双输出端口两倍布里渊频移波长间隔的多波长光纤激光器

摘要

本发明公开了一种双输出端口两倍布里渊频移波长间隔的多波长光纤激光器，包括可调谐窄线宽激光器、三端口光环形器、3X3光纤耦合器、第一光放大器、第一单模光纤、第一光隔离器、第二光放大器、第二单模光纤、第二光隔离器，用作布里渊泵浦的可调谐窄线宽激光经过3X3光纤耦合器的上、下两个环形腔分别产生奇阶和偶阶的布里渊斯托克光，奇阶布里渊斯托克斯光从光环形器的第三端口输出，偶阶布里渊斯托克斯光从3X3光纤耦合器的一个端口输出。该发明的结构简单，可实现波长间隔为两倍布里渊频移的布里渊多波长光纤激光的双端口输出。这种双端口输出的布里渊多波长光纤激光器在光通信、微波光子及光纤传感领域具有潜在应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光器，尤其是涉及一种双输出端口两倍布里渊频移波长间隔的多波长光纤激光器。

背景技术

多波长光纤激光器在光通信系统中，能有效降低系统成本和优化光端机的设计，在大容量密集波分复用系统中有重要的应用前景。另外，在光子技术产生微波信号领域，室温稳定、窄线宽的多波长光纤激光器可以获得高质量的可调超高频微波信号，多波长光纤激光器在微波光子滤波系统中还可以作为微波光子滤波器的抽头，可以替代激光器阵列获得大的抽头数，大大降低系统成本。多波长光纤激光器可应用于光纤传感系统中，以实现高灵敏度及灵敏度可调的传感性能。

多波长布里渊光纤激光器由于在室温下可以实现波长间隔固定、线宽窄的多波长输出，因而一直被人们广泛研究。多波长布里渊光纤激光器的波长间隔取决于受激布里渊散光纤的材料特性，一般石英光纤的布里渊频移值约为11GHz，因此多波长布里渊光纤激器的波长间隔为11GHz。为了拓宽波长间隔，研究者提出了一些方案(OPTICS EXPRESS,Jan.2011,Vol.19,No.3,IEEE Photonics Journal,Oct.2012,Vol.4,No.5) ，可以实现两倍布里渊频移波长间隔的多波长输出。这些两倍布里渊频移波长间隔的多波长光纤激光器的实现方案，一般都是单输出端口，为增加光纤激光器的应用灵活性，为行业应用提供更多选择方案，研究双输出端口或多输出端口的两倍布里渊频移波长间隔的光纤激光器很有必要。双输出端口的两倍布里渊频移波长间隔的光纤激光器报道很少，文献(IEEE PhotonicsJournal,Aug.2012,Vol.4,No.4)报道了一个双输出端口的两倍布里渊频移波长间隔的多波长光纤激光器，由于只有一种非线性布里渊增益，输出的奇阶和偶阶布里渊斯托克斯光功率很不平坦。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种输出的奇阶和偶阶布里渊斯托克斯光功率平坦、结构简单的双输出端口两倍布里渊频移波长间隔的多波长光纤激光器。

本发明的目的是这样实现的：

一种双输出端口两倍布里渊频移波长间隔的多波长光纤激光器，特征是：包括可调谐窄线宽激光器1、三端口光环形器2、3X3光纤耦合器3、第一光放大器4、第一单模光纤5、第一光隔离器6、第二光放大器7、第二单模光纤8、第二光隔离器9；

可调谐窄线宽激光器1的输出端口与三端口光环形器2的第一端口21相连，三端口光环形器2的第二端口22与3X3光纤耦合器3的a端的a2端口相连，三端口光环形器2的第三端口23用作光纤激光器的奇阶布里渊斯托克斯光输出口，即光纤激光器的第一输出端口；3X3光纤耦合器3 的b端的b2端口用作光纤激光器的偶阶布里渊斯托克斯光输出口，即光纤激光器的第二输出端口；

3X3光纤耦合器3 的b端的b1端口连接第一光放大器4的一个端口，第一光放大器4的另一个端口连接第一单模光纤5的一端，第一单模光纤5的另一端连接第一光隔离器6的输出端，第一光隔离器6的输入端连接到3X3光纤耦合器3 的a端的a1端口，光纤环路b1-4-5-6-a1-b1构成光纤激光器的上光环形腔；

