專利名稱：基于級聯(lián)HiBi光纖Sagnac環(huán)的可調(diào)環(huán)形腔摻鉺光纖多波長激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光信息技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于級聯(lián)HiBi光纖Mgnac環(huán)的可調(diào)環(huán)形腔摻鉺光纖多波長激光器。
背景技術(shù)：
波分復(fù)用(WDM)技術(shù)是目前光通信網(wǎng)絡(luò)中最為核心的技術(shù)之一，這項技術(shù)可在同一根光纖上大幅度地提高傳輸容量。為了構(gòu)建波分復(fù)用系統(tǒng)，最傳統(tǒng)的光源方案就是采用多個單波長激光器，通過增加單波長激光器的數(shù)量來滿足信道數(shù)量的要求，顯然，這就提高了整個系統(tǒng)的制造成本及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。隨著波分復(fù)用技術(shù)的不斷發(fā)展，性能穩(wěn)定、具有多波長輸出、低成本、光纖兼容、可調(diào)諧范圍廣泛的多波長激光器逐漸成為研究人員的關(guān)注熱點(diǎn)。該類激光器在光通信系統(tǒng)、 工業(yè)加工、傳感領(lǐng)域、監(jiān)測領(lǐng)域等都有著較為廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的多波長激光器的技術(shù)方案一般都能夠穩(wěn)定地輸出多個波長，但是，其存在的缺陷是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且對于波長的數(shù)量、波長輸出間隔、激光輸出線寬、波長輸出范圍無法進(jìn)行簡便地控制，從而極大地限制了多波長激光器的應(yīng)用，阻礙了多波長激光器技術(shù)的發(fā)展。如，中國專利號ZL200620106571. 4公開了一種線型結(jié)構(gòu)多波長光纖激光器，其采用單個^gnac環(huán)作為梳狀濾波器實現(xiàn)多波長輸出，其存在可調(diào)諧范圍較小的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有多波長激光器存在高成本、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對于波長輸出的數(shù)量、波長輸出間隔、激光輸出線寬、輸出波長范圍不能簡便地控制等不足，本發(fā)明提出了一種基于級聯(lián)HiBi 光纖Mgnac環(huán)的可調(diào)環(huán)形腔摻鉺光纖多波長激光器。本發(fā)明采取以下技術(shù)方案基于級聯(lián)HiBi光纖Mgnac環(huán)的可調(diào)環(huán)形腔摻鉺光纖多波長激光器，包括泵浦源、波分復(fù)用器、摻鉺光纖、第一光環(huán)行器、第二光環(huán)行器、第一 Sagnac環(huán)形濾波器、第二 Mgnac環(huán)形濾波器、光耦合器；所述的第一 Mgnac環(huán)形濾波器包括第一 3dB光耦合器、第一高雙折射率光纖和第一偏振控制器，第一高雙折射率光纖和第一偏振控制器通過光纖串聯(lián)，第一高雙折射率光纖、第一偏振控制器的另一端分別與第一 3dB光耦合器同向端口通過光纖連接；所述的第二 Mgnac環(huán)形濾波器包括第二 3dB光耦合器、第二高雙折射率光纖和第二偏振控制器，第二高雙折射率光纖和第二偏振控制器通過光纖串聯(lián)，第二高雙折射率光纖、第二偏振控制器的另一端分別與第二 3dB光耦合器同向端口通過光纖連接；泵浦源與波分復(fù)用器的輸入端口通過光纖連接，波分復(fù)用器的輸出端口與摻鉺光纖的一端通過光纖連接，摻鉺光纖的另一端口與第一光環(huán)行器的第一端口通過光纖連接，第一光環(huán)行器的第二端口與第一 Mgnac環(huán)形濾波器的第一 3dB光耦合器的一端口通過光纖連接，第一光環(huán)行器的第三端口與第二光環(huán)行器的第一端口通過光纖連接，第二光環(huán)行器的第二端口與第二 Mgnac環(huán)形濾波器的第二 3dB光耦合器的一端口通過光纖連接，第二光環(huán)行器的第三端口與光耦合器的輸入端通過光纖連接，光耦合器的大分光比端口與波分復(fù)用器的端口通過光纖連接，形成環(huán)路；光耦合器小分光比的端口作為激光輸出端口。