专利名称：基于闪耀光纤光栅的多波长光纤激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤激光器，适用于光纤通信领域。
背景技术：
在密集波分复用系统中，多波长光信号需要多波长激光器来提供，在众多类型的激光器中光纤激光器以其光束质量高，结构紧凑，稳定性高等优势得到迅速的发展。在传统以掺稀土离子的有源光纤作为增益介质的光纤激光器中，多波长信号的选择通过取样光栅 等多波段的选频装置来实现，通过谐振腔中光信号的不断放大和选择，最终将所选波长的光信号输出形成激光。目前基于光纤光栅的光纤激光器大致分为线性腔结构和环形腔结构，线性腔结构的光纤激光器由两个中心波长一致的Bragg光纤光栅构成选频谐振腔，腔内的有源光纤作为增益介质，整个激光器的结构简单。而多波长只是将其中的Bragg光纤光栅均换作取样光纤光栅或是只将其中一个替换，甚至是在原来Bragg光纤光栅构成的谐振腔中放置取样光纤光栅的滤波器件，实现所需波长信号的低损耗通过，其余波长则被损耗掉，最终输出端输出所需的多个波长的激光信号。但是这种线性腔结构的光纤激光器每个波长的激光信号带宽较宽，要实现窄带宽则需要缩短相应的谐振腔的长度，这将会使得激光信号的增益变小，阀值增大，不利于实际应用。甚至是当需要多波长单纵模激光输出时，谐振腔的长度被限制在厘米量级，使得激光器的输出功率更小。环形腔的光纤激光器虽然只用到一个光栅，稳定性相比线性腔要好，如需多波长输出只需将其中的光纤光栅换成是取样光栅或是在谐振腔中再添加额外的取样光栅同样能够实现。但是需要用到价格昂贵的环形器，这使得环形腔光纤激光器的成本很难降得下来。由于激光器的稳定性是衡量其性能的重要指标之一，因此如何在增加其稳定性的同时保持甚至降低其制作成本成为当前光纤激光器制作所面临的一个问题。同时如何获得更窄带宽的激光成为激光器研究的一个重点，中国专利申请201110453893. 1,201220006996. 3中的熔锥型光纤激光器能够实现超一致光纤光栅的制作以及在类似环形腔的结构中以线性腔的的形式工作，通过精确控制熔锥区以及光栅的长度，可以有效实现激光信号的激振，但这个过程中加工难度较大，激光器的效率低，仅依赖光栅的选频对激光信号带宽的进一步压窄有限制，需要增加其它辅助设备进行窄带宽的选择。综上所述，目前的多波长光纤激光器需要解决的问题有多波长输出的稳定性差，成本高，窄带宽的控制手段复杂。发肯内容本发明所要解决的技术问题是多波长输出的稳定性差，成本高，窄带宽的控制手段复杂。本发明的技术方案为基于闪耀光纤光栅的多波长光纤激光器，其特征在于该激光器包括有源光纤，第一和第二光敏光纤，刻写在第一光敏光纤上的第一至第N上路闪耀光纤光栅，刻写在第二光敏光纤上的第一至第N下路闪耀光纤光栅，波分复用器和泵浦源。第一、第二光敏光纤同处于同一平面内平行放置，边沿的最近距离为h。第一上路闪耀光纤光栅、第一下路闪耀光纤光栅的成栅面互相平行，与第一、第二 光敏光纤成e角度，与第一和第二光敏光纤所处的平面垂直；第一上路闪耀光纤光栅与第一下路闪耀光纤光栅沿第一光敏光纤方向的最近处距离为L1;第一下路闪耀光纤光栅与第二上路闪耀光纤光栅沿第一光敏光纤方向的最近处距离为l2。第二上路闪耀光纤光栅、第二下路闪耀光纤光栅的成栅面互相平行，与第一、第二光敏光纤成e角度，与第一和第二光敏光纤所处的平面垂直；第二上路闪耀光纤光栅与第二下路闪耀光纤光栅沿第一光敏光纤方向的最近处距离为U。第N上路闪耀光纤光栅、第N下路闪耀光纤光栅的成栅面互相平行，与第一、第二光敏光纤成e角度，与第一和第二光敏光纤所处的平面垂直；第N上路闪耀光纤光栅与第N下路闪耀光纤光栅沿第一光敏光纤方向的最近处距离为Li。