CN117134181A - 基于剩余泵浦再利用技术的高效单频光纤振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于激光器技术领域，具体涉及一种基于剩余泵浦再利用技术的高效单频光纤振荡器，包括泵浦源、信号光隔离器、波分复用器、第一泵浦光偏振控制器、PBS合束器、信号光偏振控制器、DFB光栅和第二泵浦光偏振控制器；泵浦源发出的泵浦光依次经过波分复用器、第一泵浦光偏振控制器、PBS合束器、信号光偏振控制器至DFB光栅；DFB光栅受激励后产生的单频信号光经信号光偏振控制器、PBS合束器、第一泵浦光偏振控制器、波分复用器和信号光隔离器之后传播出；未被DFB光栅吸收的剩余泵浦光依次经第二泵浦光偏振控制器、PBS合束器、信号光偏振控制器之后再次至DFB光栅，实现了对剩余泵浦光的循环利用，提高了输出信号光功率。
Description
技术领域
本发明属于激光器技术领域，具体涉及一种基于剩余泵浦再利用技术的高效单频光纤振荡器。
背景技术
单频光源在光纤传感、量子信息、激光雷达、相干测量等领域具有重要应用，产生单频光源的单频光纤激光器包括DFB单频光纤振荡器和DBR单频光纤振荡器。
DFB单频光纤振荡器的核心部件是一段DFB光栅，DFB光栅为一段写有相移光栅的有源光纤，有源光纤一般是掺铒光纤或铒镱光纤等掺有稀土元素的光纤。DFB单频光纤振荡器的基本原理是将泵浦光输入至DFB光栅上，这样DFB光栅上就会在一定的波长范围内有增益，光栅可实现光反馈和波长选择，从而具备良好的频率稳定性，实现稳定的单模输出。DFB单频光纤振荡器的结构如图1所示，泵浦光经第一个波分复用器耦合进入DFB光栅，未被DFB光栅吸收的泵浦光经由第二个波分复用器剥离后导出。
DFB光栅的长度在5cm左右，实际有效腔长仅为1-2cm。以1.5微米DFB光栅为例，刻制此类DFB光栅所用光纤对泵浦光吸收系数在5dB/m左右，这便导致其对泵浦光的吸收效率很低，不高于6%。过低的泵浦利用率不仅造成了泵浦光的浪费，令振荡器效率极低，更严重的问题是导致振荡器输出单频激光功率很低，无法实现实际应用。为满足应用，现有技术中一般须采用MOPA放大器对振荡器输出的单频激光进行放大，这不仅使系统的复杂程度较高，还必然致使成本较高。
DBR单频光纤振荡器的光学谐振腔是由一段稀土离子掺杂光纤作为增益介质，宽带光纤光栅和窄带光纤光栅分别熔接在增益光纤两端并作为谐振腔的前后腔镜，组成谐振腔，如图2所示。在DBR结构的谐振腔中，为了获得稳定且无跳模的单一纵模激光输出，则要求增益光纤的长度足够短，通常在cm级别。当选用吸收系数低的增益光纤时，增益光纤无法高效吸收泵浦光，DBR单频光纤振荡器的光学谐振腔也存在着泵浦利用率低、单频激光功率低、须采用MOPA放大器对振荡器输出的单频激光进行放大才能使用等缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是弥补现有技术的不足，为解决DFB单频光纤振荡器泵浦利用率低、输出信号光功率的问题，提供一种基于剩余泵浦再利用技术的高效单频光纤振荡器。
要解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种基于剩余泵浦再利用技术的高效单频光纤振荡器，包括泵浦源、信号光隔离器、波分复用器和DFB光栅，波分复用器包括端口A、端口B和端口C，泵浦源的出光口通过传能光纤与端口A相连，信号光隔离器的信号接入端通过传能光纤与端口B相连；
还包括第一泵浦光偏振控制器、PBS合束器、信号光偏振控制器和第二泵浦光偏振控制器；PBS合束器包括分接口E、分接口F和主接口G；自波分复用器的端口C开始，波分复用器、第一泵浦光偏振控制器、PBS合束器、信号光偏振控制器、DFB光栅、第二泵浦光偏振控制器和PBS合束器通过传能光纤依次串接，其中第一泵浦光偏振控制器与PBS合束器的分接口E相连，第二泵浦光偏振控制器与PBS合束器的分接口F相连，信号光偏振控制器与PBS合束器的主接口G相连。
