一种环形腔可调谐单频单偏振光纤激光器

摘要

本发明涉及一种环形腔可调谐单频单偏振光纤激光器，它包括：光纤型梳状反射器(1)、光纤型梳状滤波器(2)、稀土掺杂光纤(3)、2×2光纤耦合器(4)、第一光纤隔离器(7)、第二光纤隔离器(8)和激光输出端(9)；用光纤型梳状反射器提供光反馈，同时用光纤型梳状滤波器提供腔内滤波，在光纤型梳状反射器与光纤型梳状滤波器中至少有一个是偏振相关的，且至少有一个是可调谐的。通过调谐光纤型梳状反射器的反射峰位置，或调谐光纤型梳状滤波器的透射峰位置，或对光纤型梳状反射器与滤波器进行联合调谐，实现可调谐单频单偏振激光输出。本发明工艺简单、能实现大范围波长可调谐单频单偏振激光输出，可广泛用于光纤技术的各个领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种可调谐光纤激光器，特别是由梳状反射器和梳状滤波器与掺稀土元素光纤构成环形激光谐振腔的大范围波长可调谐单频单偏振光纤激光器。

背景技术

大范围波长可调谐单频单偏振激光器在大容量长距离光纤通信系统、光纤和光电子器件与系统测量、以及光纤传感等领域具有广阔的应用前景。尤其是光纤型激光器，由于其与光纤系统完全匹配，没有光耦合问题，与传统的半导体激光器相比具有独特的优点。目前用于实现波长可调谐单频单偏振激光输出的光纤激光器技术方案主要有：(a)由多个光纤光栅在几个特定波长上提供光反馈，结合腔内可调滤波器实现可调谐激光输出(IEEE PhotonicsTechnology Letters，17(7)，pp.1387-1389，2005)；(b)用可调谐光纤光栅提供光反馈，腔内采用光纤偏振器进行偏振态控制(发明专利，申请号：200310122025.0)；(c)由可调谐光纤光栅提供光反馈，结合腔内滤波器实现可调谐激光输出(实用新型专利，申请号：03277023.5)；(d)在环形腔内加入大范围可调谐滤波器和光纤偏振器实现可调谐单频单偏振激光输出(IEEE Photonics Technology Letters，2(11)，pp.787-789，1990)等。其中(a)所述激光器只能在光纤光栅所对应的少数几个波长上实现激光波长的切换。(b)和(c)则受到光纤光栅调谐范围的限制，仅可实现在几个纳米上的波长调谐。(d)虽然能够实现在整个增益谱内的大范围波长调谐，但大范围可调谐窄带滤波器本身的制作难度与成本均很高，限制了这种可调谐光纤激光器的发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对可调谐单频单偏振光纤激光器领域所存在的上述问题，提供一种大范围波长可调谐、工艺简单、成本低廉、性能稳定且易于工业化生产的单频单偏振环形腔光纤激光器。

本发明的技术方案是该激光器包括：光纤型梳状反射器、光纤型梳状滤波器、稀土掺杂光纤、2×2光纤耦合器、半导体激光器、波分复用器、第一光纤隔离器、第二光纤隔离器和激光输出端；用光纤型梳状反射器提供光反馈，同时用光纤型梳状滤波器提供腔内滤波，在光纤型梳状反射器与光纤型梳状滤波器当中至少有一个是偏振相关的，且至少有一个是可调谐的：通过调谐光纤型梳状反射器的反射峰位置，或调谐光纤型梳状反射器的透射峰位置，或对光纤型梳状反射器与滤波器进行联合调谐，实现可调谐单频单偏振激光输出。所述的光纤型梳状反射器是指具有固定或可调谐的多波长梳状反射谱的光纤器件，所述的光纤型梳状滤波器是指具有固定或可调谐的多波长梳状透射谱的光纤器件。光纤型梳状反射器的反射谱与光纤型梳状滤波器的透射谱具有不同的峰值波长间隔。

所发明的环形腔单频单偏振光纤激光器各部件间的连接方式是：半导体激光器与波分复用器的泵浦光输入端相连，波分复用器的输出端与第一光纤隔离器的输入端相连，再以次与稀土掺杂光纤和光纤型梳状滤波器进行串接，光纤型梳状滤波器的输出端与第二光纤隔离器的输入端相接，第二光纤隔离器的输出端与2×2光纤耦合器的一臂连接，耦合器同侧的另一臂与波分复用器的信号光输入端相连，构成环形腔结构，2×2光纤耦合器另一侧的一臂与光纤型梳状反射器的反射端相接，其余一臂为激光输出端。通过调谐梳状反射器或梳状滤波器，或对二者进行联合调谐，使得对于特定的线偏振光，在希望获得激光输出的波长位置上梳状反射器的某一反射峰与梳状滤波器的某一透射峰发生重合，而在其它波长上梳状反射器的反射峰与梳状滤波器的透射峰均不发生重合，从而在该波长上获得单频单偏振激光输出。其显著特点在于采用光纤型梳状反射器提供光反馈的同时，在腔内采用光纤型梳状滤波器进行滤波，因此，只需对梳状反射器或梳状滤波器的光谱进行小范围调节即可实现激光器输出波长的大范围调谐，大大降低了器件的制作难度与制作成本，易于进行工业化生产。