各部分的连接方式为有源光纤的一端接波分复用器的第三端口，有源光纤的另一端接第一光敏光纤的一端，第二光敏光纤的一端接波分复用器的第二端口，波分复用器的第一端口接泵浦源，激光从第一、第二光敏光纤的另一端输出。所述的有源光纤所掺杂的稀土离子包括铒离子、镱离子、铥离子、钦离子、钕离子。所述的h 满足0 < h < 10cm。所述的0 满足45° < 0 <90。。所述的N满足N彡2,且为整数。所述的LI 满足=L1 彡 h/ (-tan 2 0)。所述的L2满足0彡L2彡50cm。所述的第一、第二光敏光纤对紫外光有光敏性，均置于空气、水、折射率小于等于光纤包层折射率的折射率匹配液或石英晶体中。所述的第一至第N上路闪耀光纤光栅和第一至第N下路闪耀光纤光栅为Bragg闪耀光纤光栅。所述的第一上路闪耀光纤光栅与第一下路闪耀光纤光栅的中心波长一致，带宽一致。所述的第二上路闪耀光纤光栅与第二下路闪耀光纤光栅的中心波长一致，带宽一致。所述的第N上路闪耀光纤光栅与第N下路闪耀光纤光栅的中心波长一致，带宽一致。所述的第一至第N上路闪耀光纤光栅中心波长均不同，带宽没有公共部分。该激光器包括有源光纤，第一和第二光敏光纤，刻写在第一光敏光纤上的第一、第二和第三上路闪耀光纤光栅，波分复用器和泵浦源。第一、第二光敏光纤同处于同一平面内平行放置，边沿的最近距离为h。第一、第二和第三上路闪耀光纤光栅的成栅面与第一光敏光纤成e角度，与第一和第二光敏光纤所处的平面垂直。各部分的连接方式为有源光纤的一端接波分复用器的第三端口，有源光纤的另一端接第一光敏光纤的一端，第二光敏光纤的一端接波分复用器的第二端口，波分复用器的第一端口接泵浦源，激光从第一光敏光纤的另一端输出。所述的第一、第二和第三上路闪耀光纤光栅为长周期闪耀光纤光栅。所述的0 满足0。< 0 <45。。本发明和已有技术相比所具有的有益效果传统线性腔光纤激光器含有两个中心波长一致的Bragg光纤光栅，以此构成对光信号进行放大的谐振腔，在腔中放置取样光栅或是直接以取样光栅代替Bragg光纤光栅实现多波长信号的输出，对于每个波长，谐振腔越长，相邻纵横的间隔越小，单靠光栅的选频作用无法使得激光信号带宽更窄。本发明以多个闪耀光纤光栅实现复合腔结构，使得每个波长的光信号带宽均变窄，甚至是单纵模，将激光信号的带宽压至很窄。相比传统的环行腔多波长激光器，本发明所述结构无需环行器等价格高昂的器件，而直接生成环形行波腔，使 激光器的稳定性大大提升的同时成本并没有很大改变。
图I为输出N个波长的基于闪耀光纤光栅的多波长光纤激光器。图2为第一上、下路闪耀光纤光栅之间的光路图。图3为输出两个波长的基于闪耀光纤光栅的多波长光纤激光器。图4为输出二十个波长的基于闪耀光纤光栅的多波长光纤激光器。图5为输出三个波长的环形行波腔的基于闪耀光纤光栅的多波长光纤激光器。图6为图5的光路图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。实施方式一基于闪耀光纤光栅的多波长光纤激光器，如图1，该激光器包括有源光纤1，第一和第二光敏光纤21、22，刻写在第一光敏光纤21上的第一至第N上路闪耀光纤光栅31、32、……、3N，刻写在第二光敏光纤22上的第一至第N下路闪耀光纤光栅61、62、……、6N，波分复用器和泵浦源5。第一、第二光敏光纤21、22同处于同一平面内平行放置，边沿的最近距离为h。所谓边沿的最近距离为两光纤的轴心距离减去再光纤的半径所得的值。