CN201639143U - 基于取样光栅对的双波长单纵模光纤激光器 - Google Patents

Abstract

一种基于取样光栅对的双波长单纵模光纤激光器，包括泵浦源(1)、隔离器(2)、激光器腔结构(3)、掺杂光纤(4)，泵浦源的输出端与隔离器端口(2-1)相连接；隔离器端口(2-2)与激光器腔结构(3)的一端相连接；激光器腔结构(3)的另一端为该激光器的输出端，其特征在于将具有双峰滤波特性的取样光栅间隔一定距离刻写在掺杂光纤(4)上构成取样光栅对，形成激光器谐振腔结构。本实用新型的优越性：(1)在高浓度掺杂光纤上刻写取样光栅对构成短激光腔的，因而其体积小；(2)使用器件少，外界影响影响因素少，插入损耗低；(3)还可通过设计取样光栅对的参数而等到可调谐的双波长激光，因而灵活性强。

Description

基于取样光栅对的双波长单纵模光纤激光器

(一)技术领域：

本实用新型属于光纤光栅和光纤激光器领域，特别涉及一种基于取样光栅对的双波长单纵模光纤激光器。

(二)背景技术：

随着光纤技术的迅猛发展，双波长光纤激光器有着广泛应用。高重复频率超短光脉冲序列及微波射频信号的产生都需要稳定的双波长单纵模光纤激光器作为光源。双波长光纤激光器通常采用线性腔或环形腔结构，用掺铒或铒镱共掺光纤作为增益物质，并均是通过光纤光栅滤波技术等到双波长输出的。取样光纤光栅是折射率沿光纤光栅方向被一个取样函数周期性调制的光纤Bragg光栅，其平均折射率，折射率调制深度、光栅周期及取样长度和取样周期直接影响其滤波频谱的特性。在光波分复用系统中的多波长光纤激光器通常是用取样光栅进行多波长滤波。

(三)发明内容：

本实用新型的目的是提供一种基于取样光栅对的双波长单纵模光纤激光器，它通过对取样光栅参数进行设计达到双峰滤波的效果，利用两个参数完全相同的取样光栅作为腔镜构成光纤激光器谐振腔，将取样光栅对间隔一定距离刻写在掺杂光纤上，利用掺杂光纤作为激光器的激励物质使通过取样光栅滤得的光波得到放大，最后得到双波长单纵模激光输出。

本实用新型的技术解决方案：一种基于取样光栅对的双波长单纵模光纤激光器(见图1)，包括泵浦源(1)、隔离器(2)、激光器腔结构(3)、掺杂光纤(4)，泵浦源的输出端与隔离器一端口(2-1)相连接；隔离器另一端口(2-2)与激光器腔结构(3)的一端相连接；激光器腔结构(3)的另一端为该激光器的输出端，其特征在于将具有双峰滤波特性的取样光栅间隔一定距离刻写在掺杂光纤(4)上构成取样光栅对，形成激光器谐振腔结构。

上述所说的取样光栅为双波长单纵模光纤激光器谐振腔的腔镜，由一个长度为L₁均匀光栅和一个长度为L₂的无光栅光纤交替分布构成一个取样光栅，即L₁L₂ L₁ L₂……L₂L₁L₂ L₁(见图2)，其首尾均为均匀光栅部分，其中L₂无光栅光纤的等效相移为π相移，L₁均匀光栅的等效相移不受限制，M个取样周期的取样光栅可等效为N个π相移的相移光栅，N＝M-1。

上述所说的取样光栅对形成的激光器腔结构(3)，是在掺杂光纤(4)上刻写两个上述取样光栅，并在两个取样光栅之间引入0相移量构成的取样光栅对；取样光栅对是在两个参数完全相同的取样光栅(3-1)与(3-2)中间引入0相移量形成的，其相移分布量要满足…π π π π π 0 π π ππ π…的结构(见图3)，取样光栅对根据中间间隔长度有不同结构方式。

上述所说的取样光栅对根据中间间隔长度具有的不同结构方式可包括如下两种结构方式，结构I其0相移量为等效相移量，由一段无光栅光纤等效而成，其相移量为2π的m倍，m＝1，2，3…；结构II其0相移量为绝对0相移量，其相移量为2π的m倍，m＝0。