優(yōu)選的，摻鉺光纖的增益范圍為1530nm至1570nm。優(yōu)選的，第一高雙折射率光纖的長度選擇為1米和5米，雙折射率為0. 0003。優(yōu)選的，第二高雙折射率光纖的長度選擇為1米和2米，雙折射率為0. 0003。優(yōu)選的，光耦合器的工作范圍為1530nm至1580nm。調(diào)節(jié)第一偏振控制器或第二偏振控制器，控制第一與第二 Mgnac環(huán)形濾波器內(nèi)的兩束沿相反方向傳播的光的相位參數(shù)，就可以調(diào)節(jié)兩個^gnac環(huán)形濾波器的濾波特性， 從而最終調(diào)節(jié)多波長激光輸出的波長間隔和波長輸出波段。改變兩個Mgnac環(huán)形濾波器中的高雙折射率光纖的長度，可以分別改變多波長激光輸出的波長間隔和激光線寬，服從的規(guī)律為激光輸出間隔由較短高雙折射率光纖長度決定，較短高雙折射率光纖長度越長，激光輸出間隔越??；激光輸出線寬由較長高雙折射率光纖長度決定，較長高雙折射率光纖長度越長，激光輸出線寬越窄。本發(fā)明技術(shù)方案中采用兩個光環(huán)行器，能夠較好地隔離Mgnac環(huán)形濾波器的反射光對摻鉺光纖的影響。本發(fā)明利用^gnac環(huán)形濾波器級聯(lián)作為梳狀濾波器實現(xiàn)可調(diào)諧多波長激光輸
出ο本發(fā)明基于高折射光纖^gnac環(huán)級聯(lián)的摻鉺光纖多波長激光輸出的過程1、根據(jù)所需要獲取的多波長光纖激光器的輸出波長范圍，選用對應(yīng)增益范圍的摻鉺光纖，并根據(jù)環(huán)路損耗確定摻鉺光纖長度。2、選擇工作波長范圍覆蓋需要獲取的多波長光纖激光器的輸出波長范圍的光環(huán)行器和光耦合器。3、根據(jù)所需要獲取的多波長光纖激光器的輸出波長間隔，選用合適長度的較短高雙折射率光纖所組成的Mgnac干涉環(huán)。4、根據(jù)所需要獲取的多波長光纖激光器的輸出激光線寬，選用較長高雙折射率光纖所組成的Mgnac干涉環(huán)，輸出激光線寬由較長高雙折射率光纖長度決定。5、開啟泵浦源，調(diào)節(jié)泵浦源輸出功率，調(diào)節(jié)兩個Mgnac環(huán)形濾波器中的偏振控制器，多波長激光器實現(xiàn)穩(wěn)定多波長輸出。本發(fā)明采用高雙折射率^gnac環(huán)級聯(lián)作為梳狀濾波器實現(xiàn)多波長輸出，相比單個^gnac環(huán)作為梳狀濾波器實現(xiàn)多波長輸出的激光器，其可調(diào)諧范圍更廣，包括可以對多波長輸出間隔、輸出波長范圍、激光輸出線寬等進(jìn)行調(diào)諧，激光輸出間隔由較短高雙折射率光纖長度決定，較短高雙折射率光纖長度越長激光輸出間隔越?。患す廨敵鼍€寬由較長高雙折射率光纖長度決定，較長高雙折射率光纖長度越長，激光輸出線寬越窄。這使得基于高雙折射率^gnac環(huán)級聯(lián)的多波長激光器在波分復(fù)用系統(tǒng)中的潛力更大，可適用的范圍更廣泛。本發(fā)明激光器的結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于光纖系統(tǒng)集成、可調(diào)諧范圍廣泛，可以對多波長激光輸出的波長個數(shù)、輸出波長范圍、波長間隔、線寬等都能進(jìn)行方便地控制，激光輸出的穩(wěn)定性好。其特別適用于光通信、光傳感、光監(jiān)測等技術(shù)領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2(a) ,2(b)為本發(fā)明實施例的穩(wěn)定多波長激光輸出光譜圖。圖3(a) ,3(b) ,3(c)為本發(fā)明實施例通過調(diào)節(jié)偏振控制器實現(xiàn)波長輸出范圍改變的光譜圖。圖4(a) ,4(b)為本發(fā)明實施例通過改變較短高雙折射率光纖長度實現(xiàn)波長輸出間隔改變的光譜圖。圖5(a)、5(b)為本發(fā)明實施例通過改變較長高雙折射率光纖長度實現(xiàn)激光輸出線寬改變的光譜圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作詳細(xì)說明。如圖1所示，基于級聯(lián)HiBi光纖Mgnac環(huán)的可調(diào)環(huán)形腔摻鉺光纖多波長激光器包括泵浦源1、波分復(fù)用器2、摻鉺光纖3、第一光環(huán)行器4-1和第二光環(huán)行器4-2、第一 Sagnac環(huán)形濾波器9-1和第二 Mgnac環(huán)形濾波器9-2、光耦合器8。