CN108631146A - 一种近高斯型掺铒超荧光光纤光源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种近高斯型掺铒超荧光光纤光源，泵浦光源尾纤与耦合器入纤熔接，耦合器一端尾纤与第一波分复用器A端入纤熔接，耦合器另一端尾纤与第二波分复用器A端入纤熔接，第一波分复用器C端尾纤与反射镜入纤熔接，第一波分复用器B端尾纤与第一段掺铒光纤一端熔接，第一段掺铒光纤另一端与第一光隔离器入纤熔接，第一光隔离器尾纤与第二段掺铒光纤一端熔接，第二段掺铒光纤另一端与第二波分复用器B端尾纤熔接，第二波分复用器C端尾纤与第二光隔离器入纤熔接。本发明采用双向泵浦双级双程结构，通过调整两级掺铒光纤长度，对输出光谱谱型和光功率进行调整，获得输出光谱平均波长在1550nm波段、光功率大于8mW近高斯型掺铒光纤光源。

Description

一种近高斯型掺铒超荧光光纤光源
技术领域
本发明涉及一种光纤光源，特别涉及一种近高斯型掺铒超荧光光纤光源。
背景技术
光纤超荧光光源(SFS)通过在光纤中掺杂稀土元素，产生放大的自发辐射(ASE)即超荧光，因此又称之为ASE光源。其中，掺铒超荧光光纤光源由于具有输出功率高、光谱宽、波长稳定性好、使用寿命长、易与单模光纤耦合等优点，在光纤传感、光学精密测量、光探测、医学诊断等领域获得了广泛应用，尤其是在高精度光纤陀螺应用中，已成为首选光源。
铒离子的能级结构决定了掺铒光纤的输出光谱中包含1529nm和1558nm处的两个不对称波峰，前峰较高且谱窄，后峰相对较矮但谱宽，双峰差异较大，严重限制了光谱谱宽，因此在制作掺铒光纤光源时需要进行光谱整形。目前，对于掺铒光纤光源的谱型研究工作主要集中于矩形谱，其主要是通过增益平坦滤波器对原始谱型进行滤波得到的。采用滤波器虽然可以提高光谱对称性，拓展谱宽，但是会产生较大的功率损耗；同时，在掺铒光纤长度固定时，泵浦功率的变化会使双峰功率谱密度发生变化，对光谱的稳定性和平坦化产生很大影响。
发明内容
为了解决目前掺铒超荧光光纤光源输出光谱的谱形问题，本发明解决的技术问题是提供一种平均波长在1550nm波段的、高效的近高斯型掺铒超荧光光纤光源，在获得较高光谱稳定性的同时，具有较高的输出光功率。
为解决上述技术问题,本发明一种近高斯型掺铒超荧光光纤光源,包括：泵浦光源、耦合器、第一波分复用器、反射镜、第一段掺铒光纤、第一光隔离器、第二段掺铒光纤、第二波分复用器、第二光隔离器，泵浦光源的尾纤与耦合器的入纤熔接，耦合器的一端尾纤与第一波分复用器的A端入纤熔接，耦合器的另一端尾纤与第二波分复用器的A端入纤熔接，第一波分复用器的C端尾纤与反射镜的入纤熔接，第一波分复用器的B端尾纤与第一段掺铒光纤的一端熔接，第一段掺铒光纤的另一端与第一光隔离器的入纤熔接，第一光隔离器的尾纤与第二段掺铒光纤的一端熔接，第二段掺铒光纤的另一端与第二波分复用器的B端尾纤熔接，第二波分复用器的C端尾纤与第二光隔离器的入纤熔接。
作为本发明的一种优选方案，泵浦光源为半导体激光器，激光波长为980nm。
作为本发明的另一种优选方案，耦合器是具有一定分光比的一分二耦合器、为980nm的单模光纤耦合器，分光比包括：50:50、60:40、70：30、80:20、90:10。
作为本发明的再一种优选方案，第一波分复用器和第二波分复用器均为980nm/1550nm的单模波分复用器。
作为本发明的又一种优选方案，反射镜为法拉第旋转反射镜，工作波长为1550nm。
作为本发明的又一种优选方案，第一光隔离器和第二光隔离器均为1550nm的光隔离器。
