基於並行反饋的超窄線寬環形腔雷射器的製作方法
2023-09-17 22:59:30
專利名稱：基於並行反饋的超窄線寬環形腔雷射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信技術領域，更為具體地，涉及一種基於並行反饋的超窄線寬環形 腔雷射器。
背景技術：
窄線寬雷射器在水聽器、雷射陀螺、光控雷達相控陣天線等光相干探測領域具有 廣泛的應用。與其它介質雷射器相比，光纖雷射器具有增益區長、結構緊湊，能量密度高，抗 電磁幹擾強，溫度膨脹係數小、且無需加散熱等優點。尤其是外腔方式的光纖雷射器，因為 腔長較長，所以具有天然窄線寬優勢。目前窄線寬光纖雷射器的實現方式很多，例如採用光 纖布拉格光柵FBG構成分布反饋DFB或著分布布拉格反射DBR的線型腔結構、單向運轉的 環形腔結構以及複合腔結構。圖1示出了現有窄線寬光纖雷射器的基本結構。如圖1所示， 現有窄線寬光纖雷射器通常包括摻鉺光纖、隔離器、耦合器、濾波器件和波分復用器。現在，針對在腔中加入光纖布拉格光柵來實現超窄線寬光纖雷射器的方法的研究 也很廣泛。然而，這種方法存在下述問題首先，利用光纖布拉格光柵實現超窄線寬對於光柵的要求非常高，不容易實現；其次，這種方式的成本很高，而且光頻率與光纖布拉格光柵有關，不能反映腔長的 變化，因此不能用於光纖陀螺傳感器中。目前實現超窄線寬的主要方式是基於可飽和吸收體光窄帶濾波器的光纖雷射器， 其線寬普遍在kHz量級。這種方法簡單有效，是目前實現超窄線寬的主要方式。但是，這種 方法很難實現雙向出光，而且進一步壓縮線寬要大幅度增長摻鉺光纖長度，因此實現超窄 線寬很困難。
發明內容
針對雷射器當前正反饋結構僅為單向反饋迴路進一步提高雷射器性能很難的問 題，通過對比單環和複合諧振腔，提出了並行多路反饋結構方案。具體是在單模光傳輸介質 中插入多模光傳輸介質來設計基於並行反饋的超窄線寬環形腔雷射器。本發明的目的是提供一種基於並行反饋的超窄線寬環形腔雷射器，該超窄線寬環 形腔雷射器可以用於光纖雷射陀螺。根據本發明的一個方面，提供了一種基於並行反饋的超窄線寬環形腔雷射器，包 括摻鉺光纖放大器、F-P腔濾波器、單模光傳輸介質、多模光傳輸介質、90 10耦合器以及 隔離器，其中所述摻鉺光纖放大器分別經由單模光傳輸介質與F-P腔濾波器、隔離器、多模 光傳輸介質、90 10耦合器串連，以形成一個環形腔，並且所述90 10耦合器的直通端接 入所述環形腔，耦合端作為光路輸出埠。
此外，所述單模光傳輸介質和多模光傳輸介質分別是單模和多模光纖、光波導或 光子晶體。此外，在所述多模光傳輸介質包括多段光傳輸介質時，單模光傳輸介質和多模光 傳輸介質按照交替的方式構成由單模光傳輸介質和多模光傳輸介質構成的光傳輸結構。此外，優選地，在光傳輸介質是光纖時，所述多模光纖的外芯直徑為125i!m，內芯 直徑為100 ym。此外，所述多模光纖的長度為5m。此外，所述多模光纖可以包括多段多模光纖。優選地，所述多段多模光纖的外芯直 徑為125iim，內芯直徑為100 iim，且每段多模光纖的長度為5m。有益效果根據本發明提供的基於並行反饋的超窄線寬環形腔雷射器，可以利用由單模光傳 輸介質和多模光傳輸介質構成的光傳輸結構來壓縮線寬，而無需大幅度增長摻鉺光纖長 度，從而克服了現有窄線寬雷射器結構複雜和成本昂貴的缺點，並且進一步大大壓縮了線 寬，實現了超窄線寬雷射輸出，根據本發明的超窄線寬雷射器的的線寬達到15Hz，其仿真結 果甚至可以達到亞Hz量級。為了實現上述以及相關目的，本發明的一個或多個方面包括後面將詳細說明並在 權利要求中特別指出的特徵。下面的說明以及附圖詳細說明了本發明的某些示例性方面。 然而，這些方面指示的僅僅是可使用本發明的原理的各種方式中的一些方式。此外，本發明 旨在包括所有這些方面以及它們的等同物。
