专利名称：一种可编程多波长可调光纤激光器及其多波长滤波方法
技术领域：
本发明涉及可调谐多波长光纤激光器、光通信领域，尤其涉及一种基于宽带线性啁啾光纤布拉格光栅(以下简称LCFBG)的多波长可调光纤激光器。
背景技术：
光网络正在向动态的光网络发展，现有固定的信道频率间隔不能有效地利用光纤的频谱资源，因而限制光纤传输容量有效的扩展。为了解决这一问题，适应灵活栅格技术的多波长可调光纤激光器成为了当前的研究热点。多波长可调光纤激光器具有与光纤器件兼容、带宽较宽、线宽窄、输出功率高、强度噪声低、稳定性优良、可以灵活输出不同数量的波长等优点，在光纤通信、光传感和高分辨率光学测试等领域有着重要的应用。为了抑制空间烧孔和提高激光输出稳定性，必须采用光纤环形腔结构。光纤隔离器以及三端口光纤环形器保证了激光在环形腔中单向传输。采用半导体光放大器(semiconductor optical amplifier, S0A)作为增益介质。相比于常用的掺铒光纤或者掺镱稀土光纤增益介质，SOA的突出优点是具有比较平坦的宽带增益谱，其增益谱可通过改变半导体材料组分灵活控制，可以很容易匹配光纤激光器与放大器常用1060nm或1550nm波段。在激光谐振腔内SOA工作在饱和状态，饱和增益钳制特性与载流子动态恢复特性有助于SOA实现高通滤波功能来抑制并消除强度噪声和低频干扰，配合腔内的窄带滤波器实现光纤激光器的单纵模激射。众所周知，掺铒光纤增益介质在常温下呈现均匀加宽特性，当波长间隔变小时产生强烈的模式竞争和波长不稳定性，不适合本专利的应用要求。因此，采用非均匀加宽增益特性的SOA作为光纤谐振腔的增益介质成为我们的必然选择。要实现光纤·激光器输出波长可调谐，必须要有可调光滤波器对波长进行选择。目前报道的可调谐光纤激光器通常采用机械控制方法来控制滤波器进而改变激射波长，其响应速度慢，波长定位重复性差，易受环境因素干扰。在很大程度上抵消了可调光纤激光器的固有优势。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的技术问题，提供一种可编程多波长可调光纤激光器及其多波长滤波方法，它克服传统光纤激光器机械方式选频的缺点，解决了光纤激光器增益范围内波长数量、波长间隔独立连续可调的难题；其输出波长数量及波长间隔可以数字化选择，快速扫描与灵活寻址兼顾。解决了激光波长切换时间长、频率定位精度低的难题。技术方案:
本发明的技术方案是:一种可编程多波长可调光纤激光器，包括通过光纤依次连接的半导体光放大器、光隔离器、多波长可调光纤光栅滤波器和光纤耦合器；所述的多波长可调光纤光栅滤波器包括程控热打印头、第一宽带线性啁啾光纤布拉格光栅和可编程控制电路，所述的程控热打印头上面有一个加热阵列，所述的第一宽带线性啁啾光纤布拉格光栅沿着程控热打印头的加热阵列方向与加热阵列紧密贴合，所述可编程控制器根据所需激射波长来控制程控热打印头的加热阵列相应位置的局部加热。所述的程控热打印头的加热阵列由一排等间距的加热单元组成，每个加热单元可以独立开启或关闭。还包括设置于多波长可调光纤光栅滤波器和光纤耦合器之间的第二宽带线性啁啾光纤布拉格光栅和三端口光纤环形器，所述三端口光纤环形器第一端口经光纤接至多波长可调光纤光栅滤波器，所述三端口光纤环形器的第三端口经光纤接至光纤耦合器，所述三端口光纤环形器的第二端口则接至第二宽带线性啁啾光纤布拉格光栅，所述第二宽带线性啁啾光纤布拉格光栅工作于反射模式。还包括第一偏振控制器和第二偏振控制器，所述第一偏振控制器位于多波长可调光纤光栅滤波器和三端口光纤环形器之间，所述的第二偏振控制器位于半导体光放大器和光纤稱合器之间。所述可编程控制器控制程控热打印头的加热阵列的不同间距的加热单元加热。