專利名稱：基于取樣光柵對(duì)的雙波長單縱模光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光纖光柵和光纖激光器領(lǐng)域，特別涉及一種基于取樣光柵對(duì)的雙 波長單縱模光纖激光器。
背景技術(shù)：
隨著光纖技術(shù)的迅猛發(fā)展，雙波長光纖激光器有著廣泛應(yīng)用。高重復(fù)頻率超短光 脈沖序列及微波射頻信號(hào)的產(chǎn)生都需要穩(wěn)定的雙波長單縱模光纖激光器作為光源。雙波長 光纖激光器通常采用線性腔或環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，用摻鉺或鉺鐿共摻光纖作為增益物質(zhì)，并均是 通過光纖光柵濾波技術(shù)等到雙波長輸出的。取樣光纖光柵是折射率沿光纖光柵方向被一個(gè) 取樣函數(shù)周期性調(diào)制的光纖Bragg光柵，其平均折射率，折射率調(diào)制深度、光柵周期及取樣 長度和取樣周期直接影響其濾波頻譜的特性。在光波分復(fù)用系統(tǒng)中的多波長光纖激光器通 常是用取樣光柵進(jìn)行多波長濾波。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種基于取樣光柵對(duì)的雙波長單縱模光纖激光器，它通 過對(duì)取樣光柵參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)達(dá)到雙峰濾波的效果，利用兩個(gè)參數(shù)完全相同的取樣光柵作為 腔鏡構(gòu)成光纖激光器諧振腔，將取樣光柵對(duì)間隔一定距離刻寫在摻雜光纖上，利用摻雜光 纖作為激光器的激勵(lì)物質(zhì)使通過取樣光柵濾得的光波得到放大，最后得到雙波長單縱模激 光輸出。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案一種基于取樣光柵對(duì)的雙波長單縱模光纖激光器 (見圖1)，包括泵浦源(1)、隔離器(2)、激光器腔結(jié)構(gòu)(3)、摻雜光纖(4)，泵浦源的輸出端 與隔離器一端口(2-1)相連接；隔離器另一端口(2-2)與激光器腔結(jié)構(gòu)(3)的一端相連接； 激光器腔結(jié)構(gòu)(3)的另一端為該激光器的輸出端，其特征在于將具有雙峰濾波特性的取樣 光柵間隔一定距離刻寫在摻雜光纖(4)上構(gòu)成取樣光柵對(duì)，形成激光器諧振腔結(jié)構(gòu)。上述所說的取樣光柵為雙波長單縱模光纖激光器諧振腔的腔鏡，由一個(gè)長度為 L1均勻光柵和一個(gè)長度SL2的無光柵光纖交替分布構(gòu)成一個(gè)取樣光柵，即L1L2 L1 L2…… L2L1L2 L1 (見圖2)，其首尾均為均勻光柵部分，其中L2無光柵光纖的等效相移為π相移，L1 均勻光柵的等效相移不受限制，M個(gè)取樣周期的取樣光柵可等效為N個(gè)π相移的相移光柵， N = Μ-1。上述所說的取樣光柵對(duì)形成的激光器腔結(jié)構(gòu)(3)，是在摻雜光纖(4)上刻寫兩個(gè) 上述取樣光柵，并在兩個(gè)取樣光柵之間引入0相移量構(gòu)成的取樣光柵對(duì)；取樣光柵對(duì)是在 兩個(gè)參數(shù)完全相同的取樣光柵(3-1)與(3-2)中間引入0相移量形成的，其相移分布量要 滿足…Ji ππππΟππππ π…的結(jié)構(gòu)(見圖3)，取樣光柵對(duì)根據(jù)中間間隔長 度有不同結(jié)構(gòu)方式。上述所說的取樣光柵對(duì)根據(jù)中間間隔長度具有的不同結(jié)構(gòu)方式可包括如下兩種 結(jié)構(gòu)方式，結(jié)構(gòu)I其0相移量為等效相移量，由一段無光柵光纖等效而成，其相移量為2 π的m倍，m= 1，2，3···;結(jié)構(gòu)II其0相移量為絕對(duì)0相移量，其相移量為的m倍，m = 0。