CN102946041B - 可调谐单偏振超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器 - Google Patents

Abstract

一种可调谐单偏振超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器，包括窄线宽泵浦激光器、三端口环形器、波分复用器、一段缠绕在压电陶瓷环上的掺铒光纤、掺铒光纤泵浦光源、窄带光滤波器和耦合方式为2×2或1×2的光纤耦合器，所述窄线宽泵浦激光器通过光纤连接至环形器的第一端口，所述环形器的第二端口通过光纤连接波分复用器的反射端口，所述掺铒光纤泵浦光源通过光纤连接波分复用器的通带端口，所述波分复用器的公共端口连接掺铒光纤后再连接至光纤耦合器的第三端口，所述环形器的第三端口通过窄带光滤波器连接至光纤耦合器的第一端口，光纤耦合器的第四端口输出激光。本发明实现了可调谐单偏振超窄线宽布里渊掺铒光纤激光输出。

Description

可调谐单偏振超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器

技术领域

本发明涉及一种光纤激光器，尤其涉及一种可调谐单偏振超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器。

背景技术

超窄线宽光纤激光器，以其特有的低相位噪声特性成为目前光纤激光器的一个重要发展方向，广泛应用于分布式光纤传感和干涉型光纤传感***中，以降低噪声，提高检测灵敏度。目前的超窄线宽光纤激光器主要有两类：稀土掺杂光纤激光器和布里渊光纤激光器（BFL）。

实现窄线宽稀土掺杂光纤激光器的方法有压缩腔长，如专利“单频单偏振线性腔掺镱激光器”（专利公开号CN 101355226A）。该专利采用掺镱光纤作为增益介质，线性腔长度仅5cm。但此种方法需要在保偏掺镱光纤上刻栅，对工艺要求较高。另一种方法为基于饱和吸收体的线宽压缩技术，如专利“基于保偏光纤光栅的可调谐单频单偏振光纤激光器”（专利公开号CN 101667710A）。该专利采用高双折射保偏光纤光栅作为选频元件，未泵浦的掺铒光纤作为饱和吸收体，通过偏振调制器改变偏振态选取保偏光纤光栅反射波长，获得1552nm的窄线宽可调谐单频单偏振掺铒光纤激光器。但此方法联合使用保偏光纤光栅、未泵浦的掺铒光纤和偏振调制器形成波长调谐器导致激光器结构复杂，调节控制不变。且饱和吸收体增大了腔损，光纤光栅易发生温漂，这又导致激光器的不稳定性。

布里渊掺铒光纤激光器（BEFL），综合了BFL窄线宽和掺铒光纤激光器（EDFL）高功率（~10mW）的特性，是一种新型超窄线宽光纤激光源。由于BEFL本身是利用窄带受激布里渊散射（SBS）增益起振，因此它不需要类似不饱和吸收体或窄带滤波器等技术进行线宽压缩。研究如何压缩BEFL的腔长是实现单频BEFL输出的关键问题。专利“一种单频超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器”（专利公开号102361210A）提供一种基于布里渊泵浦预放大技术的单频BEFL，采用长度小于10m的单模光纤，增大纵模间隔（~10MHz），使得布里渊增益谱内只存在一个激光模式，进而实现稳定的单频BEFL输出。该BEFL与传统BEFL类似，其布里渊增益介质与EDFA增益介质是分立的，即无源光纤提供布里渊增益，有源光纤仅提供EDFA增益，因此腔内始终需要一段无源光纤。文献“超短环形腔布里渊掺铒光纤激光器”（中国激光，2012，39（7）：0702010-1）利用4m掺铒光纤既用作布里渊增益介质又提供线性的掺铒光纤放大，实现超短环形腔BEFL单纵模输出。但是由于采用单模光纤，因此激光器的输出偏振态随机变化，而在实际的应用中，如干涉型传感，要求光信号具有稳定的偏振态。而在分布式光纤传感等诸多应用领域，要求光源具有可调谐性。目前尚未见可调谐单偏振超窄线宽BEFL的报道。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种可调谐单偏振超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器，旨在实现可调谐单偏振超窄线宽BEFL输出。

本发明的技术方案是：

一种可调谐单偏振超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器，其特征在于，包括窄线宽泵浦激光器、环形器、波分复用器、一段缠绕在压电陶瓷环上的掺铒光纤、掺铒光纤泵浦光源、窄带光滤波器和耦合方式为2×2或1×2的光纤耦合器，所述环形器为设有第一端口、第二端口和第三端口的三端口环形器，所述的窄线宽泵浦激光器通过光纤连接至环形器的第一端口，所述环形器的第二端口通过光纤连接波分复用器的反射端口，所述掺铒光纤泵浦光源通过光纤连接波分复用器的通带端口，波分复用器的公共端口连接掺铒光纤后再连接至光纤耦合器的第三端口，所述环形器的第三端口通过窄带光滤波器连接至光纤耦合器的第一端口，光纤耦合器的第四端口输出激光。本发明掺铒光纤同时提供布里渊增益和铒离子增益，实现了在较短光纤中产生较高的受激布里渊增益，进而实现较高功率超短环形腔单频布里渊掺铒光纤激光。压电陶瓷环用于调制激光器的腔长以及掺铒光纤的布里渊频移，以实现可调谐激光输出。

