CN107302183A - 一种连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器 - Google Patents

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Abstract

一种连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器，属于光纤通信和光电子技术领域，由第一波长可调谐窄线宽单频激光(1)、第二波长可调谐窄线宽单频激光器(2)、3*3光纤耦合器(3)、偏振控制器(4)、半导体光放大器(5)、偏振相关隔离器(6)、可调谐带通滤波器(7)、铒镱共掺光纤放大器(8)组成。激光器的外部注入双路单频激光时，脉冲重复频率由双路激光的拍频和激光器本身的腔基频；激光器的外部注入单路单频激光时，脉冲重复频率和脉冲宽度由单路激光的功率决定，发明的优点是：该脉冲光纤激光器结构简单、成本低、脉宽和重复频率可调谐，能够在常温下稳定工作。

Description

一种连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器
技术领域
本发明属于光纤通信和光电子技术领域，特别是一种连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器。
背景技术
光纤激光器具有光束质量好、效率高、稳定性好、结构紧凑、成本低廉、易于散热、易于实现高功率、易维护多种特点,受到人们的广泛关注。尤其是具有高光束质量、高输出功率、高稳定性的调、锁模脉冲光纤激光器，在生物医疗、激光通信、激光测距、激光武器、激光加工等多种领域有着广阔的应用前景。在现代众多的应用领域，特别是光学频率梳和光纤授时领域中，需要低时域抖动、高重复频率的飞秒脉冲。利用飞秒激光频率梳进行频率测量，需要得到信噪比较高的拍频信号，这就要求飞秒激光频率梳的每根光梳都有尽量高的功率，在飞秒激光总输出功率一定的情况下，重复频率越高，梳齿之间的距离越大，每根光梳获得的功率就越高。所以，如何获取高重复频率的飞秒激光光源就成为人们非常关心的问题,例如用于频率标准的钛宝石飞秒激光器的典型重复频率就1GHz左右在基于光纤传输网络的授时及同步领域中，也需要用到低时域抖动、高重复频率的飞秒光纤激光器。计算表明，光纤授时的时延抖动与激光器的重复频率成反比，因此提高飞秒激光器的重复频率成为降低光纤授时时延抖动的关键技术之一。
锁模技术可以实现高峰值功率的飞秒或皮秒量级的脉冲输出,调Q技术可以产生脉宽和重复频率可调谐的激光脉冲输出。传统的调技术是通过在腔内加入声光、电光调制器或固态可饱和吸收体等自由空间元件实现,抗环境干扰能力差,而光纤与非光纤器件的熔接会增加谐振腔的损耗、降低系统的稳定性,不利于系统集成设计及产业化推广应用。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器。
本发明的技术方案：
一种连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器，由第一波长可调谐窄线宽单频激光器、第二波长可调谐窄线宽单频激光器、3*3光纤耦合器、偏振控制器、半导体光放大器、偏振相关隔离器、可调谐带通滤波器、铒镱共掺光纤放大器组成，其中3*3光纤耦合器共有六个端口a、b、c、d、e、f，其余器件均有两个端口；第一波长可调谐窄线宽单频激光器和第二波长可调谐窄线宽单频激光器分别与3*3光纤耦合器的a端口和b端口相连，3*3光纤耦合器的f端口与偏振控制器的一端相连，偏振控制器的另一端与半导体光放大器的一端相连半导体光放大器的另一端与偏振相关隔离器的输入端相连，偏振相关隔离器的输出端与可调谐带通滤波器的输入端相连，可调谐带通滤波器的输出端与铒镱共掺光纤放大器的输入端相连，铒镱共掺光纤放大器的输出端与3*3光纤耦合器的c端口相连；3*3光纤耦合器、偏振控制器、半导体光放大器、偏振相关隔离器、可调谐带通滤波器、铒镱共掺光纤放大器构成一个闭合回路形成谐振腔，第一波长可调谐窄线宽单频激光器和第二波长可调谐窄线宽单频激光器通过3*3光纤耦合器向半导体光放大器注入激光，使半导体光放大器产生四波混频或者增益色散；3*3光纤耦合器的d、e端口分别作为激光器的输出端口连接示波器和光谱仪用来检测波形和光谱。
所述的连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器，将半导体光放大的驱动电流调整至500mA,铒镱共掺放大器的驱动功率为150mW,并调整偏振控制器,使所述连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器处于锁模状态，此时，将第一波长可调谐窄线宽单频激光器和第二波长可调谐窄线宽单频激光器通过3*3光纤耦合器向半导体光放大器注入激光，并调整可调谐滤波器，使两个激光器的波长在其通带范围内，通过调谐两个激光器的波长使得它们输出的波长和谐振腔的两个模式重合，并使得这两个模式振荡加强、稳定，同时由于四波混频作用，产生相同频率差的新频率；两个激光器的频率差即为一种连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器的重复频率，并通过调谐第一波长可调谐窄线宽单频激光器和第二波长可调谐窄线宽单频激光器的波长差，改变一种连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器的重复频率，并使得脉冲重复频率达到上百GHz。
