一种波长可调谐单偏振单频环形腔光纤激光器

摘要

本发明的一种波长可调谐单偏振单频环形腔光纤激光器属于光纤激光器技术领域，其结构有泵浦源(1)、波分复用器(2)、掺铒光纤(3)、光纤偏振器(4)、保偏光纤(5)、带通滤波器(6)、光隔离器(7)、2×2光耦合器(8)、两模渐变折射率光纤(9)、光纤环行器(10)和偏振控制器(11)。本发明采用紧凑简单的设计结构获得高质量的激光输出，实用性强，不但具有单频特性，而且具有单偏振特性，既适合用于高速光纤通信系统，又适合用于偏振敏感光纤系统。

说明书

技术领域

本发明属于光纤激光器技术领域，具体涉及一种波长可调谐单偏振单频环形腔光纤激光器。

背景技术

光纤激光器具有成品率高、散热性好、与光纤系统耦合效率高等特点，其在光纤通信、光生微波、光纤传感等领域具有广阔的应用价值，如中国专利CN103852092A公开的模式干涉环形腔光纤激光传感器将模式干涉传感和光纤激光谐振结合起来，可用于对位移、温度、应变等各类物理量的传感测量。目前掺铒光纤激光器多运转在多纵模状态，这限制了其在高速光纤通信系统中的应用，为此研究人员提出采用相移光纤光栅、反高斯切趾光纤布拉格光栅、超短腔法、饱和吸收体法、复合腔法等来保证输出激光具有单频特性。但是在目前现有技术中单频光纤激光器多存在两个正交的偏振模式，这限制了其在偏振敏感光纤系统中的应用，为此研究人员提出采用光纤偏振器、保偏光纤光栅、自注入锁定来保证输出激光具有单偏振特性。但是在目前现有技术中，上述光纤激光器存在制作工艺要求较高，结构较为复杂，难以同时实现单频和单偏振特性等缺点。

经文献及专利查新检索，迄今尚未见相同结构的波长可调谐单偏振单频环形腔光纤激光器的专利报导。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服背景技术中的光纤激光器的多纵模振荡和非单一偏振态输出的问题，提供一种波长可调谐单偏振单频环形腔光纤激光器。

本发明的技术方案如下：

一种波长可调谐单偏振单频环形腔光纤激光器，其结构有泵浦源1、波分复用器2、掺铒光纤3、带通滤波器6、光隔离器7、2×2光耦合器8和光纤环行器10，其特征在于，结构还有光纤偏振器4、保偏光纤5、两模渐变折射率光纤9和偏振控制器11；其中所述的带通滤波器6是可调谐带通滤波器；

泵浦源1的输出端口与波分复用器2的980nm端口相连，波分复用器2的1550nm端口与光纤偏振器4的一端相连，光纤偏振器4的另一端与保偏光纤5的一端相连，保偏光纤5的另一端与带通滤波器6的输入端相连，带通滤波器6的输出端与光隔离器7的输入端相连，光隔离器7的输出端与2×2光耦合器8的1端口相连，2×2光耦合器8的3端口与两模渐变折射率光纤9的一端相连，两模渐变折射率光纤9的另一端与光纤环行器10的2端口相连，光纤环行器10的3端口与偏振控制器11的一端相连，偏振控制器11的另一端与光纤环行器10的1端口相连，2×2光耦合器8的2端口与掺铒光纤3的一端相连，掺铒光纤3的另一端与波分复用器2的公共端口相连，2×2光耦合器8的4端口作为本发明的波长可调谐单偏振单频环形腔光纤激光器的输出端口。

在本发明的一种波长可调谐单偏振单频环形腔光纤激光器中，所述的泵浦源1优选980nm泵浦源，所述的波分复用器2优选980/1550nm波分复用器，所述的2×2光耦合器8优选分光比为30:70的标准单模光纤耦合器。

有益效果：

1、本发明所述的波长可调谐单偏振单频环形腔光纤激光器采用紧凑简单的设计结构获得高质量的激光输出，实用性强；

2、本发明所述的波长可调谐单偏振单频环形腔光纤激光器不但具有单频特性，而且具有单偏振特性，既适合用于高速光纤通信系统，又适合用于偏振敏感光纤系统。

附图说明：

图1是本发明的波长可调谐单偏振单频环形腔光纤激光器的原理结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述，以下实施例仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例1本发明的具体结构

图1是本发明所述的波长可调谐单偏振单频环形腔光纤激光器的原理结构图。由泵浦源1、波分复用器2、掺铒光纤3、光纤偏振器4、保偏光纤5、带通滤波器6、光隔离器7、2×2光耦合器8、两模渐变折射率光纤9、光纤环行器10、偏振控制器11组成。

