CN202616595U

CN202616595U - 一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源

Info

Publication number: CN202616595U
Application number: CN 201220032257
Authority: CN
Inventors: 杨中民; 杨昌盛; 徐善辉; 张勤远; 邱建荣; 姜中宏
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2022-02-02

Abstract

本实用新型提供一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源，包括合束器、一段YDF、光隔离器、光纤端帽、半导体泵浦激光器和另一小段长度YDF。其特点是：光输出端仅需要熔接一小段未泵浦状态的YDF，利用YDF对ASE光信号的二次吸收作用，有效地处理与平坦输出ASE光谱谱形。将盘有YDF的光路盒置于一温度可控的简易加热盘上面，调节与控制YDF的工作温度，进一步平坦输出ASE光谱谱形，有效地提高了ASE光输出光谱带宽。此外，在非输出端方向，熔接基于一小段多模光纤研磨与镀膜方式制作的光纤端帽，用于抑制光纤端面光反射，避免自激振荡形成激光输出，可以保证增加泵浦功率时，有效地提高ASE光输出功率规模。

Description

一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源

技术领域

本实用新型涉及到光纤传感、光纤通信以及光器件测量等领域所应用的光源，尤其是一种1064nm波段高输出功率和宽带的ASE光纤光源。

背景技术

1064nm波段ASE光源，基于稀土掺杂光纤的放大自发辐射（Amplified Spontaneous Emission）原理制作，简称ASE光源。与低输出功率、超宽带的发光二极管（LED）或超辐射发光二极管（SLD）相比，其一ASE光源通过一段掺杂镱离子光纤提供很高的放大增益，不仅得到较高功率的宽带辐射，而且易于与光纤系统有效的进行耦合；其二稀土镱离子能级比半导体二极管的能级稳定，因此ASE光源具有较好的光谱稳定性；其三ASE光源的寿命比目前广泛应用的LED 或SLD寿命要长、偏振相关性要低、可靠性要高。

目前传统ASE光源一般采用单模纤芯泵浦技术，但存在一些无法克服的缺点。一方面稀土高掺杂单包层光纤、980nm或1480nm单模半导体泵浦激光器等价格昂贵，生产成本高；另一方面传统ASE光源的光谱带宽虽然可以做到较宽，但ASE光输出功率明显较低，仅10mW~20mW左右。对于光纤传感系统、光器件分析测量等一些应用场合，十分迫切的需要高功率、宽带ASE光源。

要实现ASE光源的高功率、宽带输出，合理的光学结构至关重要。一般直接增加泵浦光功率来实现ASE光源的高功率输出，但是有源光纤增益很高，单纯的增加泵浦光功率，非常容易自激振荡产生受激辐射光放大，即输出激光，而非ASE光源。此外，光路中不良连接接点、光纤端面也会产生光反射或光反馈，也容易形成自激振荡，有产生激光的可能，这都是ASE光源所不希望的，因此如何抑制端面光反射也是获得高功率宽带ASE光输出的关键点之一。

对于增加ASE光源的光谱平坦度或带宽，C-band（1550nm波段）或L-band（1610nm波段）ASE光源的一般做法是在光路输出端接入增益平坦滤波器GFF，滤除掉光谱中不对称的高峰，用于改善光谱谱形的不平坦度，即实现超宽带ASE光输出。对于刻写平坦1064nm波段ASE用GFF，目前其刻写成本较高，工艺操作较难，商用化程度不高。而且接入GFF把一部分高峰处的ASE光滤除掉，这样会极大的降低输出功率水平，浪费成本。因此如何有效地提高带宽也是获得高功率宽带ASE光输出的另一关键点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术存在的上述不足，提出一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源，其特征在于包括半导体泵浦激光器、合束器、第一有源双包层光纤、第一光隔离器、光路盒、温度可控加热盘、第二有源双包层光纤和光纤端帽，所述半导体泵浦激光器的输出尾纤与合束器的泵浦输入光纤相连，合束器的输出无源双包层光纤与第一有源双包层光纤一端相连，第一有源双包层光纤另一端与第一光隔离器输入端相连；第一有源双包层光纤位于所述光路盒中，光路盒置于所述温度可控加热盘上，第一光隔离器输出端熔接有光纤端帽相连；合束器的输入无源双包层光纤与第二有源双包层光纤一端相连，第二有源双包层光纤另一端与第二光隔离器输入端相连，第二光隔离器输出端作为ASE光输出端。本实用新型基于多模包层泵浦技术，用泵浦激光器抽运有源双包层光纤YDF产生ASE光输出。采用YDF对ASE光信号二次吸收，再结合调节与控制YDF工作温度的方式，平坦输出ASE光谱谱形；在非ASE输出端熔接光纤端帽，抑制光纤端面光反射，实现高输出功率、宽带ASE光输出。

