CN108258573A - 一种2μm波段波长可切换光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于高双折射相移啁啾光纤光栅的2μm波段多波长可切换光纤激光器，包括793nm泵浦源、合束器、掺铥光纤、偏振控制器、高双折射相移啁啾光纤光栅、环形器、均匀光纤光栅、应力调节架、耦合器。该光纤激光器利用在高双折射光纤上刻写的双相移点啁啾光纤光栅和在普通单模光纤上的刻写的均匀光纤光栅作为选模器件，实现了四个波长可切换的窄带光纤激光输出，具有有益的技术效果。

Description

一种2μm波段波长可切换光纤激光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器领域，尤其涉及一种基于高双折射相移啁啾光纤光栅的2μm波段多波长可切换光纤激光器。
背景技术
光纤激光器因其体积小、光束质量高、稳定性高、阈值低且噪声小、热效应小、泵浦方式灵活、兼容性好等特点而被广泛应用于大容量长距离光纤通信系统和光纤传感网络中。多波长可切换光纤激光器一直以来被视为波分复用系统中多信道光源的理想选择，波长可切换的多波长光纤激光器可以灵活选择输出激光的个数和波长，这有利于基于WDM的光纤系统灵活分配信道。2μm波段包括波长范围为1.8～2.4μm，属于人眼安全的工作波段范围，且该波段内存在着低损耗的大气通信窗口，因而2μm波段的多波长光纤激光器是该波段空间光通信的理想光源。
多波长可切换光纤激光器主要由增益介质、谐振腔、泵浦源、多波长滤波器件等组成。掺铥光纤作为增益光纤可以为2μm波段的光纤激光器提供增益介质，包括光纤光栅在内的环形谐振腔可实现多波长可切换激光输出。光纤光栅因其插入损耗小、滤波峰带宽窄、结构简单、容易制作且成本低等优点被常用作多波长光纤激光器的滤波器件。其中相移啁啾光纤光栅是在啁啾光纤光栅上引入相移点，使啁啾光纤光栅的透射谱内出现带宽较窄的相移峰，与均匀布拉格光栅不同，啁啾光栅透射谱更宽且平坦，内部引入多个相移点可形成多个窄带相移峰，可作为窄带滤波器件使用。高双折射光纤(又称保偏光纤)因其固有的线性双折射导致x和y偏振方向上传输常数不同，所以，在光敏高双折射光纤上写制的光纤光栅具有明显的偏振依赖特性，一次写制可以在两正交偏振方向上得到参数不同的两个光栅，其具有不同的反射和透射谱特性。利用这一特性，可以结合高双折射光纤和啁啾光纤光栅写制高双折射啁啾光纤光栅，而且通过再在啁啾光纤光栅上引入多个相移点得到具有多波长滤波特性的高双折射相移啁啾光纤光栅，目前在2μm波段还未见此类光纤光栅的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于高双折射相移啁啾光纤光栅的2μm波段多波长可切换光纤激光器，利用在高双折射光纤上刻写的双相移点啁啾光纤光栅和在普通单模光纤(非高双折射光纤)上刻写的均匀光纤光栅作为选模器件，实现四个波长可切换的窄带光纤激光输出。
为了实现上述目的，本发明采取了如下的技术方案：
一种基于高双折射相移啁啾光纤光栅的2μm波段多波长可切换光纤激光器，包括泵浦源101、合束器102、掺铥光纤103、偏振控制器104、高双折射相移啁啾光纤光栅105、环形器106、均匀光纤光栅107、应力调节架108以及耦合器109，其特征在于：
所述泵浦源101的输出尾纤连接所述合束器102的泵浦光输入端；所述合束器102的输出端连接所述掺铥光纤103的一端；所述掺铥光纤103的另一端连接所述偏振控制器104的输入端；所述偏振控制器104的输出端连接所述高双折射相移啁啾光纤光栅105的一端；所述高双折射相移啁啾光纤光栅105的另一端连接所述环行器106的端口1；所述环行器106的端口2连接所述均匀光纤光栅107的一端；所述均匀光纤光栅107的另一端做斜8度角处理并闲置；所述均匀光纤光栅107布置于所述应力调节架108上；所述环行器106的端口3连接所述耦合器109输入端；所述耦合器109反馈端连接所述合束器102的信号光输入端；所述耦合器109激光输出端闲置，用于激光输出。
优选地，所述泵浦源101为793nm泵浦源。
优选地，所述高双折射相移啁啾光纤光栅105能够引入两个以上π相移点。
优选地，所述均匀光纤光栅107属于窄带光纤光栅，使用紫外曝光的相位掩膜法写制。
优选地，所述耦合器109的分光比为90:10，其中10％端口用于激光输出。
