CN105048260B

CN105048260B - 波长间隔可调谐的多波长光纤激光器

Info

Publication number: CN105048260B
Application number: CN201510469088.6A
Authority: CN
Inventors: 周雪芳; 刘亚庆; 魏振; 魏一振; 毕美华; 胡淼; 李齐良
Original assignee: Hangzhou Dianzi University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University
Priority date: 2015-08-03
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2018-05-29
Anticipated expiration: 2035-08-03
Also published as: CN105048260A

Abstract

本发明公开了一种波长间隔可调谐的多波长光纤激光器，包括可调光源(1)、光耦合器(2)及光谱仪(9)，可调光源(1)与光耦合器(2)的第一端口(a)通过光纤连接，光耦合器(2)的第三端口(c)通过线性腔一或环形腔二或线性腔一及环形腔二后与第二端口(b)光纤连接，光耦合器(2)的第四端口(d)与光谱仪(9)通过光纤连接。其可实现单倍布里渊频移波长间隔、双倍布里渊频移波长间隔和三倍布里渊频移波长间隔。

Description

波长间隔可调谐的多波长光纤激光器

技术领域

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种基于布里渊散射的波长间隔可调谐的多波长光纤激光器，其可实现波长间隔为0.082nm、0.164nm和0.246nm的激光输出。

背景技术

多波长光纤激光器在光通信系统、光纤传感、光谱分析、微波信号源及THz源的产生等技术领域有着十分重要的应用，一直深受广大科技工作者及各大激光器制造厂商的关注。通信领域的密集波分复用技术大大提高通信容量，利用光纤激光器通过拍频技术产生微波信号源等，多波长激光器是必不可少的设备。目前多波长光纤激光器的种类繁多，结构多种多样，实现多波长输出的方法和原理各不相同。

其中，多波长布里渊掺铒光纤激光器是将光纤中的受激布里渊散射非线性放大和掺铒光纤的线性放大作用相结合而实现室温稳定的多波长输出，多波长布里渊掺铒光纤激光器输出的多波长间隔主要是由作为布里渊增益介质的光纤的特性决定，常用通信用光纤的布里渊频移在10GHz(0.08nm)左右。当波长间隔10GHz左右的多波长光纤激光器作为密集波分复用(DWDM)系统的光源时，增加了系统解调的复杂性，且容易引起信道之间的串扰，降低了实际的应用价值。

综上，目前多波长光纤激光器在输出稳定性上欠佳，且各个波长的可调谐能力差。

发明内容

为解决目前多波长光纤激光器的多波长输出稳定性欠佳，波长间隔可调谐能力差的问题，本发明公开了一种波长间隔可调谐的多波长光纤激光器，其可实现单倍布里渊频移波长间隔、双倍布里渊频移波长间隔和三倍布里渊频移波长间隔。

本发明采取以下技术方案：波长间隔可调谐的多波长光纤激光器，包括可调光源(1)、光耦合器(2)及光谱仪(9)，可调光源(1)与光耦合器(2)的第一端口(a)通过光纤连接，光耦合器(2)的第三端口(c)通过线性腔一(实现单倍布里渊频移的激光输出)或环形腔二(实现双倍布里渊频移的激光输出)或线性腔一及环形腔二后与第二端口(b)光纤连接，光耦合器(2)的第四端口(d)与光谱仪(9)通过光纤连接。

优选的，线性腔输出激光的波长间隔为单倍布里渊频移，线性腔一包括第一波分复用器(3-1)、第一泵浦激光器(4-1)、第一掺铒光纤(5-1)、第一光环行器(6-1)、第一单模光纤(7-1)、第二光环行器(6-2)，光耦合器(2)的第三端口(c)与第一光波分复用器(3-1)的第一端口(e)通过光纤连接，第一波分复用器(3-1)的第二端口(f)与第一泵浦激光器(4-1)通过光纤连接；第一波分复用器(3-1)的第三端口(g)与掺铒光纤(5-1)连接，掺铒光纤(5-1)的另一端连接第一光环行器(6-1)的第一端口(h)，第一光环行器(6-1)的第二端口(i)与第一单模光纤(7-1)连接，第一单模光纤(7-1)的另一端连接第二光环行器(6-2)的第一端口(k)，第二光环行器(7-2)的第二端口(l)和第三端口(m)通过光纤连接；第一光环行器(6-1)的第三端口(j)与光耦合器(2)的第二端口(b)通过光纤连接。

