CN110783804A - 基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器 - Google Patents

基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本发明属于光通信技术领域，具体涉及基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器，包括泵浦激光器、波分复用器、掺铒光纤、第一偏振控制器、Sagnac环、光环行器、偏振分束器、偏振相关隔离器、1×2光耦合器、光谱仪，泵浦激光器与波分复用器的第一端口通过光纤连接，波分复用器的第三端口与掺铒光纤的第一端口通过光纤连接，掺铒光纤的第二端口与第一偏振控制器的第一端口通过光纤连接，第一偏振控制器的第二端口与光环行器的第一端口通过光纤连接，光环行器的第二端口与偏振分束器的第三端口通过光纤连接，偏振分束器的第一端口和第二端口均与Sagnac环通过光纤连接。本发明的光纤激光器具有高可调谐性。

Description

基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器
技术领域
本发明属于光通信技术领域，具体涉及基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器。
背景技术
可调谐的多波长光纤激光器在光信号处理、光子微波、光纤传感、光纤通信等领域具有重要的研究价值。目前，有很多方法实现多波长激光，例如受激布里渊效应、光纤光栅、少模光纤、Sagnac环等滤波方式；其中，C波段作为重要的通信波段，常常用掺铒光纤作为增益介质，而掺铒光纤具有室温下均匀展宽的特性，因此会引起模式竞争，从而抑制稳定的多波长振荡。所以，在实现多波长输出的时候抑制模式竞争成为了重要的研究问题，而偏振烧孔效应正是能有效抑制模式竞争的方法之一。
当光波信号和掺铒光纤相互作用时，只能在那些偶极振子方向同信号光波的偏振方向一致的铒离子之间发生，引起部分偏振的荧光辐射。由于偏振信号场引起的选择饱和作用，与信号场偏振方向正交的放大的自发辐射增益要比平行方向的大。多个偏振相关器件能够增强偏振烧孔效应，从而对光纤激光器的输出产生较为明显的影响，具有不同偏振方向的信号光的增益是由不同的铒离子贡献。偏振烧孔效应这种偏振相关的增益增强了谐振腔内的非均匀性，可以有效地抑制掺铒光纤的均匀展宽引起的模式竞争。结合Sagnac干涉仪，能够有效地进行波长选择，得到更强可调谐性的多波长光纤激光器。
目前多波长光纤激光器在波长数量上与波长间隔上都有显著成果，而在可调谐性上大多都局限在波长数量可切换或固定数量下中心波长移动，可调谐范围与幅度都较小。可调谐性是光纤激光器的重要性能之一，实现具有高可调谐性，稳定性强的多波长光纤激光器是非常有必要的。
发明内容
基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器，包括泵浦激光器(1)、波分复用器(2)、掺铒光纤(3)、第一偏振控制器(4-1)、Sagnac环、光环行器(5)、偏振分束器(6)、偏振相关隔离器(9)、1×2光耦合器(10)、光谱仪(11)，泵浦激光器(1)与波分复用器的第一端口(a)通过光纤连接，波分复用器的第三端口(b)与掺铒光纤的第一端口(d)通过光纤连接，掺铒光纤的第二端口(e)与第一偏振控制器的第一端口(f)通过光纤连接，第一偏振控制器的第二端口(g)与光环行器的第一端口(h)通过光纤连接，光环行器的第二端口(i)与偏振分束器的第三端口(j)通过光纤连接，偏振分束器的第一端口(k)和第二端口(l)均与Sagnac环通过光纤连接；光环行器的第三端口(u)与偏振相关隔离器的第一端口(v)通过光纤连接，偏振相关隔离器的第二端口(w)与1×2光耦合器的第三端口(x)通过光纤连接，1×2光耦合器的第一端口(y)与波分复用器(2)的第二端口(c)通过光纤连接，1×2光耦合器的第二端口(z)与光谱仪(11)通过光纤连接。
作为优选方案，所述Sagnac环包括2×2光耦合器(7)、第二偏振控制器(4-2)和保偏光纤(8)，偏振分束器的第一端口(k)与2×2光耦合器的第一端口(m)通过光纤连接，偏振分束器的第二端口(l)与2×2光耦合器的第二端口(n)通过光纤连接，2×2光耦合器的第三端口(o)与保偏光纤的第一端口(q)通过光纤连接，保偏光纤的第二端口(r)与第二偏振控制器的第一端口(s)通过光纤连接，第二偏振控制器的第二端口(t)与2×2光耦合器的第四端口(p)通过光纤连接。
作为优选方案，所述2×2光耦合器的第一端口(m)为50％端口，第二端口(n)为50％端口，第三端口(o)为50％端口，第四端口(p)为50％端口。
作为优选方案，所述保偏光纤(8)的长度为1m，双折射系数为4.025×10-4。
作为优选方案，所述第二偏振控制器(4-2)为光纤环式结构。
作为优选方案，所述1×2光耦合器的第一端口(y)为80％端口，第二端口(z)为20％端口。
作为优选方案，所述掺铒光纤(3)的增益范围为1530～1570nm，掺铒光纤长度为5m。
