CN111834878A - 一种三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器，包括窄线宽可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、三端口光环形器(3)、第一光放大器(4)，第一布里渊光纤(5)、第二光纤耦合器(6)、第二光放大器(7)、第三光纤耦合器(8)，第二布里渊光纤(9)，窄线宽可调激光器输出的激光用作布里渊泵浦，通过在第一布里渊光纤发生和第二布里渊光纤发生级联受激布里渊散射，结合两个光放大器的功率增益作用，可以产生波长间隔为三倍布里渊频移频率的多波长布里渊光纤激光器。该光纤激光器结构简单，成本低，在光通信、微波光子及光纤传感中均具有应用潜力。

Description

一种三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器
技术领域
本发明涉及光纤通信、光纤激光技术、光纤传感及微波光子技术领域，具体为一种三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器。
背景技术
多波长光纤激光器在许多领域有重要的应用前景，包括密集波分复用光纤通信系统、微波光子学、光纤传感、光谱测量等。基于布里渊散射的输出多波长频移间隔通常为10GHz，要小于目前光纤通信的信道间隔，由于波长间隔太小有些灵活性不足，于是研究人员就开始研究具有20GHz布里渊频移间隔的多波长布里渊掺饵光纤激光器并提出了一系列方案，这在密集波分复用光通信系统中仍然显得过窄，使光信号的解调有些困难，研究人员进一步拓宽布里渊频移间隔至30GHz，并取得了巨大的研究进展。
XuefangZhou等人(IEEE PHOTONICS TECHNOLOGYLETTERS,VOL.28,NO.21,NOVEMBER 1,2016)利用一个二阶布里渊频移器级联构成一个环形腔，和一个一阶布里渊频移器通过受激布里渊散射的级联过程，得到三倍布里渊频移频率波长间隔的多波长光纤激光器，这种结构采用两个三端口光纤环形器和一个四端口光纤环形器，两段25km的布里渊增益光纤。系统的布里渊增益光纤总长度变短，体积减小，但仍然采用了两个个三端口光环形器，和一个四端口光纤环形器，结构复杂，光路损耗大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是相对在先技术，提出新的光路结构，进一步简化系统光路结构，减小光路损耗，实现三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明提出的三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器，包括窄线宽可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、三端口光环形器(3)、第一光放大器(4)，第一布里渊光纤(5)、第二光纤耦合器(6)、第二光放大器(7)、第三光纤耦合器(8)，第二布里渊光纤(9)。
本三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器，其装置结构中各组成部分的连接关系为：窄线宽可调激光器(1)的输出端与第一光纤耦合器(2)A端的A1端口相连，第一光纤耦合器B端的B1端口与三端口光环形器(3)的第一端口(31)相连，三端口光环形器(3)的第二端口(32)与第一布里渊光纤(5)的一端之间连接第一光放大器(4)，第一布里渊光纤(5)的另一端连接第二光纤耦合器(6)C端的C1端口，第二光纤耦合器(6)D端的D1端口连接三端口光环形器(3)的第三端口(33)，第二光纤耦合器(6)D端D2端口与第三光纤耦合器(8)F端的F1端口之间连接第二光放大器(7)，第三光纤耦合器(8)E端的E1端口连接第二布里渊光纤(9),第三光纤耦合器(8)F端的F2端口连接第一光纤耦合器(2)A端的A2端口，第一光纤耦合器(2)B端的B2端口为多波长布里渊光纤激光器的输出端口。
本三倍布里渊频移间隔的多波长布里渊光纤激光器，其产生三倍布里渊频称间隔多波长光纤激光的过程为：窄线宽可调激光器用作布里渊泵浦(BP)，布里渊泵浦(BP)沿A1-B1-31-32光路进入第第一光放大器(4)进行放大，之后注入第一布里渊光纤(5)并与之发生布里渊散射，当BP功率足够时，发生受激布里渊散射并激发出与BP背向传输且频率下移一倍布里渊频移的一阶斯托克斯(S1)，S1进入第一光放大器放大后，沿光路32-33-D1-C1注入第一布里渊光纤并与之发生布里渊散射，当放大的S1功率足够时，发生受激布里渊散射并激发出与S1背向传输且频率下移一倍布里渊频移的二阶斯托克斯光(S2)，S2通过第二光纤耦合器进入第二光放大器(7)进行放大，放大后的S2经过第三光纤耦合器(8)注入第二布里渊光纤(9)并与之发生布里渊散射，当S2功率足够时，发生受激布里渊散射并激发出与S2背向传输且频率下移一倍布里渊频移的三阶斯托克斯(S3)，S3经第三光纤耦合器(8)的F2端口传输至第一光纤耦合器(2)的A2端口，之后进行分光，分光后一部分S3从第一光纤耦合器的B2端口输出，另一部分S3经光路B1-31-32-4注入第一布里渊光纤(5)以激发后续各高阶斯托克斯，由于第一光放大器和第二光放大器的功率增益功能，除补偿光路中的损耗外，能为各斯托克斯提供功率增益，只要光路中增益大于损耗，第一布里渊光纤和第二布里渊光纤中的级联受激布里渊散射过程就可以一直进行下去，六阶斯托克斯光(S6)、九阶斯托克斯光(S9)十二阶斯托克斯(S12)等等各三阶整数倍的斯托克斯便可以被激发出来，并从多波长光纤激光器输出端口输出，从而实现波长间隔为三倍布里渊频移的多波长布里渊光纤激光输出。
