多个传统激光器组合的复杂结构，并同时满足多信道数的要求，可很大程度简化系统结构，降低成本。

目前，国内外2μm波段多波长光纤激光器多采用793nm、1550nm激光二极管泵浦掺铥光纤或铥钬工共掺光纤，具体有以下几种实现方式：1采用级联光纤光栅、2采用四波混频与非线性偏振旋转效应、3采用非线性光线放大环。对于第一种实现方式，2μm波段光纤光栅造价较高，输出激光波段固定且波长数少。第二种与第三种实现方式均采用光纤非线性效应，需要在腔内接入长距离的非线性光纤，因此输出激光稳定性差、阈值高、线宽差且调谐范围小。

由于2μm波段多波长光纤激光器的研制尚处于起步阶段，稳定性差、线宽差、调谐范围小、阈值高等不足严重限制了2μm波段多波长光纤激光器在工程中的应用，因此2μm波段多波长光纤激光器具有较大的完善空间。

发明内容

本发明为了解决现有技术中2μm多波长激光器调谐范围小、线宽窄及阈值高的问题，提出一种基于改进型M-Z干涉仪的全光纤结构2μm波段宽带可调谐多波长激光器，其可得到1-9个间隔约0.35nm的波长输出，调谐范围达到40nm，线宽为0.03nm，波长输出稳定，且调谐简便、制造成本低。

本发明所采取如下技术方案：

2μm波段宽带可调谐多波长掺铥光纤激光器，泵浦源与掺铒光纤放大器相接，掺铒光纤放大器输出端与波分复用器的b端相连，波分复用器的a端与掺铥光纤一端相连，掺铥光纤另一端与耦合器的d端相连，耦合器的e端与多模干涉滤波器一端相连，多模干涉滤波器的另一端与改进型M-Z干涉仪的k端相接，改进型M-Z干涉仪的h端与隔离器的输出端相连，隔离器的输入端与偏振控制器一端相连，偏振控制器另一端口与波分复用器的c端相连，耦合器的f端作为输出端；由此形成环形腔结构光纤激光器，其特征是，

多模干涉滤波器，其为多模光纤直接嵌入光纤旋转器的V型槽中，光纤锁紧器设置在光纤旋转器两侧将多模光纤锁紧，旋转螺丝设置在光纤旋转器上方对多模光纤施加应力，并可转动光纤旋转器来扭曲多模光纤，改变多模光纤有效长度，实现可调谐滤波；

改进型M-Z干涉仪，其为第一耦合器的k端同多模干涉滤波器相连，h端同隔离器连接，q端同第二耦合器的t端相连，j端同偏振控制器相连；第二耦合器的u端和r端相互连接，s端同保偏光纤相连；保偏光纤另一端同偏振控制器相连；通过调节偏振控制器，实现波长数调谐。

本发明的有益效果：本发明采用1573nm激光泵浦单包层掺铥光纤，采用改进型M-Z干涉仪和多模干涉滤波器进行复合滤波，可实现波长数和波段的同时调谐，具有阈值低、线宽窄、波长数多及调谐范围大等特点。

本发明采用全光纤结构，损耗低，易于与光纤系统集成。且成本较低，具有较高的性价比。在波分复用、光纤传感、光通信等领域具有较好的应用前景。

附图说明

图1为2μm波段宽带可调谐多波长掺铥光纤激光器结构示意图。

图2为多模干涉滤波器结构示意图。

图3为改进型M-Z干涉仪结构示意图。

图4为波长数1-9的多波长激光的光谱。

图5为1896-1936nm范围内宽带可调谐双波长激光光谱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，2μm宽带可调谐窄线宽多波长光纤激光器，其包括1573nm激光二极管泵浦源1、掺铒光纤放大器2、1570/2000nm波分复用器3、单包层掺铥光纤4、2μm波段90/10宽带耦合器5、可调谐多模干涉滤波器6、改进型M-Z干涉仪7、2μm波段隔离器8和偏振控制器9。

1573nm激光二极管泵浦源1与掺铒光纤放大器2相接，将泵浦功率设置为200mW。

掺铒光纤放大器2输出端与波分复用器3的b端相连，波分复用器3的a端与掺铥光纤4一端相连。

掺铥光纤4另一端与耦合器5的d端相连，f端为10％端，作为激光输出，e端为90％端，提供反馈。

耦合器5的e端与多模干涉滤波器6一端相连，多模干涉滤波器6的另一端与改进型M-Z干涉仪7的k端相接。

如图2所示，多模干涉滤波器6的结构为：多模光纤6-1直接嵌入光纤旋转器6-3的V型槽中，光纤锁紧器6-4设置在光纤旋转器6-3两侧将多模光纤6-1锁紧，旋转螺丝6-2设置在光纤旋转器6-3上方对多模光纤6-1施加应力，并可转动光纤旋转器6-3来扭曲多模光纤6-1，改变多模光纤6-1有效长度，从而改变干涉峰值，实现可调谐滤波；

