布里渊单纵模移频光纤激光器制造技术

本实用新型专利技术提供布里渊单纵模移频光纤激光器，包括光源模块、光纤环行器、光放大器、光纤隔离器、第一光纤耦合器、第一移频光纤、第二移频光纤、第二光纤耦合器。本实用新型专利技术构建单向有源环形谐振腔，基于光纤复合腔技术方案，利用复合腔的选模特性，使得腔纵模间隔大于布里渊增益谱谱宽，从而在布里渊增益谱范围内有且只有一个腔纵模可以起振并形成激光出射，进而高效低成本实现布里渊型单纵模运转移频光纤激光输出。此布里渊单频激光频率始终跟随泵浦种子光，宽带移频效果稳定，基于复合腔实现单纵模运转，结构简单无复杂控制要求，可充分满足基于自发布里渊散射型的分布式光纤温度应变传感系统对宽带移频技术的苛刻应用需求。

Brillouin single longitudinal mode frequency shift fiber laser

The utility model provides the Brillouin frequency shift of single longitudinal mode fiber laser, which comprises a light source module, an optical circulator, optical amplifier, optical isolator, the first optical fiber coupler, the first frequency shift, frequency shift, optical fiber second second optical fiber coupler. The utility model construction of unidirectional active ring resonator, optical fiber composite cavity based on the technical scheme, using the mode properties of composite cavity, the cavity longitudinal mode interval greater than the Brillouin gain spectrum width, resulting in the Brillouin gain spectrum range and there is only one longitudinal mode oscillation and cavity can form a laser emitting, and efficient low cost single longitudinal mode Brillouin fiber laser output frequency metastasesof. The single frequency laser Brillouin frequency always follow the pump seed light, broadband frequency shift effect is stable, the composite cavity single longitudinal mode operation based on simple structure, no complicated control requirement, can fully meet the needs of distributed optical fiber temperature and strain sensing system of Brillouin scattering type with frequency shift technology of wide application requirements based on demanding.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及到基于自发布里渊散射的分布式光纤传感系统所需的宽带移频技术，尤其是一种布里渊单纵模移频光纤激光器。
技术介绍
在基于自发布里渊散射的分布式光纤传感（BOTDR）系统中，布里渊自发散射光相对于入射光的频移受到温度和应变的影响，针对通信波段的单模光纤，布里渊自发散射光相对于入射光的频移约为11GHz，其中温度引起布里渊散射光频移量变化的线性系数为1.09±0.08MHz/℃，应变引起布里渊散射光频移量变化的线性系数为0.052±0.004MHz/με，在此11GHz的超高频率基底上实现提取10-4相对频率变化量是BOTDR系统实现温度和应变传感的关键技术。使用宽带移频方案，选择合适的本地拍频光，可使得布里渊自发散射光与本地拍频光的差频信号由11GHz降至100MHz量级，有利于信号的提取和系统器件成本的降低。因此，发展有多种宽带移频技术方案，如方案一采用一台与种子光频率差接近布里渊频移的激光器作为本地激光器（参见ToshioKurashima,etal,IEICETRANS.COMMUN.,E76-B(4)(1993)），这种技术方案中BOTDR系统需要使用两台激光器，使得成本和结构复杂，同时此方案对于两台激光器的频率及频率差的稳定度都有着极其高的要求；方案二采用声光移频环进行宽带移频（参见KaoruShimizu,etal.,J.LightwaveTechnol.,12,730-736(1994)），但声光移频器通常一次只能移频一百多MHz，需经上百次的循环移频才可实现11GHz的频率变化，这些都对声光移频器的性能提出了很高的要求。