CN109038188B - 一种掺铒光纤激光器及调节方法 - Google Patents

一种掺铒光纤激光器及调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种掺铒光纤激光器，包括波分复用耦合器、掺铒增益光纤、第一偏振控制器、隔离器、起偏器、输出耦合器、第二偏振控制器和泵浦源；泵浦源的输出端连接波分复用耦合器的输入端，波分复用耦合器、掺铒增益光纤、第一偏振控制器、隔离器、起偏器、输出耦合器和第二偏振控制器通过单模光纤依次连接成光纤环形腔。同时也公开了掺铒光纤激光器的调节方法。本发明可实现中心波长大于1610nm的脉冲输出。

Description

一种掺铒光纤激光器及调节方法
技术领域
本发明涉及一种掺铒光纤激光器及调节方法，具体涉及一种中心波长大于1610nm的掺铒光纤激光器及调节方法，属于光纤通信技术领域。
背景技术
L波段是指波长从1565 nm到1625 nm的激光波段，因为玻璃光纤在这个波段范围内损耗很低，因此被广泛的应用于光纤通信***。尤其是超快飞秒激光器，由于其极高的时间分辨率，在大容量高速光信息传输、生物医学检测、科研应用方面有着广泛的应用需求。
掺铒光纤激光器可以工作在L波段，但由于增益的长波长衰减性，掺铒光纤激光器一般工作在1550-1580nm波段，绝大部分工作在L波段的激光器的激光波长上限为1600nm。不同的应用背景对超快激光的波长位置有着不同的要求。同时考虑到掺铒光纤是L波段的唯一增益介质，因此，实现激光光源在L波段特别是波长大于1610nm的波段内的超快输出，不仅能扩展其应用领域及方向，同时，可以大大降低激光器的成本，无论从应用方面还是产业方面来考虑都有着重要的意义。目前已报道的超快掺铒光纤激光器中尚未实现波长大于1610nm的锁模脉冲。
发明内容
本发明提供了一种掺铒光纤激光器及调节方法，解决了传统光纤激光器尚未实现波长大于1610nm锁模脉冲的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种掺铒光纤激光器，包括波分复用耦合器、掺铒增益光纤、第一偏振控制器、隔离器、起偏器、输出耦合器、第二偏振控制器和泵浦源；泵浦源的输出端连接波分复用耦合器的输入端，波分复用耦合器、掺铒增益光纤、第一偏振控制器、隔离器、起偏器、输出耦合器和第二偏振控制器通过单模光纤依次连接成光纤环形腔。
掺铒增益光纤为正常色散，其余光纤为反常色散。
掺铒增益光纤的增益曲线覆盖L波段，且L波段的发射峰高于0dB/m。
掺铒增益光纤的长度由吸收系数决定，吸收系数越大，长度越短。
掺铒增益光纤的长度大于9米。
单模光纤的长度大于74米
一种掺铒光纤激光器的调节方法，包括，
归位第二偏振控制器，并调节第一偏振控制器，实现锁模；
调节第二偏振控制器，实现输出脉冲的中心波长大于1610nm。
本发明所达到的有益效果：1、本发明通过调整偏振控制器，即可实现中心波长大于1610nm的脉冲输出；2、本发明的掺铒增益光纤为正常色散，其余光纤为反常色散，调整好腔内的锁模状态后，保持腔内双折射不变，随着泵浦功率从零开始提升，锁模状态可自动实现；3、本发明通过采用两组偏振控制器实现锁模和波长选择的物理分离。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明输出脉冲的光谱；
图3为本发明输出脉冲的自相关曲线图；
图4为本发明输出类噪声脉冲的光谱；
图5为本发明输出类噪声脉冲的脉冲序列。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种掺铒光纤激光器，包括波分复用耦合器WDM、掺铒增益光纤EDF、第一偏振控制器PC1、隔离器Isolator、起偏器P、输出耦合器output、第二偏振控制器PC2和泵浦源LD。
泵浦源LD的输出端连接波分复用耦合器WDM的输入端，波分复用耦合器WDM、掺铒增益光纤EDF、第一偏振控制器PC1、隔离器Isolator、起偏器P、输出耦合器output、第二偏振控制器PC2通过单模光纤依次连接成光纤环形腔。
泵浦源LD采用平均功率为750mW的976nm单模二极管反向泵浦。
