CN114039266A - 一种基于全光纤结构滤波器的调q光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于全光纤结构滤波器的调Q光纤激光器,涉及光纤激光器领域,包括泵浦激光器、谐振腔和激光输出端口,上述谐振腔包括波分复用器、掺铒光纤、光纤耦合器、第一偏振控制器、光纤滤波器、第二偏振控制器和偏振相关隔离器且依次连接,上述光纤滤波器包括第一保偏光纤、单模光纤和第二保偏光纤且依次连接,上述第一保偏光纤的输入端与第一偏振控制器的输出端相连,上述第二保偏光纤与第二偏振控制器的输入端相连,光纤滤波器为全光纤结构,光纤之间耦合特性良好,在光纤激光器的谐振腔内不会引入过多损耗,同时也解决了波长单一的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光纤激光器领域,具体涉及一种基于全光纤结构滤波器的调Q光纤激光器。
背景技术
在光通信系统中,信道一般需要同时进行多种信道传输,因此在波分复用传输系统或者密集型波分复用系统中,信号光源常常需要多台激光器作为输出信号光源。整个系统的结构复杂程度会有一定的臃肿,多波长光纤激光器的诞生就可以有效避免这个问题,大大简化系统信号光源的使用数量,并且由于光纤激光器的结构特性,与光纤通信系统具有优良的匹配特性。因此,将多波长与脉冲两种特性结合起来,就可以实现稳定的远距离光通信所需要的多通道信号光源。
目前实现脉冲掺铒光纤激光器波长可调谐的方式有:一种方式是在光纤激光器的谐振腔内加入F-P腔、介质薄膜滤波器和声光滤波器等波长可调谐元件;另外一种方式是管理光纤激光器的谐振腔内的色散,通过色散管理实现输出波长的可调谐。
与色散管理相比,在腔内加入滤波器的方式会较为简单和稳定。一般加入的波长选择器件都为非光纤器件,在与光纤激光器谐振腔耦合时,会产生较大的插入损耗,对于激光器整体输出效率和输出能量都会产生相应的影响。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于保偏光纤-单模光纤-保偏光纤滤波器的波长可切换、可调谐掺饵脉冲光纤激光器,解决了掺饵脉冲光纤激光器中调谐滤波器插入损耗较大的问题。
本发明通过下述技术方案实现:
一种基于全光纤结构滤波器的调Q光纤激光器,包括泵浦激光器、谐振腔和激光输出端口,上述谐振腔包括波分复用器、掺铒光纤、光纤耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、光纤滤波器和偏振相关隔离器,上述光纤滤波器为全光纤结构,包括单模光纤和保偏光纤,上述泵浦激光器的输出端经波分复用器与掺铒光纤的输入端相连,上述掺铒光纤的输出端经光纤耦合器与第一偏振控制器的输入端相连,上述第一偏振控制器的输出端经光纤滤波器与第二偏振控制器的输入端相连,上述第二偏振控制器的输出端经偏振相关隔离器与波分复用器的输入端相连,上述光纤耦合器的第一输出端与第一偏振控制器的输入端相连,光纤耦合器的第二输出端与激光输出端口相连。
上述光纤滤波器为全光纤结构,光纤之间耦合特性良好,将光纤滤波器接入光纤激光器的谐振腔内不会产生较大的插入损耗。
激光信号被调制偏振态后,保偏光纤保证调制的偏振方向不变,以此来实现波长的可调谐。
进一步的,上述保偏光纤包括第一保偏光纤和第二保偏光纤,上述第一保偏光纤的输出端经单模光纤与第二保偏光纤的输入端相连,上述第一保偏光纤的输入端与第一偏振控制器的输出端相连,上述第二保偏光纤与第二偏振控制器的输入端相连,上述第一保偏光纤使激光信号经第一偏振控制器调制后的偏振方向保持不变,经第一次调制后的激光信号进入单模光纤,上述单模光纤对激光信号进行相位调制,从而使偏振态发生改变,从单模光纤输出的激光信号在第二保偏光纤的作用下保证偏振方向不变,达到控制偏振态的目的,从而实现波长的切换或调谐。
该保偏光纤-单模光纤-保偏光纤的光纤滤波器接入光纤激光器所产生的插入损耗接近常规的光纤器件。
因上述光纤滤波器中的保偏光纤具有双折射效应,激光信号经过光纤滤波器时会产生正交的光场分量,形成两束激光信号,解决了输出波长单一的问题。
进一步的,上述第一偏振控制器、第二偏振控制器和偏振相关隔离器构成偏振控制单元,上述偏振控制单元用于光纤激光器波长的切换或调谐,上述第一偏振控制器和第二偏振控制器用于调制偏振态,调制后的激光信号在经过偏振相关隔离器时,正向传输的激光信号通过,反向传输的激光信号被偏振相关隔离器隔离,提高了光纤激光器的稳定性。
