CN209487930U - 一种基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器，包括可调激光器、隔离器、比例耦合器、偏振控制器、第一3dB耦合器、第一反射镜、第一单模光纤、第一掺铒光纤、第一波分复用器、第二反射镜、第二单模光纤、第二掺铒光纤、第二波分复用器、第二3dB耦合器和泵浦源；上述反射镜、单模光纤、掺铒光纤、波分复用器和第一3dB耦合器的不同端口间分别构成第一线型腔和第二线型腔；由比例耦合器、偏振控制器、第一3dB耦合器的1端口和2端口以及隔离器构成环形腔；由第一线型腔、第二线型腔、第一3dB耦合器以及环形腔通过光纤耦合构成一个完整的谐振腔；本实用新型各器件均采用全光纤耦合，激光器阈值低、输出波长个数多、消光比高且稳定性好。

Description

一种基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器

技术领域

本实用新型属于光纤激光器领域，具体为一种基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器。

背景技术

近些年来，随着光通信技术和系统的快速发展，通信速率和容量成为了人们迫切关心的问题。随着信息容量需求的急剧增长，高速大容量长距离光通信将成为下一代通信网络的发展趋势，密集波分复用技术是应对光通信频率资源紧张的有效手段，该技术要求信道的频率间隔符合ITU-T的频率网格（如10Ghz），而单倍布里渊频移是0.088nm，因此具有相同波长间隔的多波长布里渊掺铒光纤激光器有可能成为未来理想的光通信光源。此外，多波长激光器在精密光谱学、光器件检测、光纤分布传感等领域也有广泛的应用。

目前产生多波长光纤激光的稳定输出技术有很多，如：频移反馈技术、偏振烧孔效应、非线性偏振旋转技术，四波混频效应。频移反馈技术是需要在谐振腔内加入频移器，基于相位调制的频移反馈技术成本非常高且系统复杂、稳定性低；偏振烧孔效应是在谐振腔内插入偏振相关器件，这样会极大地增加整个谐振腔的损耗，造成转化效率低下且稳定性差；非线性偏振旋转效应是在腔内引入光强相关损耗，增大腔内损耗导致激光输出品质不高；四波混频效应主要是采用光子晶体光纤等新型光学材料，利用其色散平坦特性，但是光子晶体光纤等新型材料一般价格昂贵且配套实验设备较少。上述技术都可产生多波长激光输出，但是利用上述技术产生多波长，对于光学器件的精密程度和作用范围都有着严格的要求，而且光路不易集成、制作成本高、转换效率低。

实用新型内容

针对上述现有技术产生多波长激光输出的结构复杂、损耗大、效率低和制作成本昂贵等缺点，提供一种新型的产生多波长激光的方法，即基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器，该激光器的所有器件均采用全光纤耦合方式，结构紧凑，不受外界因素干扰，可连续稳定工作，而且该光纤激光器损耗小、成本低，转化效率高。通过将泵浦光预放大，使之在进入单模光纤之前具有更高的功率，以此来降低整个系统对于高功率布里渊泵源的需求，同时提高整个激光器的输出效率。

本实用新型为解决上述技术问题采用了如下技术方案：

一种基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器，所述光纤激光器包括可调激光器、隔离器、比例耦合器、偏振控制器、第一3dB耦合器、第一反射镜、第一单模光纤、第一掺铒光纤、第一波分复用器、第二反射镜、第二单模光纤、第二掺铒光纤、第二波分复用器、第二3dB耦合器和泵浦源；其中：

所述泵浦源的输出端连接所述第二3dB耦合器的输入端，所述第二3dB耦合器的输出端分别与所述第一波分复用器和第二波分复用器的短波长输入端相连；所述第一波分复用器的输出端依次连接所述第一掺铒光纤、第一单模光纤和第一反射镜，且所述第一波分复用器的长波长输入端连接所述第一3dB耦合器的3端口；所述第一反射镜、第一单模光纤、第一掺铒光纤、第一波分复用器以及所述第一3dB耦合器的3端口构成第一线型腔；

所述第二波分复用器的输出端依次连接所述第二掺铒光纤、第二单模光纤和第二反射镜，所述第二波分复用器的长波长输入端连接所述第一3dB耦合器的4端口，所述第二反射镜、第二单模光纤、第二掺铒光纤、第二波分复用器以及所述第一3dB耦合器的4端口构成第二线型腔；

