一种四倍布里渊频率波长间隔的多波长光纤激光器

摘要

本发明公开了一种四倍布里渊频率波长间隔的多波长光纤激光器，包括窄线宽可调激光器(1)，光隔离器(2)，四端口光纤耦合器(3)，第一三端口光纤耦合器(4)，第一布里渊增益光纤(5)，四端口光纤环形器(6)，第一掺铒光纤放大器(7)，第二布里渊增益光纤(8)，第二三端口光纤耦合器(9)，第二掺铒光纤放大器(10)，窄线宽可调激光器输出的激光用作布里渊泵浦光，通过在第一布里渊增益光纤发生两次受激布里渊散射，第二布里渊增益光纤发生两次受激布里渊散射，利用两个掺铒光纤放大模块的放大作用，可以实现波长间隔为四倍布里渊频率的多波长光纤激光器。该光纤激光器结构简单，成本低，在光通信、光纤传感中均具有应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信、光纤激光技术、光纤传感及微波光子技术领域，具体为一种四倍布里渊频率波长间隔的多波长光纤激光器。

背景技术

多波长光纤激光器在密集波分复用光纤通信系统、微波光子学、光纤传感、光谱测量等许多领域都有重要的应用前景。多波长布里渊光纤激光器是由可调谐激光器作为布里渊泵浦，当布里渊泵浦的功率超过受激布里渊散射的阈值，会在布里渊增益光纤中发生受激布里渊散射产生低阶次布里渊斯托克斯信号，低阶斯托克斯信号再次进入布里渊增益光纤，作为高阶布里渊斯托克斯信号的布里渊泵浦，在如此往复循环级联受激布里渊散射过程中，将产生多波长激光输出，掺铒光纤放大器的线性增益为各级泵浦提供能量，另外也用于补偿腔内损耗。

由于多波长布里渊光纤激光器波长间隔固定、阈值低、线宽窄、光功率转换效率高、结构紧凑等优势已经被人们广泛研究。Cowle和Stapanov于1996年首次提出将掺铒光纤中的线性增益与单模光纤的非线性布里渊增益相结合的方法得到了间隔10GHz的6个波长的输出，代表着多波长布里渊掺铒光纤激光器的诞生。基于布里渊散射的输出多波长频移间隔太小通常为10GHz，这个间隔要小于目前光纤通信的信道间隔，这种波长间隔显然有些灵活性不足，于是研究大于10GHz的布里渊频移间隔的多波长布里渊掺饵光纤激光器就显得非常的有必要。目前报道的两倍和三倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器非常多，近年来Wang等利用两个具有受激布里渊散射效应的腔通过两次掺饵光纤放大器进行补偿得到了多个波长输出。现在对于多波长布里渊光纤激光器已经取得了很大进展，但是色散位移光纤和高非线性光纤比单模光纤要昂贵的多，这样会使激光器的成本大大增加，而随着互联网和信息传输的高速发展，特别是目前5G技术在现实中的应用逐渐普及，对信道间隔的要求也在逐渐变大，因此对四倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器的研究就变得很有必要，而目前在这方面的报道还很少，目前报道的Xuefang Zhou等人提出的四倍布里渊频移间隔的可调谐多波长光纤激光器，是利用了两个级联的双倍布里渊频移间隔的腔来实现的，在泵浦波长为1550nm，泵浦功率为8.3dB，掺铒光纤放大器的输出功率达到27.78dB时得到了条线范围为15nm的七个波长的输出，而它们用的掺饵光纤放大器的输出功率太高，结构中用了四个三端口光纤环形器，这也给实验带来了很大的损耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是相对在先技术，提出新的光路结构，进一步简化系统光路结构，减小光路损耗，实现四倍布里渊频移频率波长间隔的多波长光纤激光器。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提出的四倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器，包括窄线宽可调激光器(1)、光隔离器(2)，四端口光纤耦合器(3)、第一三端口光纤耦合器(4)、，第一布里渊增益光纤(5)、四端口光纤环形器(6)、第一掺铒光纤放大器(7)，第二布里渊增益光纤(8)，第二三端口光纤耦合器(9)，第二掺铒光纤放大器(10)。

窄线宽可调激光器(1)的输出端通过光隔离器(2)与四端口光纤耦合器(3)A端的A1端口相连，四端口光纤耦合器(3)B端的B1端口与第一三端口光纤耦合器(4)C端的C1端口相连，第一三端口光纤耦合器(4)D端的D1端口与第一布里渊增益光纤(5)的一端连接，四端口光纤环形器(6)的(61)端口与第一三端口光纤耦合器(4)C端的C2端口相连，四端口光纤环形器(6)的(62)端口通过第一掺铒光纤放大器(7)与第一布里渊增益光纤(5)的另一端连接，四端口光纤环形器(6)的(63)端口与第二布里渊增益光纤(8)的一端连接，第二三端口光纤耦合器(9)E端的E1端口连接四端口光纤环形器(6)的(64)端口，第二三端口光纤耦合器(9)F端的F1端口通过第二掺铒光纤放大器(10)与第二布里渊增益光纤(8)的另一端连接，第二三端口光纤耦合器(9)F端的F2端口与四端口光纤耦合器(3)A端的A2端口连接，四端口光纤耦合器(3)B端的B2端口为多波长光纤激光器的输出端口。

