基于级联相移光栅的多波长可切换单纵模掺铒光纤激光器制造技术

基于级联相移光栅的多波长可切换单纵模掺铒光纤激光器，属于光纤通信、仪器仪表技术领域。泵浦源与波分复用器的输入端的一端相连，波分复用器的输出端通过第一光纤管道与掺铒光纤的一端相连，掺铒光纤的另一端通过第二光纤管道与环形器的1端口相连，环形器的2端口通过第三光纤管道与可调谐均匀光栅的一段相连，级联相移光栅的另一端通过第五光纤管道和光纤耦合器一的输入端的一端相连，本发明专利技术的优点是利用级联相移光栅作为多通道滤波器、可调谐均匀光栅进行波长切换、复合双环腔进行纵模滤波，实现了稳定的五波长、可切换单纵模激光输出。该发明专利技术将在超长距离通信传输、多参量光纤传感等领域发挥重要作用。纤传感等领域发挥重要作用。纤传感等领域发挥重要作用。

【技术实现步骤摘要】
基于级联相移光栅的多波长可切换单纵模掺铒光纤激光器


[0001]本专利技术涉及基于级联相移光栅的多波长可切换单纵模掺铒光纤激光器，属于光纤通信、仪器仪表


技术介绍

[0002]掺铒光纤是目前最为成熟的稀土掺杂光纤，基于其制作的掺铒光纤激光器和放大器在光通信系统中得到了极大的发展和广泛的应用。掺铒光纤激光器工作在1550nm波段，具有色散小、损耗低、效率高、光束品质因子高等优势，因而被广泛应用于超长距离传输、激光雷达测距、智能光纤传感、相干光通信、引力波探测等领域。
[0003]多波长可切换、单纵模稳定输出一直是光纤激光器的重要研究方向。多波长可切换激光输出在波分复用、多参量光纤传感等领域中具有重要的研究价值。多通道滤波器以及波长选择机制是设计多波长可切换激光器的关键。对于多通道滤波器，常见有法布里
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泊罗滤波器、啁啾摩尔光栅、重叠光栅、保偏光栅、取样光栅等。相移光栅具有透射带宽小、插入损耗低且与偏振态无关等诸多优点，常被用作单通道滤波器。常规研究一般通过增加相移点个数来实现更多的透射通道，但随着相移点的增多，制作难度也随之增加，尽管相移光栅的透射带宽很小，具有提高光纤传感精度，良好的波长选择特性等优势，很少被用作多通道滤波器，较大的设计难度成为了制约其用作多通道滤波器的最大瓶颈。
[0004]对于波长的选择，常见的方法主要有非线性偏振旋转效应、非线性放大环镜、声波效应、弯曲损耗依赖、外接反馈电路等方法，但这些方法不仅操作困难而且会带来高额的开销，并不是实现波长切换最优的方法。
[0005]单纵模输出可有效提高光束品质因子，提升光纤通信系统的稳定性。DFB、DBR激光可以比较容易地实现稳定的单纵模输出，但因其腔长太短，输出激光无法获得足够的增益。可饱和吸收体可以实现稳定的单纵模输出，但在同时保证滤波效果和足够的功率输出的情况下，很难选择合适的长度进行纵模滤波。因此，子环腔因其制作简单，成本低廉成为了纵模滤波器的主要研究方向，通过游标效应可以扩大纵模间隔，从而实现稳定的单纵模输出，但常规的通道滤波器带宽较大，传统的子环腔往往通过较短的腔长以及较小的腔长差来扩大自由谱范围以适配各个通道的带宽来实现单纵模滤波，这不仅会带来子环腔制作上的困难，同时也会增加激光器的不稳定性。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足,本专利技术提供基于级联相移光栅的多波长可切换单纵模掺铒光纤激光器。
[0007]基于级联相移光栅的多波长可切换单纵模掺铒光纤激光器，泵浦源与波分复用器的输入端的一端相连，波分复用器的输出端通过第一光纤管道与掺铒光纤的一端相连，掺铒光纤的另一端通过第二光纤管道与环形器的1端口相连，环形器的2端口通过第三光纤管道与可调谐均匀光栅的一段相连，环形器的3端口通过第四光纤管道与级联相移光栅的一
端相连，级联相移光栅的另一端通过第五光纤管道和光纤耦合器一的输入端的一端相连，光纤耦合器一的输出端通过第六光纤管道和光纤耦合器二的输入端的一端相连，光纤耦合器二的输出端的一端通过第七光纤管道与光纤耦合器一的输入端相连，光纤耦合器二的另一输出端通过第八光纤管道和光纤耦合器三的输入端的一端相连，光纤耦合器三的输出端的一端通过第九光纤管道与光纤耦合器二的另一输入端相连，光纤耦合器三的另一输出端通过第十光纤管道与偏振控制器的一端相连，偏振控制器的另一端通过光纤第十一光纤管道与光纤耦合器四的输入端相连，光纤耦合器四的输出端的一端通过第十二光纤管道与波分复用器的另一输入端相连，光纤耦合器四的另一输出端通过第十三光纤管道输出激光。
[0008]本专利技术的优点是利用级联相移光栅作为多通道滤波器、可调谐均匀光栅进行波长切换、复合双环腔进行纵模滤波，实现了稳定的五波长、可切换单纵模激光输出。该专利技术将在超长距离通信传输、多参量光纤传感等领域发挥重要作用。
[0009]本专利技术相对于现有技术具有如下的技术效果：
[0010]提出了基于级联相移光栅的多波长可切换单纵模掺铒光纤激光器。利用级联相移光栅作为多通道滤波器、通过调谐与之配套的均匀光栅进行通道选择，实现了五通道、可切换单波长稳定输出。通过由光纤耦合器一、光纤耦合器二、光纤耦合器三组成的子环腔滤波器进行纵模滤波，实现了稳定的单纵模输出。
