CN109638625A - 多波长可调谐全光纤脉冲激光器及系统 - Google Patents

多波长可调谐全光纤脉冲激光器及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多波长可调谐全光纤脉冲激光器及系统，涉及激光技术领域，该激光器包括：高非线性双折射滤波器，以及与高非线性双折射滤波器分别连接的泵浦光输入单元和激光输出单元；泵浦光输入单元还与激光输出单元通过光纤相连；其中，泵浦光输入单元用于与外设泵浦光源连接，获取泵浦光源传输的泵浦光，并基于泵浦光得到耦合后的信号光；高非线性双折射滤波器包括相连的双折射滤波单元和高非线性光纤；高非线性双折射滤波器用于调谐信号光；激光输出单元用于基于信号光得到锁模脉冲激光，并输出锁模脉冲激光。本发明提供的激光器结构简单，同时具备较好的多波长可调谐性，还可以提高锁模脉冲的稳定性。

Description

多波长可调谐全光纤脉冲激光器及系统
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其是涉及一种多波长可调谐全光纤脉冲激光器及系统。
背景技术
多波长光纤激光器是一种可以同时为多个信道提供所需光源的激光器，在密集波分复用系统中有很重要的用途。但是现有多波长光纤激光器可以进一步优化，例如，现有的多波长激光器存在结构复杂、激光器输出的多波长可调谐性较差以及锁模脉冲的稳定性较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多波长可调谐全光纤脉冲激光器及系统，结构简单，同时具备较好的多波长可调谐性，还可以提高锁模脉冲的稳定性。
第一方面，本发明实施例提供了一种多波长可调谐全光纤脉冲激光器，包括：高非线性双折射滤波器，以及与高非线性双折射滤波器分别连接的泵浦光输入单元和激光输出单元；泵浦光输入单元还与激光输出单元通过光纤相连；其中，泵浦光输入单元用于与外设泵浦光源连接，获取泵浦光源传输的泵浦光，并基于泵浦光得到耦合后的信号光；高非线性双折射滤波器包括相连的双折射滤波单元和高非线性光纤；高非线性双折射滤波器用于调谐信号光；激光输出单元用于基于信号光得到锁模脉冲激光，并输出锁模脉冲激光。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述泵浦光输入单元包括光纤放大器，以及与光纤放大器连接的波分复用器；其中，光纤放大器用于基于泵浦光形成信号光；波分复用器用于对信号光进行耦合处理。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述双折射滤波单元包括保偏隔离器，以及与保偏隔离器分别连接的第一偏振控制器和第二偏振控制器；其中，保偏隔离器用于控制信号光的传输方向；第一偏振控制器和第二偏振控制器均用于调谐信号光的偏振状态。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述保偏隔离器包括PM-ISO。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述激光输出单元包括：依次连接的锁模组件和输出耦合器；其中，锁模组件用于基于信号光得到锁模脉冲激光；输出耦合器用于输出锁模脉冲激光。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述锁模组件为Mode-locker锁模组件。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述输出耦合器包括第一接口和第二接口；其中，第一接口用于与锁模组件相连；第二接口用于输出锁模脉冲激光。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述上述激光器为全光纤环形结构。
