CN111446610A - 单/双倍频移间隔可切换双波段自激多波长布里渊激光器 - Google Patents

单/双倍频移间隔可切换双波段自激多波长布里渊激光器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单/双倍频移间隔可切换双波段自激多波长布里渊激光器包括掺铒光纤放大器EDFA、四口光环形器、第一单模光纤SMF、未泵浦掺铒光纤Sagnac环、第二单模光纤SMF、三口光环形器、光耦合器和光谱分析仪。本发明利用受激布里渊散射效应自发产生泵浦激光，不需要外加泵浦激光源。使用带有未泵浦掺铒光纤Sagnac环，除了调节偏振控制器PC时，既可以控制腔内增益，又可实现输出波长的自动追踪选择，整个过程连续可调，可以获得较大的调节带宽外，环中还添加了未泵浦掺铒光纤，基于其拍长效应，使得输出波段被分成两部分，而且由于单模光纤受激布里渊散射吸收效应，波段内的斯托克斯波频移间隔单/双倍可切换。

Description

单/双倍频移间隔可切换双波段自激多波长布里渊激光器
技术领域
本发明涉及光学器件技术领域，更具体地说，涉及一种单/双倍频移间隔可切换双波段自激多波长布里渊激光器。
背景技术
自激多波长布里渊激光器由于其输出功率高、高转换率等优势，在光纤传感、光学双稳态及密集波分复用(DWDM)等方面的引起了人们的广泛关注。2005年，詹黎课题组首次提出自激多波长掺铒光纤激光器。在此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(L.Zhan等发表的Opt.Lett.，30(5)，pp.486-488，2005；J.Xia等发表的Laser Phy.18(4)，pp.442-445，September 2007；Y.Huang等发表的Opt.Com.281(2008)，pp.452-456，September 2007；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”；)在结构中均使用含有保偏光纤的萨格纳克环路反射镜，通过调节反射镜中的偏振控制器来获得宽范围的多波长输出。然而仍存在不足：上述结构通过调节偏振控制器PC只是为了改变激光偏振态，利用保偏光纤使得激光偏振态保持不变，获得数量可观的激光输出。但是上述结构获得的是单布里渊频移间隔的斯托克斯波，并且无法调节布里渊频移间隔和波段数量，使得激光器功能单一。
多波长激光器(Lifen Qian等发表的Opt.Commun.，340(2015)pp.74–79；)中提出了一种新型的频移间隔可调的多波长布里渊激光器，可以获得频移间隔分别为0.082nm和0.172nm的多波长激光器，获得的只是单波段的布里渊激光，而且需要外加泵浦源，但是仍获得数量较少的斯托克斯波。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种单/双倍频移间隔可切换双波段自激多波长布里渊激光器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种单/双倍频移间隔可切换双波段自激多波长布里渊激光器，包括：掺铒光纤放大器EDFA、四口光环形器、第一单模光纤SMF、未泵浦掺铒光纤Sagnac环、第二单模光纤SMF、三口光环形器、光耦合器和光谱分析仪；
掺铒光纤放大器EDFA与四口光环形器a端口连接，b端口与第一单模光纤SMF一端相连，第一单模光纤SMF另一端连接未泵浦掺铒光纤Sagnac环；c端口与第二单模光纤的一端，第二单模光纤另一端连接三口光环形器的b端口；光耦合器包括输入端和两个输出端，d端口连接光耦合器的输入端，光耦合器的输出端分别连接掺铒光纤放大器EDFA和光谱分析仪；
未泵浦掺铒光纤Sagnac环由掺铒光纤、两个三环偏振控制器与3dB耦合器连接形成；掺饵光纤两端分别连接一三环偏振控制器，两三环偏振控制器的另一端分别连接至3dB耦合器，形成环状；
掺铒光纤放大器EDFA产生的ASE光，通过四口光环形器的a端口，由b端口进入第一单模光纤SMF，之后被注入未泵浦掺铒光纤Sagnac环中环绕一圈后原路径返回，由四口光环行器的b端口进入c端口，通过第二单模光纤后被三口光环形器反射原路返回四口光环行器的c端口，由d端口传输到光耦合器的输入端，其中部分作为探测光输出到光谱分析仪进行观测，剩余部分再次进入掺铒光纤放大器EDFA在谐振腔中进行谐振。
其中，掺铒光纤放大器EDFA的输出功率为500mW。
其中，未泵浦掺铒光纤Sagnac环中，掺铒光纤选用10m掺铒光纤。
其中，第一单模光纤和第二单模光纤分别是长度为10km和25km的SM-28单模光纤，用来提供布里渊非线性增益和起受激布里渊散射吸收作用。
其中，光耦合器是分光比为10/90的耦合器，用来输出多波长激光。
