一种单端泵浦光谱补偿的高平坦C+L波段宽带光源

摘要

本发明提供了一种单端泵浦光谱补偿的高平坦C+L波段宽带光源系统，包括依次连接的一个泵浦源、第一波分复用器、第一掺铒光纤、耦合器、连接至所述耦合器的第一路输出的第二掺铒光纤和第二波分复用器、连接至所述第二波分复用器的环形镜、和连接到所述第一波分复用器的隔离器，其中所述耦合器的第二路输出连接至所述第二波分复用器，所述第一掺铒光纤和第二掺铒光纤的长度不同但掺杂浓度相同，所述耦合器的第一路输出的功率小于第二输出的功率。本发明的单端泵浦光谱补偿的高平坦C+L波段宽带光源结构简单，具有较低成本，并且可以获得高平坦光输出的ASE光源，其具有重要的理论意义和应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及激光器领域，特别涉及一种单端泵浦光谱补偿的高平坦 C+L波段宽带光源。

背景技术

光纤激光器作为一种具有广阔应用前景的激光光源，具有宽带可调 谐、较高的信噪比、较窄的输出激光线宽等优势，可广泛地应用于光纤传 感、光纤通信、光学加工等领域。光纤激光器由泵浦源、谐振腔和增益介 质三部分构成。

目前，放大的自发辐射光源（Amplified Spontaneous Emission，ASE） 具有高平坦度、输出光谱宽、高的输出功率、长久的使用寿命等优势，在 光通信、光纤传感、光器件测试等领域有广泛的应用。当前市场化的宽带 光源多为超辐射发光二极管,而基于稀土掺杂铒光纤放大自发辐射(ASE) 的宽带光源由于具有内在极宽的发射谱、高的输出功率、易于与光纤系统 耦合和使用寿命长等优点,从而成为制作非相干宽带光源的最佳选择。这 使得稀土掺杂宽带光源的研究更加迫切。

目前，国内对于宽带C+L波段ASE光源研究已经取得了很大的进展， 采用双级双程、三级双泵浦等结构，结合多级不同浓度的掺铒光纤 （Erbium-Doped Optical Fiber,EDF）已经实现C+L波段ASE输出。2004 年南开大学高伟清等人在1539.2-1600.6nm光谱范围内实现平坦度± 2.8dB光输出；2007年集美大学王秀琳等人采用双通道输出结构在 1527-1605nm光谱范围内获得平坦度±2.1dB光输出；2010年西安石油大 学贾振安等人采用三级双泵浦结构在1543-1603nm光谱范围内实现平坦度 ±1.3dB光输出。然而，为获得高平坦C+L波段光输出，现有技术中实现 的这些系统结构往往采用多个激光二极管（Laser Diode,LD）泵浦源对不 同掺杂浓度掺铒光纤泵浦。另外，针对不同的结构，系统中往往还需要插 入一个或多个隔离器、环形镜等光学器件，造成C+L波段ASE光源系统复 杂且价格较贵。

因此，需要一种结构简单，具有较低成本，并且可以获得高平坦光输 出的ASE光源，其具有重要的理论意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用短腔式光纤激光器的输出纵模特性 来精确测量测场的方法和系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种单端泵浦光谱补偿的高平坦C+L波 段宽带光源系统，包括依次连接的一个泵浦源、第一波分复用器、第一掺铒 光纤、耦合器、连接至所述耦合器的第一路输出的第二掺铒光纤和第二波分 复用器、连接至所述第二波分复用器的环形镜、和连接到所述第一波分复用 器的隔离器，其中所述耦合器的第二路输出连接至所述第二波分复用器，所 述第一掺铒光纤和第二掺铒光纤的长度不同但掺杂浓度相同，所述耦合器的 第一路输出的功率小于第二路输出的功率。