并且，声光移频环路的采用增加了系统中光学部分的复杂度，影响了系统的稳定性和测量精度。方案三采用电光调制器进行宽带电光调制移频（参见宋牟平,光学学报,24,1110-1114(2004)），电光调制器一次就可以实现移频11GHz，相对简化了光路，但是电光调制器对光路的偏振控制特性提出了很高的要求。同时利用电光调制器实现宽带移频的能量损失过大，获取的移频光功率偏小。与上述这些方案相比，利用布里渊激光器实现宽带移频是一种高效低成本的新技术方案（参见JihongGeng,etal.,Appl.Opt.46,5928-5932(2007)），吸引了很多研究人员进行相关方面的研究和应用。由于布里渊增益谱宽大约为30MHz，而有源环形腔布里渊激光器的腔长一般为几十米量级（对应腔纵模间隔为2~10MHz），因此很容易出现多纵模运转模式，导致移频量存在较大波动，直接导致BOTDR系统中测量精度的降低。为了避免出现多纵模运转，有研究学者通过激光稳频的方案，将注入泵浦种子光的频率和布里渊激光运转频率同时锁定在谐振腔的某两个腔纵模上，从而实现单纵模运转的布里渊激光输出（参见JihongGeng,etal.,IEEEPhoton.Technol.Lett.18,1813-1815(2006)），但这种方案涉及到复杂的反馈控制系统，稳定性不容易做好，在外界扰动下，还容易出现稳频失锁，会使得整个BOTDR系统的稳定性下降，并且成本增加很多。
技术实现思路
为了克服在先技术的缺点，更好地满足BOTDR系统对宽带移频布里渊激光器的实际需求，本技术提供一种高效低成本的实现单纵模运转的布里渊激光器。本技术的基本原理是：构建一个有源环形腔布里渊激光器，该激光器主要由泵浦光源和有源环形腔构成。泵浦光源需选用线宽小于1MHz的通信C波段的单频激光器。环形腔中包括三端口环形器、光放大器、移频光纤构成的光纤复合腔单元及光纤耦合器。使用环形器的单向特性，构建只能沿单方向传输的环形腔，光放大器用于在腔内提供放大，而移频光纤作为非线性介质为布里渊散射光的放大提供增益，耦合器用于腔内激光的输出。布里渊型单纵模移频光纤激光器，包括光源模块、光纤环行器、光放大器、光纤隔离器、第一光纤耦合器、第一移频光纤、第二移频光纤、第二光纤耦合器；其中，光源模块的尾纤输出和光纤环行器的第一端口相连，光纤环行器的第二端口和光放大器的输入端口相连，光放大器的输出端口和第一光纤耦合器的第一端口相连；第一光纤耦合器的第二端口和第四端口之间利用光纤连接成一个环路，此环路中接入的器件包括光纤隔离器和第一移频光纤，其中光纤隔离器的正向导通输入端口与第一光纤耦合器的第二端口相连，光纤隔离器的正向导通输出端口与第一移频光纤相连，第一移频光纤的另一端与第一光纤耦合器的第四端口相连；第二移频光纤的一端与第一光纤耦合器的第三端口相连，另一端与第二光纤耦合器的第一端口相连；第二光纤耦合器的第三端口与光纤环行器的第三端口相连，闭合成一个大的光纤环路，第二光纤耦合器的第二端口作为单纵模布里渊激光器的输出端口；基于光纤复合腔的技术方案，利用复合腔的选模特性，使得腔纵模间隔大于布里渊增益谱谱宽，在增益谱范围内有且只有一个腔纵模可以起振并形成激光出射，最终高效低成本实现布里渊型单纵模移频光纤激光输出。进一步地，光源模块为窄线宽激光器，线宽小于1MHz，输出功率可达到20mW。进一步地，所述的光纤环行器，是一个三端口光纤环行器，单向导通，光纤环行器能用接入光纤耦合器和隔离器的方式代替以起到光纤环行器的作用。进一步地，所述的光放大器，主要用于放大泵浦光信号和微弱的布里渊散射信号，需要采取光学作用长度短一些的光学放大器，可选用高增益系数掺铒光纤作为增益介质来搭建光纤放大器，或者选用1550nm波段半导体光放大器（SOA）。进一步地，所述的光放大器，可以选用1m长的高增益系数的掺铒光纤搭建掺铒光纤放大器（EDFA）。进一步地，所述的光纤隔离器用于单向导通防止反向谐振，可以采用商用的1550nm波段的光纤隔离器。进一步地，所述的第一光纤耦合器采用普通单模光纤1550nm波段、端口2×2、分光比为50:50的耦合器。进一步地，第一移频光纤和第二移频光纤，采用普通通信单模光纤，可以采用商用G652型号的通信单模光纤；第一移频光纤和第二移频光纤的长度选择有两种方式：一是形成复合腔的两个腔长相当或接近；二是形成复合腔的一个腔长是另一个腔长的多倍。进一步地，所述的第二光纤耦合器，为1×2的普通单模光纤耦合器，中心波长1550nm，分束比为10:90，其中10%的端口作为布里渊激光器的输出端。当在输入端没有泵浦光注入时，该激光器相当于掺铒光纤激光器，输出波长取决于腔内净增益分布以及自由振荡建立的最终激光模式。当激光器输入端有泵浦光注入时，且泵浦光强达到腔内受激布里渊散射光谐振的阈值，该激光器将工作于布里渊型光纤激光器模式。当泵浦光从环形器的输入端注入到环形腔经过光放大器的放大后进入移频光纤，在移频光纤中激发后向散射光，泵浦光继续传输至环形器截止。而散射光可以在腔内循环传输，散射光经过光放大器时会被放大，经过移频光纤时，散射光中的布里渊信号光与入射泵浦光相向传输过程中发生非线性布里渊作用，可获得非线性布里渊增益放大，而同样后向传输的瑞利散射光在此处则不能得到放大。如此循环，若布里渊散射光信号在腔内的综合增益大于瑞利散射光和自发辐射噪声光，则在腔内经历多次循环传输放大建立振荡，最终可形成稳定的布里渊激光输出。与现有技术相比，本技术具有如下优点和有益效果：(1)与传本文档来自技高网...

