纤芯-包层共抽运的2μm波段低阈值掺铥光纤激光器的制造方法_3

文档序号:9753281阅读:来源:国知局
腔3为线形腔结构时的实施例如图1所示,本发明由抽运源1、增益介质2、谐振腔3构成。抽运源1接谐振腔3,增益介质2位于谐振腔3中。
[〇〇25]抽运源1由790nm波段多模抽运源11、1.5μπι波段单模抽运源12和抽运-信号合束器
13组成。790nm波段多模抽运源11接抽运-信号合束器13的抽运端;1.5μπι波段单模抽运源12接抽运-信号合束器13的信号端;抽运-信号合束器13的输出端接谐振腔3。79〇11!11波段多模抽运源11为790nm波段多模激光二极管,输出尾纤为多模光纤。1.5μπι波段单模抽运源12为1.5μπι波段单模光纤激光器或单模半导体激光器,输出尾纤为单模光纤。抽运-信号合束器13的抽运端的输入尾纤为多模光纤,供790nm波段多模抽运源11包层抽运;抽运-信号合束器13的信号端的输入尾纤为单模光纤,供单模的1.5μπι波段单模抽运源12纤芯抽运;抽运-信号合束器13的输出尾纤为双包层光纤,其纤芯中传输1.5μπι波段的单模抽运光,包层中传输790nm波段的多模抽运光。
[0026]增益介质2为掺杂光纤21。掺杂光纤21为掺铥双包层光纤或铥钬共掺双包层光纤。掺杂光纤21的内包层传输7 9 0nm波段多模抽运源11提供的多模抽运光;掺杂光纤21的纤芯吸收内包层传输的多模抽运光,传输和吸收由1.5μηι波段单模抽运源12提供的单模抽运光,以及传输和放大2μηι波段的信号光。
[0027]谐振腔3由第一反射型光纤布拉格光栅31和第二反射型光纤布拉格光栅32组成。第一反射型光纤布拉格光栅31的输入端接抽运-信号合束器13的输出端,第一反射型光纤布拉格光栅31的输出端接掺杂光纤21的第一端;第二反射型光纤布拉格光栅32的输入端接掺杂光纤21的第二端,第二反射型光纤布拉格光栅32的输出端作为整个光纤激光器的输出端。第一反射型光纤布拉格光栅31和第二反射型光纤布拉格光栅32均米用工作波长为1803nm/1907nm/2101nm的反射型光纤布拉格光栅,且第一反射型光纤布拉格光栅31和第二反射型光纤布拉格光栅32按照相同波长成对使用;第一反射型光纤布拉格光栅31在工作波长的反射率要求大于90%,第二反射型光纤布拉格光栅32作为激光输出耦合器在工作波长的反射率要求小于40%。由图1可见,第一反射型光纤布拉格光栅31、掺杂光纤21、第二反射型光纤布拉格光栅32是线形连接,因此本谐振腔为线形腔结构。线形腔结构的优点是结构简单。
[〇〇28]图2为图1结构的激光器(信号光波长分别为1803nm/1907nm/2101nm)的2μπι波段激光阈值随1.5μπι波段单模抽运源功率的变化图。横坐标为1.5μπι波段单模抽运源功率,纵坐标为7 90nm多模激光二极管抽运产生2μηι波段激光的激光阈值。当横坐标为0时,对应的纵坐标值即为仅由790nm多模激光包层抽运的情形。由图2可见,1.5μπι波段单模抽运光纤芯抽运的加入可以明显降低2μπι波段激光的激光阈值。下面以反射型光纤布拉格光栅的工作波长为1907nm为例(S卩,当本发明的输出激光波长在1907nm的情形)描述曲线的含义。当横坐标为0时,对应的纵坐标即为仅有790nm包层抽运的激光阈值,S卩1907nm激光阈值约为5.1W。随着1550nm单模激光纤芯抽运功率的增加(即,在纤芯-包层共抽运的方式下),790nm多模激光包层抽运的1907nm掺铥光纤激光器的激光阈值快速下降,比如当1550nm激光纤芯抽运的功率达到0.6W时,1907nm掺铥光纤激光器的激光阈值就已降到4.2W,激光阈值降低了0.9W,表明本发明的激光阈值比现有的仅有790nm包层抽运的掺铥光纤激光器的激光阈值有明显下降;激光阈值分两段线性下降,且左段斜率的绝对值大于右段斜率的绝对值,表明左段与右段相比,1550nm纤芯抽运对于790nm多模激光包层抽运产生1907nm激光的激光阈值的降低效果更明显。因此,采用在实际使用时应使纤芯-包层共抽运激光器工作在左段的右端点处,即可以以较小的1550nm激光器纤芯抽运的功率代价获得最大地降低790nm波段多模激光包层抽运的2μπι波段掺铥光纤激光器的激光阈值的效果。
