基於取樣光柵對的雙波長單縱模光纖雷射器的製作方法

2023-11-07 01:04:57

專利名稱：基於取樣光柵對的雙波長單縱模光纖雷射器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於光纖光柵和光纖雷射器領域，特別涉及一種基於取樣光柵對的雙 波長單縱模光纖雷射器。
背景技術：
隨著光纖技術的迅猛發展，雙波長光纖雷射器有著廣泛應用。高重複頻率超短光 脈衝序列及微波射頻信號的產生都需要穩定的雙波長單縱模光纖雷射器作為光源。雙波長 光纖雷射器通常採用線性腔或環形腔結構，用摻鉺或鉺鐿共摻光纖作為增益物質，並均是 通過光纖光柵濾波技術等到雙波長輸出的。取樣光纖光柵是折射率沿光纖光柵方向被一個 取樣函數周期性調製的光纖Bragg光柵，其平均折射率，折射率調製深度、光柵周期及取樣 長度和取樣周期直接影響其濾波頻譜的特性。在光波分復用系統中的多波長光纖雷射器通 常是用取樣光柵進行多波長濾波。

發明內容本實用新型的目的是提供一種基於取樣光柵對的雙波長單縱模光纖雷射器，它通 過對取樣光柵參數進行設計達到雙峰濾波的效果，利用兩個參數完全相同的取樣光柵作為 腔鏡構成光纖雷射器諧振腔，將取樣光柵對間隔一定距離刻寫在摻雜光纖上，利用摻雜光 纖作為雷射器的激勵物質使通過取樣光柵濾得的光波得到放大，最後得到雙波長單縱模激 光輸出。本實用新型的技術解決方案一種基於取樣光柵對的雙波長單縱模光纖雷射器 (見圖1)，包括泵浦源(1)、隔離器(2)、雷射器腔結構(3)、摻雜光纖(4)，泵浦源的輸出端 與隔離器一埠(2-1)相連接；隔離器另一埠(2-2)與雷射器腔結構(3)的一端相連接； 雷射器腔結構(3)的另一端為該雷射器的輸出端，其特徵在於將具有雙峰濾波特性的取樣 光柵間隔一定距離刻寫在摻雜光纖(4)上構成取樣光柵對，形成雷射器諧振腔結構。上述所說的取樣光柵為雙波長單縱模光纖雷射器諧振腔的腔鏡，由一個長度為 L1均勻光柵和一個長度SL2的無光柵光纖交替分布構成一個取樣光柵，即L1L2 L1 L2…… L2L1L2 L1 (見圖2)，其首尾均為均勻光柵部分，其中L2無光柵光纖的等效相移為π相移，L1 均勻光柵的等效相移不受限制，M個取樣周期的取樣光柵可等效為N個π相移的相移光柵， N = Μ-1。上述所說的取樣光柵對形成的雷射器腔結構(3)，是在摻雜光纖(4)上刻寫兩個 上述取樣光柵，並在兩個取樣光柵之間引入0相移量構成的取樣光柵對；取樣光柵對是在 兩個參數完全相同的取樣光柵(3-1)與(3-2)中間引入0相移量形成的，其相移分布量要 滿足…Ji ππππΟππππ π…的結構(見圖3)，取樣光柵對根據中間間隔長 度有不同結構方式。上述所說的取樣光柵對根據中間間隔長度具有的不同結構方式可包括如下兩種 結構方式，結構I其0相移量為等效相移量，由一段無光柵光纖等效而成，其相移量為2 π的m倍，m= 1，2，3···;結構II其0相移量為絕對0相移量，其相移量為的m倍，m = 0。上述所說的取樣光柵對中的結構I (見圖4)的具體結構是由參數完全相同的上 述兩個取樣光柵相隔一定的距離Ltl構成取樣光柵對，即L1L2 L1L2……L2L1L2 L1L0 L1L2 L1 L2……L2L1L2 L1，其中L1為均勻光柵的長度；L2無光柵光纖的長度，等效於在光柵之間引入 一個η相移；Ltl為取樣光柵對的間距，為一段無光柵光纖的長度，等效於在光柵對之間引 入0相移。上述所說的取樣光柵對中的結構II (見圖5)的具體結構是由參數完全相同的上 述兩個取樣光柵間距為零構成取樣光柵對，即L1L2L1L2……L2L1L2L1OL1L2L1 L2……L2L1L2 L1, 其中L1為均勻光柵的長度；L2無光柵光纖的長度，等效於在光柵之間引入一個π相移；兩 取樣光柵的間距為零，其等效Φ為O相移。