进一步的,上述第一偏振控制器、第二偏振控制器、第一保偏光纤、第二保偏光纤和偏振相关隔离器形成非线性偏振旋转结构,使该光纤激光器形成非线性偏振旋转谐振腔,激光信号在上述非线性偏振旋转谐振腔内经过自相位调制和交叉相位调制,连续的激光信号因自相位调制和交叉相位调制产生类可饱和吸收效应,从而输出脉冲激光信号。
上述第一偏振控制器作为非线性偏振旋转效应的起偏器,第二偏振控制器用于调整谐振腔内的偏振态和损耗,便于产生脉冲光。
进一步的,微调上述第一偏振控制器或第二偏振控制器时,光纤滤波器中的单模光纤被挤压或拉伸,加大第一保偏光纤产生的快慢光束,产生应力折射现象,使谐振腔内相移发生改变,从而实现输出波长的可切换可调谐。
进一步的,上述光纤激光器的总相移主要由光纤滤波器中的保偏光纤和单模光纤的折射率改变量引入,便于控制,波长的切换或调谐便于实现。
当激光信号通过光纤滤波器中的保偏光纤时,其偏振态受保偏光纤的长度和双折射率决定。
进一步的,上述光纤滤波器的传输透射系数公式为:
进一步的,上述泵浦激光器为半导体激光器。
进一步的,上述光纤耦合器为2X2光纤耦合器。
进一步的,上述掺铒光纤长为40~60厘米。
进一步的,激光信号经上述非线性偏振旋转结构形成透射谱。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:上述光纤滤波器包括单模光纤和保偏光纤,为全光纤结构的滤波器,因光纤之间的耦合特性良好,将光纤滤波器接入光纤激光器的谐振腔内时产生的插入损耗较少;上述光纤滤波器中的保偏光纤具有双折射效应,激光信号经过光纤滤波器时会产生正交的光场分量,形成两束激光信号,解决了输出波长单一的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。在附图中:
图1为本发明的光纤激光器实验装置图;
图2为本发明的结构示意图;
图3(a)为本发明中激光调Q特性单脉冲包络;
图3(b)为本发明中激光调Q特性脉冲序列;
图3(c)为本发明中激光调Q特性基频频谱;
图3(d)为本发明中激光调Q特性宽带射频输出频谱;
图4为本发明中实验测试获得的光纤激光器输出双波长时,在不改变两个偏振控制器状态的情况下,测得光纤激光器输出的示意图;
图5(a)为本发明中光谱仪测试获得的双波长可调谐激光光谱图;
图5(b)为本发明中光谱仪测试获得的单波长可调谐激光光谱图。
附图2中标记及对应的零部件名称:
1-泵浦激光器,2-波分复用器,3-掺铒光纤,4-光纤耦合器,5-第一偏振控制器,6-第一保偏光纤,7-单模光纤,8-第二保偏光纤,9-第二偏振控制器,10-偏振相关隔离器,11-激光输出端口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
本实施例提供一种基于全光纤结构滤波器的调Q光纤激光器,包括泵浦激光器1、谐振腔和激光输出端口1111,上述谐振腔包括波分复用器2、掺铒光纤3、光纤耦合器4、第一偏振控制器5、第二偏振控制器9、光纤滤波器和偏振相关隔离器10,上述光纤滤波器为全光纤结构,包括第一保偏光纤6、单模光纤7和第二保偏光纤8;上述泵浦激光器1的输出端经波分复用器2与掺铒光纤3的输入端相连,上述掺铒光纤3的输出端经光纤耦合器4与第一偏振控制器5的输入端相连,上述第一偏振控制器5的输出端经第一保偏光纤6与单模光纤7的输入端相连,上述单模光纤7的输出端经第二保偏光纤8与第二偏振控制器9的输入端相连,上述第二偏振控制器9的输出端经偏振相关隔离器10与波分复用器2的输入端相连,上述光纤耦合器4的第一输出端与第一偏振控制器5的输入端相连,光纤耦合器4的第二输出端与激光输出端口11相连。
具体的,上述第一偏振控制器5、第二偏振控制器9和偏振相关隔离器10构成偏振控制单元,上述偏振控制单元用于光纤激光器波长的切换或调谐。
具体的,上述第一偏振控制器5、第二偏振控制器9、第一保偏光纤6、第二保偏光纤8和偏振相关隔离器10形成非线性偏振旋转结构,使该光纤激光器形成非线性偏振旋转谐振腔,激光信号在上述非线性偏振旋转谐振腔内经过自相位调制和交叉相位调制,连续的激光信号因自相位调制和交叉相位调制产生类可饱和吸收效应,从而输出脉冲激光信号。
激光信号经过上述非线性偏振旋转结构时形成透射谱。
具体的,上述光纤激光器对激光信号进行两次偏振态调制,第一偏振控制器5作为非线性偏振旋转效应的起偏器,第二偏振控制器9用于调整谐振腔内的偏振态和损耗,便于产生脉冲光。
具体的,微调上述第一偏振控制器5或第二偏振控制器9时,光纤滤波器中的单模光纤7被挤压或拉伸,加大第一保偏光纤6产生的快慢光束,产生应力折射现象。
