专利名称：基于非线性环镜的功率稳定型光纤激光器的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤激光技术领域，尤其涉及一种基于非线性光纤环镜的功率稳定型光纤激光器。
背景技术：
自1990年以来，光纤激光器如稀土掺杂光纤激光器、光纤非线性效应激光器、单晶光纤激光器和塑料光纤激光器的研制及开发已经取得了巨大的进步。目前，针对不同的应用场合设计的光纤激光器，种类繁多、性能各异、质量可靠。其中，尤其以高功率光纤激光器、超短脉冲光纤激光器和窄线宽光纤激光器的研究最为热点，并已逐步实用化、商业化。 除具有抗电磁干扰能力强、安全、体积小等优点外，光纤激光器还具有转化效率高、光束质量好、信噪比高、兼容性好和可远程控制等特点，使得它在高速大容量波分复用系统、光相干检测系统、光纤环形腔陀螺、光谱分析和光纤传感等领域中有很大的应用潜力。掺铒光纤激光器可提供通信波段的宽带可调谐窄带激光光源，并且具有高温度稳定性、低抽运阈值、高信噪比、与光纤兼容等优点等，因此已成为高速光通信、光缆电视传输系统和检测系统的理想光源候选者之一，备受国内外学者和厂商的广泛青睐。然而，在常温下掺铒光纤是一种均勻展宽介质，存在较强的模式竞争效应，尤其在驻波腔结构中，正反传输的两束光束将发生干涉造成空间烧孔效应，降低了模式的输出稳定性。另一方面，电源电压的不稳、驱动模块输出电流的波动和环境因素(压力、温度)对光纤损耗的影响等外在因素也同样对光纤激光器的输出功率产生消极影响。随着密集波分复用系统的信道数及容量的成倍增加、检测系统性能要求的提高等，大大地增加了对光源输出精度和稳定性的要求。目前，实现光纤激光器功率稳定的技术更多的是研究模式稳定的输出特性即消除跳模、多模现象，或是涉及到多纵模之间的模式协调和能量分配。由于驱动模块、外界环境的不稳定而引起入纤光功率、光纤损耗的变化，最终导致激光输出光功率的纹波现象这一技术缺陷并没有得到重视，且国内外相关报道罕见。针对以上情况，本发明提供了一种基于非线性环镜的功率稳定型光纤激光器，在消除了掺铒光纤激光器空间烧孔效应的基础上实现了功率自稳定功能，克服了驱动模块或外界环境的不稳定而带来的输出功率变化的缺点，使之更适应于密集波分复用系统、强度解调型系统等。显然，实现功率稳定型光纤激光器不但具有重要的理论意义，而且还具有广泛的应用价值及现实意义。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种利用非线性光纤环镜的透射率随输入光功率及其偏振态变化来实现功率稳定输出的光纤激光器，该激光器除消除了掺铒光纤中的空间烧孔效应外，克服了电源电压的不稳、驱动模块输出电流的波动及环境因素(压力、温度)引起的光纤损耗对光纤激光器的输出功率产生的影响，实现了激光输出功率的稳定。基于非线性环镜的功率稳定型光纤激光器包括通过光纤依次串联的掺铒光纤放大器、偏振控制器A、非线性光纤环镜、光纤环形器、光纤光栅和输出耦合器。其中，非线性光
3纤环镜与光纤光栅共同应用，由光纤耦合器两同向端口连接偏振控制器B及单模光纤段构成，通过光纤耦合器的另外两个同向端口接入激光器的环行腔。本发明的基本工作原理掺铒光纤放大器的输出光功率经偏振控制器A后以特定的偏振态进入非线性光纤环镜，由于非线性光纤环镜对输入光功率具有选择透射特性，所以输出光功率随输入光功率及其偏振态的变化而变化。随后，输出光功率经过光纤环形器和光纤光栅时被光纤光栅选频，一部分经过输出耦合器的输出端输出，一部分经过输出耦合器的耦合端进入掺铒光纤放大器，放大后的光功率经过偏振控制器A选择偏振态后继续循环传输，形成自激振荡。光纤环形器对逆向传输的光损耗大，因此确保了环行腔中光的单向传输，从而抑制了腔内空间烧孔效应，促进了激光器的模式稳定激射。非线性光纤环镜由光纤耦合器顺次连接偏振控制器B、单模光纤段构成。通过对非线性光纤环镜透射特性的数值模拟，其具体特性主要表现为以下两点。