上述所说的取样光栅对中的结构I(见图4)的具体结构是：由参数完全相同的上述两个取样光栅相隔一定的距离L₀构成取样光栅对，即L₁L₂ L₁L₂……L₂L₁L₂ L₁L₀ L₁L₂ L₁ L₂……L₂L₁L₂ L₁，其中L₁为均匀光栅的长度；L₂无光栅光纤的长度，等效于在光栅之间引入一个π相移；L₀为取样光栅对的间距，为一段无光栅光纤的长度，等效于在光栅对之间引入0相移。

上述所说的取样光栅对中的结构II(见图5)的具体结构是：由参数完全相同的上述两个取样光栅间距为零构成取样光栅对，即L₁L₂L₁L₂……L₂L₁L₂L₁ΦL₁L₂L₁ L₂……L₂L₁L₂ L₁，其中L₁为均匀光栅的长度；L₂无光栅光纤的长度，等效于在光栅之间引入一个π相移；两取样光栅的间距为零，其等效Φ为0相移。

上述所说的取样光栅中无光栅光纤等效π相移指相移量为π的奇数倍，其相移量由公式4πn_effL₂/λ决定，n_eff是有效折射率，L₂是无光栅光纤的长度，λ是激光器中振荡波长；取样光栅对中间间隔无光栅光纤等效0相移指相移量为π的偶数倍，其相移量由公式4πn_effL₀/λ决定，n_eff是有效折射率，L₀是无光栅光纤的长度，λ是激光器中振荡波长。

上述所说的泵浦源(1)选择半导体激光器，波长可以为980nm或1480nm。

上述所说的隔离器(2)可以选择980nm隔离器或光波分复用器WDM。

上述所说的掺杂光纤(4)可以选择掺铒光纤或铒镱共掺光纤。

本实用新型的原理：通过调整取样光栅的取样占空比(在一个周期中均匀光栅部分与无光栅光纤部分的比值)及周期数可以得到双峰的反射谱。根据相移光栅的理论，引入一个π相移就会在反射峰中产生一个透射窄峰，首先在两个段均匀光栅之间引入一段等效相移为π的无光栅光纤使布拉格光栅反射峰分裂成为两个反射峰，此时其反射峰值较低，再通过取样光栅的周期结构使双峰峰值变高。又由激光器谐振腔理论可知，两段均匀光栅中间的无光栅光纤的长度直接影响在布拉格光栅反射峰带宽中存在的模式数，所以在本实用新型中调整占空比保证一个布拉格反射峰只被分裂成两个反射峰，而不会有多峰存在。由上述条件所限制的取样光栅其反射谱中具有双峰结构。

在本实用新型中在两个上述取样光栅之间引入一个0相移结构，其可为无光栅光纤等效0相移亦可为绝对0相移量。同样根据相移光栅理论在此引入的0相移会形成π相移变化，致使在取样光栅的双反射峰中分别打开一个透射窗口，形成窄带透射峰。

根据激光器原理可知，激光的输出是由谐振腔反射镜的反射谱、激励物质的增益普及可在谐振腔中存在光波的模式所决定。在本实用新型中，单个取样光栅的反射谱为腔镜的反射谱、掺杂光纤的增益谱为激励物质的增益谱和取样光栅对决定了可在谐振腔中可震荡的模式。由于掺杂光纤的增益普很宽，所以本实用新型中的双波长光纤激光器的输出有单个取样光栅的反射谱和取样光栅的透射谱共同决定。

通过改变取样光栅对的参数，我们可以改变双波长的间隔。单个取样光栅的反射峰决定了两个双波长的间隔f，其中单个取样光栅的反射峰是与取样光栅的取样周期Lperiod成反比的，见下式：

$\mathrm{\Δf}=\frac{1}{2n{L}_{\mathrm{period}}}$

所以双波长的间隔可以通过改变取样光栅对的取样周期来实现。

本实用新型的优越性在于：(1)本实用新型是在高浓度掺杂光纤上刻写取样光栅对构成短激光腔的，因而其体积小；(2)本实用新型使用器件少，外界影响影响因素少，插入损耗低；(3)本实用新型还可通过设计取样光栅对的参数而等到可调谐的双波长激光，因而灵活性强。

