CN109244818A - 基于光纤法拉第旋光镜环形结构的自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器 - Google Patents

基于光纤法拉第旋光镜环形结构的自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光纤法拉第旋光镜的自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器，其是基于线性增益的掺铒光纤放大和非线性增益的级联受激布里渊散射过程产生的。该装置包括：掺铒光纤放大器EDFA、光环形器、单模光纤SMF、光纤法拉第旋光镜FRM、光耦合器和c波段光谱分析仪，此发明具有结构简单、偏振无关、波长数量多的优势，采用法拉第旋光镜的环形结构，激光输出不仅不受偏振态影响，而且可以获得大的带宽，产生覆盖整个c波段的多波长激光，预计得到约200个数量的多波长布里渊激光。

Description

基于光纤法拉第旋光镜环形结构的自激发多波长布里渊掺铒 光纤激光器
技术领域
本发明涉及布里渊掺铒光纤激光器领域，具体是一种基于掺铒光纤线性增益和单模光纤非线性布里渊增益的多波长输出激光器。
背景技术
多波长布里渊激光器由于其在光纤传感、光谱测量、微波光子学及密集波分复用(DWDM)光通信方面的广泛应用从而引起人们的广泛关注。1997年，Cowle等最先提出了多波长掺铒光纤激光器。在多波长布里渊掺铒光纤激光器中，掺铒光纤提供线性增益，单模光纤提供非线性布里渊增益，通过级联的方式，输出固定波长间隔的多波长布里渊激光。
在现有文献中搜索发现，国内外学者(Y.J.Song等发表的Opt.Lett.,30(5),pp.486-488,2005；Y.Huang等发表的Opt.Com.281(2008),pp.452-456,September 2007；Ping he Wang,Y.J.Rao等发表的Opt.Eng.46(11),115002,November,2007；Wanjing peng等发表的Opt.Laser Tech.45(2013),pp.348-351,July,2012；黄优、詹黎等提出的发明专利，授权公开号：CN101257177A,“自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器”)；在环形结构中使用含有偏振控制器的萨格纳克环路反射镜，通过调节腔内萨格纳克环路反射镜来改变光线的传播方向，从而实现宽范围的多波长调节，获得更多的多波长输出。尽管结构有所改进，但是仍存在不足：首先，多波长激光的输出与偏振控制器PC的调控有关，调节PC有两个作用，一是调节激光的偏振态，二是改变光线的反射路径，提高环镜的反射率。上述实验中通过调节PC改变光的偏振态，影响了光的强度，造成光能量损耗过大；再者，PC的调控受Sagnac环镜带宽的限制，多波长激光输出数量少，带宽窄不可占满整个C波段；PC的调节还影响系统的布里渊增益，当布里渊增益足够高时，低阶斯托克斯波达到饱和，泵浦功率转移到高阶斯托克斯光，980nm泵浦功率受限的情况下，很难产生更高阶次的多波长激光。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种FRM环形结构的自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器，其具有结构简单、与偏振无关、数量多的优势，采用法拉第旋光镜的环形结构，激光输出不受偏振态影响，带宽大可以产生整个C波段的多波长激光，预计得到大约200个数量的多波长布里渊激光。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种基于光纤法拉第旋光镜环形结构的自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器，包括：掺铒光纤放大器EDFA、光环形器、单模光纤SMF、光纤法拉第旋光镜FRM、光耦合器和c波段光谱分析仪。
所述掺铒光纤放大器EDFA输出端与光环形器的a端口连接，所述光环形器的b端口与单模光纤SMF一端连接，所述单模光纤SMF另一端连接法拉第旋光镜FRM，所述光环形器的c端口与光耦合器的输入端连接，所述光耦合器的一输出端连接掺铒光纤放大器EDFA的输入端、另一输出端连接c波段光谱分析仪。
