CN103730824A - 环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器 - Google Patents

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牛园园
钟鸣宇
吴造林
胡长俊
韩迎鸽
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Abstract

本发明公开了一种环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器，包括通过掺镱光纤依次连接为环形腔的波分复用耦合器、腔长可调的F-P腔、光纤型偏振控制器、光隔离器、光纤耦合器，波分复用耦合器耦合有激光抽运源，光纤耦合器设有激光输出端；腔长可调的F-P腔形成一波长间隔可调的梳状滤波器，激光器可以产生稳定的多波长振荡。

Description

环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器
技术领域
本发明涉及一种掺镱光纤激光器，尤其涉及一种环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器。
背景技术
多波长光纤激光器可以作为一种光源用于光通信、光谱学、光学测试及光纤传感器等领域。
现有技术中，对多波长掺铒光纤激光器的大量研究表明，当采用梳状滤波器的方法来产生多波长振荡时，由于增益介质中的均匀加宽效应的作用，若相邻波长间隔较小，激光器的稳定性变差。为此，需要采用一些方法来抑制波长竞争，例如，利用偏振烧孔原理(PHB)、用液氮冷却掺稀土离子光纤、用非均匀加宽增益介质、在腔中***频移器等。
掺镱光纤（YDF）的吸收谱和发射谱很宽，在其吸收谱段内(800～1064nm)有多种泵浦源可供选择，在其非常宽的发射谱段内(975～1200nm)可以构成多种有用的激光器，并且，在包层泵浦的大功率激光器方面掺镱光纤也有重要应用，因此，掺镱光纤激光器近些年来受到重视。但由于掺镱光纤的均匀加宽效应不同于掺铒光纤，用它们形成稳定的多波长激光振荡时允许的波长间隔也不同，因此，现有技术中的多波长掺镱光纤激光器的稳定性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种稳定性好的环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器，包括通过掺镱光纤依次连接为环形腔的波分复用耦合器、腔长可调的F-P腔、光纤型偏振控制器、光隔离器、光纤耦合器，所述波分复用耦合器耦合有激光抽运源，所述光纤耦合器设有激光输出端；
所述腔长可调的F-P腔形成一波长间隔可调的梳状滤波器。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器，由于包括通过掺镱光纤依次连接为环形腔的波分复用耦合器、腔长可调的F-P腔、光纤型偏振控制器、光隔离器、光纤耦合器，波分复用耦合器耦合有激光抽运源，光纤耦合器设有激光输出端；腔长可调的F-P腔形成一波长间隔可调的梳状滤波器，当梳状滤波器的波长间隔大于1.3nm时，激光器可以产生稳定的多波长振荡。
附图说明
图1为本发明实施例提供的环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器的结构示意图；
图2a为本发明实施例提供的环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器在90mW泵浦功率下、波长间隔为6nm的输出谱；
图2b为本发明实施例提供的环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器在90mW泵浦功率下、波长间隔为2.5nm的输出谱；
图2c为本发明实施例提供的环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器在90mW泵浦功率下、波长间隔为1.3nm的输出谱；
图2d为本发明实施例提供的环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器在90mW泵浦功率下、波长间隔为0.8nm的输出谱。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
本发明的环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器，其较佳的具体实施方式是：
包括通过掺镱光纤依次连接为环形腔的波分复用耦合器、腔长可调的F-P腔、光纤型偏振控制器、光隔离器、光纤耦合器，所述波分复用耦合器耦合有激光抽运源，所述光纤耦合器设有激光输出端；
所述腔长可调的F-P腔形成一波长间隔可调的梳状滤波器。
所述激光抽运源为975nm波长的激光二极管，最大输出功率为200mw。
所述波分复用耦合器的波长工作范围为980nm和1060nm。
所述掺镱光纤的长度为25cm、芯径为5μm。
所述光纤耦合器的10％端为激光输出端。
所述F-P腔的两个腔镜由两根光纤的端面构成，所述F-P腔的腔长调节由精密步进电机控制。
所述梳状滤波器的自由光谱域为c/2nl，式中：c为真空中的光速、n为空气的折射率、l为腔长。
所述光纤型偏振控制器用于控制所述梳状滤波器输入光的偏振态，提高激光振荡的稳定性。
