CN207009886U - 一种波长稳定的掺铒光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种波长稳定的掺铒光纤激光器，其特征在于包括980nm的泵源、波分复用器、掺铒光纤、隔离器、3dB耦合器、偏振控制器、两根不同长度的保偏光纤、90∶10耦合器、光谱仪和单模光纤；将所述的两根不同长度的保偏光纤转轴熔接，转轴熔接的角度为45°，保偏光纤的长度差为0.2m；980nm的泵源发出的光经过波分复用器到掺铒光纤，连接到隔离器，接入3dB耦合器，再接入90∶10耦合器，回到波分复用器，整个闭合结构构成掺铒光纤激光器的谐振腔。Sagnac干涉环的双重滤波有效抑制了掺铒光纤激光器的模式竞争，得到了稳定的波长输出。本实用新型针对现有光纤激光器输出波长不稳定的问题，提出了一种结构简单，成本低，输出波长稳定的掺铒光纤激光器。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤激光器技术领域，特别涉及一种波长稳定输出的掺铒光纤激光器。
背景技术
光纤激光器是随着光纤及通信技术发展起来的一种新型激光器。自从1985年南安普顿大学的研究人员采用化学气相沉积方法成功研制出单模掺铒光纤、并于1986年和1987年相继报道了第一台掺铒光纤激光器和掺铒光纤放大器以来，随着光纤制造工艺与半导体激光器生产技术的日趋完善和成熟，以光纤作为增益介质的光纤激光器在降低阈值、提高稳定性和波长可调谐性能方面得到了长足的发展，已成为新型激光技术领域研究的热点之一，是近年来迅速发展起来的新型激光器，在未来高码率密集波分复用系统、光时分复用系统、光载无线通信系统、光纤传感网络、光学测量、激光医疗、激光加工、激光雷达等领域具有极广阔的应用前景。光纤激光器是一种固体激光器，常见的光纤激光器采用稀土元素光纤作为增益介质，如掺铒光纤激光器、掺镱光纤激光器、掺铥光纤激光器以及铒镱共掺光纤激光器等。
光纤激光器的泵浦源一般是半导体激光器，由于光纤纤芯很细，泵浦光注入极易形成高功率密度，泵浦光能量被光纤介质吸收造成掺杂离子能级“粒子数反转”，适当加入正反馈回路构成谐振腔，便可出射另一种波长的激光。不同的掺杂光纤的发射波长不同，掺铒光纤激光器以其激射波长在光纤通信窗口波段，与光纤通信系统兼容等优点而被广泛研究，被认为是长距离、大容量的超高速光纤通信的理想光源。但是一般掺铒光纤激光器的输出波长不稳定，结构复杂，成本高。
针对上述掺铒光纤激光器所存在的不足，关键在于获得稳定的波长输出。本实用新型提出了一种波长稳定的掺铒光纤激光器，这种掺铒光纤激光器，能够得到稳定的波长输出，安全可靠，结构简单，具有很强的实用价值。
实用新型内容
本实用新型提供了一种能够得到稳定的波长输出的掺铒光纤激光器，它具有能够获得稳定波长输出，结构简单等优点。
本实用新型为解决技术问题所采取的装置：
其特征在于包括980nm的泵源、波分复用器、掺铒光纤、隔离器、3dB耦合器、两根不同长度的保偏光纤、偏振控制器、90∶10耦合器、单模光纤、光谱仪；980nm的泵源与波分复用器相连，波分复用器接掺铒光纤，掺铒光纤接隔离器；将所述的两根不同长度的保偏光纤的末端垂直切割，利用Fujikura FSM-100P的保偏熔接机进行转轴熔接，转轴熔接的角度为45°，保偏光纤的长度差范围为0.03m～0.2m，转轴熔接得到的保偏光纤的一端与3dB耦合器一侧的一个端口相连，另一端连接一个偏振控制器再与3dB耦合器一侧的一个端口相连；3dB耦合器另一侧的两个端口，其中一个端口与隔离器相连，另一个端口与90∶10耦合器连接；90∶10耦合器的另一侧的两个端口，其中10％输出端口接光谱仪，90％输出端口接波分复用器；光谱仪作为信号解调部分。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型利用两根不同长度的保偏光纤转轴熔接组成单Sagnac干涉环结构，用于掺铒光纤激光器中，大大提高了波长输出的稳定性，可以得到稳定的单波长输出，结构简单、成本低、尤其在实际应用中易于操作。