如图3所示，改进型M-Z干涉仪7结构为：第一耦合器7-1的k端同多模干涉滤波器6相连，h端同隔离器8连接，q端同第二耦合器7-2的t端相连，j端同偏振控制器7-4相连；第二耦合器7-2的u端和r端相互连接，s端同保偏光纤7-3相连；保偏光纤7-3另一端同偏振控制器7-4相连；改进型M-Z干涉仪7作为梳状滤波器，具有两个滤波周期，且两个滤波周期可分别通过调整改进型M-Z干涉仪7双臂的臂长差和保偏光纤7-3的长度来改变。通过调节偏振控制器7-4，改变单个滤波周期的峰值强度，实现波长数调谐。

改进型M-Z干涉仪7的h端口与隔离器8的输出端相连，以保证激光器能单向运转。

隔离器8的输入端与偏振控制器9一端口相连。偏振控制器9另一端口与波分复用器3的c端相连，构成了全光纤激光环形腔，均通过光纤熔接的方法连接。偏振控制器9对腔内的偏振态进行调节，以调节输出光纤激光的功率。

泵浦源1通过掺铒光纤放大器2后，功率提高至200mW，经波分复用器3进入掺铥光纤4，产生2μm波段宽带增益。2μm波段宽带光经改进M-Z干涉仪7梳状滤波，产生多波长激光，再经可调谐多模干涉滤波器6进行波段调谐，由耦合器5的f端口输出，通过长波光谱仪观测输出光谱。

图4为泵浦功率为200mW时，通过调节偏振控制器7-4，改变滤波峰值功率，得到1-9个多波长激光输出，波长间隔约为0.35nm。

调节偏振控制器7-4，使输出激光保持在稳定的双波长，再调节多模干涉滤波器6的光纤旋转器，可得到1896-1936nm范围内宽带可调谐双波长激光，如图5所示。与双波长激光相似，通过调节偏振控制器7-4和多模干涉滤波器6，可实波长数和波段的同时调谐。

Claims (3)

1.2μm波段宽带可调谐窄线宽多波长光纤激光器，泵浦源(1)与掺铒光纤放大器(2)相接，掺铒光纤放大器(2)输出端与波分复用器(3)的b端相连，波分复用器(3)的a端与掺铥光纤(4)一端相连，掺铥光纤(4)另一端与耦合器(5)的d端相连，耦合器(5)的e端与多模干涉滤波器(6)一端相连，多模干涉滤波器(6)的另一端与改进型M-Z干涉仪(7)的k端相接，改进型M-Z干涉仪(7)的h端与隔离器(8)的输出端相连，隔离器(8)的输入端与偏振控制器(9)一端相连，偏振控制器(9)另一端口与波分复用器(3)的c端相连，耦合器(5)的f端作为输出端；由此形成环形腔结构光纤激光器，其特征是，

多模干涉滤波器(6)，其为多模光纤(6-1)直接嵌入光纤旋转器(6-3)的V型槽中，光纤锁紧器(6-4)设置在光纤旋转器(6-3)两侧将多模光纤(6-1)锁紧，旋转螺丝(6-2)设置在光纤旋转器(6-3)上方对多模光纤(6-1)施加应力，并可转动光纤旋转器(6-3)来扭曲多模光纤(6-1)，改变多模光纤(6-1)有效长度，实现可调谐滤波；

改进型M-Z干涉仪(7)，其为第一耦合器(7-1)的k端同多模干涉滤波器(6)相连，h端同隔离器(8)连接，q端同第二耦合器(7-2)的t端相连，j端同偏振控制器(7-4)相连；第二耦合器(7-2)的u端和r端相互连接，s端同保偏光纤(7-3)相连；保偏光纤(7-3)另一端同偏振控制器(7-4)相连；通过调节偏振控制器(7-4)，实现波长数调谐。

2.如权利要求1所述的2μm波段宽带可调谐窄线宽多波长光纤激光器，其特征在于，所述耦合器(5)的f端为10％端，作为激光输出，e端为90％端，提供反馈。

3.如权利要求1所述的2μm波段宽带可调谐窄线宽多波长光纤激光器，其特征在于，泵浦源(1)采用1573nm激光二极管，经掺铒光纤激光器(2)放大后输出功率为200mW。