TWI472107B - 單頻光纖雷射裝置 - Google Patents

Description

單頻光纖雷射裝置

本發明關於一種光纖雷射裝置，特別係有關於一種單頻光纖雷射裝置。

隨著光纖通訊的需求日益增加，光纖元件也逐漸受到重視，而光纖元件中最重要的即為雷射光源。共振腔(resonant cavity)、增益介質(gain medium)和泵激光源(pump LD)為組成雷射最基本的三要素，其中泵激光源提供能量給增益介質，提高增益介質內的電子能階，發生居量反轉效應，此時若給予一個誘發因子，則因為受激放射的關係，會產生與誘發因子相同頻率的光子在共振腔內共振，當共振腔內的能量達到臨界功率時，就會產生雷射輸出；光纖雷射是以摻鉺光纖放大器為基礎，使用摻鉺光纖做為增益介質，並搭配光纖光柵與光反射元件來構成共振腔，因此摻鉺光纖雷射相對半導體雷射架構簡單，且全光纖(all fiber)型結構是其優點，能夠適應惡劣的工作環境，例如：高溫、高振動、高衝擊和多粉塵的環境。

一般而言，在使用光頻譜分析儀分析時，受限於解析度(resolution)的影響，在測量輸出雷射的線寬時，往往會造成數據上的誤差，而造成量測上的不正確性。一種電頻譜分析儀(electronic spectrum analyzer,ESA)可用來分析輸出訊號，其係將雷射光轉換為電頻譜來分析，不僅得以提升數據的正確性，在優化線性型光纖雷射裝置上，可以清楚的觀測訊號是否為單頻(single frequency)雷射光源。

舉例而言，儀器型號為Agilent 71200C的電頻譜分析儀，其係採用延遲自同差(delayed self-homodyne,DSH)的方式來分析線寬，它的頻率範圍可達22 GHz，因此可做非常精密的分析量測，並且其優點在於操作簡易、可以量測極小的雷射線寬，且無需額外的雷射光源當作參考頻率，對於線寬(linewidth)極窄的光纖雷射來說是相當適合的分析技術。

經由頻率與波長的關係式中計算出在光頻譜分析儀所量測而得的光纖雷射線寬約數GHz左右。將相同的光纖雷射裝置輸出至電頻譜儀上觀測，其雷射頻譜範圍大約只有1 GHz左右，因此必須由電頻譜分析儀來做更深入的分析。

有關光纖雷射的研究相當的多，這些研究無非是要改良以往架構的缺點。在早期的研究裡，光纖元件並不像現在的精密，造成光纖雷射輸出的特性不佳。近年來光通訊與光纖感測產業的蓬勃發展，光纖元件的特性已大幅的改良，在架構上也隨著元件的特性而改變，使得雷射的輸出特性也相對的提升。傳統的光纖雷射架構背端面(rear cavity end)包括光纖光柵式、光循環器式與寬頻鏡面式光纖雷射。

其中光纖光柵式光纖雷射在共振腔兩端面以光纖光柵來作為反射端面，光纖光柵會將符合布拉格條件的波長反射至共振腔中，因此在架構上使用兩個光纖光柵作為反射端面，因為光纖光柵原本就是3dB頻寬很窄的濾波元件，必須將雙光纖光柵的反射波長相互對準，才能達到最佳的雷射輸出結果十分困難。再者，兩個光纖光柵的反射波長為固定波長，若要改變輸出雷射的中心波長，就必須同時改變兩條光纖光柵的反射波長才能達到波長可調的雷射輸出，也降低了架構的使用性。

光循環器式光纖雷射受限於光循環器的工作波段，一般市售的光循環器普遍多在C+L頻帶(band)，對於光纖雷射的工作波段已足夠，但是對於泵激光源卻無法有效的導回共振腔中再度利用，後向泵激光纖雷射架構尤其明顯，如此便會造成功率的損耗。

此外，摻鉺光纖雷射的架構可分為線性型與環型共振腔兩種架構，其中線性型摻鉺光纖雷射結構簡單，且共振腔長度較短，在自由頻譜範圍方面較環型摻鉺光纖雷射架構優越，環型摻鉺光纖雷射所使用的元件較多，成本相對提高，共振腔長度較長也會造成功率擾動的現象。