摻鉺光纖3的增益范圍為1530nm至1570nm。光耦合器8的工作范圍為1530nm至 1580nm，光耦合器8小分光比的端口 d作為激光輸出端口。第一 Mgnac環(huán)形濾波器9_1包括第一 3dB光耦合器5-1、第一高雙折射率光纖6-1和第一偏振控制器7-1，第一高雙折射率光纖6-1和第一偏振控制器7-1通過光纖串聯(lián)，第一高雙折射率光纖6-1、第一偏振控制器7-1的另一端分別與第一 3dB光耦合器5-1同向(兩)端口通過光纖連接，第一高雙折射率光纖6-1的長度選擇為1米和5米，雙折射率為0.0003。第二 Mgnac環(huán)形濾波器9-2 包括第二 3dB光耦合器5-2、第二高雙折射率光纖6-2和第二偏振控制器7-2，第二高雙折射率光纖6-2和第二偏振控制器7-2通過光纖串聯(lián)，第二高雙折射率光纖6-2、第二偏振控制器7-2的另一端分別與第二 3dB光耦合器5-2同向(兩)端口通過光纖連接，第二高雙折射率光纖6-2的長度選擇為1米和2米，雙折射率為0. 0003。泵浦源1與波分復(fù)用器2的端口 a通過光纖連接，波分復(fù)用器2的輸出端口與摻鉺光纖3的一端通過光纖連接，摻鉺光纖3的另一端口與第一光環(huán)行器4-1的1端口通過光纖連接，第一光環(huán)行器4-1的2端口與第一 Mgnac環(huán)形濾波器9_1的第一 3dB光耦合器 5-1的一端口通過光纖連接，第一光環(huán)行器4-1的3端口與第二光環(huán)行器4-2的1端口通過光纖連接，第二光環(huán)行器4-2的2端口與第二 Mgnac環(huán)形濾波器9_2的第二 3dB光耦合器5-2的一端口通過光纖連接，第二光環(huán)行器4-2的3端口與光耦合器8的輸入端通過光纖連接，光耦合器8的大分光比端口 c與波分復(fù)用器2的端口 b通過光纖連接，形成環(huán)路， 光耦合器8的小分光比端口 d作為激光輸出端口獲取多波長激光輸出。開啟泵浦源1，調(diào)節(jié)泵浦源1的輸出功率，控制激光器輸出功率。選擇合適長度的摻鉺光纖3，在泵浦源1的作用下，其長度滿足產(chǎn)生多波長激光所需的增益。為了盡可能的減少損耗，環(huán)形腔內(nèi)各個器件的連接點(diǎn)直接熔接在一起，選取80 20的光耦合器8，使其既能為激光腔提供足夠的反饋，又能使輸出功率最大。得到穩(wěn)定多波長激光輸出如圖2(a)所示，多波長光纖激光器的輸出穩(wěn)定，如圖2(b)所示，在10分鐘的連續(xù)掃描中激光器輸出抖動小于0. IdB,實現(xiàn)了光纖激光器多波長的穩(wěn)定輸出。調(diào)節(jié)第一偏振控制器7-1和第二偏振控制器7-2，控制第一 Mgnac環(huán)形濾波器 9-1和第二 Mgnac環(huán)形濾波器9_2的濾波特性，最終控制多波長激光輸出輸出波長范圍。 如圖3(a)所示C-波段短波長區(qū)多波長激光輸出，圖3(b)為整個C-波段多波長激光輸出， 圖3 (c)所示C-波段長波長區(qū)多波長激光輸出。采用合適長度的第一高雙折射率光纖6-1和第二高雙折射率光纖6-2，控制多波長激光輸出的波長間隔和激光線寬，其遵守的規(guī)律為激光輸出間隔由較短高雙折射率光纖長度決定，較短高雙折射率光纖長度越長，激光輸出間隔越??；激光輸出線寬由較長高雙折射率光纖長度決定，較長高雙折射率光纖長度越長，激光輸出線寬越窄。如圖4(a)所示第一高雙折射率光纖長度選用5米，第二高雙折射率光纖長度選用1米的多波長激光輸出光譜圖；如圖4(b)所示第一高雙折射率光纖長度選用5米，第二高雙折射率光纖長度選用2 米的多波長激光輸出光譜圖。如圖5(a)所示第一高雙折射率光纖長度選用1米，第二高雙折射率光纖長度選用1米的多波長激光輸出光譜圖；如圖5(b)所示第一高雙折射率光纖長度選用5米，第二高雙折射率光纖長度選用1米的多波長激光輸出光譜圖。本發(fā)明可以得到穩(wěn)定的可調(diào)諧的多波長激光輸出，其通過偏振控制器、高雙折射率光纖的長度對多波長激光輸出進(jìn)行調(diào)諧。其多波長的輸出功率和個數(shù)受泵浦光功率、環(huán)形腔長度等限制。隨著各種光電器件的不斷發(fā)展，將會得到更穩(wěn)定、更寬可調(diào)寬帶，并且其應(yīng)用也將更加廣泛。以上對本發(fā)明的優(yōu)選實施例及原理進(jìn)行了詳細(xì)說明，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，依據(jù)本發(fā)明提供的思想，在具體實施方式