附图说明
图1为波长稳定的掺铒光纤激光器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进一步描述。
如图1所示，波长稳定的掺铒光纤激光器，包括980nm的泵源(1)、单模光纤(2)、2×1波分复用器(3)、掺铒光纤(4)、隔离器(5)、3dB耦合器(6)、偏振控制器(7)、第一段保偏光纤(8)、第二段保偏光纤(9)、90∶10耦合器(10)、光谱仪(11)。两段保偏光纤的长度差为0.2m；980nm的泵源(1)与波分复用器(3)相连，再与掺铒光纤(4)连接，掺铒光纤(4)与隔离器(5)相连；将保偏光纤(8)和保偏光纤(9)的末端垂直切割，利用保偏熔接机进行45°转轴熔接，转轴熔接得到的保偏光纤的两端分别与偏振控制器(7)相连后，再与3dB耦合器(6)一侧的两个端口相连，3dB耦合器(6)另一侧的两个端口分别与隔离器(5)和90∶10耦合器(10)的输入端相连；90∶10耦合器(10)的90％输出端接波分复用器(3)，10％输出端接光谱仪(11)；光谱仪(11)作为信号解调部分。
本实用新型系统的工作方式为：980nm的泵源(1)作为掺铒光纤激光器工作所需的泵源。掺铒光纤(4)作为工作物质。980nm的泵源发出的光经过波分复用器(3)到掺铒光纤(4)，连接到隔离器(5)，接入3dB耦合器(6)，再接入90∶10耦合器(10)，回到波分复用器(3)，整个闭合结构构成掺铒光纤激光器的谐振腔。980nm的泵源(1)发出的光经掺铒光纤(4)后被放大为1550nm的激光，1550nm的激光在上述的谐振腔内不断振荡，在90∶10耦合器(10)的10％输出端持续输出稳定波长的激光。下面对掺铒光纤激光器能够获得稳定波长输出的原因进行分析：
Sagnac干涉环能够将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反方向循环一周后会和，两束光发生干涉，产生滤波效果。加了两段长度相近，以一定角度熔接的保偏光纤后，在Sagnac干涉环内沿相反方向传输的两束光会发生多次干涉，产生多重滤波效果。在叠加的多个干涉谱中，只有相同波长的光完全重叠，才能输出光谱，这有效抑制了掺铒光纤激光器中的模式竞争，得到稳定的波长输出。
转轴熔接之后的保偏光纤会产生双重滤波的效果，这相当于两套不同周期的刻度尺。其中保偏光纤(8)相当于标尺，保偏光纤(9)相当于游尺。利用双重滤波效果能够得到稳定的单波长输出。
该装置能够实现单波长稳定输出的掺铒光纤激光器的方法及装置的关键技术有：
两段保偏光纤的长度均值和转轴熔接的角度的控制。转轴熔接之后形成的Sagnac干涉光谱的波长间隔Δλ随着两段保偏光纤的长度均值的增大逐渐减小；转轴熔接之后形成的Sagnac干涉光谱滤波的调制深度随着两段保偏光纤转轴熔接的角度的增大逐渐减小。通过理论分析和实验探究得出两段保偏光纤的长度均值应在1.5m～2.5m之间，转轴熔接的角度范围在1°～90°，从而利用Sagnac双重滤波能够得到波长稳定的激光输出。
本实用新型的一个具体实施例中，两根保偏光纤的长度分别为1.9m和1.7m，长度差为0.2m，转轴熔接的角度为45°，形成的激光的输出波长为1550nm波段；光谱仪的工作波长覆盖范围为1200nm～1650nm；单模光纤用的是常规单模光纤(G.625)，纤芯直径为8.2μm，包层直径为125μm，保偏光纤用的是熊猫型保偏光纤，包层直径是125μm，纤芯直径是8.5μm；在室温条件下，相比单段3.7m保偏光纤形成的Sagnac干涉环，1.9m和1.7m构成的Sagnac干涉环，在测量时间内，通过调节偏振控制器，能够得到稳定的单波长输出。