优选地，所述泵浦源是激光二极管泵浦源，其中心波长为980nm。

优选地，所述第一掺铒光纤的长度小于所述第二掺铒光纤的长度。

优选地，所述第一掺铒光纤的长度为0.12m。

优选地，所述第二掺铒光纤的长度为16m。

优选地，所述泵浦源发出的泵浦光束通过所述第一波分复用器对所述第 一掺铒光纤以单程后向方式进行泵浦，形成C波段输出。

优选地，所述耦合器的第二路输出通过所述第二波分复用器对所述第二 掺铒光纤泵浦形成L波段输出。

优选地，所述第一波分复用器和所述第二波分复用器均为1×2结构。

优选地，所述耦合器的分光比为第一路输出功率：第二路输出功率=10： 90。

优选地，所述环形镜包括耦合器，所述耦合器的分光比为k=0.50。

根据本发明的单端泵浦光谱补偿的高平坦C+L波段宽带光源结构简 单，具有较低成本，并且可以获得高平坦光输出的ASE光源，其具有重要 的理论意义和应用价值。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释， 并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实 施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出根据本发明的单端泵浦光谱补偿的高平坦C+L波段宽 带光源系统；

图2示出了图1中的环形镜的工作原理图；

图3示出根据本发明的单端泵浦光谱补偿的高平坦C+L波段宽带光源 系统的C+L波段ASE输出波形图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附 图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目 的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示 范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是 帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

针对本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为 便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所 述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际 制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

本发明提供了一种C+L波段放大的自发辐射宽带光源（ASE），本发明 的光源仅使用一支激光二极管作为泵浦源，采用两段长度不同但是掺杂浓 度完全相同掺铒光纤作为增益介质，结合一支耦合器、一支全反镜、两支 波分复用器、一支隔离器就可以实现在1540nm-1610nm波段范围内的光谱 高平坦输出。

图1示意性示出根据本发明的单端泵浦光谱补偿的高平坦C+L波段宽 带光源系统。如图1所示，根据本发明的C+L波段宽带光源系统100包 括依次连接的一个泵浦源101、第一波分复用器（WDM）102、第一掺铒 光纤（EDF）103、耦合器104、连接至耦合器104的第一路输出的第二 掺铒光纤（EDF）105和第二波分复用器106、耦合器104的第二路输出 连接至第二波分复用器106，连接至第二波分复用器106的环形镜（FLM） 107和连接到第一波分复用器（WDM）102的隔离器（ISO）108。

泵浦源101优选是激光二极管泵浦源，其中心波长优选根据第一掺 铒光纤（EDF）103和第二掺铒光纤（EDF）105的掺杂稀土的吸收谱线 来确定。根据本发明的一个优选实施例，泵浦源101的中心波长为 980nm。

根据本发明的一个实施例，第一掺铒光纤103和第二掺铒光纤105 优选为长度不同但掺杂浓度相同的两段掺铒光纤，分别用于产生C波段 和L波段的自发辐射宽带光源光。优选地,第一掺铒光纤103和第二掺 铒光纤105为低掺杂浓度光纤，更优选地，第一掺铒光纤103和第二掺 铒光纤105在1530和976nm波长处的吸收系数为2dB/m。

优选地，第一掺铒光纤103的长度小于第二掺铒光纤105的长度。 泵浦源101发出的泵浦光束沿如图1所示的箭头的方向通过第一波分复 用器102，对第一掺铒光纤103以单程后向方式进行泵浦，形成C波段 输出；耦合器104的第二路输出通过第二波分复用器106对第二掺铒光 纤105泵浦，形成L波段输出。根据本发明的光源系统使用相同掺杂浓 度的两段掺铒光纤就可以实现较高的平坦输出，同时通过调整两段掺铒 光纤的长度可以获取不同波段的输出。

优选地,第一掺铒光纤103和第二掺铒光纤105的芯径均为10/125 μm。

第一波分复用器102和第二波分复用器106均为1×2结构，且工 作波长为980/1550nm。

为了产生L波段光，耦合器104的分光比按如下方式选择，即第一 路输出的功率小于第二路输出的功率，优选地，第一路输出功率：第二 路输出功率=10：90。如图1所示，第一路输出P1:第二路输出的P2的 功率分光比为10:90。