上述所說的取樣光柵中無光柵光纖等效π相移指相移量為π的奇數倍，其相移 量由公式4 π IlrffL2/λ決定，nrff是有效折射率，L2是無光柵光纖的長度，λ是雷射器中振 蕩波長；取樣光柵對中間間隔無光柵光纖等效O相移指相移量為π的偶數倍，其相移量由 公式4 π IlrffLtl/λ決定，nrff是有效折射率，Ltl是無光柵光纖的長度，λ是雷射器中振蕩波 長。上述所說的泵浦源(1)選擇半導體雷射器，波長可以為980nm或1480nm。上述所說的隔離器(2)可以選擇980nm隔離器或光波分復用器WDM。上述所說的摻雜光纖(4)可以選擇摻鉺光纖或鉺鐿共摻光纖。本實用新型的原理通過調整取樣光柵的取樣佔空比(在一個周期中均勻光柵部 分與無光柵光纖部分的比值)及周期數可以得到雙峰的反射譜。根據相移光柵的理論，引 入一個η相移就會在反射峰中產生一個透射窄峰，首先在兩個段均勻光柵之間引入一段 等效相移為η的無光柵光纖使布拉格光柵反射峰分裂成為兩個反射峰，此時其反射峰值 較低，再通過取樣光柵的周期結構使雙峰峰值變高。又由雷射器諧振腔理論可知，兩段均勻 光柵中間的無光柵光纖的長度直接影響在布拉格光柵反射峰帶寬中存在的模式數，所以在 本實用新型中調整佔空比保證一個布拉格反射峰只被分裂成兩個反射峰，而不會有多峰存 在。由上述條件所限制的取樣光柵其反射譜中具有雙峰結構。在本實用新型中在兩個上述取樣光柵之間引入一個0相移結構，其可為無光柵光 纖等效0相移亦可為絕對0相移量。同樣根據相移光柵理論在此引入的0相移會形成π 相移變化，致使在取樣光柵的雙反射峰中分別打開一個透射窗口，形成窄帶透射峰。根據雷射器原理可知，雷射的輸出是由諧振腔反射鏡的反射譜、激勵物質的增益 普及可在諧振腔中存在光波的模式所決定。在本實用新型中，單個取樣光柵的反射譜為腔 鏡的反射譜、摻雜光纖的增益譜為激勵物質的增益譜和取樣光柵對決定了可在諧振腔中可 震蕩的模式。由於摻雜光纖的增益普很寬，所以本實用新型中的雙波長光纖雷射器的輸出 有單個取樣光柵的反射譜和取樣光柵的透射譜共同決定。通過改變取樣光柵對的參數，我們可以改變雙波長的間隔。單個取樣光柵的反 射峰決定了兩個雙波長的間隔f，其中單個取樣光柵的反射峰是與取樣光柵的取樣周期 Lperiod成反比的，見下式
Λ,1Δ/ = —-[0019]所以雙波長的間隔可以通過改變取樣光柵對的取樣周期來實現。本實用新型的優越性在於(1)本實用新型是在高濃度摻雜光纖上刻寫取樣光柵 對構成短雷射腔的，因而其體積小；(2)本實用新型使用器件少，外界影響影響因素少，插 入損耗低；(3)本實用新型還可通過設計取樣光柵對的參數而等到可調諧的雙波長雷射， 因而靈活性強。


圖1為本實用新型所涉一種基於取樣光柵對的雙波長單縱模光纖雷射器的結構 示意圖，其中1-泵浦源，2"隔離器，3-雷射器腔結構，4-摻雜光纖，2-1和2-2為隔離器的 輸入埠和輸出埠，3-1和3-2均為取樣光柵。圖2為系統結構圖1中取樣光柵結構及相移量分布示意圖，Ji代表相移等效相移 量，其中3-1-1/3-2-1為取樣光柵的取樣周期；3-1-2/3-2-2為取樣光柵的取樣；！^為取樣 光柵中均勻光柵；L2為取樣光柵中無光柵光纖，其等效相移為π相移。圖3為本實用新型光纖雷射器的取樣光柵對的相移量分布示意圖，3-1和3-2均為 取樣光柵，整個取樣光柵對是參數完全相同的兩個取樣光柵間隔0相移刻寫在高摻雜光纖 (4)上而構成的，其中橫向是光傳播方向，縱向是折射率調製方向，η和0代表相移等效相 移量。圖4為取樣光柵對結構I結構示意圖，其中3-1和3-2均為取樣光柵；！^為取樣光 柵中均勻光柵；L2為取樣光柵中無光柵光纖，其等效相移為π相移；Ltl為取樣光柵對中間 間隔無光柵部分，其等效相移為0相移。圖5為取樣光柵對結構II結構示意圖，其中3-1和3-2均為取樣光柵為取樣 光柵中均勻光柵；L2為取樣光柵中無光柵光纖，其等效相移為π相移；Φ為取樣光柵對中 間間隔為零長度等效的0相移。