优选地，所述窄线宽泵浦激光器、三端口的环形器、波分复用器、一段缠绕在压电陶瓷环上的掺铒光纤、掺铒光纤泵浦光源、窄带光滤波器和耦合方式为2×2或1×2的光纤耦合器均为全保偏器件。另一技术方案是：所述窄线宽泵浦激光器、三端口的环形器、波分复用器、一段缠绕在压电陶瓷环上的掺铒光纤、掺铒光纤泵浦光源、窄带光滤波器和耦合方式为2×2或1×2的光纤耦合器均为单模器件，且在激光器的谐振腔内引入一只起偏器。通过使用全保偏器件或者为单模器件但在腔内引入一只起偏器实现单偏振激光输出。其中：所述掺铒光纤泵浦光源无论是保偏器件还是单模器件，其对激光器的偏振态均无影响，因此所述窄线宽泵浦激光器、三端口的环形器、波分复用器、一段缠绕在压电陶瓷环上的掺铒光纤、窄带光滤波器和耦合方式为2×2或1×2的光纤耦合器均为全保偏器件，掺铒光纤泵浦光源为单模器件，这种方案也可；同样所述窄线宽泵浦激光器、三端口的环形器、波分复用器、一段缠绕在压电陶瓷环上的掺铒光纤、窄带光滤波器和耦合方式为2×2或1×2的光纤耦合器均为单模器件，且在激光器的谐振腔内引入一只起偏器，掺铒光纤泵浦光源为保偏器件，这种方案也可。

优选地，所述压电陶瓷环调制激光器的腔长以及掺铒光纤的布里渊频移。

优选地，所述的掺铒光纤的布里渊增益谱宽为窄线宽泵浦激光器的线宽10倍以上。

优选地，所述的窄线宽泵浦激光器为半导体激光器或光纤激光器，窄线宽泵浦激光器的波长位于C波段。

优选地，所述的掺铒光纤为普通掺铒光纤、铒镱共掺光纤或者铒铋共掺光纤，所述的掺铒光纤的长度大于0米且小于10米。

优选地，所述的掺铒光纤的泵浦方式为单一的前向泵浦、单一的后向泵浦或者双向泵浦。

优选地，所述的掺铒光纤泵浦光源为980nm的半导体激光器或1480nm的半导体激光器。

优选地，所述的窄带光滤波器的中心波长与窄线宽泵浦激光器的波长一致。窄带光滤波器的带宽应以能够覆盖单模光纤中的后向布里渊散射光波长为准，且越窄越好。

本发明中的所述掺铒光纤，其特征参数，如折射率、长度、掺杂浓度等，可根据应用实际选定。

本发明中的所述光纤耦合器为2×2或1×2的耦合方式，其分束比应根据实际应用确定。

本发明的有益技术效果是：

本发明提供的可调谐单偏振超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器，由于仅使用有源光纤提供两种增益，使得无需向谐振腔内引入提供布里渊增益的无源光纤，同时由于引入窄带光滤波器抑制谐振腔内的自激发模式，使得采用数米的普通掺铒光纤即可形成稳定的BEFL，实现了超短腔结构的单频输出。由于在腔内引入压电陶瓷环（即PZT）调节光纤长度以及对掺铒光纤施加应力改变铒纤的布里渊频移，实现了输出激光频率的可调谐。由于采用的光学器件均是全保偏结构或者采用的光学器件均为单模器件但在谐振腔内引入一只起偏器，这样实现了稳定的单偏振态激光。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

其中：1为窄线宽泵浦激光器，2为环形器，3为波分复用器，4为掺铒光纤泵浦光源，5为掺铒光纤，6为压电陶瓷环，7为窄带光滤波器，8为光纤耦合器，21为环形器第一端口，22为环形器第二端口，23为环形器第三端口，31为波分复用器的反射端口，32为波分复用器的通带端口，33为波分复用器的公共端口，81为耦合器第一端口，82为耦合器第二端口，83为耦合器第三端口，84为耦合器第四端口。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提出一种可调谐单偏振超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器，其由窄线宽泵浦激光器1、三端口的环形器2、波分复用器3、掺铒光纤泵源4、掺铒光纤5，压电陶瓷环6、窄带光滤波器7和耦合方式为2×2（或1×2）的光纤耦合器8组成。所述环形器2为设有第一端口21、第二端口22和第三端口23的三端口环形器，所述的窄线宽泵浦激光器1通过光纤连接至环形器2的第一端口21，所述环形器2的第二端口22通过光纤连接波分复用器3的反射端口31，所述掺铒光纤泵浦光源4通过光纤连接波分复用器3的通带端口32，波分复用器3的公共端口33连接掺铒光纤5后再连接至光纤耦合器8的第三端口83，所述环形器2的第三端口23通过窄带光滤波器7连接至光纤耦合器8的第一端口81，光纤耦合器8的第四端口84输出激光。