3X3光纤耦合器3 的a端的a3端口连接第二光放大器7的一个端口，第二光放大器7的另一个端口连接第二单模光纤8的一端，第二单模光纤8的另一端连接第二光隔离器9的输出端，第二光隔离器9的输入端连接到3X3光纤耦合器3 的b端的b3端口，光纤环路a3-7-8-9-b3-a3构成光纤激光器的下光环形腔。

所述可调谐窄线宽激光器1为C波段窄线宽半导体激光器，输出波长及功率均连续调谐，输出功率的最大值为13dBm,线宽低于1MHz。

所述第一光放大器4、第二光放大器7均为掺铒光纤放大器，由980泵浦激光器、掺铒光纤和1550/980波分复用器连接而成。980泵浦激光器的最大输出功率可达400mW。

所述两卷的第一单模光纤5和第二单模光纤8均为具有相同布里渊频移值(约为10GHz)的单模光纤。

所述第一光隔离器6用以保证奇阶布里渊斯托克斯光在整个上光环形腔的单向放大传输，第二光隔离器9用以保证偶阶布里渊斯托克斯光在整个下光环形腔的单向放大传输。

工作原理：

可调谐窄线宽激光器1输出的窄线宽激光用作布里渊泵浦光BP，该布里渊泵浦光BP由三端口光环形器2的第一端口21进入,由三端口光环形器2的第二端口22经3X3光纤耦合器3的a端的a2端口进入到3X3光纤耦合器3 的b端的b1端口,然后经第一光放大器4放大，当放大的光功率超过第一单模光纤5的受激布里渊散射阈值时,会产生传播方向与布里渊泵浦光BP传播方向相反的频率下移一个布里渊频移的背向散射光，即第一阶布里渊斯托斯光BS1,第一阶布里渊斯托克斯光BS1经第一光放大器4放大后,经3X3光纤耦合器3的b端的b1端口,再传输到3X3光纤耦合器3的a端；放大的第一阶布里渊斯托斯光BS1在3X3光纤耦合器3的a端沿三条光路耦合输出：第一部BS1分经3X3光纤耦合器3的a2端口从三端口光环形器2的第三端口23输出，即光纤激光器的第一输出端口输出,第二部分BS1经3X3光纤耦合器3的a1端口进入上光环形腔进行放大再输出，第三部分BS1经3X3光纤耦合器3的a3端口进入下光环形腔作为激发第二阶布里渊斯托克斯光BS2的布里渊泵浦，第三部BS1分先经第二光放大器7放大，当放大的第三部分BS1的功率高于第二单模光纤8的受激布里渊散射阈值时，会产生传播方向与第一阶布里渊斯托斯光BS1传播方向相反的频率下移一个布里渊频移的背向散射光，即第二阶布里渊斯托斯光BS2,类似地，第二阶布里渊斯托斯光BS2经第二光放大器7放大后,经3X3光纤耦合器3的a端的a3端口传输到3X3光纤耦合器3的b端；第二阶布里渊斯托斯光BS2在3X3光纤耦合器3的b端沿三条光路耦合输出：第一部分BS2经3X3光纤耦合器3的b2端口输出，即光纤激光器的第二输出端口输出, 第二部分BS2经3X3光纤耦合器3的b3端口进入下光环形腔进行放大再输出，第三部分BS2经3X3光纤耦合器3的b1端口进入上光环形腔作为激发第三阶布里渊斯托克斯光BS3的布里渊泵浦，依此规律，上光环形腔不断产生各奇阶布里渊斯托克斯光从三端口光环形器2的第三端口23输出，即光纤激光器的第一输出端口输出，下光环形腔不断产生各偶阶布里渊斯托克斯光，从3x3光纤耦合器3的b端的b2端口输出，即光纤激光器的第二输出端口输出；只要产生各阶布里渊斯托克斯光对应的布里渊泵浦功率大于相应单模光纤的受激布里渊散射阈值功率，更高阶的奇阶布里渊斯托克斯光和偶阶布里渊斯托克斯光就能够一直产生，从而得到两输出端口的间隔两倍布里渊频移波长间隔的多波长激光输出，一直到第一单模光纤5或第二单模光纤8中的受激布里渊散射发生的条件不满足时为止，将不再产生更高阶的布里渊斯托克斯光。