【技术保护点】
布里渊型单纵模移频光纤激光器，其特征在于包括：光源模块（1）、光纤环行器（2）、光放大器（3）、光纤隔离器（4）、第一光纤耦合器（5）、第一移频光纤（6）、第二移频光纤（7）、第二光纤耦合器（8）；其中，光源模块（1）的尾纤输出和光纤环行器（2）的第一端口（201）相连，光纤环行器（2）的第二端口（202）和光放大器（3）的输入端口（301）相连，光放大器（3）的输出端口（302）和第一光纤耦合器（5）的第一端口（501）相连；第一光纤耦合器（5）的第二端口（502）和第四端口（504）之间利用光纤连接成一个环路，此环路中接入的器件包括光纤隔离器（4）和第一移频光纤（6），其中光纤隔离器（4）的正向导通输入端口（401）与第一光纤耦合器（5）的第二端口（502）相连，光纤隔离器（4）的正向导通输出端口（402）与第一移频光纤（6）相连，第一移频光纤（6）的另一端与第一光纤耦合器（5）的第四端口（504）相连；第二移频光纤（7）的一端与第一光纤耦合器（5）的第三端口（503）相连，另一端与第二光纤耦合器（8）的第一端口（801）相连；第二光纤耦合器（8）的第三端口（803）与光纤环行器的第三端口（203）相连，闭合成一个大的光纤环路，第二光纤耦合器（8）的第二端口（802）作为单纵模布里渊激光器的输出端口。...

【技术特征摘要】
1.布里渊型单纵模移频光纤激光器，其特征在于包括：光源模块（1）、光纤环行器（2）、光放大器（3）、光纤隔离器（4）、第一光纤耦合器（5）、第一移频光纤（6）、第二移频光纤（7）、第二光纤耦合器（8）；其中，光源模块（1）的尾纤输出和光纤环行器（2）的第一端口（201）相连，光纤环行器（2）的第二端口（202）和光放大器（3）的输入端口（301）相连，光放大器（3）的输出端口（302）和第一光纤耦合器（5）的第一端口（501）相连；第一光纤耦合器（5）的第二端口（502）和第四端口（504）之间利用光纤连接成一个环路，此环路中接入的器件包括光纤隔离器（4）和第一移频光纤（6），其中光纤隔离器（4）的正向导通输入端口（401）与第一光纤耦合器（5）的第二端口（502）相连，光纤隔离器（4）的正向导通输出端口（402）与第一移频光纤（6）相连，第一移频光纤（6）的另一端与第一光纤耦合器（5）的第四端口（504）相连；第二移频光纤（7）的一端与第一光纤耦合器（5）的第三端口（503）相连，另一端与第二光纤耦合器（8）的第一端口（801）相连；第二光纤耦合器（8）的第三端口（803）与光纤环行器的第三端口（203）相连，闭合成一个大的光纤环路，第二光纤耦合器（8）的第二端口（802）作为单纵模布里渊激光器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘久林，杨中民，杨昌盛，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44