第一上路闪耀光纤光栅31、第一下路闪耀光纤光栅61的成栅面互相平行，与第一、第二光敏光纤21、22成0角度，与第一和第二光敏光纤21、22所处的平面垂直；第一上路闪耀光纤光栅31与第一下路闪耀光纤光栅61沿第一光敏光纤21方向的最近处距离为L1 ;第一下路闪耀光纤光栅61与第二上路闪耀光纤光栅32沿第一光敏光纤21方向的最近处距离为L2。所谓成栅面即为光纤光栅中折射率调制区域内相同折射率的一系列平面，这些平面相互平行。第二上路闪耀光纤光栅32、第二下路闪耀光纤光栅62的成栅面互相平行，与第一、第二光敏光纤21、22成0角度，与第一和第二光敏光纤21、22所处的平面垂直；第二上路闪耀光纤光栅32与第二下路闪耀光纤光栅62沿第一光敏光纤21方向的最近处距离为Li o第N上路闪耀光纤光栅3N、第N下路闪耀光纤光栅6N的成栅面互相平行，与第一、第二光敏光纤21、22成0角度，与第一和第二光敏光纤21、22所处的平面垂直；第N上路闪耀光纤光栅3N与第N下路闪耀光纤光栅6N沿第一光敏光纤21方向的最近处距离为Liq各部分的连接方式为有源光纤I的一端接波分复用器的第三端口 43，有源光纤I的另一端接第一光敏光纤21的一端，第二光敏光纤22的一端接波分复用器的第二端口 42，波分复用器的第一端口 41接泵浦源5,激光从第一、第二光敏光纤21、22的另一端输出。所述的有源光纤I所掺杂的稀土离子包括铒离子、镱离子、铥离子、钦离子、钕离子。所述的h 满足0 < h < 10cm。所述的0 满足45° < 9 <90。。所述的N满足N彡2,且为整数。 所述的L1 满足=L1 彡 h/-tan 2 0。所述的L2 满足0 < L2 < 50cm。所述的第一、第二光敏光纤21、22对紫外光有光敏性，均置于空气、水、折射率小于等于光纤包层折射率的折射率匹配液或石英晶体中。所述的第一上路闪耀光纤光栅31与第一下路闪耀光纤光栅61的中心波长一致，
带宽一致。所述的第二上路闪耀光纤光栅32与第二下路闪耀光纤光栅62的中心波长一致，
带宽一致。所述的第N上路闪耀光纤光栅3N与第N下路闪耀光纤光栅6N的中心波长一致，
带宽一致。所述的第一至第N上路闪耀光纤光栅31、32、……、3N中心波长均不同，带宽没有公共部分。所述的第一至第N上路闪耀光纤光栅31、32、……、3N和第一至第N下路闪耀光纤光栅61、62、......、6N为Bragg闪耀光纤光栅。Bragg闪耀光纤光栅与传统Bragg光纤光栅的区别仅在于Bragg闪耀光纤光栅的成栅面不与所在光纤垂直。Bragg闪耀光纤光栅的折射率调制周期小于I微米。第一上、下路闪耀光纤光栅31、61之间的光路图如图2所示，箭头方向为其中传播的光信号的方向，这样的设置使整个谐振腔形成环形复合谐振驻波腔结构，增加谐振腔稳定性。以此类推。实施方式二基于闪耀光纤光栅的多波长光纤激光器，如图3，该激光器包括有源光纤1，第一和第二光敏光纤21、22，刻写在第一光敏光纤21上的第一、第二上路闪耀光纤光栅31、32，刻写在第二光敏光纤22上的第一、第二下路闪耀光纤光栅61、62，波分复用器和泵浦源5。第一、第二光敏光纤21、22同处于同一平面内平行放置，边沿的最近距离为h。第一上路闪耀光纤光栅31、第一下路闪耀光纤光栅61的成栅面互相平行，与第一、第二光敏光纤21、22成0角度，与第一和第二光敏光纤21、22所处的平面垂直；第一上路闪耀光纤光栅31与第一下路闪耀光纤光栅61沿第一光敏光纤21方向的最近处距离为L1 ;第一下路闪耀光纤光栅61与第二上路闪耀光纤光栅32沿第一光敏光纤21方向的最近处距离为L2。 第二上路闪耀光纤光栅32、第二下路闪耀光纤光栅62的成栅面互相平行，与第一、第二光敏光纤21、22成0角度，与第一和第二光敏光纤21、22所处的平面垂直；第二上路闪耀光纤光栅32与第二下路闪耀光纤光栅62沿第一光敏光纤21方向的最近处距离为
