CN107248690B - 一种混合腔型双波长窄线宽光纤激光器 - Google Patents

一种混合腔型双波长窄线宽光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合腔型双波长窄线宽光纤激光器，涉及激光器领域；本申请旨在解决现有技术产生双波长或多波长一般都在固定腔或随机腔中单独实现，而无法同时输出窄线宽传统激光与随机激光的问题；本申请通过两个泵浦激光器发射的两束激光驱动线型谐振腔且分别经过线型谐振腔振荡调谐对称输出两束窄线宽激光，线型谐振腔输出的两束窄线宽激光驱动随机腔且经过随机腔振荡调谐对称输出两束超窄线宽布里渊随机激光；在同一系统中实现了两种不同的腔型结构和两种不同的增益机制，在同一泵浦源作用下同时实现了窄线宽的传统激光与随机激光的输出；本申请适用于激光技术及激光器领域。

Description

一种混合腔型双波长窄线宽光纤激光器
技术领域
本发明涉及激光器领域，具体来说，涉及一种混合腔型双波长窄线宽光纤激光器。
背景技术
目前，多波长光纤激光器在微波产生、光学感测、短光脉冲、光频测量，光信号处理、频移、密集波分复用(DWDM)光通信和数据传输放大等方面有着潜在应用，并且其实现成本低，易产生窄线宽激光输出，因而引起了人们的广泛关注。
在室温下，可以通过使用受激布里渊散射(SBS)，四波混频(FWM)和非线性偏振旋转(NPR)等非线性光学效应来实现多波长光纤激光器；也可以利用稀土增益介质，例如掺铒光纤(EDF)，掺镱光纤在空腔中的整合来实现多波长输出；还可以将稀土掺杂光纤与不均匀增益介质如受激拉曼散射和受激布里渊散射组合构成产生多波长辐射的另一种技术，由于具有低阈值，超窄线宽和严格的波长间隔等几个优点，这种技术很快成为研究的重点，也为多波长光纤激光器的进一步研究和发展提供了有效的方法与途径。
最近，已经提出了一类新的依赖于瑞利后向散射的随机分布反馈的光纤激光器。相比于传统的固定腔激光器,随机激光器不需要传统意义的腔来进行选模，其输出模式是由大量叠加在一起的具有随机幅度和相位的模式以及增益共同决定。由于光纤本身就是一种随机介质,其极限损耗由瑞利散射(Rayleigh scattering,RS)所决定,光纤随机激光器可以通过在光子晶体光纤的空气孔中填充纳米颗粒的悬浮液来实现随机反馈，并且具有良好的方向性以及较高的抽运效率等优点,因此基于RS的光纤随机激光器得到了广泛的研究，近年来一直是随机激光器领域的研究热点之一。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术产生双波长和多波长一般都在固定腔或随机腔中单独实现，而无法同时输出窄线宽传统激光与随机激光的问题，本发明提供一种将固定腔和随机腔相融合，同一系统实现了两种不同的增益机制，且在同一泵浦源作用下实现了窄线宽的传统激光与随机激光的输出的混合腔型双波长窄线宽光纤激光器。
本发明采用的技术方案如下：本申请提供了一种混合腔型双波长窄线宽光纤激光器，线型腔和随机腔，线型腔包括：第一泵浦激光器、第二泵浦激光器、第一波分复用器、第二波分复用器、第一光纤光栅法布里——珀罗标准具、第二光纤光栅法布里——珀罗标准具、偏振态控制装置和掺杂光纤；
第一泵浦激光器与第一波分复用器的第1端口相连，
第二泵浦激光器与第二波分复用器的第1端口相连，
第一光纤光栅法布里——珀罗标准具的其中一端与偏振态控制装置的其中一端相连，
偏振态控制装置的另一端与第一波分复用器的第2端口相连，
第二光纤光栅法布里——珀罗标准具的其中一端与第二波分复用器的第2端口相连，以及
所述第一波分复用器和第二波分复用器的第3端口分别与掺杂光纤的两端相连，从而构成线型腔；
所述随机腔，接收线型腔输出的两束窄线宽激光且输出两束波长相同超窄线宽布里渊随机激光。
具体地，随机腔包括第一光纤环行器、第二光纤环行器和单模光纤；
第一光纤光栅法布里——珀罗标准具的另一端与第一光纤环形器的第1端口相连，
第二光纤光栅法布里——珀罗标准具的另一端与第二光纤环形器的第1端口相连，
所述第一光纤环形器和第二光纤环形器的第2端口分别与单模光纤的两端相连，从而构成随机腔；
所述第一光纤环形器和第二光纤环形器的第3端口分别为激光器的输出端。
具体地，第一泵浦激光器和第二泵浦激光器的输出波长980nm或1480nm波段。
具体地，所述第一光纤光栅法布里——珀罗标准具和第二光纤光栅法布里——珀罗标准具结构相同，所述第一光纤光栅法布里——珀罗标准具由中心波长为1550nm波段、反射率为30-60％的光纤光栅构成；第一光纤光栅法布里——珀罗标准具和第二光纤光栅法布里——珀罗标准具的间距为0.5-1.5cm，总反射率为50-95％。
具体地，所述掺杂光纤为掺铒光纤或掺镱光纤或铒镱共掺光纤。
具体地，偏振态控制装置为光纤环行偏振控制器或法拉第旋光器。
具体地，所述单模光纤长度大于等于5km。
具体地，还包括与第二光纤环行器连接的第二宽带高速探测器、与第一光纤环行器连接的第一宽带高速探测器。