作为上述的一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源的进一步优化的技术方案，第一有源双包层光纤与第二有源双包层光纤的纤芯直径为7～30μm，内包层直径为125～250μm，内包层形状为异型（如六边形、八边形、D形等），纤芯数值孔径为0.06～0.20，对800～1000nm泵浦光吸收系数大于0.5dB/m；第一有源双包层光纤长度为2～15米，所述第二有源双包层光纤为未泵浦状态的，长度为0.2～5米。

作为上述的一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源的进一步优化的技术方案，第一有源双包层光纤的长度大于第二有源双包层光纤的长度。

作为上述的一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源的进一步优化的技术方案，所述合束器类型为（n+1）×1，n≥1；所述合束器的输入无源双包层光纤与输出无源双包层光纤纤芯直径为7～30μm，内包层直径为125～250μm；所述合束器的泵浦输入光纤纤芯直径为105～400μm，包层直径为125～440μm，数值孔径为0.12～0.22。

作为上述的一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源的进一步优化的技术方案，所述半导体泵浦激光器的泵浦波长为800～1000nm，输出功率大于0.5W，输出尾纤纤芯直径为105～400μm，包层直径为125～440μm，数值孔径为0.12～0.22。

作为上述的一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源的进一步优化的技术方案，所述YDF盘成光纤圈，置于光路盒中。

作为上述的一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源的进一步优化的技术方案，所述光纤端帽包括无源单包层光纤、玻璃毛细管和多模光纤，无源单包层光纤与多模光纤的一端熔接，多模光纤位于玻璃毛细管中，多模光纤的另一端光纤端面研磨成8°倾斜角，并镀增透膜，所述增透膜对1064nm波段ASE光的透射率大于95%；所述多模光纤纤芯直径为50～400μm，包层直径为125～440μm，数值孔径为0.12～0.22，其使用长度为2～100mm。

作为上述的一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源的进一步优化的技术方案，所述合束器、第一光隔离器、光纤端帽、半导体泵浦激光器、第二光隔离器以及第一有源双包层光纤与第二有源双包层光纤之间的连接采用熔接方式。

作为上述的一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源的进一步优化的技术方案，第一有源双包层光纤与第二有源双包层光纤为掺镱有源双包层光纤。所述半导体泵浦激光器的泵浦波长为800~1100nm。

所述用简易加热盘可控YDF工作温度方法为，将YDF盘成光纤圈，置于一铝制光路盒中。将光路盒置于简易加热盘上面并固定，调节与控制加热盘工作状态，直接可控光路盒温度，继而间接控制YDF工作温度。

所述简易加热盘为一半导体制冷片（TEC），将其陶瓷片的热端一面朝上，制成一简单加热装置（简易加热盘）。在光路盒体中间开一小孔，内置一热敏电阻温度传感器，用于监控与反馈光路盒温度，因此其温度直接可控。

本实用新型采用多模包层泵浦技术，用泵浦波长800~1100nm附近的半导体泵浦激光器，包层抽运高掺杂镱离子（Yb³⁺）有源双包层光纤（YDF），泵浦光通过合束器耦合进入YDF内包层，穿越YDF纤芯时，Yb³⁺离子吸收泵浦光在其作用下从基态能级跃迁到高能级，随着泵浦功率增强，自发辐射粒子数逐渐增加并实现反转，单个粒子独立的自发辐射逐渐变为多个粒子协调一致的受激辐射，即产生较高功率输出1000~1150nm波段的放大自发辐射（ASE）光。尤其是结合在ASE光源非输出端熔接一光纤端帽，以抑制光纤端面光反射和提高光纤端面光损伤阈值。并在ASE输出端熔接一小段未泵浦状态的YDF，用于平坦输出ASE光谱谱形，并进一步通过一简易加热盘调节与控制YDF工作温度，改善ASE光谱谱形，可以实现1064nm波段的高功率、宽带ASE光输出。

本实用新型与现有技术相比较，具有以下几个主要的优点：

本实用新型采用一小段未泵浦的有源双包层光纤（YDF），不必接入高成本的1064nm波段增益平坦滤波器GFF。利用YDF二次吸收，即在1000~1100nm波段内，对短波长ASE光较长波长ASE光的吸收要明显强烈一些。而通常情况下ASE光谱短波长一侧峰值较高，形成不平坦的光谱，利用其对ASE光再吸收的方式，处理与平坦ASE光谱谱形，结构简单。

