CN114512890A - 一种新通信波段的宽调谐单频光源 - Google Patents
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Abstract
本发明属于激光器技术领域，具体涉及一种新通信波段的宽调谐单频光源，包括由激励端到输出端依次设置的基频光源系统、基频光耦合系统和斯托克斯光谐振系统；基频光源系统包括由激励端到输出端依次设置的基频光源、相位调制器和光放大器；基频光耦合系统包括多个透镜，对基频光源系统输出的光束进行整形聚焦；斯托克斯光谐振系统包括依次设置的斯托克斯光高反镜、拉曼晶体和斯托克斯光部分反射镜；相比现有技术，(1)本发明中基频光源发出的光的谱线宽度及波长均可调,实现了光纤激光器或固体激光器均难以实现的1260‑1460 nm范围内宽调谐单频相干光源；(2)提供了一种可获得新波段、宽调谐且单频运转光源的新技术方案。
Description
技术领域
本发明属于激光器技术领域，具体涉及一种新通信波段的宽调谐单频光源。
背景技术
波长位于通信窗口的高性能单频相干光源是光通信领域无可替代的有力工具。当前光通信领域所用光源为基于掺铒光纤放大（EDFA）技术实现的波长处于1530-1625 nm（C+L波段）波段单频激光。
近十年来，随着互联网流量的增速，信息需求以每年30%-40%的容量直线上涨，基于EDFA技术的传统C+L波段通信带宽较窄的局限性逐渐显现，限制了光通信向更高容量、更高传输速度的目标发展，有专家学者于2020年指出预计未来20年将遭遇“传输容量危机”。因此，解决通信带宽限制，提高通信系统传输容量迫在眉睫。
O波段（1260-1360 nm）和E波段（1360-1460 nm）位于单模光纤通信第二和第五窗口，因缺乏此波段内的可靠单频相干光源，至今未被有效开发利用，若可开发出位于O+E波段的可靠单频相干光源，将为有效开发利用第二、第五通信窗口打下坚实基础，助力解决“传输容量危机”。
目前可实现0+E波段的方法主要有两种：一是通过泵浦掺铋光纤获得，但该方法存在着掺铋光纤制备工艺复杂、不成熟且制作成本高，短期无法实现商业化产品；发光机理尚不明晰且激光器输出激光效率低的问题尚未得到有效解决的问题，限制了其发展。另一种是通过光纤拉曼激光器手段获得，其发展受限于可用的拉曼增益介质。
目前，在光纤拉曼激光器中主要采用石英光纤作为拉曼增益纤，拉曼增益峰值频移较小（～440 cm-1），不易于实现大范围波长拓展，为获得目标波长激光往往需要经过多级级联拉曼，这会在很大程度上增加系统的复杂程度及器件的制作难度，降低系统的效率。
另一种可选的拉曼增益纤为多组分软玻璃光纤，如锗硅酸盐光纤、磷硅酸盐光纤等，此种光纤往往造价昂贵，提高了系统的成本。需要指出的是，尽管磷硅酸盐光纤具有较大的拉曼频移（1330 cm-1），但由于其拉曼增益谱范围宽达40 THz且拉曼增益接近，在高功率拉曼系统中，容易出现多波长同时起振的问题，加大了实现稳定单频光源的难度，导致其在该领域的应用受限。
此外，为更大程度上的提高光通信网络的灵活性，减少系统的备份费用和运营费用，密集波分复用（DWDM）技术在光通信系统中的应用必不可少，此种技术要求光源除具备单频性外还需具有波长可调谐性。因此，在实现O+E波段激光运转的同时还需要保证光源的单频性和可调谐性。
目前见诸报道的通过上述两种方案实现光源单频运转的方法主要是基于DFB或DBR结构单频种子光放大技术，此种技术途径存在着制作工艺复杂，成本高的较为明显缺点。基于上述问题，本发明提出了一种基于受激拉曼散射（SRS）技术的新通信波段宽调谐单频固体拉曼激光器，以解决现有技术手段无法简单实现可靠的1260-1460 nm范围内宽调谐单频相干光源的问题。
发明内容
本发明针对上述的现有技术手段无法简单实现可靠的1260-1460 nm范围内宽调谐单频相干光源的问题，提供了一种新通信波段的宽调谐单频光源。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种新通信波段的宽调谐单频光源，包括由激励端到输出端依次设置的基频光源系统、基频光耦合系统和斯托克斯光谐振系统； 所述基频光源系统包括依次设置的基频光源、相位调制器和光放大器；
所述基频光耦合系统包括多个透镜，对所述基频光源系统输出的光束进行整形聚焦；
所述斯托克斯光谐振系统包括依次设置的斯托克斯光高反镜拉曼晶体和斯托克斯光部分反射镜，所述斯托克斯光高反镜和斯托克斯光部分反射镜组成两镜驻波腔结构的斯托克斯光谐振腔。