單頻光纖雷射意指輸出雷射僅有單一頻率的模態，它具有窄的雷射線寬、模態影響性小、雜訊低和輸出雷射穩定之優點，對於需要高速度與長距離傳輸的光纖通訊(fiber-optic communication)、有線電視(community antenna television,CATV)系統、光纖感測(fiber sensor)方面，或是高解析度的光譜量測等都有很好的應用。目前單頻摻鉺光纖雷射以環型架構居多，因為在環型架構中光是以行進波存在，在共振腔內只有單一的傳輸方向，而線性型共振腔中的光則是以駐波存在，在共振腔內為雙向傳輸，因此模態影響較環型共振腔大。

目前產生單頻光纖雷射有許多不同的技術，已知的方法有下列幾種：(1).短共振腔法：當一個雷射共振腔非常短時，會使得雷射模態間的頻率間距變寬，當頻率間距大於輸出雷射的增益頻寬時，就能使共振腔中只有單一頻在腔內振盪；(2).環型共振腔法：在線性型光纖雷射的共振腔中，光波會以駐波的形式在共振腔中傳遞，造成模態的不穩定。若是將共振腔設計成環形結構，能使光波用行進波的方式讓光以單一方向傳遞，能夠減少模態間的影響，使雷射以單頻的形式輸出，目前一般多是以此方式作為基礎架構；(3).標準具法：在雷射共振腔中，加入一個合適的光學標準具(Eatlon)，例如Fabry-Perot干涉儀，能夠抑制雷射旁模的產生，只允許特定頻率的雷射通過標準具在腔內振盪；(4).濾波片法：在雷射共振腔中加入濾波片，旋轉其角度，使得雷射產生相位延遲，當雷射輸出的模態頻率間距大於增益頻寬，便能讓雷射以單頻的形式輸出。

然而，目前單頻光纖雷射的研製多是以環型架構為主，很少探討線性型光纖雷射，因此本發明提供一新穎之單頻光纖雷射裝置，其為習知技術所未提及的架構與無法比擬者，並且可以有效地形成單頻光纖雷射。

為了克服習知技術問題，本發明提供一種單頻光纖雷射裝置，以達到單頻線性共振腔光纖雷射之目的。本發明將會對線性型共振腔針對存在駐波做改良優化，在共振腔中加入光學元件，利用元件的特性降低模態的影響。

本發明之目的係提供一種以法拉第旋轉鏡為反射介面之單頻光纖雷射裝置，以達到單頻光纖雷射之目的。以法拉第旋轉鏡為反射介面的光纖雷射具有較佳的極化保持效果，可以降低共振腔內的模態產生。

本發明之目的係利用環型子共振腔或吸收體，搭配法拉第旋轉鏡以發展法拉第旋轉鏡式單頻光纖雷射。

本發明所揭露之一種單頻光纖雷射裝置，包括：一法拉第旋轉鏡；一段光纖元件，連接法拉第旋轉鏡；一分波多工器，連接一段光纖元件；一泵激光源，耦合分波多工器；至少一環形子共振腔元件，插入於一光纖共振腔中，以利於抑制雷射旁模，而產生單頻光纖雷射；以及一光纖光柵元件當作共振腔端面部分反射鏡。

根據本發明另一觀點，揭露一種單頻光纖雷射裝置，包括：法拉第旋轉鏡；一段光纖元件，連接法拉第旋轉鏡；一分波多工器，連接一段光纖元件；一泵激光源，耦合該分波多工器；一吸收體元件，耦合分波多工器，以利於抑制雷射旁模，而產生單頻光纖雷射；以及一光纖光柵元件當作共振腔端面部分反射鏡。

單頻光纖雷射裝置更包括一極化控制器，耦合該波長多工器與該環形子共振腔元件，極化控制器包括一λ/2極化器、λ/4極化器及線性極化器，其中λ為光波長。法拉第旋轉鏡包括一寬頻光纖反射鏡面及一法拉第旋轉子，環形子共振腔元件包括一光耦合器，光耦合器之分光可為50/50或其它可造成共振之分光比率。

