CN108957795A - 一种光干涉器及波长可调谐全光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光干涉器以及使用了该光干涉器的波长可调谐全光纤激光器，其通过结合了马赫曾德与单模多模单模结构，利用了光的损耗与增益之间的模式竞争，实现了更大的波长调谐范围，能够起到现有技术中所不具备的诸多有益效果。

Description

一种光干涉器及波长可调谐全光纤激光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器技术领域，尤其涉及一种结合了马赫曾德与单模多模单模光纤结构的光干涉器及波长可调谐光纤激光器。
背景技术
光纤激光器与传统固体激光器相比具有结构简单、体积小、结构紧凑、方便携带的特点。随着光通信等不断对信息传递的快速、即时性与信息传递大容量的要求，波长可调谐激光器的研究如火如荼，可调谐光纤激光器能够实现单波长与多波长切换，改变波长，调整波长间隔等调谐。由于可调谐光纤激光器具有结构紧凑、调谐灵活和性能稳定等特点，在光纤通信、光纤测量、光纤传感等领域有多种应用，具有广泛的应用前景。然而，现有的可调谐光纤激光器大多存在波长调谐范围较小的技术问题，继而导致了其所应用的光纤通信、测量等领域中的技术效果。光干涉器作为激光器中的重要部件，对波长调谐性能发挥着决定作用。因此，如何提供一种能够有效拓宽波长调谐范围的光干涉器及应用其的全光纤激光器，是本领域中亟待解决的技术问题。
发明内容
针对上述本领域中存在的技术问题，本发明提供了一种光干涉器，基于马赫曾德与单模多模单模光纤相结合的结构，包括：
双干涉臂，所述双干涉臂的两端分别与一个1×2光纤耦合器连接，所述光纤耦合器连接单模光纤，从而形成马赫曾德干涉器结构，此结构可以作为梳状滤波器使用，实现等间隔的多个波长通过，并且马赫曾德结构通过改变两个干涉臂的长度，使透过的等间隔波长发生移动。
所述双干涉臂中的其中一条为单模多模单模干涉器。这种单模多模单模结构由单模光纤熔接多模光纤，多模光纤另一端熔接单模光纤，可以作为带通滤波器，模式跳变滤波器使用，通过弯曲，扭转，拉伸等施加外部应力，可改变输出的波长。
进一步地，可通过光纤熔接方式将所述单模多模单模结构干涉器放入所述双干涉臂。
在此基础上，本发明还提供了一种波长可调谐全光纤激光器，包括依次连接的泵浦源、波分复用器、增益光纤、上述光干涉器以及输出耦合器构成环形腔，实现形成激光的谐振腔条件；
其中，所述泵浦源用于作为激发激光的基础光源，通过所述波分复用器连接所述增益光纤，对其激发产生激光；所述激光经所述光干涉器进行波长调谐，并通过所述输出耦合器分为两路，其中一路光束传输至所述波分复用器，另一路由输出至所述环形腔外部。
进一步的，所述激光器中的各部件均通过光纤熔接方式连接。
在上述激光器中，泵浦光经过增益光纤激发了一段波长的光，但是有谐振腔的存在，激光在整个激光器中形成回路，在结构中循环。相较于其他波长，增益光纤对于某个波长那么有相对来说较好的增益效果，正是这种增益效果相较其他波长较高，经过模式竞争，最后激光器中某个波长的光占大部分，其他光被损耗。这种光的损耗与增益就是模式竞争的主要原因，不同光在谐振腔中循环传播，经过不同器件都会有不同损耗，光子自身寿命的原因也会有损耗，所以当光被增益光纤的增益小于损耗是就不会产生激光，当光增益等于损耗时，会出现不稳定的激光输出。当光增益大于损耗时就会产生稳定的连续激光输出。
有鉴于此，我们可以通过改变腔内的模式竞争关系来改变输出的波长，换句话说，通过改变不同波长的损耗实现不同的输出波长，达到可调谐的作用。马赫曾德结构可以作为梳状滤波器使用，使一段波长等间距周期性输出，即不同波长通过马赫曾德的透过率不同且呈周期性规律。已有实验证明通过改变马赫曾德两臂长差可以改变马赫曾德结构的透过波长间隔与波长透过率。单模多模单模结构也可作为滤波器使用，我们这里通过对单模多模单模结构进行拉伸改变它的透过波长，当单模多模单模受到径向应力时，多模光纤的长度L会变化ΔL，称之为微应变。此时，输出谱线会受到影响。输出波长的变化量可以表示为：
