CN108711727B - 一种保偏分布反馈光纤激光器及制造方法 - Google Patents

一种保偏分布反馈光纤激光器及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种保偏分布反馈光纤激光器及制造方法，属于光纤激光器技术领域。该激光器包括：泵浦源、相移光纤光栅、保偏波分复用器和保偏隔离器。相移光纤光栅的前端为单模光纤，相移光纤光栅的后端为保偏光纤。泵浦源产生的泵浦光经单模光纤传输至相移光纤光栅经保偏光纤输出至保偏波分复用器，输出线偏振窄线宽激光和剩余泵浦光，该线偏振窄线宽激光经由保偏隔离器形成保偏窄线宽激光输出。该激光器采取分布反馈结构，使得自身结构更加简单，单纵模输出特性更稳定，激光相对强度噪声和相位噪声更低；其次它是保偏输出的，激光具有线偏振保持特性，满足有保偏要求的传感***的应用需要，使得人们在选择时，选择性更灵活。

Description

一种保偏分布反馈光纤激光器及制造方法
技术领域
本发明属于光纤激光器技术领域，具体涉及一种保偏分布反馈光纤激光器及制造方法。
背景技术
窄线宽光纤激光器在分布式光纤传感器、光纤水听器和激光雷达等许多领域中具有重要的应用价值。同时，在以光学相干检测为基础的干涉型光纤传感器中，如光纤陀螺、光纤水听器等，除了要求光源具有窄线宽特性以外，还要求光源具备偏振方向稳定不变的性能，以提高干涉信号信噪比，实现对物理量的高精度测量。目前，分布布拉格反射短腔结构(DBR)和环形腔结构的窄线宽光纤激光器易于通过选择保偏光纤器件构成保偏光路而实现保偏激光输出，而噪声更低、模式运转更稳定的分布反馈结构光纤激光器，由于难以在保偏的增益光纤上制作优良的相移光纤光栅而难以实现保偏激光输出。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种保偏分布反馈光纤激光器及制造方法，以有效地改善上述问题。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种保偏分布反馈光纤激光器，包括：泵浦源、相移光纤光栅、保偏波分复用器和保偏隔离器。所述相移光纤光栅的前端为单模光纤，所述相移光纤光栅的后端为保偏光纤。所述泵浦源产生的泵浦光经所述单模光纤传输至所述相移光纤光栅，输出包含线偏振窄线宽激光和剩余泵浦光的混合光。所述混合光经所述保偏光纤输出至所述保偏波分复用器，所述线偏振窄线宽激光由所述保偏波分复用器的信号端输出至所述保偏隔离器，形成保偏窄线宽激光输出，所述剩余泵浦光由所述保偏波分复用器的泵浦端输出。
在本发明可选的实施例中，所述泵浦源为产生980nm或1480nm波长泵浦光的泵浦源。
在本发明可选的实施例中，所述相移光纤光栅为掺铒相移光纤光栅。
在本发明可选的实施例中，所述保偏光纤为PM980光纤或PM1550光纤。
在本发明可选的实施例中，所述保偏波分复用器为980/1550保偏波分复用器或1480/1550保偏波分复用器。
第二方面，本发明实施例还提供了一种保偏分布反馈光纤激光器的制造方法，包括：切除相移光纤光栅后端的单模光纤；在切除了单模光纤的所述相移光纤光栅的一端熔接保偏光纤。
结合第二方面的第一种实施方式，在切除了单模光纤的所述相移光纤光栅的一端熔接保偏光纤，包括：利用保偏熔接机分别夹持所述相移光纤光栅和所述保偏光纤；通过旋转所述相移光纤光栅或所述保偏光纤来使所述相移光纤光栅与所述保偏光纤对齐；在所述相移光纤光栅与所述保偏光纤对齐后，所述保偏熔接机放电将所述保偏光纤熔接在切除了单模光纤的所述相移光纤光栅的一端。
结合第二方面的第二种实施方式，通过旋转所述相移光纤光栅或所述保偏光纤来使所述相移光纤光栅与所述保偏光纤对齐，包括：开启连接于所述相移光纤光栅前端的泵浦源，以使所述相移光纤光栅输出线偏振窄线宽激光；通过旋转所述相移光纤光栅或所述保偏光纤来调节与连接于所述保偏光纤后端的保偏波分复用器的泵浦端相连接的功率计的示数，以及调节与连接于所述保偏波分复用器信号端的保偏隔离器相连接的消光比检测仪的示数；待所述功率计显示的剩余泵浦功率达到最大值以及所述消光比检测仪显示的激光偏振消光比达到最大值时，表明所述相移光纤光栅与所述保偏光纤对齐。