优选的，环形腔输出激光的波长间隔为双倍布里渊频移，环形腔二包括四端口光环行器(8)、第二单模光纤(7-2)、第二掺铒光纤(5-2)、第二波分复用器(3-2)、第二泵浦激光器(4-2)，光耦合器(2)的第三端口(c)与四端口光环行器(8)的第一端口(n)通过光纤连接，四端口光环行器(8)的第二端口(o)连接第二单模光纤(7-2)的一端，第二单模光纤(7-2)的另一端连接掺铒光纤(5-2)的一端，掺铒光纤(5-2)的另一端连接第二光波分复用器(3-2)的第一端口(r)，第二光波分复用器(3-2)的第二端口(s)通过光纤连接第二泵浦激光器(4-2)，第二光波分复用器(3-2)的第三端口(t)通过光纤连接四端口光环行器(8)的第三端口(p)，四端口光环行器(8)的第四端口(q)与光耦合器(2)的第二端口(b)通过光纤连接。

优选的，系统中依次接入线性腔和环形腔时，输出的激光波长间隔为三倍布里渊频移，线性腔一包括第一波分复用器(3-1)、第一泵浦激光器(4-1)、第一掺铒光纤(5-1)、第一光环行器(6-1)、第一单模光纤(7-1)、第二光环行器(6-2)；所述的环形腔二包括四端口光环行器(8)、第二单模光纤(7-2)、第二掺铒光纤(5-2)、第二波分复用器(3-2)、第二泵浦激光器(4-2)；光耦合器(2)的第三端口(c)与第一光波分复用器(3-1)的第一端口(e)通过光纤连接，第一波分复用器(3-1)的第二端口(f)与第一泵浦激光器(4-1)通过光纤连接；第一波分复用器(3-1)的第三端口(g)与掺铒光纤(5-1)连接，掺铒光纤(5-1)的另一端连接第一光环行器(6-1)的第一端口(h)，第一光环行器(6-1)的第二端口(i)与第一单模光纤(7-1)连接，第一单模光纤(7-1)的另一端连接第二光环行器(6-2)的第一端口(k)，第二光环行器(7-2)的第二端口(l)和第三端口(m)通过光纤连接，形成反射镜；第一光环行器(6-1)的第三端口(j)与四端口光环行器(8)的第一端口(n)通过光纤连接，四端口光环行器(8)的第二端口(o)连接单模光纤(7-2)的一端，单模光纤(7-2)的另一端连接掺铒光纤(5-2)的一端，掺铒光纤(5-2)的另一端连接第二光波分复用器(3-2)的第一端口(r)，第二光波分复用器(3-2)的第二端口(s)通过光纤连接第二泵浦激光器(4-2)，第二光波分复用器(3-2)的第三端口(t)通过光纤连接四端口光环行器(8)的第三端口(p)，四端口光环行器(8)的第四端口(q)与光耦合器(2)的第二端口(b)通过光纤连接。