式中，λ表示波长，n为多模光纤的光纤纤芯折射率，a为多模光纤的芯径，L为多模光纤长度。
若光纤只受到轴向应力ε的影响，有：
其中p11、p12为弹光系数，v为光纤的泊松系数，pe为有效弹光系数。并有
由上式我们得到随着拉伸量与输出波长的关系。利用以上原理我们将马赫曾德与单模多模单模结构组合，实现可调谐波长结构。
本发明所提供的光干涉器以及使用了该光干涉器的波长可调谐全光纤激光器，通过结合了马赫曾德与单模多模单模结构，利用了光的损耗与增益之间的模式竞争，实现了更大的波长调谐范围，能够起到现有技术中所不具备的诸多有益效果。
附图说明
图1是马赫曾德干涉器结构原理图
图2是单模多模单模干涉器结构原理图
图3是本发明所提供的光干涉器结构的示意图
图4是本发明所提供的波长可调谐全光纤激光器结构示意图
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本设计方法进行详细说明。
现有技术中马赫曾德或单模多模单模干涉器结构如图1、2所示
为克服单独采用上述两种结构干涉器波长调谐范围较小的缺点，本发明所提供一种光干涉器，如图3所示，基于马赫曾德与单模多模单模光纤相结合的结构，包括：
双干涉臂，所述双干涉臂的两端分别与一个1×2光纤耦合器连接，所述光纤耦合器连接单模光纤；
所述双干涉臂中的其中一条为单模多模单模干涉器。
可通过光纤熔接方式将所述单模多模单模结构干涉器放入所述双干涉臂。
在此基础上，本发明还提供了一种波长可调谐全光纤激光器，如图4所示，包括依次连接的泵浦源、波分复用器、增益光纤、上述光干涉器以及输出耦合器构成环形腔，实现形成激光的谐振腔条件；
其中，所述泵浦源用于作为激发激光的基础光源，通过所述波分复用器连接所述增益光纤，对其激发产生激光；所述激光经所述光干涉器进行波长调谐，并通过所述输出耦合器分为两路，其中一路光束传输至所述波分复用器，另一路由输出至所述环形腔外部。
所述激光器中的各部件均通过光纤熔接方式连接。
在本申请的一个优选实施例中，泵浦源通过波分复用器对增益光纤进行泵浦并产生1.55μm的激射光，激射光通过马赫曾德单模多模单模结构后，再通过输出耦合器时，70％的光在环形腔内继续循环，30％的激射光从环形腔输出。
泵浦源发射泵浦光经过波分复用器，通过增益光纤后，泵浦源发射的980nm波段的光被增益光纤吸收，增益光纤激发出1550nm光。相较于其他波长，增益光纤对于1550nm那么有相对来说较好的增益效果，经过模式竞争，最后激光器中1550nm光占大部分，其他光被损耗。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种光干涉器，其特征在于：基于马赫曾德与单模多模单模光纤相结合的结构，包括：
双干涉臂，所述双干涉臂的两端分别与一个1×2光纤耦合器连接，所述光纤耦合器连接单模光纤；
所述双干涉臂中的其中一条为单模多模单模干涉器。
2.如权利要求1所述的光干涉器，其特征在于：通过光纤熔接方式将所述单模多模单模结构干涉器放入所述双干涉臂。
3.一种波长可调谐全光纤激光器，其特征在于：包括依次连接的泵浦源、波分复用器、增益光纤、如权利要求1或2所述的光干涉器以及输出耦合器构成环形腔；
其中，所述泵浦源用于作为激发激光的基础光源，通过所述波分复用器连接所述增益光纤，对其激发产生激光；所述激光经所述光干涉器进行波长调谐，并通过所述输出耦合器分为两路，其中一路光束传输至所述波分复用器，另一路由输出至所述环形腔外部。
4.如权利要求3所述的激光器，其特征在于：所述激光器中的各部件均通过光纤熔接方式连接。
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