[0011]考虑制作多通道相移光栅的困难，本专利技术通过级联两端相移光栅，成功仿真并制作了具有五通道的相移光栅滤波器。克服了相移光栅作为多通道滤波器制作上的困难，充分发挥了相移光栅极窄透射带宽的优势，为制作多通道相移光栅提供了技术启示。同时可调谐均匀光栅固定在了微位移平台上，通过改变均匀光栅轴向应力，使得与相移光栅配套的可调谐均匀光栅的中心波长随着轴向应力发生线性变化，该方法原理简单，操作方便，加之均匀光栅的极窄带宽，完美地实现不同通道的切换与选择。为保证子环腔良好的纵模滤波特性，子环腔的自由谱范围需为光栅3dB带宽的0.5至1倍，确保在FBG的反射带宽内只有一条复合子腔有效传输通带占优势。由于级联相移光栅极窄的透射带宽，子环腔的环长差不必控制在2cm以下(本专利技术子环腔的环长差扩大到了11.5cm)，降低了光纤熔接、切割、长度测量的难度，提高了子环腔的稳定性。
附图说明
[0012]当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本专利技术以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定，如图其中：
[0013]图1为本专利技术的基于级联相移光栅的多波长可切换单纵模掺铒光纤激光器。
[0014]图2a为本专利技术的级联相移光栅的示意图。
[0015]图2b为本专利技术的级联相移光栅的仿真透射光谱示意图。
[0016]图3a为本专利技术的级联相移光栅的实际透射光谱示意图。
[0017]图3b为本专利技术的可调谐均匀光栅未加应力时反射谱光谱示意图。
[0018]图3c为本专利技术的波长选择示意图。
[0019]图4a为本专利技术的通道1的单波长输出光谱图，光信噪比＞53dB,插图为输出激光在
一小时内的扫描光谱图，扫描时间间隔为6分钟。
[0020]图4b为本专利技术的通道2的单波长输出光谱图，光信噪比＞62dB,插图为输出激光在一小时内的扫描光谱图，扫描时间间隔为6分钟。
[0021]图4c为本专利技术的本专利技术的通道3的单波长输出光谱图，光信噪比＞65dB,插图为输出激光在一小时内的扫描光谱图，扫描时间间隔为6分钟。
[0022]图4d为本专利技术的本专利技术的通道4的单波长输出光谱图，光信噪比＞64dB,插图为输出激光在一小时内的扫描光谱图，扫描时间间隔为6分钟。
[0023]图4e为本专利技术的本专利技术的通道5的单波长输出光谱图，光信噪比＞66dB,插图为输出激光在一小时内的扫描光谱图，扫描时间间隔为6分钟。
[0024]图5为本专利技术的单纵模输出时0
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100MHz纵模拍频图，插本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于级联相移光栅的多波长可切换单纵模掺铒光纤激光器，其特征在于,光纤耦合器一、光纤耦合器二、光纤耦合器三组成的子环腔滤波器进行纵模滤波，泵浦源与波分复用器的输入端的一端相连，波分复用器的输出端通过第一光纤管道与掺铒光纤的一端相连，掺铒光纤的另一端通过第二光纤管道与环形器的1端口相连，环形器的2端口通过第三光纤管道与可调谐均匀光栅的一段相连，环形器的3端口通过第四光纤管道与级联相移光栅的一端相连，级联相移光栅的另一端通过第五光纤管道和光纤耦合器一的输入端的一端相连，光纤耦合器一的输出端通过第六光纤管道和光纤耦合器二的输入端的一端相连，光纤耦合器二的输出端的一端通过第七光纤管道与光纤耦合器一的输入端相连，光纤耦合器二的另一输出端通过第八光纤管道和光纤耦合器三的输入端的一端相连，光纤耦合器三的输出端的一端通过第九光纤管道与光纤耦合器二的另一输入端相连，光纤耦合器三的另一输出端通过第十光纤管道与偏振控制器的一端相连，偏振控制器的另一端通过光纤第十一光纤管道与光纤耦合器四的输入端相连，光纤耦合器四的输出端的一端通过第十二光纤管道与波分复用器的另一输入端相连，光纤耦合器四的另一输出端通过第十三光纤管道输出激光。2.根据权利要求1所述的基于级联相移光栅的多波长可切换单纵模掺铒光纤激光器，其特征在于,多波长可切换单纵模掺铒光纤激光器的主腔腔长为18.2米,根据公式其中Δ为纵模间隔，c为真空中的光速3
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108m/s，n为光纤折射率1.447，L为主腔腔长计算的纵模间隔为11.4MHz。3.根据权利要求1所述的基于级联相移光栅的多波长可切换单纵模掺铒光纤激光器，其特征在于,泵浦源提供980nm的泵浦光，产生的泵浦光通过980/1550nm波分复用器进入光路，掺铒光纤实现粒子数反转，并产生光的受激辐射光放大作用，环形器确保光的单向传播，可调谐均匀光栅实现通道选择，通过改变轴向应力来改变中心波长从而进行波长选择，级联相移光栅作为多通道滤波器提供五通道极窄带宽滤波，偏振控制器用于调整腔内因光纤材质不均匀所产生的双折射，耦合器四的10％端口用于输出激光，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭浩宇，延凤平，冯亭，秦齐，李挺，杨丹丹，郭浩，高娇，李光波，王宝源，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：