CN117410806A - 一种高功率高稳定性单纵模掺铥光纤激光器及输出方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光纤通信技术领域，涉及一种高功率高稳定性单纵模掺铥光纤激光器及输出方法。793nm的泵浦源通过合束器进入环形腔对增益光纤进行放大，得到放大的自发辐射谱(ASE)，经过环形器保证激光能够顺时针运行，均匀光栅对特定波长的光进行反射，可保护吸收体起到抑制增益竞争作用。由四个耦合器和窄带光栅共同作用，使激光处于单纵模运转状态，同时将线宽压窄至kHz量级。
Description
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，涉及一种高功率高稳定性单纵模掺铥光纤激光器及输出方法。
背景技术
掺铥光纤的宽荧光光谱可达400nm，位于“人眼安全”波长区域，是自由空间光传输相关应用的优选光源。近年来，2μm波段单纵模光纤激光器因在水分子、温室气体和其他一些化合物中的独特吸收特性，以及在激光雷达、大气测量、高分辨的光谱学和生物医疗等领域的潜在应用，受到了重点的关注和广泛的研究。研究者也尝试使用TDFL获得不同的输出波段，包括1.6μm、1.7μm、18μm、1.9μm、2.0μm和2.05μm波段。
目前已经报道了几种实现单纵模光纤激光器的技术，包括短腔分布布拉格反射器(DBR)、分布反馈(DFB)结构、拉曼光纤激光器、复合腔光纤激光器、光自注入反馈等。尽管DBR和DFB光纤激光器在单纵模操作中具有紧凑性和稳健性，但它们存在一些固有的结构限制，阻碍了它们广泛的可调性。单纵模环形腔光纤激光器由于其嵌入各种光滤波器的灵活性而不受这些限制。根据Schawlow-Townes理论，腔长较长的环形激光器会导致线宽变窄，弛豫振荡频率峰值向低频偏移。由于低频共振模的密集分布，使其更容易发生跳模和多纵模振荡。
为了克服这些缺点，人们研究了许多模式选择机制。基于饱和吸收体(SA)的无泵浦有源光纤限制了激光器内的纵向模式，利用空间烧孔效应，增强了SA内的单纵模振荡。研究人等利用SA作为自跟踪窄带滤波器，展示了一种稳定的掺铥光纤激光器。然而，在这种方法中大量的能量被SA吸收，导致腔损过大，能量转化率过低。窄带宽滤波器是单纵模的关键工具，目前2μm波段比较缺乏滤波器件，所以复合腔由于价格低廉，灵活性高等优点受到广泛关注。
发明内容
本发明解决现有技术所存在的技术问题，从而提供一种高功率高稳定性单纵模掺铥光纤激光器及输出方法。
现有技术问题通过以下技术方案得以解决：
一种高功率高稳定性单纵模掺铥光纤激光器，泵浦源及三环复合腔滤波器与合束器连接，合束器的一端与掺铥光纤连接，掺铥光纤的另一端与环形器连接，环形器的另一端与耦合器一，耦合器一的另一端与三环复合腔滤波器连接，环形器还与铥钬共掺光纤连接，铥钬共掺光纤的另一端与均匀光栅连接。
环形器由耦合器二、耦合器三、耦合器四及耦合器五组成，耦合器二与耦合器四为环形连接，耦合器三与耦合器五为环形连接，耦合器二与耦合器三连接，耦合器四与耦合器五连接。
所述连接为通过光纤熔接。
一种高功率高稳定性单纵模掺铥光纤激光输出方法,含有以下步骤：通过使用泵浦源、合束器、掺铥光纤、环形器、均匀光栅、铥钬共掺光纤及耦合器设计制作激光器，使用窄带光栅和环形滤波器，实现2μm波段的单纵模窄线宽激光输出。
793nm的泵浦源通过合束器进入环形腔对增益光纤进行放大，得到放大的自发辐射谱ASE，经过环形器保证激光能够顺时针运行，均匀光栅对特定波长的光进行反射，未泵浦的铥钬共掺光纤作为可饱和吸收体,起到抑制增益竞争作用。
环形滤波器包括三环复合腔滤波器(filter)、合束器、掺铥光纤、环形器及耦合器一，环形器由耦合器二、耦合器三、耦合器四及耦合器五组成组成。
