多波长和锁模可转换的掺铒光纤激光器及其实现方法技术

本发明专利技术涉及一种具有多波长和锁模功能且工作状态可转换的掺铒光纤激光器及其实现方法，特别是能够实现多波长和锁模之间的开关转换、多波长输出波长位置可调和能在室温下稳定工作的激光器及方法。所述激光器包括：增益放大单元、偏振控制单元、输出耦合单元、梳状滤波单元、光隔离单元和非线性光纤环镜。所述激光器的实现方法包括：通过调整入射偏振态和双折射度使插入在激光腔内非线性光纤环镜处于不同的工作状态，依据其工作状态的不同可分别实现激光器的多波长和锁模功能。本发明专利技术具有调谐方便、成本低廉、能实现室温下稳定的多波长连续输出和锁模脉冲输出两种功能等优点，可满足光时分复用／波分复用通信技术对多功能激光光源的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光器领域，尤其涉及一种具有多波长和锁模功能且工作状态 可转换的掺铒光纤激光器及其实现方法。
技术介绍
随着现代通信技术的发展，提高通信容量和通信速度成为现代通信研究领 域的关键问题。光波分复用技术可以极大的提高通信容量，光时分复用与光波 分复用技术相结合又可以极大的提高光通信系统单信道的速率。因此，光波分复用和光时分复用技术是快速、大容量的通信的关键:技术。现代光纤波分复用通信系统正朝着信道数量越来越多的方向发展。最直接 的提供多路信号的方法就是采用多个单波长激光器。但如果单纯地增加光源数 量，势必会增加成本，因此性能稳定的多波长激光器吸引了研究者们更多的注 意力。多波长激光器可以同时为多个信道提供所需要的光源，是光发射端的设 计更为紧凑、经济，因而在密集波分复用系统中有4艮重要的应用。同时，性能 优良的多波长光源在测距、光谱分析和分布光纤传感等领域中也有极大的应用 价值。所以多波长激光器的研制无疑具有重要的意义。因此多波长掺铒光纤激 光器近年来受到了广泛的关注。在室温条件下，渗阵光纤具有均匀展宽特性， 会引起强烈的模式竟争，因此很难形成稳定的多波长输出。为了达到在室温条 件下多波长稳定输出的目的，两类不同的方法已经净皮提出并且应用， 一种是消除铒纤的均匀展开特性，如液氮冷却铒纤的方法(JongChow， GrhaamTown, Ben Eggleton et al, Multiwavelength generation in an erbium-doped fiber laser using in-fiber comb filters, IEEE， Photon Technol Lett 1996, 8(l):60-62 )。这类 方法在实用中受到很多局限。另一类方式是抑制铒纤的模式竟争如移频反馈 (A. Bellemare, M. Karasek, M. Rochette， S. A. L. S. Lrochelle and M. A. T. M. Tetu， "Room temperature multifrequency erbium-doped fiber lasers anchored on the ITU Tetu, frequency grid," J. Lightw. Technol. 18, 825-831 (2000))，偏振烧孔(单 双波可转换波长位置及间隔可调的摻铒光纤激光器，2004年11月10日公开 CN1545171A )，四波混频( 一种室温工作的多波长同时激射的4参铒光纤激光器， 2005年3月2日公开CN1588151A),自激发布里渊散射(自激发多波长布里渊掺铒光纤激光器，2008年9月3日公开，CN101257177A)等技术。这些技 术虽然能够达到室温条件下多波长的输出目的，但都具有一定的局限。比如移 频反馈技术需要在激光腔内插入移频器，造价昂贵；偏振烧孔，只能产生几个 波长，波长数目不具优势；布里渊散射技术，波长间隔不符合国际电信联盟规 定的波长间隔标准，实用性差。四波混频技术往往需要光子晶体光纤、色散位 移光纤等特种光纤以增强非线性效应，造^f介较高。光时分复用技术与波分复用技术相结合可以极大地提高光通信系统单信 道的速率，被认为是克服电子器件瓶颈、提高通信容量和实现未来全光通信网 络的有效途径。而高重复频率的超短光脉沖的产生则是实现光时分复用/波分 复用通信方式的关键:技术。因此可输出超短光脉沖的锁;溪激光器成为研究的重 点。