一种高双折射相移啁啾光纤光栅的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，以光敏高双折射光纤为基质，使用紫外曝光的相位掩膜法写制所述高双折射啁啾光纤光栅，该过程中使用啁啾掩膜板；
步骤二，移除所述啁啾掩膜板，在写制好的所述高双折射啁啾光纤光栅的1/3和2/3位置处分别进行紫外光曝光，制作两个π相移点。
优选地，所述高双折射相移啁啾光纤光栅制作过程中，所述光敏高双折射光纤、所述啁啾掩膜板的参数选择原则为：制作完成的所述高双折射啁啾光纤光栅的透射谱中两正交偏振模对应的反射谱包络不重叠。
优选地，所述高双折射相移啁啾光纤光栅能够根据实际需要引入两个以上π相移点。
本发明的有益效果为：
1、本发明所述的光纤激光器运行时，只需要将所述793nm泵浦源的输出功率调节到激光器阈值以上，并简单调节所述偏振控制器，就可以实现2μm波段激光输出。
2、在高双折射光纤上刻写双相移点啁啾光栅可以产生四个不同波长的窄相移峰，结合均匀光纤光栅和应力调节架，可以容易实现四个波长可切换运行，在空间光通信、光纤传感等领域具有潜在的应用价值。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于高双折射相移啁啾光纤光栅的2μm波段多波长可切换光纤激光器结构示意图；
图2为计算得到的不同偏振态下2μm波段高双折射双相移点啁啾光纤光栅透射谱；
图3为计算得到的不同应力下2μm波段的均匀光纤光栅反射谱；
图中：101、793nm泵浦源，102、合束器，103、掺铥光纤，104、偏振控制器，105、高双折射相移啁啾光纤光栅，106、环形器，107、均匀光纤光栅，108、应力调节架，109、耦合器。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明内容的理解，下面将结合附图以及具体实施例为例做进一步的解释说明，且实施例并不构成对本发明内容的限定。
实施例1：
如图1所示，本发明提供的基于高双折射相移啁啾光纤光栅的2μm波段多波长可切换光纤激光器，包括793nm泵浦源101、合束器102、掺铥光纤103、偏振控制器104、高双折射相移啁啾光纤光栅105(PM-PCFBG)、环形器106、均匀光纤光栅107(FBG)、应力调节架108、耦合器109；所述合束器102为2×1型，包含一个泵浦光输入端、一个信号光输入端和一个输出端；所述耦合器109为1×2型，包含一个输入端、一个反馈端和一个激光输出端。
所述793nm泵浦源101的输出尾纤连接所述合束器102的泵浦光输入端；所述合束器102的输出端连接所述掺铥光纤103的一端；所述掺铥光纤103的另一端连接所述偏振控制器104的输入端；所述偏振控制器104的输出端连接所述高双折射相移啁啾光纤光栅105的一端；所述高双折射相移啁啾光纤光栅105的另一端连接所述环行器106的端口1；所述环行器106的端口2连接所述均匀光纤光栅107的一端；所述均匀光纤光栅107的另一端做斜8度角处理并闲置；所述均匀光纤光栅107布置于所述应力调节架108上；所述环行器106的端口3连接所述耦合器109输入端；所述耦合器109反馈端连接所述合束器102的信号光输入端；所述耦合器109激光输出端闲置，用于激光输出；以上所述的连接均为使用光纤熔接机进行的熔接连接，也可以部分或者全部使用光纤连接器连接。
所述均匀光纤光栅107属于窄带光纤光栅，使用紫外曝光的相位掩膜法写制，且反射谱中心波长小于所述高双折射相移啁啾光纤光栅105透射谱包络最小波长。
所述应力调节架108通过拉伸所述均匀光纤光栅107，可将其反射谱包络从短波长扫描移动到长波长，直至越过所述高双折射相移啁啾光纤光栅105的整个透射谱包络。
所述耦合器109的分光比可为90:10，其中10％的光用于激光输出。
实施例2：
本发明也提供了一种对高双折射相移啁啾光纤光栅的制作方法，包括以下两个步骤：
第一步，以光敏高双折射光纤为基质，使用紫外曝光的相位掩膜法写制高双折射啁啾光纤光栅，需要使用啁啾掩膜板。
第二步：移除所述啁啾掩膜板，在写制好的所述高双折射啁啾光纤光栅的1/3和2/3位置处分别进行紫外光曝光，制作两个π相移点。
所述高双折射相移啁啾光纤光栅105制作过程中所述光敏高双折射光纤、所述啁啾掩膜板的参数需要根据实际需要选择，一般原则为制作完成的所述高双折射啁啾光纤光栅的透射谱中两正交偏振模对应的反射谱包络不重叠。