窄线宽可调激光器输出的激光作为产生四阶布里渊斯托克斯光的初始布里渊泵浦光(BP)，初始布里渊泵浦光(BP)经过光隔离器(2)进入四端口光纤耦合器(3)，然后通过第一三端口光纤耦合器(4)进入第一布里渊增益光纤(5)的一端，当布里渊泵浦光(BP)的功率超过布里渊增益光纤的受激布里渊阈值时将发生受激布里渊散射，产生与布里渊泵浦光(BP)反向传输的频率下移的一阶斯托克斯光(BS1)，一阶斯托克斯光(BS1)经过第一三端口光纤耦合器(4)进入四端口光纤环形器(6)，由四端口光纤环形器(6)的(62)端口输出在第一掺铒光纤放大器(7)中放大后进入第一布里渊增益光纤(5)的另一端，当放大后的一阶斯托克斯光(BS1)的功率超过布里渊增益光纤的受激布里渊阈值时将发生受激布里渊散射，产生频率下移背向传输的二阶斯托克斯光(BS2)，二阶斯托克斯光(BS2)由第一掺铒光纤放大器(7)放大后经过四端口光纤环形器(6)进入第二布里渊增益光纤(8)的一端，当放大后的二阶斯托克斯光(BS2)的功率超过布里渊增益光纤的受激布里渊阈值时将发生受激布里渊散射，产生频率下移背向传输的三阶斯托克斯光(BS3)，三阶斯托克斯光(BS3)通过四端口光纤环形器(6)的(64)端口输出经过第二三端口光纤耦合器(9)进入第二掺铒光纤放大器(10)中进行放大然后进入第二布里渊增益光纤(8)的一端，当放大后的三阶斯托克斯光(BS3)的功率超过布里渊增益光纤的受激布里渊阈值时将发生受激布里渊散射，产生频率下移背向传输的四阶斯托克斯光(BS4)，四阶斯托克斯光(BS4)由第二掺铒光纤放大器(10)进行放大后经过第二三端口光纤耦合器(9)进入四端口光纤耦合器(3)进行分光，分光后一部分四阶斯托克斯光(BS4)进入第一三端口光纤耦合器(4)用于产生8阶斯托克斯光(BS8)，另一部分4阶斯托克斯光(BS4)从多波长光纤激光器的输出端口输出，当初始布里渊泵浦光(BP)及各阶斯托克斯光功率足够时，四阶斯托克斯光(BS4)，八阶斯托克斯光(BS8)，十二阶斯托克斯光(BS12)等等各四阶整数倍的斯托克斯光便可以通过各次受激布里渊散射循环过程产生并从多波长光纤激光器输出端口输出，从而得到波长间隔为四倍布里渊频移频率的多波长光纤激光。

附图说明

图1是四倍布里渊频率波长间隔的多波长光纤激光器结构示意图。

图中的附图标记解释为：1-窄线宽可调激光器，2-光隔离器，3-四端口光纤耦合器，4-第一三端口光纤耦合器，5-第一布里渊增益光纤，6-四端口光纤环形器，7-第一掺铒光纤放大器，8-第二布里渊增益光纤，9-第二三端口光纤耦合器，10-第二掺铒光纤放大器，A1-四端口光纤耦合器A端的端口，A2-四端口光纤耦合器A端的端口，B1-四端口光纤耦合器B端的端口，B2-四端口光纤耦合器B端的端口，C1-第一三端口光纤耦合器C端的端口，C2-第一三端口光纤耦合器C端的端口，D1-第一三端口光纤耦合器D端的端口，61-四端口光纤环形器的第一端口，62-四端口光纤环形器的第二端口，63-四端口光纤环形器的第三端口，64-四端口光纤环形器的第四端口，E1-第二三端口光纤耦合器E端的端口，E2-第二三端口光纤耦合器E端的端口，F1-第二三端口光纤耦合器F端的端口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的说明。