具體實施方式
實施例本發明光纖雷射器是由980nm泵浦源(1)、980nm/C波段光波分復用器 (即WDM)⑵及在鉺鐿共摻光纖⑷上形成的雷射器腔結構(3)所構成(見圖1)，圖中，泵 浦源(1)提供980nm連續泵浦光；WDM(2)起到對1550nm和980nm的光波耦合與分束的作 用，並對產生的雷射器起隔離作用；取樣光柵對是在鉺鐿共摻光纖上刻寫的，不僅作為了諧 振腔而且起到了選頻作用；光譜儀用於觀察光纖雷射器輸出雙波長的頻譜。取樣光柵對是由參數完全相同的兩個取樣光柵(3-1)與(3-2)相隔一定距離放置 構成的。每個取樣光柵均為均勻取樣光柵，取樣光柵由10個取樣周期組成，每個取樣周期 由均勻光柵部分和無光柵光纖部分構成，其佔空比為0. 75。兩個取樣光柵中間間隔為等效 0相移的無光柵光纖或絕對0相移結構分別見圖4和圖5。實施例1是本實驗結構的一種模型，取樣光柵結構為結構I (見附圖4)。980nm連 續泵浦光⑴從WDM (2)的980nm埠輸入，泵浦光(1)通過WDM (2)傳輸到其980nm/1550nm 埠輸出並進入刻寫了取樣光柵對的鉺鐿共摻光纖(4)上，鉺鐿共摻光纖(4)末端焊接了 FC/PC接頭並連接到光譜儀。其中刻寫在鉺鐿共摻光纖(4)上的取樣光柵參數為光柵周 期為530. 47nm，有效折射率為1. 46，取樣周期為4001個光柵周期，取樣長度為3000. 5個光柵周期，10個取樣周期，兩個取樣光柵間隔為1000個取樣周期，此取樣光柵結構的相位分 布圖見附圖4。實施例2是本實驗結構的另一種模型，取樣光柵結構為結構I (見附圖4)。 980nm連續泵浦光(1)從WDM⑵的980nm埠輸入，泵浦光(1)通過WDM⑵傳輸到其 980nm/1550nm埠輸出並進入刻寫了取樣光柵對的鉺鐿共摻光纖(4)上，鉺鐿共摻光纖 (4)末端焊接了 FC/PC接頭並連接到光譜儀。其中刻寫在鉺鐿共摻光纖(4)上的取樣光柵 參數為光柵周期為530. 47nm，有效折射率為1. 46，取樣周期為6000. 5個光柵周期，取樣長 度為4300個光柵周期，7個取樣周期，兩個取樣光柵間隔為1000個取樣周期，此取樣光柵結 構的相位分布圖見附圖4。實施例3是本實驗結構的再一種模型，取樣光柵結構為結構II (見附圖5)。 980nm連續泵浦光(1)從WDM⑵的980nm埠輸入，泵浦光(1)通過WDM⑵傳輸到其 980nm/1550nm埠輸出並進入刻寫了取樣光柵對的鉺鐿共摻光纖(4)上，鉺鐿共摻光纖 (4)末端焊接了 FC/PC接頭並連接到光譜儀。其中刻寫在鉺鐿共摻光纖(4)上的取樣光柵 參數為光柵周期為530. 47nm，有效折射率為1. 46，取樣周期為4000. 5個光柵周期，取樣長 度為3200個光柵周期，10個取樣周期，兩個取樣光柵間無間隔連接，即兩取樣光柵中間間 隔長度為0。此取樣光柵結構的相位分布圖見附圖5。
權利要求一種基於取樣光柵對的雙波長單縱模光纖雷射器，包括泵浦源(1)、隔離器(2)、雷射器腔結構(3)、摻雜光纖(4)，泵浦源的輸出端與隔離器埠(2-1)相連接；隔離器埠(2-2)與雷射器腔結構(3)的一端相連接；雷射器腔結構(3)的另一端為該雷射器的輸出端，其特徵在於將具有雙峰濾波特性的取樣光柵間隔一定距離刻寫在摻雜光纖(4)上構成取樣光柵對，形成雷射器諧振腔結構。
