一種混合腔型雙波長窄線寬光纖雷射器的製作方法

2023-05-09 00:32:51 1

本發明涉及雷射器領域，具體來說，涉及一種混合腔型雙波長窄線寬光纖雷射器。

背景技術：

目前，多波長光纖雷射器在微波產生、光學感測、短光脈衝、光頻測量，光信號處理、頻移、密集波分復用(dwdm)光通信和數據傳輸放大等方面有著潛在應用，並且其實現成本低，易產生窄線寬雷射輸出，因而引起了人們的廣泛關注。

在室溫下，可以通過使用受激布裡淵散射(sbs)，四波混頻(fwm)和非線性偏振旋轉(npr)等非線性光學效應來實現多波長光纖雷射器；也可以利用稀土增益介質，例如摻鉺光纖(edf)，摻鐿光纖在空腔中的整合來實現多波長輸出；還可以將稀土摻雜光纖與不均勻增益介質如受激拉曼散射和受激布裡淵散射組合構成產生多波長輻射的另一種技術，由於具有低閾值，超窄線寬和嚴格的波長間隔等幾個優點，這種技術很快成為研究的重點，也為多波長光纖雷射器的進一步研究和發展提供了有效的方法與途徑。

最近，已經提出了一類新的依賴於瑞利後向散射的隨機分布反饋的光纖雷射器。相比於傳統的固定腔雷射器,隨機雷射器不需要傳統意義的腔來進行選模，其輸出模式是由大量疊加在一起的具有隨機幅度和相位的模式以及增益共同決定。由於光纖本身就是一種隨機介質,其極限損耗由瑞利散射(rayleighscattering,rs)所決定,光纖隨機雷射器可以通過在光子晶體光纖的空氣孔中填充納米顆粒的懸浮液來實現隨機反饋，並且具有良好的方向性以及較高的抽運效率等優點,因此基於rs的光纖隨機雷射器得到了廣泛的研究，近年來一直是隨機雷射器領域的研究熱點之一。

技術實現要素：

本發明的目的在於：針對現有技術產生雙波長和多波長一般都在固定腔或隨機腔中單獨實現，而無法同時輸出窄線寬傳統雷射與隨機雷射的問題，本發明提供一種將固定腔和隨機腔相融合，同一系統實現了兩種不同的增益機制，且在同一泵浦源作用下實現了窄線寬的傳統雷射與隨機雷射的輸出的混合腔型雙波長窄線寬光纖雷射器。

本發明採用的技術方案如下：本申請提供了一種混合腔型雙波長窄線寬光纖雷射器，線型腔和隨機腔，線型腔包括：第一泵浦雷射器、第二泵浦雷射器、第一波分復用器、第二波分復用器、第一光纖光柵法布裡——珀羅標準具、第二光纖光柵法布裡——珀羅標準具、偏振態控制裝置和摻雜光纖；

