全光纤2μm波段双波长间隔可调掺铥光纤激光器

摘要

全光纤2μm波段双波长间隔可调掺铥光纤激光器，属于激光器制造技术领域，为了解决2μm波段双波长光纤激光器中双波长间隔较短，易受外界干扰的缺陷，该激光器激光二极管泵浦源与光纤放大器相接，光纤放大器输出端与波分复用器相连，波分复用器与掺铥光纤相连，掺铥光纤与50:50宽带耦合器的相连，50:50宽带耦合器与多模干涉滤波器相连，50:50宽带耦合器与多模干涉滤波器相连，从而使Sagnac环与多模干涉滤波器级联，构成复合滤波结构；50:50宽带耦合器与隔离器的输入端相连；隔离器的输出端与90:10宽带耦合器相连，波分复用器与90:10宽带耦合器相连构成环形腔，90:10宽带耦合器进行2μm双波长输出。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于复合多模干涉滤波器的全光纤结构2μm波段双波长间 隔可调谐激光器，属于激光器制造技术领域，该激光器可应用于微波光子学、 遥感、激光雷达等诸多领域。

背景技术

2μm波段光纤激光器是目前最具前景的激光技术之一，在激光医疗，气体 检测，自由空间光通信等方面具有广泛的应用。运行在2μm波段的双波长光纤 激光器更因其在微波光子学、光器件检测方面拥有独特的优势而逐渐受人们关 注。

中国专利“双波长可调谐掺铥光纤激光器”，公开号为CN101859975，如图1 所示，该装置结构如下：

双波长可调谐掺锈光纤激光器，由第一泵浦源1、第二泵浦源2、第一泵浦 光聚焦透镜3、第二泵浦光聚焦透镜4、第一分色镜5、第二分色镜6、掺铥光 纤7、输出端激光准直透镜8、反馈端激光准直透镜9、第一反射式体布拉格光 栅VBGl10、第二反射式体布拉格光栅VBG211和宽带介质膜高反射镜12组成。 第一泵浦源1的水平光路上依次放置第一泵浦光聚焦透镜3、第一分色镜5、掺 锈光纤7、第二分色镜6、第二泵浦光聚焦透镜4和第二泵浦源2；面向第一分色 镜5的垂直光路上放置输出端激光准直透镜8；面向第二分色镜6的垂直光路上 放置有反射端激光准直透镜9、反射式体布拉格光栅10、反射式体布拉格光栅 11和宽带介质膜高反射镜12。两个体布拉格光栅VBG110和VBG211作为谐 振腔端面反射元件，其中的介质膜反射镜12作为辅助元件来帮助实现VBG的 角度调谐。该技术方案采用采用双向泵浦结构，通过对两个体布拉格光栅VBG1 10和VBG211调节，最终得到双波长间隔可调50nm。

然而，由于2μm波段双波长光纤激光器采用体布拉格光栅结构，体布拉格 光栅的性能由光栅制作工艺所限，从而限制了双波长间隔调谐范围，且光栅成 本较高，不利于双波长光纤激光器的发展。同时，非全光纤结构的设计，使得 光纤需要与各种功能器件的自由空间耦合，这就需要增加一定数量的透镜和光 路对准调节机构，所以其易受外界环境干扰、实用性差。

发明内容

本发明为了解决现有技术2μm波段双波长光纤激光器中双波长间隔较短， 易受外界干扰的缺陷，提出了一种基于复合多模干涉滤波器的全光纤结构2μm 双波长间隔可调谐激光器，其得到的双波长输出最小间隔3nm，最大间隔80nm， 且边模抑制比较高，约60dB，波长输出稳定，调谐简便、制造成本低。

本发明采取如下技术方案：

全光纤2μm波段双波长间隔可调掺铥光纤激光器，其特征是，该激光器由 激光二极管泵浦源、光纤放大器、波分复用器、掺铥光纤、50:50宽带耦合器、 多模干涉滤波器、隔离器和90:10宽带耦合器组成；激光二极管泵浦源与光纤放 大器相接，光纤放大器输出端与波分复用器的a端相连，波分复用器的c端与掺 铥光纤一端相连，掺铥光纤另一端与50:50宽带耦合器的d端相连，50:50宽带 耦合器的f端与多模干涉滤波器一端相连，50:50宽带耦合器的g端与多模干涉 滤波器另一端相连，从而使Sagnac环与多模干涉滤波器级联，构成复合滤波结 构；50:50宽带耦合器的e端与隔离器的输入端相连；隔离器的输出端与90:10 宽带耦合器的k端相连，波分复用器的b端与90:10宽带耦合器的h端相连构成 环形腔，90:10宽带耦合器的i端进行2μm双波长输出。

