CN109378686A - 一种可切换多波长双向调q掺稀土离子光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光纤激光器领域，涉及一种可切换多波长双向调Q掺稀土离子光纤激光器。该发明将一个泵浦源和一个波分复用器的泵浦端用光纤连接，波分复用器的另一端和掺稀土离子光纤连接，掺稀土离子光纤的另一端和一个2*2输出耦合器一端的大耦合比支路连接，小耦合比支路作为逆时针方向光路的输出端，另一端的大耦合比支路和双向光纤起偏器连接，小耦合比支路作为顺时针方向光路的输出端，双向光纤起偏器的另一端连接波分复用器，形成一个环形的激光器谐振腔，两个偏振控制器置于双向光纤起偏器的两侧，一个透射式可饱和吸收体放在双向光纤起偏器和波分复用器之间。调节偏振控制器，可实现灵活方便地对双向调Q光纤激光器的输出波长的控制。

Description

一种可切换多波长双向调Q掺稀土离子光纤激光器
技术领域
本发明涉及一种可切换多波长双向调Q掺稀土离子光纤激光器，属于光纤激光器技术领域。
背景技术
相比于传统的单向运行的脉冲光纤激光器，在谐振腔内没有隔离器的双向运行的脉冲光纤激光器具有在顺时针和逆时针两个光路方向上产生脉冲的优势。自从第一台双向锁模的全光纤激光器在2008年问世以来，由于其在陀螺仪、光纤传感以及双梳光谱学等方面具有广泛的应用，双向锁模光纤激光器越来越引起科学界的研究兴趣。与此同时，双向调Q脉冲光纤激光器在和频混合以及光波信号合成有着潜在的应用，也引起了人们的注意。由于双向运行的激光器谐振腔的不对称，顺时针和逆时针两个光路方向上的非线性、增益及损耗会有所不同，这会导致在这两个方向上产生的脉冲具有不同光谱、脉宽、输出功率和频率。多波长调Q单向脉冲光纤激光器在机载激光雷达、太赫兹的产生、光通信和微波辐射等方面拥有着广泛的应用，对单向运行的激光器谐振腔中的激光波长进行控制具有潜在的科学和技术意义。特别是在考虑双向光纤激光器方向性差异的情况下，顺时针和逆时针两个光路方向上的多波长的产生和控制是一项极具挑战性的应用技术之一。
目前，多波长双向调Q光纤激光器的首次报道是在2014年，其激发波长具有随机性，调Q脉冲以及多波长的产生都是激光器的一个中间态，调节偏振控制器，激光器会切换到稳定的锁模状态，难以有效地进行控制和调节。而在调Q光纤激光器产生多波长的方法有偏振烧孔效应和四波混频（FWM）效应。另外，一些波长选择性器件可以用来实现多波长的产生包括光纤布拉格光栅，锥形光纤等。但上述这些产生多波长的方法都有着激发波长的位置和数量难以有效和灵活地控制的缺点。因此，研究如何在双向调Q光纤激光器的谐振腔中产生多波长并对激发波长进行有效和灵活地控制，具有很好的科学和技术意义。
正基于此，双向光纤起偏器的特点是线偏振光从它的任意一端输入都可以在另外一端得到一个偏振光。在双向调Q光纤激光器中加入这种双向光纤起偏器，结合激光器谐振腔内光纤固有的双折射，可实现在顺时针和逆时针两个光路方向各引入一个光纤双折射滤波器，从而在两个方向激发出多波长。调节偏振控制器，可对激发波长的位置、数量可以进行灵活有效地控制。这不仅能够解决目前多波长双向调Q光纤激光器输出波长难以控制的难题，而且这种基于双向光纤起偏器的双折射滤波器的多波长双向调Q光纤激光器在和频混合、光波信号合成、机载激光雷达、太赫兹的产生、光通信和微波辐射以及双光源设计等方面具有潜在的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的不足，提出了一种可切换多波长双向调Q掺稀土离子光纤激光器。
为了达到上述目的，本发明的构思是：