上述所說的取樣光柵對(duì)中的結(jié)構(gòu)I (見圖4)的具體結(jié)構(gòu)是由參數(shù)完全相同的上 述兩個(gè)取樣光柵相隔一定的距離Ltl構(gòu)成取樣光柵對(duì)，即L1L2 L1L2……L2L1L2 L1L0 L1L2 L1 L2……L2L1L2 L1，其中L1為均勻光柵的長度；L2無光柵光纖的長度，等效于在光柵之間引入 一個(gè)η相移；Ltl為取樣光柵對(duì)的間距，為一段無光柵光纖的長度，等效于在光柵對(duì)之間引 入0相移。上述所說的取樣光柵對(duì)中的結(jié)構(gòu)II (見圖5)的具體結(jié)構(gòu)是由參數(shù)完全相同的上 述兩個(gè)取樣光柵間距為零構(gòu)成取樣光柵對(duì)，即L1L2L1L2……L2L1L2L1OL1L2L1 L2……L2L1L2 L1, 其中L1為均勻光柵的長度；L2無光柵光纖的長度，等效于在光柵之間引入一個(gè)π相移；兩 取樣光柵的間距為零，其等效Φ為O相移。上述所說的取樣光柵中無光柵光纖等效π相移指相移量為π的奇數(shù)倍，其相移 量由公式4 π IlrffL2/λ決定，nrff是有效折射率，L2是無光柵光纖的長度，λ是激光器中振 蕩波長；取樣光柵對(duì)中間間隔無光柵光纖等效O相移指相移量為π的偶數(shù)倍，其相移量由 公式4 π IlrffLtl/λ決定，nrff是有效折射率，Ltl是無光柵光纖的長度，λ是激光器中振蕩波 長。上述所說的泵浦源(1)選擇半導(dǎo)體激光器，波長可以為980nm或1480nm。上述所說的隔離器(2)可以選擇980nm隔離器或光波分復(fù)用器WDM。上述所說的摻雜光纖(4)可以選擇摻鉺光纖或鉺鐿共摻光纖。本實(shí)用新型的原理通過調(diào)整取樣光柵的取樣占空比(在一個(gè)周期中均勻光柵部 分與無光柵光纖部分的比值)及周期數(shù)可以得到雙峰的反射譜。根據(jù)相移光柵的理論，引 入一個(gè)η相移就會(huì)在反射峰中產(chǎn)生一個(gè)透射窄峰，首先在兩個(gè)段均勻光柵之間引入一段 等效相移為η的無光柵光纖使布拉格光柵反射峰分裂成為兩個(gè)反射峰，此時(shí)其反射峰值 較低，再通過取樣光柵的周期結(jié)構(gòu)使雙峰峰值變高。又由激光器諧振腔理論可知，兩段均勻 光柵中間的無光柵光纖的長度直接影響在布拉格光柵反射峰帶寬中存在的模式數(shù)，所以在 本實(shí)用新型中調(diào)整占空比保證一個(gè)布拉格反射峰只被分裂成兩個(gè)反射峰，而不會(huì)有多峰存 在。由上述條件所限制的取樣光柵其反射譜中具有雙峰結(jié)構(gòu)。在本實(shí)用新型中在兩個(gè)上述取樣光柵之間引入一個(gè)0相移結(jié)構(gòu)，其可為無光柵光 纖等效0相移亦可為絕對(duì)0相移量。同樣根據(jù)相移光柵理論在此引入的0相移會(huì)形成π 相移變化，致使在取樣光柵的雙反射峰中分別打開一個(gè)透射窗口，形成窄帶透射峰。根據(jù)激光器原理可知，激光的輸出是由諧振腔反射鏡的反射譜、激勵(lì)物質(zhì)的增益 普及可在諧振腔中存在光波的模式所決定。在本實(shí)用新型中，單個(gè)取樣光柵的反射譜為腔 鏡的反射譜、摻雜光纖的增益譜為激勵(lì)物質(zhì)的增益譜和取樣光柵對(duì)決定了可在諧振腔中可 震蕩的模式。由于摻雜光纖的增益普很寬，所以本實(shí)用新型中的雙波長光纖激光器的輸出 有單個(gè)取樣光柵的反射譜和取樣光柵的透射譜共同決定。通過改變?nèi)庸鈻艑?duì)的參數(shù)，我們可以改變雙波長的間隔。單個(gè)取樣光柵的反 射峰決定了兩個(gè)雙波長的間隔f，其中單個(gè)取樣光柵的反射峰是與取樣光柵的取樣周期 Lperiod成反比的，見下式