本发明的有益效果：本发明在未采用滤波器的情况下的输出光谱为单峰结构的近高斯型，光谱对称性好，中心波长在一定温度范围内基本保持不变；输出光谱的平均波长在1550nm波段，位于光纤传输的低损耗区；在获得近高斯型光谱的同时具有输出光功率大于8mW、半峰值谱宽(FWHM)大于10nm的特点。
附图说明
图1是本发明近高斯型掺铒超荧光光纤光源的光路结构框图；
图2是本发明采用的温度曲线；
图3是输出光谱曲线；
图4是平均波长与环境温度变化的关系曲线；
图5是输出功率与环境温度变化的关系曲线；
图6是半最大值全宽与环境温度变化的关系曲线。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种高效的近高斯型掺铒超荧光光纤光源，参见图1所示，波长为980nm的泵浦光源1的尾纤与980nm耦合器2的入纤熔接，980nm耦合器2的一端尾纤与980nm/1550nm的第一波分复用器3的A端(980nm端口)入纤熔接，980nm耦合器2的另一端尾纤与980nm/1550nm的第二波分复用器8的A端(980nm端口)入纤熔接，980nm/1550nm的第一波分复用器3的C端(1550nm端口)尾纤与1550nm法拉第旋转反射镜4的入纤熔接，980nm/1550nm的第一波分复用器3的B端(980nm/1550nm端口)尾纤与第一段掺铒光纤5的一端熔接，第一段掺铒光纤5的另一端与1550nm第一光隔离器6的入纤熔接，1550nm第一光隔离器6的尾纤与第二段掺铒光纤7的一端熔接，第二段掺铒光纤7的另一端与980nm/1550nm的第二波分复用器8的B端(980nm/1550nm端口)尾纤熔接，980nm/1550nm的第二波分复用器8的C端(1550nm端口)尾纤与1550nm第二光隔离器9的入纤熔接。本发明采用双向泵浦双级双程结构，通过调整两级掺铒光纤的长度，可以同时对输出光谱谱型和光功率进行调整，最终获得输出光谱平均波长在1550nm波段、光功率大于8mW的近高斯型掺铒光纤光源。
在本发明中，泵浦光源1用于输出980nm的泵浦光。
在本发明中，耦合器2用于把980nm泵浦光按照一定功率比分为两路子泵浦光。
在本发明中，第一波分复用器3一方面把经A端口输入的一路980nm子泵浦光通过B端口注入第一段掺铒光纤5中；另一方面把经B端口输入的后向超荧光通过C端口输出给反射镜4，同时把反射镜反射后的超荧光通过B端口注入第一段掺铒光纤5中。
在本发明中，反射镜4对经第一波分复用器3的C端口输出的后向超荧光进行反射，并将反射后的超荧光输入进第一波分复用器3的C端口，使得第一段掺铒光纤5输出的前向超荧光增强。另外，反射镜4可以消除光偏振效应对光谱稳定性造成的影响。
在本发明中，第一段掺铒光纤5作为增益介质用于吸收注入的980nm子泵浦光，并产生向前、向后两个方向传播的超荧光。
在本发明中，第一光隔离器6一方面把第一段掺铒光纤5输出的前向超荧光输出给第二段掺铒光纤7；另一方面对第二段掺铒光纤7输出的前向超荧光和残余的980nm子泵浦光进行光隔离，避免对第一段掺铒光纤5的输出荧光谱造成影响。
在本发明中，第二段掺铒光纤7一方面作为增益介质用于吸收注入的另一路980nm子泵浦光并产生向前、向后两个方向传播的超荧光；另一方面，作为第一段掺铒光纤5输出的前向超荧光的滤波器，滤掉短波长方向的超荧光而只保留长波长方向的超荧光，起到光谱调整的作用。
在本发明中，第二波分复用器8一方面把经A端口输入的另一路980nm子泵浦光通过B端口注入第二段掺铒光纤7中；另一方面把经B端口输入后向超荧光通过C端口输出给第二光隔离器9。