进一步地，所述DFB光栅与第二泵浦光偏振控制器之间通过传能光纤串接有泵浦光隔离器。
进一步地，泵浦源发出泵浦光之后，泵浦光依次经过波分复用器、第一泵浦光偏振控制器、PBS合束器、信号光偏振控制器之后至DFB光栅；一部分泵浦光被DFB光栅吸收，另一部分泵浦光未被DFB光栅吸收，成为剩余泵浦光；DFB光栅受激发后产生单频信号光，单频信号光经信号光偏振控制器、PBS合束器、第一泵浦光偏振控制器、波分复用器和信号光隔离器之后传播出；剩余泵浦光则依次经第二泵浦光偏振控制器、PBS合束器、信号光偏振控制器之后再次至DFB光栅。
一种基于剩余泵浦再利用技术的高效单频光纤振荡器，包括泵浦源、信号光隔离器、波分复用器和光学谐振腔，光学谐振腔由增益光纤和分别熔接在增益光纤两端的宽带光纤光栅和窄带光纤光栅组成，波分复用器包括端口A、端口B和端口C，泵浦源的出光口通过传能光纤与端口A相连，信号光隔离器的信号接入端通过传能光纤与端口B相连；
还包括第一泵浦光偏振控制器、PBS合束器、信号光偏振控制器和第二泵浦光偏振控制器；PBS合束器包括分接口E、分接口F和主接口G；自波分复用器的端口C开始，波分复用器、第一泵浦光偏振控制器、PBS合束器、信号光偏振控制器、光学谐振腔、第二泵浦光偏振控制器和PBS合束器通过传能光纤依次串接，其中第一泵浦光偏振控制器与PBS合束器的分接口E相连，第二泵浦光偏振控制器与PBS合束器的分接口F相连，信号光偏振控制器与PBS合束器的主接口G相连。
进一步地，所述光学谐振腔与第二泵浦光偏振控制器之间通过传能光纤串接有泵浦光隔离器。
进一步地，泵浦源发出泵浦光之后，泵浦光依次经过波分复用器、第一泵浦光偏振控制器、PBS合束器、信号光偏振控制器之后至光学谐振腔；一部分泵浦光被光学谐振腔吸收，另一部分泵浦光未被光学谐振腔吸收，成为剩余泵浦光；光学谐振腔受激发后产生单频信号光，单频信号光经信号光偏振控制器、PBS合束器、第一泵浦光偏振控制器、波分复用器和信号光隔离器之后传播出；剩余泵浦光则依次经第二泵浦光偏振控制器、PBS合束器、信号光偏振控制器之后再次至光学谐振腔。
进一步地，所述泵浦源为980nm单模LD或1480nm单模LD。
进一步地，所述泵浦源的泵浦方式为纤芯泵浦。
本发明可以达到的有益效果为：
1、通过设置第二泵浦光偏振控制器和PBS合束器，使“PBS合束器→信号光偏振控制器→DFB光栅（或光学谐振腔）→第二泵浦光偏振控制器→PBS合束器”构成一个泵浦光传播环，为剩余泵浦光提供了可以循环传播的通道，使得剩余泵浦光可以再次到达DFB光栅（或光学谐振腔）以实现再利用，在保证单频性前提下，提高了系统的效率和输出信号光功率，有效解决了现有技术单频光纤振荡器泵浦利用率低、输出信号光功率的技术问题。
2、本技术方案无需通过MOPA放大器便可实现高功率单频激光输出，简化了系统，降低了成本。
附图说明
图1是现有技术常规DFB单频光纤振荡器结构示意图。
图2是现有技术DBR单频光纤振荡器的光学谐振腔结构图。
图3是本发明实施例1的结构示意图。
图4是本发明实施例1与常规DFB单频光纤振荡器输出功率随入射泵浦功率变化的关系示图。
图5是常规DFB单频光纤振荡器的输出精细光谱图。
图6是本发明实施例1的输出精细光谱图。
图7是本发明实施例2的结构示意图。
图中：1-泵浦源，2-信号光隔离器，3-波分复用器，4-DFB光栅，5-第一泵浦光偏振控制器，6-PBS合束器，7-信号光偏振控制器，8-泵浦光隔离器，9-第二泵浦光偏振控制器，10-光学谐振腔，101-宽带光纤光栅，102-增益光纤，103-窄带光纤光栅。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种基于剩余泵浦再利用技术的高效单频光纤振荡器，如图3所示，包括泵浦源1、信号光隔离器2、波分复用器3、第一泵浦光偏振控制器5、PBS合束器6、信号光偏振控制器7、DFB光栅4、泵浦光隔离器8和第二泵浦光偏振控制器9。