Λ,1Δ/ = —-[0019]所以雙波長的間隔可以通過改變?nèi)庸鈻艑?duì)的取樣周期來實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型的優(yōu)越性在于(1)本實(shí)用新型是在高濃度摻雜光纖上刻寫取樣光柵 對(duì)構(gòu)成短激光腔的，因而其體積??；(2)本實(shí)用新型使用器件少，外界影響影響因素少，插 入損耗低；(3)本實(shí)用新型還可通過設(shè)計(jì)取樣光柵對(duì)的參數(shù)而等到可調(diào)諧的雙波長激光， 因而靈活性強(qiáng)。


圖1為本實(shí)用新型所涉一種基于取樣光柵對(duì)的雙波長單縱模光纖激光器的結(jié)構(gòu) 示意圖，其中1-泵浦源，2"隔離器，3-激光器腔結(jié)構(gòu)，4-摻雜光纖，2-1和2-2為隔離器的 輸入端口和輸出端口，3-1和3-2均為取樣光柵。圖2為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1中取樣光柵結(jié)構(gòu)及相移量分布示意圖，Ji代表相移等效相移 量，其中3-1-1/3-2-1為取樣光柵的取樣周期；3-1-2/3-2-2為取樣光柵的取樣；！^為取樣 光柵中均勻光柵；L2為取樣光柵中無光柵光纖，其等效相移為π相移。圖3為本實(shí)用新型光纖激光器的取樣光柵對(duì)的相移量分布示意圖，3-1和3-2均為 取樣光柵，整個(gè)取樣光柵對(duì)是參數(shù)完全相同的兩個(gè)取樣光柵間隔0相移刻寫在高摻雜光纖 (4)上而構(gòu)成的，其中橫向是光傳播方向，縱向是折射率調(diào)制方向，η和0代表相移等效相 移量。圖4為取樣光柵對(duì)結(jié)構(gòu)I結(jié)構(gòu)示意圖，其中3-1和3-2均為取樣光柵；！^為取樣光 柵中均勻光柵；L2為取樣光柵中無光柵光纖，其等效相移為π相移；Ltl為取樣光柵對(duì)中間 間隔無光柵部分，其等效相移為0相移。圖5為取樣光柵對(duì)結(jié)構(gòu)II結(jié)構(gòu)示意圖，其中3-1和3-2均為取樣光柵為取樣 光柵中均勻光柵；L2為取樣光柵中無光柵光纖，其等效相移為π相移；Φ為取樣光柵對(duì)中 間間隔為零長度等效的0相移。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例本發(fā)明光纖激光器是由980nm泵浦源(1)、980nm/C波段光波分復(fù)用器 (即WDM)⑵及在鉺鐿共摻光纖⑷上形成的激光器腔結(jié)構(gòu)(3)所構(gòu)成(見圖1)，圖中，泵 浦源(1)提供980nm連續(xù)泵浦光；WDM(2)起到對(duì)1550nm和980nm的光波耦合與分束的作 用，并對(duì)產(chǎn)生的激光器起隔離作用；取樣光柵對(duì)是在鉺鐿共摻光纖上刻寫的，不僅作為了諧 振腔而且起到了選頻作用；光譜儀用于觀察光纖激光器輸出雙波長的頻譜。取樣光柵對(duì)是由參數(shù)完全相同的兩個(gè)取樣光柵(3-1)與(3-2)相隔一定距離放置 構(gòu)成的。每個(gè)取樣光柵均為均勻取樣光柵，取樣光柵由10個(gè)取樣周期組成，每個(gè)取樣周期 由均勻光柵部分和無光柵光纖部分構(gòu)成，其占空比為0. 75。兩個(gè)取樣光柵中間間隔為等效 0相移的無光柵光纖或絕對(duì)0相移結(jié)構(gòu)分別見圖4和圖5。實(shí)施例1是本實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的一種模型，取樣光柵結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)I (見附圖4)。980nm連 續(xù)泵浦光⑴從WDM (2)的980nm端口輸入，泵浦光(1)通過WDM (2)傳輸?shù)狡?80nm/1550nm 端口輸出并進(jìn)入刻寫了取樣光柵對(duì)的鉺鐿共摻光纖(4)上，鉺鐿共摻光纖(4)末端焊接了 FC/PC接頭并連接到光譜儀。其中刻寫在鉺鐿共摻光纖(4)上的取樣光柵參數(shù)為光柵周 期為530. 