一种谐波变频模块制造技术

本发明专利技术公开了一种包括保偏（ＰＭ）光纤链路的谐波变频模块，模块通过在ＰＭ光纤链路中加入一个或更多偏振器来稳定输出功率起伏。去除偏振畸变就去除了在谐波变频元件输出中有明显负面效应的噪声。通过研究发现，变频光噪声的附加成分是在变换过程中由模式相互作用引起。根据本发明专利技术，我们能够去除噪声中的尖峰，使之更加稳定，并更少受外部条件影响。如果ＰＭ光纤链路包括多个产生偏振畸变的元件，偏振器应该插在产生最大畸变的元件和光纤系统的输出之间。如果多个元件导致偏振畸变，可以在系统里插入几个偏振器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的谐波变频模块包括保偏(PM)光纤光链路，通过在谐波频率模块偏 振畸变结构后的PM光纤光链上，加入一个或更多偏振器来稳定功率起伏的输出。去除 这些畸变以稳定起伏的输出功率，并且更明显的去除对谐波变频元件输出有明显负面效 应的噪声。
技术介绍
用于二次谐波产生(SHG)的非线性晶体或例如和频产生(SFG)或三次谐波产生 晶体的其它变频装置，是高度偏振敏感的，只转换一种线性偏振光(水平或垂直取决于 晶体切割)。模块通过耦合保偏(PM)光纤到非线性晶体来提供线性偏振泵浦光，这种 结构已满足非线性晶体的偏振敏感性。然而，这种光系统在它的输出中产生功率起伏和 噪声。 二次谐波产生(SHG)是从长波激光光源获得短波相关光的普遍应用技术。这是一 个非线性过程，所谓的泵浦光束和光非线性介质相互作用，在二次谐波产生的情况下， 产生了二次谐波光束，二次谐波光束的频率是泵浦光束频率的两倍。也就是说，二次谐 波的自由空间波长是泵浦自由空间波长的一半。任何缺少反转对称的材料可以作为二次 谐波产生的光非线性介质。通常使用的材料包括铌酸锂，掺MgO铌酸锂和KTP (KTiOP04)。 二次谐波产生是一类方法里的一种，都被称作非线性混频。包括非线性晶体 的典型波导装置，利用周期性极化脊形波导光结构来产生或放大来自于输入或泵浦的希 望波长的相干光。如图1所示SHG模块100,包括外腔激光器IO, PM光纤光链路20,和非线性晶体 波导结构30。外腔激光器10包括半导体增益芯片12,其提供了带有密封光纤的密封包 装14， 14含有密封光纤耦合到带有光纤光栅18的PM光纤外腔16。 PM光纤光链路20包括外腔16和到非线性晶体波导结构30的光纤链路22, PM光纤光链路20能够耦合到 离散分块融合中的光栅18，该分块融合则是与光栅18的任意一端耦合的，或者可以用 光纤布拉格光栅直接压印入从半导体增益芯片12到非线性晶体波导结构30的单光纤链 路。非线性晶体波导结构30也可以提供带有耦合到光纤链路22的密封光纤的密封包装 32,并且另一密封光纤耦合到输出光纤34。准直器36耦合到光系统并终止输出光纤34。 但是如上面所述，这样的光系统在它的输出中产生功率起伏和附加多余的噪声。 分析此问题可以揭示导致谐波变频模块功率输出和噪声不稳定的因素。PM光纤用 来传输偏振光。但它们的传输是两种高度偏振，因此输出光的偏振质量依赖于a)引入 光的偏振质量，b)输入和所有介质元件的对准质量。如果引入偏振容易控制，那么对准 质量往往可以控制。如果不理想，两种正交偏振模式以不同的传播速度在PM光纤中传 播不可避免的。因为PM光纤是温度敏感的，双折射随温度的变化而变化，双折射即是在正交轴之 间的折射率分布差An，两个正交偏振模式在随光纤温度变化而变化的光纤输出处有相 移。此外，作用于PM光纤的外部应力(例如在光纤套圏，夹具和引线处的焊接)引起光 偏振属性的变化。因此在焊接前理想的对准，可能在焊接后被破坏。这些影响的结果可 以统计观察，但不可控制。如果在输出处的分析仪器(例如非线性晶体)是偏振敏感的， 干涉引起的偏振拍频，将作为非控制，或严格控制的函数产生功率振动。这些参数包括 在光纤路径范围内的每一个元件的温度，光纤上的应力，激光泵浦电流和泵浦功率以及 大气压力，所有这些在光纤链路内都可以影响偏振消光比(PER)。这样的功率起伏包括 快成分，而快成分会在宽光谱范围内产生附加噪声。 PER减低导致两种线性偏振态的光耦合到PM光纤链路。耦合到快轴和慢轴的光到达 时有相差。如果有至少两个PER减低点，这会导致每个轴上的偏振混合，产生干涉。相 对相差随温度变化，改变干涉并改变耦合到谐波变频器的光的量。这导致谐波变频器输 出的幅度起伏。