第一泵浦雷射器與第一波分復用器的第1埠相連，

第二泵浦雷射器與第二波分復用器的第1埠相連，

第一光纖光柵法布裡——珀羅標準具的其中一端與偏振態控制裝置的其中一端相連，

偏振態控制裝置的另一端與第一波分復用器的第2埠相連，

第二光纖光柵法布裡——珀羅標準具的其中一端與第二波分復用器的第2埠相連，以及

所述第一波分復用器和第二波分復用器的第3埠分別與摻雜光纖的兩端相連，從而構成線型腔；

所述隨機腔，接收線型腔輸出的兩束窄線寬雷射且輸出兩束波長相同超窄線寬布裡淵隨機雷射。

具體地，隨機腔包括第一光纖環行器、第二光纖環行器和單模光纖；

第一光纖光柵法布裡——珀羅標準具的另一端與第一光纖環形器的第1埠相連，

第二光纖光柵法布裡——珀羅標準具的另一端與第二光纖環形器的第1埠相連，

所述第一光纖環形器和第二光纖環形器的第2埠分別與單模光纖的兩端相連，從而構成隨機腔；

所述第一光纖環形器和第二光纖環形器的第3埠分別為雷射器的輸出端。

具體地，第一泵浦雷射器和第二泵浦雷射器的輸出波長980nm或1480nm波段。

具體地，所述第一光纖光柵法布裡——珀羅標準具和第二光纖光柵法布裡——珀羅標準具結構相同，所述第一光纖光柵法布裡——珀羅標準具由中心波長為1550nm波段、反射率為30-60％的光纖光柵構成；第一光纖光柵法布裡——珀羅標準具和第二光纖光柵法布裡——珀羅標準具的間距為0.5-1.5cm，總反射率為50-95％。

具體地，所述摻雜光纖為摻鉺光纖或摻鐿光纖或鉺鐿共摻光纖。

具體地，偏振態控制裝置為光纖環行偏振控制器或法拉第旋光器。

具體地，所述單模光纖長度大於等於5km。

具體地，還包括與第二光纖環行器連接的第二寬帶高速探測器、與第一光纖環行器連接的第一寬帶高速探測器。

本發明工作原理：本發明採用兩隻泵浦雷射器通過波分復用器分別從兩端注入摻雜光纖中，使摻雜光纖中的泵浦功率與其增益譜分布更加均勻,能夠使輸出光束更加穩定；在兩隻泵浦雷射器的泵浦下，摻雜光纖與兩對光纖光柵法布裡——珀羅標準具共同構成線型腔，同時通過調整偏振態控制裝置，使往返於線型腔中的光信號呈正交偏振態，抑制空間燒孔效應，從而在線型腔兩端輸出線寬一致、功率相同的窄線寬雷射；線型腔所輸出的兩束窄線寬雷射分別通過兩個光纖環行器的第一埠從兩端注入到單模光纖中，當注入光功率大於受激布裡淵閾值後，在單模光纖中的受激布裡淵效應的高增益作用下，並結合光纖中的瑞利散射形成的隨機反饋，將在單模光纖的兩端產生與泵浦光具有固定頻移量的超窄線寬布裡淵隨機雷射；最後，該超窄線寬布裡淵隨機雷射將與殘留泵浦光一起從兩個光纖環行器的第三埠輸出；通過對兩個光纖光柵法布裡——珀羅標準具施加相同的應變或溫度，以同時改變兩個標準具的中心反射波長，便可實現對線型腔輸出雷射中心波長的調諧，進一步對隨機布裡淵雷射中心波長調諧；由於該雷射器中產生的隨機布裡淵雷射相對於線型腔輸出雷射具有更窄的線寬，因此在任意光纖環形器的輸出埠連接寬帶高速探測器對輸出雷射進行光電轉換與頻譜分析後，可以測量得到線型腔輸出雷射的線寬，同時寬帶高速探測器將輸出一個帶寬與線型腔輸出雷射線寬相同的微波信號。

綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明的有益效果是：

1.本申請通過兩個泵浦雷射器發射的兩束雷射驅動線型腔且分別經過線型腔振蕩調諧對稱輸出兩束窄線寬雷射，線型腔輸出的兩束窄線寬雷射驅動隨機腔且經過隨機腔振蕩調諧對稱輸出兩束超窄線寬布裡淵隨機雷射，在同一系統中實現了兩種不同的腔型結構和兩種不同的增益機制，在同一泵浦源作用下同時實現了窄線寬的傳統雷射與隨機雷射的輸出，進一步本申請還克服了固定腔和隨機腔結合在一起實現雙波長中存在的固定腔難以為隨機腔提供有效泵浦光的技術壁壘，同時本申請還實現了同一泵浦源為兩個腔的雷射器輸出提供能量源，提高了泵浦源的利用率；

2.本發明線型腔產生雷射的機制是摻雜光纖在泵浦作用下因受激輻射形成增益，隨機腔產生雷射的機制是光纖在泵浦作用下由於受激布裡淵效應產生的受激放大形成增益，同時具備受激輻射與受激放大兩種混合增益機制，具有光路結構對稱與信號輸出對稱等優點；

