CN214428901U - 一种高功率光纤光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种高功率光纤光源，包括1480nm半导体激光器、980nm半导体激光器、第一波分复用器、第二波分复用器、掺铒光纤及光纤环镜。本实用新型由于光纤环镜反射前向的自发辐射谱，一方面可以增强在输出端得到C波段的放大自发辐射谱，另一方面也可以帮助抽运得到L波段放大自发辐射谱，因而能得到C+L波段的超宽带光纤光源，且具有较高的荧光功率和转换效率。

Description

一种高功率光纤光源

技术领域

本实用新型涉及光纤光源技术领域，尤其涉及一种高功率光纤光源。

背景技术

光纤掺杂技术的日益成熟，以及半导体抽运激光器的快速发展，为人们提供了方便可靠的光纤光源。目前超荧光光纤光源已经被认为是最有潜力的宽带光源，多种超荧光光纤光源结构已经被相继提出并且得到研究。在这些结构中，单程后向结构由于结构简单并且不容易形成激光而被广泛应用，但是这种结构的输出带宽相对较窄。

近年来，由于抽运功率的高稳定性，双程后向结构也在实验上得到了实现。与单程结构相比，双程结构需要增加反射滤波器，但是利用这种结构能够得到更高的输出功率、更大的带宽和更好的波长稳定性。由于传统双程结构光纤光源无法反射前向的自发辐射谱，其荧光功率和转换效率较低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种高功率光纤光源，以解决传统高功率光纤光源荧光功率和转换效率低的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种高功率光纤光源，包括1480nm半导体激光器、980nm半导体激光器、第一波分复用器、第二波分复用器、掺铒光纤及光纤环镜；

光纤环镜连接第一波分复用器的短波复用端，1480nm半导体激光器的输出端连接第一波分复用器的长波复用端，第一波分复用器的公共端连接掺铒光纤的一端；

掺铒光纤的另一端连接第二波分复用器的公共端，第二波分复用器的短波复用端连接980nm半导体激光器的输出端，第二波分复用器的长波复用端输出荧光。

可选的，1480nm半导体激光器的输出功率为27mW，980nm半导体激光器的输出功率为90.5mW。

可选的，掺铒光纤的长度为20m。

可选的，高功率光纤光源还包括光隔离器，第二波分复用器的长波复用端连接光隔离器的输入端，光隔离器的输出端作为高功率光纤光源的输出端。

可选的，光隔离器包括第一单光纤头、第一双折射晶体薄片、第一自聚焦透镜、法拉第旋光片、第二自聚焦透镜、第二双折射晶体薄片及第二单光纤头；

第一单光纤头连接第二波分复用器的长波复用端，第二单光纤头作为高功率光纤光源的输出端，在第一单光纤头指向第二单光纤头之间的光路上，第一双折射晶体薄片、第一自聚焦透镜、法拉第旋光片、第二自聚焦透镜、第二双折射晶体薄片依次排布。

可选的，第一自聚焦透镜及第二自聚焦透镜的为0.23节距。

可选的，法拉第旋光片的45°旋光波长为1.55μm。

本实用新型的高功率光纤光源相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)由于光纤环镜反射前向的自发辐射谱，一方面可以增强在输出端得到C波段的放大自发辐射谱，另一方面也可以帮助抽运得到L波段放大自发辐射谱，因而能得到C+L波段的超宽带光纤光源，且具有较高的荧光功率和转换效率；(2)光隔离器通过在光纤和自聚焦透镜之间设置双折射晶体薄片而获得了小体积、低成本且易于实现的器件，光隔离器结构更紧凑，有效降低了成本和装配难度；由于采用对称的光路设计，偏振模色散理论值为0，无需额外补偿。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的高功率光纤光源的结构示意图；

图2为本实用新型的光隔离器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实施例的高功率光纤光源包括1480nm半导体激光器、980nm半导体激光器、第一波分复用器、第二波分复用器、掺铒光纤、光隔离器及光纤环镜。光纤环镜连接第一波分复用器的短波复用端，1480nm半导体激光器的输出端连接第一波分复用器的长波复用端，第一波分复用器的公共端连接掺铒光纤的一端。掺铒光纤的另一端连接第二波分复用器的公共端，第二波分复用器的短波复用端连接980nm半导体激光器的输出端，第二波分复用器的长波复用端连接光隔离器的输入端，光隔离器的输出端作为高功率光纤光源的输出端并输出荧光。

