基于光纤耦合器熔锥光栅的光纤激光器

摘要

基于光纤耦合器熔锥光栅的光纤激光器，涉及一种激光器，适用于光纤通信领域。解决了线性腔激光器温度稳定性差，增加温控装置会增加成本，环形腔激光器需要环形器，价格昂贵的问题。该激光器的第一泵浦源(41)接第一波分复用器(51)的第一端口，第一波分复用器(51)的第二端口接耦合器的第1端口(31)，第一波分复用器(51)的第三端口接第一有源单模光纤(11)的一端，第一有源单模光纤(11)的另一端接耦合器的第三端口(33)，激光信号从耦合器的第四端口(34)输出；刻写在耦合器熔锥区的第一光纤光栅(21)的长度小于耦合器熔锥区的长度，并且在耦合器熔锥区的两端均有未刻光栅的区域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光器，适用于光纤通信领域。

背景技术

1960年，世界上第一台红宝石激光器问世，经过近五十年的发展，目前， 激光器已经发展为包括半导体激光器、光纤激光器、CO₂激光器、自由电子激光 器等多种基理不同的庞大激光器体系。综合考虑各类激光器的优缺点，光纤激 光器以其光束质量好，结构紧凑、热效率低、光-光转换效率高等特点得到广大 科研工作者的青睐，并且在基础应用领域展现出其巨大的经济效益和社会效益。

目前，基于包层抽运技术的光纤激光器以其光束质量好、转换效率高以及 结构紧凑等特点吸引了人们的广泛关注。2004年光纤激光器的单纤输出功率达 到千瓦量级，2009年IPG公司报道已实现了单纤万瓦的单模激光输出。但随着 功率的增加，SBS、SRS和FWM等各种非线性效应使得光束质量严重降低，并且 成为进一步增加激光功率的巨大障碍。大模场面积LMA光纤的提出成为一种可 行的方法，在保持光功率密度不变的情况下，增大光纤半径可以有效增加光纤 所能承载的光功率，为大功率光纤激光器的制备提供了必要的前提。但由于光 纤半径增加幅度有限，过大的光纤半径使得模场变的复杂，光束质量得不到保 证，因此该方法能够解决的问题受到光纤尺寸的限制。另一种方法为主控振荡 器的功率放大器MOPA，这种方法可以有效增加激光器功率，而且输出激光的质 量很高，但同样受到单根光纤光功率承载能力的限制。

光纤激光器在通信领域发挥着不可替代的作用，多波长，窄线宽的光纤激 光器一直以来都是通信领域追求的目标，目前光纤激光器已经可以实现多波长， 窄线宽激光的输出，转换的效率高，对推动光通信的进步起到了相当重要的作 用。

光纤激光器由于采用有源光纤作为增益介质，长度相比其它激光器更长， 而且多数采用光纤光栅作为滤波器件，温度稳定性差，当采用两个光栅构成的 线性腔时，由于两个光栅的参数不可能完全一致，而且随温度的变化也并非一 致，这使得输出激光的消光比、功率等参数很难保持稳定。要使激光器性能稳 定，多数需要添加温度控制装置，这将大大增加激光器的成本，复杂程度提高。 而只需一个光纤光栅的环形腔则需要环形器，环形器的价格高，大大增加了激 光器的成本。

所以，目前光纤激光器，所面临的困难是线性腔结构温度稳定性差，若增 加温控装置，将大幅度提高激光器的成本，便携性大大降低，而环形腔结构则 需要环形器，价格昂贵。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：目前光纤激光器的线性腔结构温度稳定性 差，若增加温控装置，将大幅度提高激光器的成本，便携性大大降低，而环形 腔结构则需要环形器，价格昂贵。

本发明的技术方案为：

基于光纤耦合器熔锥光栅的光纤激光器，该激光器包括第一有源单模光纤， 耦合器，刻写在耦合器熔锥区的第一光纤光栅，第一泵浦源，第一波分复用器， 各器件的连接方式为：

第一泵浦源接第一波分复用器的第一端口，第一波分复用器的第二端口接 耦合器的第一端口，第一波分复用器的第三端口接第一有源单模光纤的一端， 第一有源单模光纤的另一端接耦合器的第三端口，激光信号从耦合器的第四端 口输出。

刻写在耦合器熔锥区的第一光纤光栅的长度小于耦合器熔锥区的长度，并 且在耦合器熔锥区的两端均有未刻光栅的区域；第一光纤光栅中心与耦合器熔 锥区中心不重合。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：

