一种稳定的可调谐多波长高掺杂掺铒光纤激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种稳定的可调谐多波长高掺杂掺铒光纤激光器，其解决了室温下输出稳定且功率平坦的多波长激射光问题。该多波长激光器结构包括：泵浦源1、波分复用器WDM2、高掺杂掺铒光纤HEDF3、偏振隔离器PD‑ISO4、保偏光纤PMF5、偏振控制器PC6、3dB光耦合器7、第一单模光纤SMF8、第二单模光纤SMF9和90：10分光比的光耦合器C10。波分复用器将980nm的泵浦激光耦合进入掺铒光纤，激射光进入偏振隔离器、保偏光纤和偏振控制器构成的梳状滤波器，光耦合器将环路中产生的多波长激射光的90%返回到环路中，10%的多波长激射光输出，然后激光通过3dB光耦合器进入非线性光纤环形镜，干涉后的光进入第一单模光纤，最后返回波分复用器形成一个环形腔。

【技术实现步骤摘要】
一种稳定的可调谐多波长高掺杂掺铒光纤激光器
本专利技术涉及光纤激光器领域，具体是一种稳定的可调谐多波长高掺杂掺铒光纤激光器。
技术介绍
随着大容量光纤通信网络的迅猛发展,波分复用技术及密集波分复用技术中对信道数量的要求也越来越多。传统方法中采用多个单波长激光器作为光源来增加信道数量的方法,无形中导致系统的成本和复杂性增加。因此,能够同时为多个信道提供光源的多波长光纤激光器成为近年来多波长掺铒光纤激光器研究的热点之一。多波长光纤激光器具有性能稳定、结构简单、波长数目和范围可调谐、与光纤系统兼容等优点,已经被广泛的应用于微波产生,光学传感,光谱分析,光学测量等领域。室温稳定的多波长光纤激光器中最关键的技术是如何有效的抑制掺杂光纤增益在常温下的展宽效应，当多波长激光器的输出波长间隔小于增益光纤的均匀展宽线宽时，不可避免的存在严重的模式竞争和模式跳变，这在实际应用中是一个很大的问题。目前能使光纤激光器在室温下也能产生多波长输出，可以采取的方法有：将掺铒光纤浸泡在液氮中冷；引入频移反馈机制；利用非线性光纤中的四波混频效应；采用级联的受激布里渊散射等。根据以上方法已有大量的相关报道：2016年王晓亮等人提出一种可切换和可调谐的掺镱光纤环形激光器，通过调整环路中的偏振控制器实现输出激光单、双波长切换，两种工作模式均在室温下输出稳定；2017年邹辉等人基于新型马赫-曾德尔干涉仪构造了一种可调谐多波长自激布里渊掺铒光纤激光器，在室温下获得6条波长可调谐的多波长光谱；2017年SalehS等人基于随机分布反馈，利用2km高非线性光纤的四波混频效应实现了24个波长的稳定激光谱。但是这些方法结构较为复杂并且基于掺铒光纤本身的掺杂工艺限制，所使用的的掺铒光纤往往需要十几米，引入了较大的损耗且导致其模式竞争更加激烈，所使用的设备成本也比较大。另一方面，基布里渊散射或者四波混频的多波长激光器是近年研究的热点，布里渊多波长激光器是室温下产生多波长输出的有效方法，但是布里渊效应产生的波长间隔固定且布里渊的非线性增益比较小，需要较长的光线长度和较大的泵浦功率，这进一步提高了制作设备的要求，从而对输出特性的改善有很大的限制。多波长光纤激光器引入四波混频效应是为了利用四波混频效应重新分配各个波长之间的光能量，抑制模式竞争，从而输出多波长，但是使用高非线性光纤来实现四波混频效应的成本非常高，而使用普通单模光纤引入四波混频效应，由于单模光纤非线性效应不高，因此需要很长的长度且抑制竞争的效果并不好。总之，到目前为止，室温下实现稳定的多波长输出的激光器的技术尚不能满足应用的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种稳定的可调谐多波长高掺杂掺铒光纤激光器，以解决现有技术室温下多波长输出激光器，稳定性、平坦性不高，增益光纤过长且工艺复杂等问题。