CN1801549A - 调频窄线宽保偏光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
调频窄线宽保偏光纤激光器，由各光纤器件构成具有光环行回路的环形谐振腔，其特征是各光纤器件均采用保偏光纤器件，并且在环形谐振腔中设置用于频率调制的保偏光纤波导调制器。本发明通过在光纤环形激光腔中置入保偏光纤波导调制器，实现了对输出激光的频率调制；通过在腔中使用全保偏光纤器件，实现了稳定的线偏振激光输出；利用环形腔结构和在未泵浦保偏掺铒光纤中驻波饱和吸收诱发的自写入光纤光栅的窄带滤波特性及反射波长自适应性实现了单频窄线宽输出。
Description
技术领域：
本发明专利涉及光纤激光器，特别是能够进行频率调制和保持稳定线偏振激光输出的窄线宽光纤激光器。
背景技术：
光纤激光器作为相干光源已广泛应用于许多领域。但在一些光传感器的应用中，为了减小信号畸变和失真，提高检测的灵敏度，需要采用相位解调技术，其中包括无源零差、有源零差、相位载波零差法、经典外差和合成外差几种方法，这时常常需要对光源进行频率调制，传统技术是通过压电陶瓷堆(PZT)对腔中的光纤施加应力引起腔中折射率的变化以达到对光源频率调制的目的。然而，PZT是一个容性负载器件，受温度、湿度、应力影响，特性很不稳定，而且驱动其工作的信号源电路结构复杂，调制频率很难超过10KHz，因而在实际应用中需要对这些参数进行仔细控制，激光器结构比较复杂。
普通光纤激光器的谐振腔大部分是由普通光纤器件构成，由于普通光纤对应力和温度的敏感性，激光传输时的偏振态很难保持，因而在相干检测中也会引起附加噪声和信号衰落，降低系统的灵敏度。
传统光纤激光器在一些非接触，大光程差相干光传感测量中由于线宽较宽，在短距离检测时体现不出来的光源相位噪声也变成了噪声的重要来源之一。由此导致了干涉系统信噪比的迅速降低。
因此现有的激光器很难同时满足上述几种要求。
发明内容：
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种集频率调制，稳定的线偏振输出，窄线宽于一身的调频窄线宽保偏光纤激光器。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
本发明由各光纤器件构成具有光环行回路的环形谐振腔，其结构特点是所述各光纤器件均采用保偏光纤器件，并且在所述环形谐振腔中设置用于频率调制的保偏光纤波导调制器。
本发明的结构特点也在于所述环形谐振腔是以半导体激光器为泵浦光源，泵浦光通过保偏光纤波分复用器进入保偏掺铒光纤，由所述保偏掺铒光纤吸收泵浦光产生的荧光沿着两个方向传播，其一是逆时针方向传播，经保偏光纤波导调制器，损耗在对光具有反向隔离作用的保偏光纤环形器中；另一是顺时针方向传播，依次经保偏光纤起偏器、保偏光纤耦合器，由保偏光纤环形器的输入端进入反射端，通过未泵浦保偏掺铒光纤后，在光纤布拉格光栅上反射，反射光在保偏光纤环形器的输出端经保偏光纤波导调制器至保偏掺铒光纤；在所述环形谐振腔中形成的振荡信号通过保偏光纤耦合器和保偏光纤隔离器隔离输出。
本发明通过在光纤环形激光腔中置入保偏光纤波导调制器，实现了对输出激光的频率调制；通过在腔中使用全保偏光纤器件，实现了稳定的线偏振激光输出；利用环形腔结构和在未泵浦保偏掺铒光纤中驻波饱和吸收诱发的自写入光纤光栅的窄带滤波特性及反射波长自适应性实现了单频窄线宽输出。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明通过在光纤环形激光腔中置入光纤波导调制器，解决了PZT调制的不稳定性和控制复杂的问题，调制信号源电路简单，普通信号源即可使用。
2、本发明通过采用全保偏光纤器件，避免了由于环境导致光纤应力变化引起激光偏振态的变化。
附图说明：