所述的连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器，将半导体光放大器的驱动电流调整至500mA,铒镱共掺放大器的驱动功率为150mW,并调整偏振控制器,使所述连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器处于调Q状态，此时，第一波长可调谐窄线宽单频激光器的激光注入到半导体光放大器中，第二波长可调谐窄线宽单频激光器关闭，同时调谐第一波长可调谐窄线宽单频激光器的波长在可调谐带通滤波器通带以外，以避免引入新的振荡由于交叉增益调制作用，注入光会对调Q激光器的谐振腔增益产生影响，进而影响激光器的脉冲重复频率和脉冲宽度，并使输出脉冲是亮脉冲或者是暗脉冲。
本发明的工作原理：
利用非线性偏振旋转技术实现光纤环形腔激光器锁模的物理机制为:通过偏振相关隔离器的线偏振光经过偏振控制器后变成椭圆偏振光，这个椭圆偏振光可以被认为是强度不等的左旋与右旋圆偏振光的合成。当这两个旋转方向不同的圆偏振光经过铒镱共掺放大器得到增益放大时，经历了腔内的非线性效应产生不同的非线性相移，由于非线性相移与强度有关，因而沿脉冲不同位置处产生的相移不同。最后，当两圆偏振光在偏振控制器处相遇时，将产生相干叠加效应，使腔内产生自幅度调制的可饱和吸收体效应，即脉冲窄化效应。激光器结构中的半导体光放大器，它在激光器中有两个任务，一是作为激光器的增益介质，二是引入交叉增益调制、四波混频及增益色散；偏振隔离器是使激光腔内的光做单向运转；可调谐带通滤波器起到选择波长的作用，并且可以限制激光器起振的模式数量，以避免模式之间争抢载流子。偏振控制器放于半导体光放大器之前，通过调整输入到半导体光放大器的光的偏振态来改变光功率在半导体光放大器的TE/TM上的功率分配。两个波长可调谐单频激光器通过一个3*3的光耦合器，将信号注入到半导体光放大器，对准谐振腔的两个模式，是这两个模式振荡稳定，同时在半导体光放大器中产生四波混频作用产生振荡频率。当只有一个波长可调谐的单频激光器注入半导体光放大器时，通过交叉增益调制作用，改变谐振腔的增益，由于半导体的色散和增益有很大关系，增益的变化，会改变腔内色散量的大小，从而改变脉冲的宽度。
本发明的优点是：
一、本发明连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器结构简单、成本低、脉宽调谐范围大，能够在常温下稳定工作。
二、激光器处于锁模状态时，拍频光的频率差决定了脉冲重复频率调节方式简单，重复频率可高达上百GHz。
三、激光器处于锁模状态时，注入单频激光的功率决定了输出脉冲的脉冲宽度，脉宽调谐范围大，可输出亮脉冲和暗脉冲。
附图说明
图1是本发明的暗脉冲光纤激光器结构示意图。
图中：1、第一波长可调谐窄线宽单频激光器 2、第二波长可调谐窄线宽单频激光器 3、3*3光纤耦合器 4、偏振控制器 5、半导体光放大器 6、偏振相关隔离器 7、可调谐带通滤波器 8、铒镱共掺光纤放大器
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器，由第一波长可调谐窄线宽单频激光器1、第二波长可调谐窄线宽单频激光器2、3*3光纤耦合器3、偏振控制器4、半导体光放大器5、偏振相关隔离器6、可调谐带通滤波器7、铒镱共掺光纤放大器8组成，其中3*3光纤耦合器共有六个端口a、b、c、d、e、f，其余器件均有两个端口；第一波长可调谐窄线宽单频激光器1和第二波长可调谐窄线宽单频激光器2分别与3*3光纤耦合器3的a端口和b端口相连，3*3光纤耦合器3的f端口与偏振控制器4的一端相连，偏振控制器4的另一端与半导体光放大器5的一端相连，半导体光放大器5的另一端与偏振相关隔离器6的输入端相连，偏振相关隔离器6的输出端与可调谐带通滤波器7的输入端相连，可调谐带通滤波器7的输出端与铒镱共掺光纤放大器8的输入端相连，铒镱共掺光纤放大器8的输出端与3*3光纤耦合器3的c端口相连；3*3光纤耦合器3、偏振控制器4、半导体光放大器5、偏振相关隔离器6、可调谐带通滤波器7、铒镱共掺光纤放大器8构成一个闭合回路形成谐振腔，第一波长可调谐窄线宽单频激光器1和第二波长可调谐窄线宽单频激光器2通过3*3光纤耦合器3向半导体光放大器5注入激光，使半导体光放大器5产生四波混频、交叉增益调制或者增益色散；3*3光纤耦合器3的d、e端口分别作为激光器的输出端口连接示波器和光谱仪用来检测波形和光谱。
实施例一：