本發明揭露一種單頻光纖雷射裝置，包含摻鉺光纖、分波多工器、泵激光源、光纖光柵與極化改善元件，並分別設計使用子環形共振腔或吸收體置入雷射共振腔中，以利於抑制雷射旁模。利用極化改善元件可增加單頻光纖雷射的穩定度。

在傳統的光纖雷射裝置中，所產生的雷射線寬是非常寬的。因此，本發明嘗試在共振腔中加入改善因子，來改善雷射旁模的影響。此外，本發明主要係針對線性型光纖雷射的共振腔之中加入光學元件，利用元件的特性來作模態抑制，設計一套低成本、簡單與高穩定度的線性共振腔單頻光纖雷射架構。

在另一方面，也可以從光纖雷射其共振腔的架構上著手改進，線性型光纖雷射其電頻譜雜亂的原因，有很大一部分是因為共振腔內的極化狀態並不穩定，因此可以改變共振腔的組成，替換為能使極化穩定的光學元件，減少線性型光纖雷射本身的縱模產生。

在本發明中，使用法拉第旋轉鏡(Faraday rotator mirror,FRM)做為雷射共振腔其中一端的反射介面。法拉第旋轉鏡可以使得輸入與輸出(雙向傳輸)的光訊號之極化方向(角度)互相垂直，以減少光訊號在摻鉺光纖中互相干涉，降低模態數，可以得到較佳的光纖雷射輸出。

請參照第一圖，其顯示法拉第旋轉鏡之示意圖。法拉第旋轉鏡10其組成為一寬頻光纖反射鏡面(broadband fiber mirror,BFM)11以及一法拉第旋轉子(Faraday rotator)12。寬頻反射鏡面11幾乎完全反射入射光()回共振腔，法拉第旋轉子12可以將入射光旋轉45度。如第一圖所示，寬頻反射鏡面11及法拉第旋轉子12之組成可以讓入射光與反射光()的極化角度相差90度。請參照第二圖，其顯示法拉第旋轉鏡式線性型光纖雷射架構之示意圖。以法拉第旋轉鏡構成的摻鉺光纖雷射主要差別在於反射介面的不同，分為前向式泵激光源架構和後向式泵激光源架構。在此例子中是前向式泵激光源架構，包含法拉第旋轉鏡10、摻鉺光纖(EDF)22、分波多工器21、光纖光柵(FBG)23、泵激雷射(PUMP-LD)20及光頻譜分析儀24。摻鉺光纖22分別連接光纖光柵23以及分波多工器21，分波多工器21連接法拉第旋轉鏡10與泵激雷射20。在一實施例中，共振腔長度可以為2公尺或其他尺寸，使用的泵激雷射20之泵激光源波長在1480 nm(或980nm)，功率為50 mW；布拉格光纖光柵23的反射率為50%，反射波長為1552.8 nm；摻鉺光纖22的吸收係數在1530 nm位置吸收18.79dB/m。前向式泵激光源架構係將泵激光源提供的能量順向往光頻譜分析儀24方向傳送，經過摻鉺光纖22時發生居量反轉。摻鉺光纖22吸收的光能量與摻鉺光纖22的吸收係數及長度相關。如第三圖所示，其顯示前向式法拉第旋轉鏡式光纖雷射輸出光譜，在這邊使用的摻鉺光纖無法完全的吸收泵激光源提供的能量。在第三圖中，在1480 nm附近發現殘餘的泵激光源被光頻譜分析儀24量測到，其除了會降低斜線效率外，也會影響光纖雷射單頻的輸出效果。

請參照第四圖，其顯示另一法拉第旋轉鏡式線性型光纖雷射架構之示意圖。在此例子中是後向式泵激光源架構，包含法拉第旋轉鏡10、摻鉺光纖(EDF)22、分波多工器21、光纖光柵(FBG)23、泵激雷射(PUMP-LD)20及光頻譜分析儀24。摻鉺光纖22分別連接法拉第旋轉鏡10以及分波多工器21，分波多工器21連接光纖光柵23與泵激雷射20。後向式泵激光源架構係將泵激光源往法拉第旋轉鏡10方向傳送。此處使用的法拉第旋轉鏡10之工作波長區段為C-頻帶(C-band)，無法大幅度的反射泵激光源提供的能量，因此泵激光源能量經過摻鉺光纖22之後，殘餘的泵激光源能量會在法拉第旋轉鏡10的位置消散，使得反射回共振腔內的只有訊號光及自發性放射光，因此在輸出端可以得到乾淨的單頻雷射輸出光譜，如第五圖所示。