结合第二方面的第三种实施方式，所述保偏光纤为PM980光纤或PM1550光纤。
结合第二方面的第四种实施方式，所述相移光纤光栅为掺铒相移光纤光栅。
本发明实施例提供的保偏分布反馈光纤激光器，包括：泵浦源、相移光纤光栅、保偏波分复用器和保偏隔离器；所述相移光纤光栅的前端为单模光纤，所述相移光纤光栅的后端为保偏光纤；所述泵浦源产生的泵浦光经所述单模光纤传输至所述相移光纤光栅，输出包含线偏振窄线宽激光和剩余泵浦光的混合光。所述混合光经所述保偏光纤输出至所述保偏波分复用器，所述线偏振窄线宽激光由所述保偏波分复用器的信号端输出至所述保偏隔离器，形成保偏窄线宽激光输出，所述剩余泵浦光由所述保偏波分复用器的泵浦端输出。该保偏保偏分布反馈光纤激光器采取分布反馈结构，使得自身结构相对于环形腔和分布布拉格反射结构的窄线宽激光器来说结构更加简单，腔内无光纤熔接等操作带来的额外损耗，单纵模输出特性更稳定，激光相对强度噪声和相位噪声更低；其次它是保偏输出的，激光具有线偏振保持特性，满足有保偏要求的传感***的应用需要，使得人们在选择时，选择性更灵活。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1示出了本发明实施例提供的一种分布反馈光纤激光器的结构示意图。
图2示出了本发明实施例提供的一种相移光纤光栅的制造方法的流程图。
图3示出了本发明实施例提供的图2中的步骤S102的流程图。
图4示出了本发明实施例提供的图3中的步骤S202的流程图。。
图5示出了本发明实施例提供的激光偏振消光比与光纤旋转角度的关系规律示意图。
图6示出了本发明实施例提供的相移光纤光栅的激光偏振特性测试示意图。
图标：100－保偏分布反馈光纤激光器；110－泵浦源；120－相移光纤光栅；130－保偏波分复用器；140－保偏隔离器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
窄线宽光纤激光器作为相干光源广泛应用于许多领域中，但是在一些光纤传感器的应用中，为了减小信号畸变和失真，提高检测的灵敏度，要求窄线宽激光具备线偏振保持特性。
鉴于此，本申请发明人提供了一种具备这一特征的保偏分布反馈光纤激光器100，以满足有保偏要求的传感***的应用需要。如图1所示，该保偏分布反馈光纤激光器100包括：泵浦源110、相移光纤光栅120、保偏波分复用器130和保偏隔离器140。
其中，所述相移光纤光栅120的前端为单模光纤，所述相移光纤光栅120的后端为保偏光纤；所述泵浦源110产生的泵浦光经所述单模光纤传输至所述相移光纤光栅120，输出包含线偏振窄线宽激光和剩余泵浦光的混合光；所述混合光经所述保偏光纤输出至所述保偏波分复用器130，所述线偏振窄线宽激光经所述保偏波分复用器130的信号端输出至所述保偏隔离器140，形成保偏窄线宽激光输出，所述剩余泵浦光由所述保偏波分复用器130的泵浦端输出。
其中，由于该保偏分布反馈光纤激光器100采用单一的相移光纤光栅120提供模式反馈和波长选择，结构简单，腔内无光纤熔接等操作带来的额外损耗，单纵模输出特性更稳定，激光相对强度噪声和相位噪声更低，同时又具备保偏输出特性，因此很好地满足了有保偏要求的传感***的应用需要。
其中，上述的泵浦源110为产生980nm或1480nm波长泵浦光的泵浦源。即该泵浦源110产生的泵浦光的波长为980nm，或者1480nm。其中，上述的相移光纤光栅120为掺铒相移光纤光栅，此外，该相移光纤光栅120还可以为镱纤相移光纤光栅。其中，需要说明是，当该相移光纤光栅120还可以为镱纤相移光纤光栅时，泵浦源110、保偏波分复用器130、保偏光纤等器件的型号也会随之变化，使其与该镱纤相移光纤光栅相对应。
其中，所述保偏光纤为PM980光纤或PM1550光纤。
其中，所述保偏波分复用器130为980/1550保偏波分复用器或1480/1550保偏波分复用器。
其中，需要说明的是，当该泵浦光的波长为980nm，该保偏光纤为PM980光纤，该保偏波分复用器130为980/1550保偏波分复用器。当该泵浦光的波长为1480nm，该保偏光纤为PM1550光纤，该保偏波分复用器130为1480/1550保偏波分复用器。