传统线性腔光纤激光器的双光纤光栅结构中两个光纤光栅随环境变化情况 不可能完全一致，这将会导致中心波长的偏离，使得输出激光在中心波长的功 率下降，带宽变宽；本发明将第一光纤光栅刻写在耦合器熔锥区可以使用一个 光纤光栅实现传统两个光纤光栅构成的线性腔的功能，提高了激光器在中心波 长功率的稳定性，带宽不随温度变化，所以不需要温度控制设备，激光器的体 积大大减小，成本也降低。相比传统的环形腔光纤激光器，本发明不使用环形 器，成本大大降低。

附图说明

图1为第一光纤光栅中心与耦合器熔锥区中心不重合的基于光纤耦合器熔 锥光栅的光纤激光器。

图2为第一光纤光栅中心与耦合器熔锥区中心重合的基于光纤耦合器熔锥 光栅的光纤激光器。

图3为三个光纤光栅的基于光纤耦合器熔锥光栅的光纤激光器。

图4为采用3×3耦合器的基于光纤耦合器熔锥光栅的光纤激光器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施方式一

基于光纤耦合器熔锥光栅的光纤激光器，如图1，该激光器包括第一有源单 模光纤11，耦合器，刻写在耦合器熔锥区的第一光纤光栅21，第一泵浦源41， 第一波分复用器51，各器件的连接方式为：

第一泵浦源41接第一波分复用器51的第一端口，第一波分复用器51的第 二端口接耦合器的第一端口31，第一波分复用器51的第三端口接第一有源单模 光纤11的一端，第一有源单模光纤11的另一端接耦合器的第三端口33，激光 信号从耦合器的第一端口31或第四端口34输出。

刻写在耦合器熔锥区的第一光纤光栅21的长度小于耦合器熔锥区的长度， 并且在耦合器熔锥区的两端均有未刻光栅的区域；第一光纤光栅21中心与耦合 器熔锥区中心不重合。

实施方式二

基于光纤耦合器熔锥光栅的光纤激光器，如图2，该激光器包括第一有源单 模光纤11，耦合器，刻写在耦合器熔锥区的第一、第二光纤光栅21、22，第一 泵浦源41，第一波分复用器51，各器件的连接方式为：

第一泵浦源41接第一波分复用器51的第一端口，第一波分复用器51的第 二端口接耦合器的第一端口31，第一波分复用器51的第三端口接第一有源单模 光纤11的一端，第一有源单模光纤11的另一端接耦合器的第三端口33，耦合 器的第二端口32接第二光纤光栅22，激光信号从耦合器的第四端口34输出；

刻写在耦合器熔锥区的第一光纤光栅21的长度小于耦合器熔锥区的长度， 并且在耦合器熔锥区的两端均有未刻光栅的区域；第一光纤光栅21中心与耦合 器熔锥区中心重合。

第一光纤光栅21的带宽小于第二光纤光栅22的带宽，中心波长相同。

实施方式三

实施方式三，如图3，它与实施方式二区别：

耦合器的第四端口34接第三光纤光栅23的一端，激光信号从第三光纤光 栅23的另一端输出。

第一光纤光栅21的带宽小于第二光纤光栅22的带宽，中心波长相同。第 二光纤光栅22和第三光纤光栅23的带宽和中心波长均相同，第二光纤光栅22 的中心波长反射率大于第三光纤光栅23。

实施方式四

基于光纤耦合器熔锥光栅的光纤激光器，如图4，该激光器包括第一有源单 模光纤11，3×3耦合器，刻写在耦合器熔锥区的第一光纤光栅21，第一、第二 泵浦源41、42，第一、第二波分复用器51、52，各器件的连接方式为：

3×3耦合器的第一端口31接第一波分复用器51的第二端口，第一波分复 用器51的第一端口接第一泵浦源41，第一波分复用器51的第三端口接第一有 源单模光纤11的一端，第一有源单模光纤11的另一端接3×3耦合器的第三端 口33。

3×3耦合器的第五端口35接第二波分复用器52的第二端口，第二波分复 用器52的第一端口接第二泵浦源42，第二波分复用器52的第三端口接第二有 源单模光纤12的一端，第二有源单模光纤12的另一端接3×3耦合器的第六端 口36。

激光信号从3×3耦合器的第一端口31或第四端口34输出。

刻写在3×3耦合器熔锥区的第一光纤光栅21的长度小于耦合器熔锥区的 长度，并且在3×3耦合器熔锥区的两端均有未刻光栅的区域。

第一光纤光栅21中心与耦合器熔锥区中心不重合。