耦合器二、耦合器三、耦合器四及耦合器五与窄带光栅共同作用，使激光处于单纵模运转状态，同时将线宽压窄至KHz量级。
本发明所具有的效果如下：提出了一种基于四耦合器三环复合腔滤波器和铥钬共掺光纤作为可饱和吸收体的单纵模窄线宽掺铥光纤激光器，使用了泵浦源、合束器、掺铥光纤、环形器、铥钬共掺光纤和耦合器，可在2050nm波段实现稳定的单纵模窄线宽激光输出。
本发明在腔内创新性的采用铥钬共掺光纤作为可饱和吸收体，可以较好地抑制增益竞争。
本发明合理的设计了子环腔各个耦合器的耦合比以及两个子环腔的长度差，并对实验所需参数进行了仿真，达到了较好的滤波效果。
本发明激光器中的元器件都比较容易获得且滤波器的组建元件廉价，操作难度低，对于缺乏滤波组件的2μm波段的激光器有参考价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。如图其中：
图1(a)为一种高功率高稳定性单纵模掺铥光纤激光器结构示意图。
图1(b)为图1(a)中四个耦合器三环复合腔结构示意图。
图2为输出激光在1个小时内的单纵模稳定运转情况。
图3为输出激光的频率噪声功率谱密度，分析可得在测量时间为0.001s下的线宽为7kHz。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：如图1(a)、图1(b)、图2及图3所示，一种高功率高稳定性单纵模掺铥光纤激光器及输出方法，通过使用泵浦源、合束器、掺铥光纤、环形器、均匀光栅、铥钬共掺光纤及耦合器设计制作激光器，使用窄带光栅和三环复合腔滤波器filter，实现2μm波段的单纵模窄线宽激光输出。环形滤波器包括三环复合腔滤波器filter、合束器02、掺铥光纤03、环形器04及耦合器一07。
一种高功率高稳定性单纵模掺铥光纤激光器，如图1所示，包括泵浦源01、合束器02、掺铥光纤03、环形器04、铥钬共掺光纤05、均匀光栅06、耦合器一07、耦合器二08、耦合器三09、耦合器四10、耦合器五11及三环复合腔滤波器filter。
793nm的泵浦源01及三环复合腔滤波器filter与合束器02连接，合束器02的一端与掺铥光纤03连接，掺铥光纤03的另一端与环形器04连接，环形器04的另一端与耦合器一07，耦合器一07的另一端与三环复合腔滤波器fi lter连接，环形器04还与铥钬共掺光纤05连接，铥钬共掺光纤05的另一端与均匀光栅06连接。
环形器04由耦合器二08、耦合器三09、耦合器四10及耦合器五11组成，耦合器二08与耦合器四10为环形连接，耦合器三09与耦合器五11为环形连接，耦合器二08与耦合器三09连接，耦合器四10与耦合器五11连接。
所述连接为通过光纤熔接。
793nm的泵浦源01通过合束器02进入环形腔对增益光纤03进行放大，得到放大的自发辐射谱ASE，经过环形器04保证激光能够顺时针运行，均匀光栅06对特定波长的光进行反射，未泵浦的铥钬共掺光纤05作为可饱和吸收体,起到抑制增益竞争作用。
环形器04由耦合器二08、耦合器三09、耦合器四10及耦合器五11组成组成，耦合器二08、耦合器三09、耦合器四10及耦合器五11与窄带光栅共同作用，使激光处于单纵模运转状态，同时将线宽压窄至KHz量级。滤波器包括三环复合腔滤波器filter、合束器02、掺铥光纤03、环形器04及耦合器一07。
本发明解决的技术问题是目前许多掺铥光纤激光器无法稳定保持单纵模状态以及进一步压窄线宽。
一种高功率高稳定性单纵模掺铥光纤激光器，包括泵浦源01、合束器02、掺铥光纤03、环形器04、铥钬共掺光纤05、均匀光栅06、耦合器一07、耦合器二08、耦合器三09、耦合器四10、耦合器五11及三环复合腔滤波器filter，进入环形腔对增益光纤03进行放大，得到放大的自发辐射谱ASE，经过环形器04保证激光能够顺时针运行，均匀光栅对特定波长的光进行反射，铥钬共掺光纤05作为可饱和吸收体起到抑制增益竞争作用。