作为优选方案，所述第一偏振控制器(4-1)为光纤环式结构。
作为优选方案，所述可调谐多波长光纤激光器实现单波长输出、双波长输出、三波长输出、四波长输出、五波长输出或六波长输出。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
本发明的基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器，采用掺铒光纤作为增益介质，利用偏振烧孔效应的偏振相关增益与Sagnac环的滤波特性，通过调节偏振控制器控制腔内的损耗与偏振态，控制不同波长数量以及波长间隔的多波长输出，从而获得具有高可调谐性的光纤激光器；全光纤结构，具有光束质量好，性能稳定，结构紧凑等优点。
附图说明
图1是本发明实施例的基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器的结构示意图；
图2是本发明实施例的可调谐单波长的光纤激光器的输出光谱图；
图3是本发明实施例的波长间隔可调谐的双波长光纤激光器的输出光谱图；
图4是本发明实施例的三波长的多波长光纤激光器的输出光谱图；
图5是本发明实施例的四波长的多波长光纤激光器的输出光谱图；
图6是本发明实施例的五波长的多波长光纤激光器的输出光谱图；
图7是本发明实施例的六波长的多波长光纤激光器的输出光谱图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。
如图1，本发明实施例的基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器包括泵浦激光器1、波分复用器2、掺铒光纤3、第一偏振控制器4-1、第二偏振控制器4-2、光环行器5、偏振分束器6、2×2光耦合器7、保偏光纤8、偏振相关隔离器9、1×2光耦合器10、光谱仪11。其中，第二偏振控制器4-2、2×2光耦合器7及保偏光纤8构成Sagnac环。
具体地，可调谐多波长光纤激光器结构的具体连接方式为：
泵浦激光器1与波分复用器2的第一端口a通过光纤连接，波分复用器2的第三端口b与掺铒光纤3的第一端口d通过光纤连接，掺铒光纤3的第二端口e与第一偏振控制器4-1的第一端口f通过光纤连接，第一偏振控制器4-1的第二端口g与光环行器5的第一端口h通过光纤连接，光环行器5的第二端口i与偏振分束器6的第三端口j通过光纤连接，偏振分束器6的第一端口k与2×2光耦合器7的第一端口m通过光纤连接，偏振分束器6的第二端口l与2×2光耦合器7的第二端口n通过光纤连接，2×2光耦合器7的第三端口o与保偏光纤8的第一端口q通过光纤连接，保偏光纤8的第二端口r与第二偏振控制器4-2的第一端口s通过光纤连接，第二偏振控制器4-2的第二端口t与2×2光耦合器7的第四端口p通过光纤连接；
另外，光环行器5的第三端口u与偏振相关隔离器9的第一端口v通过光纤连接，偏振相关隔离器9的第二端口w与1×2光耦合器10的第三端口x通过光纤连接，1×2光耦合器10的第一端口y与波分复用器2的第二端口c通过光纤连接，1×2光耦合器10的第二端口z与光谱仪11通过光纤连接。
其中，第一偏振控制器4-1和第二偏振控制器4-2均为光纤环式结构；
掺铒光纤3的增益范围为1530nm至1570nm，掺铒光纤长度为5m；
1×2光耦合器10的端口z作为激光输出端口；
2×2光耦合器7的第一端口m为50％端口，第二端口n为50％端口，第三端口o为50％端口，第四端口p为50％端口；
保偏光纤8的长度为1m，双折射系数为4.025×10-4；
1×2光耦合器的第一端口y为80％端口，第二端口z为20％端口。
本发明实施例的基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器的基本原理如下：
泵浦激光器产生980nm波长的泵浦光从a端口被耦合进入波分复用器2，泵浦光从波分复用器2的b端口进入掺铒光纤3的d端口产生放大自发辐射(ASE)，ASE信号通过掺铒光纤3的e端口进入第一偏振控制器4-1的f端口，经过偏振旋转从第一偏振控制器4-1的g端口到达光环行器5的h端口，ASE信号通过光环行器5的h-i端口进入偏振分束器6的合束端口j，被分解成两束偏振方向互相垂直的线偏振光，分别从偏振分束器6的k、l端口进入2×2光耦合器7的m、n端口，再从2×2光耦合器7的o、p端口进入环中，分别通过顺时针、逆时针方向在环中经过第二偏振控制器4-2的s、t端口与保偏光纤8的r、q端口回到2×2光耦合器7的o、p端口，经过偏振分束器6的合束功能从j端口流出汇聚成一束偏振相关的信号光从光环行器5的i-u端口进入偏振相关隔离器9的v端口，经偏振相关隔离器9进行偏振处理后进入1×2光耦合器10的x端口，1×2光耦合器10的20％输出从z端口进入光谱仪11上被观测，80％输出通过y端口进入波分复用器2的c端口重新进入环腔内为多波长输出提供能量。
开启泵浦激光器1，选择合适长度的掺铒光纤3与保偏光纤8，调节第一偏振控制器4-1、第二偏振控制器4-2的偏振旋转角度，可以得到具有高可调谐性的多波长输出。