在实验室，室温环境下，调整980nm泵源的驱动功率分别为43.5mw(起振功率)、48.7mw、67.2mw、84.7mw、102.4mw、121mw，为验证所提出的单波长光纤激光器的稳定性，在不同的驱动功率状态下，30分钟内每隔5分钟扫描一次，观察并记录不同状态下光谱仪上输出谱的变化。以驱动功率102.4mw时为例，说明本文提出的掺铒光纤激光器波长输出的稳定性。30分钟内输出波长各项参数如表1所示。
表1：驱动功率102.4mw时，30分钟内掺铒光纤激光器输出波长参数
| 波长(nm) | SMSR(dB) | 3dB带宽(nm) |
| 1582.176 | 61.02 | 0.0276 |
| 1582.000 | 60.45 | 0.0199 |
| 1582.064 | 60.31 | 0.0266 |
| 1582.072 | 61.09 | 0.0188 |
| 1582.096 | 60.19 | 0.0187 |
| 1581.996 | 61.33 | 0.0188 |
泵源驱动功率为102.4mw时，掺铒光纤激光器输出波长的最大漂移量为0.18nm，边模抑制比(SMSR)最大波动为1.14dB，3dB带宽最大差值为0.0089nm，已经超出了光谱仪的分辨极限。由此可见此装置能够得到非常稳定的波长输出。而在同样的实验室环境下，单段保偏光纤构成的Sagnac干涉环，在泵源驱动功率为102.4mw时，光谱仪上输出的光谱一直处于波动状态，不能得到稳定的单波长输出。
Claims (1)
1.一种波长稳定的掺铒光纤激光器，其特征在于包括980nm的泵源(1)、单模光纤(2)、2×1波分复用器(3)、掺铒光纤(4)、隔离器(5)、3dB耦合器(6)、偏振控制器(7)、第一段保偏光纤(8)、第二段保偏光纤(9)、90∶10耦合器(10)、光谱仪(11)；980nm的泵源(1)与波分复用器(3)相连，再与掺铒光纤(4)连接，掺铒光纤(4)与隔离器(5)相连，将保偏光纤(8)和保偏光纤(9)转轴熔接得到的保偏光纤的两端分别与偏振控制器(7)相连后，再与3dB耦合器(6)一侧的两个端口相连，3dB耦合器(6)另一侧的两个端口分别与隔离器(5)和90∶10耦合器(10)的输入端相连；90∶10耦合器(10)的90％输出端接波分复用器(3)，10％输出端接光谱仪(11)；所述的第一段保偏光纤(8)和第二段保偏光纤(9)，长度差为0.2m，末端垂直切割，利用保偏熔接机进行45°转轴熔接，与3dB耦合器(6)、偏振控制器(7)构成了Sagnac干涉环双重滤波结构。
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|---|---|---|---|---|
| CN109039466A (zh) * | 2018-08-07 | 2018-12-18 | 吉林大学 | 一种基于掺铒光纤激光器的高稳定度光孤子产生器 |
| CN109273972A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-01-25 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种全光纤飞秒激光器 |
| CN110048295A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-23 | 杭州电子科技大学 | 基于Sagnac环的波长间隔可调谐单双波长光纤激光器 |
| CN110907400A (zh) * | 2019-05-28 | 2020-03-24 | 天津工业大学 | 一种基于微通道保偏光纤Sagnac干涉结构的气体检测装置 |
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2017
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