其中，光谱分析仪采用C波段光谱分析仪，分辨率为0.02nm。
区别于现有技术，本发明的单/双倍频移间隔可切换双波段自激多波长布里渊激光器包括掺铒光纤放大器EDFA、四口光环形器、第一单模光纤SMF、未泵浦掺铒光纤Sagnac环、第二单模光纤SMF、三口光环形器、光耦合器和光谱分析仪。本发明的激光器实现了调节灵活，输出激光双波段且单/双倍频移间隔可切换。利用受激布里渊散射效应自发产生泵浦激光，不需要外加泵浦激光源。使用带有未泵浦掺铒光纤Sagnac环，除了调节偏振控制器PC时，既可以控制腔内增益，又可实现输出波长的自动追踪选择，整个过程连续可调，可以获得较大的调节带宽外，环中还添加了未泵浦掺铒光纤，基于其拍长效应，使得输出波段被分成两部分，而且由于单模光纤受激布里渊散射吸收效应，波段内的斯托克斯波频移间隔单/双倍可切换。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供的一种单/双倍频移间隔可切换双波段自激多波长布里渊激光器的结构示意图。
图2是本发明提供的一种单/双倍频移间隔可切换双波段自激多波长布里渊激光器中双布里渊频率间隔谱图。
图中，1：掺铒光纤放大器EDFA；2：四口光环形器；3：第一单模光纤SMF；4：未泵浦掺铒光纤Sagnac环；5：第二单模光纤SMF；6：三口光环形器；7：光耦合器；8：光谱分析仪。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明提供了一种单/双倍频移间隔可切换双波段自激多波长布里渊激光器，包括：掺铒光纤放大器EDFA1、四口光环形器2、第一单模光纤SMF3、未泵浦掺铒光纤Sagnac环4、第二单模光纤SMF5、三口光环形器6、光耦合器7和光谱分析仪8；
掺铒光纤放大器EDFA1与四口光环形器2a端口连接，b端口与第一单模光纤SMF3一端相连，第一单模光纤SMF3另一端连接未泵浦掺铒光纤Sagnac环4；c端口与第二单模光纤5的一端，第二单模光纤5另一端连接三口光环形器6的b端口；光耦合器7包括输入端和两个输出端，d端口连接光耦合器7的输入端，光耦合器7的输出端分别连接掺铒光纤放大器EDFA1和光谱分析仪8；
未泵浦掺铒光纤Sagnac环4由掺铒光纤41、两个三环偏振控制器42与3dB耦合器43连接形成；掺饵光纤41两端分别连接一三环偏振控制器42，两三环偏振控制器42的另一端分别连接至3dB耦合器43，形成环状；
掺铒光纤放大器EDFA1产生的ASEthe amplified spontaneous emission光，通过四口光环形器2的a端口，由b端口进入第一单模光纤SMF3，之后被注入未泵浦掺铒光纤Sagnac环4中环绕一圈后原路径返回，由四口光环行器2的b端口进入c端口，通过第二单模光纤5后被三口光环形器6反射原路返回四口光环行器2的c端口，由d端口传输到光耦合器7的输入端，其中部分作为探测光输出到光谱分析仪8进行观测，剩余部分再次进入掺铒光纤放大器EDFA1在谐振腔中进行谐振。
本发明的单/双倍频移间隔可切换双波段自激多波长布里渊激光器，其是线性增益和非线性增益共同级联受激布里渊散射产生的，同时利用单模光纤受激布里渊散射吸收效应和未泵浦掺铒光纤Sagnac环拍长效应分别获得单/双倍频移间隔可切换的、双波段的激光输出。此发明具有调节灵活，输出激光双波段且频移间隔可单/双倍切换的优势。
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νB，表示为
νB＝(2νA/c)νP (1)
其中，νP为泵浦光频率，νA为声速，c为光速，νB在1550nm附近大约为10GHz。
当掺铒光纤放大器EDFA1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νL1＝νP+νB，当进一步增加掺铒光纤放大器EDFA1的功率，就激射出高阶斯托克斯波νLm(m＝2,3…)，且每两阶斯托克斯波之间间隔都为布里渊频移量νB，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：
νLm＝νL(m-1)+νB＝…＝νP+mνB (2)
所采用未泵浦掺铒光纤Sagnac环的拍长效应如下：
波长场λ的正交分量有一个相对的相位差
Figure BDA0002455460190000052
可以用慢速轴和快速轴的有效折射率表示为：
Figure BDA0002455460190000051
掺铒光纤的双折射B定义如下：
B＝Δn＝|no-ne| (4)
导致2π相位差的距离叫做拍长LP:
Figure BDA0002455460190000061
单模光纤布里渊散射吸收效应:
