CN108321673B - 基于保偏光纤45度错位熔接技术的高阶拉曼抑制方法 - Google Patents

基于保偏光纤45度错位熔接技术的高阶拉曼抑制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于保偏光纤45度错位熔接技术的高阶拉曼抑制方法，在线偏振拉曼光纤激光器中利用拉曼增益谱中泵浦波和斯托克斯波正交偏振时拉曼增益较低的特点，通过保偏被动光纤的45度错位熔接实现具有波长选择特性的偏振旋转功能，使得泵浦光和低阶拉曼光的偏振方向不变，而高阶拉曼的偏振方向与泵浦光正交，从而抑制高阶拉曼的增益。

Description

基于保偏光纤45度错位熔接技术的高阶拉曼抑制方法
技术领域
本发明属于光纤激光器技术领域，尤其是涉及一种高阶拉曼抑制方法。
背景技术
基于光纤受激拉曼散射的拉曼光纤激光器由于增益谱宽，具有波长灵活性等特点，因而广泛应用于光通信、超连续谱产生及特殊波段光源获取、医疗等领域。近年来，随着二极管泵浦的稀土离子掺杂光纤激光器的发展，拉曼光纤激光器的输出功率大幅提高。其中，线偏振拉曼光纤激光器在频率转换、光谱合成等领域都有重要应用。
线偏振拉曼光纤激光器目前最高输出功率仅在几十瓦量级，进一步的功率提升面临高阶拉曼激光产生等问题。目前抑制高阶拉曼的方法主要有两种，一种是使用对长波长损耗大的具有光谱选择特性的光纤，比如W型光纤、光子晶体光纤等等，需要特殊的制备工艺，并且较难实现全光纤结构；另一种是使用具有光谱选择特性的光栅，比如长周期光栅和倾斜光栅将纤芯模耦合到包层模等等。制备工艺复杂，插损较高，一般都在10％以上。但是，这两种方法在线偏振激光器中的应用尚未有公开报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于保偏光纤45度错位熔接技术的高阶拉曼抑制方法。该方法基于保偏光纤的45度错位熔接技术，通过旋转高阶拉曼的偏振方向，实现线偏振拉曼光纤激光器中的高阶拉曼抑制方案，克服现有技术的不足，达到拉曼激光器功率提升的目的。
一种基于保偏光纤45度错位熔接技术的高阶拉曼抑制方法，在线偏振拉曼光纤激光器中利用拉曼增益谱中泵浦波和斯托克斯波正交偏振时拉曼增益较低的特点，通过保偏被动光纤的45度错位熔接实现具有波长选择特性的偏振旋转功能，使得泵浦光和低阶拉曼光的偏振方向不变，而高阶拉曼的偏振方向与泵浦光正交，从而抑制高阶拉曼的增益。
具体地，所述线偏振拉曼光纤激光器包括线偏振泵浦源、线偏振信号源、保偏被动光纤以及波分复用器，所述保偏被动光纤设有三段，分别为1#段保偏被动光纤、2#段保偏被动光纤和3#段保偏被动光纤，线偏振泵浦源的输出端与波分复用器的一个输入端采用0度熔接的方式连接，线偏振信号源的输出端与波分复用器的另一个输入端采用0度熔接的方式连接，波分复用器的公共端与1#段保偏被动光纤的一端采用0度熔接的方式连接，1#段保偏被动光纤的另一端与2#段保偏被动光纤的一端采用45度熔接的方式连接，2#段保偏被动光纤的另一端与3#段保偏被动光纤的一端采用45度熔接的方式连接，3#段保偏被动光纤的另一端作为拉曼激光的输出端。
进一步地，本发明中，3#段保偏被动光纤其作为拉曼激光的输出端的一端切斜角以抑制端面反馈。
进一步地，本发明中，线偏振泵浦源和线偏振信号源的中心波长的频率间隔约为13.2THz。
进一步地，本发明中，保偏被动光纤可采用常规的熊猫形石英光纤，由纤芯、包层和涂覆层构成，偏振泵浦源输出的泵浦光和线偏振信号源输出的信号光在其纤芯中传输。
进一步地，本发明中，3段保偏被动光纤之间的相互熔接是采用45度熔接的方式加以连接。保偏被动光纤由于应力双折射，会产生两个相互正交的主轴即快轴和慢轴，两个主轴的折射率不同，因此会有折射率差。1#段保偏被动光纤的慢轴和2#段保偏被动光纤的慢轴之间呈45度角，1#段保偏被动光纤和2#段保偏被动光纤之间的熔接点为4#熔接点，经1#段保偏被动光纤的慢轴传输过来的线偏振光经4#熔接点后分解成沿着2#段保偏被动光纤的慢轴和快轴两个正交方向的光，由于两个方向的折射率不同，产生的相位差为2π/λΔnL，其中，λ是波长，Δn为快慢轴折射率差，L是2#段保偏被动光纤的长度。