由光纤耦合器二08、纤耦合器四10、光纤耦合器五11和窄带光栅共同作用，使激光处于单纵模运转状态，同时将线宽压窄至KHz量级。
采用了均匀光栅06，光纤耦合器一07为1×2耦合器，光纤耦合器三09为2×2耦合器，其分光均比为90:10，光纤耦合器二08、光纤耦合器四10和光纤耦合器五11也为2×2耦合器，其分光比为50:50。
一种高功率高稳定性单纵模掺铥光纤激光输出方法，793nm泵浦通过合束器进入环形腔内，对增益光纤进行放大，经过环形器顺时针经过铥钬共掺光纤进入均匀光栅上，形成特定的波长反射。经环形器输出的激光再次通过四耦合器环形复合腔滤波器的选模过程，实现单纵模运转。
一种高功率高稳定性单纵模掺铥光纤激光器，包括泵浦源01、合束器02、掺铥光纤03、环形器04、铥钬共掺光纤05、均匀光栅06、耦合器一07、耦合器二08、耦合器三09、耦合器四10、耦合器五11及三环复合腔滤波器filter。
793nm的泵浦源01通过合束器02进入环形腔对增益光纤03进行放大，得到放大的自发辐射谱(ASE)，经过环形器保证激光能够顺时针运行，均匀光栅对特定波长的光进行反射，可饱和吸收体起到抑制增益竞争作用。由四个耦合器09-12和窄带光栅共同作用，使激光处于单纵模运转状态，同时将线宽压窄至kHz量级。
如图2及图3所示，图2为输出激光在1个小时内的单纵模稳定运转情况。图3为输出激光的频率噪声功率谱密度，分析可得在测量时间为0.001s下的线宽为7kHz。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高功率高稳定性单纵模掺铥光纤激光器，其特征在于,泵浦源及三环复合腔滤波器与合束器连接，合束器的一端与掺铥光纤连接，掺铥光纤的另一端与环形器连接，环形器的另一端与耦合器一，耦合器一的另一端与三环复合腔滤波器连接，环形器还与铥钬共掺光纤连接，铥钬共掺光纤的另一端与均匀光栅连接。
2.根据权利要求1所述的一种高功率高稳定性单纵模掺铥光纤激光器，其特征在于,环形器由耦合器二、耦合器三、耦合器四及耦合器五组成，耦合器二与耦合器四为环形连接，耦合器三与耦合器五为环形连接，耦合器二与耦合器三连接，耦合器四与耦合器五连接。
3.根据权利要求1所述的一种高功率高稳定性单纵模掺铥光纤激光器，其特征在于,所述连接为通过光纤熔接。
4.一种高功率高稳定性单纵模掺铥光纤激光输出方法,其特征在于，含有以下步骤：通过使用泵浦源、合束器、掺铥光纤、环形器、均匀光栅、铥钬共掺光纤及耦合器设计制作激光器，选择窄带光栅和环形滤波器，实现2μm波段的单纵模窄线宽激光输出。
5.根据权利要求4所述的一种高功率高稳定性单纵模掺铥光纤激光输出方法，其特征在于，793nm泵浦通过合束器进入环形腔内，对增益光纤进行放大，经过环形器顺时针经过铥钬共掺光纤进入均匀光栅上，形成特定的波长反射，经环形器输出的激光再次通过四耦合器环形复合腔滤波器的选模过程，实现单纵模运转。
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| CN115102016A (zh) * | 2022-06-06 | 2022-09-23 | 北京交通大学 | 一种单纵模窄线宽掺铥光纤激光器 |
| CN115102016B (zh) * | 2022-06-06 | 2024-08-09 | 北京交通大学 | 一种单纵模窄线宽掺铥光纤激光器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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