專利名稱：一種線性諧振腔窄線寬寬可調(diào)諧光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖激光器，更特別地說，是指一種能夠保持激光輸出頻率穩(wěn)定和避免空間燒孔效應(yīng)的窄線寬寬可調(diào)諧光纖激光器。
背景技術(shù)：
光纖激光器是在光放大器的技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，與光放大器類似，它的增益介質(zhì)是一段摻雜光纖，和相應(yīng)器件組合成一個有源諧振腔，一般是在半導(dǎo)體激光的泵浦下實現(xiàn)激光的輸出。作為一種新型的光源它具有獨特的優(yōu)點光纖輸出使用靈活，可以在惡劣的環(huán)境下工作，結(jié)構(gòu)緊湊，能量密度高，抗電磁干擾性強，泵浦閾值低，轉(zhuǎn)換效率高，可調(diào)諧范圍寬，無需加散熱等等，尤其可以很容易的獲得光纖通信C波段的輸出，并與光纖系統(tǒng)天然耦合。光纖激光器適用于高端測試、傳感等領(lǐng)域。
在一些非接觸，大光程差相干光纖傳感測量中，由于傳統(tǒng)光纖激光器線寬較寬，在短距離檢測時體現(xiàn)不出來的光源相位噪聲成為噪聲的重要來源之一，由此導(dǎo)致了干涉系統(tǒng)信噪比的迅速降低。
由于光纖激光器典型腔長都可以達到幾十米，所以縱模間隔非常窄，而整個增益區(qū)又很寬，這給選模帶來了很大的困難。若只采用一般的濾波器如光纖光柵或者F-P干涉儀，激光器一般將處在不規(guī)則的多縱模運轉(zhuǎn)狀態(tài)。一種解決方案是縮短腔長，腔長可以縮短到亞毫米量級，從而實現(xiàn)單縱模輸出。上述方法雖然可以獲得單縱模輸出，但是會降低激光輸出功率，并且其調(diào)諧范圍不可能太寬。
早在1845年，法拉第(M.Faraday)在實驗上發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一束線偏振光通過非旋光性介質(zhì)時，如果在介質(zhì)中沿光傳播方向上加一外磁場，則光通過介質(zhì)后，光振動(指電矢量)的振動面轉(zhuǎn)過一角度θ，這一外加磁場使介質(zhì)產(chǎn)生旋光性的現(xiàn)象稱為法拉第效應(yīng)或磁致旋光效應(yīng)。法拉第效應(yīng)的簡單解釋是線偏振光總可分解為左旋和右旋的兩個圓偏振光，無外磁場時，介質(zhì)對這兩種圓偏振光具有相同的折射率和傳播速度，通過L距離的介質(zhì)后，對每種圓偏振光引起了相同的相位移，因此透過介質(zhì)疊加后的振動面不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當(dāng)有外磁場存在時，由于磁場與物質(zhì)的相互作用，改變了物質(zhì)的光特性，這時介質(zhì)對右旋和左旋圓偏振光表現(xiàn)出不同的折射率和傳播速度。二者在介質(zhì)中通過同樣的距離后引起了不同的相位移，疊加后的振動面相對于入射光的振動面發(fā)生了旋轉(zhuǎn)。法拉第效應(yīng)發(fā)現(xiàn)后100多年，并未獲得應(yīng)用，直到20世紀60年代，由于激光和光電子技術(shù)的興起，法拉第效應(yīng)才找到用武之地。光纖法拉第反射鏡是基于法拉第效應(yīng)制作而成的光學(xué)器件。它的作用是改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)，使得反射光的偏振態(tài)和入射光的偏振態(tài)相比，正好旋轉(zhuǎn)了90度，因此可以避免入射光和反射光的疊加，從而避免了空間燒孔效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種線性諧振腔窄線寬可調(diào)諧光纖激光器，該窄線寬寬可調(diào)諧光纖激光器增益部分為線性諧振腔。由于法拉第反射鏡的使用，有效避免了空間燒孔效應(yīng)，保證了激光輸出頻率的長期穩(wěn)定；采用在偏振控制器與耦合器之間熔接一段摻雜離子光纖，利用光在摻雜離子光纖中的飽和吸收效應(yīng)誘發(fā)的自寫入光纖光柵的窄帶濾波特性，以及這種自寫入光纖光柵反射波長的自適應(yīng)特性，實現(xiàn)了單縱模窄線寬激光輸出。