2#段保偏被动光纤与3#段保偏被动光纤之间的相互熔接是采用45度熔接的方式加以连接，2#段保偏被动光纤的慢轴和3#段保偏被动光纤的慢轴之间呈45度角。1#段保偏被动光纤的慢轴和3#段保偏被动光纤的慢轴之间呈0度角。2#段保偏被动光纤和3#段保偏被动光纤之间的熔接点为5#熔接点。经5#熔接点后，快、慢轴的光的相位差为(2m+1)π时，其中，m为大于等于0的整数，该波长对应的光的偏振方向将偏转90度，沿着3#段保偏被动光纤的快轴传输。由于在2#段保偏被动光纤的慢轴和快轴两个方向传输的光的相位差与2#段保偏被动光纤长度和其快、慢轴折射率差有关，而快、慢轴折射率差又是温度相关的，因此，通过调节2#段保偏被动光纤的长度和温度，使得高阶拉曼的偏振方向与泵浦光正交，实现抑制高阶拉曼的目的。
本发明中采用的线偏振泵浦源为常规的光纤激光器，其输出端光纤纤芯直径与所述波分复用器以及保偏被动光纤的纤芯的直径一致。线偏振泵浦源其输出端光纤纤芯的数值孔径与所述波分复用器以及保偏被动光纤纤芯的数值孔径一致。线偏振泵浦源其输出激光的偏振态是线偏振的。激光器具体的中心波长无特定要求。线偏振泵浦源其输出功率在百瓦量级。
本发明中采用的线偏振信号源其激光输出的波长与线偏振泵浦源的波长频率间隔约13.2THz。线偏振信号源其光纤纤芯直径与数值孔径均与所述波分复用器和保偏被动光纤纤芯一致。线偏振信号源其输出激光的偏振态为线偏振，其输出功率在百毫瓦量级。
本发明中采用的波分复用器其两个输入端的中心波长对应线偏振泵浦源和线偏振信号光的中心波长，使得输入的泵浦光和信号光在纤芯中传输。本发明要求该器件是保偏的。
与现有技术相比，本发明能够产生以下技术效果：
本发明提出一种基于石英光纤错位熔接技术的抑制高阶拉曼的方法。与以往技术相比，本发明结构简单，插损低，抑制的波长可选择，可用于高功率光纤激光器中，成本低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，
图2为保偏被动光纤45度熔接的示意图，
图3为45度错位熔接后在慢轴方向的透射谱的测量装置示意图，
图4是本发明一具体实施例的45度错位熔接后在慢轴方向的透射谱示意图，
图5是本发明一具体实施例的功率对比图。
图中标号：
1、线偏振泵浦源；2、线偏振信号源；3、1#熔接点；4、2#熔接点；5、波分复用器；6、3#熔接点；7、1#段保偏被动光纤；8、4#熔接点；9、2#段保偏被动光纤；10、5#熔接点；11、3#段保偏被动光纤；12、1#斜角；13、慢轴；14、快轴；15、1#段保偏被动光纤与2#段保偏被动光纤45度熔接后，2#段保偏被动光纤上与1#段保偏被动光纤的慢轴平行的轴线；16、45度熔接时两段保偏被动光纤其慢轴之间的夹角；17、宽带泵浦源；18、6#熔接点；19、1#偏振分束器；20、2#斜角；21、2#偏振分束器；22、3#斜角；23、4#斜角。
具体实施方式
图1为本发明一具体实施例的结构示意图，在线偏振拉曼光纤激光器中利用拉曼增益谱中泵浦波和斯托克斯波正交偏振时拉曼增益较低的特点，通过三段保偏被动光纤间的两次45度错位熔接实现具有波长选择特性的偏振旋转功能，使得泵浦光和低阶拉曼光的偏振方向不变，而高阶拉曼的偏振方向与泵浦光正交，从而抑制高阶拉曼的增益。