不同增益摻鉺光纖長度(例如2m、3m、4m及5m)與增益介質的選擇會影響光纖雷射的輸出功率和訊雜比的大小。於實驗可知，3m摻鉺光纖在後向式法拉第旋轉鏡式摻鉺光纖雷射架構中擁有最好的輸出效果，其光頻譜圖形如第六圖所示，其輸出功率為5.6 mW，訊雜比為57.7 dB。因此，本發明底下之討論係以3m摻鉺光纖及後向式架構為例子，探討單頻摻鉺光纖雷射架構的優化。

請參照第七圖，其顯示加入極化控制器之法拉第旋轉鏡式後向式光纖雷射架構之示意圖。雖然法拉第旋轉鏡10可以優化共振腔內的極化狀態，然而因為共振腔內的連接皆是以單模光纖連結，無法有效的保持共振腔內的極化狀態穩定。因此，在此例子中加入極化控制器25於波長多工器21與布拉格光纖光柵23之間以調整共振腔內的光極化角度，如第七圖所示。舉一實施例而言，極化控制器25係由λ/2極化器、λ/4極化器及線性極化器所構成，其中λ為光波長。

請參照第八圖，其顯示經由電頻譜分析儀26量測而產生之光纖雷射單頻輸出。如第八圖所示，經過極化控制器25之調整後，電頻譜圖形上的模態已被抑制掉許多。如上所述，輸出的光纖雷射接到電頻譜分析儀26上來做量測，而量測之前先經過光檢測器27以進行光電轉換。基於光纖通訊常用波段(C band)轉為頻域約為193 THz，無法直接使用電頻譜分析儀26量測，需要使用延遲自同差(delayed self-homodyne,DSH)法配合測量，所以在光檢測器27之前連接一馬赫－桑德耳(Mach-Zehnder)干涉儀28協助轉換。

請參照第九圖，其顯示加入子共振腔之法拉第旋轉鏡式後向式光纖雷射架構之示意圖。極化控制器25配置於波長多工器21與子共振腔30之間。在此實施例中，使用子共振腔30以改善光纖雷射輸出，其中子共振腔30配(放)置於極化控制器25及布拉格光纖光柵23之間。子共振腔30的長度例如包括三種，0.17 m、0.3 m與0.5 m，其自由頻譜範圍分別為1.26 GHz、714 MHz和428 MHz。

本發明之法拉第旋轉鏡式後向式光纖雷射裝置係透過分波多工器21將泵激光源送入摻鉺光纖22中，以對共振腔中的訊號作放大。而輸出波長係由光纖光柵23的反射波長所決定，並經由光纖光柵23的穿透端取出雷射信號，因此單頻光纖雷射的輸出功率、輸出雷射線寬及雷射輸出旁模抑制比係受到光纖光柵性能的影響。

泵激光源經過摻鉺光纖22產生增益效果，再耦合進入法拉第旋轉鏡10。經過摻鉺光纖22兩次放大後的雷射光進入分波多工器21後，利用分波多工的原理，此時在1550nm波段的雷射光將會與泵激光源所提供的1480nm的泵激光源分離，反之亦然。經摻鉺光纖22放大的雷射光將進入光纖光柵23中，且由於雷射光已經過兩次的放大強度已經被增強，所以經由光纖光柵23反射部分雷射光回共振腔後，在光纖光柵23的穿透端亦可以取得所需要的雷射光，由光纖光柵23穿透端取出之雷射光波長將與光纖光柵的反射波長相同。

當泵激光源第一次經過摻鉺光纖22時，尚有光功率未被摻鉺光纖22所吸收。此時，未被摻鉺光纖22吸收的光功率將依序經由法拉第旋轉鏡10，再次進入摻鉺光纖22中，以提高泵激光源的使用效率，並同時提高摻鉺光纖22所能提供的整體效益。