所述第一3dB耦合器的1端口通过所述隔离器与所述比例耦合器的大耦合输入端连接，所述比例耦合器的小耦合输入端与所述可调激光器连接；所述第一3dB耦合器的2端口与所述偏振控制器连接，且所述偏振控制器与所述比例耦合器的大耦合输出端相连，所述比例耦合器、偏振控制器、所述第一3dB耦合器的1端口和2端口以及设置在所述2端口与所述比例耦合器之间的隔离器构成环形腔；

所述第一线型腔、第二线型腔与所述环形腔之间通过所述第一3dB耦合器的四个端口连接在一起构成一个完整的谐振腔。

进一步的，所述比例耦合器的小耦合输出端还连接有一光谱仪，所述光谱仪用于检测所述比例耦合器的输出光谱。

进一步的，所述比例耦合器的所述大耦合输出端与所述小耦合输出端的比例为9:1；所述比例耦合器的所述大耦合输入端与所述小耦合输入端的比例为9:1。

进一步的，所述第一3dB耦合器的工作波长为1550nm，所述第二3dB耦合器的工作波长为980nm。

进一步的，所述光纤激光器能输出51个具有高信噪比的输出波长。

本实用新型基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器，通过将所有构成光纤激光器的部件通过光纤耦合的方式连接在一起，具体整个光纤激光器由两个线型腔和一个环形腔相连形成完整的谐振腔；与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型利用光纤中的布里渊散射来获得多波长激光输出，损耗小，效率高，获得的多波长激光个数较多；利用单模光纤作为非线性增益介质，相较于传统方法来说，结构简单，成本低廉，性能稳定；本实用新型采用双通前置放大技术，在布里渊泵浦进入单模光纤之前，对其进行预放大，这样可以大大降低整个系统对于高功率布里渊泵浦的需求，且可以降低整个激光器的阈值功率；本实用新型采用全光纤结构，激光转化效率高，结构紧凑，不受外界因素干扰，可连续稳定工作。

附图说明

图1为本实用新型实施例中所述基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器的结构组成图示意；

图2为本实用新型实施例中所述基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器的自激腔模光谱图示意；

图3为本实用新型实施例中所述基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器的稳定输出光谱图示意。

标识说明：1-可调激光器、2-环形腔、21-隔离器、22-比例耦合器、23-偏振控制器、3-第一3dB耦合器、4-第一线型腔、41-第一反射镜、42-第一单模光纤、43-第一掺铒光纤、44-第一波分复用器、5-第二线型腔、51-第二反射镜、52-第二单模光纤、53-第二掺铒光纤、54-第二波分复用器、6-第二3dB耦合器、7泵浦源。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

为了更全面了解本实用新型，在此先对于利用全光纤的方法激发光纤中的受激布里渊散射效应来获得多波长激光输出的原理进行说明，具体如下：

主要是利用单模光纤中的非线性效应——受激布里渊散射和掺铒光纤的线性放大得到多波长输出；受激布里渊散射（SBS）是一种能在光纤内发生的非线性过程，它是强入射泵浦光（BP），斯托克斯光（BS）或反斯托克斯光（AS）和声波三者之间发生的非线性相互作用。全光纤结构的激光器，直接将泵浦光耦合进纤芯中，耦合效率高，接口损耗低且体积相对较小，能够极大的提高多波长激光的输出效率。基于受激布里渊散射的全光纤多波长布里渊激光器具有低阈值、等间隔、窄线宽、相邻峰值功率稳定平坦等优点；基于此在本实用新型实施例中，提供一种基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器。