参照图1，一种线偏振拉曼光纤激光器包括线偏振泵浦源1、线偏振信号源2、保偏被动光纤以及波分复用器5，所述保偏被动光纤设有三段，分别为1#段保偏被动光纤7、2#段保偏被动光纤9和3#段保偏被动光纤11。线偏振泵浦源1的输出端与波分复用器5的一个输入端采用0度熔接的方式连接，熔接点为1#熔接点3。线偏振信号源2的输出端与波分复用器5的另一个输入端采用0度熔接的方式连接，熔接点为2#熔接点4。波分复用器5的公共端与1#段保偏被动光纤7的一端采用0度熔接的方式连接，熔接点为3#熔接点6。1#段保偏被动光纤7的另一端与2#段保偏被动光纤9的一端采用45度熔接的方式连接，熔接点为4#熔接点8。2#段保偏被动光纤9的另一端与3#段保偏被动光纤11的一端采用45度熔接的方式连接，熔接点为5#熔接点10。3#段保偏被动光纤11的另一端切斜角，在图1为示为1#斜角12，以抑制端面反馈，同时作为拉曼激光的输出端。其中，线偏振泵浦源和线偏振信号源的中心波长的频率间隔约为13.2THz。
本实施例中：保偏被动光纤可采用常规的熊猫形石英光纤，由纤芯、包层和涂覆层构成，偏振泵浦源输出的泵浦光和线偏振信号源输出的信号光在其纤芯中传输。
本发明中，3段保偏被动光纤之间的相互熔接是采用45度熔接的方式加以连接。保偏被动光纤由于应力双折射，会产生两个相互正交的主轴即快轴14和慢轴13，两个主轴的折射率不同，因此会有折射率差。参照图2，1#段保偏被动光纤7的慢轴13和2#段保偏被动光纤9的慢轴13之间呈45度角，图2中标号15表示1#段保偏被动光纤与2#段保偏被动光纤45度熔接后，2#段保偏被动光纤上与1#段保偏被动光纤的慢轴平行的轴线。标号16即代表45度熔接时两段保偏被动光纤其慢轴之间的夹角。1#段保偏被动光纤7和2#段保偏被动光纤9之间的熔接点为4#熔接点8，经1#段保偏被动光纤7的慢轴13传输过来的线偏振光经4#熔接点8后分解成沿着2#段保偏被动光纤9的慢轴13和快轴14两个正交方向的光，由于两个方向的折射率不同，产生的相位差为2π/λΔnL，其中，λ是波长，Δn为快慢轴折射率差，L是2#段保偏被动光纤9的长度。
2#段保偏被动光纤9与3#段保偏被动光纤11之间的相互熔接是采用45度熔接的方式加以连接，2#段保偏被动光纤9的慢轴13和3#段保偏被动光纤11的慢轴13之间呈45度角。1#段保偏被动光纤7的慢轴13和3#段保偏被动光纤11的慢轴13之间呈0度角。2#段保偏被动光纤9和3#段保偏被动光纤11之间的熔接点为5#熔接点10。经5#熔接点10后，快、慢轴的光的相位差为(2m+1)π时，其中，m为大于等于0的整数，该波长对应的光的偏振方向将偏转90度，沿着3#段保偏被动光纤11的快轴14传输。由于在2#段保偏被动光纤9的慢轴13和快轴14两个方向传输的光的相位差与2#段保偏被动光纤9长度和其快、慢轴折射率差有关，而快、慢轴折射率差又是温度相关的，因此，通过调节2#段保偏被动光纤9的长度和温度，调整波长选择特性，使得高阶拉曼的偏振方向与泵浦光正交，实现抑制高阶拉曼的目的。
参照图3，为2#段保偏被动光纤的前后端均采用45度错位熔接后在慢轴方向的透射谱的测量装置示意图。该装置包括宽度泵浦源17、1#偏振分束器19、2#段保偏被动光纤9和2#偏振分束器21。
宽带泵浦源17的输出端与偏振分束器19的输入端采用0度熔接的方式加以连接，熔接点为6#熔接点18；偏振分束器19的慢轴输出端与2#段保偏被动光纤9的一端以45度熔接的方式加以连接，熔接点为4#熔接点8，偏振分束器19的另一快轴输出端切斜角抑制端面反馈，在图3示为2#斜角20。2#段保偏被动光纤9的长度为80cm，2#段保偏被动光纤9的另一端与2#偏振分束器21的输入端以45度熔接的方式加以连接，熔接点为5#熔接点10。2#偏振分束器21的慢轴输出端切斜角抑制端面反馈，在图3示为3#斜角22，同时作为输出端；2#偏振分束器21的另一快轴输出端切斜角防止端面反馈，在图3示为4#斜角23。通过上述的装置，在2#保偏被动光纤9的环境温度为15.5℃时，测得经过两次45度熔接后，在慢轴方向输出的光谱(27，单位为dBm)随着波长(28，单位为nm)的变化如图4所示。对于泵浦光1068.7nm(24)、一阶拉曼光1119.6nm(25)偏振方向不改变，而二阶拉曼光1084.0nm(26)偏振方向旋转90度，光强与泵浦光相差约20dB。在如图1所示的线偏振拉曼光纤激光器中熔接80cm的。2#段保偏被动光纤9，在15.5℃时，输出功率(34，单位为瓦)随着泵浦功率(33，单位为瓦)的变化曲线如图5所示。随着泵浦功率(33)的提高，4#熔接点8和5#熔接点10在0度熔接时一阶拉曼的功率(29)、二阶拉曼的功率(31)与4#熔接点8和5#熔接点10在45度熔接时一阶拉曼的功率(30)、二阶拉曼的功率(32)对比明显。通过45度熔接技术，使得该线偏振拉曼放大器的一阶拉曼的最高输出功率提高了24.2％。