掺铒光纤放大器EDFA产生的ASE光，通过光环形器的a端口到b端口进入单模光纤SMF，经法拉第旋光镜反射后，通过光环行器的b端口到c端口，再经过光耦合器后大部分在谐振腔中进行谐振，小部分输出到c波段光谱分析仪进行观测；当EDFA功率足够大时，产生自激波长，此波长作为产生布里渊多波长的初始泵浦光，继续增大EDFA的功率，泵浦光被放大，便在SMF中发生受激布里渊散射，得到一阶布里渊斯托克斯光信号BS1，BS1信号经FRM反射重新进入布里渊增益光纤SMF，通过环形器进入EDFA中被放大，当被放大的BS1的功率大于SMF的受激布里渊散射阈值时，产生了二阶布里渊斯托克斯光信号BS2；环形结构中由于FRM的存在，BS1信号穿过SMF的部分经光纤镜反射后再次进入SMF，通过布里渊增益将能量传递给BS2；如果反射进SMF的BS1功率足够强，产生的BS2经FRM再次反射后进入SMF，相当于延长了SMF的长度或降低了SMF的阈值，由于级联受激布里渊散射效应，就可以得到更多数量的高阶布里渊斯托克斯光信号BSn。
所述掺铒光纤放大器EDFA的输出功率为1W。
所述单模光纤是长度为12km的SM-28单模光纤，用来提供布里渊非线性增益。
所述光纤法拉第旋光镜用来改变光的传输方向，将光反射到光路中，增强光功率，弥补损耗，输出偏振无关、带宽大的多波长激光。
所述光耦合器是分光比为10/90的耦合器，用来输出多波长激光。
所述c波段光谱分析仪分辨率为0.02nm。
本发明所述的基于自激的多波长布里渊掺铒光纤激光器的技术方案，与现有技术相比，实现了结构简单、偏振无关、数量多、稳定性好的多波长布里渊激光输出，其优点与积极效果具体体现在如下几方面：
一是与现有掺铒光纤激光器相比，在环形回路中使用光纤法拉第旋光镜，不受Sagnac环镜带宽的限制，带宽调谐范围大，多波长激光输出数量多，占满了整个C波段。
二是与现有掺铒光纤激光器相比，法拉第旋光镜的使用，使得系统中无需偏振调节，整个过程不受偏振态的影响，对过程中产生的激光能量影响小。经法拉第旋光镜反射的激光不仅增强了原回路中的激光功率，而且可以补充传播过程中少量的光损耗。整个过程大大简化了系统结构和操作，可以输出更多数量的、偏振无关的多波长布里渊激光。
附图说明
图1表示本发明基于光纤法拉第旋光镜环形结构自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器结构示意图。
图中，1-掺铒光纤放大器EDFA，2-光环形器，3-单模光纤SMF，4-光纤法拉第旋光镜FRM，5-光耦合器，6-c波段光谱分析仪。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施例作出进一步的说明。
一种基于光纤法拉第旋光镜环形结构的自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器，其是基于线性增益的掺铒光纤放大和非线性增益的级联受激布里渊散射过程产生的。如图1所示，包括：掺铒光纤放大器EDFA 1、光环形器2、单模光纤SMF 3、光纤法拉第旋光镜FRM 4、光耦合器5和c波段光谱分析仪6。
基于上述的构成要件，本发明的构成关系是：掺铒光纤放大器EDFA 1输出端与光环形器2的a端口连接，光环形器2的b端口与单模光纤SMF 3一端连接，单模光纤SMF 3另一端连接法拉第旋光镜FRM 4，光环形器2的c端口与光耦合器5的输入端连接，光耦合器5的一输出端连接掺铒光纤放大器EDFA 1的输入端、另一输出端连接c波段光谱分析仪6。
掺铒光纤放大器EDFA 1产生的ASE(the amplified spontaneous emission)光，通过光环形器2的a端口至b端口进入单模光纤SMF3，经法拉第旋光镜FRM 4反射后，通过光环行器2的b端口到c端口，再经过光耦合器5大部分在谐振腔中进行谐振，小部分输出到c波段光谱分析仪6进行观测。
当EDFA功率足够大时，会产生自激波长，此波长作为产生布里渊多波长的初始泵浦光，继续增大EDFA的功率，泵浦光被放大，便在SMF中发生受激布里渊散射，得到一阶布里渊斯托克斯光信号(BS1)。BS1信号经FRM反射重新进入布里渊增益光纤SMF，通过环形器进入EDFA中被放大，当被放大的BS1的功率大于SMF的受激布里渊散射阈值时，产生了二阶布里渊斯托克斯光信号(BS2)。环形结构中由于FRM的存在，BS1信号穿过SMF的部分经光纤镜反射后再次进入SMF，通过布里渊增益将能量传递给BS2。如果反射进SMF的BS1功率足够强，产生的BS2经FRM再次反射后进入SMF，相当于延长了SMF的长度或降低了SMF的阈值，由于级联受激布里渊散射效应，就可以得到更多数量的高阶布里渊斯托克斯光信号(BSn)。
进一步的具体实施方案如下：掺铒光纤放大器EDFA的输出功率为1W；单模光纤是长度为12km的SM-28单模光纤，用来提供布里渊非线性增益；光纤法拉第旋光镜用来改变光的传输方向，将光反射到光路中，增强光功率，弥补损耗，输出偏振无关、带宽大的多波长激光；光耦合器是分光比为10/90的耦合器，用来输出多波长激光；c波段光谱分析仪为Keysight公司推出的N9020信号分析仪，分辨率为0.02nm。