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明输出激光光谱图，可以看出激光中心波长为1544.756nm，光谱信噪比大于50dB。
图3为本发明激光调制零拍谱图，通过图可以看出当在保偏光纤波导调制器加上调制信号后，最大的频偏量可达到7.5MHz。
图4为本发明激光偏振稳定性测试图，可以看出在一个半小时之内输出激光的偏振稳定性很好，偏振消光比大于20dB。
图5为本发明激光线宽测试图，通过拟合可以看出该激光线宽小于1KHz。
图中标号：1半导体激光器、2保偏光纤波分复用器、3保偏掺铒光纤、4保偏光纤波导调制器、5保偏光纤起偏器、6保偏光纤耦合器、7保偏光纤隔离器、8保偏光纤环形器、9光纤布拉格光栅、10未泵浦保偏掺铒光纤。
具体实施方式：
参见图1，本实施例中，以半导体980nm激光器1为泵浦光源，也可以是波长为1480nm的半导体激光器，泵浦光通过保偏光纤波分复用器2进入保偏掺铒光纤3，保偏掺铒光纤3吸收泵浦光后会产生荧光，它会沿着两个方向传播，逆时针方向上，荧光由于保偏光纤波导调制器4和保偏光纤环形器8对光的反向隔离作用损耗在腔中，对激光产生没有贡献；顺时针方向，荧光通过保偏光纤起偏器5、保偏光纤耦合器6，由保偏光纤环形器8的输入端1脚进入反射端2脚，通过另一段未泵浦保偏掺铒光纤10后被光纤布拉格光栅9反射回来，反射光再由保偏光纤环形器8反射端2脚经由输出端3脚输出，最终经过保偏光纤波导调制器4后形成了光环行回路，构成了一个环形谐振腔，当泵浦功率达到一定值满足激光振荡条件时，激光通过保偏光纤隔离器7输出。由于保偏光纤环形器8对980nm激光的隔离作用，保偏光纤环形器8的反射端2脚上的保偏掺铒光纤10是未泵浦的，入射光从保偏光纤环行器8的输入端1脚进入反射端，经过未泵浦保偏掺铒光纤10后，由光纤布拉格光栅9反射回来，再和入射光在未泵浦保偏保偏光纤10中叠加，产生饱和吸收现象，当光功率合适时形成自写入光栅，起到压窄线宽和实现稳定单频激光输出的作用。
具体实施中，保偏光纤波导调制器8是采用在电光材料的衬底上制作条形光波导，然后在波导的两边制备调制电极的方法，通过对电极上施加调制信号，利用电光材料的线性电光效应，改变光波导区的折射率从而达到对输出激光的频率调制。调制器的工作波长为1550nm，带宽1.5GHz，插入损耗3.6dB。
保偏光纤器件的使用，克服了由于环境扰动等原因引起的激光偏振态的变化问题，从而获得偏振状态稳定的激光输出。
实验结果表明该激光器输出功率为23mW，线宽小于1kHz，具有稳定偏振和调频特性，偏振消光大于20dB，最大频偏量为7.5MHz。
Claims (2)
1、一种调频窄线宽保偏光纤激光器，由各光纤器件构成具有光环行回路的环形谐振腔，其特征是所述各光纤器件均采用保偏光纤器件，并且在所述环形谐振腔中设置用于频率调制的保偏光纤波导调制器(4)。
2、根据权利要求1所述的调频窄线宽保偏光纤激光器，其特征是所述环形谐振腔是以半导体激光器(1)为泵浦光源，泵浦光通过保偏光纤波分复用器(2)进入保偏掺铒光纤(3)，由所述保偏掺铒光纤(3)吸收泵浦光产生的荧光沿着两个方向传播，其一是逆时针方向传播，经保偏光纤波导调制器(4)，损耗在对光具有反向隔离作用的保偏光纤环形器(8)中；另一是顺时针方向传播，依次经保偏光纤起偏器(5)、保偏光纤耦合器(6)，由保偏光纤环形器(8)的输入端(1脚)进入反射端(2脚)，通过未泵浦保偏掺铒光纤(10)后，在光纤布拉格光栅(9)上反射，反射光在保偏光纤环形器(8)的输出端(3脚)经保偏光纤波导调制器(4)至保偏掺铒光纤(3)；在所述环形谐振腔中形成的振荡信号通过保偏光纤耦合器(6)和保偏光纤隔离器(7)隔离输出。
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