2.根據權利要求1所說的一種基於取樣光柵對的雙波長單縱模光纖雷射器，其特徵在 於所說的取樣光柵為雙波長單縱模光纖雷射器諧振腔的腔鏡，由一個長度為L1均勻光柵和 一個長度為L2的無光柵光纖交替分布構成一個取樣光柵，即L1L2L1L2……L2L1L2L1，其首尾均 為均勻光柵部分，其中L2無光柵光纖的等效相移為π相移，L1均勻光柵的等效相移不受限 制，M個取樣周期的取樣光柵可等效為N個π相移的相移光柵，N = M-I。
3.根據權利要求1所說的一種基於取樣光柵對的雙波長單縱模光纖雷射器，其特徵 在於所說的取樣光柵對形成的雷射器腔結構(3)，是在摻雜光纖(4)上刻寫兩個上述取樣 光柵，並在兩個取樣光柵之間引入0相移量構成的取樣光柵對；取樣光柵對是在兩個參數 完全相同的取樣光柵(3-1)與(3-2)中間引入0相移量形成的，其相移分布量要滿足… π π π π πΟπ π π π π…的結構，取樣光柵對根據中間間隔長度有不同結構方式。
4.根據權利要求1所說的一種基於取樣光柵對的雙波長單縱模光纖雷射器，其特徵 在於所說的取樣光柵對根據中間間隔長度具有的不同結構方式可包括如下兩種結構方式 結構I其0相移量為等效相移量，由一段無光柵光纖等效而成，其相移量為2 π的m倍，m =1，2，3···，其由參數完全相同的上述兩個取樣光柵相隔一定的距離Ltl構成取樣光柵對， 即L1L2L1L2……L2L1L2L1L0L1L2L1L2……L2L1L2L1，其中L1為均勻光柵的長度，L2無光柵光纖 的長度，等效於在光柵之間引入一個η相移，Ltl為取樣光柵對的間距，為一段無光柵光纖 的長度，等效於在光柵對之間引入0相移；結構II其0相移量為絕對0相移量，其相移量 為2π的m倍，m = 0，由參數完全相同的上述兩個取樣光柵間距為零構成取樣光柵對，即 L1L2L1L2……L2L1L2L1OL1L2L1L2……L2L1L2L1，其中L1為均勻光柵的長度，L2無光柵光纖的長 度，等效於在光柵之間引入一個η相移，兩取樣光柵的間距為零，其等效Φ為O相移。
5.根據權利要求1所說的一種基於取樣光柵對的雙波長單縱模光纖雷射器，其特徵 在於所說的取樣光柵中無光柵光纖等效η相移指相移量為η的奇數倍，其相移量由公式 4JineffL2/A決定，neff是有效折射率，L2是無光柵光纖的長度，λ是雷射器中振蕩波 長；取樣光柵對中間間隔無光柵光纖等效O相移指相移量為π的偶數倍，其相移量由公式 4 JineffLO/λ決定，neff是有效折射率，LO是無光柵光纖的長度，λ是雷射器中振蕩波長。
6.根據權利要求1所說的一種基於取樣光柵對的雙波長單縱模光纖雷射器，其特徵在 於所說的泵浦源(1)選擇半導體雷射器，波長可以為980nm或1480nm;所說的隔離器(2)可 以選擇980nm隔離器或光波分復用器WDM;所說的摻雜光纖(4)可以選擇摻鉺光纖或鉺鐿 共摻光纖。
專利摘要一種基於取樣光柵對的雙波長單縱模光纖雷射器，包括泵浦源(1)、隔離器(2)、雷射器腔結構(3)、摻雜光纖(4)，泵浦源的輸出端與隔離器埠(2-1)相連接；隔離器埠(2-2)與雷射器腔結構(3)的一端相連接；雷射器腔結構(3)的另一端為該雷射器的輸出端，其特徵在於將具有雙峰濾波特性的取樣光柵間隔一定距離刻寫在摻雜光纖(4)上構成取樣光柵對，形成雷射器諧振腔結構。本實用新型的優越性(1)在高濃度摻雜光纖上刻寫取樣光柵對構成短雷射腔的，因而其體積小；(2)使用器件少，外界影響影響因素少，插入損耗低；(3)還可通過設計取樣光柵對的參數而等到可調諧的雙波長雷射，因而靈活性強。
文檔編號H01S3/0941GK201639143SQ20102010148
公開日2010年11月17日 申請日期2010年1月26日 優先權日2010年1月26日
發明者張愛玲, 田力 申請人:天津理工大學