通过控制生产工艺来提高双折射光纤轴到线性偏振泵浦光的对准是可能的，在焊接 位置和密封引线的双折射光纤的应力更难控制。如图l所示，主要偏振畸变点是光纤夹 具上的应力引起的最严重偏振畸变区域，被标示X1。光纤光栅也是一个潜在的偏振畸变 源并作为较小的偏振畸变点被标示X2。在这些畸变点，垂直于非线性晶体波导变换的一 次线性偏振的二次寄生线性偏振被引入PM光纤链路。PM光纤的双折射在光传输的快轴 和慢轴之间引起干涉。随着温度的变化，光纤的双折射变化，改变了一次线性偏振的传输功率。这部分解释了输出功率起伏。另一对于输出功率的干扰是由噪声引起的。 由Xinhua Gu等申请的美国专利申请号2005/0226278，在光纤套圈上，光纤夹具上 或在熔接也观察到PM光纤上的PER畸变点。在此情况下，作者提出了用于输出高功率 短激光脉冲的光纤激光器。它们的结构包括锁模光纤振荡器，可变衰减器，放大器和用 于压缩脉冲宽度的压缩器。他们提出在模块中利用波片和偏振器。"线性偏振器纠正来 自每一个偏振减低元件的相差的重叠…通过在一连串模块嵌入线性偏振器，集合系统的 PER可以被相当大的控制，以使强度波动小于百分之一…"。然而，光纤激光器输出的 噪声只是IR噪声。相比之下，变频光的噪声有附加成分(在一些具体实施例中占主要 成分)，这是在变换中由模式相互作用引起的。不是所有的此多余噪声的机制已经清楚。 因此，期望得到没有输出功率起伏和相干噪声的光系统，此光系统包括偏振敏感装 置。
技术实现思路
本专利技术发现在以PM光纤为基础的谐波变频模块中插入偏振器，会消除二次寄生偏 振。在单根PM光纤光链路的情况下，它彻底去除了功率起伏和多余的噪声。如果PM光 纤光路经中包括多个产生偏振畸变元件，偏振器应当插入在产生最严重畸变的元件和光 纤系统的输出之间。改善依赖于由系统其它元件产生的畸变程度。如果很多元件导致偏 振畸变，可以在系统内明显变形元件的后面，插入几个偏振器。受偏振器质量和它的对 准精度的限制，这样的偏振控制系统把功率起伏和多余噪声降低到最低水平。经研究发 现，变频光噪声的附加成分由变换过程中的模式相互作用引起。根据本专利技术，我们可以 在噪声中去除尖峰，使之更稳定并更少依赖于外部条件(环境温度)，在一定程度上， 我们甚至可以降低平均噪声。因此，本专利技术的目的是提供一种光谐波变频模块，其包括半导体光纤激光器，其产生一次线性偏振模式的大致线性偏振光输出； 非线性晶体波导装置，用于将来自半导体光纤激光器的具有一次线性偏振模式的第一频率的输出光转换成具有第二频率的输出光；以及保偏PM光纤链路，用于将来自半导体光纤激光器的具有一次线性偏振的大致线性偏振输出光耦合到非线性晶体波导装置，所述PM光纤链路包括导致二次寄生线性偏振模式的多个偏振畸变点；以及至少一个偏振器，所述至少一个偏振器自半导体光纤激光器的光传输方向设置，被设置在所述保偏光纤链路上的至少 一个偏振畸变点后面。本专利技术的另一方面提供了光谐波变频模块，其中，在所述保偏光纤链路上的一个偏 振器，被直接设置在耦合入所述非线性晶体波导装置之前。另外本专利技术提供了光谐波变频模块，其中，在光传输方向上，在多个偏振畸变点之 后配置了多个偏振器。另一方面，本专利技术提供了光谐波变频模块，其中，所述至少一个偏振器包括光纤偏 振器。本专利技术可选择的提供了光谐波变频模块，其中，所述至少一个偏振器包括偏振光纤， 所述偏振光纤用于至少一段所述保偏光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
光谐波变频模块包括：　　　　半导体光纤激光器，其产生一次线性偏振模式的大致线性偏振光输出；　　　　非线性晶体波导装置，用于将来自半导体光纤激光器的具有一次线性偏振模式的第一频率的输出光转换成具有第二频率的输出光；以及　　　　保偏ＰＭ光纤链路，用于将来自半导体光纤激光器的具有一次线性偏振的大致线性偏振输出光耦合到非线性晶体波导装置，所述ＰＭ光纤链路包括导致二次寄生线性偏振模式的多个偏振畸变点；以及　　　　至少一个偏振器，所述至少一个偏振器自半导体光纤激光器的光传输方向设置，被设置在所述保偏光纤链路上的至少一个偏振畸变点后面。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：鲍里斯哈尔拉莫夫，文森特伊西尔，安迪米勒，
申请(专利权)人：JDS尤尼弗思公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]