CN105896250A - 一种多波长多芯光纤激光器 - Google Patents

一种多波长多芯光纤激光器 Download PDF

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詹仪
陈默
刘振
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    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof

Abstract

本发明涉及一种多波长多芯光纤激光器，属于光纤激光器领域。激光器由泵浦光、波分复用器、多芯掺杂光纤、隔离器、偏振控制器和输出耦合器构成。利用多芯掺杂光纤将增益和滤波功能结合在一起，实现多波长输出。本发明将有效的避免光纤非线性效应，同时充分利用多芯光纤结构高度集成化的优点，增加多芯光纤与传统光纤器件的兼容性，具有输出功率高、结构稳定性和抗干扰性更强的特点。

Description

一种多波长多芯光纤激光器
技术领域
本发明属于光纤激光器领域，涉及一种多波长多芯光纤激光器，利用多芯掺杂光纤实现增益和滤波功能，达到抑制非线性效应，实现多波长和高功率输出的目的。
背景技术
多波长光纤激光器在波分复用光纤通信系统、光测试仪器、光纤传感及光谱分析方面是极有吸引力的光源,近年来成为大家的研究热点。通常，多波长光纤激光器要求具有高输出功率、波长间隔可调、输出波长数目足够多、结构紧凑和性能稳定的特性。传统单模光纤（single mode fiber, SMF）的非线性效应，限制了光纤激光器的功率进一步提高。在多波长光纤激光器中，通常需要借助梳状滤波器完成多波长选模，如在腔内加入法布里-珀罗标准具、马赫-泽德干涉仪、光纤光栅及sagnac环滤波器等，这些滤波技术使用外部元件，不仅引入了更多的插入损耗，同时增加了滤波器的复杂性，降低了激光器的稳定性。
与SMF相比，多芯光纤（multi-core fibers, MCF）的结构高度集成化，在同一包层内含有多个纤芯，且每个纤芯均为单模传输，其总的有效模场面积大，能有效降低非线性和提高激光器的输出功率。MCF中多个超模同时放大和辐射，可以利用多个超模的增益，同时由于纤芯的耦合作用，多超模之间产生稳定的干涉效应。
发明内容
本发明的目的为了克服现有多波长光纤激光器引入滤波器件和输出功率较低的问题，提出一种多波长多芯光纤激光器，利用多芯掺杂光纤作为增益介质，同时利用多芯掺杂光纤中多超模之间的干涉效应实现滤波功能，将增益和滤波集中在一根光纤上，实现高功率多波长光纤激光输出，具有结构紧凑、可集成化和稳定性强等优点。
本发明的技术方案为：一种多波长多芯光纤激光器，激光器为环形谐振腔结构，由泵浦光、波分复用器、多芯掺杂光纤、隔离器、偏振控制器和输出耦合器构成，由多芯掺杂光纤实现增益和滤波功能。激光腔内所有元件之间的连接均为标准单模光纤。其特征在于：所述的泵浦光经波分复用器耦合到多芯掺杂光纤，产生多个超模激光，经过多超模之间的耦合作用形成干涉光谱。所述隔离器输入端与多芯光纤熔接，输出端与偏振控制器的输入端熔接。所述输出耦合器的输入端与与偏振控制器的输出端熔接，直接输出端与波分复用器的另一个输入端熔接，耦合输出端用于激光输出。
进一步所述多芯掺杂光纤为纤芯耦合型多芯单模掺镱光纤或者纤芯耦合型多芯单模掺铒光纤；外包层是圆形或者多边形，纤芯数量为奇数且大于3，纤芯排列呈中心对称分布，其中一个纤芯位于光纤的中心；位于多芯掺杂光纤中心的纤芯直径等于或接近单模光纤的纤芯直径，多芯光纤的外径与传统单模光纤相近（约为125μm）。
进一步所述所述多芯掺杂光纤的最小长度等于泵浦吸收系数的倒数；同时多芯掺杂光纤长度又以均匀稳定的干涉光透过率最高时所对应的长度为最佳长度。
进一步所述SMF的纤芯与多芯掺杂光纤中心纤芯与对准熔接。
进一步所述SMF为双包层光纤，泵浦光经SMF包层泵浦多芯掺杂光纤，以保证各个纤芯均匀泵浦。
进一步所述泵浦光的中心波长为976nm或915nm；多芯掺杂光纤为多芯掺镱光纤；波分复用器的入射端口中心波长与泵浦光中心波长一致，带宽为10nm,反射端口反射波长范围为1000nm~1100nm；隔离器的带宽为900nm~1100nm，为保偏型或非保偏型；输出耦合器的工作波长在1000nm~1100nm范围，输出比的范围为 5%~95%。
进一步所述泵浦光的中心波长为976nm或1480nm；波分复用器的入射端口中心波长与泵浦光中心波长一致，带宽为10nm,反射端口反射波长范围为1500nm~1600nm；多芯掺杂光纤为多芯掺饵光纤；隔离器的带宽为1500nm~1600nm，为保偏型或非保偏型；输出耦合器工作波长在1500nm~1600nm范围，输出比的范围为 5%~95%。
本发明使用多芯掺杂光纤作为激光器的增益介质和滤波器件，可有效的降低非线性的影响，提高输出功率，同时降低激光器的复杂性。与以往报道的同相位超模多芯光纤激光器相比，本发明可以同时利用多个超模的增益，使激光器输出功率更高，同时又可以充分发挥多芯光纤的结构高度集成化的优点，提高系统的稳定性。
附图说明
图1是本发明实例中多波长多芯光纤激光器结构示意图。
图2是本发明实例中单模光纤和多芯掺杂光纤连接示意图。
图3为实验测量多芯光纤的传输光谱。
图中：1、泵浦光，2、波分复用器，3、多芯掺杂光纤，4、隔离器， 5、偏振控制器，6、输出耦合器。
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明进行详细说明：图1所示为本发明的一种多波长多芯光纤激光器结构示意图。泵浦光1通过波分复用器2输入到激光腔，经多芯掺杂光纤3产生多个超模信号光并产生多超模干涉光谱后，依次通过隔离器4、偏振控制器5和输出耦合器6，再回到波分复用器2，在环形腔内振荡，产生激光。腔内所有元件之间经过SMF连接，SMF与多芯掺杂光纤3的中心纤芯对准熔接。泵浦光中心波长为976nm或915nm，通过SMF耦合到七芯单模掺镱光纤，图2为SMF与七芯单模掺镱光纤连接示意图，SMF与七芯单模掺镱光纤的中心纤芯对准熔接，SMF纤芯尺寸与多芯掺杂光纤的单个纤芯匹配，经过SMF包层泵浦，在七芯单模掺镱光纤内内激励起多个超模(SM)，经过纤芯之间的耦合，形成多超模干涉。本实施例中，七芯单模掺镱光纤的包层泵浦吸收系数约为a=，对应着多芯掺杂光纤3的最低长度L~70cm，以保证泵浦光的有效吸收。图3为实验测量多芯光纤的传输光谱,多芯掺杂光纤的长度为1m。理论上，七芯光光纤存在7个本征超模，假设只有相邻的纤芯之间才能发生耦合，纤芯之间的互耦合系数用表示, 透射谱可以近似表示为，表示信号波长，N是传导的超模数量。 分别是传导超模和的耦合系数，代表两个耦合超模的相位差，L 为多芯掺杂光纤的长度，为超模的有效折射率。通过调节偏振控制器5，激光腔在干涉峰值处产生激光振荡，因此多芯掺杂光纤起到滤波器的作用，完成多波长选模，可以实现对激射波长的频谱和数目的控制输出。 隔离器4为宽带隔离器，带宽为900nm~1100nm，其作用是为了保证激光单向传输。输出耦合器6的输出比的范围为 5%~95%。