所述高双折射相移啁啾光纤光栅105，也可以根据实际需要引入两个以上π相移点。
实施例3：
泵浦源为793nm选择为多模半导体激光器，最大输出功率为15W，合束器是2×l型793nm/2000nm光纤合束器，增益介质为掺铥双包层光纤，长度为5m、芯径/内包层直径为6.3μm/125μm、数值孔径为0.233、掺杂浓度4wt.％。
高双折射相移啁啾光纤光栅的透射谱如图2所示，给出的是计算得到的不同偏振态下2μm波段高双折射双相移点啁啾光纤光栅透射谱，当光在X偏振态时，两个相移峰的波长分别为1939.93nm和1940.06nm；当光在Y偏振态时，两个相移峰的波长分别为1940.43nm和1940.56nm，相移峰的3dB带宽为0.0172nm。
高双折射相移啁啾光纤光栅的制作方法为：首先在高双折射光纤上刻写啁啾光纤光栅，啁啾光纤光栅的传输矩阵可以表示为：
F＝FMFM-1…Fn…F1 (1)
其中，n＝1,2,…,M,M为光栅分段的数量。然后在光栅的两个三等分点处，通过定点曝光的方法引入两个相移点，此时的传输矩阵可表示为：
其中，分别为两个相移点的相移量，且当时，可得到最窄的相移峰。
激光器运行时，调节偏振控制器，当腔内为X偏振态时，高双折射相移啁啾光纤光栅的两个相移峰波长分别为为λX1和λX2；当腔内为Y偏振态时，两个相移峰波长分别为为λY1和λY2。调节应力调节架，均匀光纤光栅的中心波长产生偏移，如图3所示，当与高双折射相移啁啾光纤光栅的四个相移峰中的某个波长相对应，此波长下的激光可以输出。于是，通过调节应力调节架可以实现激光器在两个正交偏振态下各两个波长的可切换运行。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于高双折射相移啁啾光纤光栅的2μm波段多波长可切换光纤激光器，包括泵浦源101、合束器102、掺铥光纤103、偏振控制器104、高双折射相移啁啾光纤光栅105、环形器106、均匀光纤光栅107、应力调节架108以及耦合器109，其特征在于：
所述泵浦源101的输出尾纤连接所述合束器102的泵浦光输入端；所述合束器102的输出端连接所述掺铥光纤103的一端；所述掺铥光纤103的另一端连接所述偏振控制器104的输入端；所述偏振控制器104的输出端连接所述高双折射相移啁啾光纤光栅105的一端；所述高双折射相移啁啾光纤光栅105的另一端连接所述环行器106的端口1；所述环行器106的端口2连接所述均匀光纤光栅107的一端；所述均匀光纤光栅107的另一端做斜8度角处理并闲置；所述均匀光纤光栅107布置于所述应力调节架108上；所述环行器106的端口3连接所述耦合器109输入端；所述耦合器109反馈端连接所述合束器102的信号光输入端；所述耦合器109激光输出端闲置，用于激光输出。
2.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源101为793nm泵浦源。
3.根据权利要求1或2所述的光纤激光器，其特征在于：所述高双折射相移啁啾光纤光栅105能够引入两个以上π相移点。
4.根据权利要求1、2或3所述的光纤激光器，其特征在于：所述均匀光纤光栅107属于窄带光纤光栅，使用紫外曝光的相位掩膜法写制。
5.根据权利要求1或2所述的光纤激光器，其特征在于：所述耦合器109的分光比为90:10，其中10％端口用于激光输出。
6.一种高双折射相移啁啾光纤光栅的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，以光敏高双折射光纤为基质，使用紫外曝光的相位掩膜法写制所述高双折射啁啾光纤光栅，该过程中使用啁啾掩膜板；
步骤二，移除所述啁啾掩膜板，在写制好的所述高双折射啁啾光纤光栅的1/3和2/3位置处分别进行紫外光曝光，制作两个π相移点。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述高双折射相移啁啾光纤光栅制作过程中，所述光敏高双折射光纤、所述啁啾掩膜板的参数选择原则为：制作完成的所述高双折射啁啾光纤光栅的透射谱中两正交偏振模对应的反射谱包络不重叠。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述高双折射相移啁啾光纤光栅能够根据实际需要引入两个以上π相移点。
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