泵浦源1为980nm单模LD或1480nm单模LD，泵浦方式为纤芯泵浦。
波分复用器3包括端口A、端口B和端口C，端口C为Common端，端口A为Pass端，端口B为Reflection端，本实施例中波分复用器3的具体型号为SWDM591P322M180，厂家为山东越海通信科技股份有限公司。
PBS合束器6包括分接口E、分接口F和主接口G。
泵浦源1的出光口通过传能光纤与端口A相连，信号光隔离器2的信号接入端通过传能光纤与端口B相连；自波分复用器3的端口C开始，波分复用器3、第一泵浦光偏振控制器5、PBS合束器6、信号光偏振控制器7、DFB光栅4、泵浦光隔离器8、第二泵浦光偏振控制器9和PBS合束器6通过传能光纤依次串接，其中第一泵浦光偏振控制器5与PBS合束器6的分接口E相连，第二泵浦光偏振控制器9与PBS合束器6的分接口F相连，信号光偏振控制器7与PBS合束器6的主接口G相连。
PBS合束器6为偏振分光元件，起到偏振合束作用。
泵浦光隔离器8用于对剩余泵浦光起到单向循环作用。
泵浦源1发出泵浦光之后，泵浦光依次经过波分复用器3、第一泵浦光偏振控制器5、PBS合束器6、信号光偏振控制器7之后至DFB光栅4，其中第一泵浦光偏振控制器5控制入射泵浦光偏振态，实现泵浦光低损耗地通过PBS合束器6，提高系统效率；一部分泵浦光被DFB光栅4吸收，另一部分泵浦光未被DFB光栅4吸收，成为剩余泵浦光；DFB光栅4被泵浦光激励后形成粒子数反转，当达到阈值条件后产生单频信号光，单频信号光经信号光偏振控制器7、PBS合束器6、第一泵浦光偏振控制器5、波分复用器3和信号光隔离器2之后传播出，其中信号光偏振控制器7控制产生的信号光的偏振态，实现信号光低损耗地通过PBS合束器6，提高输出效率；剩余泵浦光则依次经泵浦光隔离器8、第二泵浦光偏振控制器9、PBS合束器6、信号光偏振控制器7之后再次至DFB光栅4，如此循环，实现对剩余泵浦光的循环利用。同样地，第二泵浦光偏振控制器9实现对剩余泵浦光的偏振态控制，从而实现PBS合束器6对泵浦光的低损耗合束。
从图4可以看出，在相同泵浦功率下，本实施例所输出的信号光功率约是现有技术常规DFB单频光纤振荡器所输出信号光功率的近8倍。也就是说，与现有技术相比，本实施例的输出信号光功率得到了大幅提升。
通过图5和图6的对比，可以看出，与现有技术常规DFB单频光纤振荡器相比，本实施例可以正常实现单频运转，证明本实施例并未对单频性造成影响。
实施例2
本实施例具体为将实施例1中的DFB光栅4替换为光学谐振腔10，其余同实施例1。
光学谐振腔10在本实施例中具体是由一小段增益光纤102（通常在1cm左右）和分别熔接在增益光纤102两端的宽带光纤光栅101和窄带光纤光栅103组成，宽带光纤光栅101为高反光栅，对信号光反射率>99.5%，带宽约为0.3nm；窄带光纤光栅103为低反光栅，对信号光反射率在40%-60%，带宽约为0.05 nm，此属于本领域技术人员所熟知的现有技术，故不再赘述。
Claims (8)
1.一种基于剩余泵浦再利用技术的高效单频光纤振荡器，包括泵浦源（1）、信号光隔离器（2）、波分复用器（3）和DFB光栅（4），波分复用器（3）包括端口A、端口B和端口C，泵浦源（1）的出光口通过传能光纤与端口A相连，信号光隔离器（2）的信号接入端通过传能光纤与端口B相连；其特征是：