本发明实施例的激光器可实现六种波长数量的多波长输出：单波长、双波长、三波长、四波长、五波长以及六波长，分别如图2-7所示。
本发明采用掺铒光纤作为增益介质，利用偏振烧孔效应的偏振相关增益与Sagnac环的滤波特性，通过调节偏振控制器控制腔内的损耗与偏振态，实现了0.67nm调谐步长的单波长输出，波长间隔可调谐的双波长输出，调谐范围达到30nm，另外，三波长。四波长。五波长、六波长激光器均可获得，激光器的结构简单、成本低、易于光纤系统集成、波长间隔可调谐(0.67～27.4nm)、调谐简单(控制偏振控制器的旋转角度)、线宽窄(不超过0.02nm)、光信噪比高(达到50dB)、激光输出的稳定性好，这使得多波长光纤激光器在光子微波、光信号处理等领域的潜力更大，可适用的范围更广泛。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器，其特征在于，包括泵浦激光器(1)、波分复用器(2)、掺铒光纤(3)、第一偏振控制器(4-1)、Sagnac环、光环行器(5)、偏振分束器(6)、偏振相关隔离器(9)、1×2光耦合器(10)、光谱仪(11)，泵浦激光器(1)与波分复用器的第一端口(a)通过光纤连接，波分复用器的第三端口(b)与掺铒光纤的第一端口(d)通过光纤连接，掺铒光纤的第二端口(e)与第一偏振控制器的第一端口(f)通过光纤连接，第一偏振控制器的第二端口(g)与光环行器的第一端口(h)通过光纤连接，光环行器的第二端口(i)与偏振分束器的第三端口(j)通过光纤连接，偏振分束器的第一端口(k)和第二端口(l)均与Sagnac环通过光纤连接；光环行器的第三端口(u)与偏振相关隔离器的第一端口(v)通过光纤连接，偏振相关隔离器的第二端口(w)与1×2光耦合器的第三端口(x)通过光纤连接，1×2光耦合器的第一端口(y)与波分复用器的第二端口(c)通过光纤连接，1×2光耦合器的第二端口(z)与光谱仪(11)通过光纤连接。
2.根据权利要求1所述的基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器，其特征在于，所述Sagnac环包括2×2光耦合器(7)、第二偏振控制器(4-2)和保偏光纤(8)，偏振分束器的第一端口(k)与2×2光耦合器的第一端口(m)通过光纤连接，偏振分束器的第二端口(l)与2×2光耦合器的第二端口(n)通过光纤连接，2×2光耦合器的第三端口(o)与保偏光纤的第一端口(q)通过光纤连接，保偏光纤的第二端口(r)与第二偏振控制器的第一端口(s)通过光纤连接，第二偏振控制器的第二端口(t)与2×2光耦合器的第四端口(p)通过光纤连接。
3.根据权利要求2所述的基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器，其特征在于，所述2×2光耦合器的第一端口(m)为50％端口，第二端口(n)为50％端口，第三端口(o)为50％端口，第四端口(p)为50％端口。
4.根据权利要求2所述的基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器，其特征在于，所述保偏光纤(8)的长度为1m，双折射系数为4.025×10-4。
5.根据权利要求2所述的基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器，其特征在于，所述第二偏振控制器(4-2)为光纤环式结构。
6.根据权利要求1所述的基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器，其特征在于，所述1×2光耦合器的第一端口(y)为80％端口，第二端口(z)为20％端口。
7.根据权利要求1所述的基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器，其特征在于，所述掺铒光纤(3)的增益范围为1530～1570nm，掺铒光纤长度为5m。
8.根据权利要求1所述的基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器，其特征在于，所述第一偏振控制器(4-1)为光纤环式结构。
9.根据权利要求1所述的基于偏振烧孔效应与Sagnac环的可调谐多波长光纤激光器，其特征在于，所述可调谐多波长光纤激光器实现单波长输出、双波长输出、三波长输出、四波长输出、五波长输出或六波长输出。
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CN114300919A (zh) * 2021-12-22 2022-04-08 杭州电子科技大学 一种通道间隔能切换的多波长光纤激光器
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CN116826495A (zh) * 2023-08-25 2023-09-29 山东弘信光学科技有限公司 一种多波长可调谐可选取的脉冲拉曼光纤激光器
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