当前光通信波段的掺铒光纤激光器锁模技术有采用正负色散光纤，使腔 内总色散量为零或由正值趋于零，实现锁模输出，('一种环形腔光纤激光器' 2001年1月17日公开CN1280408A), "8"字腔被动锁模脉沖光纤激光器(2007 年2月7日公开CN 1909306A )。综上所述，光纤通信技术的飞速发展要求通信系统具有多种输出功能的光 源。尽管多种技术可以分别实现室温下的渗萍光纤激光器的多波长输出和锁模 输出，但同时具有这两种输出功能的,光纤激光器还比较少见。因此具有多 波长、锁模等多种输出状态的激光光源无疑能够极大的促进高光通信技术的发 展，势必会引起更为广泛的关注。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是针对高速、大容量光时分复用/波分复用通信技术 对多功能激光光源的需求，提供了一种可实现多波长、锁模两种输出功能，并 且输出状态可转换波长可调谐、工艺筒单，成本低廉、性能稳定的掺铒光纤激 光器。本专利技术解决现有技术问题所采用的技术方案为提供一种具有多波长和锁 模功能且工作状态可转换的掺铒光纤激光器，其特征在于所述,光纤激光 器包括增益放大单元、偏振控制单元、梳状滤波单元、输出耦合单元、光隔 离单元和插入在掺铒光纤激光器腔内的非线性光纤环4竟。根据本专利技术的掺铒光纤激光器一优选技术方案所述摻铒光纤激光器其中 增益放大单元、偏振控制单元、非线性光纤环镜、梳状滤波单元、输出耦合单元以及光隔离单元分别依次连接，梳状滤波单元放置在输出耦合单元之前有利 于提高输出信噪比。但连接方式并不局限于此。比如增益放大单元、光隔离单 元、偏振控制单元、梳状滤波单元、非线性光纤环镜、输出耦合单元以及分别 依次连接。比如增益》丈大单元、光隔离单元、梳状滤波单元、非线性光纤环镜、 偏振控制单元、输出耦合单元以及分别依次连接。根据本专利技术的掺铒光纤激光器一优选技术方案所述非线性光纤环镜包括 两种工作状态 一种是其透射率随入射功率的增强而减小，另一种是其透射率 随入射功率的增强而增强。根据本专利技术的掺铒光纤激光器一优选技术方案所述非线性光纤环镜包 括定向耦合单元、单模光纤和光纤双折射器件；所述定向耦合单元的同侧的 两个输出端通过单模光纤相连，光纤双折射器件在靠近定向耦合单元的一个输 出端口插入在非线性光纤环^:中；其中，所述可调光纤双折射器件是偏振控制 器或具有光学相位延迟量的波片。根据本专利技术的掺铒光纤激光器一优选技术方案所述的增益放大单元为掺 铒光纤放大器或由泵浦激光器、信号/泵浦光波分复用耦合器和掺铒光纤构成。根据本专利技术的掺铒光纤激光器一优选技术方案所述梳状滤波单元是法布 里珀罗梳状滤波器、萨格奈克环镜梳状滤波器或光纤马赫-增德尔干涉型梳状 滤波器。本专利技术还提供了一种掺铒光纤激光器的实现方法，所述渗萍光纤激光器的 实现方法包括步骤第一步.增益放大单元在激光腔内产生增益反馈，梳状滤波单元对光i普进 行梳状滤波；第二步.调节非线性光纤环镜的透射率随输入功率变化的工作状态； 第三步.根据非线性光纤环镜的工作状态分别实现连续多波长输出和脉冲锁模输出信号光输出。根据本专利技术的渗纤光纤激光器的实现方法的一优选技术方案所述第一步进一步包括利用光纤隔离单元抑制反向的受激发射放大语，使激光腔内光信号单向传输的步骤。根据本专利技术的掺铒光纤激光器的实现方法的一优选技术方案所述第二步 具体步骤为调节非线性光纤环镜处于两种工作状态 一种是非线性光纤环镜处于透射率随输入功率增高而降低的工作状态，形成多波长稳定振荡；另一种 是非线性光纤环镜处于透射率随输入功率增高而增高的工作状态，实现掺铒光 纤激光器的^皮动锁模。根据本专利技术的掺铒光纤激光器的实现方法的一优选技术方案所述第二步 进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多波长和锁模可转换的掺铒光纤激光器，其特征在于：所述的激光器包括：增益放大单元（１２）、偏振控制单元（４）、梳状滤波单元（８）、输出耦合单元（９）、光隔离单元（１０）和插入在掺铒光纤激光器腔内的非线性光纤环镜（１１）。其中增益放大单元（１２）、偏振控制单元（４）、非线性光纤环镜（１１）、梳状滤波单元（８）、输出耦合单元（９）以及光隔离单元（１０）相互连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚勇，田佳峻，孙云旭，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]