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种稳定的可调谐多波长高掺杂掺铒光纤激光器，其特征在于：包括泵浦源、波分复用器、高掺杂掺铒光纤、Lyot梳状滤波器、分光比为90：10的光耦合器、3dB光耦合器、第一单模光纤和第二单模光纤，其中第一单模光纤长度长于第二单模光纤，第二单模光纤与3dB光耦合器连接为回路构成非线性光纤环形镜，泵浦源通过光纤与波分复用器的输入端口连接，波分复用器的输出端口依次通过高掺杂掺铒光纤、Lyot梳状滤波器与分光比为90：10的光耦合器输入端连接，该光耦合器分光占比90％的一路输出端依次通过非线性光纤环形镜、第一单模光纤连接至波分复用器输入端口，该光耦合器分光占比10％的另一路输出端向外输出信号光；泵浦源提供中心波长为980nm的激光，激光经波分复用器耦合进入高掺杂掺铒光纤，经高掺杂掺铒光纤增益后再进入Lyot梳状滤波器形成梳状激光，梳状激光经分光比为90：10的光耦合器后，输出的90％的梳状激光进入非线性光纤环形镜中的3dB光耦合器，并由3dB光耦合器分为两路进入长度较短的第二单模光纤相互干涉，相互干涉后的激光由非线性光纤环形镜输出至长度较长的第一单模光纤，经第一单模光纤中四波混频后重新进入波分复用器，再经波分复用器后依次经过高掺杂掺铒光纤、Lyot梳状滤波器重新进入分光比为90：10的光耦合器形成循环；分光比为90：10的光耦合器输出的10％的梳状激光向外部多个信道提供信号光。所述的一种稳定的可调谐多波长高掺杂掺铒光纤激光器，其特征在于：所述的高掺杂掺铒光纤是由美国的nLIGHT公司生产的一种高浓度掺铒光纤LIEKKITMEr80-4/125，其吸收系数在1530nm处达到80dB/m。所述的一种稳定的可调谐多波长高掺杂掺铒光纤激光器，其特征在于：所述的Lyot梳状滤波器依次包括偏振隔离器、保偏光纤、偏振控制器，波分复用器的输出端口依次通过偏振隔离器、保偏光纤、偏振控制器与分光比为90：10的光耦合器的输入端连接，其中偏振控制器用来调整腔内激光的偏振态，通过调节偏振态实现中心波长和波长数目可调谐。所述的一种稳定的可调谐多波长高掺杂掺铒光纤激光器，其特征在于：所述的保偏光纤的双折射系数为5.16×10-4。所述的一种稳定的可调谐多波长高掺杂掺铒光纤激光器，其特征在于：所述的第一单模光纤中的四波混频效应能有效地抑制均匀加宽增益介质掺铒光纤中的模式竞争，从而使光纤激光器在室温下产生稳定且平坦的多波长输出。所述的一种稳定的可调谐多波长高掺杂掺铒光纤激光器，其特征在于：所述的3dB光耦合器其分光比为50:50。所述的一种稳定的可调谐多波长高掺杂掺铒光纤激光器，其特征在于：所述的非线性光纤环形镜的交叉相位调制效应能够引起非线性项移，产生频率啁啾，不断产生新的频率，导致谱宽增宽，进一步抑制模式竞争，从而均衡不同波长之间的功率，提高光谱平坦度。所述的一种稳定的可调谐多波长高掺杂掺铒光纤激光器，其特征在于：所述的第一单模光纤和第二单模光纤的型号均为CorningSMF-28e+。本专利技术可应用于波分复用光纤通信系统中。中心波长为980nm泵浦光通过波分复用器耦合进环形腔，高掺杂掺铒光纤作为该激光器的增益介质，泵浦光在铒纤内发生粒子数反转同时获得光增益，增益光进入由隔离器、保偏光纤、偏振控制器构成的Lyot梳状滤波器，然后激光通过3dB耦合器分成两路光，10％的光通过10:90的光耦合器输出到外部，90％的激光回到环路中并在非线性光纤环形镜中相互干涉输出到超长的第一单模光纤中，再返回波分复用器，形成一个环形循环腔。室温下高掺杂掺铒光纤会由于多个波长光间的模式竞争不利于形成稳定的多波长输出。单模光纤的非线性系数比较低，但是其纤芯面积比较小、具有较高的功率密度，可以产生显著的非线性效应，因此第一单模光纤中的四波混频效应会使不同波长的光相互转移能量，有效的抑制模式竞争。