Li o各部分的连接方式为有源光纤I的一端接波分复用器的第三端口 43,有源光纤I的另一端接第一光敏光纤21的一端，第二光敏光纤22的一端接波分复用器的第二端口 42，波分复用器的第一端口 41接泵浦源5,激光从第一、第二光敏光纤21、22的另一端输出。所述的有源光纤I所掺杂的稀土离子为铒离子。所述的h 满足0 < h < 10cm。所述的0 满足45° < 9 <90。。所述的L1 满足=L1 彡 h/-tan 2 0。所述的L2满足0彡L2彡50cm。所述的第一、第二光敏光纤21、22对紫外光有光敏性，均置于空气中。所述的第一上路闪耀光纤光栅31与第一下路闪耀光纤光栅61的中心波长一致，
带宽一致。所述的第二上路闪耀光纤光栅32与第二下路闪耀光纤光栅62的中心波长一致，
带宽一致。所述的第一、第二上路闪耀光纤光栅31、32中心波长不同，带宽没有公共部分。所述的第一、第二上路闪耀光纤光栅31、32和第一、第二下路闪耀光纤光栅61、62为Bragg闪耀光纤光栅。第一上、下路闪耀光纤光栅31、61之间的光路图如图2所示，箭头方向为其中传播的光信号的方向，这样的设置使整个谐振腔形成行波腔结构，增加谐振腔稳定性。以此类推。实施方式三基于闪耀光纤光栅的多波长光纤激光器，如图4，该激光器包括有源光纤1，第一和第二光敏光纤21、22，刻写在第一光敏光纤21上的第一至第二十上路闪耀光纤光栅31、32、……、320，刻写在第二光敏光纤22上的第一至第二十下路闪耀光纤光栅61、62、……、620，波分复用器和泵浦源5。第一、第二光敏光纤21、22同处于同一平面内平行放置，边沿的最近距离为h。第一上路闪耀光纤光栅31、第一下路闪耀光纤光栅61的成栅面互相平行，与第一、第二光敏光纤21、22成0角度，与第一和第二光敏光纤21、22所处的平面垂直；第一上路闪耀光纤光栅31与第一下路闪耀光纤光栅61沿第一光敏光纤21方向的最近处距离为L1 ;第一下路闪耀光纤光栅61与第二上路闪耀光纤光栅32沿第一光敏光纤21方向的最近处距离为L2。第二上路闪耀光纤光栅32、第二下路闪耀光纤光栅62的成栅面互相平行，与第一、第二光敏光纤21、22成0角度，与第一和第二光敏光纤21、22所处的平面垂直；第二上路闪耀光纤光栅32与第二下路闪耀光纤光栅62沿第一光敏光纤21方向的最近处距离为
......第二十上路闪耀光纤光栅320、第二十下路闪耀光纤光栅620的成栅面互相平行，与第一、第二光敏光纤21、22成0角度，与第一和第二光敏光纤21、22所处的平面垂直；第二十上路闪耀光纤光栅320与第二十下路闪耀光纤光栅620沿第一光敏光纤21方向的最近处距离为U。各部分的连接方式为有源光纤I的一端接波分复用器的第三端口 43，有源光纤I的另一端接第一光敏光纤21的一端，第二光敏光纤22的一端接波分复用器的第二端口 42，波分复用器的第一端口 41接泵浦源5,激光从第一、第二光敏光纤21、22的另一端输出。所述的有源光纤I所掺杂的稀土离子为镱离子。所述的h 满足0 < h < 10cm。所述的0 满足45° < 0 <90。。所述的L1 满足=L1 彡 h/-tan 2 0。所述的L2满足0彡L2彡50cm。所述的第一、第二光敏光纤21、22对紫外光有光敏性，均置于水中。所述的第一上路闪耀光纤光栅31与第一下路闪耀光纤光栅61的中心波长一致，
带宽一致。所述的第二上路闪耀光纤光栅32与第二下路闪耀光纤光栅62的中心波长一致，