本發(fā)明一種線性諧振腔窄線寬寬可調(diào)諧光纖激光器，泵浦光源輸出的泵浦光經(jīng)光纖波分復(fù)用器的C端進入，經(jīng)光纖波分復(fù)用器的A端傳輸給第一摻雜光纖，第一摻雜光纖吸收泵浦光后會產(chǎn)生熒光，所述熒光在第一摻雜光纖中向R方向和L方向傳輸，其中，L方向熒光輸出給法拉第反射鏡，R方向熒光輸出給光纖波分復(fù)用器的A端；L方向熒光在法拉第反射鏡上被反射后形成與入射光偏振態(tài)正交的反射光，所述反射光和R方向熒光經(jīng)第一摻雜光纖、光纖波分復(fù)用器的D端輸出給法布里-泊羅可調(diào)諧濾波器，之后進入第一耦合器的A端；由第一耦合器的D端輸出激光；由第一耦合器的C端傳輸出的激光進行第二耦合器的A端，第二耦合器的C端傳輸?shù)捻槙r針光經(jīng)偏振控制器、第二摻雜光纖后進入第二耦合器的D端；第二耦合器的D端傳輸?shù)哪鏁r針光經(jīng)第二摻雜光纖、偏振控制器后進入第二耦合器的C端；所述從第二耦合器的C端和D端進入的激光從第二耦合器的A端輸出給第一耦合器的C端，從第一耦合器的A端輸出給法布里-泊羅可調(diào)諧濾波器，之后從光纖波分復(fù)用器的D端進入，從A端輸出給第一摻雜光纖。重復(fù)上述振蕩，激光從第一耦合器的D端輸出。
所述的窄線寬寬可調(diào)諧光纖激光器，其第二耦合器、偏振控制器和第二摻雜光纖共同組成一個有源光纖環(huán)形腔，起到反射鏡的作用，第二摻雜光纖中產(chǎn)生一個瞬態(tài)的自寫入光纖光柵。
所述的窄線寬寬可調(diào)諧光纖激光器，其光纖波分復(fù)用器、第一摻雜光纖、法拉第反射鏡、第二耦合器、第一耦合器和法布里-泊羅可調(diào)諧濾波器形成線性諧振腔。
光纖法布里泊羅可調(diào)諧濾波器的使用使得本發(fā)明光纖激光器的激光輸出波長可以連續(xù)調(diào)節(jié)100nm以上。
本發(fā)明寬可調(diào)諧光纖激光器的優(yōu)點在于(1)法拉第反射鏡4的選用有效地避免了線性諧振腔中極易出現(xiàn)的空間燒孔效應(yīng)，使得激光輸出頻率的穩(wěn)定性極好；(2)第二耦合器5、偏振控制器6和第二摻雜光纖7共同組成一個反射鏡，使得激光輸出線寬可以被壓縮到幾千赫茲；(3)在光纖波分復(fù)用器2的D端熔接光纖法布里泊羅可調(diào)諧濾波器9，使得激光輸出波長的調(diào)節(jié)范圍達到100nm以上。


圖1是本發(fā)明線性諧振腔窄線寬寬可調(diào)諧光纖激光器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1.泵浦光源2.光纖波分復(fù)用器3.第一摻雜光纖4.法拉第反射鏡5.第二耦合器6.偏振控制器7.第二摻雜光纖8.第一耦合器9.光纖法布里泊羅可調(diào)諧濾波器具體實施方式
本發(fā)明公開了一種新型光纖激光器，用簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了寬可調(diào)諧、單縱模窄線寬激光輸出的功能。
請參見圖1所示，本發(fā)明是一種線性諧振腔窄線寬寬可調(diào)諧光纖激光器，泵浦光源1熔接在光纖波分復(fù)用器2的C端上，光纖波分復(fù)用器2的A端與第一摻雜光纖3一端熔接，第一摻雜光纖3另一端與法拉第反射鏡4熔接，光纖波分復(fù)用器2的D端與光纖法布里-泊羅可調(diào)諧濾波器9一端熔接，光纖法布里-泊羅可調(diào)諧濾波器9另一端與第一耦合器8的A端熔接，第一耦合器8的C端與第二耦合器5的A端熔接，第二耦合器5的C端與第二摻雜光纖7一端熔接，第二耦合器5的D端與第二摻雜光纖7另一端熔接，偏振控制器6熔接在第二摻雜光纖7上。