通過參考以下結合附圖的說明及權利要求書的內容，並且隨著對本發明的更全面 理解，本發明的其它目的及結果將更加明白及易於理解。在附圖中圖1示出了現有技術的窄線寬光纖雷射器的基本結構圖；圖2示出了並行反饋結構示意圖；圖3示出了根據本發明的基於並行反饋的超窄線寬環形腔雷射器的最小結構；圖4示出了根據本發明的基於並行反饋的超窄線寬環形腔雷射器的一個示例結 構；圖5示出了圖4中示出的基於並行反饋的超窄線寬環形腔雷射器的結構的群指 數；圖6示出了利用自拍法測量出的圖4中示出的基於並行反饋的超窄線寬環形腔激 光器的結構的線寬測量圖；圖7示出了根據本發明的基於並行反饋的超窄線寬環形腔雷射器的另一示例結 構；圖8示出了利用自拍法測量出的圖7中示出的基於並行反饋的超窄線寬環形腔激 光器的結構的線寬測量圖；圖9示出了由單模光波導和多模光波導構成的並行反饋光傳輸結構的示意圖；圖10示出了由單模光子晶體和多模光子晶體構成的並行反饋光傳輸結構的示意 圖。在所有附圖中相同的標號指示相似或相應的特徵或功能。
具體實施例方式在進行根據本發明的基於並行反饋的超窄線寬環形腔雷射器的實施例描述之前， 首先解釋幾個概念。(1)共腔結構。所謂共腔結構是指不同的諧振腔存在一段共同的諧振迴路。通過 理論推導可以證明共腔結構可以使雷射器有效實現鎖模來穩定運行，並且具有非常好的 抗幹擾性能。(2)並行反饋迴路，是指在上面提出的共腔概念的基礎上，使光纖雷射器中的正反 饋迴路為多路並行，通過不同迴路之間光的相干疊加作用，使得最後輸出雷射的波形有所 改善。通過仿真和實驗證明採用多模光纖搭建的並行反饋雷射器可以實現超窄線寬到Hz 以下量級。而目前現有商用光纖雷射器線寬都在kHz以上，而且價格昂貴。下面對與根據本發明的並行反饋光纖雷射器相關的工作原理進行詳細說明。1.並行反饋結構的諧振原理圖2示出了並行反饋結構的示意圖。對於雙耦合器的MZI結構諧振腔，在不考慮 偏振態、熔接損耗和傳輸衰減且光源為單頻的情況下，其諧振選頻原理推導如下 假設輸入光強為
權利要求
一種基於並行反饋的超窄線寬環形腔雷射器，包括摻鉺光纖放大器、F P腔濾波器、單模光傳輸介質、多模光傳輸介質、90∶10耦合器以及隔離器，其中所述摻鉺光纖放大器分別經由單模光傳輸介質與F P腔濾波器、隔離器、多模光傳輸介質、90∶10耦合器串連，以形成一個環形腔，並且所述90∶10耦合器的直通端接入所述環形腔，耦合端作為光路輸出埠。
2.如權利要求1所述的超窄線寬環形腔雷射器，其中，所述單模光傳輸介質和多模光 傳輸介質分別是單模和多模光纖、光波導或光子晶體。
3.如權利要求1所述的超窄線寬環形腔雷射器，其中，在所述多模光傳輸介質包括多 段光傳輸介質時，單模光傳輸介質和多模光傳輸介質按照交替的方式構成由單模光傳輸介 質和多模光傳輸介質構成的光傳輸結構。
4.如權利要求2所述的超窄線寬環形腔雷射器，其中，所述多模光纖的外芯直徑為 125 μ m,內芯直徑為100 μ m。
5.如權利要求2所述的超窄線寬環形腔雷射器，其中，所述多模光纖的長度為5m。
6.如權利要求1所述的超窄線寬環形腔雷射器，其中，所述單模光傳輸介質包括多段 單模光傳輸介質，以及所述多模光傳輸介質包括多段多模光傳輸介質。
7.如權利要求6所述的超窄線寬環形腔雷射器，其中，所述單模和多模光傳輸介質是 單模光纖和多模光纖，所述多段多模光纖的外芯直徑為125 μ m，內芯直徑為100 μ m，且每 段多模光纖的長度為5m。
全文摘要
本發明提供了一種基於並行反饋的超窄線寬雷射器，包括摻鉺光纖放大器、F-P腔濾波器、單模光傳輸介質、多模光傳輸介質、90∶10耦合器以及隔離器，其中所述摻鉺光纖放大器分別經由單模光傳輸介質與F-P腔濾波器、隔離器、多模光傳輸介質、90∶10耦合器串連，以形成一個環形腔，並且所述90∶10耦合器的直通端接入所述環形腔，耦合端作為光路輸出埠。根據本發明的超窄線寬雷射器，可以利用由單模光傳輸介質和多模光傳輸介質構成的光傳輸結構來壓縮線寬，而無需大幅度增長摻鉺光纖長度，從而克服了現有窄線寬雷射器結構複雜和成本昂貴的缺點，並且進一步大大壓縮了線寬，實現了超窄線寬雷射輸出。
文檔編號H01S3/067GK101997263SQ20101050840
公開日2011年3月30日 申請日期2010年10月15日 優先權日2010年8月13日
發明者餘曉琦, 徐連宇, 朱立新, 李正斌, 王大量, 王子南, 王玉潔, 王翠雲, 蔣雲, 賈雷 申請人:北京大學