本实施例采用1480nm半导体激光器和980nm半导体激光器相结合的双向抽运方式。980nm半导体激光器和1480nm半导体激光器的最大输出功率分别为150mW和120mW。实验中所用的掺铒光纤的长度为20m，孔径为0.23，截止波长为904nm，在1200nm处的损耗为3.5dB/km，在979nm和1531nm处的吸收分别为4.7dB/km和5.6dB/km。第一波分复用器和第二波分复用器的插入损耗分别为0.5dB和0.6dB。光纤环镜在1520～1620nm的范围内都有大于95％的反射率，用来反射前向的自发辐射。输出端加隔离器用于隔离反射光，其插入损耗为0.3dB，实验结果由光谱仪和功率计测量。

本实施例利用1480nm半导体激光器和980nm半导体激光器双向抽运得到高功率光纤光源的放大自发辐射谱。首先是加入光纤环镜，总抽运功率为117.5mW，其中980nm半导体激光器的输出功率为90.5mW，1480nm半导体激光器的输出功率为27mW，所得放大自发辐射谱在1524.0～1600.6nm(76.6nm)范围内，自发辐射谱功率高于-18.8dBm，并且在1539.2～1600.6nm(61.4nm)范围内，自发辐射谱的平坦度为2.8dB。用功率计测得总荧光功率为22.1mw，转换效率为18.8％。其次是加入光纤环镜，117.5mW的总抽运功率全部由980nm半导体激光器提供得到，所得放大自发辐射谱只有从1525～1565nm的C波段带宽。然后是加入光纤环镜，17.5mW的总抽运功率全部由1480nm半导体激光器提供得到，所得放大自发辐射谱只有从1565～1610nm的L波段带宽。最后是不加光纤环镜，抽运总功率仍为117.5mW，其中980nm半导体激光器的输出功率为90.5mW，1480nm半导体激光器的输出功率为27mW，所得放大自发辐射谱只有1525～1565nm的C波段带宽范围，其荧光功率为7.1mW，转换效率为6％。

对比上述实验结果可知，加入光纤环镜的情况下，由于反射前向的自发辐射谱，一方面可以增强在输出端得到C波段的放大自发辐射谱，另一方面也可以帮助抽运得到L波段放大自发辐射谱，因而能得到C+L波段的超宽带光纤光源，且具有较高的荧光功率和转换效率；不加光纤环镜情况下，只得到了C波段的放大自发辐射谱，且荧光功率和转换效率都较低。加光纤环镜情况下，全部用980nm半导体激光器抽运，由于输出的是后向自发辐射，所以其波长范围在C波段；全部用1480nm半导体激光器抽运，由于光纤吸收系数大且较长，所以自发辐射谱位移到L波段；采用980nm和1480nm两种抽运源配合使用，适当调整二者的功率，则得到C+L波段的超宽带光纤光源。

一般的，光隔离器是光纤通信领域中重要的无源器件，使用光隔离器可以有效抑制通信系统中各个器件反射而引起的回传光，从而消除其对光源和系统的不利影响，保证通信质量。现有的光隔离器包括偏振相关光隔离器以及偏振无关光隔离器两大类。在偏振无关光隔离器中，所用偏光分束器主要有两种：双折射楔型晶体；平行分束的双折射WaIk-off型晶体。采用双折射楔型晶体时由于两路偏振光在晶体中的光程不一致，一般还需要附加一个偏振模色散补偿片；采用平行分束的双折射WaIk-off型晶体，两路偏振光可以设计成光程相同，但体积比楔型晶体方案更大，不利于系统的实现。

本实施例中，如图2所示，优选光隔离器包括第一单光纤头、第一双折射晶体薄片、第一自聚焦透镜、法拉第旋光片、第二自聚焦透镜、第二双折射晶体薄片及第二单光纤头。第一单光纤头连接第二波分复用器的长波复用端，第二单光纤头作为高功率光纤光源的输出端，在第一单光纤头指向第二单光纤头之间的光路上，第一双折射晶体薄片、第一自聚焦透镜、法拉第旋光片、第二自聚焦透镜、第二双折射晶体薄片依次排布。