带宽一致。所述的第二十上路闪耀光纤光栅320与第二十下路闪耀光纤光栅620的中心波长
一致，带宽一致。所述的第一至第二十上路闪耀光纤光栅31、32、……、320中心波长均不同，带宽没有公共部分。所述的第一至第二十上路闪耀光纤光栅31、32、……、320和第一至第二十下路闪耀光纤光栅61、62、......、620为Bragg闪耀光纤光栅。实施方式四基于闪耀光纤光栅的多波长光纤激光器，如图5，该激光器包括有源光纤1，第一和第二光敏光纤21、22，刻写在第一光敏光纤21上的第一至第三上路闪耀光纤光栅31、32、33，波分复用器和泵浦源5。第一、第二光敏光纤21、22同处于同一平面内平行放置，边沿的最近距离为h。第一、第二、第三上路闪耀光纤光栅31、32、33的成栅面与第一光敏光纤21成0角度，与第一和第二光敏光纤21、22所处的平面垂直。各部分的连接方式为有源光纤I的一端接波分复用器的第三端口 43，有源光纤I的另一端接第一光敏光纤21的一端，第二光敏光纤22的一端接波分复用器的第二端口 42，波分复用器的第一端口 41接泵浦源5,激光从第一光敏光纤21的另一端输出。所述的有源光纤I所掺杂的稀土离子为铥离子。所述的h 满足0 < h < 10cm。所述的0 满足0。< 0 <45。。所述的第一、第二光敏光纤21、22对紫外光有光敏性，均置于折射率小于等于光纤包层折射率的折射率匹配液或石英晶体中。
所述的第一、第二、第三上路闪耀光纤光栅31、32、33中心波长均不同，带宽没有公共部分，均为长周期闪耀光纤光栅。长周期闪耀光纤光栅与传统长周期光纤光栅的区别仅在于长周期闪耀光纤光栅的成栅面不与所在光纤垂直。所谓长周期光栅为折射率调制周期大于I微米的光栅。第一、第二光敏光纤31、32之间的光路图如图6所示，箭头方向为其中传播的光信号的方向，这样的设置使整个谐振腔形成多波长的环形行波腔结构，增加谐振腔稳定性。
权利要求
1.基于闪耀光纤光栅的多波长光纤激光器，其特征在干该激光器包括有源光纤(1)，第一和第二光敏光纤(21、22)，刻写在第一光敏光纤(21)上的第一至第N上路闪耀光纤光栅(31、32、……、3N)，刻写在第二光敏光纤(22)上的第一至第N下路闪耀光纤光栅(61、62、……、6N)，波分复用器和泵浦源(5)； 第一、第二光敏光纤(21、22)同处于同一平面内平行放置，边沿的最近距离为h; 第一上路闪耀光纤光栅(31)、第一下路闪耀光纤光栅￠1)的成栅面互相平行，与第一、第二光敏光纤(21、22)成0角度，与第一和第二光敏光纤(21、22)所处的平面垂直；第一上路闪耀光纤光栅(31)与第一下路闪耀光纤光栅￠1)沿第一光敏光纤(21)方向的最近处距离为L1 ;第一下路闪耀光纤光栅￠1)与第二上路闪耀光纤光栅(32)沿第一光敏光纤(21)方向的最近处距离为L2; 第二上路闪耀光纤光栅(32)、第二下路闪耀光纤光栅￠2)的成栅面互相平行，与第一、第二光敏光纤(21、22)成0角度，与第一和第二光敏光纤(21、22)所处的平面垂直；第ニ上路闪耀光纤光栅(32)与第二下路闪耀光纤光栅￠2)沿第一光敏光纤(21)方向的最近处距离为L1 ； 第N上路闪耀光纤光栅(3N)、第N下路闪耀光纤光栅^N)的成栅面互相平行，与第一、第二光敏光纤(21、22)成0角度，与第一和第二光敏光纤(21、22)所处的平面垂直；第N上路闪耀光纤光栅(3N)与第N下路闪耀光纤光栅^N)沿第一光敏光纤(21)方向的最近处距离为L1 ； 各部分的连接方式为有源光纤(I)的一端接波分复用器的第三端ロ(43)，有源光纤(I)的另一端接第一光敏光纤(21)的一端，第二光敏光纤(22)的一端接波分复用器的第ニ端ロ(42)，波分复用器的第一端ロ(41)接泵浦源(5)，激光从第一、第二光敏光纤(21、22)的另一端输出。