所述可编程控制器控制程控热打印头的加热阵列的加热局部的数量可调，可以同时加热两个局部或多个局部。光纤I禹合器输出端分光比为10/90 20/80。一种可调光纤激光器的多波长滤波方法，在直流驱动下半导体光放大器产生一个自发辐射谱，通过光纤进入隔离器，隔离逆行的杂散光，再经多波长可调光纤光栅滤波器实现选频，经选频的光波进入光纤耦合器，分成两路光波，一路光波作为输出，另一路光波重新回到半导体光放大器，所述多波长可调光纤光栅滤波器的选频方法如下:由可编程控制器控制程控热打印头的加热阵列对第一宽带线性啁啾光纤布拉格光栅选定局部进行加热。经选频的光波在进入光纤耦合器之前，进入第一偏振控制器，调节光偏振态；然后进入三端口光纤环形器，三端口光纤环形器将光波导入到第二宽带线性啁啾光纤布拉格光栅，经反射消除光纤光栅通带边缘的自发辐射噪声；然后回到三端口光纤环形器，之后再进入光纤耦合器，分成两路光波，一路光波作为输出，另一路经第二偏振控制器，实现再次调节光偏振态，最后回到半导体光放大器。所述的程控热打印头的加热阵列采用一排等间距的加热单元，每个加热单元可以独立开启或关闭；所述可编程控制器控制程控热打印头加热阵列的不同间距的加热单元加热；所述加热局部的数量可以是两个局部或多个局部。技术效果:
由于第一宽带线性啁啾光纤布拉格光栅被加热局部的位置和数量分别决定了透射峰的波长和数量，可编程控制器根据具体需求来控制程控热打印头加热阵列相应位置的局部加热。可以控制一种可编程多波长可调光纤激光器选择所需的激射波长及波长间隔，如此，一种可编程多波长可调光纤激光器便可实现全数字化控制。并且使得激光波长切换时间短，频率定位精度高，更灵活，实现快速扫描与灵活寻址，且可以对输出激光波长连续调谐。
图1是本 发明第一种实施例的主视示意图；图2是本发明多波长可调光纤光栅滤波器的主视示意图。
具体实施例方式本发明的具体结构如图1和图2，一种可编程多波长可调光纤激光器包括依次通过光纤连接的半导体光放大器S0A1、光隔离器2、灵活栅格多波长可调窄线宽光纤光栅滤波器3、第一偏振控制器4、三端口光纤环形器5、光纤稱合器7和第二偏振控制器8。还包括第二宽带线性啁啾光纤布拉格光栅6，所述的第二宽带线性啁啾光纤布拉格光栅6接至三端口光纤环形器5的第二端口，所述的三端口光纤环形器5的第一端口和第三端口分别经光纤接至第一偏振控制器4输出端和光纤耦合器7的输入端，所述的灵活栅格多波长可调窄线宽光纤光栅滤波器3包括程控热打印头10、第一宽带线性啁啾光纤布拉格光栅11、可编程控制电路12和散热风扇13。所述的第一宽带线性啁啾光纤布拉格光栅11沿着程控热打印头10的加热阵列14方向与加热阵列14紧密贴合，加热阵列由一排等间距的加热单元组成，每个加热单元可以独立开启或关闭，开启则加热。所述可编程控制器控制程控热打印头10加热局部的位置。因为对于本专利中的滤波器，透射波长和加热局部的位置成线性对应关系，加热不同位置的局部可以产生不同的激射波长；同时加热多个局部，则可以产生多个激射波长。使用程控热打印头对LCFBG加热来实现滤波效果，响应速度快，波长重复定位性好。LCFBG的布拉格波长随着光栅轴向线性变化，想要特定的透射峰波长只需在LCFBG轴向相应局处插入η相移即可。LCFBG被加热局部的位置和数量分别决定了透射峰的波长和数量，当同时对LCFBG多个局部进行加热时，可以实现多波长滤波。上述一种可编程多波长可调光纤激光器具体工作过程如下:
在直流驱动下半导体光放大器(以下简称S0A)产生一个自发辐射谱，作为初始的宽带光源，光波通过光纤进入隔离器，隔离逆行的杂散光。光波单向经过隔离器后，进入灵活栅格多波长可调窄线宽光纤光栅滤波器。可编程控制电路控制程控热打印头对第一宽带线性啁啾光纤布拉格光栅11 (以下简称第一宽带LCFBG)特定局部进行加热，其中第一带宽LCFBGlI工作在透射模式， 结合程控热打印头产生灵活栅格滤波效果:热光效应将会导致被加热的微小区域光纤折射 率改变，使得通过该区域的光波产生一个相移，当产生η相移时，就可以在第一宽带LCFBG的透射禁带频谱上产生一个最佳的透射峰，实现选频；当同时加热一个或多个局部时，就可以实现单波长或多波长滤波，改变加热局部的位置，则可以改变对应透射峰的中心波长，改变加热局部的间隔，则可以改变对应透射波长的间隔，即可以选定激光器所要输出的波长数量、激射波长以及激射波长间隔；光波从第一宽带线性啁啾光纤布拉格光栅传输出来后，所需要的波长及波长数量即被选定。接着，光波进入第一偏振控制器，然后进入三端口光纤环形器。三端口光纤环形器将光波导入到第二宽带线性啁啾光纤布拉格光栅(以下简称第二带宽LCFBG)中，由于第二宽带LCFBG工作在反射模式，光波被第二宽带线性啁啾光纤布拉格光栅反射后，光波中无用的自发辐射边带波长被滤除掉，即第二宽带线性啁啾光纤布拉格光栅利用宽带反射特性消除光纤光栅通带边缘的自发辐射噪。第二宽带线性啁啾光纤布拉格光栅6和第一宽带线性啁啾光纤布拉格光栅11是一对特性相同的宽带光栅对。第一宽带线性啁啾光纤布拉格光栅11和第二宽带线性啁啾光纤布拉格光栅6相结合实现激光器的选频功能。至此，激光器彻底完成了选频。完成选频后的光波被反射回三端口光纤环形器然后进入光纤稱合器，分成两路光波，一路光波作为输出，但此时没有形成激光，另一路光波通过第二偏振器后进去SOA，此时SOA作为增益介质，对被选频后的光波进行放大。通过多次在光纤环形腔内重复这一过程，当半导体光放大器的增益和环形腔内的损耗达到平衡时，建立起稳定的激光振荡，从而形成稳定的频率可调谐的激光输出。可以通过改变光纤耦合器的分光比来控制腔内的损耗和输出光功率。光纤率禹合器7输出端分光比一般为10/90 20/80,即10% 20%的光从光纤环形腔中输出。但光纤耦合器输出端分光比不限于10/9CT20/80，可以根据实际条件进行选择。第一偏振控制器4和第二偏振控制器8可以是任意的调节光波偏振态的器件。通过可编程控制电路12，可以控制灵活栅格多波长可调窄线宽光纤光栅滤波器3选择所需的激射波长、波长数量及波长间隔，如此，灵活栅格多波长可调光纤激光器便可实现全数字化控制。另外，可以根据实际需求，选择1060nm波段或1550nm波段的S0A，然后根据所选择的SOA来选择具有相应波段透射禁带的宽带线性啁啾光纤布拉格光栅，这样便可以根据需求实现不同波段的多波长可调 光纤激光器。
权利要求
1.一种可编程多波长可调光纤激光器，包括通过光纤依次连接的半导体光放大器(I)、光隔离器(2)、多波长可调光纤光栅滤波器(3)和光纤耦合器(7);其特征在于:所述的多波长可调光纤光栅滤波器(3)包括程控热打印头(10)、第一宽带线性啁啾光纤布拉格光栅(11)和可编程控制电路(12)，所述的程控热打印头(10)上面有一个加热阵列(14)，所述的第一宽带线性啁啾光纤布拉格光栅(11)沿着程控热打印头(10)的加热阵列(14)方向与加热阵列(14)紧密贴合，所述可编程控制器根据所需激射波长来控制程控热打印头(10)的加热阵列(14)相应位置的局部加热。
2.根据权利要求1所述的一种可编程多波长可调光纤激光器，其特征在于:所述的程控热打印头的加热阵列(14)由一排等间距的加热单元组成，每个加热单元可以独立开启或关闭。