参阅图1，本实用新型的基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器包括可调激光器1、隔离器21、比例耦合器22、偏振控制器23、第一3dB耦合器3、第一反射镜41、第一单模光纤42、第一掺铒光纤43、第一波分复用器44、第二反射镜51、第二单模光纤52、第二掺铒光纤53、第二波分复用器54、第二3dB耦合器6和泵浦源7；结合附图可知，泵浦源7的输出端连接第二3dB耦合器6的输入端，第二3dB耦合器6的输出端分别与第一波分复用器44和第二波分复用器54的短波长输入端相连；第一波分复用器44的输出端依次连接第一掺铒光纤43、第一单模光纤42和第一反射镜41，且第一波分复用器44的长波长输入端连接第一3dB耦合器3的3端口；此时，由第一反射镜41、第一单模光纤42、第一掺铒光纤43、第一波分复用器44以及第一3dB耦合器3的3端口构成第一线型腔4。第二波分复用器54的输出端依次连接第二掺铒光纤53、第二单模光纤53和第二反射镜51，第二波分复用器54的长波长输入端连接第一3dB耦合器3的4端口，此时，第二反射镜51、第二单模光纤52、第二掺铒光纤53、第二波分复用器54以及第一3dB耦合器3的4端口构成第二线型腔5。第一3dB耦合器3的1端口通过隔离器21与比例耦合器22的大耦合输入端连接，比例耦合器22的小耦合输入端与可调激光器1连接；第一3dB耦合器3的2端口与偏振控制器23连接，且偏振控制器23与比例耦合器22的大耦合输出端相连，比例耦合器22、偏振控制器23、第一3dB耦合器3的1端口和2端口以及设置在2端口与比例耦合器22之间的隔离器21构成环形腔2。

结合上述可知，在本实用新型实施例中，激光器具体由第一线型腔4、第二线型腔5和环形腔2之间通过第一3dB耦合器3的4个端口连接构成一个完整的谐振腔。

特别的，本实用新型中比例耦合器22的小耦合输出端还连接有一光谱仪，光谱仪用于检测比例耦合器22的输出光谱。

特需要注意的是，比例耦合器22的大耦合输出端与小耦合输出端的比例为9:1；比例耦合器22的大耦合输入端与小耦合输入端的比例也为9:1。

在本实用新型中，第一3dB耦合器3的工作波长为1550nm，第二3dB耦合器6的工作波长为980nm。

本实用新型的基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器，是基于掺铒光纤的线性增益和受激布里渊散射非线性增益的混合增益，若同时分析两种增益的作用效果，则难度比较大。参阅图2，图中给出了当980nm泵浦光功率为150mW时，并且不注入布里渊种子光时腔内激发出的自激腔模；由于掺铒光纤放大机制的均匀加宽特性导致的室温下强烈的模式竞争，在1567nm到1570nm范围内有自由纵模运转，消光比达到30dB，由此可以看出谐振腔内产生的多波长激光能够很好的被掺铒光纤放大器放大。在实际操作中，自激腔模的范围和强度是由掺铒光纤的增益特性，单模光纤的性能以及泵浦功率和谐振腔的损耗来共同决定的。

本实用新型的基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器的工作原理为：980nm泵浦源作为多波长布里渊掺铒光纤激光器的激励源，本实用新型中谐振腔采用第一线型腔和第二线型腔的双线腔结构，两个线腔结构相同所以采用第二3dB耦合器6将泵浦源7发射出来的光分成相等的两束光，经过第一波分复用器44或/和第二波分复用器54的短波长端进入光路，第一波分复用器44和/或第二波分复用器54用于将具有不同波长的泵浦光和光路的反馈激光复用至谐振腔内，第一掺铒光纤43、第二掺铒光纤53用于提供线性增益和对布里渊种子光进行放大，标准的第一单模光纤42、第二单模光纤52用来提供非线性增益，第一反射镜41、第二反射镜51用来将后端的光反射回光路内，第一3dB耦合器3用于将第一线型腔4、第二线型腔与环形腔2连接在一起，将两路线型腔内的光耦合进环形腔内进行循环，在第一3dB耦合器3的1端口后接一个偏振控制器23用来控制光的偏振态，在第一3dB耦合器3的2端口接一个光隔离器21来保证光的单向传输，隔离器后接一个比例耦合器22，比例耦合器22将10%的光输出至光谱仪，用来检测；比例耦合器22将90%的光留在谐振腔内谐振，可调激光器1通过比例耦合器22的小耦合输入端口接入。可调激光器1作为布里渊种子源光，经过第一3dB耦合器3后分两路，分别进入第一线型腔4和第二线型腔5内，在种子源光进入第一单模光纤42或第二单模光纤52之前，第一掺铒光纤43或第二掺铒光纤53先对种子源光进行放大，使其积累足够的能量，一旦泵浦能量满足布里渊阈值条件，一阶斯托克斯光就会产生，而其相对布里渊种子光的频移是0.088nm，产生的一阶斯托克斯光经过第一反射镜41或/和第二反射镜51后重新回到谐振腔内继续谐振，再次经过第一线型腔4或/和第二线型腔5中的掺铒光纤放大之后，可以作为更高一阶的斯托克斯光的种子光，直到谐振腔的损耗高于其整体增益，就不会继续产生更高阶的斯托克斯光了。