本发明采用一只3X3光纤耦合器，连接两个双向光放大器、两只光隔离器和具有相同布里渊频移的两段单模光纤构成两个光环形腔，实现奇阶布里渊斯托克斯光和偶阶布里渊斯托克斯光，分别从两个光环形腔输出，实现两倍布里渊频移波长间隔的多波长光纤激光的双端口输出。

本发明通过采取对各阶布里渊斯托克斯光进行泵浦预放大两次，然后作为下一阶布里渊斯托克斯光的布里渊泵浦，同时光纤激光器两个输出端口（奇阶布里渊斯托克斯光输出端口和偶阶布里渊斯托克斯输出端口）输出的各阶布里渊斯托克斯光也都经过了一次功率增益后再输出，这样一方面各阶布里渊斯托克斯光功率可以得到有效放大，以便得到相对更高功率的下一阶布里渊斯托克斯光，从而使得光纤激光器两个输出端口的两倍布里渊频移波长间隔的多波长光纤激光功率更大，更平坦。

因此，本发明具有输出的奇阶和偶阶布里渊斯托克斯光功率平坦、结构简单的优点这种双输出端口的布里渊多波长光纤激光器在光通信、微波光子及光纤传感领域具有潜在应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图1中的附图标记为：1-可调谐窄线宽激光器，2-三端口光环形器，21、22、23分别为三端口光环形器的第一端口、第二端口和第三端口，3-3X3光纤耦合器，a1、a2、a3、b1、b2、b3分别为3X3光纤耦合器a端的三个端口和b端的三个端口，4-第一光放大器，5-第一单模光纤，6-第一光隔离器，7-第二光放大器， 8-第二单模光纤，9-第二光隔离器；

图2是实施例中实验测得的第一输出端口输出的两倍布里渊频移波长间隔的多波长激光，即偶阶布里渊斯托克斯光；

图3是实施例中实验测得的第二输出端口输出的两倍布里渊频移波长间隔的多波长激光，即奇阶布里渊斯托克斯光。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，双端输出两倍布里渊频移波长间隔的多波长光纤激光器，包括可调谐窄线宽激光器1、三端口光环形器2、3X3光纤耦合器3、第一光放大器4、第一单模光纤5、第一光隔离器6、第二光放大器7、第二单模光纤8、第二光隔离器9；

可调谐窄线宽激光器1的输出端口与三端口光环形器2的第一端口21相连，三端口光环形器2的第二端口22与3X3光纤耦合器3的a端的a2端口相连，三端口光环形器2的第三端口23用作光纤激光器的奇阶布里渊斯托克斯光输出口，即光纤激光器的第一输出端口；3X3光纤耦合器3 的b端的b2端口用作光纤激光器的偶阶布里渊斯托克斯光输出口，即光纤激光器的第二输出端口；

3X3光纤耦合器3 的b端的b1端口连接第一光放大器4的一个端口，第一光放大器4的另一个端口连接第一单模光纤5的一端，第一单模光纤5的另一端连接第一光隔离器6的输出端，第一光隔离器6的输入端连接到3X3光纤耦合器3 的a端的a1端口，光纤环路b1-4-5-6-a1-b1构成光纤激光器的上光环形腔；

3X3光纤耦合器3 的a端的a3端口连接第二光放大器7的一个端口，第二光放大器7的另一个端口连接第二单模光纤8的一端，第二单模光纤8的另一端连接第二光隔离器9的输出端，第二光隔离器9的输入端连接到3X3光纤耦合器3 的b端的b3端口，光纤环路a3-7-8-9-b3-a3构成光纤激光器的下光环形腔。