(四)附图说明：

图1为本实用新型所涉一种基于取样光栅对的双波长单纵模光纤激光器的结构示意图，其中1-泵浦源，2-隔离器，3-激光器腔结构，4-掺杂光纤，2-1和2-2为隔离器的输入端口和输出端口，3-1和3-2均为取样光栅。

图2为系统结构图1中取样光栅结构及相移量分布示意图，π代表相移等效相移量，其中3-1-1/3-2-1为取样光栅的取样周期；3-1-2/3-2-2为取样光栅的取样；L₁为取样光栅中均匀光栅；L₂为取样光栅中无光栅光纤，其等效相移为π相移。

图3为本实用新型光纤激光器的取样光栅对的相移量分布示意图，3-1和3-2均为取样光栅，整个取样光栅对是参数完全相同的两个取样光栅间隔0相移刻写在高掺杂光纤(4)上而构成的，其中横向是光传播方向，纵向是折射率调制方向，π和0代表相移等效相移量。

图4为取样光栅对结构I结构示意图，其中3-1和3-2均为取样光栅；L₁为取样光栅中均匀光栅；L₂为取样光栅中无光栅光纤，其等效相移为π相移；L₀为取样光栅对中间间隔无光栅部分，其等效相移为0相移。

图5为取样光栅对结构II结构示意图，其中3-1和3-2均为取样光栅；L₁为取样光栅中均匀光栅；L₂为取样光栅中无光栅光纤，其等效相移为π相移；Φ为取样光栅对中间间隔为零长度等效的0相移。

(五)具体实施方式：

实施例：本发明光纤激光器是由980nm泵浦源(1)、980nm/C波段光波分复用器(即WDM)(2)及在铒镱共掺光纤(4)上形成的激光器腔结构(3)所构成(见图1)，图中，泵浦源(1)提供980nm连续泵浦光；WDM(2)起到对1550nm和980nm的光波耦合与分束的作用，并对产生的激光器起隔离作用；取样光栅对是在铒镱共掺光纤上刻写的，不仅作为了谐振腔而且起到了选频作用；光谱仪用于观察光纤激光器输出双波长的频谱。

取样光栅对是由参数完全相同的两个取样光栅(3-1)与(3-2)相隔一定距离放置构成的。每个取样光栅均为均匀取样光栅，取样光栅由10个取样周期组成，每个取样周期由均匀光栅部分和无光栅光纤部分构成，其占空比为0.75。两个取样光栅中间间隔为等效0相移的无光栅光纤或绝对0相移结构分别见图4和图5。

实施例1是本实验结构的一种模型，取样光栅结构为结构I(见附图4)。980nm连续泵浦光(1)从WDM(2)的980nm端口输入，泵浦光(1)通过WDM(2)传输到其980nm/1550nm端口输出并进入刻写了取样光栅对的铒镱共掺光纤(4)上，铒镱共掺光纤(4)末端焊接了FC/PC接头并连接到光谱仪。其中刻写在铒镱共掺光纤(4)上的取样光栅参数为：光栅周期为530.47nm，有效折射率为1.46，取样周期为4001个光栅周期，取样长度为3000.5个光栅周期，10个取样周期，两个取样光栅间隔为1000个取样周期，此取样光栅结构的相位分布图见附图4。

实施例2是本实验结构的另一种模型，取样光栅结构为结构I(见附图4)。980nm连续泵浦光(1)从WDM(2)的980nm端口输入，泵浦光(1)通过WDM(2)传输到其980nm/1550nm端口输出并进入刻写了取样光栅对的铒镱共掺光纤(4)上，铒镱共掺光纤(4)末端焊接了FC/PC接头并连接到光谱仪。其中刻写在铒镱共掺光纤(4)上的取样光栅参数为：光栅周期为530.47nm，有效折射率为1.46，取样周期为6000.5个光栅周期，取样长度为4300个光栅周期，7个取样周期，两个取样光栅间隔为1000个取样周期，此取样光栅结构的相位分布图见附图4。