實際上光纖雷射頻譜存在許多旁模是光頻譜分析儀24所無法量測的。因此，利用電頻譜分析儀26來分析旁模，光纖雷射經過Mach-Zehnder干涉儀28降頻後，頻譜大約分散在1 GHz左右的範圍。

本發明之單頻光纖雷射之設計可參考底下方程式來完成。縮短共振腔的長度會使雷射模態間的頻率間距變寬，兩相鄰的頻率間隔定義為自由頻譜範圍。

其中n 為光纖的折射係數，L _m 為共振腔的長度。由上述方程式可以發現，自由頻譜範圍(FSR _m )與共振腔長度呈一反比關係。換言之，共振腔長度越短則自由頻譜範圍就越寬。然而在本發明之單頻光纖雷射裝置(例如摻鉺光纖雷射裝置)中，共振腔長度為一定值，而共振腔中尚有許多元件，部分元件所連接的光纖長度無法隨意縮短，因此本發明使用一種被動式的外接子環形共振腔(sub-ring cavity)加入原有的雷射共振腔中，來改變自由頻譜範圍。

舉一實施例而言，本發明之子環形共振腔30之結構可以選用元件為2×2光耦合器、分光比為50/50，其製作方式係將其中兩端回接，另兩端接至原先的線性型光纖雷射共振腔當中，而光耦合器相接的兩端便成為一子環形共振腔，子環形共振腔長度為兩端相接的單模光纖長度。經由這樣的設計方式，能夠改變原本雷射共振腔的自由頻譜範圍，其原因在於子環形共振腔的長度與原先的光纖雷射裝置共振腔長度相比短許多，在兩個自由頻譜範圍的相互影響下，即能改變整個共振腔中整體自由頻譜範圍。舉例而言，增加子環形共振腔的數量或縮短子環形共振腔的長度，都能夠有效的將頻率間距變得更寬，而當頻率間距超過了光纖雷射輸出的增益範圍，便能夠形成單頻光纖雷射。

請參照第十圖，其為加入長度0.5 m環型子共振腔之法拉第旋轉鏡式後向式光纖雷射電頻譜。上述電頻譜係於電頻譜分析儀26上的量測圖形。如第十圖所示，可以觀察到在約400 MHz的位置有一模態產生，此位置恰好是0.5 m環型子共振腔30其自由頻譜範圍428 MHz附近。換言之，量測到的此點即為光纖雷射的第二個模態。在另一例子中，將0.5 m環型子共振腔30置換為0.3 m環型子共振腔30，可以於800 MHz附近的位置量測到一模態。如同0.3 m環型子共振腔30量測圖形一樣，在800 MHz的位置也是因為0.5 m環型子共振腔30其自由頻譜範圍714 MHz所導致的第二個模態。此外，使用0.17 m環型子共振腔30，其電頻譜圖如第十一圖所示。0.17 m環型子共振腔其自由頻譜範圍為1.26 GHz，在電頻譜分析儀上量測頻寬1 GHz範圍內，並無顯著的模態產生，1 GHz範圍之外的，則因為大於光纖雷射本身的增益範圍，不會有模態產生。產生單頻光纖雷射輸出功率為0.047 mW，訊雜比為24.2 dB，與無加入模態抑制架構的輸出功率相比下降許多。換言之，本發明由於法拉第旋轉鏡10將通過共振腔內的光極化狀態不斷的旋轉，因此光在通過極化控制器25時會被其中的線性偏振片擋住許多功率，並濾除許多不同極化狀態的模態。極化控制器25係用於控制光的極化方向並增加輸出雷射光的穩定度。

本發明之另一觀點，提出一種吸收體型單頻光纖雷射裝置或架構。摻鉺光纖本身所具有的吸收與放射的特性，在未施以泵激光源激發時，光功率會受到鉺離子的吸收而造成功率的損耗；然而，若加以控制兩端注入的光波，使其在內部形成干涉現象，便能夠使旁模受到抑制，達到單頻光纖雷射的效果。

在一實施例中，使用一段摻鉺光纖作為吸收體的基本元件，將摻鉺光纖吸收體配置於共振腔之中泵激光源未經過之處。在沒有泵激光源的影響下，摻鉺光纖的自發吸收與放射的特性就會相當明顯。後向泵激光纖雷射架構比起前向泵激光纖雷射架構有更佳的優勢，例如摻鉺光纖能夠產生兩次吸收泵激光功率使訊號放大的效果，亦有較佳的雷射輸出功率。