优选的，第一掺铒光纤(5-1)的增益范围为1530nm至1570nm，掺铒光纤长度为8m。

优选的，第二掺铒光纤(5-2)的增益范围为1530nm至1570nm，掺铒光纤长度为8m。

优选的，产生布里渊散射效应的第一单模光纤(7-1)选择标准石英光纤，光纤长度为25km。

优选的，产生布里渊散射效应的第二单模光纤(7-2)选择标准石英光纤，光纤长度为25km。

优选的，光耦合器(2)的第三端口为90％端口，第四端口为10％端口。

本发明采用无分立元件的全光纤结构，具有光束质量好、输出功率高、输出波长间隔可调谐、结构紧凑、性能稳定可靠等优点，同时可实现波长间隔调谐的输出。

本发明激光器可实现三种不同波长间隔的多波长输出：单倍布里渊频移的多波长输出、双倍布里渊频移的多波长输出和三倍布里渊频移的多波长输出。当系统中只接入可调光源(1)、光耦合器(2)、线性腔一和光谱仪(9)时，实现了一个单倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器；当系统中只接入可调光源(1)、光耦合器(2)、环形腔二和光谱仪(9)时，实现了一个双倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器；当系统中接入可调光源(1)、光耦合器(2)、线性腔一、环形腔二和光谱仪(9)时，实现了一个三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器。

本发明的基本原理如下：

单倍布里渊频移间隔的激光器原理：窄线宽可调谐激光器(1)输出的布里渊泵浦信号(BP)经过光耦合器(1)的a端口,90％信号被耦合到c端口后沿顺时针方向进入线性腔一的第一光波分复用器(3-1)的e端口，然后与第一泵浦激光器(4-1)产生的泵浦光信号共同耦合进掺铒光纤(5-1)中被放大，放大后的信号经由第一光环行器(6-1)的h-i端口自下而上进入SMF(7-1)中，当被放大的BP信号的强度超过产生布里渊增益的阈值时，由于SBS效应，在光纤中会产生同BP信号传播方向相反的自上而下的1阶Stokes信号(BS)。1阶BS信号经过第一光环行器(6-1)的i-j端口输出至光耦合器(2)的b端口，10％的信号输出至光谱仪，90％信号耦合进入线性腔一中，产生高阶的Stokes信号，这样在光谱仪上可观察到单倍布里渊频移间隔的多波长输出。

双倍布里渊频移间隔的激光器原理：窄线宽可调谐激光器输出的布里渊泵浦信号(BP)经过光耦合器(1)的a端口输入至四端口光环行器(8)的n-o端口，顺时针方向传输到SMF(7-2)中，当BP信号的强度超过产生布里渊增益的阈值时，由于SBS效应，在光纤中会产生同BP信号传播方向相反的沿着逆时针方向传输的1阶Stokes信号(BS)。1阶BS信号经四端口光环行器(8)的o-p端口继续在腔内循环，然后被由(3-2)、(4-2)和(5-2)组成的EDFA放大，再次进入SMF(7-2)中产生2阶Stokes光，2阶Stokes光顺时针方向从四端口环行器(8)的p-q端口，经过光耦合器(2)后10％从OSA中输出，剩余的90％经过四端口光环行器(8)的n-o端口进入环形腔二中顺时针传输，当2阶BS信号强度满足布里渊增益阈值条件时，会作为新的BP信号激发逆时针方向的3阶BS信号。3阶BS信号同初始BP信号一样，在环形腔二中逆时针循环产生4阶的Stokes信号，4阶Stokes信号在腔内顺时针方向传输，经过四端口环形器(8)的p-q输出，以此类推。环形腔二中奇偶数阶的Stokes信号分别沿逆时针和顺时针方向传输，并且奇数阶的Stokes信号被限制在环形腔内循环，只有初始BP信号和偶数阶的BS信号能够耦合输出，实现了波长间隔双倍布里渊频移的多波长输出。这一过程不断重复，直到新产生的BS信号的强度不满足布里渊增益阈值条件时，级联过程终止。激光器的输出通过光谱仪(AQ6370B)来进行观察测量。