激光在非线性光纤环形镜中相向传输时，交叉相位调制效应将引起光纤中折射率发生变化，光谱中不同波长在光纤中体现出了不同的折射率，引起非线性相移，产生频率啁啾，不断产生新的频率，导致谱宽增宽，进一步抑制模式竞争，使由于四波混频效应产生的新的频率光迅速成为新的信号光，从而均衡不同波长之间的功率，提高光谱平坦度。本专利技术的有益效果是：1.由新型高掺杂掺铒光纤作为增益介质，可以有效的减少增益光纤长度，减少系统噪声，降低了对泵浦功率的要求。2.通过调节偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稳定的可调谐多波长高掺杂掺铒光纤激光器，其特征在于：包括泵浦源、波分复用器、高掺杂掺铒光纤、Lyot梳状滤波器、分光比为90：10的光耦合器、3dB光耦合器、第一单模光纤和第二单模光纤，其中第一单模光纤长度长于第二单模光纤，第二单模光纤与3dB光耦合器连接为回路构成非线性光纤环形镜，泵浦源通过光纤与波分复用器的输入端口连接，波分复用器的输出端口依次通过高掺杂掺铒光纤、Lyot梳状滤波器与分光比为90：10的光耦合器输入端连接，该光耦合器分光占比90%的一路输出端依次通过非线性光纤环形镜、第一单模光纤连接至波分复用器输入端口，形成环形腔；该光耦合器分光占比10%的另一路输出端向外输出信号光；泵浦源提供中心波长为980nm的激光，激光经波分复用器耦合进入高掺杂掺铒光纤，经高掺杂掺铒光纤增益后再进入Lyot梳状滤波器形成梳状激光，梳状激光经分光比为90：10的光耦合器后，输出的90%的梳状激光进入非线性光纤环形镜中的3dB光耦合器，并由3dB光耦合器分为两路进入长度较短的第二单模光纤相互干涉，相互干涉后的激光由非线性光纤环形镜输出至长度较长的第一单模光纤，经第一单模光纤中四波混频后重新进入波分复用器，再经波分复用器后依次经过高掺杂掺铒光纤、Lyot梳状滤波器重新进入分光比为90：10的光耦合器形成循环；分光比为90：10的光耦合器输出的10%的梳状激光向外部多个信道提供信号光。...

【技术特征摘要】
1.一种稳定的可调谐多波长高掺杂掺铒光纤激光器，其特征在于：包括泵浦源、波分复用器、高掺杂掺铒光纤、Lyot梳状滤波器、分光比为90：10的光耦合器、3dB光耦合器、第一单模光纤和第二单模光纤，其中第一单模光纤长度长于第二单模光纤，第二单模光纤与3dB光耦合器连接为回路构成非线性光纤环形镜，泵浦源通过光纤与波分复用器的输入端口连接，波分复用器的输出端口依次通过高掺杂掺铒光纤、Lyot梳状滤波器与分光比为90：10的光耦合器输入端连接，该光耦合器分光占比90%的一路输出端依次通过非线性光纤环形镜、第一单模光纤连接至波分复用器输入端口，形成环形腔；该光耦合器分光占比10%的另一路输出端向外输出信号光；泵浦源提供中心波长为980nm的激光，激光经波分复用器耦合进入高掺杂掺铒光纤，经高掺杂掺铒光纤增益后再进入Lyot梳状滤波器形成梳状激光，梳状激光经分光比为90：10的光耦合器后，输出的90%的梳状激光进入非线性光纤环形镜中的3dB光耦合器，并由3dB光耦合器分为两路进入长度较短的第二单模光纤相互干涉，相互干涉后的激光由非线性光纤环形镜输出至长度较长的第一单模光纤，经第一单模光纤中四波混频后重新进入波分复用器，再经波分复用器后依次经过高掺杂掺铒光纤、Lyot梳状滤波器重新进入分光比为90：10的光耦合器形成循环；分光比为90：10的光耦合器输出的10%的梳状激光向外部多个信道提供信号光。2.根据权利要求1所述的一种稳定的可调谐多波长高掺杂掺铒光纤激光器，其特征在于：所述的高掺杂掺铒光纤是由美国的nLIG...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖同庆，吕晓光，蔡培君，严艺，张传凤，吴健，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34