2.根据权利要求I所述的基于闪耀光纤光栅的多波长光纤激光器，其特征在于 所述的有源光纤(I)所掺杂的稀土离子包括铒离子、镱离子、铥离子、钦离子、钕离子； 所述的h满足0 < h < IOcm ； 所述的9满足45° < 0 < 90° ; 所述的N满足N彡2,且为整数； 所述的L1满足=L1彡h/ (-tan 2 0)； 所述的L2满足0彡L2彡50cm。
3.根据权利要求I所述的基于闪耀光纤光栅的多波长光纤激光器，其特征在于 所述的第一、第二光敏光纤(21、22)对紫外光有光敏性，均置于空气、水、折射率小于等于光纤包层折射率的折射率匹配液或石英晶体中。
4.根据权利要求I所述的基于闪耀光纤光栅的多波长光纤激光器，其特征在于 所述的第一至第N上路闪耀光纤光栅(31、32、……、3N)和第一至第N下路闪耀光纤光栅(61、62、......、6N)为Bragg闪耀光纤光栅； 所述的第一上路闪耀光纤光栅(31)与第一下路闪耀光纤光栅￠1)的中心波长一致，带宽一致； 所述的第二上路闪耀光纤光栅(32)与第二下路闪耀光纤光栅￠2)的中心波长一致，带宽一致；所述的第N上路闪耀光纤光栅(3N)与第N下路闪耀光纤光栅^N)的中心波长一致，带宽一致； 所述的第一至第N上路闪耀光纤光栅(31、32、……、3N)中心波长均不同，带宽没有公共部分。
5.根据权利要求I所述的基于闪耀光纤光栅的多波长光纤激光器，其特征在于该激光器包括有源光纤(I)，第一和第二光敏光纤(21、22),刻写在第一光敏光纤(21)上的第一、第二和第三上路闪耀光纤光栅(31、32、33)，波分复用器和泵浦源(5)； 第一、第二光敏光纤(21、22)同处于同一平面内平行放置，边沿的最近距离为h; 第一、第二和第三上路闪耀光纤光栅(31、32、33)的成栅面与第一光敏光纤(21)成0角度，与第一和第二光敏光纤(21、22)所处的平面垂直； 各部分的连接方式为有源光纤(I)的一端接波分复用器的第三端ロ(43)，有源光纤(1)的另一端接第一光敏光纤(21)的一端，第二光敏光纤(22)的一端接波分复用器的第二端ロ(42)，波分复用器的第一端ロ(41)接泵浦源(5)，激光从第一光敏光纤(21)的另一端输出； 所述的第一、第二和第三上路闪耀光纤光栅(31、32、33)为长周期闪耀光纤光柵； 所述的9满足0° < 0 < 45°。
全文摘要
基于闪耀光纤光栅的多波长光纤激光器，涉及一种光纤激光器，适用于光纤通信领域。解决了目前光纤激光器多波长输出的稳定性差，成本高，窄带宽的控制手段复杂的问题。该激光器包括有源光纤(1)，第一和第二光敏光纤(21、22)，刻写在第一光敏光纤(21)上的第一至第N上路闪耀光纤光栅(31、32、……、3N)，刻写在第二光敏光纤(22)上的第一至第N下路闪耀光纤光栅(61、62、……、6N)，波分复用器和泵浦源(5)；第一、第二光敏光纤(21、22)同处于同一平面内平行放置，边沿的最近距离为h；第一上、下路闪耀光纤光栅(31、61)的成栅面互相平行，与第一、第二光敏光纤(21、22)成θ角度，与第一和第二光敏光纤(21、22)所处平面垂直。
文档编号H01S3/08GK102629729SQ20121011549
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者孙将, 宁提纲, 张婵, 李晶, 李超, 油海东, 温晓东, 裴丽 申请人:北京交通大学