3.根据权利要求1或2所述的一种可编程多波长可调光纤激光器，其特征在于:还包括设置于多波长可调光纤光栅滤波器(3)和光纤耦合器(7)之间的第二宽带线性啁啾光纤布拉格光栅(6)和三端口光纤环形器(5)，所述三端口光纤环形器(5)第一端口经光纤接至多波长可调光纤光栅滤波器(3)，所述三端口光纤环形器(5)的第三端口经光纤接至光纤耦合器(7)，所述三端口光纤环形器(5)的第二端口则接至第二宽带线性啁啾光纤布拉格光栅(6),所述第二宽带线性啁啾光纤布拉格光栅(6)工作于反射模式。
4.根据权利要求3所述的一种可编程多波长可调光纤激光器，其特征在于:还包括第一偏振控制器(4)和第二偏振控制器(8),所述第一偏振控制器(4 )位于多波长可调光纤光栅滤波器(3)和三端口光纤环形器(5)之间，所述的第二偏振控制器(8 )位于半导体光放大器(I)和光纤耦合器(7 )之间。
5.根据权利要求1或2所述的一种可编程多波长可调光纤激光器，其特征在于:所述可编程控制器控制程控热打印头(10)的加热阵列(14)的不同间距的加热单元加热。
6.根据权利要求1或2所述的一种可编程多波长可调光纤激光器，其特征在于:所述可编程控制器控制程控热打印头(10)的加热阵列(14)的加热局部的数量可调，可以同时加热两个局部或多个局部。
7.根据权利要求1或2所述的一种可编程多波长可调光纤激光器，其特征在于:光纤耦合器(7)输出端分光比为10/90 20/80。
8.一种可编程多波长可调光纤激光器的多波长滤波方法，在直流驱动下半导体光放大器产生一个自发辐射谱，通过光纤进入隔离器，隔离逆行的杂散光，再经多波长可调光纤光栅滤波器实现选频，经选频的光波进入光纤耦合器，分成两路光波，一路光波作为输出，另一路光波重新回到半导体光放大器，其特征在于:所述多波长可调光纤光栅滤波器的选频方法如下:由可编程控制器控制程控热打印头的加热阵列(14)对第一宽带线性啁啾光纤布拉格光栅选定局部进行加热。
9.根据权利要求8所述的一种可编程多波长可调光纤激光器的多波长滤波方法，其特征在于:经选频的光波在进入光纤耦合器之前，进入第一偏振控制器，调节光偏振态；然后进入三端口光纤环形器，三端口光纤环形器将光波导入到第二宽带线性啁啾光纤布拉格光栅，经反射消除光纤光栅通带边缘的自发辐射噪声；然后回到三端口光纤环形器，之后再进入光纤耦合器，分成两路光波，一路光波作为输出，另一路经第二偏振控制器，实现再次调节光偏振态，最后回到半导体光放大器。
10.根据权利要求8或9所述的一种可编程多波长可调光纤激光器的多波长滤波方法，其特征在于:所述的程控热打印头的加热阵列(14)采用一排等间距的加热单元，每个加热单元可以独立开启或关闭；所述可编程控制器控制程控热打印头(10)加热阵列(14)的不同间距的加热单元加热 ；所述加热局部的数量可以是两个局部或多个局部。
全文摘要
本发明涉及提供一种可编程多波长可调光纤激光器及其多波长滤波方法，本发明的选频方案解决了光纤激光器增益范围内波长数量、波长间隔独立连续可调的难题；解决了激光波长切换时间长、频率定位精度低的难题。而其输出波长、数量及波长间隔可以数字化选择，快速扫描与灵活寻址兼顾。技术方案是包括依次通过光纤连接的半导体光放大器、光隔离器、多波长可调光纤光栅滤波器和光纤耦合器，波长可调光纤光栅滤波器包括程控热打印头、第一宽带线性啁啾光纤布拉格光栅和可编程控制电路，第一宽带线性啁啾光纤布拉格光栅沿着程控热打印头的加热阵列方向与加热阵列紧密贴合，可编程控制器根据需求激射波长来控制程控热打印头加热阵列相应位置的局部加热。
文档编号H01S3/067GK103247933SQ201310134838
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者沈平, 付松年, 唐明, 其他发明人请求不公开姓名 申请人:江苏金迪电子科技有限公司