CN1295822C - 可转换双波长掺杂光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双波长掺杂光纤激光器，特别是能够产生空间模式拍频效应的激光器，属于光纤通信与光纤传感技术领域。该激光器主要包括：泵浦激光二极管，波分复用器，掺杂光纤，起偏器，偏振控制器等。本发明通过具有两个反射峰的多模光纤光栅进行输出激光的波长选择，引入单模光纤—多模光纤光栅—单模光纤结构，产生空间模式拍频效应，使两个不同偏振方向的反射模在波长上分离开，产生了偏振烧孔效应，克服掺杂光纤均匀增益展宽引起的模式竞争，又可通过调整腔内的偏振控制器改变腔内光的偏振态，改变两个不同偏振方向上波长的损耗，实现常温下单波长和双波长的开关转换。该发明结构简单、调节方便、成本低廉、能在常温下稳定工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种双波长掺杂光纤激光器，特别是能够产生空间模式拍频效应的激光器，是光纤通信和光纤传感领域里的一种新设计，属于光纤通信与光纤传感技术领域。
背景技术
多波长光纤激光器在光通信及光传感领域有着广泛的用途，例如在密集波分复用(DWDM-Densed Wavelength Division Mutiplexing)系统，多参量光纤传感器以及光孤子源中，该种光源都是极其重要的。但是在发展比较成熟的掺杂光纤激光器中，由于掺杂光纤中的增益展宽效应导致的模式竞争，在一个激光腔中较难实现常温下的多波长输出。目前要实现多波长输出，一种方法是将掺杂光纤放到液氮中冷却来减少增益展宽，但这种方法明显不实用。另一种方法是将多个光纤激光器组合在一起，它虽然可在室温下得到稳定的多波长输出，但需用多个驱动电路和激光腔等装置。还有一种方法是利用F-P腔实现滤波，缺点是价格昂贵。而且这些结构中，不同波长的激射具有相同的泵浦阈值，很难调整或控制某一特定波长的性质。然而，在一些诸如传感、仪器测试的应用中，要求激光能够从一波长调到另一波长，或同时输出多个波长，即激光器具有可开关性能。则这种激光器需要在多波长掺杂光纤激光器的基础上加入“开关”特性来有效控制各波长的产生。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，调谐方便，低成本和常温稳定工作的可转换双波长输出掺杂光纤激光器，所述掺杂光纤激光器包括：泵浦激光器1，用于泵浦掺杂光纤(DF)；具有至少三个端口a、b和c的泵光/信号光波分复用光耦合器(WDM)2，用于将泵浦光和信号光耦合入掺杂光纤；一段合适长度的掺杂光纤3，由泵浦光激励，作为增益介质；一个起偏器4和一个偏振控制器(PC)5，序列连接在掺杂光纤后面，产生依赖波长的损耗以补偿光纤光栅两反射峰峰值大小的差异，同时也用于控制激光腔内光的偏振态；一多模光纤光栅7通过环形器6的端口b引入激光腔内，进行激光输出的波长选择；输出耦合器8用于激光的输出；光隔离器9保证腔内激光的单向运行。
本发明的原理是将具有两个反射峰的多模光纤光栅进行输出激光的波长选择，引入一种单模光纤-多模光纤光栅-单模光纤结构，这种结构能够产生空间模式拍频效应，使多模光纤光栅的两个不同偏振方向的反射模在波长上分离开，即多模光栅反射的两个波长具有不同的偏振态，则因此在掺铒光纤中产生了偏振烧孔效应，这种偏振烧孔效应能够克服掺杂光纤均匀增益展宽引起的模式竞争，实现常温下双波长稳定输出，又可通过调整腔内的偏振控制器来改变腔内光的偏振态，从而改变两个正交偏振方向上波长的损耗，以实现常温下单波长和双波长的开关转换。如果多模光纤光栅两个反射峰的大小差异较大，单纯地调节偏振控制器始终不能使长波长的反射峰小于短波长的反射峰时，可在偏振控制器前加一起偏器，利用起偏器和一个偏振控制器组合产生依赖波长的损耗，用以补偿光纤光栅两反射峰峰值大小的差异，达到波长转换的目的，克服了掺杂光纤均匀增益展宽引起的模式竞争，又可通过调整腔内的偏振控制器改变腔内光的偏振态，改变两个不同偏振方向上波长的损耗，实现常温下单波长和双波长的开关转换。该发明具有结构简单、调节方便、成本低廉、能在常温下稳定工作等优点。
附图说明
图1是本发明的结构组成示意图。
图2是本发明应用于掺铒光纤激光器时一多模光纤光栅的反射光谱图。
图3是本发明应用于掺铒光纤激光器时两单波长输出的光谱图。
图4是本发明应用于掺铒光纤激光器时双波长输出的光谱图。
图5是本发明应用于掺镱光纤激光器时两单波长输出光谱图。