本发明实施例还提供了该保偏分布反馈光纤激光器100的制造方法，如图2所示，下面将结合图2所包含的步骤进行说明。
步骤S101：切除相移光纤光栅后端的单模光纤。
在现有相移光纤光栅的基础上，将位于该相移光纤光栅后端的单模光纤用用切割刀切去，例如，将现有掺铒相移光纤光栅的输出尾纤的单模光纤用用切割刀切去。
步骤S102：在切除了单模光纤的所述相移光纤光栅的一端熔接保偏光纤。
在切除了单模光纤后，在切除了单模光纤的所述相移光纤光栅的一端熔接保偏光纤，以实现保偏输出。进一步地，以图3所示的步骤对熔接这一过程进行说明。
步骤S201：利用保偏熔接机分别夹持所述相移光纤光栅和所述保偏光纤。
在切除了单模光纤的所述相移光纤光栅的一端熔接保偏光纤时，可以利用保偏熔接机分别夹持所述相移光纤光栅和所述保偏光纤，以便将两端光纤的偏振方向和几何结构对齐。
步骤S202：通过旋转所述相移光纤光栅或所述保偏光纤来使所述相移光纤光栅与所述保偏光纤对齐。
利用保偏熔接机将所述相移光纤光栅和所述保偏光纤端对端的夹持后，通过旋转所述相移光纤光栅或所述保偏光纤来使所述相移光纤光栅与所述保偏光纤对齐。作为一种可选的实施方式，可以通过旋转光纤偏振对轴的技术方法将相移光纤光栅与所述保偏光纤对齐。进一步地，以图4所示的步骤对熔接这一过程进行说明。
步骤S301：开启连接于所述相移光纤光栅前端的泵浦源，以使所述相移光纤光栅输出线偏振窄线宽激光。
利用保偏熔接机分别夹持所述相移光纤光栅和所述保偏光纤后，开启连接于所述相移光纤光栅前端的泵浦源，以使所述相移光纤光栅输出线偏振窄线宽激光。其中，该泵浦源输出的泵浦光通过单模光纤传输至相移光纤光栅，使所述相移光纤光栅输出线偏振窄线宽激光。
步骤S302：通过旋转所述相移光纤光栅或所述保偏光纤来调节与连接于所述保偏光纤后端的保偏波分复用器的泵浦端相连接的功率计的示数，以及调节与连接于所述保偏波分复用器信号端的保偏隔离器相连接的消光比检测仪的示数。
通过旋转所述相移光纤光栅或所述保偏光纤来调节与连接于所述保偏光纤后端的保偏波分复用器的泵浦端相连接的功率计的示数，以及调节与连接于所述保偏波分复用器信号端的保偏隔离器相连接的消光比检测仪的示数。即该保偏光纤后端与保偏波分复用器的公共端连接，该保偏波分复用器的信号端与保偏隔离器连接，保偏波分复用器的泵浦端与功率计连接，保偏隔离器的输出端与消光比检测仪连接，参阅图1。
其中，该功率计用于监测该泵浦端的剩余泵浦功率，该消光比检测仪用于监测保偏隔离器输出的激光偏振消光比。
步骤S303：待所述功率计显示的剩余泵浦功率达到最大值以及所述消光比检测仪显示的激光偏振消光比达到最大值时，表明所述相移光纤光栅与所述保偏光纤对齐。
通过旋转所述相移光纤光栅或所述保偏光纤，待所述功率计显示的剩余泵浦功率达到最大值以及所述消光比检测仪显示的激光偏振消光比达到最大值时，表明所述相移光纤光栅与所述保偏光纤对齐。即使该相移光纤光栅输出的线偏振窄线宽激光的线偏振方向和保偏光纤的慢轴方向对齐，同时该相移光纤光栅和保偏光纤几何结构对齐。
其中，所述功率计显示的剩余泵浦功率达到最大值，表明该相移光纤光栅与所述保偏光纤在结构上对齐，所述消光比检测仪显示的激光偏振消光比达到最大值时，表明该相移光纤光栅输出的线偏振窄线宽激光的线偏振方向和保偏光纤的慢轴方向对齐。
为了便于理解上述过程，结合图5对这一过程进行说明，采用旋转光纤偏振对轴的过程中，随着光纤旋转角度的变化，明显监测到激光偏振消光比的变化。以保持保偏光纤不动，旋转相移光栅侧为例，测得激光偏振消光比与随机起点的旋转角度的关系规律如图5所示。图中曲线给出了每旋转掺铒相移光栅10°角，记录激光偏振消光比的情况，为了保证测量准确性，每个角度测量了顺时针和逆时针旋转方向时的数值。正方形黑线是光路上未加保偏隔离器(PM－ISO)时的结果，由于保偏波分复用器(PM－WDM)快慢轴均工作，因此当激光的线偏振方向对上保偏光纤的快轴或慢轴时，都能获得较高的偏振消光比，并且消光比随角度的变化以90°为周期。圆形黑线是光路上加上了保偏隔离器(PM－ISO)后在同样的测量方式下测得的结果，由于PM－ISO是慢轴工作，快轴截止的，因此只有当激光的线偏振方向对准保偏尾纤慢轴时，输出激光的偏振消光比才处于高值。这时，消光比随角度变化应以180°为周期，而由于保偏熔接机不能无限转轴，因此不便测量更多角度。但以上结果已经说明了，采用旋转光纤偏振对轴的技术方法可以实现窄线宽激光的高偏振消光比输出。