第二方面，本发明实施例还提供一种多波长可调谐全光纤脉冲激光系统，包括：依次连接的外设泵浦光源和权利要求1至8任一项的多波长可调谐全光纤脉冲激光器。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，上述外设泵浦光源为激光二极管或连续光激光器。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供的多波长可调谐全光纤脉冲激光器及系统，包括高非线性双折射滤波器，以及与该高非线性双折射滤波器分别相连的泵浦光输入单元和激光输出单元，具体的，泵浦光输入单元用于与外设泵浦光源连接，基于获取得到的泵浦光得到耦合后的信息光，通过双折射滤波单元和高非线性光纤组成高非线性双折射滤波器，以调谐上述信号光，再由激光输出单元基于信号光得到锁模脉冲激光，并输出该锁模脉冲激光。相较于现有技术中在激光器内加入多个不同的光纤光栅来实现激光器的多波长可调谐输出，本发明实施例通过高非线性双折射滤波器实现多波长锁模脉冲，并且输出波长的可调谐范围大于40纳米，本发明实施例提供的激光器不但结构简单，而且还可以提高锁模脉冲激光的稳定性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种多波长可调谐全光纤脉冲激光器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种多波长可调谐全光纤脉冲激光器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种多波长可调谐全光纤脉冲激光系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种多波长可调谐全光纤脉冲激光系统的结构示意图。
图标：
100-多波长可调谐全光纤脉冲激光器；110-高非线性双折射滤波器；111第一偏振控制器；112-保偏隔离器；113-第二偏振控制器；114-高非线性光纤；120-泵浦光输入单元；121-波分复用器；122-增益光纤；130-激光输出单元；131-锁模组件；132-输出耦合器；200-外设泵浦光源。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，以一种多波长掺镱锁模脉冲光纤激光器为例，该多波长光纤激光器采用了偏振控制器、保偏光纤、偏振相关隔离器和偏振控制器的结构，虽然可以实现多波长的锁模光谱输出，但是其双波长范围的调谐输出范围只有几纳米，并且其它多波长的输出不具备可调谐性。以一种三波长掺铒锁模脉冲光纤激光器为例，该多波长光纤激光器由环形器、三个啁啾光纤布拉格光栅组成，结构复杂，并且输出的三个波长均不具备可调谐性。另外，再以一种多波长掺铥锁模脉冲光纤激光器为例，此结构由偏振控制器、偏振相关隔离器、偏振控制器和70米的普通单模光纤组成，虽然实现了多波长的锁模光谱输出，但相比于标准长度的10米的激光谐振腔，此激光器的腔长度可达80米，激光谐振腔过长，另外，该激光器利用两个793纳米的激光二极管作为泵浦源，结构过于复杂，并且输出脉冲的信噪比只有40dB，相比于常见的锁模激光器的70dB的信噪比，其锁模的稳定性较低。
基于此，本发明实施例提供的一种多波长可调谐全光纤脉冲激光器及系统，结构简单，同时具备较好的波长可调谐性，还可以提高锁模脉冲的稳定性。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种多波长可调谐全光纤脉冲激光器进行详细介绍，参见图1所示的一种多波长可调谐全光纤脉冲激光器的结构示意图，该激光器包括：高非线性双折射滤波器110，以及与高非线性双折射滤波器110分别连接的泵浦光输入单元120和激光输出单元130；泵浦光输入单元120还与激光输出单元130通过光纤相连。
其中，泵浦光输入单元120用于与外设泵浦光源连接，获取泵浦光源传输的泵浦光，并基于泵浦光得到耦合后的信号光。具体的，泵浦光输入单元接收泵浦光源传输的泵浦光，基于该泵浦光得到信号光，并对该信号光进行耦合处理，即将该信号光耦合至激光谐振腔(也即，多波长可调谐全光纤脉冲激光器)内。
高非线性双折射滤波器110包括相连的双折射滤波单元和高非线性光纤，该高非线性双折射滤波器用于调谐信号光。其中，双折射滤波单元可以由两个偏振控制器和一个保偏隔离器组成，第一偏振控制器和第二偏振控制器设置在保偏隔离器的两侧，均用于调谐信号光的偏振状态，保偏隔离器用于控制信号光的传输方向，实现信号光的定向运转，进一步的，上述由两个偏振控制器和一个保偏隔离器组成的双折射滤波单元用于实现激光器的多波长宽带可调谐输出。另外，HNLF(High Nonlinear Fiber，高非线性光纤)用于增加激光谐振腔的非线性，以获得宽带的多波长可调谐锁模光谱输出。