3.光纖環行器連接寬帶高速探測器，對雙波長進行光電轉換和檢測，可以測量線型腔輸出雷射的線寬，同時能得到穩定的微波信號輸出；

4.合理設置光纖光柵、摻雜光纖、偏振態控制裝置、單模光纖等的參數結構，使得輸出的雙波長雷射更穩定。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。通過附圖所示，本發明的上述及其它目的、特徵和優勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。並未刻意按實際尺寸等比例縮放繪製附圖，重點在於示出本發明的主旨。

圖1是本發明混合腔型雙波長光纖雷射器的結構示意圖；

圖中標記：101-第一泵浦雷射器；102-第二泵浦雷射器；103-第一波分復用器；104-第二波分復用器；105-第一光纖光柵法布裡——珀羅標準具；106-第二光纖光柵法布裡——珀羅標準具；107-偏振態控制裝置；108-摻雜光纖；201-第一光纖環行器；202-第二光纖環行器；203-單模光纖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

實施例一

下面結合圖1對本發明作詳細說明。

本發明的涉及的一種混合腔型雙波長窄線寬光纖雷射器由a(線型腔)、b(隨機腔)兩部分組成，包括：第一泵浦雷射器101、第二浦雷射器102、第一波分復用器103、第二波分復用器104、第一光纖光柵法布裡——珀羅標準具105、第一光纖光柵法布裡——珀羅標準具106、偏振態控制裝置107、摻雜光纖108、第一光纖環行器201、第二光纖環行器20和單模光纖203。其中，所述第一泵浦雷射器101與第一波分復用器103的第1埠相連；所述第二泵浦雷射器102與第二波分復用器104的第1埠相連；所述第一光纖光柵法布裡——珀羅標準具105的其中一端與偏振態控制裝置107的其中一端相連；所述偏振態控制裝置107的另一端與第一波分復用器103的第2埠相連；所述第二光纖光柵法布裡——珀羅標準具106的其中一端與第二波分復用器104的第2埠相連；所述第一波分復用器103、第二波分復用器104的第3埠分別與摻雜光纖108的兩端相連；所述第一光纖光柵法布裡——珀羅標準具105的另一端與第一光纖環形器201的第1埠相連；所述第二光纖光柵法布裡——珀羅標準具106的另一端與第二光纖環形器202的第1埠相連；所述第一光纖環形器201、第二光纖環形器201的第2埠分別與單模光纖203的兩端相連；所述第一光纖環形器201、第二光纖環形器202的第3埠分別為雷射器的輸出端且分別連接寬帶高速探測器，整個雷射器呈對稱結構。

所述第一泵浦雷射器101、第二浦雷射器102的輸出波長980nm或1480nm波段。

所述摻雜光纖108為摻鉺光纖或摻鐿光纖或鉺鐿共摻光纖中的一種。

所述單模光纖203為普通單模光纖，長度不小於5km。

所述第一光纖光柵法布裡—珀羅標準具105、第二光纖光柵法布裡—珀羅標準具106由2個中心波長為1550nm波段、反射率為30-60％的光纖光柵fbg構成,兩個fbg的間距為0.5-1.5cm，總反射率為50-95％。兩個光纖光柵法布裡——珀羅標準具在線型諧振腔中作為諧振腔的反射鏡，並作為選模器件實現選模。通過對兩個光纖光柵法布裡——珀羅標準具同時施加相同應力或溫度，可以實現不同的波長輸出。

所述偏振態控制裝置107為光纖環行偏振控制器或法拉第旋光器。

所述光纖雷射器輸出雷射與寬帶高速探測器連接並進行光電轉換與頻譜分析後，可以測量得到線型諧振腔輸出雷射的線寬，同時寬帶高速探測器將輸出一個帶寬與線型諧振腔輸出雷射線寬相同的微波信號。