47nm，有效折射率為1. 46，取樣周期為4001個(gè)光柵周期，取樣長度為3000. 5個(gè)光柵周期，10個(gè)取樣周期，兩個(gè)取樣光柵間隔為1000個(gè)取樣周期，此取樣光柵結(jié)構(gòu)的相位分 布圖見附圖4。實(shí)施例2是本實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的另一種模型，取樣光柵結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)I (見附圖4)。 980nm連續(xù)泵浦光(1)從WDM⑵的980nm端口輸入，泵浦光(1)通過WDM⑵傳輸?shù)狡?980nm/1550nm端口輸出并進(jìn)入刻寫了取樣光柵對(duì)的鉺鐿共摻光纖(4)上，鉺鐿共摻光纖 (4)末端焊接了 FC/PC接頭并連接到光譜儀。其中刻寫在鉺鐿共摻光纖(4)上的取樣光柵 參數(shù)為光柵周期為530. 47nm，有效折射率為1. 46，取樣周期為6000. 5個(gè)光柵周期，取樣長 度為4300個(gè)光柵周期，7個(gè)取樣周期，兩個(gè)取樣光柵間隔為1000個(gè)取樣周期，此取樣光柵結(jié) 構(gòu)的相位分布圖見附圖4。實(shí)施例3是本實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的再一種模型，取樣光柵結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)II (見附圖5)。 980nm連續(xù)泵浦光(1)從WDM⑵的980nm端口輸入，泵浦光(1)通過WDM⑵傳輸?shù)狡?980nm/1550nm端口輸出并進(jìn)入刻寫了取樣光柵對(duì)的鉺鐿共摻光纖(4)上，鉺鐿共摻光纖 (4)末端焊接了 FC/PC接頭并連接到光譜儀。其中刻寫在鉺鐿共摻光纖(4)上的取樣光柵 參數(shù)為光柵周期為530. 47nm，有效折射率為1. 46，取樣周期為4000. 5個(gè)光柵周期，取樣長 度為3200個(gè)光柵周期，10個(gè)取樣周期，兩個(gè)取樣光柵間無間隔連接，即兩取樣光柵中間間 隔長度為0。此取樣光柵結(jié)構(gòu)的相位分布圖見附圖5。
權(quán)利要求一種基于取樣光柵對(duì)的雙波長單縱模光纖激光器，包括泵浦源(1)、隔離器(2)、激光器腔結(jié)構(gòu)(3)、摻雜光纖(4)，泵浦源的輸出端與隔離器端口(2-1)相連接；隔離器端口(2-2)與激光器腔結(jié)構(gòu)(3)的一端相連接；激光器腔結(jié)構(gòu)(3)的另一端為該激光器的輸出端，其特征在于將具有雙峰濾波特性的取樣光柵間隔一定距離刻寫在摻雜光纖(4)上構(gòu)成取樣光柵對(duì)，形成激光器諧振腔結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種基于取樣光柵對(duì)的雙波長單縱模光纖激光器，其特征在 于所說的取樣光柵為雙波長單縱模光纖激光器諧振腔的腔鏡，由一個(gè)長度為L1均勻光柵和 一個(gè)長度為L2的無光柵光纖交替分布構(gòu)成一個(gè)取樣光柵，即L1L2L1L2……L2L1L2L1，其首尾均 為均勻光柵部分，其中L2無光柵光纖的等效相移為π相移，L1均勻光柵的等效相移不受限 制，M個(gè)取樣周期的取樣光柵可等效為N個(gè)π相移的相移光柵，N = M-I。