图6是本发明应用于掺镱光纤激光器时双波长输出的光谱图。
图中：1.泵浦激光器 2.泵浦/信号波分复用光耦合器 3.掺杂光纤 4.起偏器 5.偏振控制器 6.环形器 7.多模光纤光栅 8.输出耦合器 9.光隔离器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的具体说明：
这种可转换双波长掺杂光纤激光器，包括：泵浦激光器1、泵浦/信号波分复用光耦合器2、掺杂光纤3、起偏器4、偏振控制器5、环形器6、多模光纤光栅7输出耦合器8和光隔离器9；其中波分复用光耦合器2的端口a与半导体泵浦激光器1的输出端相连接，端口b与隔离器9相连接，端口c与掺杂光纤3的一端相连接；掺杂光纤3的另一端与起偏器4相连接；起偏器4的另一端与偏振控制器5相连接；偏振控制器5另一端与环形器6的端口a相连接；环形器6的端口b与多模光纤布喇格光栅7相连接，端口c与输出耦合器8的端口a相连接；输出耦合器8的端口b作为激光器输出端口，端口c与光隔离器9相连接；光隔离器9的另一端与波分复用光耦合器2的端口b相连接。
掺杂光纤可任意掺杂某种金属，如掺铒、掺镱，相对应的多模光纤光栅为相对此波段的多模光栅。
允许多模光纤光栅的两个反射峰大小存在差异，其差异可由起偏器和偏振控制器结构产生依赖波长的损耗获得补偿，从而通过调整偏振控制器的状态来实现光纤激光器的两个单波长输出和双波长输出的开关转换。
应用具有两个反射峰的多模光纤光栅进行激光输出的波长选择，引入一种单模光纤-多模光纤光栅-单模光纤结构，产生空间模式拍频效应，使多模光纤光栅的两个不同偏振方向的反射模在波长上分离开，即多模光栅反射的两个波长具有不同的偏振态，则因此在掺铒光纤中产生了偏振烧孔效应，利用偏振烧孔效应克服掺杂光纤均匀增益展宽引起的模式竞争，实现常温下双波长稳定输出。
如图1，激光二极管的泵浦光经泵浦/信号波分复用光耦合器2的端口a耦合进激光腔内，泵浦/信号波分复用光耦合器2的端口c与掺杂光纤3相连，掺杂光纤后接一起偏器4和一个偏振控制器5，偏振控制器后接一环形器6，多模光纤光栅7通过环形器6的端口b引入激光腔内，进行激光输出的波长选择，(一个1550nm波段的多模光纤光栅的反射谱见图2)。泵浦光经泵浦/信号波分复用光耦合器2进入掺杂光纤3，激发掺杂光纤产生增益，两个波长满足多模光纤光栅反射条件的光在激光腔内起振，并通过输出耦合器8耦合出去。起偏器4和偏振控制器5的联合作用产生依赖波长的损耗以补偿光纤光栅两反射峰峰值大小的差异，同时也用于控制激光腔内光的偏振态，调节偏振控制器，可实现单波长输出和双波长输出之间的转换。本发明应用于掺铒光纤激光器时两单波长及双波长输出的光谱图见图3和图4。本发明应用于掺镱光纤激光器时两单波长及双波长输出的光谱图见图5和图6。
Claims (3)
1.一种可转换双波长掺杂光纤激光器，其特征在于它包括：泵浦激光器(1)、泵浦/信号波分复用光耦合器(2)、掺杂光纤(3)、起偏器(4)、偏振控制器(5)、环形器(6)、多模光纤光栅(7)、输出耦合器(8)和光隔离器(9)；其中波分复用光耦合器(2)的端口(a)与半导体泵浦激光器(1)的输出端相连接，端口(b)与隔离器(9)相连接，端口(c)与掺杂光纤(3)的一端相连接；掺杂光纤(3)的另一端与起偏器(4)相连接；起偏器(4)的另一端与偏振控制器(5)相连接；偏振控制器(5)另一端与环形器(6)的端口(a)相连接；环形器(6)的端口(b)与多模光纤光栅(7)相连接，端口(c)与输出耦合器(8)的端口(a)相连接；输出耦合器(8)的端口(b)作为激光器输出端口，端口(c)与光隔离器(9)的一端相连接；光隔离器(9)的另一端与波分复用光耦合器(2)的端口(b)相连接；所述多模光纤光栅(7)具有两个反射峰，所述反射峰的波长具有不同的偏振态，其差异可由起偏器(4)和偏振控制器(5)结构产生依赖波长的耗损获得补偿，从而通过调整偏振控制器(5)的状态来实现所述光纤激光器的两个单波长输出和双波长输出的转换。
2.根据权利要求1中所述的可转换双波长掺杂光纤激光器，其特征在于：掺杂光纤(3)是掺杂稀土金属离子的光纤，掺铒或掺镱，多模光纤光栅(7)的反射峰与掺杂离子相对应。
3.根据权利要求1中所述的可转换双波长掺杂光纤激光器，其特征在于：多模光纤光栅(7)的两个反射峰，其峰值大小差异由入射光的偏振态决定。
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