本发明工作原理：本发明采用两只泵浦激光器通过波分复用器分别从两端注入掺杂光纤中，使掺杂光纤中的泵浦功率与其增益谱分布更加均匀,能够使输出光束更加稳定；在两只泵浦激光器的泵浦下，掺杂光纤与两对光纤光栅法布里——珀罗标准具共同构成线型腔，同时通过调整偏振态控制装置，使往返于线型腔中的光信号呈正交偏振态，抑制空间烧孔效应，从而在线型腔两端输出线宽一致、功率相同的窄线宽激光；线型腔所输出的两束窄线宽激光分别通过两个光纤环行器的第一端口从两端注入到单模光纤中，当注入光功率大于受激布里渊阈值后，在单模光纤中的受激布里渊效应的高增益作用下，并结合光纤中的瑞利散射形成的随机反馈，将在单模光纤的两端产生与泵浦光具有固定频移量的超窄线宽布里渊随机激光；最后，该超窄线宽布里渊随机激光将与残留泵浦光一起从两个光纤环行器的第三端口输出；通过对两个光纤光栅法布里——珀罗标准具施加相同的应变或温度，以同时改变两个标准具的中心反射波长，便可实现对线型腔输出激光中心波长的调谐，进一步对随机布里渊激光中心波长调谐；由于该激光器中产生的随机布里渊激光相对于线型腔输出激光具有更窄的线宽，因此在任意光纤环形器的输出端口连接宽带高速探测器对输出激光进行光电转换与频谱分析后，可以测量得到线型腔输出激光的线宽，同时宽带高速探测器将输出一个带宽与线型腔输出激光线宽相同的微波信号。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本申请通过两个泵浦激光器发射的两束激光驱动线型腔且分别经过线型腔振荡调谐对称输出两束窄线宽激光，线型腔输出的两束窄线宽激光驱动随机腔且经过随机腔振荡调谐对称输出两束超窄线宽布里渊随机激光，在同一系统中实现了两种不同的腔型结构和两种不同的增益机制，在同一泵浦源作用下同时实现了窄线宽的传统激光与随机激光的输出，进一步本申请还克服了固定腔和随机腔结合在一起实现双波长中存在的固定腔难以为随机腔提供有效泵浦光的技术壁垒，同时本申请还实现了同一泵浦源为两个腔的激光器输出提供能量源，提高了泵浦源的利用率；
2.本发明线型腔产生激光的机制是掺杂光纤在泵浦作用下因受激辐射形成增益，随机腔产生激光的机制是光纤在泵浦作用下由于受激布里渊效应产生的受激放大形成增益，同时具备受激辐射与受激放大两种混合增益机制，具有光路结构对称与信号输出对称等优点；
3.光纤环行器连接宽带高速探测器，对双波长进行光电转换和检测，可以测量线型腔输出激光的线宽，同时能得到稳定的微波信号输出；
4.合理设置光纤光栅、掺杂光纤、偏振态控制装置、单模光纤等的参数结构，使得输出的双波长激光更稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1是本发明混合腔型双波长光纤激光器的结构示意图；
图中标记：101-第一泵浦激光器；102-第二泵浦激光器；103-第一波分复用器；104-第二波分复用器；105-第一光纤光栅法布里——珀罗标准具；106-第二光纤光栅法布里——珀罗标准具；107-偏振态控制装置；108-掺杂光纤；201-第一光纤环行器；202-第二光纤环行器；203-单模光纤。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
下面结合图1对本发明作详细说明。
本发明的涉及的一种混合腔型双波长窄线宽光纤激光器由A(线型腔)、B(随机腔)两部分组成，包括：第一泵浦激光器101、第二浦激光器102、第一波分复用器103、第二波分复用器104、第一光纤光栅法布里——珀罗标准具105、第一光纤光栅法布里——珀罗标准具106、偏振态控制装置107、掺杂光纤108、第一光纤环行器201、第二光纤环行器20和单模光纤203。其中，所述第一泵浦激光器101与第一波分复用器103的第1端口相连；所述第二泵浦激光器102与第二波分复用器104的第1端口相连；所述第一光纤光栅法布里——珀罗标准具105的其中一端与偏振态控制装置107的其中一端相连；所述偏振态控制装置107的另一端与第一波分复用器103的第2端口相连；所述第二光纤光栅法布里——珀罗标准具106的其中一端与第二波分复用器104的第2端口相连；所述第一波分复用器103、第二波分复用器104的第3端口分别与掺杂光纤108的两端相连；所述第一光纤光栅法布里——珀罗标准具105的另一端与第一光纤环形器201的第1端口相连；所述第二光纤光栅法布里——珀罗标准具106的另一端与第二光纤环形器202的第1端口相连；所述第一光纤环形器201、第二光纤环形器201的第2端口分别与单模光纤203的两端相连；所述第一光纤环形器201、第二光纤环形器202的第3端口分别为激光器的输出端且分别连接宽带高速探测器，整个激光器呈对称结构。
所述第一泵浦激光器101、第二浦激光器102的输出波长980nm或1480nm波段。
所述掺杂光纤108为掺铒光纤或掺镱光纤或铒镱共掺光纤中的一种。
所述单模光纤203为普通单模光纤，长度不小于5km。
所述第一光纤光栅法布里—珀罗标准具105、第二光纤光栅法布里—珀罗标准具106由2个中心波长为1550nm波段、反射率为30-60％的光纤光栅FBG构成,两个FBG的间距为0.5-1.5cm，总反射率为50-95％。两个光纤光栅法布里——珀罗标准具在线型谐振腔中作为谐振腔的反射镜，并作为选模器件实现选模。通过对两个光纤光栅法布里——珀罗标准具同时施加相同应力或温度，可以实现不同的波长输出。
所述偏振态控制装置107为光纤环行偏振控制器或法拉第旋光器。
所述光纤激光器输出激光与宽带高速探测器连接并进行光电转换与频谱分析后，可以测量得到线型谐振腔输出激光的线宽，同时宽带高速探测器将输出一个带宽与线型谐振腔输出激光线宽相同的微波信号。