上述光纤滤波器中的保偏光纤具有双折射效应,激光信号经过光纤滤波器时会产生正交的光场分量,形成两束激光信号,上述光纤滤波器中的单模光纤7被挤压或拉伸时,单模光纤7的折射率发生改变,两束激光信号因单模光纤7折射率的改变而改变相位差,从而改变偏振态,实现光纤激光器波长的切换或调谐。
上述激光信号在经过非线性偏振旋转结构形成的透射谱在经过光纤滤波器时,微调第一偏振控制器5或第二偏振控制器9对单模光纤7进行挤压或拉伸,进行最后的波长调谐,在一定条件下会产生波长数量的改变。
具体的,上述光纤滤波器的传输透射系数公式为:
具体的,上述泵浦激光器1为半导体激光器。
具体的,上述光纤耦合器4为2X2光纤耦合器,具体为50/50光纤耦合器。
具体的,上述掺铒光纤3长为50厘米。
具体的,光信号经上述非线性偏振旋转结构形成透射谱。
具体的,一次激光传输过程如下:
泵浦激光器1产生980nm连续的激光信号,经过波分复用器2导入到光纤激光器的谐振腔内,980nm的激光信号经过传输光纤,引入到掺铒光纤3中,在掺铒光纤3中受激使辐射光放大,产生1550nm的激光信号,此时的激光信号依然为连续的激光信号。产生的1550nm激光信号经过50/50光纤耦合器4的传导,进入到第一偏振控制器5中进行偏振态控制,然后传输到保偏光纤-单模光纤-保偏光纤的光纤滤波器中,进行激光信号的相位调制,在第二偏振控制器9对激光信号的偏振态进行再次调制之后,将激光信号传输回波分复用器2,完成一次光传输。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于全光纤结构滤波器的调Q光纤激光器,其特征在于,包括泵浦激光器(1)、谐振腔和激光输出端口(11),所述谐振腔包括波分复用器(2)、掺铒光纤(3)、光纤耦合器(4)、第一偏振控制器(5)、第二偏振控制器(9)、光纤滤波器和偏振相关隔离器(10),所述光纤滤波器为全光纤结构,包括单模光纤(7)和保偏光纤,所述泵浦激光器(1)的输出端经波分复用器(2)与掺铒光纤(3)的输入端相连,所述掺铒光纤(3)的输出端经光纤耦合器(4)与第一偏振控制器(5)的输入端相连,所述第一偏振控制器(5)的输出端经光纤滤波器与第二偏振控制器(9)的输入端相连,所述第二偏振控制器(9)的输出端经偏振相关隔离器(10)与波分复用器(2)的输入端相连,所述光纤耦合器(4)的第一输出端与第一偏振控制器(5)的输入端相连,光纤耦合器(4)的第二输出端与激光输出端口(11)相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于全光纤结构滤波器的调Q光纤激光器,其特征在于,所述保偏光纤包括第一保偏光纤(6)和第二保偏光纤(8),所述第一保偏光纤(6)的输出端经单模光纤(7)与第二保偏光纤(8)的输入端相连,所述第一保偏光纤(6)的输入端与第一偏振控制器(5)的输出端相连,所述第二保偏光纤(8)与第二偏振控制器(9)的输入端相连。
3.根据权利要求2所述的一种基于全光纤结构滤波器的调Q光纤激光器,其特征在于,所述第一偏振控制器(5)、第二偏振控制器(9)和偏振相关隔离器(10)构成偏振控制单元,所述偏振控制单元用于光纤激光器的波长切换或调谐。
4.根据权利要求3所述的一种基于全光纤结构滤波器的调Q光纤激光器,其特征在于,所述第一偏振控制器(5)、第二偏振控制器(9)、第一保偏光纤(6)、第二保偏光纤(8)和偏振相关隔离器(10)形成非线性偏振旋转结构。
5.根据权利要求2所述的一种基于全光纤结构滤波器的调Q光纤激光器,其特征在于,微调所述第一偏振控制器(5)或第二偏振控制器(9)时,光纤滤波器中的单模光纤(7)被挤压或拉伸,产生应力折射现象。
6.根据权利要求5所述的一种基于全光纤结构滤波器的调Q光纤激光器,其特征在于,所述光纤激光器的总相移主要由光纤滤波器中的第一保偏光纤(6)、第二保偏光纤(8)和单模光纤(7)的折射率改变量引入。
8.根据权利要求1所述的一种基于全光纤结构滤波器的调Q光纤激光器,其特征在于,所述泵浦激光器(1)为半导体激光器。
9.根据权利要求1所述的一种基于全光纤结构滤波器的调Q光纤激光器,其特征在于,所述光纤耦合器(4)为2X2光纤耦合器。
10.根据权利要求1所述的一种基于全光纤结构滤波器的调Q光纤激光器,其特征在于,所述掺铒光纤(3)长为40~60厘米。
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