CN111446611A - 非对称双Sagnac环宽调谐高光信噪比布里渊光纤激光器 - Google Patents

非对称双Sagnac环宽调谐高光信噪比布里渊光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种非对称双Sagnac环宽调谐高光信噪比布里渊光纤激光器，包括双向掺铒光纤放大器EDFA、单模光纤SMF、未泵浦掺铒光纤Sagnac环、保偏光纤Sagnac环和光谱分析仪。本发明的激光器实现了利用非对称双Sagnac环中带有未泵浦掺铒光纤Sagnac环的可饱和吸收窄带滤波特性保证激光输出的高光信噪比，并在未泵浦掺铒光纤Sagnac环的带宽增大作用下，与带有保偏光纤Sagnac环共同实现宽调谐范围连续可调的激光输出，能够在50 nm范围内连续可调的高光信噪比激光输出。

Description

非对称双Sagnac环宽调谐高光信噪比布里渊光纤激光器
技术领域
本发明涉及光学器件技术领域，更具体地说，涉及一种非对称双Sagnac环宽调谐高光信噪比布里渊光纤激光器。
背景技术
光通信领域传统的光源均是基于固定波长的激光器模块，随着光通信系统的不断发展及应用推广，固定波长激光器的缺点逐渐显露出来，随着半导体及其相关技术的发展，人们成功地研制出可调谐激光器，即在同一个激光器模块上控制输出一定带宽内的不同波长，且这些波长值和间隔均满足ITU-T的要求。光信噪比决定了一个激光器信号质量的优劣，尤其在WDM方面，光信噪比是个至关重要的参考指数。
在现有文献中搜索发现，国内外学者（Zuxing Zhang等发表的Opt. Express.14，pp.9731-9736，July，2007；L.Zhan等发表的Opt. Express.14， pp.10233-10238，October，2006；）在设计中均使用带有Sagnac环的结构对谐振腔内波长进行调节实现可调，从而实现一定范围内可调谐的布里渊光纤激光器。但是仍存在不足：虽然实现了一定范围的可调输出布里渊激光，但是输出激光的可调谐范围和光信噪比并不理想。
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，提供一种非对称双Sagnac环宽调谐高光信噪比布里渊光纤激光器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种非对称双Sagnac环宽调谐高光信噪比布里渊光纤激光器，包括：双向掺铒光纤放大器EDFA、单模光纤SMF、未泵浦掺铒光纤Sagnac环、保偏光纤Sagnac环和光谱分析仪；
其中，未泵浦掺铒光纤Sagnac环由未泵浦掺铒光纤两端连接第一3 dB耦合器形成闭环；保偏光纤Sagnac环包括保偏光纤、第一偏振控制器、第二偏振控制器及第二3 dB耦合器，保偏光纤两端分别连接第一偏振控制器、第二偏振控制器的一端，第一偏振控制器、第二偏振控制器的另一端均连接至第二3 dB耦合器，形成闭环；
双向掺铒光纤放大器EDFA的第一输出端通过单模光纤SMF连接未泵浦掺铒光纤Sagnac环的第一3 dB耦合器；双向掺铒光纤放大器EDFA的第二输出端连接至第二3 dB耦合器，同时第二3 dB耦合器连接光谱分析仪；
双向掺铒光纤放大器EDFA产生放大的自激波长，从第一输出端输出至单模光纤SMF，产生斯托克斯光，进入未泵浦掺铒光纤Sagnac环，环绕一周后返回，再次进入双向掺铒光纤放大器EDFA中被放大，被放大后的光经过第二输出端进入保偏光纤Sagnac环环绕一周，经过第二3 dB耦合器的分光作用，部分光作为探测光，输入光谱分析仪进行探测，剩余部分光返回双向掺铒光纤放大器EDFA中进行循环。
其中，双向掺铒光纤放大器EDFA的输出功率为500 mW。
其中，单模光纤SMF选用长度为10 km的SM-28单模光纤，提供非线性布里渊增益。
其中，未泵浦掺铒光纤Sagnac环中的未泵浦掺铒光纤的长度为10 m，保偏光纤Sagnac环中保偏光纤的长度为8 cm。
其中，光谱分析仪采用C波段光谱分析仪，分辨率为0.02 nm。
区别于现有技术，本发明的非对称双Sagnac环宽调谐高光信噪比布里渊光纤激光器包括双向掺铒光纤放大器EDFA、单模光纤SMF、未泵浦掺铒光纤Sagnac环、保偏光纤Sagnac环和光谱分析仪。本发明的激光器实现了利用非对称双Sagnac环中带有未泵浦掺铒光纤Sagnac环的可饱和吸收窄带滤波特性保证激光输出的高光信噪比，并在未泵浦掺铒光纤Sagnac环的带宽增大作用下，与带有保偏光纤Sagnac环共同实现宽调谐范围连续可调的激光输出，能够在50 nm范围内连续可调的高光信噪比激光输出。