通过对本发明的环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器进行实验，以考察多波长掺镱激光器在室温下稳定振荡时所允许的波长间隔。实验结果表明，当波长间隔小于1.3nm时，激光器多波长振荡的稳定性变差，而当波长间隔为1.3nm时，获得了1038nm位置附近稳定的多波长振荡，波长数为5。
具体实施例：
如图1所示，975nm激光二极管(LD)用作抽运源Pump，最大输出功率为200mw。抽运光经过波分复用耦合器WDM(980/1060nm)耦合进入掺镱光纤YDF，对长25cm、芯径为5μm高掺杂浓度的掺镱光纤进行抽运，掺镱光纤对975nm抽运光的吸收系数大于800db/m，并经过充分的暗化。激光器为环形腔结构，为保证单向运转，消除驻波烧孔，腔内接入了光隔离器ISO，光纤耦合器OC的10％端用于激光输出。环形腔中加入一个腔长可调的F-P腔（法布里-珀罗谐振腔），使其形成一波长间隔可调的梳状滤波器；可调F-P腔的两个腔镜由两根光纤的端面构成，F-P腔腔长的调节由精密步进电机控制，F-P腔滤波器的FSR(自由光谱域)为c/2nl，其中c为真空中的光速、n为空气的折射率、l为腔长。光纤型偏振控制器PC则用来控制梳状滤波器输入光的偏振态，提高激光振荡的稳定性。测量激光器光谱所用仪器为Agilent86140B型光谱分析仪。
具体实施例的实验结果与讨论：
首先，调整F-P腔腔长到合适长度，使相应的梳状滤波器的波长间隔约为6nm；增加泵浦功率，当泵浦功率达到55mW时，激光器开始振荡，继续增加泵浦功率到60mW，两个波长振荡开始产生，再增加泵浦功率到90mW，用光谱仪长时间观察，可以发现这两个波长的振荡很稳定，光谱如图2a。
然后使F-P腔腔长l缓慢增加，使梳状波滤波器的波长间隔减小到2.5nm附近,逐渐增加泵浦功率，可以发现，激光器阈值泵浦功率增加到68mW，继续增加泵浦功率多波长振荡得以产生，泵浦功率到90mW时产生了三个波长的稳定振荡，如图2b。
使F-P腔腔长l进一步缓慢增加，使相应的梳状波滤波器的波长间隔为1.3nm，激光器阈值泵浦功率增加到74mW，继续增加泵浦功率可以发现多波长振荡产生，增加泵浦功率到90mW情况下产生了5个波长的稳定振荡，如图2c。
继续增加F-P腔腔长使梳状波滤波器相应的波长间隔为0.8nm，值上升到81mW，加泵浦功率到90mW，过光谱仪长时间观察可以发现多波长振荡已经很不稳定，波长之间的竞争很激烈，图2d是用光谱仪随机记录的某一时刻的光谱。
通过上述实验可以发现,当波长间隔大于1.3nm时，激光器的多波长振荡比较稳定，并且随着泵浦功率的增加，激光器的起振波长随之增加，这说明掺镱光纤的非均匀加宽效应较强；但当波长间隔小于1.3nm时，由于掺镱光纤的均匀加宽效应引起的波长竞争，掺镱多波长光纤激光器的稳定性变差。同时可以看到，振荡波长的位置随着可调F-P腔腔长的增加(腔损耗随之增加)在不断向短波长移动，激光器的阈值在不断升高，这和理论模拟的结果一致。
结论：
利用高掺杂浓度掺镱光纤作为增益介质，利用可调F-P腔滤波器作为多波长光纤激光器的波长选择器件，由此形成了不同波长间隔的滤波器，从而产生不同波长间隔的多波长振荡。实验结果表明，在室温下，当波长间隔大于1.3nm时，激光器可以产生稳定的多波长振荡。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器，其特征在于，包括通过掺镱光纤依次连接为环形腔的波分复用耦合器、腔长可调的F-P腔、光纤型偏振控、光隔离器、光纤耦合器，所述波分复用耦合器耦合有激光抽运源，所述光纤耦合器设有激光输出端；
所述腔长可调的F-P腔形成一波长间隔可调的梳状滤波器。
2.根据权利要求1所述的环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器，其特征在于，所述激光抽运源为975nm波长的激光二极管，最大输出功率为200mw。
3.根据权利要求2所述的环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器，其特征在于，所述波分复用耦合器的波长工作范围为980nm和1060nm。
4.根据权利要求3所述的环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器，其特征在于，所述掺镱光纤的长度为25cm、芯径为5μm。
5.根据权利要求4所述的环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器，其特征在于，所述光纤耦合器的10％端为激光输出端。
6.根据权利要求1至5任一项所述的环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器，其特征在于，所述F-P腔的两个腔镜由两根光纤的端面构成，所述F-P腔的腔长调节由精密步进电机控制。
7.根据权利要求6所述的环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器，其特征在于，所述梳状滤波器的自由光谱域为c/2nl，式中：c为真空中的光速、n为空气的折射率、l为腔长。
8.根据权利要求7所述的环形腔可调谐多波长掺镱光纤激光器，其特征在于，所述光纤型偏振控用于控制所述梳状滤波器输入光的偏振态，提高激光振荡的稳定性。
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