作为优选，所述拉曼晶体为KGW晶体、YVO4晶体、BaWO4晶体和Ba(NO3)2晶体中的一种。
作为优选，所述基频光源系统输出的光束在斯托克斯光谐振系统内经级联拉曼后，得到最终输出的斯托克斯光。
作为优选，所述斯托克斯光谐振系统输出的斯托克斯光的波长处于1260-1460nm范围内，所述基频光源发出的光束的波长为1010-1060nm、1030-1090nm或1020-1070nm。
作为优选，所述基频光耦合系统中的多个透镜均镀有基频光波段宽带增透膜。
作为优选，所述斯托克斯光高反镜镀有基频光波段增透、1160-1460nm高反膜；所述斯托克斯光部分反射镜镀有基频光波段高反膜、1160-1460nm部分反射膜；所述拉曼晶体输出端面和输入端面分别镀有1160-1460nm波段增透膜和基频光波段增透膜。
作为优选，所述宽调谐单频光源系统还包括依次设置的光隔离器和基频光反射镜系统，所述光隔离器和基频光反射镜系统处于基频光源系统和基频光耦合系统之间。
作为优选，所述基频光反射镜系统包括第一基频光反射镜和第二基频光反射镜，所述第一基频光反射镜和第二基频光反射镜均镀有基频光波段宽带高反膜。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
(1)基频光源系统中的相位调制器可改变基频光的谱线宽度；斯托克斯光谐振系统将基频光的波长频移至目标波长；所以本发明中基频光源发出的光的谱线宽度及波长均可调,实现了光纤激光器或固体激光器均难以实现的1260-1460 nm范围内宽调谐单频相干光源；
(2)利用有别于传统单频光源的实现手段(即基于受激拉曼散射(SRS)过程无增益烧孔的特性)，在简单的驻波腔结构下便可实现相干光的单频运转，从而大大简化了系统的复杂程度，降低了系统的成本；
(3)由于本发明中基频光的线宽可调，可根据实际情况选用合适线宽的基频光，最大程度上放宽对基频光线宽的要求，从而降低了实现基频光源的难度。此外，由于基频光源线宽要求的放宽，可缓解激光放大过程中非线性效应的对放大功率提升的限制，实现基频光更高功率的放大，便于后续实现更高功率的斯托克斯光；
(4)本发明提供了一种可获得新波段、宽调谐且单频运转光源的新技术。由于不需采用任何模式限制措施，也无需采用高功率单频基频光进行泵浦，通过该技术方案实现的光源具有结构简单紧凑、低成本、稳定高效的优势。通过本发明技术实现的1260-1460 nm范围内宽调谐单频相干光源是光通信领域的潜力光源，助力解决将来可能面临的“传输容量危机”问题，具有重要的现实意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，图1为实施例1提供的新通信波段的宽调谐单频光源示意图。
附图标记说明：1—基频光源，2—相位调制器，3—光放大器，4—光隔离器，5-1—第一基频光反射镜，5-2—第二基频光反射镜；6—斯托克斯光高反镜，7—拉曼晶体，8—斯托克斯光部分反射镜；
Ⅰ—基频光源系统，Ⅱ—基频光耦合系统，Ⅲ—斯托克斯光谐振系统。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例1
下面结合附图1对本发明作进一步的描述，一种新通信波段的宽调谐单频光源，如图1所示，包括由激励端到输出端依次设置的基频光源系统Ⅰ、基频光耦合系统Ⅱ和斯托克斯光谐振系统Ⅲ。
如图1所示，基频光源系统Ⅰ包括依次设置的基频光源1、相位调制器2和光放大器3。
如图1所示，基频光耦合系统Ⅱ包括多个透镜，对基频光源系统Ⅰ输出的光束进行整形聚焦。
如图1所示，斯托克斯光谐振系统Ⅲ包括依次设置的斯托克斯光高反镜6拉曼晶体7和斯托克斯光部分反射镜8，斯光高反镜6和斯托克斯光部分反射镜8组成两镜驻波腔结构的斯托克斯光谐振腔。
拉曼晶体7为YVO4晶体(拉曼频移890cm-1)。
基频光源系统输出的光束在斯托克斯光谐振系统内经级联拉曼后，得到最终输出的斯托克斯光。
基频光源1的波长根据斯托克斯光谐振系统Ⅲ输出的斯托克斯光的波长以及拉曼晶体7的频移计算得到。基频光波长的倒数减去拉曼频移，等于斯托克斯光的波长倒数，如下公式所示：
式中，为斯托克斯光波长，为基频光波长，为拉曼频移。
斯托克斯光谐振系统Ⅲ输出的斯托克斯光的波长处于1260-1460nm范围内，基频光源1发出的光束的波长处于1030-1090nm波段，具体为1064nm，最终得到的斯托克斯光波长为1312nm。
基频光耦合系统Ⅱ中的多个透镜均镀有1030-1090nm波段宽带增透膜。