实施例3是本实验结构的再一种模型，取样光栅结构为结构II(见附图5)。980nm连续泵浦光(1)从WDM(2)的980nm端口输入，泵浦光(1)通过WDM(2)传输到其980nm/1550nm端口输出并进入刻写了取样光栅对的铒镱共掺光纤(4)上，铒镱共掺光纤(4)末端焊接了FC/PC接头并连接到光谱仪。其中刻写在铒镱共掺光纤(4)上的取样光栅参数为：光栅周期为530.47nm，有效折射率为1.46，取样周期为4000.5个光栅周期，取样长度为3200个光栅周期，10个取样周期，两个取样光栅间无间隔连接，即两取样光栅中间间隔长度为0。此取样光栅结构的相位分布图见附图5。

Claims (6)

1.一种基于取样光栅对的双波长单纵模光纤激光器，包括泵浦源(1)、隔离器(2)、激光器腔结构(3)、掺杂光纤(4)，泵浦源的输出端与隔离器端口(2-1)相连接；隔离器端口(2-2)与激光器腔结构(3)的一端相连接；激光器腔结构(3)的另一端为该激光器的输出端，其特征在于将具有双峰滤波特性的取样光栅间隔一定距离刻写在掺杂光纤(4)上构成取样光栅对，形成激光器谐振腔结构。

2.根据权利要求1所说的一种基于取样光栅对的双波长单纵模光纤激光器，其特征在于所说的取样光栅为双波长单纵模光纤激光器谐振腔的腔镜，由一个长度为L₁均匀光栅和一个长度为L₂的无光栅光纤交替分布构成一个取样光栅，即L₁L₂L₁L₂……L₂L₁L₂L₁，其首尾均为均匀光栅部分，其中L₂无光栅光纤的等效相移为π相移，L₁均匀光栅的等效相移不受限制，M个取样周期的取样光栅可等效为N个π相移的相移光栅，N＝M-1。

3.根据权利要求1所说的一种基于取样光栅对的双波长单纵模光纤激光器，其特征在于所说的取样光栅对形成的激光器腔结构(3)，是在掺杂光纤(4)上刻写两个上述取样光栅，并在两个取样光栅之间引入0相移量构成的取样光栅对；取样光栅对是在两个参数完全相同的取样光栅(3-1)与(3-2)中间引入0相移量形成的，其相移分布量要满足…πππππ0πππππ…的结构，取样光栅对根据中间间隔长度有不同结构方式。

4.根据权利要求1所说的一种基于取样光栅对的双波长单纵模光纤激光器，其特征在于所说的取样光栅对根据中间间隔长度具有的不同结构方式可包括如下两种结构方式：结构I其0相移量为等效相移量，由一段无光栅光纤等效而成，其相移量为2π的m倍，m＝1，2，3…，其由参数完全相同的上述两个取样光栅相隔一定的距离L₀构成取样光栅对，即L₁L₂L₁L₂……L₂L₁L₂L₁L₀L₁L₂L₁L₂……L₂L₁L₂L₁，其中L₁为均匀光栅的长度，L₂无光栅光纤的长度，等效于在光栅之间引入一个π相移，L₀为取样光栅对的间距，为一段无光栅光纤的长度，等效于在光栅对之间引入0相移；结构II其0相移量为绝对0相移量，其相移量为2π的m倍，m＝0，由参数完全相同的上述两个取样光栅间距为零构成取样光栅对，即L₁L₂L₁L₂……L₂L₁L₂L₁ΦL₁L₂L₁L₂……L₂L₁L₂L₁，其中L₁为均匀光栅的长度，L₂无光栅光纤的长度，等效于在光栅之间引入一个π相移，两取样光栅的间距为零，其等效Φ为0相移。

5.根据权利要求1所说的一种基于取样光栅对的双波长单纵模光纤激光器，其特征在于所说的取样光栅中无光栅光纤等效π相移指相移量为π的奇数倍，其相移量由公式4πneffL2/λ决定，neff是有效折射率，L2是无光栅光纤的长度，λ是激光器中振荡波长；取样光栅对中间间隔无光栅光纤等效0相移指相移量为π的偶数倍，其相移量由公式4πneffL0/λ决定，neff是有效折射率，L0是无光栅光纤的长度，λ是激光器中振荡波长。

6.根据权利要求1所说的一种基于取样光栅对的双波长单纵模光纤激光器，其特征在于所说的泵浦源(1)选择半导体激光器，波长可以为980nm或1480nm；所说的隔离器(2)可以选择980nm隔离器或光波分复用器WDM；所说的掺杂光纤(4)可以选择掺铒光纤或铒镱共掺光纤。

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