依照上述吸收體的原理，本發明選用後向泵激光纖雷射架構，在分波多工器與光纖光柵之間加入摻鉺光纖吸收體，並加入一個極化控制器，來控制進入摻鉺光纖吸收體光波的相位，使雷射光在摻鉺光纖吸收體內得以形成干涉現象，藉此達到模態抑制的效果。

實驗上可以使用不同長度的摻鉺光纖吸收體來觀察輸出雷射功率與旁模抑制的情形，例如長度的選擇上，可以分別使用1.5 m、1 m與0.5 m或其他長度的低摻雜摻鉺光纖來做吸收量測。藉由電頻譜分析儀26可以看出加入吸收體元件40之後的模態抑制效果，並藉由調整摻鉺光纖吸收體的長度來觀察模態抑制的效果。

請參照第十二圖，其為加入吸收體之法拉第旋轉鏡式後向式光纖雷射架構之示意圖。在另一實施例中，將吸收體元件40配置(入)於極化控制器25與布拉格光纖光柵23之間。吸收體元件40例如為一段不會被泵激光源激發的摻鉺光纖。往布拉格光纖光柵23方向前進的訊號光，經過極化控制器25之線性偏振片時，其極化變成線性偏振，因此在經過摻鉺光纖吸收體元件40時，能夠加深干涉效應，使得模態抑制的效果更加明顯。舉一實施例而言，此處所使用的吸收體元件40係低摻雜的摻鉺光纖，其在波長1530 nm的吸收係數是6.24 dB/m，長度例如為1.5 m、1 m與0.5 m，而增益摻鉺光纖在波長1530 nm的吸收係數是18.79 dB/m，長度例如為3 m。摻雜濃度可以調整使得摻鉺光纖吸收體對雷射輸出功率的影響減小，亦即在能夠有效抑制模態的情況下，選擇低摻雜的摻鉺光纖可以降低對雷射輸出功率的影響。實驗中可以置換不同長度的摻鉺光纖吸收體。

請參照第十三圖，其為加入長度0.5 m吸收體之法拉第旋轉鏡式後向式光纖雷射電頻譜。上述電頻譜係於電頻譜分析儀26上的量測圖形。加入長度1.5 m、1 m吸收體之法拉第旋轉鏡式後向式光纖雷射電頻譜與加入長度0.5 m吸收體之電頻譜類似。由第十三圖可知，1.5 m、1 m及0.5 m的摻鉺光纖吸收體40在配合法拉第旋轉鏡10下皆可以達到單頻光纖雷射的效果。綜合上述，本發明使用法拉第旋轉鏡10作為共振腔的其中一端反射介面，其可以有效的優化共振腔內的極化狀態，使得其光纖雷射的模態產生減少。此外，配合模態抑制架構，加入不同長度的環型子共振腔30可以觀察到不同自由頻譜範圍，以得到單頻光纖雷射的輸出。再者，加入不同長度的摻鉺光纖吸收體以濾除殘餘的模態，亦可以使得光纖雷射的輸出為單頻的形式。表一係為在法拉第旋轉鏡架構下，使用不同模態抑制架構的單頻光纖雷射之詳細數據例子。

經由實驗發現，環型子共振腔法拉第旋轉鏡式單頻光纖雷射的功率變化約為0.04 mW以內，而摻鉺光纖吸收體法拉第旋轉鏡式單頻光纖雷射的功率變化約為0.08 mW以內，由此可以看出此光纖雷射裝置具有非常穩定的雷射功率輸出，其與一般半導體雷射(線寬約數MHz等級)毫不遜色。