[〇〇29]图3是与图2的曲线对应的输出光的光谱图,3(a) (b)(c)分别为本发明工作在1803nm/1907nm/2101nm时的输出光谱。横坐标为输出光波长,纵坐标为对数形式的光谱分量之间的相对强度。由图3(b)可知,输出光谱中的残余1550nm单模抽运光强度比1907nm信号光弱45dB?50dB左右,可以忽略;经过第二反射型光纤布拉格光栅32输出端的抽运滤除,790nm的多模抽运光已无残余;在1920nm至2000nm范围内存在少量放大的自发辐射(ASE)成分,强度比信号光弱50dB左右,可知ASE基本被抑制,可将ASE成分忽略。
[0030]实施例2
[0031]本发明当谐振腔3为环形腔结构时的实施例如图4所示,本发明由抽运源1、增益介质2、谐振腔3构成。抽运源1接谐振腔3,增益介质2位于谐振腔3中。
[〇〇32] 抽运源1由790nm波段多模抽运源11、1.5μπι波段单模抽运源12、抽运-信号合束器13和波分复用器14组成。790nm波段多模抽运源11接抽运-信号合束器13的抽运端;1.5μπι波段单模抽运源12接波分复用器14的第一输入端;波分复用器14的第二输入端接谐振腔3;波分复用器14的输出端接抽运-信号合束器13的信号端;抽运-信号合束器13的输出端接增益介质2。79〇11111波段多模抽运源11为790nm波段多模激光二极管,输出尾纤为多模光纤。1.5μπι波段单模抽运源12为1.5μπι波段单模光纤激光器或单模半导体激光器,输出尾纤为单模光纤。抽运-信号合束器13的抽运端的输入尾纤为多模光纤,供790nm波段多模抽运源11包层抽运;抽运-信号合束器13的信号端的输入尾纤为单模光纤,传输1.5μπι波段的单模抽运光以及2μηι波段的信号光;抽运-信号合束器13的输出尾纤为双包层光纤,其纤芯中传输1.5μηι波段的单模抽运光以及2μπι波段的信号光,包层中传输790nm波段的多模抽运光。波分复用器14的第一输入端的尾纤为单模光纤,供1.5μπι波段单模抽运源12纤芯抽运,光纤波分复用器14的第二输入端的尾纤为单模光纤,传输2μπι波段的信号光;光纤波分复用器14的输出端为单模光纤,传输1.5μπι波段的单模抽运光以及2μπι波段的信号光。
[0033]增益介质2与图1中的一样,为掺杂光纤21。掺杂光纤21为掺铥双包层光纤或铥钬共掺双包层光纤。掺杂光纤21的内包层传输790nm波段多模抽运源11提供的多模抽运光;掺杂光纤21的纤芯吸收内包层传输的多模抽运光,传输和吸收由1.5μπι波段单模抽运源12提供的单模抽运光,以及传输和放大2μπι波段的信号光。
[0〇34] 谐振腔3由光纤親合器33、光纤环行器34和第一反射型光纤布拉格光栅31组成。光纤親合器33的输入端接波分复用器14的第二输入端,光纤親合器33的第一输出端接光纤环行器34的输入端,光纤耦合器33的第二输出端闲置,作为整个激光器的输出端。光纤环行器34的公共端接第一反射型光纤布拉格光栅31,光纤环行器34的输出端接掺杂光纤21的第一端。掺杂光纤21的第二端接抽运-信号合束器13的输出端。抽运-信号合束器13的信号端接波分复用器14的输出端,波分复用器14的第二输入端接光纤親合器33的输入端。光纤親合器33的工作波长为2μηι波段,光纤親合器33的输入端、第一输出端和第二输出端的尾纤均为单模光纤。光纤耦合器33的作用在于将谐振腔3中激光的一部分耦合出腔外,实现激光的输出。光纤环行器34的工作方向为输入端—公共端、公共端—输出端,方向不可逆。第一反射型光纤布拉格光栅31米用工作波长为1803]11]1/1907111]1/2101111]1的反射型光纤布拉格光栅,且在工作波长的反射率要求大于90 %。光纤环行器34的工作波长应与第一反射型光纤布拉格光栅31的工作波长一致,光纤环行器34与第一反射型光纤布拉格光栅31组合的作用在于保持激光器的单向运转,并实现波长的选择性反馈。由于光纤耦合器33、光纤环行器34、掺杂光纤21、抽运-信号合束器13以及波分复用器14依次首尾相接形成环形,因此本谐振腔为环形结构。本实例中,由波分复用器14实现1.5μπι波段单模抽运光的纤芯抽运,由抽运-信号合束器13实现790nm波
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