本实用新型采用将YDF盘入一铝制光路盒中，并固定光路盒于一简易加热盘上，可以调节与控制YDF工作温度在室温25℃~70℃范围内变化；而Yb³⁺离子的发射谱与芯层对1000~1100nm波段光的吸收情况受温度影响明显，通过温度调控方式，进一步平坦输出ASE光谱谱形，操作灵活。

本实用新型采用一种端面反射抑制措施，即非输出端连接基于一小段多模光纤研磨与镀膜方式制作的光纤端帽，其用于抑制光纤端面光反射，避免自激现象，可以保证增加泵浦功率时，有效地提高ASE光输出功率水平。

⑷ 本实用新型实现具有高达500mW以上的输出功率，接近50nm（3dB光谱宽度）较平坦带宽的ASE光源，其输出波长覆盖1030~1080nm波段，输出光谱与输出光功率稳定可靠。

附图说明

图1是实施方式中一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源的结构示意图。

图2是实施方式中所述合束器组成结构示意图。

图3是实施方式中所述光纤端帽结构示意图。

图4是实施方式中所述简易加热盘工作示意图。

图5是实施方式中实施例所输出的ASE光谱图。

具体实施方式

下面结合具体的实施事例及附图，对本实用新型作进一步的说明阐释，但不限于该实施方式。

如图1所示，1064nm波段的高输出功率、宽带ASE光源，由合束器1、第一有源双包层光纤（采用掺镱有源双包层光纤即YDF）2、第一光隔离器6、光纤端帽7、半导体泵浦激光器8、第二有源双包层光纤9、第二光隔离器10构成。本实施例中半导体泵浦激光器8泵浦波长为915nm，输出功率为10W可调，输出尾纤为多模光纤105/125 0.22NA。其半导体泵浦激光器8输出尾纤与合束器泵浦输入光纤5相连，为YDF提供泵浦抽运能量。将第一有源双包层光纤2一端与合束器1输出无源双包层光纤3相连，将第一有源双包层光纤2另一端与光隔离器6输入端相连，且YDF盘入光路盒中并置于一简易加热盘上面（使光路盒体温度可控，进而控制YDF工作温度），将光隔离器6输出端与光纤端帽7相连。再将合束器1输入无源双包层光纤4与一小段未泵浦第二有源双包层光纤9相连，本实施例中第二有源双包层光纤9使用长度为1米，接着将第二有源双包层光纤9另一端与光隔离器10输入端相连，将光隔离器10输出端作为ASE光源输出端。ASE光没有方向性，其发射光谱很宽，不平坦。其特点在于，在合束器的输入端熔接一小段未泵浦状态的第二有源双包层光纤9进行二次吸收，用于平坦输出ASE光谱谱形，提高输出1064nm波段ASE光谱的带宽。其第一有源双包层光纤2纤芯直径为10μm，内包层直径为125μm（形状为八边形），纤芯数值孔径为0.08，其使用长度为7米。

如图2所示，本实用新型所使用的合束器1由输入无源双包层光纤4、输出无源双包层光纤3、泵浦输入光纤5一起构成。本实施例中所用合束器类型为（2+1）×1，先将2根泵浦输入光纤中间剥纤，预拉至锥区直径约20μm左右为止，然后将其紧贴在无源双包层光纤裸纤表面，一起拉锥至锥区熔合成一体，即（2+1）×1熔拉型工艺合束器。其无源双包层光纤4与3的纤芯直径为10μm，内包层直径为125μm。泵浦输入光纤5为多模光纤105/125 0.22NA，其纤芯直径为105μm，包层直径为125μm，数值孔径为0.22。

如图3所示，本实用新型所使用的光纤端帽7由无源单包层光纤11、玻璃毛细管12、多模光纤13组成。本实施例中的无源单包层光纤11纤芯直径为10μm，包层直径为125μm。将无源单包层光纤11一端与一小段多模光纤13一端进行熔接，本实施例中多模光纤13使用长度为3mm，其光学参数为105/125 0.22NA；将熔接后的多模光纤13穿入玻璃毛细管12中，并注胶固定，将多模光纤13另一端面研磨成8度倾斜角，并将其光纤端面镀增透膜，用于抑制光纤端面光反射和提高光纤端面光损伤阈值，可以大幅度提高ASE输出功率规模，避免产生自激现象而形成激光振荡输出。所述增透膜对1064nm波段ASE光的透射率大于95%。

