CN105896270A - 基于受激布里渊散射的激光器线宽压窄装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于受激布里渊散射的激光器线宽压窄装置，包括：一DFB半导体激光器；一掺铒光纤放大器，其输入端与DFB半导体激光器的输出端连接；一第一光纤环形器，其端口1与掺铒光纤放大器的输出端连接；一布里渊散射器件，其一端与第一光纤环形器的端口2连接；一第二光纤环形器，其端口1与第一光纤环形器的端口3连接；一光纤起偏器，其输入端与第二光纤环形器的端口2连接；一光纤耦合器，其输入端与光纤起偏器的输出端连接；一掺铒光纤，其端口B与光纤耦合器的端口2连接，该掺铒光纤的端口A与光纤耦合器的端口1连接；一第三光纤环形器，其端口2与布里渊散射器件的另一端连接；一光滤波器，其输入端与第三光纤环形器的端口3连接。

Description

基于受激布里渊散射的激光器线宽压窄装置
技术领域
本发明属于光电子技术领域，尤其涉及一种基于受激布里渊散射的激光器线宽压窄装置。
背景技术
窄线宽激光器在光纤通信、光传感和原子物理等领域具有极其重要的应用价值。常见实现单频窄线宽激光器的方案主要有半导体激光器方案和光纤激光器方案。例如外腔半导体激光器(ECDL)、单片集成单频半导体激光器(主要包括分布反馈式(DFB)及分布布拉格反射(DBR)半导体激光器)、非平面环形腔(NPRO)固体单频激光器、光纤单频激光器等。各类型单频激光器在结构和单频性能上各有特点：ECDL的线宽窄、调谐范围大，但结构复杂、体积大、力学和热稳定性差；DFB和DBR半导体激光器具有集成度高、可靠性好、力学性能稳定等优点，且波段覆盖范围大，但其相位噪声较大，线宽较宽；NPRO相位噪声性能较好，线宽窄，但存在波段受限、波长可选择性差的问题；光纤单频激光器线宽窄、波段覆盖范围大，但是强度噪声较差。采用这些方案已经可以实现kHz量级的窄线宽激光输出。然而上述这些方案很难将激光器的线宽压窄到1kHz以下。
为了满足高精度激光干涉测量领域对单频激光器的极窄自由运转线宽和极低的低频频率噪声的需求。Y.Shevy将高精度FP滤波器内置于光纤激光器谐振腔内，利用FP滤波器谐振模式处的慢光效应实现了＜100Hz的激光线宽。Redfern Integrated Optics公司开发的基于平面波导光栅的混合集成外腔半导体激光器以其结构集成度高、稳定性好等优点得到了高精度激光干涉测量领域的广泛关注，但其线宽和频率噪声性能与光纤单频激光器及NPRO相比尚有差距。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明的主要目的是，提供一种基于受激布里渊散射的激光器线宽压窄装置，由于受激布里渊散射具有优异的频率带宽特性，这种受激散射效应在超窄线宽激光器领域以及激光非线性领域等都具有非常明显的应用前景。
本发明提供一种基于受激布里渊散射的激光器线宽压窄装置，包括：
一DFB半导体激光器，作为布里渊激光器的抽运光；
一掺铒光纤放大器，其输入端与DFB半导体激光器的输出端连接，用于放大抽运光的光功率，使其达到受激布里渊散射阈值；
一第一光纤环形器，其端口1与掺铒光纤放大器的输出端连接；
一布里渊散射器件，其一端与第一光纤环形器的端口2连接，用于在抽运光的作用下，发生受激布里渊散射效应，从而产生反向斯托克斯光；
一第二光纤环形器，其端口1与第一光纤环形器的端口3连接；
一光纤起偏器，其输入端与第二光纤环形器的端口2连接，用来实现单偏振的激光输出；
一光纤耦合器，其输入端与光纤起偏器的的输出端连接；
一掺铒光纤，其端口B与光纤耦合器的端口2连接，该掺铒光纤的端口A与光纤耦合器的端口1连接，构成饱和吸收体，实现窄带输出，保证激光器的单纵模运转特性；
一第三光纤环形器，其端口2与布里渊散射器件的另一端连接；
一光滤波器，其输入端与第三光纤环形器的端口3连接。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的这种基于受激布里渊散射的线宽压窄装置的优点在于：
1、可以实现线宽为Hz量级的激光输出；