它们的连接关系为：泵浦源1的输出端口与波分复用器2的980nm端口相连，波分复用器2的1550nm端口与光纤偏振器4的一端相连，光纤偏振器4的另一端与保偏光纤5的一端相连，保偏光纤5的另一端与带通滤波器6的输入端相连，带通滤波器6的输出端与光隔离器7的输入端相连，光隔离器7的输出端与2×2光耦合器8的1端口相连，2×2光耦合器8的3端口与两模渐变折射率光纤9的一端相连，两模渐变折射率光纤9的另一端与光纤环行器10的2端口相连，光纤环行器10的3端口与偏振控制器11的一端相连，偏振控制器11的另一端与光纤环行器10的1端口相连，2×2光耦合器8的2端口与掺铒光纤3的一端相连，掺铒光纤3的另一端与波分复用器2的公共端口相连，2×2光耦合器8的4端口作为整个系统的输出端口。以上各组成部分之间的连接均采用光纤熔接。

参阅图1，所述的泵浦源1是980nm泵浦源，所述的波分复用器2是980/1550nm波分复用器，泵浦源1通过波分复用器2为光纤激光器提供980nm泵浦光信号；所述的掺铒光纤3是高增益的掺铒光纤，其作用是作为光纤激光器的增益介质；所述的保偏光纤5是具有高双折射特性的偏振保持光纤，它和光纤偏振器4共同组成双折射光纤滤波器；所述的带通滤波器6是可调谐带通滤波器，其作用是选择双折射光纤滤波器梳状透射谱的透射峰位置作为激射波长；所述的光隔离器7的作用是保证谐振腔内激光信号在附图1中沿顺时针方向运转；所述的2×2光耦合器8是分光比为30:70的标准单模光纤耦合器，2×2光耦合器8的1端口与光隔离器7的输出端相连，2×2光耦合器8的3端口(分光比30％)的单模尾纤与两模渐变折射率光纤9的一端相连，2×2光耦合器8的2端口与掺铒光纤3的一端相连，组成环形谐振腔，2×2光耦合器8的4端口(分光比70％)作为系统输出端口；所述的两模渐变折射率光纤9是仅有LP₀₁和LP₁₁的少模光纤，它和2×2光耦合器8的3端口的单模尾纤以及光纤环行器10的2端口单模尾纤共同组成空间模式干涉滤波器；所述的光纤环行器10是三端口光纤环行器，其1端口和3端口和偏振控制器11组成光纤反射镜，用于调整环形谐振腔内光信号的偏振态，改变不同模式之间的耦合比例。

实施例2本发明的工作原理

本发明的波长可调谐单偏振单频环形腔光纤激光器采用反向泵浦结构，泵浦源1所发出的980nm泵浦光信号通过波分复用器2泵浦一段掺铒光纤3，光隔离器7用来保证环形谐振腔内激光信号沿顺时针运转，反向自发辐射光放大信号(由掺铒光纤3产生)进入由光纤偏振器4和保偏光纤5组成的双折射光纤滤波器。双折射光纤滤波器有效地选择单一偏振的光信号，其良好的偏振保持特性有益于光纤激光器的单偏振输出，同时其窄带滤波特性有益于抑制光纤激光器的多纵模振荡。双折射光纤滤波器的梳状透射谱波长间隔大于等于带通滤波器6的3dB带宽，带通滤波器6的中心波长依次调谐至双折射光纤滤波器梳状透射谱的透射峰位置，即实现了光纤激光器激射波长的选择。由2×2光耦合器8的3端口单模尾纤、两模渐变折射率光纤9和光纤环行器10的2端口单模尾纤组成空间模式干涉滤波器，光信号经2×2光耦合器8的1端口进入基于两模渐变折射率光纤9的空间模式干涉滤波器，基于两模渐变折射率光纤9的空间模式干涉滤波器中只有LP₀₁和LP₁₁两个模式之间相互干涉。光纤环行器10和偏振控制器11构成光纤反射镜，通过调整偏振控制器11既可调节循环振荡过程中再次进入光纤偏振器4的光信号偏振态，又可改变循环振荡过程中两个模式之间的耦合比例。光纤反射镜反射回来的光信号再次经过基于两模渐变折射率光纤9的空间模式干涉滤波器，这加强了LP₀₁和LP₁₁两个模式之间的干涉，可滤除因多模干涉导致的杂散边模，起到了抑制光纤激光器多纵模振荡的效果。光信号经2×2光耦合器8的3端口反馈到2×2光耦合器8的2端口，2×2光耦合器8的2端口与掺铒光纤3的一端相连组成环形谐振腔，反馈光信号在环形谐振腔内循环振荡，双折射光纤滤波器和空间模式干涉滤波器共同作用下光纤激光器的多纵模振荡被有效抑制，双折射光纤滤波器和偏振控制器共同作用下激光信号的偏振态不断被优化，使得经2×2光耦合器8的4端口输出的激光同时具有单频和单偏振特性。