請參見圖1所示，本發(fā)明是一種線性諧振腔窄線寬寬可調(diào)諧光纖激光器，泵浦光源1可以采用974nm半導(dǎo)體激光器，也可以是波長1480nm的半導(dǎo)體激光器；泵浦光源1輸出的泵浦光經(jīng)光纖波分復(fù)用器2的C端進入，經(jīng)光纖波分復(fù)用器2的A端傳輸給第一摻雜光纖3，第一摻雜光纖3吸收泵浦光后會產(chǎn)生熒光，所述熒光在第一摻雜光纖3中向R方向和L方向傳輸，其中，L方向熒光輸出給法拉第反射鏡4，R方向熒光輸出給光纖波分復(fù)用器2的A端；L方向熒光在法拉第反射鏡4上被反射后形成與入射光偏振態(tài)正交的反射光(即激光)，所述反射光經(jīng)第一摻雜光纖3、光纖波分復(fù)用器2的D端輸出給光纖法布里-泊羅可調(diào)諧濾波器9；經(jīng)光纖法布里-泊羅可調(diào)諧濾波器9的傳輸出的所述反射光進入第一耦合器8的A端，在第一耦合器8中的所述反射光(即激光)由其D端輸出激光束；由第一耦合器8的C端傳輸出的所述反射光進入第二耦合器5的A端，由第二耦合器5的C端傳輸?shù)捻槙r針光經(jīng)偏振控制器6、第二摻雜光纖7后進入第二耦合器5的D端；第二耦合器5的D端傳輸?shù)哪鏁r針光經(jīng)第二摻雜光纖7、偏振控制器6后進入第二耦合器5的C端，在第二耦合器5中的順、逆兩束光再次經(jīng)A端傳輸給第一耦合器8的C端；從第二耦合器5的C端和D端進入的激光從第二耦合器5的A端輸出給第一耦合器8的C端，從第一耦合器8的A端輸出給法布里-泊羅可調(diào)諧濾波器9，之后從光纖波分復(fù)用器2的D端進入，從A端輸出給第一摻雜光纖3。重復(fù)上述振蕩，激光從第一耦合器8的D端輸出。在本發(fā)明中，所述第二耦合器5、偏振控制器6和第二摻雜光纖7共同組成一個有源光纖環(huán)形腔，起到反射鏡的作用，第二摻雜光纖7中產(chǎn)生一個瞬態(tài)的自寫入光纖光柵。光在第二摻雜光纖7中形成一個自寫入光纖光柵，第二摻雜光纖7為未泵浦光纖中摻雜離子光纖，光在第二摻雜光纖7中由于飽和吸收效應(yīng)而誘發(fā)的自寫入光纖光柵的窄帶濾波特性，以及此自寫入光纖光柵的反射波長的自適應(yīng)特性實現(xiàn)了單縱模窄線寬激光輸出。這種自寫入光纖光柵起到壓縮線寬和穩(wěn)定單縱模激光輸出頻率的作用。在本發(fā)明中，光纖波分復(fù)用器2、第一摻雜光纖3、法拉第反射鏡4、第二耦合器5、第一耦合器8和光纖法布里-泊羅可調(diào)諧濾波器9形成線性諧振腔，所述線性諧振腔中由于采用了法拉第反射鏡4，避免了線形諧振腔中極易出現(xiàn)的空間燒孔效應(yīng)。
第二摻雜光纖7中形成的自寫入光纖光柵起作用的基本原理是未泵浦的摻雜稀土粒子對產(chǎn)生的激光存在吸收作用，當(dāng)兩束光(由第二耦合器5、偏振控制器6和第二摻雜光纖7共同組成一個反射鏡中的順時針光、逆時針光)在第二摻雜光纖7疊加，構(gòu)成駐波時，由于波腹和波節(jié)處的光強不同，產(chǎn)生飽和吸收現(xiàn)象，起到可飽和吸收體的作用(即越強的激光所具有的的吸收損耗越小，該效應(yīng)有利于抑制后起振模式的競爭，因而可用于壓縮運行激光的光譜寬度)。吸收飽和效應(yīng)使得未泵浦摻雜光纖對信號光的吸收系數(shù)隨長度周期性變化，因此形成了自寫入光纖光柵。這個自寫入光纖光柵能夠抑制形成駐波的縱模以外的其它縱模，從而抑制了激光器的多縱模振蕩。當(dāng)光功率和第二摻雜光纖7長度合適時形成自寫入光纖光柵，這種自寫入光纖光柵的帶寬很窄，因此可以起到壓縮線寬和實現(xiàn)穩(wěn)定單縱模激光輸出的作用。
本發(fā)明中，第一摻雜光纖3、第二摻雜光纖7是摻雜同種元素的光纖，光纖中的摻雜離子為稀土元素，可以是摻鉺，摻鐿，摻釹等。
本發(fā)明利用在線性諧振腔結(jié)構(gòu)和未泵浦光纖中摻雜離子的飽和吸收效應(yīng)誘發(fā)的自寫入光纖光柵的窄帶濾波特性以及此自寫入光纖光柵反射波長的自適應(yīng)特性實現(xiàn)了單縱模窄線寬激光輸出；通過在線性諧振腔中加入法拉第反射鏡，使得入射到法拉第反射鏡的光的偏振態(tài)和反射光的偏振態(tài)相互正交，入射光和反射光不能疊加，因此有效避免了空間燒孔效應(yīng)，抑制了多縱模之間的競爭，使得輸出激光為單縱模激光。
權(quán)利要求