本发明是一个基于透射式可饱和吸收体和双向光纤起偏器的可切换多波长双向调Q光纤激光器，稳定的调Q脉冲的产生是通过加入透射式可饱和吸收体实现的，双向光纤激光器的多波长产生是通过引入基于双向光纤起偏器的双折射滤波器实现的。
通常，一段具有双折射的光纤两端各连接一个起偏器时，就可以构成一个双折射滤波器。在激光器谐振腔引入这种双折射滤波器，改变掺稀土离子光纤的增益谱，减小增益竞争，就可以激发多波长。调节偏振控制器，可实现对激发波长相对位置以及数量的控制，起到灵活有效地控制波长激发特性的作用。而在没有光隔离器的环形双向光纤激光器中，加入双向光纤起偏器，结合谐振腔内固有的双折射，就可以等效成为具有双折射光纤的两端各连接一个双向光纤起偏器，就可以实现顺时针和逆时针两个光路方向各引入一个基于双向光纤起偏器的双折射滤波器。结合双向光纤激光器顺时针和逆时针两个光路方向的差异性，当调节偏振控制器，可在两个方向同时激发出相同或不同的多波长，得到一个可切换多波长双向调Q光纤激光器，实现灵活方便地对双向调Q光纤激光器输出波长的控制。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种可切换多波长双向调Q掺稀土离子光纤激光器，包括一个泵浦源、一个波分复用器、一段掺稀土离子光纤、一个2*2输出耦合器、一个双向光纤起偏器、一个透射式可饱和吸收体和两个偏振控制器，所述泵浦源和波分复用器的泵浦端用光纤连接，波分复用器的公共端和掺稀土离子光纤连接，掺稀土离子光纤的另一端和2*2输出耦合器一端的大耦合比支路连接，此端的小耦合比支路作为逆时针方向光路的输出端，2*2输出耦合器另一端的大耦合比支路和双向光纤起偏器连接，此端的小耦合比支路作为顺时针方向光路的输出端，双向光纤起偏器连接波分复用器的另一端，形成一个环形的激光器谐振腔，两个偏振控制器置于双向光纤起偏器的两侧，透射式可饱和吸收体置于波分复用器和向光纤起偏器之间。
本发明与现有技术相比较，具有如下显著优点：
1. 本发明采用一个理想的双向光纤型起偏器，不仅可以在双向调Q掺稀土离子光纤激光器顺时针和逆时针两个光路方向上各引入一个光纤双折射滤波器，进而产生多波长，还可以实现一个具有紧凑的全光纤结构的双向调Q掺稀土离子光纤激光器。
2. 本发明只需调节偏振控制器，就可灵活有效地改变两个方向上的波长激发特性。
3. 本发明可切换多波长双向调Q掺稀土离子光纤激光器制作工艺简单，成本低廉，操作简便。
4. 本发明可切换多波长双向调Q掺稀土离子光纤激光器在和频混合、光波信号合成、机载激光雷达、太赫兹的产生、光通信和微波辐射以及双光源设计等方面具有潜在的应用价值。
附图说明
图1为可切换双波长双向调Q光纤激光器的结构示意图。
图2为双向调Q光纤激光器的顺时针和逆时针两个方向在1561nm处的单波长光谱图。
图3为双向调Q光纤激光器的顺时针和逆时针两个方向在1551.2nm处的单波长光谱图。
图4为双向调Q光纤激光器的顺时针和逆时针两个方向在1551.2nm和1561nm处的双波长光谱图。
图5为双向调Q光纤激光器的顺时针方向在1551.2nm处的单波长光谱图以及逆时针方向在1551.2nm和1561nm处的双波长光谱图。
图6为双向调Q光纤激光器的逆时针方向在1561nm处的单波长光谱图以及顺时针方向在1551.2nm和1561nm处的双波长光谱图。
具体实施方式
本发明的具体优选实施例结合附图叙述于下：
如图1所示，本实施例一种可切换多波长双向调Q掺稀土离子光纤激光器，包括一个980nm的激光二极管1、一个波分复用器2、一段掺铒光纤3、一个2*2的60:40的输出耦合器4、一个双向起偏器45°倾斜光纤光栅8、一片1*1mm碳纳米管/聚乙烯醇复合物薄膜10和两个偏振控制器7和9。