三倍布里渊频移间隔的激光器原理：TLS(1)产生的BP信号经过光耦合器(2)传输至线性腔一中会产生1阶BS信号，这时1阶BS信号作为环形腔二的输入信号(BP)时，在环形腔二中，满足SBS效应条件，将会得到顺时针方向传输3阶Stokes信号，3阶Stokes信号在环形腔二内顺时针传输至四端口环行器(8)的p-q端口时被输出，这一过程不断重复，直到新产生的BS信号的强度不满足布里渊增益阈值条件时，级联过程终止。激光器的输出通过光谱仪(AQ6370B)来进行观察测量。在光谱仪(9)上可观察到TLS产生的BP信号和3阶Stokes信号，这样也就实现了波长间隔为三倍布里渊频移的激光输出。

本发明激光器的结构简单、成本低、易于光纤系统集成、波长间隔可调(0.082nm、0.164nm、0.246nm)、线宽窄、激光输出的稳定性好，其特别适用于DWDM光源、光传感、光生微波信号源等技术领域。

附图说明

图1是波长间隔可调谐的多波长光纤激光器的结构示意图。

图2是单倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器的结构示意图。

图3是双倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器的结构示意图。

图4是单倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器的输出光谱图。

图5是双倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器的输出光谱图

图6是三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器的输出光谱图

图7是相同泵浦功率条件下得到的单倍、双倍和三倍激光器输出光谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

实施例1

如图1所示，本实施例波长间隔可调谐的多波长光纤激光器包括可调光源1、光耦合器2、第一光波分复用器3-1、第一泵浦激光器4-1、掺铒光纤5-1、第一光环行器6-1、第一光环行器6-2、单模光纤7-1、四端口光环行器8、掺铒光纤5-2、单模光纤7-2、第二波分复用器3-2、第二泵浦源4-2和光谱仪9，掺铒光纤5-1、5-2的增益范围为1530nm至1570nm。光耦合器2的工作范围为1530nm至1580nm，光耦合器2的端口d作为激光输出端口。

本实施例为三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器，各器件的连接方式为：可调光源1与光耦合器2的第一端口a通过光纤连接，光耦合器2的第三端口c与线性腔一中的第一波分复用器3-1的端口e通过光纤连接；线性腔一中的第一光环行器6-1的端口j和环形腔二中的光环行器8的n端口通过光纤连接；光耦合器2的第二端口b与环形腔二中的四端口光环行器8的q端口通过光纤连接。

线性腔一内的器件连接方式：第一光波分复用器3-1的g端口与第一掺铒光纤5-1的一端连接，第一光波分复用器3-1的端口f与第一泵浦激光器4-1通过光纤连接，第一掺铒光纤5-1的另一端连接第一光环行器6-1的端口h；第一光环行器6-1的端口i与第一单模光纤7-1的一端连接，第一单模光纤7-1的另一端连接第二光环行器6-2的端口k，第二光环行器6-2的端口l与m通过光纤连接。

环形腔二内的器件连接方式：四端口光环行器8的o端口连接第二单模光纤7-2的一端，第二单模光纤7-2的另一端连接掺铒光纤5-2，第二掺铒光纤5-2的另一端连接第二光波分复用器3-2的端口r，第二光波分复用器3-2的端口s与第二泵浦激光器4-2通过光纤连接；第二光波分复用器3-2的端口t与四端口光环行器8的p端口通过光纤连接。

光耦合器2的第四端口d与光谱仪9通过光纤连接，作为激光器的输出端口。

实施例2

如图2所示，本实施例为单倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器，各器件的连接方式为：可调光源1与光耦合器2的第一端口a通过光纤连接，光耦合器2的第三端口c与第一波分复用器3-1的e端口通过光纤连接，光耦合器2的第二端口b与第一光环行器6-1的端口j通过光纤连接；第一光波分复用器3-1的g端口与第一掺铒光纤5-1的一端连接，第一光波分复用器3-1的端口f与第一泵浦激光器4-1通过光纤连接，第一掺铒光纤5-1的另一端连接第一光环行器6-1的端口h；第一光环行器6-1的端口i与第一单模光纤7-1的一端连接，第一单模光纤7-1的另一端连接第二光环行器6-2的端口k，第二光环行器6-2的端口l与m通过光纤连接；光耦合器2的第四端口d与光谱仪9通过光纤连接，作为激光器的输出端口。