本实施例中，每个双折射晶体薄片均置于一个单光纤头与和自聚焦透镜之间，三者组成一个双折射分/合光准直器，由此光隔离器仅由两个双折射分/合光准直器和一个法拉第旋光片组成，因而简化了结构，缩减了器件体积及成本。其中，第一自聚焦透镜及第二自聚焦透镜的为0.23节距，双折射晶体为0.2mm的YVO4薄片，法拉第旋光片的45°旋光波长为1.55μm。

光隔离器中，光正向传播时，在第一单光纤头处为非偏振光，经第一双折射晶体薄片后，水平偏振分量(即o光)保持原来的位置，而垂直振动分量(e光)向下偏移，与o光分开Δd的距离，之后两束线偏振光经过第一自聚焦透镜扩束并准直，通过法拉第旋光片后，光矢量均沿逆时针方向旋转45°，横向位置没有变化；再经第二自聚焦透镜汇聚后进入第二双折射晶体薄片，设计第二双折射晶体的光轴方向，使在第一双折射晶体薄片中的o光在第二双折射晶体中成为e光，经过第二双折射晶体后向下产生Δd长度的位移，而e光变为o光，横向位置不变；由此o光、e光合为一块，并耦合进入输出端第二单光纤头而实现了光波的正向导通。由于o光、e光两束光所经过的光程相同，因此偏振模色散理论值为0。当光波反向传播时，由于法拉第旋光片的非互易性，两路光经过法拉第旋光片后的偏振方向相对于正向传输时旋转了90，因此在出射端相对于正向传播时的入射点均发生了Δd的偏移，且偏移方向相反，即产生了2Δd的分束距离。只要Δd有合适的值，就可使两线偏振光均不能耦合进入射端光纤，从而实现反向隔离功能。这样本实施例的光隔离器通过在光纤和自聚焦透镜之间设置双折射晶体薄片而获得了小体积、低成本且易于实现的器件，光隔离器结构更紧凑，有效降低了成本和装配难度；由于采用对称的光路设计，偏振模色散理论值为0，无需额外补偿。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高功率光纤光源，其特征在于，包括1480nm半导体激光器、980nm半导体激光器、第一波分复用器、第二波分复用器、掺铒光纤及光纤环镜；

光纤环镜连接第一波分复用器的短波复用端，1480nm半导体激光器的输出端连接第一波分复用器的长波复用端，第一波分复用器的公共端连接掺铒光纤的一端；

掺铒光纤的另一端连接第二波分复用器的公共端，第二波分复用器的短波复用端连接980nm半导体激光器的输出端，第二波分复用器的长波复用端输出荧光。

2.如权利要求1所述的高功率光纤光源，其特征在于，1480nm半导体激光器的输出功率为27mW，980nm半导体激光器的输出功率为90.5mW。

3.如权利要求1所述的高功率光纤光源，其特征在于，掺铒光纤的长度为20m。

4.如权利要求1所述的高功率光纤光源，其特征在于，还包括光隔离器，第二波分复用器的长波复用端连接光隔离器的输入端，光隔离器的输出端作为高功率光纤光源的输出端。

5.如权利要求4所述的高功率光纤光源，其特征在于，光隔离器包括第一单光纤头、第一双折射晶体薄片、第一自聚焦透镜、法拉第旋光片、第二自聚焦透镜、第二双折射晶体薄片及第二单光纤头；

第一单光纤头连接第二波分复用器的长波复用端，第二单光纤头作为高功率光纤光源的输出端，在第一单光纤头指向第二单光纤头之间的光路上，第一双折射晶体薄片、第一自聚焦透镜、法拉第旋光片、第二自聚焦透镜、第二双折射晶体薄片依次排布。

6.如权利要求5所述的高功率光纤光源，其特征在于，第一自聚焦透镜及第二自聚焦透镜的为0.23节距。

7.如权利要求5所述的高功率光纤光源，其特征在于，法拉第旋光片的45°旋光波长为1.55μm。

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