本三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器中，第一布里渊光纤和第二布里渊光纤的均为长度20km，且布里渊频移值相同的单模石英光纤。
本三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器中，第一光放大器和第二光放大器均为自制掺铒光纤放大器，第一光放大器为双向光放大器，由一个980nm泵浦激光器、一个1550nm/980nm波分复用器和一段一定长度的掺铒光纤构成，第二光放大器单向光放大器，由一个980nm泵浦激光器、一个1550nm/980nm波分复用器、一段一定长度的掺铒光纤和一个C波段光隔离器构成，光隔离器用以保证光放大器的单向放大。
所述的窄线宽可调谐激光器为线宽低于1MHz、输出功率及波长均连续可调的的激光器，波长范围为C波段，最大输出功率12dBm。
附图说明
图1是三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器的结构示意图。
图中的附图标记解释为：1-窄线宽可调激光器，2-第一光纤耦合器，3-三端口光环形器，4-第一光放大器，5-第一布里渊光纤，6-第二光纤耦合器，7-第二光放大器，8-第三光纤耦合器，9-第二布里渊光纤，A1-第一光纤耦合器A端的端口，A2-第一光纤耦合器A端的端口，B1-第一光纤耦合器B端的端口，B2-第一光纤耦合器B端的端口，31-三端口光环形器的第一端口，32-三端口光环形器的第二端口，33-三端口光环形器的第三端口，C1-第二光纤耦合器C端的端口，D1-第二光纤耦合器D端的端口，D2-第二光纤耦合器D端的端口，E1-第三光纤耦合器E端的端口，F1-第三光纤耦合器F端的端口，F2-第三光纤耦合器F端的端口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的说明。
本发明提出的三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器，包括窄线宽可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、三端口光环形器(3)、第一光放大器(4)，第一布里渊光纤(5)、第二光纤耦合器(6)、第二光放大器(7)、第三光纤耦合器(8)，第二布里渊光纤(9)。
本三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器，其装置结构中各组成部分的连接关系为：窄线宽可调激光器(1)的输出端与第一光纤耦合器(2)A端的A1端口相连，第一光纤耦合器B端的B1端口与三端口光环形器(3)的第一端口(31)相连，三端口光环形器(3)的第二端口(32)与第一布里渊光纤(5)的一端之间连接第一光放大器(4)，第一布里渊光纤(5)的另一端连接第二光纤耦合器(6)C端的C1端口，第二光纤耦合器(6)D端的D1端口连接三端口光环形器(3)的第三端口(33)，第二光纤耦合器(6)D端D2端口与第三光纤耦合器(8)F端的F1端口之间连接第二光放大器(7)，第三光纤耦合器(8)E端的E1端口连接第二布里渊光纤(9),第三光纤耦合器(8)F端的F2端口连接第一光纤耦合器(2)A端的A2端口，第一光纤耦合器(2)B端的B2端口为多波长布里渊光纤激光器的输出端口。
本三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器，其产生三倍布里渊频称间隔多波长光纤激光的过程为：窄线宽可调激光器用作布里渊泵浦(BP)，布里渊泵浦(BP)沿A1-B1-31-32光路进入第第一光放大器(4)进行放大，之后注入第一布里渊光纤(5)并与之发生布里渊散射，当BP功率足够时，发生受激布里渊散射并激发出与BP背向传输且频率下移一倍布里渊频移的一阶斯托克斯(S1)，S1进入第一光放大器放大后，沿光路32-33-D1-C1注入第一布里渊光纤并与之发生布里渊散射，当放大的S1功率足够时，发生受激布里渊散射并激发出与S1背向传输且频率下移一倍布里渊频移的二阶斯托克斯光(S2)，S2通过第二光纤耦合器进入第二光放大器(7)进行放大，放大后的S2经过第三光纤耦合器(8)注入第二布里渊光纤(9)并与之发生布里渊散射，当S2功率足够时，发生受激布里渊散射并激发出与S2背向传输且频率下移一倍布里渊频移的三阶斯托克斯(S3)，S3经第三光纤耦合器(8)的F2端口传输至第一光纤耦合器(2)的A2端口，之后进行分光，分光后一部分S3从第一光纤耦合器的B2端口输出，另一部分S3经光路B1-31-32-4注入第一布里渊光纤(5)以激发后续各高阶斯托克斯，由于第一光放大器和第二光放大器的功率增益功能，除补偿光路中的损耗外，能为各斯托克斯提供功率增益，只要光路中增益大于损耗，第一布里渊光纤和第二布里渊光纤中的级联受激布里渊散射过程就可以一直进行下去，六阶斯托克斯光(S6)、九阶斯托克斯光(S9)十二阶斯托克斯(S12)等等各三阶整数倍的斯托克斯便可以被激发出来，并从多波长光纤激光器输出端口输出，从而实现波长间隔为三倍布里渊频移的多波长布里渊光纤激光输出。