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種基于取樣光柵對(duì)的雙波長單縱模光纖激光器，其特征 在于所說的取樣光柵對(duì)形成的激光器腔結(jié)構(gòu)(3)，是在摻雜光纖(4)上刻寫兩個(gè)上述取樣 光柵，并在兩個(gè)取樣光柵之間引入0相移量構(gòu)成的取樣光柵對(duì)；取樣光柵對(duì)是在兩個(gè)參數(shù) 完全相同的取樣光柵(3-1)與(3-2)中間引入0相移量形成的，其相移分布量要滿足… π π π π πΟπ π π π π…的結(jié)構(gòu)，取樣光柵對(duì)根據(jù)中間間隔長度有不同結(jié)構(gòu)方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種基于取樣光柵對(duì)的雙波長單縱模光纖激光器，其特征 在于所說的取樣光柵對(duì)根據(jù)中間間隔長度具有的不同結(jié)構(gòu)方式可包括如下兩種結(jié)構(gòu)方式 結(jié)構(gòu)I其0相移量為等效相移量，由一段無光柵光纖等效而成，其相移量為2 π的m倍，m =1，2，3···，其由參數(shù)完全相同的上述兩個(gè)取樣光柵相隔一定的距離Ltl構(gòu)成取樣光柵對(duì)， 即L1L2L1L2……L2L1L2L1L0L1L2L1L2……L2L1L2L1，其中L1為均勻光柵的長度，L2無光柵光纖 的長度，等效于在光柵之間引入一個(gè)η相移，Ltl為取樣光柵對(duì)的間距，為一段無光柵光纖 的長度，等效于在光柵對(duì)之間引入0相移；結(jié)構(gòu)II其0相移量為絕對(duì)0相移量，其相移量 為2π的m倍，m = 0，由參數(shù)完全相同的上述兩個(gè)取樣光柵間距為零構(gòu)成取樣光柵對(duì)，即 L1L2L1L2……L2L1L2L1OL1L2L1L2……L2L1L2L1，其中L1為均勻光柵的長度，L2無光柵光纖的長 度，等效于在光柵之間引入一個(gè)η相移，兩取樣光柵的間距為零，其等效Φ為O相移。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種基于取樣光柵對(duì)的雙波長單縱模光纖激光器，其特征 在于所說的取樣光柵中無光柵光纖等效η相移指相移量為η的奇數(shù)倍，其相移量由公式 4JineffL2/A決定，neff是有效折射率，L2是無光柵光纖的長度，λ是激光器中振蕩波 長；取樣光柵對(duì)中間間隔無光柵光纖等效O相移指相移量為π的偶數(shù)倍，其相移量由公式 4 JineffLO/λ決定，neff是有效折射率，LO是無光柵光纖的長度，λ是激光器中振蕩波長。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種基于取樣光柵對(duì)的雙波長單縱模光纖激光器，其特征在 于所說的泵浦源(1)選擇半導(dǎo)體激光器，波長可以為980nm或1480nm;所說的隔離器(2)可 以選擇980nm隔離器或光波分復(fù)用器WDM;所說的摻雜光纖(4)可以選擇摻鉺光纖或鉺鐿 共摻光纖。
專利摘要一種基于取樣光柵對(duì)的雙波長單縱模光纖激光器，包括泵浦源(1)、隔離器(2)、激光器腔結(jié)構(gòu)(3)、摻雜光纖(4)，泵浦源的輸出端與隔離器端口(2-1)相連接；隔離器端口(2-2)與激光器腔結(jié)構(gòu)(3)的一端相連接；激光器腔結(jié)構(gòu)(3)的另一端為該激光器的輸出端，其特征在于將具有雙峰濾波特性的取樣光柵間隔一定距離刻寫在摻雜光纖(4)上構(gòu)成取樣光柵對(duì)，形成激光器諧振腔結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的優(yōu)越性(1)在高濃度摻雜光纖上刻寫取樣光柵對(duì)構(gòu)成短激光腔的，因而其體積小；(2)使用器件少，外界影響影響因素少，插入損耗低；(3)還可通過設(shè)計(jì)取樣光柵對(duì)的參數(shù)而等到可調(diào)諧的雙波長激光，因而靈活性強(qiáng)。
文檔編號(hào)H01S3/0941GK201639143SQ20102010148
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者張愛玲, 田力 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)