还包括第一泵浦光偏振控制器（5）、PBS合束器（6）、信号光偏振控制器（7）和第二泵浦光偏振控制器（9）；PBS合束器（6）包括分接口E、分接口F和主接口G；自波分复用器（3）的端口C开始，波分复用器（3）、第一泵浦光偏振控制器（5）、PBS合束器（6）、信号光偏振控制器（7）、DFB光栅（4）、第二泵浦光偏振控制器（9）和PBS合束器（6）通过传能光纤依次串接，其中第一泵浦光偏振控制器（5）与PBS合束器（6）的分接口E相连，第二泵浦光偏振控制器（9）与PBS合束器（6）的分接口F相连，信号光偏振控制器（7）与PBS合束器（6）的主接口G相连。
2.根据权利要求1所述的基于剩余泵浦再利用技术的高效单频光纤振荡器，其特征是：所述DFB光栅（4）与第二泵浦光偏振控制器（9）之间通过传能光纤串接有泵浦光隔离器（8）。
3.根据权利要求1所述的基于剩余泵浦再利用技术的高效单频光纤振荡器，其特征是：泵浦源（1）发出泵浦光之后，泵浦光依次经过波分复用器（3）、第一泵浦光偏振控制器（5）、PBS合束器（6）、信号光偏振控制器（7）之后至DFB光栅（4）；一部分泵浦光被DFB光栅（4）吸收，另一部分泵浦光未被DFB光栅（4）吸收，成为剩余泵浦光；DFB光栅（4）受激发后产生单频信号光，单频信号光经信号光偏振控制器（7）、PBS合束器（6）、第一泵浦光偏振控制器（5）、波分复用器（3）和信号光隔离器（2）之后传播出；剩余泵浦光则依次经第二泵浦光偏振控制器（9）、PBS合束器（6）、信号光偏振控制器（7）之后再次至DFB光栅（4）。
4.一种基于剩余泵浦再利用技术的高效单频光纤振荡器，包括泵浦源（1）、信号光隔离器（2）、波分复用器（3）和光学谐振腔（10），光学谐振腔（10）由增益光纤（102）和分别熔接在增益光纤（102）两端的宽带光纤光栅（101）和窄带光纤光栅（103）组成，波分复用器（3）包括端口A、端口B和端口C，泵浦源（1）的出光口通过传能光纤与端口A相连，信号光隔离器（2）的信号接入端通过传能光纤与端口B相连；其特征是：
还包括第一泵浦光偏振控制器（5）、PBS合束器（6）、信号光偏振控制器（7）和第二泵浦光偏振控制器（9）；PBS合束器（6）包括分接口E、分接口F和主接口G；自波分复用器（3）的端口C开始，波分复用器（3）、第一泵浦光偏振控制器（5）、PBS合束器（6）、信号光偏振控制器（7）、光学谐振腔（10）、第二泵浦光偏振控制器（9）和PBS合束器（6）通过传能光纤依次串接，其中第一泵浦光偏振控制器（5）与PBS合束器（6）的分接口E相连，第二泵浦光偏振控制器（9）与PBS合束器（6）的分接口F相连，信号光偏振控制器（7）与PBS合束器（6）的主接口G相连。
5.根据权利要求4所述的基于剩余泵浦再利用技术的高效单频光纤振荡器，其特征是：所述光学谐振腔（10）与第二泵浦光偏振控制器（9）之间通过传能光纤串接有泵浦光隔离器（8）。
6.根据权利要求4所述的基于剩余泵浦再利用技术的高效单频光纤振荡器，其特征是：泵浦源（1）发出泵浦光之后，泵浦光依次经过波分复用器（3）、第一泵浦光偏振控制器（5）、PBS合束器（6）、信号光偏振控制器（7）之后至光学谐振腔（10）；一部分泵浦光被光学谐振腔（10）吸收，另一部分泵浦光未被光学谐振腔（10）吸收，成为剩余泵浦光；光学谐振腔（10）受激发后产生单频信号光，单频信号光经信号光偏振控制器（7）、PBS合束器（6）、第一泵浦光偏振控制器（5）、波分复用器（3）和信号光隔离器（2）之后传播出；剩余泵浦光则依次经第二泵浦光偏振控制器（9）、PBS合束器（6）、信号光偏振控制器（7）之后再次至光学谐振腔（10）。
7.根据权利要求1或4所述的基于剩余泵浦再利用技术的高效单频光纤振荡器，其特征是：所述泵浦源（1）为980nm单模LD或1480nm单模LD。
8.根据权利要求1或4所述的基于剩余泵浦再利用技术的高效单频光纤振荡器，其特征是：所述泵浦源（1）的泵浦方式为纤芯泵浦。
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