2、线宽压缩装置能将普通商用半导体激光器的线宽减小两个数量级，同时明显地抑制自发辐射噪声。
附图说明
为了进一步说明本发明的内容，下面结合实施例及附图对本发明作详细说明如后，其中：
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提供一种基于受激布里渊散射的激光器线宽压窄装置，包括：
一DFB半导体激光器1，作为布里渊激光器的抽运光，该DFB半导体激光器是窄线宽单频连续激光输出，中心波长为1528-1565nm，光谱线宽小于1MHz，边模抑制比大于35dB，最大输出功率大于1mw的连续运行激光器；
一掺铒光纤放大器2，其输入端与DFB半导体激光器1的输出端连接，用于放大抽运光的光功率，使其达到受激布里渊散射阈值，该掺铒光纤放大器2的增益为15dB，波长范围为1528-1565nm；
一第一光纤环形器3，其端口1与掺铒光纤放大器2的输出端连接，该第一光纤环形器3为单模光纤器件或保偏光纤器件；
一布里渊散射器件4，其一端与第一光纤环形器3的端口2连接，用于在抽运光的作用下，发生受激布里渊散射效应，从而产生反向斯托克斯光，该布里渊散射器件4为硅基微腔、高非线性光纤或单模光纤，如布里渊散射器件4为高非线性光纤时，长度为500m，如布里渊散射器件4为单模光纤时，是长度为25km的G.652单模光纤；
一第二光纤环形器5，其端口1与第一光纤环形器3的端口3连接，该第二光纤环形器5为单模光纤器件或保偏光纤器件；
一光纤起偏器6，其输入端与第二光纤环形器5的端口2连接，用来实现单偏振的激光输出，因为驻波是实现未泵浦掺铒光纤压窄线宽的关键，而驻波是由相对传输的光干涉产生的，干涉又是光的频率和偏振态决定的，所以当相对传输光频率相同时，偏振态越平行，干涉越强，驻波越强，压窄线宽作用越明显。
一光纤耦合器7，其输入端与光纤起偏器6的的输出端连接，该光纤耦合器7为单模光纤器件或保偏光纤器件，耦合比为50％；
一掺铒光纤8，其端口B与光纤耦合器7的端口2连接，该掺铒光纤8的端口A与光纤耦合器7的端口1连接，构成饱和吸收体，实现窄带输出，保证激光器的单纵模运转特性，该掺铒光纤8的长度为8-15m；
其中基于Sagnac光纤环镜结构构成光纤饱和吸收体，主要有一段未泵浦的掺铒光纤和光纤耦合器构成，耦合器分光比为50％。信号光经耦合器分束后相向传播，两束相向传播的相干光波在其中干涉形成驻波，由于饱和吸收效应，在驻波的波腹处，对信号光的吸收较强，而在波峰处，对信号光的吸收较弱。吸收系数的周期性变化反映光纤的折射率产生了周期性调制，因此在光纤饱和吸收体内形成动态布拉格光栅。光栅只对形成驻波的光有反射作用，而对其他波长的光继续在未泵浦光纤中传播，由于空间烧孔效应被吸收。
驻波形成动态布拉格光栅，起到布拉格反射窄带滤波器的作用，光栅周期等于驻波周期，只对满足传播常数
(l为Λ的整数倍)的光有反射作用，即波长
(l为Λ的整数倍)，
同理，在1530-1560nm的波段范围内，只对λ0的光有反射作用。所形成的窄带滤波器进一步抑制跳模现象，实现单频、窄线宽的稳定输出。
一第三光纤环形器9，其端口2与布里渊散射器件4的另一端连接，该第三光纤环形器9为单模光纤器件或保偏光纤器件；
一光滤波器10，其输入端与第三光纤环形器9的端口3连接，该光滤波器10的带宽为0.1-0.2nm。
本发明的工作过程为：
请参阅图1所示，
一DFB半导体激光器，作为布里渊激光器的抽运光，经掺铒光纤放大器(EDFA)2将光束注入到光纤环形器3的输入端的端口1。首先到达光环形器3的端口1，从光环形器3的端口2输出并注入到布里渊散射器件中。当输入布里渊散射器件的激光达到布里渊散射阈值时，腔中发生受激布里渊散射效应产生较强的反向传输的一阶斯托克斯光；而后，一阶斯托克斯光由光环形器3的端口2输入，端口3输出，进入光环形器5的端口1。一阶Stokes光是光纤环的一个纵模模式，可以在环形腔内振荡。随着泵浦光功率的提高，一阶Stokes光功率也不断提高，当一阶Stokes光功率达到受激布里渊散射阈值时，就会产生沿泵浦光功率方向的二阶Stokes光，并且二阶Stokes光也是光纤环的一个纵模模式。这样，部分泵浦光和二阶Stokes光就会从光纤环形器9输出端同时输出。泵浦光为亚MHz时，一阶Stokes的线宽可以压缩至几十Hz，二阶Stokes光的线宽被进一步压缩，达到亚Hz水平，因此实现了超窄线宽的激光输出。由于布里渊散射光的增益谱线宽仅有几十MHz，基于现有理论可知，只有环形腔长度满足单纵模运转条件，布里渊散射光就会在循环过程中被压缩；