上會有改變之處，而這些改變也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.基于級聯(lián)HiBi光纖Mgnac環(huán)的可調(diào)環(huán)形腔摻鉺光纖多波長激光器，其特征是包括泵浦源、波分復(fù)用器、摻鉺光纖、第一光環(huán)行器、第二光環(huán)行器、第一 Mgnac環(huán)形濾波器、第二 Mgnac環(huán)形濾波器、光耦合器；所述的第一 Mgnac環(huán)形濾波器包括第一 3dB光耦合器、第一高雙折射率光纖和第一偏振控制器，第一高雙折射率光纖和第一偏振控制器通過光纖串聯(lián)，第一高雙折射率光纖、 第一偏振控制器的另一端分別與第一 3dB光耦合器同向端口通過光纖連接；所述的第二 Sagnac環(huán)形濾波器包括第二 3dB光耦合器、第二高雙折射率光纖和第二偏振控制器，第二高雙折射率光纖和第二偏振控制器通過光纖串聯(lián)，第二高雙折射率光纖、第二偏振控制器的另一端分別與第二 3dB光耦合器同向端口通過光纖連接；泵浦源與波分復(fù)用器的輸入端口通過光纖連接，波分復(fù)用器的輸出端口與摻鉺光纖的一端通過光纖連接，摻鉺光纖的另一端口與第一光環(huán)行器的第一端口通過光纖連接，第一光環(huán)行器的第二端口與第一 Mgnac環(huán)形濾波器的第一 3dB光耦合器的一端口通過光纖連接，第一光環(huán)行器的第三端口與第二光環(huán)行器的第一端口通過光纖連接，第二光環(huán)行器的第二端口與第二 Mgnac環(huán)形濾波器的第二 3dB光耦合器的一端口通過光纖連接，第二光環(huán)行器的第三端口與光耦合器的輸入端通過光纖連接，光耦合器的大分光比端口與波分復(fù)用器的端口通過光纖連接，形成環(huán)路；光耦合器小分光比的端口作為激光輸出端口。
2.如權(quán)利要求1所述的基于級聯(lián)HiBi光纖Mgnac環(huán)的可調(diào)環(huán)形腔摻鉺光纖多波長激光器，其特征在于所述摻鉺光纖的增益范圍為1530nm至1570nm。
3.如權(quán)利要求1所述的基于級聯(lián)HiBi光纖Mgnac環(huán)的可調(diào)環(huán)形腔摻鉺光纖多波長激光器，其特征在于所述第一高雙折射率光纖的長度選擇為1米和5米，雙折射率為 0.0003。
4.如權(quán)利要求1所述的基于級聯(lián)HiBi光纖Mgnac環(huán)的可調(diào)環(huán)形腔摻鉺光纖多波長激光器，其特征在于所述第二高雙折射率光纖的長度選擇為1米和2米，雙折射率為 0.0003。
5.如權(quán)利要求1所述的基于級聯(lián)HiBi光纖Mgnac環(huán)的可調(diào)環(huán)形腔摻鉺光纖多波長激光器，其特征在于所述光耦合器的工作范圍為1530nm至1580nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于級聯(lián)HiBi光纖Sagnac環(huán)的可調(diào)環(huán)形腔摻鉺光纖多波長激光器，包括兩光環(huán)行器、兩Sagnac環(huán)形濾波器，Sagnac環(huán)形濾波器包括3dB光耦合器、高雙折射率光纖、偏振控制器，高雙折射率光纖和偏振控制器串聯(lián)，兩者的另端分別與3dB光耦合器同向端口連接；泵浦源通過波分復(fù)用器與摻鉺光纖連接，摻鉺光纖另一端與第一光環(huán)行器連接，第一光環(huán)行器與第一3dB光耦合器連接，第一光環(huán)行器與第二光環(huán)行器連接，第二光環(huán)行器與第二3dB光耦合器連接，第二光環(huán)行器與光耦合器的輸入端連接，光耦合器的大分光比端口與波分復(fù)用器的端口連接；光耦合器小分光比的端口作為激光輸出端口；上述都采用光纖連接。本發(fā)明激光器的結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于光纖系統(tǒng)集成、可調(diào)諧范圍廣。
文檔編號H01S3/10GK102412499SQ20111028334
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者周雪芳, 李齊良, 梁功權(quán), 王天樞, 繆雪峰, 錢勝 申請人:杭州電子科技大學(xué)