本发明提出的四倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器，包括窄线宽可调激光器(1)、光隔离器(2)，四端口光纤耦合器(3)、第一三端口光纤耦合器(4)、，第一布里渊增益光纤(5)、四端口光纤环形器(6)、第一掺铒光纤放大器(7)，第二布里渊增益光纤(8)，第二三端口光纤耦合器(9)，第二掺铒光纤放大器(10)。窄线宽可调激光器(1)的输出端通过光隔离器(2)与四端口光纤耦合器(3)A端的A1端口相连，四端口光纤耦合器(3)B端的B1端口与第一三端口光纤耦合器(4)C端的C1端口相连，第一三端口光纤耦合器(4)D端的D1端口与第一布里渊增益光纤(5)的一端连接，四端口光纤环形器(6)的(61)端口与第一三端口光纤耦合器(4)C端的C2端口相连，四端口光纤环形器(6)的(62)端口通过第一掺铒光纤放大器(7)与第一布里渊增益光纤(5)的另一端连接，四端口光纤环形器(6)的(63)端口与第二布里渊增益光纤(8)的一端连接，第二三端口光纤耦合器(9)E端的E1端口连接四端口光纤环形器(6)的(64)端口，第二三端口光纤耦合器(9)F端的F1端口通过第二掺铒光纤放大器(10)与第二布里渊增益光纤(8)的另一端连接，第二三端口光纤耦合器(9)F端的F2端口与四端口光纤耦合器(3)A端的A2端口连接，四端口光纤耦合器(3)B端的B2端口为多波长光纤激光器的输出端口。

窄线宽可调激光器输出的激光作为产生四阶布里渊斯托克斯光的初始布里渊泵浦光(BP)，初始布里渊泵浦光(BP)经过光隔离器(2)进入四端口光纤耦合器(3)，然后通过第一三端口光纤耦合器(4)进入第一布里渊增益光纤(5)的一端，当布里渊泵浦光(BP)的功率超过布里渊增益光纤的受激布里渊阈值时将发生受激布里渊散射，产生与布里渊泵浦光(BP)反向传输的频率下移的一阶斯托克斯光(BS1)，一阶斯托克斯光(BS1)经过第一三端口光纤耦合器(4)进入四端口光纤环形器(6)，由四端口光纤环形器(6)的(62)端口输出在第一掺铒光纤放大器(7)中放大后进入第一布里渊增益光纤(5)的另一端，当放大后的一阶斯托克斯光(BS1)的功率超过布里渊增益光纤的受激布里渊阈值时将发生受激布里渊散射，产生频率下移背向传输的二阶斯托克斯光(BS2)，二阶斯托克斯光(BS2)由第一掺铒光纤放大器(7)放大后经过四端口光纤环形器(6)进入第二布里渊增益光纤(8)的一端，当放大后的二阶斯托克斯光(BS2)的功率超过布里渊增益光纤的受激布里渊阈值时将发生受激布里渊散射，产生频率下移背向传输的三阶斯托克斯光(BS3)，三阶斯托克斯光(BS3)通过四端口光纤环形器(6)的(64)端口输出经过第二三端口光纤耦合器(9)进入第二掺铒光纤放大器(10)中进行放大然后进入第二布里渊增益光纤(8)的一端，当放大后的三阶斯托克斯光(BS3)的功率超过布里渊增益光纤的受激布里渊阈值时将发生受激布里渊散射，产生频率下移背向传输的四阶斯托克斯光(BS4)，四阶斯托克斯光(BS4)由第二掺铒光纤放大器(10)进行放大后经过第二三端口光纤耦合器(9)进入四端口光纤耦合器(3)进行分光，分光后一部分四阶斯托克斯光(BS4)进入第一三端口光纤耦合器(4)用于产生8阶斯托克斯光(BS8)，另一部分4阶斯托克斯光(BS4)从多波长光纤激光器的输出端口输出，当初始布里渊泵浦光(BP)及各阶斯托克斯光功率足够时，四阶斯托克斯光(BS4)，八阶斯托克斯光(BS8)，十二阶斯托克斯光(BS12)等等各四阶整数倍的斯托克斯光便可以通过各次受激布里渊散射循环过程产生并从多波长光纤激光器输出端口输出，从而得到波长间隔为四倍布里渊频移频率的多波长光纤激光。

所述的窄线宽可调激光器(1)为线宽处于C波段的半导体激光器，线宽低于1MHz，其输出波长和功率均可调谐。

所述第一掺铒光纤放大器和第二掺铒光纤放大器同时由一个980nm或一个1480nm泵浦激光器，一个1550nm/980nm波分复用器或一个1550nm/1480nm波分复用器，一段掺铒光纤连接而成。

所述第一掺铒光纤放大器和第二掺铒光纤放大器均为可双向放大的掺铒光纤放大器，且掺铒光纤放大器的位置可以在光路中进行优化放置。

所述第一布里渊增益光纤和第二布里渊增益光纤为具有相同布里渊频移频率(约为10GHz)的单模光纤，长度均为25km。

以上对本发明的方法原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员来说，依据本发明提供的思想，具体实施的方式上可能有改变之处，这些改变也应视为本发明的保护范围。