因此本发明基于受激布里渊散射的线宽压窄装置能将普通商用半导体激光器的线宽减小两个数量级，同时明显地抑制自发辐射噪声，从而实现线宽为Hz量级的激光输出。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于受激布里渊散射的激光器线宽压窄装置，包括：
一DFB半导体激光器，作为布里渊激光器的抽运光；
一掺铒光纤放大器，其输入端与DFB半导体激光器的输出端连接，用于放大抽运光的光功率，使其达到受激布里渊散射阈值；
一第一光纤环形器，其端口1与掺铒光纤放大器的输出端连接；
一布里渊散射器件，其一端与第一光纤环形器的端口2连接，用于在抽运光的作用下，发生受激布里渊散射效应，从而产生反向斯托克斯光；
一第二光纤环形器，其端口1与第一光纤环形器的端口3连接；
一光纤起偏器，其输入端与第二光纤环形器的端口2连接，用来实现单偏振的激光输出；
一光纤耦合器，其输入端与光纤起偏器的的输出端连接；
一掺铒光纤，其端口B与光纤耦合器的端口2连接，陔掺铒光纤的端口A与光纤耦合器的端口1连接，构成饱和吸收体，实现窄带输出，保证激光器的单纵模运转特性；
一第三光纤环形器，其端口2与布里渊散射器件的另一端连接；
一光滤波器，其输入端与第三光纤环形器的端口3连接。
2.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的激光器线宽压窄装置，其中所述的DFB半导体激光器是窄线宽单频连续激光输出，中心波长为1528-1565nm，光谱线宽小于1MHz，边模抑制比大于35dB，最大输出功率大于1mw的连续运行激光器。
3.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的激光器线宽压窄装置，其中所述的掺铒光纤放大器的增益为15dB，波长范围为1528-1565nm。
4.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的激光器线宽压窄装置，其中布里渊散射器件为硅基微腔、高非线性光纤或单模光纤，其中布里渊散射器件为高非线性光纤时，长度为500m，该布里渊散射器件为单模光纤时，长度为25km的G.652单模光纤。
5.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的激光器线宽压窄装置，其中的第一光纤环形器为单模光纤器件或保偏光纤器件。
6.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的激光器线宽压窄装置，其中的第二光纤环形器为单模光纤器件或保偏光纤器件。
7.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的激光器线宽压窄装置，其中的第三光纤环形器为单模光纤器件或保偏光纤器件。
8.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的激光器线宽压窄装置，其中的光纤耦合器为单模光纤器件或保偏光纤器件，耦合比为50％。
9.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的激光器线宽压窄装置，其中掺铒光纤的长度为8-15m。
10.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的激光器线宽压窄装置，其中所述的光滤波器的带宽为0.1-0.2nm。
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