可调谐窄线宽激光器1输出的窄线宽激光用作布里渊泵浦光BP，该布里渊泵浦光BP由三端口光环形器2的第一端口21进入,由三端口光环形器2的第二端口22经3X3光纤耦合器3 的a端的a2端口进入到3X3光纤耦合器3 的b端的b1端口,然后经第一光放大器4放大，当放大的光功率超过第一单模光纤5的受激布里渊散射阈值时,会产生传播方向与布里渊泵浦光BP传播方向相反的频率下移一个布里渊频移的背向散射光，即第一阶布里渊斯托斯光BS1,第一阶布里渊斯托克斯光BS1经第一光放大器4放大后,经3X3光纤耦合器3的b端的b1端口,再传输到3X3光纤耦合器3的a端；放大的第一阶布里渊斯托斯光BS1在3X3光纤耦合器3的a端沿三条光路耦合输出：第一部BS1分经3X3光纤耦合器3的a2端口从三端口光环形器2的第三端口23输出，即光纤激光器的第一输出端口输出,第二部分BS1经3X3光纤耦合器3的a1端口进入上光环形腔进行放大再输出，第三部分BS1经3X3光纤耦合器3的a3端口进入下光环形腔作为激发第二阶布里渊斯托克斯光BS2的布里渊泵浦，第三部BS1分先经第二光放大器7放大，当放大的第三部分BS1的功率高于第二单模光纤8的受激布里渊散射阈值时，会产生传播方向与第一阶布里渊斯托斯光BS1传播方向相反的频率下移一个布里渊频移的背向散射光，即第二阶布里渊斯托斯光BS2,类似地，第二阶布里渊斯托斯光BS2经第二光放大器7放大后,经3X3光纤耦合器3的a端的a3端口传输到3X3光纤耦合器3的b端；第二阶布里渊斯托斯光BS2在3X3光纤耦合器3的b端沿三条光路耦合输出：第一部分BS2经3X3光纤耦合器3的b2端口输出，即光纤激光器的第二输出端口输出, 第二部分BS2经3X3光纤耦合器3的b3端口进入下光环形腔进行放大再输出，第三部分BS2经3X3光纤耦合器3的b1端口进入上光环形腔作为激发第三阶布里渊斯托克斯光BS3的布里渊泵浦，依此规律，上光环形腔不断产生各奇阶布里渊斯托克斯光从三端口光环形器2的第三端口23输出，即光纤激光器的第一输出端口输出，下光环形腔不断产生各偶阶布里渊斯托克斯光，从3x3光纤耦合器3的b端的b2端口输出，即光纤激光器的第二输出端口输出；只要产生各阶布里渊斯托克斯光对应的布里渊泵浦功率大于相应单模光纤的受激布里渊散射阈值功率，更高阶的奇阶布里渊斯托克斯光和偶阶布里渊斯托克斯光就能够一直产生，从而得到两输出端口的间隔两倍布里渊频移波长间隔的多波长激光输出，一直到第一单模光纤5或第二单模光纤8中的受激布里渊散射发生的条件不满足时为止，将不再产生更高阶的布里渊斯托克斯光。

这样，通过上光环形腔产生奇阶布里渊斯托克斯光，下光环形腔里产生偶阶布里渊斯托克斯光，并使奇阶布里渊斯托克斯光和偶阶布里渊斯托克斯光从不同的端口输出，便得到两倍布里渊频移波长间隔的布里渊多波长激光器的双输出端口。

所述可调谐窄线宽激光器1为C波段窄线宽半导体激光器，输出波长及功率均连续调谐，输出功率的最大值为13dBm,线宽低于1MHz。实施例实验中，泵浦波长BPW为1556.9nm，功率BPP为12dBm。

所述第一光放大器4、第二光放大器7均为掺铒光纤放大器，由980泵浦激光器、掺铒光纤和1550/980波分复用器连接而成。980泵浦激光器的最大输出功率可达400mW。实施例实验中第一光放大器4和第二光放大器7所用的掺铒光纤长度均为10m，两个980泵浦激光器的输出功率P1=P2=150mW。

所述两卷的第一单模光纤5和第二单模光纤8均为具有相同布里渊频移值(约为10GHz)的普通单模光纤，实施例实验中第一单模光纤5的长度L1为20km，第二单模光纤8的长度L2为9.6km。

所述第一光隔离器6用以保证奇阶布里渊斯托克斯光在整个上光环形腔的单向放大传输，第二光隔离器9用以保证偶阶布里渊斯托克斯光在整个下光环形腔的单向放大传输。

以上对本发明的工作过程进行了详细说明，对本领域的普通技术人员来说，依据本发明提供的思想，在具体实施的方式上可能有改变之处，如采用不同分光比的3X3光纤耦合器，这些改变也应视为本发明的保护范围。