如图4所示，本实用新型中将第一有源双包层光纤2盘成光纤圈，盘入一铝制光路盒14中，将光路盒14置于TEC陶瓷片式简易加热盘15上面，由直流电源16供电，控制光路盒温度。其特点是：可以间接地控制YDF工作温度在室温25℃~70℃范围内变化，本实施例中工作温度为55℃。Yb³⁺离子的发射谱与芯层对1000~1100nm波段光的吸收情况受温度影响明显，通过调节与控制YDF工作温度，可以平坦ASE光谱谱形，进一步提高输出1064nm波段ASE光谱的带宽。

如图5所示，本实用新型实施例所输出的ASE光谱图结果，可见，3dB光谱宽度约为50nm，覆盖1030~1080nm波段，其输出功率高达500mW，输出光功率稳定性与光谱波形稳定性良好。

本实用新型中的双包层光纤不仅适用于一般芯径的单模光纤，也适用于大芯径双包层光纤。如上所述，能够较好的实现本实用新型，上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非用于限定其实施范围。

Claims

1.一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源，其特征在于包括半导体泵浦激光器（8）、合束器（1）、第一有源双包层光纤（2）、第一光隔离器（6）、光路盒（14）、温度可控加热盘（15）、第二有源双包层光纤（9）和光纤端帽（7），所述半导体泵浦激光器（8）的输出尾纤与合束器（1）的泵浦输入光纤（5）相连，合束器（1）的输出无源双包层光纤（3）与第一有源双包层光纤（2）一端相连，第一有源双包层光纤（2）另一端与第一光隔离器（6）输入端相连；第一有源双包层光纤（2）位于所述光路盒（14）中，光路盒（14）置于所述温度可控加热盘（15）上，第一光隔离器（6）输出端熔接有光纤端帽（7）；合束器（1）的输入无源双包层光纤（4）与第二有源双包层光纤（9）一端相连，第二有源双包层光纤（9）另一端与第二光隔离器（10）输入端相连，第二光隔离器（10）输出端作为ASE光输出端。

2.如权利要求1所述的一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源，其特征在于：第一有源双包层光纤（2）与第二有源双包层光纤（9）的纤芯直径为7～30μm，内包层直径为125～250μm，纤芯数值孔径为0.06～0.20，对800～1000nm泵浦光吸收系数大于0.5dB/m；第一有源双包层光纤（2）长度为2～15米，所述第二有源双包层光纤（9）为未泵浦状态的，长度为0.2～5米。

3.如权利要求2所述的一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源，其特征在于：第一有源双包层光纤（2）的长度大于第二有源双包层光纤（9）的长度。

4.如权利要求1所述的一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源，其特征在于：所述合束器（1）类型为（n+1）×1，n≥1；所述合束器（1）的输入无源双包层光纤（4）与输出无源双包层光纤（3）纤芯直径为7～30μm，内包层直径为125～250μm；所述合束器（1）的泵浦输入光纤（5）纤芯直径为105～400μm，包层直径为125～440μm，数值孔径为0.12～0.22。

5.如权利要求1所述的一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源，其特征在于：所述半导体泵浦激光器（8）的泵浦波长为800～1000nm，输出功率大于0.5W，输出尾纤纤芯直径为105～400μm，包层直径为125～440μm，数值孔径为0.12～0.22。

6.如权利要求1所述的一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源，其特征在于：所述第一有源双包层光纤（2）盘成光纤圈，置于光路盒（14）中。

7.如权利要求1所述的一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源，其特征在于：所述光纤端帽（7）包括无源单包层光纤、玻璃毛细管和多模光纤，无源单包层光纤与多模光纤的一端熔接，多模光纤位于玻璃毛细管中，多模光纤的另一端光纤端面研磨成8°倾斜角，并镀增透膜，所述增透膜对1064nm波段ASE光的透射率大于95%；所述多模光纤纤芯直径为50～400μm，包层直径为125～440μm，数值孔径为0.12～0.22，其使用长度为2～100mm。

8.如权利要求1所述的一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源，其特征在于：所述合束器（1）、第一光隔离器（6）、光纤端帽（7）、半导体泵浦激光器（8）、第二光隔离器（10）以及第一有源双包层光纤（2）与第二有源双包层光纤（9）之间的连接采用熔接方式。

9.如权利要求1~8任一项所述的一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源，其特征在于：第一有源双包层光纤（2）与第二有源双包层光纤（9）为掺镱有源双包层光纤（2）。

10.如权利要求1~8任一项所述的一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源，其特征在于：所述半导体泵浦激光器的泵浦波长为800~1100nm。