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非对称双Sagnac环宽调谐高光信噪比布里渊光纤激光器的结构示意图。
图中，1：双向掺铒光纤放大器EDFA；2：单模光纤SMF；3：未泵浦掺铒光纤Sagnac环；41：第一3 dB光耦合器；42：第二3 dB光耦合器； 51：第一偏振控制器；52：第二偏振控制器；6：未泵浦掺铒光纤；7：保偏光纤Sagnac环；8：保偏光纤；9：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，本发明提供了一种非对称双Sagnac环宽调谐高光信噪比布里渊光纤激光器，包括：双向掺铒光纤放大器EDFA1、单模光纤SMF2、未泵浦掺铒光纤Sagnac环3、保偏光纤Sagnac环7和光谱分析仪9；
其中，未泵浦掺铒光纤Sagnac环3由未泵浦掺铒光纤6两端连接第一3 dB耦合器41形成闭环；保偏光纤Sagnac环7包括保偏光纤8、第一偏振控制器51、第二偏振控制器52及第二3dB耦合器42，保偏光纤8两端分别连接第一偏振控制器51、第二偏振控制器52的一端，第一偏振控制器51、第二偏振控制器52的另一端均连接至第二3 dB耦合器42，形成闭环；
双向掺铒光纤放大器EDFA1的第一输出端通过单模光纤SMF2连接未泵浦掺铒光纤Sagnac环3的第一3 dB耦合器41；双向掺铒光纤放大器EDFA1的第二输出端连接至第二3 dB耦合器42，同时第二3 dB耦合器42连接光谱分析仪9。
保偏光纤Sagnac环7原理如下：
当入射光束进入保偏光纤Sagnac环7的第二3 dB耦合器42时，会产生两束相对传播的光束，在经过保偏光纤时重新组合，最后回到第二3 dB耦合器42实现相干输出，调节第一偏振控制器51和第二偏振控制器52可以改变保偏光纤Sagnac环7的反射率实现输出波长范围的可调谐。
其中保偏光纤长度和带宽范围的关系如(1)：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
(1)
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为保偏光纤的双折射率，L为保偏光纤的长度，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为中心波长长度，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为求得带宽的范围，
Figure 292172DEST_PATH_IMAGE004
=
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
是在
Figure 396263DEST_PATH_IMAGE006
处测量得到的拍频长度。
由公式(1)可知，保偏光纤的长度越短，带宽范围越大，随着带宽范围的增大，输出激光的可调谐范围会随之增大，并且在未泵浦掺铒光纤Sagnac环3的可饱和吸收作用下，会进一步增加整个谐振腔的带宽范围，同时可调谐范围也会进一步的增大。
可饱和吸收窄带滤波特性原理如下：
未泵浦掺铒光纤Sagnac环3将入射光波分裂成两个相同的波。这两种波随后在未泵浦掺铒光纤6中反向传播，驻波从而形成，未泵浦掺铒光纤6作为吸收体，利用它在驻波场中的可饱和吸收效应，未泵浦掺铒光纤6的吸收效率与光强成反比，光强越强，吸收效率越高，反之，光强越弱，吸收效率越低，以此保证输出激光的高光信噪比。空间的光强度分布可以很容易地确定为λ/2neff的驻波理论，其中λ是中心波长和2neff是未泵浦掺铒光纤的有效折射率。考虑两能级体系由铒离子的能级4I15/2和4I13/2组成，其中饱和吸收系数可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
(2)
其中Isat为饱和强度。由于空间周期性分布的I(z)和吸收系数α(z)的不同，导致折射率的周期性空间变化。
环内的未泵浦掺铒光纤6相当于一个Λ=λ/2neff的FBG光纤滤波光栅，FBG光纤滤波光栅可以对激光器形成外腔效果进行精细选模，保证窄线宽的激光输出。FBG光纤滤波光栅的全宽半最大值(FWHM)带宽可表示为:
Figure DEST_PATH_IMAGE016
(3)
其中N=Lg/Λ为光栅周期的总数，λ是最大反射率处的中心波长，Lg是光栅长度，2neff是未泵浦掺铒光纤的有效折射率，κ是光栅耦合系数。
工作时，双向掺铒光纤放大器EDFA1产生放大的自激波长，从第一输出端输出至单模光纤SMF2，产生斯托克斯光，进入未泵浦掺铒光纤Sagnac环3，环绕一周后返回，再次进入双向掺铒光纤放大器EDFA1中被放大，被放大后的光经过第二输出端进入保偏光纤Sagnac环7环绕一周，经过第二3 dB耦合器42的分光作用，部分光作为探测光，输入光谱分析仪9进行探测，剩余部分光返回双向掺铒光纤放大器EDFA1中进行循环。
