宽带包络平坦的全光纤多波长拉曼激光器属于光纤激光器技术领域，其特征在于：它由高非线性拉曼增益光纤、分别连接在它左、右两侧的两个宽带波分复用耦合器、零色散高非线性光纤、梳状滤波器以及两端的宽带光纤环路反射镜沿着它们构成的激射光传输通道光纤依次连接而成；它也可由上述高非线性拉曼增益光纤、两个宽带波分复用耦合器、零色散高非线性光纤、梳状滤波器，再加上光隔离器、宽带光纤耦合器沿着它们构成的激射光传输通道光纤依次连接而构成单向循环的光纤环形腔。与常规采用分立多波长泵浦的多波长光纤拉曼激光器相比，它具有采用较少波长数的泵浦源即可获得宽带包络平坦的多波长激射的优点，而且输出激光谱的波段可灵活设计。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤激光器与光纤通信、光纤传感以及光谱测量
，特别涉及一种光纤拉曼激光器激射谱包络展宽和平坦化的方法及其宽带包络平坦的多波长光纤拉曼激光器。
技术介绍
随着数据、语音、图像、多媒体等多种通信业务的迅猛增长，光纤通信技术得到快速发展。采用波分复用(WDM)传输技术是实现光纤通信系统升级和扩容最为经济、有效的途径，能同时输出多个波长、输出激光谱包络平坦、激射特性稳定、且结构紧凑的激光源成为实现这一技术的关键。多波长激光器可以同时为多个信道提供所需光载波源，使得光发射端的设计更为紧凑、经济，因而在WDM系统中有着重要的应用价值。同时，多波长激光器在分布光纤传感和光谱测量等
也有着广泛的用途。因此，满足WDM技术要求的1550nm波段的多波长激光器成为近年来的研发热点。现今研究的多波长激光器有四种类型1、多波长半导体激光器阵列这是一种由分布反馈(DFB)激光二极管阵列、星型耦合器和光放大器组构的单片集成器件DFB阵列发射多束不同波长的激光，通过星型耦合器合成一束；为补偿过大的耦合损耗，合成的多波长激光束经放大后再与外接单模光纤耦合输出。已报道的这种单片集成器件尺寸为1×4mm2，在1513-1578nm范围内输出18个波长激光，波长间距3.7nm，边模抑制比可达35dB，但不同波长的激光功率相差有10dB以上(C.E.Zah，F.J.Favire，and et al.，Electronics Letters，1992，28(25)2361)。这种集成的多波长DFB阵列的优点是结构小巧紧凑，但由于制备工艺要求极高，激射波长数有限，且难以实现均等的波长间隔以及包络平坦的激光谱。2、多波长掺铒光纤激光器这是一种全光纤型器件，因其便于直接与其它光纤器件连接，故倍受人们青睐。在掺铒光纤(EDF)激光腔中嵌入一个梳状滤波器作为波长选择元件，由于室温下EDF的辐射谱表现出均匀展宽特性，激射过程中存在很强的模式竞争，一般不可能同时输出多个激光波长。因此，需要采用特殊的技术手段以实现稳定的多波长输出。例如①采用液氮将EDF冷却到77K使之呈现非均匀展宽谱特性，一个内插梳状滤波器的EDF激光器在1535nm附近获得11条稳定的激光谱线，波长间隔0.65nm(J.Chow，G.Town，B.Eggleton，M.Ibsen，K.Sugden，and I.Bennion，IEEE Photonics Technology Letters，1996，8(1)60-62)；②采用多量子阱(MQW)波导来改变光的偏振态使EDF激光腔偏振烧孔效应增强，一个用MQW波导做反射器的EDF激光器在1559-1569nm范围内输出11条激光谱线，波长间隔0.9nm(J.Sun，J.Qiu，and D.Huang，Optics Communications，2000，182193-197)；③采用在光纤激光腔中引进声光移频机制以防止激光腔单纵模振荡，一个内插声光滤波器、梳状滤波器和增益平坦滤波器的EDF激光器在1535-1562nm范围内输出34条激光谱线，波长间隔0.8nm(S.K.Kim，M.J.Chu，D.H.Lee，J.G.Kim，OFC’2000，paper ThA3)。显然，上述实现EDF激光器多波长激射的技术比较复杂，且成本较高；此外，由于EDF本征增益谱的不平坦性，难以获得包络平坦的多波长激光谱。3、多波长布里渊散射/EDF激光器用普通单模光纤和EDF组成环形激光腔，将光纤中的非线性受激布里渊散射(SBS)与EDF的线性放大效应相结合，无需梳状滤波器，室温下在1554-1559nm范围内输出53条激光谱线，各波长分别对应各级斯托克斯散射分量(K.D.Park，J.H.Park，N.Park，and et al.，OFC’2000，paper ThA4)。由于在单模光纤中1550nm波段的SBS频移量一般为10GHz左右，决定了这种基于SBS的多波长激射机制不可能实现任意波长间隔的输出。4、多波长光纤拉曼激光器光纤中的受激拉曼散射(SRS)在室温下具有非均匀展宽的增益特性，特别适合用来实现多波长输出的光纤激光器。