在本发明中，第二光隔离器9一方面把来自第二波分复用器8C端口的超荧光通过尾纤输出；另一方面对掺铒光纤光源外界输入的光波进行隔离，避免对光源的稳定性造成影响。
本实施例：
如图1所示，本发明提供的一种高效的近高斯型掺铒超荧光光纤光源，包括泵浦光源1、耦合器2、第一波分复用器3、法拉第旋转反射镜4、第一段掺铒光纤5、第一光隔离器6、第二段掺铒光纤7、第二波分复用器8、第二光隔离器9；泵浦光源1的尾纤与耦合器2入纤熔接，耦合器2的两根尾纤分别与第一波分复用器3和第二波分复用器8的A端入纤熔接，第一波分复用器3的B、C两端尾纤分别与第一段掺铒光纤5的一端和法拉第旋转反射镜4的端纤熔接，第一光隔离器6的入纤和尾纤分别与第一段掺铒光纤5的另一端和第二段掺铒光纤7的一端熔接，第二波分复用器8的B、C两端尾纤分别与第二段掺铒光纤7的另一端和第二光隔离器9的入纤熔接，第二光隔离器9的尾纤端作为掺铒光纤光源的最终输出端。
单模光纤耦合器2的分光比为50:50。
第一段掺铒光纤5的纤芯半径为1.6um，数值孔径为0.23，长度为15m。
第二段掺铒光纤7的纤芯半径为1.6um，数值孔径为0.23，长度为7m。
当泵浦光源1的泵浦功率为50mW时，得到本实施例中的输出光谱图，如图3所示，可知所得输出光谱为近高斯型光谱。所得光源的输出特征参数为：输出功率8.22mW，谱宽11.75nm，平均波长1557.93nm。
图2为本发明采用的温度曲线，图4、5、6分别为本实施例中的近高斯型掺铒超荧光光纤光源在-40℃～+60℃温度范围内测试时的平均波长、输出功率、半最大值全宽随环境温度变化的曲线。经计算，平均波长、输出功率、半最大值全宽在全温范围内的相对变化量分别为154.29ppm、4.64％和1.68％。
本发明的具体实施例仅用于对本发明所述的近高斯型掺铒超荧光光纤光源作进一步的说明，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种近高斯型掺铒超荧光光纤光源,其特征在于：包括泵浦光源、耦合器、第一波分复用器、反射镜、第一段掺铒光纤、第一光隔离器、第二段掺铒光纤、第二波分复用器、第二光隔离器，泵浦光源的尾纤与耦合器的入纤熔接，耦合器的一端尾纤与第一波分复用器的A端入纤熔接，耦合器的另一端尾纤与第二波分复用器的A端入纤熔接，第一波分复用器的C端尾纤与反射镜的入纤熔接，第一波分复用器的B端尾纤与第一段掺铒光纤的一端熔接，第一段掺铒光纤的另一端与第一光隔离器的入纤熔接，第一光隔离器的尾纤与第二段掺铒光纤的一端熔接，第二段掺铒光纤的另一端与第二波分复用器的B端尾纤熔接，第二波分复用器的C端尾纤与第二光隔离器的入纤熔接。
2.根据权利要求1所述的一种近高斯型掺铒超荧光光纤光源,其特征在于：所述的泵浦光源为半导体激光器，激光波长为980nm。
3.根据权利要求1所述的一种近高斯型掺铒超荧光光纤光源,其特征在于：所述的耦合器是具有一定分光比的一分二耦合器、为980nm的单模光纤耦合器，分光比包括：50:50、60:40、70：30、80:20、90:10。
4.根据权利要求1所述的一种近高斯型掺铒超荧光光纤光源,其特征在于：所述的第一波分复用器和第二波分复用器均为980nm/1550nm的单模波分复用器。
5.根据权利要求1所述的一种近高斯型掺铒超荧光光纤光源,其特征在于：所述的反射镜为法拉第旋转反射镜，工作波长为1550nm。
6.根据权利要求1所述的一种近高斯型掺铒超荧光光纤光源,其特征在于：所述的第一光隔离器和第二光隔离器均为1550nm的光隔离器。
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