激光输出单元130用于基于信号光得到锁模脉冲激光，并输出锁模脉冲激光。在一种实施方式中，激光输出单元可以由锁模组件和输出耦合器组成，具体的，锁模组件与上述高非线性光纤连接，用于基于上述信号光得到锁模脉冲激光；输出耦合器的一端与锁模组件连接，用于维持激光器的增益和继续运转，另一端作为输出端，用于输出锁模脉冲激光。
本发明实施例提供的多波长可调谐全光纤脉冲激光器，包括高非线性双折射滤波器，以及与该高非线性双折射滤波器分别相连的泵浦光输入单元和激光输出单元，具体的，泵浦光输入单元用于与外设泵浦光源连接，基于获取得到的泵浦光得到耦合后的信息光，通过双折射滤波单元和高非线性光纤组成高非线性双折射滤波器，以调谐上述信号光，再由激光输出单元基于信号光得到锁模脉冲激光，并输出该锁模脉冲激光。相较于现有技术中在激光器内加入多个不同的光纤光栅来实现激光器的多波长可调谐输出，本发明实施例通过高非线性双折射滤波器实现多波长锁模脉冲，并且输出波长的可调谐范围大于40纳米，本发明实施例提供的激光器不但结构简单，而且还可以提高锁模脉冲激光的稳定性。
为了便于对上述实施例提供的多波长可调谐全光纤脉冲激光器进行理解，本发明实施例还提供了另一种多波长可调谐全光纤脉冲激光器，参见图2所示的另一种多波长可调谐全光纤脉冲激光器的结构示意图，该激光器包括：
通过光纤依次连接的波分复用器121、增益光纤122、第一偏振控制器111、保偏隔离器112、第二偏振控制器113、高非线性光纤114、锁模组件131和输出耦合器132，其中，波分复用器121还与输出耦合器132连接，形成全光纤环形结构。
其中，上述波分复用器121和增益光纤122组成泵浦光输入单元。具体的，WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用器)，用于与外设泵浦光源连接，并获取外设泵浦光源传输的泵浦光；波分复用器还用于对信号光进行耦合处理，将外设泵浦光源传输的泵浦光耦合至激光谐振腔内。增益光纤(也即，光纤放大器)用于基于泵浦光形成信号光，同时还可以起到放大信号光的作用，其中，增益光纤可以采用EDF(Erbium DopedFiber，掺铒光纤)、YDF(Yb-Doped Fiber，掺镱光纤)或TDF(Tm-Doped Fiber，掺铥光纤)等。
进一步的，双折射滤波单元包括保偏隔离器112，以及与保偏隔离器112分别连接的第一偏振控制器111和第二偏振控制器113；其中，保偏隔离为PM-ISO(PolarizationMaintaining Isolator，保偏隔离器)，用于控制信号光的传输方向，第一偏振控制器111和第二偏振控制器113均为PC(Polarization Controller，偏振控制器)，并且均用于调谐信号光的偏振状态。
具体的，两个偏振控制器、一个保偏隔离器和高非线性光纤组成了等效的高非线性利奥滤波器，可以实现激光器多波长的宽带可调谐输出，输出光谱的间距Δλ为：
其中，λ为输出光谱的中心波长，L为保偏隔离器中保偏光纤的长度，Δn为模式双折射，即光在光纤的快轴和慢轴传输时模式双折射的差异。通过调节两个偏振控制器和，我们可以使入射到保偏隔离器上的偏振光具有不同的偏振状态，使得光在保偏隔离器中快轴和慢轴折射率的差异不断积累。即经过保偏隔离器后，输出光在其快轴和慢轴具有不同的折射率，折射率的差异为Δn。因此，我们可以通过简单的调节两个偏振控制器，来实现在不同波段输出的锁模脉冲光谱，并实现多波长的可调谐输出。
另外，锁模组件131和输出耦合器132组成上述激光输出单元。具体的，锁模组件为Mode-locker锁模组件，用于基于信号光得到锁模脉冲激光来实现激光器的锁模脉冲输出；输出耦合器包括第一接口和第二接口；其中，第一接口用于与锁模组件相连，留在环形激光谐振腔内，维持激光器的增益和继续运转，第二接口用于输出锁模脉冲激光，用于激光器性能参数的测量和进一步应用。
可以理解的，上述激光器为全光纤环形结构。
综上所述，本发明实施例提供的多波长可调谐全光纤脉冲激光器，利用两个偏振控制器、保偏隔离器和高非线性光纤的组合，使得多波长可调谐全光纤脉冲激光器的锁模脉冲激光的输出具有多波长宽带可调谐的特点，在实现多波长锁模可调谐范围大于40纳米的情况下，还具有结构简单、性能稳定、成本较低等优点。