所采用的多波长布里渊光纤激光器的工作原理如下：
光纤中，入射激光和光纤中声波发生非线性的相互作用，光波通过电致伸缩产生声波，引起了光纤折射率的周期性调制，产生频率上、下移的反斯托克斯和斯托克斯布里渊散射光，在光纤中产生的布里渊频移vB，表示为
vB＝(2vA/c)vP (1)
其中，vP为泵浦光频率，vA为声速，c为光速，vB在1550nm附近大约为10GHz。
当掺铒光纤放大器的功率达到受激布里渊散射的阈值时，出现一阶的斯托克斯波vL1＝vP+vB，当进一步增加掺铒光纤放大器的功率，就激射出高阶斯托克斯波vLm(m＝2，3…)，且每两阶斯托克斯波之间间隔都为布里渊频移量vB，此就为预期的多波长布里渊掺铒光纤激光器，每阶斯托克斯波频率可以表示为：
vLm＝vL(m-1)+vB＝…＝vP+mvB (2)
工作时，掺铒光纤放大器EDFA 1产生的ASE(the amplified spontaneousemission)光，通过光环形器2的a端口，由b端口进入单模光纤SMF 3，经法拉第旋光镜FRM 4反射后，通过光环行器2的b端口到c端口，再经过光耦合器5大部分在谐振腔中进行谐振，小部分输出到c波段光谱分析仪6进行观测。当EDFA功率足够大时，会产生自激波长，此波长作为产生布里渊多波长的初始泵浦光，继续增大EDFA的功率，泵浦光被放大，便在SMF中发生受激布里渊散射，得到一阶布里渊斯托克斯光信号(BS1)。BS1信号经FRM反射重新进入布里渊增益光纤SMF，通过环形器进入EDFA中被放大，当被放大的BS1的功率大于SMF的受激布里渊散射阈值时，产生了二阶布里渊斯托克斯光信号(BS2)。环形结构中由于FRM的存在，BS1信号穿过SMF的部分经光纤镜反射后再次进入SMF，通过布里渊增益将能量传递给BS2。如果反射进SMF的BS1功率足够强，产生的BS2经FRM再次反射后进入SMF，相当于延长了SMF的长度或降低了SMF的阈值，由于级联受激布里渊散射效应，就可以得到更多数量的高阶布里渊斯托克斯光信号(BSn)。
上述掺铒光纤激光器是一种基于掺铒光纤线性增益和单模光纤非线性布里渊增益的多波长输出激光器，其结构简单、偏振无关、数量多，再加上采用法拉第旋光镜的结构，激光输出不仅不受偏振态的影响，而且带宽大可以产生整个C波段的多波长激光，预计可得到大约200个数量的多波长布里渊激光。
应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和应用，这些改进和应用也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于光纤法拉第旋光镜环形结构的自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器，其特征在于：包括：掺铒光纤放大器EDFA（1）、光环形器（2）、单模光纤SMF（3）、光纤法拉第旋光镜FRM（4）、光耦合器（5）和c波段光谱分析仪（6）；
所述掺铒光纤放大器EDFA（1）输出端与光环形器（2）的a端口连接，所述光环形器（2）的b端口与单模光纤SMF（3）一端连接，所述单模光纤SMF（3）另一端连接法拉第旋光镜FRM（4），所述光环形器（2）的c端口与光耦合器（5）的输入端连接，所述光耦合器（5）的一输出端连接掺铒光纤放大器EDFA（1）的输入端、另一输出端连接c波段光谱分析仪（6）。
2.根据权利要求1所述的基于光纤法拉第旋光镜环形结构的自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器，其特征在于：所述掺铒光纤放大器EDFA（1）的输出功率为1W。
3.根据权利要求1所述的基于光纤法拉第旋光镜环形结构的自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器，其特征在于：所述单模光纤SMF（3）是长度为12km的SM-28单模光纤。
4.根据权利要求1所述的基于光纤法拉第旋光镜环形结构的自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器，其特征在于：所述光耦合器（5）是分光比为10/90的耦合器。
5.根据权利要求1所述的基于光纤法拉第旋光镜环形结构的自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器，其特征在于：所述c波段光谱分析仪（6）分辨率为0.02nm。
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