本发明中，将半导体光放大5的驱动电流调整至500mA,铒镱共掺放大器8的驱动功率为150mW,并调整偏振控制器4,使所述连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器处于锁模状态，此时，将第一波长可调谐窄线宽单频激光器1和第二波长可调谐窄线宽单频激光器2通过3*3光纤耦合器3向半导体光放大器5注入激光，并调整可调谐滤波器7，使两个激光器的波长在其通带范围内，通过调谐两个激光器的波长使得它们输出的波长和谐振腔的两个模式重合，并使得这两个模式振荡加强、稳定，同时由于四波混频作用，产生相同频率差的新频率；两个激光器的频率差即为连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器的重复频率，并通过调谐第一波长可调谐窄线宽单频激光器1和第二波长可调谐窄线宽单频激光器2的波长差，改变一种连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器的重复频率,并使得脉冲重复频率达到上百GHz。
实施例二：
本发明中，将半导体光放大器5的驱动电流调整至500mA,铒镱共掺放大器8的驱动功率为150mW,并调整偏振控制器4,使所述连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器处于调Q状态，此时，第一波长可调谐窄线宽单频激光器1的激光注入到半导体光放大器5中，第二波长可调谐窄线宽单频激光器2关闭，同时调谐第一波长可调谐窄线宽单频激光器1的波长在可调谐带通滤波器7通带以外，由于交叉增益调制作用，注入光会对调Q激光器的谐振腔增益产生影响，进而影响激光器的脉冲重复频率和脉冲宽度，并使输出脉冲是亮脉冲或者是暗脉冲。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器，其特征是：由第一波长可调谐窄线宽单频激光器(1)、第二波长可调谐窄线宽单频激光器(2)、3*3光纤耦合器(3)、偏振控制器(4)、半导体光放大器(5)、偏振相关隔离器(6)、可调谐带通滤波器(7)、铒镱共掺光纤放大器(8)组成，其中(3)3*3光纤耦合器共有六个端口a、b、c、d、e、f，其余器件均有两个端口；第一波长可调谐窄线宽单频激光器(1)和第二波长可调谐窄线宽单频激光器(2)分别与3*3光纤耦合器(3)的a端口和b端口相连，3*3光纤耦合器(3)的f端口与偏振控制器(4)的一端相连，偏振控制器(4)的另一端与半导体光放大器(5)的一端相连，半导体光放大器(5)的另一端与偏振相关隔离器(6)的输入端相连，偏振相关隔离器(6)的输出端与可调谐带通滤波器(7)的输入端相连，可调谐带通滤波器(7)的输出端与铒镱共掺光纤放大器(8)的输入端相连，铒镱共掺光纤放大器(8)的输出端与3*3光纤耦合器(3)的c端口相连；3*3光纤耦合器(3)、偏振控制器(4)、半导体光放大器(5)、偏振相关隔离器(6)、可调谐带通滤波器(7)、铒镱共掺光纤放大器(8)构成一个闭合回路形成谐振腔，第一波长可调谐窄线宽单频激光器(1)和第二波长可调谐窄线宽单频激光器(2)通过3*3光纤耦合器(3)向半导体光放大器(5)注入激光，使半导体光放大器(5)产生四波混频交叉增益调制或者增益色散；3*3光纤耦合器(3)的d、e端口分别作为激光器的输出端口连接示波器和光谱仪用来检测波形和光谱。
2.如权利要求1所述的连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器，其特征是：将半导体光放大器(5)的驱动电流调整至500mA,铒镱共掺放大器(8)的驱动功率为150mW,并调整偏振控制器(4),使所述连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器处于锁模状态，此时，将第一波长可调谐窄线宽单频激光器(1)和第二波长可调谐窄线宽单频激光器(2)通过3*3光纤耦合器(3)向半导体光放大器(5)注入激光，并调整可调谐滤波器(7)，使两个激光器的波长在其通带范围内，通过调谐两个激光器的波长使得它们输出的波长和谐振腔的两个模式重合，并使得这两个模式振荡加强、稳定，同时由于四波混频作用，产生相同频率差的新频率；两个激光器的频率差即为续光注入半导体光放大器的脉冲激光器的重复频率，并通过调谐第一波长可调谐窄线宽单频激光器(1)和第二波长可调谐窄线宽单频激光器(2)的波长差，改变一种连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器的重复频率，并使得脉冲重复频率达到上百GHz。
3.如权利要求1所述的连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器，其特征是：将半导体光放大器(5)的驱动电流调整至500mA,铒镱共掺放大器(8)的驱动功率为150mW,并调整偏振控制器(4),使所述连续光注入半导体光放大器的脉冲激光器处于调Q状态，此时，第一波长可调谐窄线宽单频激光器(1)的激光注入到半导体光放大器(5)中，第二波长可调谐窄线宽单频激光器(2)关闭，同时调谐第一波长可调谐窄线宽单频激光器(1)的波长在可调谐带通滤波器(7)通带以外，由于交叉增益调制作用，注入光会对调Q激光器的谐振腔增益产生影响，进而影响激光器的脉冲重复频率和脉冲宽度，并使输出脉冲是亮脉冲或者是暗脉冲。
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