第一，通过调整偏振控制器A、B可以得到两种截然不同的透射特性，即饱和吸收体特性和振幅平衡特性。饱和吸收体特性表现为输入光功率越大，则饱和吸收体的吸收就越小，透射率就越大，从而有利于超短脉冲激光器的实现。而振幅平衡器却相反，输入光功率越大，则透射率越小(或插入损耗越大)；输入光功率越小，则透射率越大(或插入损耗越小)，处于一种输出振幅自平衡状态。第二，环镜中的单模光纤段长度会影响其输出振幅自平衡效果。光纤长度愈短，透射曲线变化愈慢，振幅自平衡能力愈差，反之亦然。因此，选择合适的长度有利于精确地补偿光功率的变化。在偏振控制器及单模光纤段调整至合适参数的情况下，当驱动模块或者外界环境出现微小变化并引起腔内激光功率波动时，基于非线性环镜的功率稳定型光纤激光器可迫使腔内光功率稳定不变，实现激光的输出稳定。本发明具有的优点为⑴本发明利用非线性光纤环镜的透射率随输入光功率及其偏振态变化的特性，消除了驱动模块及外界环境的不稳定对激光器的消极影响，实现了激光稳定输出；(2)本发明具有制作简单、成本低廉、信噪比高(> 50dB)、功率稳定度高 (< 0. 2dB)等特点。
图1为基于非线性环镜的功率稳定型光纤激光器的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图及实例对本发明作进一步详细的说明，但不限于此。如图1所示，一种基于非线性环镜的功率稳定型光纤激光器包括由光纤依次串联的掺铒光纤放大器1、偏振控制器A 2、非线性光纤环镜、光纤环形器6、光纤光栅7及输出耦合器8。其中，非线性光纤环镜由光纤耦合器3两个同向端口逐次连接偏振控制器B 4及单模光纤段5构成，并通过光纤耦合器的另外两个同向端口接入激光器的环行腔。输出耦合器8的输出端通过光纤跳线接到光谱仪上，可以观察其激光的频域特性(光功率密度的频率变化)。输出耦合器的输出端通过光纤跳线依次接到光滤波器、光电探测器、示波器上，可以观察激光的时域特性(光功率的时间变化)。通过对光纤施加的特定的影响并借助示波器、光谱仪，可以研究此激光器的输出功率稳定特性。
在本实施例中，光纤耦合器3的耦合比为30%，输出耦合器8的耦合比为10% ； 偏振控制器A 2和B 4均为三环型机械式光纤偏振控制器(Connect Fiber Optics, λ /4- λ /2- λ /4)；单模光纤段 5 (Y0FC-MKD-101，模场直径为 9. 9 10. 9 μ mil550nm)长度约为2km ；光纤光栅7的反射率为18. 2dB,中心波长为1553. 7nm, 3dB带宽为0. 13nm。
权利要求
1.基于非线性环镜的功率稳定型光纤激光器，包括通过光纤依次串联的掺铒光纤放大器、偏振控制器A、非线性光纤环镜、光纤环形器、光纤光栅和输出耦合器，其特征在于非线性光纤环镜与光纤光栅共同应用，由光纤耦合器两同向端口连接偏振控制器B及单模光纤段构成，通过光纤耦合器的另外两个同向端口接入激光器的环行腔。
全文摘要
本发明涉及基于非线性环镜的功率稳定型光纤激光器，包括通过光纤依次串联的掺铒光纤放大器、偏振控制器A、非线性光纤环镜、光纤环形器、光纤光栅和输出耦合器，其特征在于非线性光纤环镜与光纤光栅共同应用，由光纤耦合器两同向端口连接偏振控制器B及单模光纤段构成，通过光纤耦合器的另外两个同向端口接入激光器的环行腔。本发明利用非线性光纤环镜的透射率随输入光功率及其偏振态变化的特性，消除了驱动模块及外界环境对激光器的消极影响，实现了激光稳定输出的目的。通过合理调节偏振控制器，可以实现功率稳定的、信噪比高的连续激光输出。本发明制作简单、成本低，在DWDM系统、远程光纤传感、激光测距等领域有着巨大的应用潜力。
文档编号H01S3/067GK102361214SQ20111036389
公开日2012年2月22日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者胡朋兵, 董新永, 赵春柳, 金尚忠 申请人:中国计量学院