隔离器108的作用在于防止端面回波对输出光造成影响。

图2示出了图1中的环形镜107的工作原理图。如图2所示，根据 本发明的环形镜107通过熔接耦合器1071的两个输出端制成。当信号 光P_in从信号输入端201输入时，在耦合器1051的两个输出端口被分为 两束光，即沿图中逆时针传输的P₁光和沿顺时针传输的P₂光，这两束 光P₁和P₂经过传输后在耦合器1071处相干，从信号输入端201输出反 射光P_r，从信号输出端202输出透射光P_t。设耦合器1071的分光比为k， 在忽略耦合器1071本身损耗和光纤损耗的前提下，当入射光功率为P_in时，反射功率P_r和透射功率P_t分别为

P_r=4k(1-k)P_in  （3）

P_t=(1-2k)²P_in  （4）

由式(3)和(4)可得光纤环形镜的反射率R和透射率T分别为

R=4k(1-k)  （5）

T=(1-2k)²  （6）

因此当分光比k=0.50时，R=1，T=0，环形镜105具有最高反射率， 起到环形射镜的作用。因此，根据本发明的优选实施方案，环形镜107 中的耦合器1071的分光比为50:50，即分光比k=0.50。环形镜107的 工作波长优选为1550nm。

回到图1，第一掺铒光纤103的作用是产生后向C波段ASE输出， 调节输出平坦度。在图1中A点处包含由第一掺铒光纤103形成的前向 （如图1中的箭头D1所示）C波段ASE光和一部分来自泵浦源101的泵 浦光，经耦合器分104的耦合分为两路输出,其中第二路输出P2的输 出端经第二波分复用器106对第二掺铒光纤105进行泵浦，该路泵浦中 含有C波段的ASE光和泵浦光，使第二掺铒光纤105产生前向（如图1 中的箭头D2所示）L波段ASE输出。由于形成L波段光输出需要二次吸 收过程，因此第二掺铒光纤105需要采用比第一掺铒光纤103更长的长 度。耦合器104的第一路输出P1的输出端对第二掺铒光纤105进行泵 浦（图1所示的B点），产生后向C波段ASE输出。由于第一掺铒光纤 103会产生较强的后向C波段ASE输出，其长度对C+L波段ASE宽带光 源中C波段输出有较大影响。

在制作如图1所示的根据本发明的单端泵浦光谱补偿的高平坦C+L 波段宽带光源系统100时，首先，搭建C+L波段宽带光源系统100，包括 依次连接的一个泵浦源101、第一波分复用器102、耦合器104、连接至 耦合器104第一路输出的第二掺铒光纤105和第二波分复用器106、耦 合器104的第二路输出连接至第二波分复用器106，连接至第二波分复 用器106的环形镜107和连接到第一波分复用器（WDM）102的隔离器 108。在该搭建过程中，不熔接第一掺铒光纤103，仅使用第二掺铒光纤 105产生L波段ASE输出，通过调整第二掺铒光纤105长度和泵浦源101 的泵浦电流来获得平坦的L波段光输出。根据本发明的一个优选实施例， 在100mA的泵浦电流条件下，第二掺铒光纤105采用16m长度即可以获 得较平坦的L波段ASE输出。

接下来，为了实现C+L波段的平坦输出，在耦合器104和第一波分 复用器102之间熔接第一掺铒光纤103，用于产生后向C波段光输出， 以调节C波段和L波段输出平坦度。第一掺铒光纤103通过尝试采用 0.1m-2m范围之间的不同长度，例如2m、0.5m、0.2m、0.1m等，同时改 变泵浦源101的泵浦电流大小进行调节，以实现最佳匹配。在实验中发 现，若第一掺铒光纤103的长度过长，则C波段光输出大过L波段光输 出；如第一掺铒光纤103的长度过短，则C波段光输出小于L波段光输 出，且C+L波段是否能输出平坦的波形并不依赖于泵浦源的泵浦电流的 大小。根据本发明的一个优选实施例，第一掺铒光纤103的长度优选为 0.12m，第二掺铒光纤105的长度优选为16m，泵浦源的泵浦电流优选为 140mA，此时可以获得平坦C+L波段ASE光输出曲线，如图3所示。特 别的，如图3所示的在1540nm-1610nm波段范围内，光谱的平坦度＜± 0.99dB。

根据本发明的单端泵浦光谱补偿的高平坦C+L波段宽带光源结构简 单，具有较低成本，并且可以获得高平坦光输出的ASE光源，其具有重要 的理论意义和应用价值。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本 领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性 的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。