斯托克斯光高反镜6镀有1030-1090nm增透、1160-1460nm高反膜；斯托克斯光部分反射镜8镀有1030-1090nm高反膜、1160-1460nm部分反射膜；拉曼晶体7输出端面和输入端面分别镀有1160-1460 nm增透膜和1030-1090nm增透膜。
如图1所示，宽调谐单频光源系统还包括依次设置的光隔离器4和基频光反射镜系统，光隔离器4和基频光反射镜系统处于基频光源系统Ⅰ和基频光耦合系统Ⅱ之间。
如图1所示，基频光反射镜系统包括第一基频光反射镜5-1和第二基频光反射镜5-2，第一基频光反射镜5-1和第二基频光反射镜5-2均镀有1030-1090nm波段宽带高反膜。
实施例2
本实施例与实施例1的区别是：拉曼晶体7为Ba(NO3)2体，基频光源1发出的光束的波长在1010-1060nm波段内。
本发明使用的拉曼晶体7不并限于KGW晶体、YVO4晶体、BaWO4晶体和Ba(NO3)2晶体。
本发明的新通信波段的宽调谐单频光源工作原理：
基频光源1发射出波长位于1010-1060nm、1030-1090nm或1020-1070nm 波段内基频光，经相位调制器2进行光谱展宽，实现基频光线宽的调节；光放大器3对基频光进行功率放大。
大功率基频光经光隔离器4后实现单向传输，可避免后面反射光对前端基频光源系统造成损伤。由光隔离器4射出的大功率基频光经第一基频光反射镜5-1和第二基频光反射镜5-2进行光路调节后经基频光耦合系统II进行光束整形和聚焦。
聚焦后的基频光经斯托克斯光高反镜6进入拉曼晶体7进行泵浦，在由斯托克斯光高反镜6和斯托克斯光部分反射镜8组成的两镜驻波腔结构的斯托克斯光谐振腔作用下，基于拉曼级联技术便可实现1260-1460 nm范围内的宽调谐单频相干光。
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其他领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种新通信波段的宽调谐单频光源，其特征在于，包括由激励端到输出端依次设置的基频光源系统、基频光耦合系统和斯托克斯光谐振系统；
所述基频光源系统包括依次设置的基频光源(1)、相位调制器(2)和光放大器(3)；
所述基频光耦合系统包括多个透镜，对所述基频光源系统输出的光束进行整形聚焦；
所述斯托克斯光谐振系统包括依次设置的斯托克斯光高反镜(6)拉曼晶体(7)和斯托克斯光部分反射镜(8)，所述斯托克斯光高反镜(6)和斯托克斯光部分反射镜(8)组成两镜驻波腔结构的斯托克斯光谐振腔。
2.根据权利要求1所述的新通信波段的宽调谐单频光源，其特征在于，
所述拉曼晶体(7)为KGW晶体、YVO4晶体、BaWO4晶体和Ba(NO3)2晶体中的一种。
3.根据权利要求2所述的新通信波段的宽调谐单频光源，其特征在于，所述基频光源系统输出的光束在斯托克斯光谐振系统内经级联拉曼后，得到最终输出的斯托克斯光。
4.根据权利要求3所述的新通信波段的宽调谐单频光源，其特征在于，所述斯托克斯光谐振系统输出的斯托克斯光的波长处于1260-1460nm范围内，所述基频光源(1)发出的光束的波长为1010-1060nm、1030-1090nm或1020-1070nm。
5.根据权利要求4所述的新通信波段的宽调谐单频光源，其特征在于，所述基频光耦合系统中的多个透镜均镀有基频光波段宽带增透膜。
6.根据权利要求5所述的新通信波段的宽调谐单频光源，其特征在于，所述斯托克斯光高反镜(6)镀有基频光波段增透、1160-1460nm高反膜；所述斯托克斯光部分反射镜(8)镀有基频光波段高反膜、1160-1460nm部分反射膜；所述拉曼晶体(7)输出端面和输入端面分别镀有1160-1460nm波段增透膜和基频光波段增透膜。
7.根据权利要求6所述的新通信波段的宽调谐单频光源，其特征在于，所述宽调谐单频光源系统还包括依次设置的光隔离器(4)和基频光反射镜系统，所述光隔离器(4)和基频光反射镜系统处于基频光源系统和基频光耦合系统之间。
8.根据权利要求7所述的新通信波段的宽调谐单频光源，其特征在于，所述基频光反射镜系统包括第一基频光反射镜(5-1)和第二基频光反射镜(5-2)，所述第一基频光反射镜(5-1)和第二基频光反射镜(5-2)均镀有基频光波段宽带高反膜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Chang Inventor after: Jiang Pengbo Inventor before: Wang Chang |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information |