所述的光纤型梳状反射器是：(a)光纤型法布里-泊罗梳状反射器、(b)光纤型法布里-泊罗可调谐梳状反射器、(c)在普通光纤上制作的取样光纤光栅梳状反射器、(d)在双折射光纤上制作的偏振相关取样光纤光栅梳状反射器、(e)取样光纤光栅可调谐梳状反射器、(f)高双折射光纤Sagnac环型梳状反射器、(g)高双折射光纤Sagnac环型可调谐梳状反射器、(h)光纤麦克尔逊干涉仪型梳状反射器或(i)光纤型梳状反射器的反射端与光纤偏振器相接构成的偏振相关光纤型梳状反射器；所述的光纤型梳状滤波器是：(a)光纤型法布里-泊罗梳状滤波器、(b)光纤型法布里-泊罗可调谐梳状滤波器、(c)由光纤环形器与在普通光纤上制作的取样光纤光栅构成的光纤型梳状滤波器、(d)由光纤环形器与在双折射光纤上制作的偏振相关取样光纤光栅构成的偏振相关光纤型梳状滤波器、(e)由光纤环形器与取样光纤光栅构成的光纤型梳状滤波器、(f)高双折射光纤Sagnac环型梳状滤波器、(g)光纤Sagnac环型可调谐梳状滤波器、(h)光纤马赫-曾德尔干涉仪型梳状滤波器或(i)由光纤型梳状滤波器与光纤偏振器相接构成的偏振相关光纤型梳状滤波器。

与已有技术方案相比，本发明具有的有益效果：器件结构简单、易于制作、成本低廉、可在稀土掺杂光纤的整个增益谱范围内获得稳定的可调谐单频单偏振激光输出。

附图说明

图1环形腔可调谐单频单偏振光纤激光器基本组成结构图

图2环形腔可调谐单频单偏振光纤激光器的具体实施方式一

图3环形腔可调谐单频单偏振光纤激光器的具体实施方式二

图4环形腔可调谐单频单偏振光纤激光器的具体实施方式三

图5光纤Sagnac环型梳状滤波器透射谱(细实线)与光纤Sagnac环型可调谐梳状反射器的反射谱(粗实线)

图6由光纤Sagnac环型可调谐梳状反射器与光纤Sagnac环型梳状滤波器组成的可调谐光纤激光器的输出谱

其中：1.光纤型梳状反射器；2.光纤型梳状滤波器；3.稀土掺杂光纤；4.2×2光纤耦合器；5.半导体激光器；6.波分复用器；7.第一光纤隔离器、8.第二光纤隔离器；9.激光输出端。

具体实施方式

图2、图3和图4是本发明的三种具体实施方式。

实施方式一，见图2。

光纤型梳状反射器1选用高双折射光纤Sagnac环型偏振相关可调谐梳状反射器，光纤型梳状滤波器2选用不可调谐且偏振无关的高双折射光纤Sagnac环型梳状滤波器；所构成的环形腔可调谐单频单偏振光纤激光器的连接方式：半导体激光器5与波分复用器6的泵浦光输入端相连，波分复用器6的输出端与第一光纤隔离器7的输入端相连，再以次与稀土掺杂光纤3和高双折射光纤Sagnac环型梳状滤波器2进行串接，高双折射光纤Sagnac环型梳状滤波器2的输出端与第二光纤隔离器8的输入端相接，第二光纤隔离器8的输出端与2×2光纤耦合器4的一臂连接，2×2光纤耦合器4同侧的另一臂与波分复用器6的信号光输入端相连，构成环形腔结构，2×2光纤耦合器4另一侧的一臂与高双折射光纤Sagnac环型偏振相关可调谐梳状反射器1的反射端相接，其余一臂为激光输出端9。

实施方式二，见图3。所构成的环形腔可调谐单频单偏振光纤激光器与实施方式一的区别是：光纤型梳状反射器1选用在双折射光纤上制作的偏振相关可调谐取样光纤光栅梳状反射器，光纤型梳状滤波器2仍选用不可调谐且偏振无关的高双折射光纤Sagnac环型梳状滤波器。

实施方式三，见图4。所构成的环形腔可调谐单频单偏振光纤激光器与实施方式一的区别是：光纤型梳状反射器1选用在双折射光纤上制作的不可调谐的偏振相关取样光纤光栅梳状反射器，光纤型梳状滤波器2选用光纤型法布里-泊罗偏振无关可调谐梳状滤波器。

下面以实施方式一的环形腔可调谐单频单偏振光纤激光器为例对本发明实现可调谐单频单偏振激光输出的具体过程作进一步说明。激光器中的稀土掺杂光纤为掺铒光纤。图5所示为高双折射光纤Sagnac环型梳状滤波器的透射谱(细实线)以及经调谐后高双折射光纤Sagnac环型偏振相关可调谐梳状反射器的反射谱(粗实线)，在1549.2nm处，梳状反射器的反射峰与梳状滤波器的透射峰重合，因此在该波长上激光器具有最低的腔损耗和激光阈值。由于激光模式之间的竞争，其它波长上的光模式均被抑制，从而获得单频激光输出。图6为与图5的反射谱所对应的激光输出谱。通过调谐偏振相关光纤Sagnac环型可调谐梳状反射器使其反射谱与高双折射光纤Sagnac环型梳状滤波器的透射谱在其它波长上出现峰值重迭，激光器将在该波长位置上获得激光输出，实现激光波长的调谐。