本发明的工作原理如下：窄线宽泵浦激光器1的输出光注入环形器2的第一端口21，再经第二端口22，由波分复用器的反射端口31进入波分复用器的公共端口33注入缠绕在压电陶瓷环6上的掺铒光纤5，同时掺铒光纤泵浦光源4的输出由波分复用器的通带端口32进入波分复用器的公共端口33注入掺铒光纤5。进入掺铒光纤5的窄线宽泵浦激光器在掺铒光纤5上激发SBS产生后向的Stokes光，Stokes光在掺铒光纤5上传输时与布里渊泵浦光作用发生SBS放大，同时与掺铒光纤泵浦光作用发生线性放大。通过掺铒光纤5经历两种放大作用的Stokes光经环形器2进入窄带光滤波器7。窄带光滤波器中心波长位于布里渊泵浦波长处且带宽覆盖Stokes波长，其作用是滤除带宽之外的受激自发辐射噪声，抑制谐振腔内自激发模式振荡。位于窄带光滤波器带宽内的Stokes光通过窄带光滤波器7后经光纤耦合器8分束，一束由光纤耦合器8的第二端口导出腔外，另一束由光纤耦合器8的第三端口继续进入腔内循环放大振荡。最终输出的BEFL激光经由光纤耦合器8的第四端口输出。

通过控制缠绕在掺铒光纤5上的压电陶瓷环6的电压控制掺铒光纤5的长度和所受的应力，进而控制光纤激光器的腔长与增益介质的布里渊频移，最终实现输出激光波长的调谐。

本发明的各光学元件为全保偏器件，各器件间采用保偏熔接机进行0°角熔接。或者各光学元件为单模器件并在腔内引入一只起偏器，各器件间使用单模熔接机熔接。这两种方案均可实现单偏振的BEFL输出。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。本发明意欲涵盖所附权利要求书的精神和范围内的各种变型，如将用温控装置替代压电陶瓷环实现激光频率的调谐等。

Claims (9)

1.一种可调谐单偏振超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器，其特征在于，包括窄线宽泵浦激光器、环形器、波分复用器、一段缠绕在压电陶瓷环上的掺铒光纤、掺铒光纤泵浦光源、窄带光滤波器和耦合方式为2×2或1×2的光纤耦合器，所述环形器为设有第一端口、第二端口和第三端口的三端口环形器，所述的窄线宽泵浦激光器通过光纤连接至环形器的第一端口，所述环形器的第二端口通过光纤连接波分复用器的反射端口，所述掺铒光纤泵浦光源通过光纤连接波分复用器的通带端口，波分复用器的公共端口连接掺铒光纤后再连接至光纤耦合器的第三端口，所述环形器的第三端口通过窄带光滤波器连接至光纤耦合器的第一端口，光纤耦合器的第四端口输出激光；所述压电陶瓷环调制激光器的腔长以及掺铒光纤的布里渊频移。

2.根据权利要求1所述的可调谐单偏振超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器，其特征在于，所述窄线宽泵浦激光器、三端口的环形器、波分复用器、一段缠绕在压电陶瓷环上的掺铒光纤、掺铒光纤泵浦光源、窄带光滤波器和耦合方式为2×2或1×2的光纤耦合器均为全保偏器件。

3.根据权利要求1所述的可调谐单偏振超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器，其特征在于，所述窄线宽泵浦激光器、三端口的环形器、波分复用器、一段缠绕在压电陶瓷环上的掺铒光纤、掺铒光纤泵浦光源、窄带光滤波器和耦合方式为2×2或1×2的光纤耦合器均为单模器件，且在激光器的谐振腔内引入一只起偏器。

4.根据权利要求1所述的可调谐单偏振超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器，其特征在于，所述的掺铒光纤的布里渊增益谱宽为窄线宽泵浦激光器的线宽10倍以上。

5.根据权利要求1所述的可调谐单偏振超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器，其特征在于，所述的窄线宽泵浦激光器为半导体激光器或光纤激光器，窄线宽泵浦激光器的波长位于C波段。

6.根据权利要求1所述的一种可调谐单偏振超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器，其特征在于，所述的掺铒光纤为普通掺铒光纤、铒镱共掺光纤或者铒铋共掺光纤，所述的掺铒光纤的长度大于0米且小于10米。

7.根据权利要求1所述的一种可调谐单偏振超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器，其特征在于，所述的掺铒光纤的泵浦方式为单一的前向泵浦、单一的后向泵浦或者双向泵浦。

8.根据权利要求1所述的一种可调谐单偏振超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器，其特征在于，所述的掺铒光纤泵浦光源为980nm的半导体激光器或1480nm的半导体激光器。

9.根据权利要求1所述的一种可调谐单偏振超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器，其特征在于，所述的窄带光滤波器的中心波长与窄线宽泵浦激光器的波长一致。