Claims (7)

1.一种混合腔型双波长窄线宽光纤激光器，其特征在于，包括双输出窄线宽激光的线型腔(A)和随机腔(B)，线型腔(A)包括：第一泵浦激光器(101)、第二泵浦激光器(102)、第一波分复用器(103)、第二波分复用器(104)、第一光纤光栅法布里——珀罗标准具(105)、第二光纤光栅法布里——珀罗标准具(106)、偏振态控制装置(107)和掺杂光纤(108)；
第一泵浦激光器(101)与第一波分复用器(103)的第1端口相连，
第二泵浦激光器(102)与第二波分复用器(104)的第1端口相连，
第一光纤光栅法布里——珀罗标准具(105)的其中一端与偏振态控制装置(107)的其中一端相连，
偏振态控制装置(107)的另一端与第一波分复用器(103)的第2端口相连，
第二光纤光栅法布里——珀罗标准具(106)的其中一端与第二波分复用器(104)的第2端口相连，以及
所述第一波分复用器(103)和第二波分复用器(104)的第3端口分别与掺杂光纤(108)的两端相连；
所述随机腔(B)，接收线型腔(A)输出的两束窄线宽激光且输出两束波长相同超窄线宽布里渊随机激光；
随机腔(B)包括第一光纤环行器(201)、第二光纤环行器(202)和单模光纤(203)；
第一光纤光栅法布里——珀罗标准具(105)的另一端与第一光纤环形器(201)的第1端口相连，
第二光纤光栅法布里——珀罗标准具(106)的另一端与第二光纤环形器(202)的第1端口相连，
所述第一光纤环形器(201)和第二光纤环形器(202)的第2端口分别与单模光纤(203)的两端相连；
所述第一光纤环形器(201)和第二光纤环形器(202)的第3端口分别为激光器的输出端。
2.如权利要求1所述的一种混合腔型双波长窄线宽光纤激光器，其特征在于，第一泵浦激光器(101)和第二泵浦激光器(102)的输出波长980nm或1480nm波段。
3.如权利要求1所述的一种混合腔型双波长窄线宽光纤激光器,其特征在于，所述第一光纤光栅法布里——珀罗标准具(105)和第二光纤光栅法布里——珀罗标准具(106)结构相同，所述第一光纤光栅法布里——珀罗标准具(105)由中心波长为1550nm波段、反射率为30-60％的光纤光栅构成；第一光纤光栅法布里——珀罗标准具(105)和第二光纤光栅法布里——珀罗标准具(106)的间距为0.5-1.5cm，总反射率为50-95％。
4.如权利要求1所述的一种混合腔型双波长窄线宽光纤激光器,其特征在于，所述掺杂光纤(108)为掺铒光纤或掺镱光纤或铒镱共掺光纤。
5.如权利要求1所述的一种混合腔型双波长窄线宽光纤激光器,其特征在于，偏振态控制装置(107)为光纤环行偏振控制器或法拉第旋光器。
6.如权利要求1所述的一种混合腔型双波长窄线宽光纤激光器,其特征在于，所述单模光纤(203)长度大于等于5km。
7.如权利要求1所述的一种混合腔型双波长窄线宽光纤激光器,其特征在于，还包括与第二光纤环行器(202)连接的第二宽带高速探测器、与第一光纤环行器(201)连接的第一宽带高速探测器。
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