步骤S203：在所述相移光纤光栅与所述保偏光纤对齐后，所述保偏熔接机放电将所述保偏光纤熔接在切除了单模光纤的所述相移光纤光栅的一端。
在所述相移光纤光栅与所述保偏光纤对齐后，所述保偏熔接机放电将所述保偏光纤熔接在切除了单模光纤的所述相移光纤光栅的一端，即可获得具备保偏输出特性的保偏分布反馈光纤激光器。
为了进一步验证该方法获得的保偏分布反馈光纤激光器的激光偏振特性，本申请发明人还测量了放电熔接后制作的保偏输出的窄线宽光纤激光器的偏振态，如图6所示。此图为偏振分析仪测量的结果，输出激光的偏振度(DOP)为1，说明是它完全偏振光。而其偏振特征点位于邦加球的赤道上，说明它是线偏振光，且右下角的偏振态基本为线偏振光。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本发明实施例所提供的制作方法，其实现原理及产生的技术效果和前述保偏分布反馈光纤激光器100实施例相同，为简要描述，装置或方法实施例部分未提及之处，可相互参照。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种保偏分布反馈光纤激光器的制造方法，其特征在于，包括：
切除相移光纤光栅后端的单模光纤；
在切除了单模光纤的所述相移光纤光栅的一端熔接保偏光纤；
其中，在切除了单模光纤的所述相移光纤光栅的一端熔接保偏光纤，包括：
利用保偏熔接机分别夹持所述相移光纤光栅和所述保偏光纤；
开启连接于所述相移光纤光栅前端的泵浦源，以使所述相移光纤光栅输出线偏振窄线宽激光；
通过旋转所述相移光纤光栅或所述保偏光纤来调节与连接于所述保偏光纤后端的保偏波分复用器的泵浦端相连接的功率计的示数，以及调节与连接于所述保偏波分复用器信号端的保偏隔离器相连接的消光比检测仪的示数；
待所述功率计显示的剩余泵浦功率达到最大值以及所述消光比检测仪显示的激光偏振消光比达到最大值时，表明所述相移光纤光栅与所述保偏光纤对齐；
在所述相移光纤光栅与所述保偏光纤对齐后，所述保偏熔接机放电将所述保偏光纤熔接在切除了单模光纤的所述相移光纤光栅的一端。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述保偏光纤为PM980光纤或PM1550光纤。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述相移光纤光栅为掺铒相移光纤光栅。
4.一种利用如权利要求1所述的方法制成的保偏分布反馈光纤激光器，其特征在于，包括：泵浦源、相移光纤光栅、保偏波分复用器和保偏隔离器；
所述相移光纤光栅的前端为单模光纤，所述相移光纤光栅的后端为保偏光纤；
所述泵浦源产生的泵浦光经所述单模光纤传输至所述相移光纤光栅，输出包含线偏振窄线宽激光和剩余泵浦光的混合光；
所述混合光经所述保偏光纤输出至所述保偏波分复用器，所述线偏振窄线宽激光由所述保偏波分复用器的信号端输出至所述保偏隔离器，形成保偏窄线宽激光输出，所述剩余泵浦光由所述保偏波分复用器的泵浦端输出。
5.根据权利要求4所述的保偏分布反馈光纤激光器，其特征在于，所述泵浦源为产生980nm或1480nm波长泵浦光的泵浦源。
6.根据权利要求5所述的保偏分布反馈光纤激光器，其特征在于，所述相移光纤光栅为掺铒相移光纤光栅。
7.根据权利要求6所述的保偏分布反馈光纤激光器，其特征在于，所述保偏光纤为PM980光纤或PM1550光纤。
8.根据权利要求7所述的保偏分布反馈光纤激光器，其特征在于，所述保偏波分复用器为980/1550保偏波分复用器或1480/1550保偏波分复用器。
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