单模光纤的型号为SMF28e+，长度必须大于74米，该光纤为反常色散。
掺铒增益光纤EDF为正常色散，增益曲线覆盖L波段，且L波段的发射峰高于0dB/m，掺铒增益光纤EDF的长度由吸收系数决定，吸收系数越大，长度越短，为了提供足够的增益，具体长度必须大于9米。大于9米的掺铒增益光纤EDF和大于74米的单模光纤，有效保障起偏器P和第二偏振控制器PC2共同作用形成的光纤环形腔内双折射滤波器在1610nm附近的带宽大于10nm。
在实际设计时，掺铒增益光纤EDF其他各参数可根据实际情况调整，这里给出一组实例参数如下：掺铒增益光纤EDF吸收峰1525nm~1535nm，吸收系数80dB/m，数值孔径为0.29，在1550 nm波长的模场直径为4.3 μm，在1550 nm波长的色散系数为-48 ps/(nm·km)。
隔离器Isolator、起偏器P和输出耦合器output分别为基于光纤的隔离器Isolator、起偏器P和输出耦合器output。
第一偏振控制器PC1和第二偏振控制器PC2均可以采用桨式偏振控制器，也可以采用挤压式偏振控制器。
上述实现的掺铒光纤激光器的重复频率为2.4MHz，平均功率为20mW，采用非线性偏振旋转技术以达到自启动锁模。
上述掺铒光纤激光器的调节方法，先归位第二偏振控制器PC2，并调节第一偏振控制器PC1，实现锁模，然后再第二偏振控制器PC2，实现输出脉冲的中心波长大于1610nm。具体过程如下：
1）对第二偏振控制器PC2进行归位，如为挤压式偏振控制器则将挤压钮调为未挤压，旋转块不旋转；如为桨式偏振控制器则桨片调为水平；脉冲经过起偏器P后变成线偏光，再经过隔离器Isolator和掺铒增益光纤EDF变为放大的椭圆偏振光，调整第一偏振控制器PC1的引入偏振量可以调节椭圆偏振光的椭球指向。
2）脉冲经过传输后偏振方向发生不同程度的旋转，通过调节第一偏振控制器PC1，使得脉冲的偏振方向与起偏器P的偏振方向一致，从而脉冲经过起偏器P在光纤环形腔内形成振荡，即锁模产生，一般情况下，该锁模为自启动锁模：保持腔内双折射状态不变，随着泵浦源LD功率从零开始增加，锁模能够自动出现。
3）第二偏振控制器PC2与起偏器P共同作用形成光纤环形腔内双折射滤波器，调整第二偏振控制器PC2的引入偏振量可以调节输出脉冲的光谱位置，在1610nm形成有效增益滤波，从而实现中心波长大于1610nm的脉冲输出。
上述掺铒光纤激光器，通过调节第二偏振控制器PC2的桨片，如图2所示可以在1613.6nm形成谱宽为2.3nm的超短脉冲，图3为输出脉冲的自相关的曲线图，该自相关曲线对应的脉冲宽度为1.9ps。对应第一偏振控制器PC1的其它偏振量，掺铒光纤激光器还可以形成类噪声脉冲输出，光谱如图4所示，对应的脉冲序列如图5所示。
本发明采用具有正常色散的增益光纤和具有反常色散的单模光纤组成的色散管理的腔设计，利用非线性偏振旋转技术实现激光器的自启动锁模，同时本发明的起偏器和偏振控制器共同作用形成光纤环形腔内双折射滤波器，通过调整偏振控制器，即可实现中心波长大于1610nm的脉冲输出，实现锁模和波长选择的物理分离。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种掺铒光纤激光器，其特征在于：包括波分复用耦合器、掺铒增益光纤、第一偏振控制器、隔离器、起偏器、输出耦合器、第二偏振控制器和泵浦源；泵浦源的输出端连接波分复用耦合器的输入端，波分复用耦合器、掺铒增益光纤、第一偏振控制器、隔离器、起偏器、输出耦合器和第二偏振控制器通过单模光纤依次连接成光纤环形腔；
所述掺铒光纤激光器中，掺铒增益光纤为正常色散，其余光纤为反常色散；
所述掺铒光纤激光器中，掺铒增益光纤的增益曲线覆盖L波段，且L波段的发射峰高于0dB/m；
所述掺铒光纤激光器中，掺铒增益光纤的长度由吸收系数决定，吸收系数越大，长度越短；
所述掺铒光纤激光器中，掺铒增益光纤的长度大于9米；
单模光纤的长度大于74米；
所述的掺铒光纤激光器的调节方法包括：归位第二偏振控制器，并调节第一偏振控制器，实现锁模；调节第二偏振控制器，实现输出脉冲的中心波长大于1610nm。
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