本三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器中，第一布里渊光纤和第二布里渊光纤的均为长度20km，且布里渊频移值相同的单模石英光纤。
本三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器中，第一光放大器和第二光放大器均为自制掺铒光纤放大器，第一光放大器为双向光放大器，由一个980nm泵浦激光器、一个1550nm/980nm波分复用器和一段一定长度的掺铒光纤构成，第二光放大器单向光放大器，由一个980nm泵浦激光器、一个1550nm/980nm波分复用器、一段一定长度的掺铒光纤和一个C波段光隔离器构成，光隔离器用以保证光放大器的单向放大。
所述的窄线宽可调谐激光器为线宽低于1MHz、输出功率及波长均连续可调的的激光器，波长范围为C波段，最大输出功率12dBm。
以上对本发明的方法原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员来说，依据本发明提供的思想，具体实施的方式上可能有改变之处，这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器，其特征在于，包括窄线宽可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、三端口光环形器(3)、第一光放大器(4)，第一布里渊光纤(5)、第二光纤耦合器(6)、第二光放大器(7)、第三光纤耦合器(8)，第二布里渊光纤(9)。
2.根据权利要求1所述的一种三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器，其特征在于，窄线宽可调激光器(1)的输出端与第一光纤耦合器(2)A端的A1端口相连，第一光纤耦合器B端的B1端口与三端口光环形器(3)的第一端口(31)相连，三端口光环形器(3)的第二端口(32)与第一布里渊光纤(5)的一端之间连接第一光放大器(4)，第一布里渊光纤(5)的另一端连接第二光纤耦合器(6)C端的C1端口，第二光纤耦合器(6)D端的D1端口连接三端口光环形器(3)的第三端口(33)，第二光纤耦合器(6)D端D2端口与第三光纤耦合器(8)F端的F1端口之间连接第二光放大器(7)，第三光纤耦合器(8)E端的E1端口连接第二布里渊光纤(9),第三光纤耦合器(8)F端的F2端口连接第一光纤耦合器(2)A端的A2端口，第一光纤耦合器(2)B端的B2端口为多波长布里渊光纤激光器的输出端口。
3.根据权利要求1所述的一种三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器，其特征在于，窄线宽可调激光器用作布里渊泵浦(BP)，布里渊泵浦(BP)沿A1-B1-31-32光路进入第第一光放大器(4)进行放大，之后注入第一布里渊光纤(5)并与之发生布里渊散射，当BP功率足够时，发生受激布里渊散射并激发出与BP背向传输且频率下移一倍布里渊频移的一阶斯托克斯(S1)，S1进入第一光放大器放大后，沿光路32-33-D1-C1注入第一布里渊光纤并与之发生布里渊散射，当放大的S1功率足够时，发生受激布里渊散射并激发出与S1背向传输且频率下移一倍布里渊频移的二阶斯托克斯光(S2)，S2通过第二光纤耦合器进入第二光放大器(7)进行放大，放大后的S2经过第三光纤耦合器(8)注入第二布里渊光纤(9)并与之发生布里渊散射，当S2功率足够时，发生受激布里渊散射并激发出与S2背向传输且频率下移一倍布里渊频移的三阶斯托克斯(S3)，S3经第三光纤耦合器(8)的F2端口传输至第一光纤耦合器(2)的A2端口，之后进行分光，分光后一部分S3从第一光纤耦合器的B2端口输出，另一部分S3经光路B1-31-32-4注入第一布里渊光纤(5)以激发后续各高阶斯托克斯，由于第一光放大器和第二光放大器的功率增益功能，除补偿光路中的损耗外，能为各斯托克斯提供功率增益，只要光路中增益大于损耗，第一布里渊光纤和第二布里渊光纤中的级联受激布里渊散射过程就可以一直进行下去，六阶斯托克斯光(S6)、九阶斯托克斯光(S9)十二阶斯托克斯(S12)等等各三阶整数倍的斯托克斯便可以被激发出来，并从多波长光纤激光器输出端口输出，从而实现波长间隔为三倍布里渊频移的多波长布里渊光纤激光输出。
4.根据权利要求1所述的一种三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器，其特征在于，第一布里渊光纤和第二布里渊光纤的长度均为20km，且布里渊频移频率相同。
5.根据权利要求1所述的一种三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器，其特征在于，第一光放大器和第二光放大器均为自制光纤放大器，第一光放大器为双向光放大器，第二光放大器单向光放大器。
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