一种自然偏振态单波长光源及方法技术

本发明专利技术公布了一种自然偏振单波长光源及方法，所述光源由带电流泵浦的第一半导体光放大器、光纤光栅以及偏振无关隔离器组成，光纤光栅与第一半导体光放大器的一端连接，光纤光栅的反射波长在第一半导体光放大器的增益谱内；第一半导体光放大器的另一端与偏振无关隔离器的输入端连接。所述方法如下：第一半导体光放大器在电流驱动下产生自发辐射；前向自发辐射光经偏振无关光隔离器直接输出；后向自发辐射光经过光纤光栅滤波反射窄带波长的自发辐射光，其他波段的自发辐射光透射后从光纤光栅的另一端输出耗散掉；被光纤光栅反射的自发辐射光再次经过第一半导体光放大器被放大后从偏振无关隔离器输出。本发明专利技术直接输出单波长自然偏振光，能量转换效率高；实现方便，结构简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到光学领域，特别涉及ー种具有自然偏振态、单波长光源及方法。
技术介绍
通常的半导体激光器、光纤激光器等光源均具有很高的线偏振度。光信号在光纤内传输过程中，由于光纤纤芯结构上不可避免的微小不对称性、折射率分布的不均勻性、夕卜部或内部的横向应カ的不对称性，以及光纤的扭转、弯曲或外加的电磁场会导致光纤具有双折射效应，从而导致线偏振光在光纤中传输一段距离后其偏振方向及偏振度都会发生随机的变化。[1]在高速光纤通信、光纤传感以及光纤陀螺仪等应用中，光信号偏振态的随机改变会引起偏振色散、偏振损耗、偏振衰落等效应，要求光源具备自然偏振态的特性。因此光源的退偏技术是解决偏振相关问题的主要方法。现在常用的方法是用光纤退偏器对偏振光场进行消偏处理来获取自然偏振光，这种方法适用于宽光谱光源，而且会使光源结构更加复杂。本专利技术提出ー种利用光栅反射反馈自发辐射光源来直接获得自然偏振态的单波长光源，无需后端的退偏器。现有技术ー使用Lyot型退偏器对光场进行消偏。Lyot型退偏器是用两段长度比2 1的高双折射保偏光纤以主轴相差45°对接而成。这种消偏器的基本原理是，这两段光纤引入的偏振色散以及这两个偏振色散的差都要远大于光源的相干时间。因此，这种消偏器仅适用于使用有低时间相干性的宽带光源。实现退偏的两个条件，一是出射光映射到两个正交轴上的电场强度要相等，ニ是保证光纤足够长，使输出X、Y方向的电场Ex、Ey的延时差远大于相干时间,两正交电场完全不相干。Lyot型退偏器对宽带光源比较有效，但对窄带光源就需要很长的高双折射光纤，这样既不紧凑也不实际。现有技术ニ 使用级联光纤环形退偏器对光场进行消偏。[2]单级光纤环是由ー个2X2的定向耦合器制作而成的，如图I所示，定向耦合器的2端口和4端ロ相连接组成了一个光纤循环延迟线。对单级光纤环来说，当输入光经过不同循环光路后，如果满足其输出各个光束彼此不相干且输出偏振态呈现均匀分布时，输出光即可退偏，但由于输出光分量并不是很多，且真正起退偏作用的也不多，性能很不稳定，必须加以精确调节才能达到想要的退偏度。级联更多的光纤环，通过循环光路得到更多的大量彼此不相干且偏振态和光強度各不相同的输出光束，就能进ー步满足退偏条件，虽然偏振度可以迅速降低，稳定性也可进ー步増加，不过仍有一定的概率产生较高偏振度的输出光。如图2所不单级光纤延迟环输出光场偏振度依赖于入射光偏振态和延迟线的双折射參数，随机性很大。达到理想的退偏效果至少需要8级以上，结构复杂。现有技术三光纤自发辐射(ASE)光源。光纤ASE光源是利用增益光纤的自发福射放大作为输出光。由于自发福射光具有偏振方向随机分布的特性，光纤ASE光源具有很低的线偏振度。光纤ASE光源通常用来产生高功率的平坦宽光谱输出，有单程前向输出、单程后向输出、双程前向输出、双程后向输出、双级泵浦等结构[3]。图3为单程前向输出结构简图泵浦源通过耦合器为增益光纤提供泵浦光，増益光纤中产生自发辐射，正向传输的自发辐射光通过偏振无关隔离器后输出。光纤ASE光源为宽带光源，单波长功率密度不高，能量转换效率低下。现有技术四超辐射发光二极管(SLD/SLED)光源。超辐射发光二极管(SLD/SLED)是与半导体激光光源类似的ー种介于激光二极管和发光二极管之间的半导体光源。 SLD是ー种对自发辐射进行放大的单程増益器件。在正向电流注入下，量子阱有源区内的载流子发生粒子数反转，电子从导带跃迁到价带，与空穴复合释放出光子。这种自发辐射的光子在腔体中传播时不断得到受激放大，但由于腔体的两个端面的反射率都很低，并不会形成谐振腔，不具有选频作用，所以光子在腔内不会产生反馈谐振，输出为非相干光，具有光谱宽、功率大的特点。[4]超辐射发光二极管(SLD/SLED)效率低、稳定度差，与单模光纤的耦合效率低，而且与光纤ASE光源一祥，具有较大的光谱宽度，不利于在需要单波长或窄光谱的系统中应用。參考文献[I].刘力，张小康.光纤中传输光束的偏振态；[2],张羽飞，王春华.级联光纤环形退偏器的统计退偏分析；[3],李丽.掺铒光纤光源及其光谱平坦技术的研究；[4],王正选·超辐射发光二极管。