已报导的多波长光纤拉曼激光器均采用单个或多个波长的激光进行泵浦，目前最好的实验结果是由Kim等人在2002年国际光通信会议(OFC’2002)上报道的，利用三个波长的半导体激光二极管泵浦16km色散补偿光纤(DCF)，腔内插入梳状滤波器作为波长选择元件，在23.8nm带宽(-3dB)内实现了58个波长的激光输出，波长间隔为0.4nm(N.S.Kim，X.Zou，and K.Lewis，OFC’2002，paper ThGG21)。对于这种单纯基于DCF腔中SRS效应的多波长激光器，虽然增加泵浦波长数可扩展激射带宽，但存在两方面的主要问题①由于多个波长泵浦产生的输出激光谱生成多峰值的包络，即使仔细调整泵浦波长及其功率配置，也难以获得包络平坦的多波长输出激光谱。②如增加泵浦波长数来改善多波长输出激光谱的包络平坦度，势必造成激光器结构的复杂化和成本的增高。综上所述，迄今已有的多波长激射技术还不能同时达到输出激光谱包络平坦、波长间隔相等、激射线宽窄、信噪比高、功率稳定的要求。
技术实现思路
本专利技术针对已有多波长激光器技术的不足之处，在申请者所专利技术的“全光纤可调宽谱连续激光器(FBCSL)”(中国专利技术专利申请号03140581.9，2002年11月29日)的基础上，提出一种实现光纤拉曼激光器多波长激射谱包络展宽与平坦化的新方法，其技术要点有二第一、在非线性光纤腔内引入波长选择机制，形成等频间距的多波长拉曼激射；第二、在非线性光纤腔内引入激射谱展宽机制，并对产生拉曼激射与激射谱展宽作用的光纤分离配置与参量优化，实现在等频间距激射波长数增加的同时使激射谱包络趋于平坦。本专利技术的宽带包络平坦多波长光纤拉曼激光器的工作原理基于非线性光纤腔中受激拉曼散射(SRS)光振荡和光参量四波混频(FWM)谱展宽的综合作用由拉曼增益光纤、零色散高非线性光纤和梳状滤波器构成光纤谐振腔，用强激光泵浦腔内的拉曼增益光纤产生宽谱拉曼激射，经梳状滤波器的波长选择而形成等频间隔的多波长激光振荡，这些分立的激射谱线在零色散高非线性光纤段内发生光参量四波混频而产生新的激光分量，使能量在不同激射波长间发生转移，不仅导致激射波长数增加，还同时使多波长激光谱包络趋于平坦。具体描述如下第一、非线性光纤腔多波长拉曼激射基于石英光纤中的受激拉曼散射(SRS)效应，当采用单色激光泵浦时，将在比泵浦光频率低13.2THz的波段产生拉曼增益谱，用分贝(dB)表示的拉曼增益为GR(dB)≈4.343PpLeffgRx/Aeff(1)由此可见，拉曼增益GR(dB)的大小随泵浦功率Pp、光纤有效长度Leff、光纤的拉曼增益系数gR以及光纤有效截面积的倒数1/Aeff呈线性增长规律。拉曼增益谱宽与泵浦功率相关，并由石英介质的振动模式决定，在10dB峰值增益下的谱宽(-3dB增益)约15～20nm。若适当引进光反馈机制(例如，采用波分复用耦合器与拉曼增益光纤相连成环，或在拉曼增益光纤两端接光反射器)，即构成光纤拉曼激光器。由于拉曼增益谱具有非均匀展宽性质，只要拉曼增益大本文档来自技高网...
【技术保护点】
宽带包络平坦的全光纤多波长拉曼激光器，其特征在于，它是一种全光纤Ｆ－Ｐ直线腔宽带包络平坦的多波长拉曼激光器，它含有：高非线性拉曼增益光纤，即ＨＮＬ－ＲＧＦ，它是拉曼激射的增益介质，该高非线性拉曼增益光纤的峰值拉曼增益效率至少应达２． ５［１／Ｗ／ｋｍ］；零色散高非线性光纤，即ＨＮＬ－ＺＤＦ，它是一种光参量四波混频展宽元件，该高非线性光纤的非线性系数至少应达１０［１／Ｗ／ｋｍ］；梳状滤波器，即ＦＦＰＦ，它是一个等频间距波长选择元件；多波长大功率激光 泵浦源，即Ｐｕｍｐ１１和／或Ｐｕｍｐ１２，它是一种对上述高非线性拉曼增益光纤进行单向或双向泵浦的元件；两个宽带波分复用耦合器，即ＷＤＭ１１和ＷＤＭ１２；上述高非线性拉曼增益光纤、零色散高非线性光纤和梳状滤波器沿激射光传输光纤 通道依次相连；上述多波长大功率激光泵浦源发出的泵浦光分别通过上述两个宽带波分复用耦合器耦合进激射光传输光纤通道并激发与其相连的上述高非线性拉曼增益光纤；它还含有：宽带光纤环路全反射镜，即ＦＲＲ１１，它由一个对激射光耦合比为５ ０％的光纤耦合器，即３ｄＢＤＣ１３构成，该光纤耦合器，即３ｄＢＤＣ１３的一个输入光纤端口与上述由高非线性拉曼增益光纤、零色散高非线性光纤、梳状滤波器连成的激射光传输通道光纤的一个端口相连，该光纤耦合器的两个输出光纤端口直连成全光反馈环路； 宽带光纤环路部分反射镜，即ＦＲＲ１２，它由一个对激射光耦合比为ｘｄＢ的光纤耦合器ｘｄＢＤＣ１４构成，所述的“ｘ”为小于３０的正数，所述光纤耦合器，即ｘｄＢＤＣ１４的一个输入光纤端口与上述由高非线性拉曼增益光纤、零色散高非线性光纤、梳状 滤波器连成的激射光传输通道光纤的另一个端口相连，所述光纤耦合器，即ｘｄＢＤＣ１４的两个输出光纤端口直连成部分反馈环路，它的部分透射光纤端口是激光器的输出口。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张巍，王燕，彭江得，刘小明，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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