本發明之光纖光柵可為波長可調式或固定波長光纖光柵，以當作共振腔端面部分反射鏡。

請參照第十四圖，其為加入環型子共振腔之法拉第旋轉鏡式波長可調單頻光纖雷射架構之示意圖。在本實施例中，採用波長可調光柵達成波長可調功能，將原本的布拉格光纖光柵23替換為波長可調式布拉格光纖光柵41。此外，在吸收體模態抑制架構中，亦可採用波長可調光柵達成波長可調功能，將原本的布拉格光纖光柵23替換為波長可調式布拉格光纖光柵41，如第十五圖所示。在實驗上，可以先就中心波長的部份調整其縱模產生的狀態，直到其達到單頻的效果，接著在此狀態下，再對波長可調式布拉格光纖光柵41施加外力或其它方式，使其光纖雷射波長往短波長或長波長移動，波長移動的過程中同時觀測其光頻譜及電頻譜的變化。舉一實施例而言，加入0.17 m環型子共振腔30或加入0.5 m吸收體40，單頻光纖雷射波長移動的過程中，上述兩種模態抑制架構的光功率變動量為2 dB左右，訊雜比則在20~25 dB左右。實驗結果顯示使用波長可調式布拉格光纖光柵機制，在波長進行調整時，其電頻譜圖形一直保持在非常窄線寬之單縱模的狀態，因此並不會影響其模態的產生。

綜合上述，從本發明之上述實施例中可知，加入子環形共振腔元件或吸收體元件於光纖雷射裝置中，可以完全抑制雷射旁模的產生，而產生一極佳的單頻光纖雷射。值得注意的是上述僅為本發明之一實施例，本發明不限定子環形共振腔元件或吸收體的個數，其他個數子環形共振腔元件及/或搭配吸收體或搭配其他光學元件亦可以得到單頻光纖雷射。舉例而言，搭配前述環型子共振腔元件30及吸收體元件40以構成一種混合式法拉第旋轉鏡式單頻光纖雷射裝置或架構，請參照第十六圖。在另一實施例中，吸收體元件40與環型子共振腔元件30之配置位置可以互換，例如吸收體元件30連接光纖光柵23，環型子共振腔元件30連接極化控制器25，請參照第十七圖。此外，在又一實施例中，一環形子共振腔元件700配置於上述混合式法拉第旋轉鏡式單頻光纖雷射裝置或架構之雷射共振腔中，其中共振腔元件700包括吸收體元件711配置於子環形共振腔702之部分區段內，子環形共振腔702連接一分光比為50/50之2×2光耦合器703，請參照第十八圖。

對熟悉此領域技藝者，本發明雖以較佳實例闡明如上，然其並非用以限定本發明之精神。在不脫離本發明之精神與範圍內所作之修改與類似的配置，均應包含在下述之申請專利範圍內，此範圍應覆蓋所有類似修改與類似結構，且應做最寬廣的詮釋。