实施例3

如图3所示，本实施例为双倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器，各器件的连接方式为：可调光源1与光耦合器2的第一端口a通过光纤连接，光耦合器2的第三端口c与四端口光环行器8的n端口通过光纤连接，光耦合器2的第二端口b与四端口光环行器8的q端口通过光纤连接，四端口光环行器8的o端口连接第二单模光纤7-2的一端，第二单模光纤7-2的另一端连接掺铒光纤5-2，第二掺铒光纤5-2的另一端连接第二光波分复用器3-2的端口r，第二光波分复用器3-2的端口s与第二泵浦激光器4-2通过光纤连接；第二光波分复用器3-2的端口t与四端口光环行器8的p端口通过光纤连接；光耦合器2的第四端口d与光谱仪9通过光纤连接，作为激光器的输出端口。

本发明可以得到稳定的单倍、双倍和三倍布里渊频移间隔的多波长激光输出，其多波长的输出功率受可调光源和泵浦的输出光功率、环形腔长度等控制，随着各种光电器件的不断发展，将会得到更稳定的输出，并且其应用也将更加广泛。

以上对本发明的优选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

1.波长间隔可调谐的多波长光纤激光器，其特征是包括可调光源(1)、光耦合器(2)及光谱仪(9)，可调光源(1)与光耦合器(2)的第一端口(a)通过光纤连接，光耦合器(2)的第三端口(c)通过线性腔一后与第二端口(b)光纤连接，光耦合器(2)的第四端口(d)与光谱仪(9)通过光纤连接；

所述的线性腔一包括第一波分复用器(3-1)、第一泵浦激光器(4-1)、第一掺铒光纤(5-1)、第一光环行器(6-1)、第一单模光纤(7-1)、第二光环行器(6-2)，光耦合器(2)的第三端口(c)与第一光波分复用器(3-1)的第一端口(e)通过光纤连接，第一波分复用器(3-1)的第二端口(f)与第一泵浦激光器(4-1)通过光纤连接；第一波分复用器(3-1)的第三端口(g)与掺铒光纤(5-1)连接，掺铒光纤(5-1)的另一端连接第一光环行器(6-1)的第一端口(h)，第一光环行器(6-1)的第二端口(i)与第一单模光纤(7-1)连接，第一单模光纤(7-1)的另一端连接第二光环行器(6-2)的第一端口(k)，第二光环行器(7-2)的第二端口(l)和第三端口(m)通过光纤连接；第一光环行器(6-1)的第三端口(j)与光耦合器(2)的第二端口(b)通过光纤连接。

2.如权利要求1所述的多波长光纤激光器，其特征是：所述的第一掺铒光纤(5-1)的增益范围为1530nm至1570nm，掺铒光纤长度为8m。

3.如权利要求1所述的多波长光纤激光器，其特征是：第一单模光纤(7-1)选择标准石英光纤，光纤长度为25km。

4.如权利要求1所述的多波长光纤激光器，其特征是：光耦合器(2)的第三端口为90％端口，第四端口为10％端口。

5.波长间隔可调谐的多波长光纤激光器，其特征是包括可调光源(1)、光耦合器(2)及光谱仪(9)，可调光源(1)与光耦合器(2)的第一端口(a)通过光纤连接，光耦合器(2)的第三端口(c)通过环形腔二后与第二端口(b)光纤连接，光耦合器(2)的第四端口(d)与光谱仪(9)通过光纤连接；

所述的环形腔二包括四端口光环行器(8)、第二单模光纤(7-2)、第二掺铒光纤(5-2)、第二波分复用器(3-2)、第二泵浦激光器(4-2)，光耦合器(2)的第三端口(c)与四端口光环行器(8)的第一端口(n)通过光纤连接，四端口光环行器(8)的第二端口(o)连接第二单模光纤(7-2)的一端，第二单模光纤(7-2)的另一端连接掺铒光纤(5-2)的一端，掺铒光纤(5-2)的另一端连接第二光波分复用器(3-2)的第一端口(r)，第二光波分复用器(3-2)的第二端口(s)通过光纤连接第二泵浦激光器(4-2)，第二光波分复用器(3-2)的第三端口(t)通过光纤连接四端口光环行器(8)的第三端口(p)，四端口光环行器(8)的第四端口(q)与光耦合器(2)的第二端口(b)通过光纤连接。