泵浦进入第一单模光纤SMF3后，一旦预放大BP功率超过第一单模光纤SMF3的布里渊阈值，一阶布里渊斯托克斯(BS1)光产生，并在向后方向传播。一阶斯托克斯波频率ωBS1是频率ωP的泵浦光频移ΔωB。同时，BP信号和BS1分别在SMF1中经历泵耗尽和布里渊扩增。BS1进入SMF2，作为刺激二阶斯托克斯(BS2)布里渊泵浦源。因此，产生的BS2光具有与BP光相关的双布里渊频移。由于SBS过程中较大的吸收，经过两次第二光纤SMF5后BS1被耗尽，原理如图2所示。
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，当泵浦功率大于第一单模光纤SMF3的布里渊阈值时，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在未泵浦掺铒光纤Sagnac环4中环绕一周原路返回第一单模光纤SMF3，当泵浦功率足够大时，进入第二单模光纤SMF5中布里渊增益被放大，二阶布里渊斯托克斯光信号(BS2)，BS1和BS2在腔中循环从而产生n+1(n＝0，1，2......)阶斯托克斯，单倍频移间隔的激光由此产生。当泵浦功率较小时，BS1进入第二单模光纤SMF5后被其吸收，产生的反向BS2在腔中循环，进而产生产生偶数阶斯托克斯，即双倍频移间隔的激光输出。故可以通过控制泵浦功率来获得频移间隔可切换的高阶斯托克斯。由于未泵浦掺铒光纤Sagnac环4的存在，光波段被分为两部分，最终得到单双倍频移间隔可切换的双波段多波长输出。
其中，掺铒光纤放大器EDFA1的输出功率为500mW。
其中，未泵浦掺铒光纤Sagnac环4中，掺铒光纤选用10m掺铒光纤。由于其拍长效应激光输出为双波段，并且作为一个波长选择元件，可自动追踪双波段各中心波长。
其中，第一单模光纤3和第二单模光纤5分别是长度为10km和25km的SM-28单模光纤，用来提供布里渊非线性增益和起受激布里渊散射吸收作用。
其中，光耦合器7是分光比为10/90的耦合器，用来输出多波长激光。
其中，光谱分析仪8采用C波段光谱分析仪，分辨率为0.02nm。具体的光谱分析仪为Anritsu公司推出的MS9740A信号分析仪。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种单/双倍频移间隔可切换双波段自激多波长布里渊激光器，其特征在于，包括：掺铒光纤放大器EDFA（1）、四口光环形器（2）、第一单模光纤SMF（3）、未泵浦掺铒光纤Sagnac环（4）、第二单模光纤SMF（5）、三口光环形器（6）、光耦合器（7）和光谱分析仪（8）；
掺铒光纤放大器EDFA（1）与四口光环形器（2）a端口连接，b端口与第一单模光纤SMF（3）一端相连，第一单模光纤SMF（3）另一端连接未泵浦掺铒光纤Sagnac环（4）；c端口与第二单模光纤（5）的一端，第二单模光纤（5）另一端连接三口光环形器（6）的b端口；光耦合器（7）包括输入端和两个输出端，d端口连接光耦合器（7）的输入端，光耦合器（7）的输出端分别连接掺铒光纤放大器EDFA（1）和光谱分析仪（8）；
未泵浦掺铒光纤Sagnac环（4）由掺铒光纤、两个三环偏振控制器与3 dB耦合器连接形成；掺饵光纤两端分别连接一三环偏振控制器，两三环偏振控制器的另一端分别连接至3dB耦合器，形成环状；
掺铒光纤放大器EDFA（1）产生的ASE光，通过四口光环形器（2）的a端口，由b端口进入第一单模光纤SMF（3），之后被注入未泵浦掺铒光纤Sagnac环（4）中环绕一圈后原路径返回，由四口光环行器（2）的b端口进入c端口，通过第二单模光纤（5）后被三口光环形器（6）反射原路返回四口光环行器（2）的c端口，由d端口传输到光耦合器（7）的输入端，其中部分作为探测光输出到光谱分析仪（8）进行观测，剩余部分再次进入掺铒光纤放大器EDFA（1）在谐振腔中进行谐振。
2.根据权利要求1所述的单/双倍频移间隔可切换双波段自激多波长布里渊激光器，其特征在于，掺铒光纤放大器EDFA（1）的输出功率为500 mW。
3.根据权利要求1所述的单/双倍频移间隔可切换双波段自激多波长布里渊激光器，其特征在于，未泵浦掺铒光纤Sagnac环（4）中，掺铒光纤选用10 m掺铒光纤。
4.根据权利要求1所述的单/双倍频移间隔可切换双波段自激多波长布里渊激光器，其特征在于，第一单模光纤（3）和第二单模光纤（5）分别是长度为10 km和25 km的SM-28单模光纤，用来提供布里渊非线性增益和起受激布里渊散射吸收作用。
5.根据权利要求1所述的单/双倍频移间隔可切换双波段自激多波长布里渊激光器，其特征在于，光耦合器（7）是分光比为10/90的耦合器，用来输出多波长激光。
6.根据权利要求1所述的单/双倍频移间隔可切换双波段自激多波长布里渊激光器，其特征在于，光谱分析仪（8）采用C波段光谱分析仪，分辨率为0.02 nm。
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