10．．．法拉第旋轉鏡

11．．．寬頻光纖反射鏡面

12．．．法拉第旋轉子

13．．．單模光纖

20．．．泵激雷射

21．．．分波多工器

22．．．摻鉺光纖

23．．．光纖光柵

24．．．光頻譜分析儀

25．．．極化控制器

26．．．電頻譜分析儀

27．．．光檢測器

28．．．Mach-Zehnder干涉儀

30．．．環形子共振腔元件

40．．．吸收體元件

41．．．波長可調式布拉格光纖光柵

700．．．環形共振腔元件

711．．．吸收體元件

702．．．環形子共振腔元件

703．．．2×2光耦合器

上述元件，以及本發明其他特徵與優點，藉由閱讀實施方式之內容及其圖式後，將更為明顯：

第一圖為法拉第旋轉鏡之示意圖。

第二圖為前向式法拉第旋轉鏡式線性型光纖雷射架構之示意圖。

第三圖為前向式法拉第旋轉鏡式光纖雷射輸出光譜圖。

第四圖為後向式法拉第旋轉鏡式線性型光纖雷射架構之示意圖。

第五圖為後向式法拉第旋轉鏡式光纖雷射輸出光譜圖。

第六圖為後向式法拉第旋轉鏡式光纖雷射於光頻譜分析儀(optical spectrum analyzer)之輸出頻譜圖。

第七圖為加入極化控制器之法拉第旋轉鏡式後向式光纖雷射架構之示意圖。

第八圖為經由電頻譜分析儀量測而產生之光纖雷射單頻輸出光譜圖。

第九圖為本發明之加入子共振腔之法拉第旋轉鏡式後向式光纖雷射架構之示意圖。

第十圖為本發明之其為加入長度0.5 m環型子共振腔之法拉第旋轉鏡式後向式光纖雷射電頻譜。

第十一圖為本發明之其為加入長度0.17 m環型子共振腔之法拉第旋轉鏡式後向式光纖雷射電頻譜。

第十二圖為本發明之加入吸收體之法拉第旋轉鏡式後向式光纖雷射架構之示意圖。

第十三圖為本發明之加入長度0.5 m吸收體之法拉第旋轉鏡式後向式光纖雷射電頻譜。

第十四圖為本發明之加入環型子共振腔之法拉第旋轉鏡式單頻光纖雷射架構之示意圖。

第十五圖為本發明之加入吸收體之法拉第旋轉鏡式單頻光纖雷射架構之示意圖。

第十六圖為本發明之混合式法拉第旋轉鏡式單頻光纖雷射架構之示意圖。

第十七圖為本發明之混合式法拉第旋轉鏡式單頻光纖雷射架構之示意圖。

第十八圖為本發明之環型共振腔元件之示意圖。

10．．．法拉第旋轉鏡

20．．．泵激雷射

21．．．分波多工器

22．．．摻鉺光纖

23．．．光纖光柵

24．．．光頻譜分析儀

25．．．極化控制器

26．．．電頻譜分析儀

27．．．光檢測器

28．．．Mach-Zehnder干涉儀

30．．．環形子共振腔元件

Claims (12)

1. 一種單頻光纖雷射裝置，包括：一法拉第旋轉鏡；一光纖元件，連接該法拉第旋轉鏡；一分波多工器，連接該光纖元件；一泵激光源，由該分波多工器耦合進入；一波長可調或不可調光纖光柵，作為共振腔端面部分反射鏡；以及至少一環形子共振腔元件，插入於一光纖共振腔中，以利於抑制雷射旁模，而產生單頻光纖雷射。
2. 如請求項1之單頻光纖雷射裝置，其中該法拉第旋轉鏡包括一寬頻光纖反射鏡面及一法拉第旋轉子。
3. 如請求項1之單頻光纖雷射裝置，更包括一極化控制器，耦合該波長多工器與該環形子共振腔元件。
4. 如請求項3之單頻光纖雷射裝置，其中該極化控制器包括一λ/2極化器、λ/4極化器及線性極化器，其中λ為光波長。
5. 如請求項1之單頻光纖雷射裝置，其中該環形子共振腔元件包括一光耦合器，該光耦合器之分光比為50/50或其它比率。
6. 一種單頻光纖雷射裝置，包括：一法拉第旋轉鏡；一光纖元件，連接該法拉第旋轉鏡；一分波多工器，連接該光纖元件；一泵激光源，耦合該分波多工器；一波長可調或不可調光纖光柵；以及一吸收體元件內含於光纖共振腔中，以利於抑制雷射旁模，而產生單頻光纖雷射。
7. 如請求項6之單頻光纖雷射裝置，其中該法拉第旋轉鏡包括一寬頻光纖反射鏡面及一法拉第旋轉子。
8. 如請求項6之單頻光纖雷射裝置，更包括一極化控制器，耦合該波長多工器與該環形子共振腔元件。
9. 如請求項8之單頻光纖雷射裝置，其中該極化控制器包括一λ/2極化器、λ/4極化器及線性極化器，其中λ為光波長。
10. 如請求項6之單頻光纖雷射裝置，其中該環形子共振腔元件包括一光耦合器，該光耦合器之分光比為50/50或其它比率。
11. 一種單頻光纖雷射裝置，包括：一法拉第旋轉鏡；一光纖元件，連接該法拉第旋轉鏡；一分波多工器，連接該光纖元件；一泵激光源，由該分波多工器耦合進入；一波長可調或不可調光纖光柵；以及一吸收體元件與至少一環形子共振腔元件，其中該吸收體元件包含於光纖共振腔中，以利於抑制雷射旁模，而產生單頻光纖雷射。
12. 如請求項11之單頻光纖雷射裝置，其中該吸收體元件與該至少一環形子共振腔元件係互相連接，或該吸收體元件配置於該至少一環形子共振腔元件之部分區段內。