6.如权利要求5所述的多波长光纤激光器，其特征是：所述的第二掺铒光纤(5-2)的增益范围为1530nm至1570nm，掺铒光纤长度为8m。

7.如权利要求5所述的多波长光纤激光器，其特征是：第二单模光纤(7-2)选择标准石英光纤，光纤长度为25km。

8.如权利要求5所述的多波长光纤激光器，其特征是：光耦合器(2)的第三端口为90％端口，第四端口为10％端口。

9.波长间隔可调谐的多波长光纤激光器，其特征是包括可调光源(1)、光耦合器(2)及光谱仪(9)，可调光源(1)与光耦合器(2)的第一端口(a)通过光纤连接，光耦合器(2)的第三端口(c)通过线性腔一及环形腔二后与第二端口(b)光纤连接，光耦合器(2)的第四端口(d)与光谱仪(9)通过光纤连接；

所述的线性腔一包括第一波分复用器(3-1)、第一泵浦激光器(4-1)、第一掺铒光纤(5-1)、第一光环行器(6-1)、第一单模光纤(7-1)、第二光环行器(6-2)；所述的环形腔二包括四端口光环行器(8)、第二单模光纤(7-2)、第二掺铒光纤(5-2)、第二波分复用器(3-2)、第二泵浦激光器(4-2)；光耦合器(2)的第三端口(c)与第一光波分复用器(3-1)的第一端口(e)通过光纤连接，第一波分复用器(3-1)的第二端口(f)与第一泵浦激光器(4-1)通过光纤连接；第一波分复用器(3-1)的第三端口(g)与掺铒光纤(5-1)连接，掺铒光纤(5-1)的另一端连接第一光环行器(6-1)的第一端口(h)，第一光环行器(6-1)的第二端口(i)与第一单模光纤(7-1)连接，第一单模光纤(7-1)的另一端连接第二光环行器(6-2)的第一端口(k)，第二光环行器(7-2)的第二端口(l)和第三端口(m)通过光纤连接；第一光环行器(6-1)的第三端口(j)与四端口光环行器(8)的第一端口(n)通过光纤连接，四端口光环行器(8)的第二端口(o)连接单模光纤(7-2)的一端，单模光纤(7-2)的另一端连接掺铒光纤(5-2)的一端，掺铒光纤(5-2)的另一端连接第二光波分复用器(3-2)的第一端口(r)，第二光波分复用器(3-2)的第二端口(s)通过光纤连接第二泵浦激光器(4-2)，第二光波分复用器(3-2)的第三端口(t)通过光纤连接四端口光环行器(8)的第三端口(p)，四端口光环行器(8)的第四端口(q)与光耦合器(2)的第二端口(b)通过光纤连接。

10.如权利要求9所述的多波长光纤激光器，其特征是：所述的第一掺铒光纤(5-1)的增益范围为1530nm至1570nm，掺铒光纤长度为8m。

11.如权利要求9所述的多波长光纤激光器，其特征是：所述的第二掺铒光纤(5-2)的增益范围为1530nm至1570nm，掺铒光纤长度为8m。

12.如权利要求9所述的多波长光纤激光器，其特征是：第一单模光纤(7-1)选择标准石英光纤，光纤长度为25km。

13.如权利要求9所述的多波长光纤激光器，其特征是：第二单模光纤(7-2)选择标准石英光纤，光纤长度为25km。

14.如权利要求9所述的多波长光纤激光器，其特征是：光耦合器(2)的第三端口为90％端口，第四端口为10％端口。