参阅图3，图示是本实用新型基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器的输出光谱，从中可知，在1569nm到1574nm范围内通过本实用新型激光器可产生共51个输出波长，且所有输出波长的平均信噪比均高于25dB，即，本实用新型的激光器具有良好的转化率，对于泵浦源激射的泵浦光具有良好的消光效果。

将本实用新型方法与现有的前置放大技术进行对比，具体的，与文献AlmansooriM H , Mahdi M A . Tunable range enhancement of Brillouin-erbium fiber laserutilizing Brillouin pump pre-amplification technique.[J]. Optics Express,2008, 16(11):7649，从文中可知，采用现有的前置放大技术可获得18个平均信噪比在25dB左右的激光输出，而本实用新型可获取得到51个，比较可知，本实用新型的激光器具有更好的转化率，且对于泵浦光具有更加优良的消光效果。

本实用新型基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器，通过将所有构成光纤激光器的部件通过光纤耦合的方式连接在一起，具体整个光纤激光器由两个线型腔和一个环形腔相连形成完整的谐振腔；与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型利用光纤中的布里渊散射来获得多波长激光输出，损耗小，效率高，获得的多波长激光个数较多；利用单模光纤作为非线性增益介质，相较于传统方法来说，结构简单，成本低廉，性能稳定；本实用新型采用双通前置放大技术，在布里渊泵浦进入单模光纤之前，对其进行预放大，这样可以大大降低整个系统对于高功率布里渊泵浦的需求，且可以降低整个激光器的阈值功率；本实用新型采用全光纤结构，激光转化效率高，结构紧凑，不受外界因素干扰，可连续稳定工作。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，但并不限制本实用新型的专利范围，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本实用新型说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本实用新型专利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，所述光纤激光器包括可调激光器、隔离器、比例耦合器、偏振控制器、第一3dB耦合器、第一反射镜、第一单模光纤、第一掺铒光纤、第一波分复用器、第二反射镜、第二单模光纤、第二掺铒光纤、第二波分复用器、第二3dB耦合器和泵浦源；其中：

所述泵浦源的输出端连接所述第二3dB耦合器的输入端，所述第二3dB耦合器的输出端分别与所述第一波分复用器和第二波分复用器的短波长输入端相连；所述第一波分复用器的输出端依次连接所述第一掺铒光纤、第一单模光纤和第一反射镜，且所述第一波分复用器的长波长输入端连接所述第一3dB耦合器的3端口；所述第一反射镜、第一单模光纤、第一掺铒光纤、第一波分复用器以及所述第一3dB耦合器的3端口构成第一线型腔；

所述第二波分复用器的输出端依次连接所述第二掺铒光纤、第二单模光纤和第二反射镜，所述第二波分复用器的长波长输入端连接所述第一3dB耦合器的4端口，所述第二反射镜、第二单模光纤、第二掺铒光纤、第二波分复用器以及所述第一3dB耦合器的4端口构成第二线型腔；

所述第一3dB耦合器的1端口通过所述隔离器与所述比例耦合器的大耦合输入端连接，所述比例耦合器的小耦合输入端与所述可调激光器连接；所述第一3dB耦合器的2端口与所述偏振控制器连接，且所述偏振控制器与所述比例耦合器的大耦合输出端相连，所述比例耦合器、偏振控制器、所述第一3dB耦合器的1端口和2端口以及设置在所述2端口与所述比例耦合器之间的隔离器构成环形腔；

所述第一线型腔、第二线型腔与所述环形腔之间通过所述第一3dB耦合器的四个端口连接在一起构成一个完整的谐振腔。

2.如权利要求1所述的基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，所述比例耦合器的小耦合输出端还连接有一光谱仪，所述光谱仪用于检测所述比例耦合器的输出光谱。

3.如权利要求1所述的基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，所述比例耦合器的所述大耦合输出端与所述小耦合输出端的比例为9:1；所述比例耦合器的所述大耦合输入端与所述小耦合输入端的比例为9:1。

4.如权利要求1所述的基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，所述第一3dB耦合器的工作波长为1550nm，所述第二3dB耦合器的工作波长为980nm。

5.如权利要求1~4任一项所述的基于新型谐振腔的多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，所述光纤激光器能输出51个具有高信噪比的输出波长。