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单且单波长的自然偏振光源及方法，无需任何消偏振器件。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案本专利技术ー种自然偏振单波长光源，由带电流泵浦的第一半导体光放大器(SOA)、光纤光栅以及偏振无关隔离器组成，光纤光栅与第一半导体光放大器的一端连接，该光纤光栅的反射波长在第一半导体光放大器的增益谱内；第一半导体光放大器的另一端与偏振无关隔离器的输入端连接，半导体光放大器为光源提供能量，偏振无关隔离器保证光场单向传输，避免发生激光振荡。所述偏振无关隔离器的输出端连接ー个带电流驱动的第二半导体光放大器，作为用于提闻功率的放大级。所述第一、第二半导体光放大器还可以采用掺铒光纤放大器代替。所述掺铒光纤放大器由半导体激光器、波分复用器和掺铒增益光纤组成，半导体激光器为波分复用器提供泵浦光，作为输入泵浦光；波分复用器与稀土掺杂增益光纤连接。作为上述方案的一种改进方案所述偏振无关隔离器与第二半导体光放大器之间设置窄带滤波器，并去掉光纤光柵。ー种自然偏振态单波长光源的工作方法如下第一半导体光放大器在电流驱动下产生宽带、偏振无关的自发辐射；前向自发辐射光经偏振无关光隔离器直接输出；后向自发辐射光经过光纤光栅滤波反射窄带波长的自发辐射光，其他波段的自发辐射光透射后从光纤光栅的另一端输出耗散棹；被光纤光栅反射的单波长自发辐射光再次经过第一半导体光放大器被放大。在这ー过程中由于存在单向反馈，被光栅锁定的波长从放大器中提取近乎全部能量而被放大，而其他波长的光被大幅抑制，并保持了自然偏振的特性，之后从偏振无关隔离器输出。所述偏振无关隔离器的输出端的光源经过第二半导体光放大器进ー步放大输出。本专利技术的ー种使用窄带镀膜滤波器的改进方案所述偏振无关隔离器与第二半导体光放大器之间设置窄带滤波器，并去掉光纤光栅；第一半导体光放大器中产生的前向自发辐射光经过偏振无关隔离器后进入到窄带滤波器中；窄带滤波器滤波透射的窄带波长在第二半导体光放大器中被放大后输出。与现有技术相比，本专利技术及其改进技术方案具有以下优点·I.利用SOA中放大的自发辐射(ASE)结合单向反馈结构实现单波长自然偏振光源，能量转换效率高；2.利用ASE发光特性直接获得自然偏振光输出，光源后端不需加任何消偏振器件，实现方便，结构简単；3.采用光纤光栅将特定波长的光反射回SOA中，由于增益竞争，使被锁定的单波长获得更高的増益和功率，从而得到更高的输出光功率和更窄的光谱宽度。附图说明图I :单级光纤环结构图；图2 :级联光纤环形退偏器结构图；图3 :单程光纤ASE光源输出结构图；图4 :本专利技术实施例I的结构示意图；图5 :本专利技术实施例2的结构示意图；图6 :宽带ASE光纤光源与本新型自然偏振态单波长光源的光谱图；图7 :本专利技术的新型光源的光谱细节；图8 :本专利技术实施例3的结构示意图；图9 :本专利技术实施例4的结构示意图；图10 :本专利技术实施例5的结构示意图。具体实施例方式如图4所示，本专利技术的ー种单波长自然偏振光源，由带电流泵浦的半导体光放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自然偏振单波长光源，其特征在于：由带电流泵浦的第一半导体光放大器、光纤光栅以及偏振无关隔离器组成，光纤光栅与第一半导体光放大器的一端连接，该光纤光栅的反射波长在第一半导体光放大器的增益谱内；第一半导体光放大器的另一端与偏振无关隔离器的输入端连接。

【技术特征摘要】
1.ー种自然偏振单波长光源，其特征在干由带电流泵浦的第一半导体光放大器、光纤光栅以及偏振无关隔离器组成，光纤光栅与第一半导体光放大器的一端连接，该光纤光栅的反射波长在第一半导体光放大器的增益谱内；第一半导体光放大器的另一端与偏振无关隔离器的输入端连接。2.根据权利要求I所述的ー种自然偏振单波长光源，其特征在于所述偏振无关隔离器的输出端连接ー个带电流驱动的第二半导体光放大器。3.根据权利要求2所述的ー种自然偏振单波长光源，其特征在于所述第一、第二半导体光放大器还可以采用掺铒光纤放大器。4.根据权利要求3所述的ー种自然偏振单波长光源，其特征在于所述掺铒光纤放大器由半导体激光器、波分复用器和掺铒增益光纤组成，半导体激光器通过波分复用器为掺铒增益光纤提供泵浦光；波分复用器与掺铒增益光纤连接。5.根据权利要求2所述的ー种自然偏振单波长光源，其特征在于所述偏振无关隔离器与第二半导体光放大器之间设置窄带滤波器，并去掉...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国梁，张先明，宋强，蒋祺，梅里，
申请(专利权)人：常州奥镭光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：