所述90:10宽带耦合器的第一输出端i为10％输出端，第二输出端h为90％ 输出端。

本发明的有益效果是：

本发明输出双波长间隔可调谐的2μm波段掺铥光纤激光器，其可得到双波 长最小间隔3nm，最大间隔80nm的稳定激光输出。调谐范围(80nm)是目前查阅 到的最好结果(双波长间隔调谐范围50nm)的1.6倍。克服了现有2μm波段双波 长光纤激光器非全光纤，易受外界环境干扰，调谐范围窄，成本较高的特点。 首先，2μm波段可调谐双波长输出可在微波光子学和光器件检测等领域有较为 广泛的应用前景。其次，本发明采用Sagnac环和多模干涉滤波器级联，得到的 复合滤波器产生双波长间隔可调谐激光输出，双波长间隔调谐范围大，边模抑 制比高。最后，本发明采用全光纤结构，损耗低，性能稳定，易于与光纤系统 集成。且成本较低，具有较高的性价比。

附图说明

图1为现有技术双波长掺铥光纤激光器示意图。

图2本发明双波长间隔可调掺铥光纤激光器结构示意图。

图3为本发明应力相关多模干涉滤波器结构示意图。

图4-7为本发明双波长间隔可调光谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图2所示，2μm波段双波长间隔可调掺铥光纤激光器，其由波长为 1565nm的激光二极管泵浦源13、掺铒光纤放大器14、1560/2000nm波分复用器 15(“/”表示“和”)、单包层掺铥光纤16、2μm波段的50:50宽带耦合器17、应力 相关多模干涉滤波器18、2μm波段的隔离器19、2μm波段的90:10宽带耦合器 20连接而成环形激光谐振腔。

激光二极管泵浦源13与掺铒光纤放大器14相接，将泵浦功率设置为 30dBm。掺铒光纤放大器14的输出端与波分复用器15的a端相连，将泵浦光注 入到环形腔中。波分复用器15的c端与掺铥光纤16一端相连，由此而产生2 μm增益信号。掺铥光纤16的另一端与50:50宽带耦合器17的d端相连，50:50 宽带耦合器17的f端与多模干涉滤波器18一端相连，50:50宽带耦合器17的g 端与多模干涉滤波器18另一端相连，从而使Sagnac环与多模干涉滤波器18级 联，构成复合滤波结构，通过对复合滤波结构中多模干涉滤波器18的扭转和按 压实现双波长间隔3nm-80nm输出的控制。50:50宽带耦合器17的e端与隔离器 19的输入端相连，从而保证了光信号在谐振腔中的单项运转。隔离器19的输出 端与90:10宽带耦合器20的k端相接。波分复用器15的b端与90：10宽带耦 合器20的h端相连，90:10宽带耦合器20的i端为10％端，进行激光输出，h 端为90％端，提供光反馈。由此形成环形腔结构光纤激光器，各器件连接均采 用光纤熔接。

如图3所示，多模干涉滤波器18的结构为：多模光纤18-1直接嵌入光纤旋 转器18-3的V型槽中，光纤锁紧器18-4设置在光纤旋转器18-3两侧将多模光 纤18-1锁紧，旋转螺丝18-2设置在光纤旋转器18-3上方对多模光纤18-1施加 应力，并可转动光纤旋转器18-3来扭曲多模光纤18-1，改变多模光纤18-1有效 长度，从而改变干涉峰值，实现可调谐滤波；

如图4-7所示，泵浦功率设置为30dBm时，通过复合滤波结构中多模干涉 滤波器18的扭转和按压实现对偏振态的控制，从而实现对双波长间隔3nm-80nm 输出的控制。90:10宽带耦合器20的i端激光采用2μm波段光纤光谱分析仪和 2μm波段光功率计测量。