波分复用器2的泵浦端与980nm激光二极管1用光纤相连，波分复用器2的公共端与掺铒光纤3相连，掺铒光纤3的另外一端与2*2的60:40的输出耦合器4一端的大耦合比支路相连，此端的小耦合比支路5作为逆时针的输出端，2*2的60:40的输出耦合器4另外一端的大耦合比支路与45°倾斜光纤光栅8相连，此端的小耦合比支路6作为顺时针时针的输出端，两个偏振控制器7、9分别放置在45°倾斜光纤光栅8的两侧，45°倾斜光纤光栅8的另外一端与波分复用器2的另外一端用光纤相连，从而实现一个环形的激光器谐振腔，一片1*1mm碳纳米管/聚乙烯醇复合物薄膜10夹在波分复用器2和45°倾斜光纤光栅8之间的两个跳线头的中间，作为可饱和吸收体，使激光器产生调Q脉冲，碳纳米管/聚乙烯醇复合物薄膜10的调制深度为6%，45°倾斜光纤光栅8的偏振相关损耗为16dB。该激光器包含0.83m的掺铒光纤3，0.48m的OFS 980 光纤和3.49m的单模光纤，总腔长为4.8m。
开启980nm激光二极管，当泵浦功率为18mW时，双向光纤激光器的顺时针和逆时针光路都产生稳定的调Q脉冲。
由于加入45°倾斜光纤光栅8，在双向光纤激光器的顺时针和逆时针光路两个方向各引入一个双折射滤波器，减小掺铒光纤的增益竞争。当泵浦增加为91mW时，调节偏振控制器，平衡谐振腔的不对称性，在1561nm处获得较强的增益，产生稳定的调Q脉冲，如图2所示的是两个方向在1561nm处的光谱。调节偏振控制器，在1551.2nm处获得较强的增益，双向光纤激光器的顺时针和逆时针光路的波长可从从1561nm切换到1551.2nm，如图3所示。
在相同的泵浦功率91mW下，继续调节偏振控制器，再达到一定的平衡，双向光纤激光器的顺时针和逆时针光路两个方向在1551.2nm和1561nm两个波长处同时获得较强的增益，两个方向同时产生1551.2nm和1561nm双波长调Q脉冲，波长间隔为9.8nm，如图4所示。
继续调节偏振控制器，由于在一定情况下，双向光纤激光器的顺时针和逆时针光路两个方向的增益、损耗和非线性等参数不一样，使得在顺时针方向激发出1551.2nm单波长，在逆时针方向激发出1551.2nm和1561nm的双波长，如图5所示。相反，调节偏振控制器，也可以在逆时针方向激发出1561nm单波长，在顺时针方向激发出1551.2nm和1561nm的双波长，如图6所示。

Claims (1)

1.一种可切换多波长双向调Q掺稀土离子光纤激光器，其特征在于，包括一个泵浦源（1）、一个波分复用器（2）、一段掺稀土离子光纤（3）、一个2*2输出耦合器（4）、一个双向光纤起偏器（8）、一个透射式可饱和吸收体（10）和两个偏振控制器（7、9），所述泵浦源（1）和波分复用器（2）的泵浦端用光纤连接，波分复用器（2）的公共端和掺稀土离子光纤（3）连接，掺稀土离子光纤（3）的另一端和2*2输出耦合器（4）一端的大耦合比支路连接，此端的小耦合比支路（5）作为逆时针方向光路的输出端，2*2输出耦合器（4）另一端的大耦合比支路和双向光纤起偏器（8）连接，此端的小耦合比支路（6）作为顺时针方向光路的输出端，双向光纤起偏器（8）连接波分复用器（2）的另一端，形成一个环形的激光器谐振腔，两个偏振控制器（7、9）置于双向光纤起偏器（8）的两侧，透射式可饱和吸收体（10）置于波分复用器（2）和向光纤起偏器（8）之间。
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