Claims (7)

1.一种多波长多芯光纤激光器，其特征在于：激光器为环形腔结构，其包括分复用器（2）、多芯掺杂光纤（3）、隔离器（4）、偏振控制器（5）和作为输出的耦合器（6）；激光腔内所有元件之间连接均为单模光纤，以保证模场匹配和与传统光纤元件兼容；泵浦光（1）通过波分复用器（2）耦合到多芯掺杂光纤（3），产生多超模辐射，由于纤芯之间的耦合作用，多超模之间发生干涉，多芯掺杂光纤（3）输出干涉光谱；所述偏振控制器（5）的输入端与隔离器（4）输入端熔接，输出端与输出耦合器（6）的输入端熔接，通过调节偏振控制器（5），选择不同干涉峰值波长的光在环形腔内振荡，形成多波长激光；隔离器（4）为宽带隔离器；所述输出耦合器（6）输出比的范围为 5%~95%，输入端与隔离器（4）的输出端熔接，直接输出端和波分复用器（2）的另一个输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种多波长多芯光纤激光器，其特征在于：所述的泵浦光(1)中心波长为976nm或915nm；波分复用器（2）入射端口中心波长与泵浦光中心波长一致，带宽为10nm,反射端口反射波长范围为1000nm~1100nm；多芯掺杂光纤（3）掺杂稀土元素镱离子；所述隔离器(4) 的带宽为900nm~1100nm，为保偏型或非保偏型；输出耦合器（6）工作波长在1000nm~1100nm范围。
3.根据权利要求1所述的一种多波长多芯光纤激光器，其特征在于：所述的泵浦光(1)中心波长为976nm或1480nm；波分复用器（2）入射端口中心波长与泵浦光中心波长一致，带宽为10nm,反射端口反射波长范围为1500nm~1600nm；多芯掺杂光纤（3）掺杂稀土元素铒离子；所述隔离器(4) 的带宽为1500nm~1600nm，为保偏型或非保偏型；输出耦合器（6）工作波长在1500nm~1600nm范围。
4.根据权利要求1所述的一种多波长多芯光纤激光器，其特征在于：所述的多芯掺杂光纤（3）为纤芯耦合型多芯单模掺镱光纤或者纤芯耦合型多芯单模掺铒光纤，外包层是圆形或多边形，纤芯数量大于3且总的纤芯数量为奇数，纤芯排列呈中心对称分布，其中一个纤芯位于多芯掺杂光纤的中心；多芯掺杂光纤（3）的纤芯的直径等于或接近单模光纤的纤芯直径，多芯光纤的外包层直径径与传统单模光纤外包层直径相近（约为125μm）。
5.根据权利要求1所述的一种多波长多芯光纤激光器，其特征在于：所述多芯掺杂光纤（3）的最小长度等于泵浦吸收系数的倒数；同时多芯掺杂光纤（3）长度又以均匀稳定的干涉光谱所对应的光纤长度为最佳长度。
6.根据权利要求1所述的一种多波长多芯光纤激光器，其特征在于：多芯掺杂光纤（3）的中心纤芯与单模光纤中心纤芯对准熔接。
7.根据权利要求1所述的一种多波长多芯光纤激光器，其特征在于：泵浦光经单模光纤包层泵浦多芯掺杂光纤（3）。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108646333A (zh) * 2018-07-02 2018-10-12 苏州龙格库塔光电科技有限公司 超模干涉滤波器及光纤波长可调谐锁模激光器
CN112636838A (zh) * 2020-12-20 2021-04-09 桂林电子科技大学 一种短距多波长多模通信系统
CN114812637A (zh) * 2022-06-30 2022-07-29 湖北大学 一种基于多芯光纤的通信传感一体化系统

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