1.一種線性諧振腔窄線寬寬可調(diào)諧光纖激光器，包括泵浦光源、耦合器、波分復(fù)用器，其特征在于泵浦光源(1)輸出的泵浦光經(jīng)光纖波分復(fù)用器(2)的C端進入，經(jīng)光纖波分復(fù)用器(2)的A端傳輸給第一摻雜光纖(3)，第一摻雜光纖(3)吸收泵浦光后會產(chǎn)生熒光，所述熒光在第一摻雜光纖(3)中向R方向和L方向傳輸，其中，L方向熒光輸出給法拉第反射鏡(4)，R方向熒光輸出給光纖波分復(fù)用器(2)的A端；L方向熒光在法拉第反射鏡(4)上被反射后形成與入射光偏振態(tài)正交的反射光，所述反射光和R方向熒光經(jīng)第一摻雜光纖(3)、光纖波分復(fù)用器(2)的D端輸出給法布里-泊羅可調(diào)諧濾波器(9)，之后進入第一耦合器(8)的A端；由第一耦合器(8)的D端傳輸出激光；由第一耦合器(8)的C端傳輸出的激光進入第二耦合器(5)的A端，由第二耦合器(5)的C端傳輸?shù)捻槙r針光經(jīng)偏振控制器(6)、第二摻雜光纖(7)后進入第二耦合器(5)的D端；第二耦合器(5)的D端傳輸?shù)哪鏁r針光經(jīng)第二摻雜光纖(7)、偏振控制器(6)后進入第二耦合器(5)的C端；所述從第二耦合器(5)的C端和D端進入的激光從第二耦合器(5)的A端輸出給第一耦合器(8)的C端，并經(jīng)第一耦合器(8)的A端輸出給法布里一泊羅可調(diào)諧濾波器(9)，之后從光纖波分復(fù)用器(2)的D端進入，從其A端輸出給第一摻雜光纖(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的窄線寬寬可調(diào)諧光纖激光器，其特征在于所述第二耦合器(5)、偏振控制器(6)和第二摻雜光纖(7)共同組成一個有源光纖環(huán)形腔，起到反射鏡的作用，第二摻雜光纖(7)中產(chǎn)生一個瞬態(tài)的自寫入光纖光柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的窄線寬寬可調(diào)諧光纖激光器，其特征在于所述光纖波分復(fù)用器(2)、第一摻雜光纖(3)、法拉第反射鏡(4)、第二耦合器(5)、第一耦合器(8)和法布里-泊羅可調(diào)諧濾波器(9)形成線性諧振腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的窄線寬寬可調(diào)諧光纖激光器，其特征在于所述泵浦光源(1)是采用974nm半導(dǎo)體激光器，或者是波長1480nm的半導(dǎo)體激光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的窄線寬寬可調(diào)諧光纖激光器，其特征在于所述第一摻雜光纖(3)、第二摻雜光纖(7)是光纖中摻雜同一稀土元素的摻雜光纖。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種線性諧振腔窄線寬寬可調(diào)諧光纖激光器，泵浦光源輸出的泵浦光經(jīng)光纖波分復(fù)用器的C端進入，經(jīng)光纖波分復(fù)用器的A端傳輸給第一摻雜光纖，第一摻雜光纖吸收泵浦光后會產(chǎn)生熒光，所述熒光在第一摻雜光纖中向R方向和L方向傳輸，其中，L方向熒光輸出給法拉第反射鏡，R方向熒光輸出給光纖波分復(fù)用器的A端；L方向熒光在法拉第反射鏡上被反射后形成與入射光偏振態(tài)正交的反射光，所述反射光和R方向熒光經(jīng)第一摻雜光纖、光纖波分復(fù)用器的D端輸出給法布里－泊羅可調(diào)諧濾波器，之后進入第一耦合器的A端，第一耦合器的C端與第二耦合器的A端熔接，第二耦合器的C端傳輸?shù)捻槙r針光經(jīng)偏振控制器、第二摻雜光纖后進入第二耦合器的D端；第二耦合器的D端傳輸?shù)哪鏁r針光經(jīng)第二摻雜光纖、偏振控制器后進入第二耦合器的C端。從第二耦合器的C端和D端進入的激光從第二耦合器的A端輸出給第一耦合器的C端，從第一耦合器的A端輸出給法布里－泊羅可調(diào)諧濾波器，之后從光纖波分復(fù)用器的D端進入，從A端輸出給第一摻雜光纖。重復(fù)上述振蕩，激光從第一耦合器的D端輸出。
文檔編號H01S3/067GK1972035SQ200610165118
公開日2007年5月30日 申請日期2006年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月13日
發(fā)明者歐攀, 張春熹, 劉殿君, 胡姝玲, 賈豫東, 曹彬 申請人:北京航空航天大學(xué)