对于前述实施例提供的多波长可调谐全光纤脉冲激光器，本发明实施例还提供了一种多波长可调谐全光纤脉冲激光系统，参见图3所示的一种多波长可调谐全光纤脉冲激光系统的结构示意图，该系统包括以下部分：前述实施例提供的多波长可调谐全光纤脉冲激光器100，以及与多波长可调谐全光纤脉冲激光器100相连的外设泵浦光源200。
本发明实施例提供的一种多波长可调谐全光纤脉冲激光系统，通过外设泵浦光源获取泵浦光，并通过上述实施例提供的多波长可调谐全光纤脉冲激光器输出多波长锁模可调谐范围大于40纳米的锁模脉冲激光。相较于现有技术中在激光器内加入多个不同的光纤光栅来实现激光器的多波长可调谐输出，本发明实施例通过高非线性双折射滤波器实现多波长锁模可调谐范围大于40纳米的锁模脉冲激光输出，结构简单、性能稳定同时还可以提高锁模脉冲激光的稳定性。
其中，外设泵浦光源为为激光二极管或连续光激光器。
进一步的，为了便于理解，本发明实施例还提供另一种多波长可调谐全光纤脉冲激光系统，参见图4所示的另一种多波长可调谐全光纤脉冲激光系统的结构示意图，该系统包括通过光纤依次连接的波分复用器121、增益光纤122、第一偏振控制器111、保偏隔离器112、第二偏振控制器113、高非线性光纤114、锁模组件131和输出耦合器132，其中，波分复用器121还与输出耦合器132连接，形成全光纤环形结构。波分复用器121还与外设泵浦光源200相连，以获取泵浦光。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的多波长可调谐全光纤脉冲激光系统的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应装置，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多波长可调谐全光纤脉冲激光器，其特征在于，包括：高非线性双折射滤波器，以及与所述高非线性双折射滤波器分别连接的泵浦光输入单元和激光输出单元；所述泵浦光输入单元还与所述激光输出单元通过光纤相连；其中，
所述泵浦光输入单元用于与外设泵浦光源连接，获取所述泵浦光源传输的泵浦光，并基于所述泵浦光得到耦合后的信号光；
所述高非线性双折射滤波器包括相连的双折射滤波单元和高非线性光纤；所述高非线性双折射滤波器用于调谐所述信号光；
所述激光输出单元用于基于所述信号光得到锁模脉冲激光，并输出所述锁模脉冲激光。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述泵浦光输入单元包括光纤放大器，以及与所述光纤放大器连接的波分复用器；其中，
所述光纤放大器用于基于所述泵浦光形成信号光；
所述波分复用器用于对所述信号光进行耦合处理。
3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述双折射滤波单元包括保偏隔离器，以及与所述保偏隔离器分别连接的第一偏振控制器和第二偏振控制器；其中，
所述保偏隔离器用于控制所述信号光的传输方向；
所述第一偏振控制器和所述第二偏振控制器均用于调谐所述信号光的偏振状态。
4.根据权利要求3所述的激光器，其特征在于，所述保偏隔离器包括PM-ISO。
5.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光输出单元包括：依次连接的锁模组件和输出耦合器；其中，
所述锁模组件用于基于所述信号光得到锁模脉冲激光；
所述输出耦合器用于输出所述锁模脉冲激光。
6.根据权利要求5所述的激光器，其特征在于，所述锁模组件为Mode-locker锁模组件。
7.根据权利要求5所述的激光器，其特征在于，所述所述输出耦合器包括第一接口和第二接口；其中，所述第一接口用于与所述锁模组件相连；所述第二接口用于输出所述锁模脉冲激光。
8.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光器为全光纤环形结构。
9.一种多波长可调谐全光纤脉冲激光系统，其特征在于，包括：依次连接的外设泵浦光源和权利要求1至8任一项所述的多波长可调谐全光纤脉冲激光器。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述外设泵浦光源为激光二极管或连续光激光器。
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