当双向掺铒光纤放大器EDFA1提供的增益与腔内损耗达到平衡时，腔内振荡会产生自激波长并被放大，作为产生布里渊多波长的初始泵浦光，在单模光纤SMF2的非线性布里渊增益下，形成一阶斯托克斯光，进入未泵浦掺铒光纤Sagnac环3，从未泵浦掺铒光纤Sagnac环3返回的斯托克斯光，再次被双向掺铒光纤放大器EDFA1放大后，进入保偏光纤Sagnac环7，一部分斯托克斯光在保偏光纤Sagnac环7中被反射回双向掺铒光纤放大器EDFA1并作为下一阶斯托克斯光的泵浦光继续振荡，其余部分进入光谱分析仪9进行观测。
其中，双向掺铒光纤放大器EDFA1的输出功率为500 mW。
其中，单模光纤SMF2选用长度为10 km的SM-28单模光纤，提供非线性布里渊增益。
其中，未泵浦掺铒光纤Sagnac环3中的未泵浦掺铒光纤6的长度为10 m，未泵浦掺铒光纤Sagnac环3的可饱和吸收窄带滤波特性保证高光信噪比的激光输出，并在未泵浦掺铒光纤Sagnac环3的带宽增大作用下，可以增大保偏光纤Sagnac环3的可调谐范围。保偏光纤Sagnac环7中保偏光纤8的长度为8 cm，调节保偏光纤Sagnac环7中的偏振控制器，实现输出波长范围的连续可调，并输出部分激光到光谱分析仪9进行观测，反射其余部分输出激光用来产生下一阶斯托克斯光。
其中，光谱分析仪9采用C波段光谱分析仪，分辨率为0.02 nm。光谱分析仪为Anritsu公司推出的MS9740A信号分析仪。
上述光纤激光器增益由掺铒光纤放大器EDFA的线性增益和单模光纤的级联非线性布里渊增益提供，在非对称双Sagnac环中，带有未泵浦掺铒光纤Sagnac环3的可饱和吸收窄带滤波特性保证激光输出的高光信噪比，并在未泵浦掺铒光纤Sagnac环3的带宽增大作用下，与带有保偏光纤Sagnac环7共同实现宽调谐范围连续可调的激光输出。本发明利用非对称双Sagnac环实现了在50 nm范围内连续可调的高光信噪比激光输出。
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 (5)

1.一种非对称双Sagnac环宽调谐高光信噪比布里渊光纤激光器，其特征在于，包括：双向掺铒光纤放大器EDFA（1）、单模光纤SMF（2）、未泵浦掺铒光纤Sagnac环（3）、保偏光纤Sagnac环（7）和光谱分析仪（9）；
其中，未泵浦掺铒光纤Sagnac环（3）由未泵浦掺铒光纤（6）两端连接第一3 dB耦合器（41）形成闭环；保偏光纤Sagnac环（7）包括保偏光纤（8）、第一偏振控制器（51）、第二偏振控制器（52）及第二3 dB耦合器（42），保偏光纤（8）两端分别连接第一偏振控制器（51）、第二偏振控制器（52）的一端，第一偏振控制器（51）、第二偏振控制器（52）的另一端均连接至第二3dB耦合器（42），形成闭环；
双向掺铒光纤放大器EDFA（1）的第一输出端通过单模光纤SMF（2）连接未泵浦掺铒光纤Sagnac环（3）的第一3 dB耦合器（41）；双向掺铒光纤放大器EDFA（1）的第二输出端连接至第二3 dB耦合器（42），同时第二3 dB耦合器（42）连接光谱分析仪（9）；
双向掺铒光纤放大器EDFA（1）产生放大的自激波长，从第一输出端输出至单模光纤SMF（2），产生斯托克斯光，进入未泵浦掺铒光纤Sagnac环（3），环绕一周后返回，再次进入双向掺铒光纤放大器EDFA（1）中被放大，被放大后的光经过第二输出端进入保偏光纤Sagnac环（7）环绕一周，经过第二3 dB耦合器（42）的分光作用，部分光作为探测光，输入光谱分析仪（9）进行探测，剩余部分光返回双向掺铒光纤放大器EDFA（1）中进行循环。
2.根据权利要求1所述的非对称双Sagnac环宽调谐高光信噪比布里渊光纤激光器，其特征在于，双向掺铒光纤放大器EDFA（1）的输出功率为500 mW。
3.根据权利要求1所述的非对称双Sagnac环宽调谐高光信噪比布里渊光纤激光器，其特征在于，单模光纤SMF（2）选用长度为10 km的SM-28单模光纤，提供非线性布里渊增益。
4.根据权利要求1所述的非对称双Sagnac环宽调谐高光信噪比布里渊光纤激光器，其特征在于，未泵浦掺铒光纤Sagnac环（3）中的未泵浦掺铒光纤（6）的长度为10 m，保偏光纤Sagnac环（7）中保偏光纤（8）的长度为8 cm。
5.根据权利要求1所述的非对称双Sagnac环宽调谐高光信噪比布里渊光纤激光器，其特征在于，光谱分析仪（9）采用C波段光谱分析仪，分辨率为0.02 nm。
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