以上所述仅为本发明的优选的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于保偏光纤45度错位熔接技术的高阶拉曼抑制方法，其特征在于：在线偏振拉曼光纤激光器中利用拉曼增益谱中泵浦波和斯托克斯波正交偏振时拉曼增益较低的特点，通过保偏被动光纤的45度错位熔接实现具有波长选择特性的偏振旋转功能，使得泵浦光和低阶拉曼光的偏振方向不变，而高阶拉曼的偏振方向与泵浦光正交，从而抑制高阶拉曼的增益；其中所述线偏振拉曼光纤激光器包括线偏振泵浦源、线偏振信号源、保偏被动光纤以及波分复用器，所述保偏被动光纤设有三段，分别为1#段保偏被动光纤、2#段保偏被动光纤和3#段保偏被动光纤，线偏振泵浦源的输出端与波分复用器的一个输入端采用0度熔接的方式连接，线偏振信号源的输出端与波分复用器的另一个输入端采用0度熔接的方式连接，波分复用器的公共端与1#段保偏被动光纤的一端采用0度熔接的方式连接，1#段保偏被动光纤的另一端与2#段保偏被动光纤的一端采用45度熔接的方式连接，2#段保偏被动光纤的另一端与3#段保偏被动光纤的一端采用45度熔接的方式连接，3#段保偏被动光纤的另一端作为拉曼激光的输出端。
2.根据权利要求1所述的基于保偏光纤45度错位熔接技术的高阶拉曼抑制方法，其特征在于：3#段保偏被动光纤其作为拉曼激光的输出端的一端切斜角以抑制端面反馈。
3.根据权利要求1所述的基于保偏光纤45度错位熔接技术的高阶拉曼抑制方法，其特征在于：线偏振泵浦源和线偏振信号源的中心波长的频率间隔为13.2THz。
4.根据权利要求1所述的基于保偏光纤45度错位熔接技术的高阶拉曼抑制方法，其特征在于：保偏被动光纤采用熊猫形石英光纤，其由纤芯、包层和涂覆层构成，偏振泵浦源输出的泵浦光和线偏振信号源输出的信号光在其纤芯中传输。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的基于保偏光纤45度错位熔接技术的高阶拉曼抑制方法，其特征在于：1#段保偏被动光纤的慢轴和2#段保偏被动光纤的慢轴之间呈45度角，1#段保偏被动光纤和2#段保偏被动光纤之间的熔接点为4#熔接点，经1#段保偏被动光纤的慢轴传输过来的线偏振光经4#熔接点后分解成沿着2#段保偏被动光纤的慢轴和快轴两个正交方向的光，由于两个方向的折射率不同，产生的相位差为2π/λΔnL，其中，λ是波长，Δn为快慢轴折射率差，L是2#段保偏被动光纤的长度；
2#段保偏被动光纤与3#段保偏被动光纤之间的相互熔接是采用45度熔接的方式加以连接，2#段保偏被动光纤的慢轴和3#段保偏被动光纤的慢轴之间呈45度角；1#段保偏被动光纤的慢轴和3#段保偏被动光纤的慢轴之间呈0度角；2#段保偏被动光纤和3#段保偏被动光纤之间的熔接点为5#熔接点；经5#熔接点后，快、慢轴的光的相位差为(2m+1)π时，其中，m为大于等于0的整数，该波长对应的光的偏振方向将偏转90度，沿着3#段保偏被动光纤的快轴传输；由于在2#段保偏被动光纤的慢轴和快轴两个方向传输的光的相位差与2#段保偏被动光纤长度和其快、慢轴折射率差有关，而快、慢轴折射率差又是温度相关的，因此，通过调节2#段保偏被动光纤的长度和温度，使得高阶拉曼的偏振方向与泵浦光正交，实现抑制高阶拉曼的目的。
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