一种多波长多芯光纤激光器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种多波长多芯光纤激光器，属于光纤激光器领域。激光器由泵浦光、波分复用器、多芯掺杂光纤、隔离器、偏振控制器和输出耦合器构成。利用多芯掺杂光纤将增益和滤波功能结合在一起，实现多波长输出。本发明将有效的避免光纤非线性效应，同时充分利用多芯光纤结构高度集成化的优点，增加多芯光纤与传统光纤器件的兼容性，具有输出功率高、结构稳定性和抗干扰性更强的特点。
【专利说明】
一种多波长多芯光纤激光器
技术领域
[0001] 本发明属于光纤激光器领域，涉及一种多波长多芯光纤激光器，利用多芯掺杂光 纤实现增益和滤波功能，达到抑制非线性效应，实现多波长和高功率输出的目的。
【背景技术】
[0002] 多波长光纤激光器在波分复用光纤通信系统、光测试仪器、光纤传感及光谱分析 方面是极有吸引力的光源，近年来成为大家的研究热点。通常，多波长光纤激光器要求具有 高输出功率、波长间隔可调、输出波长数目足够多、结构紧凑和性能稳定的特性。传统单模 光纤(single mode fiber，SMF)的非线性效应，限制了光纤激光器的功率进一步提高。在 多波长光纤激光器中，通常需要借助梳状滤波器完成多波长选模，如在腔内加入法布里-珀 罗标准具、马赫-泽德干涉仪、光纤光栅及sagnac环滤波器等，这些滤波技术使用外部元件， 不仅引入了更多的插入损耗，同时增加了滤波器的复杂性，降低了激光器的稳定性。
[0003] 与SMF相比，多芯光纤(multi-core fibers, MCF)的结构高度集成化，在同一包层 内含有多个纤芯，且每个纤芯均为单模传输，其总的有效模场面积大，能有效降低非线性和 提高激光器的输出功率。MCF中多个超模同时放大和辐射，可以利用多个超模的增益，同时 由于纤芯的耦合作用，多超模之间产生稳定的干涉效应。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的为了克服现有多波长光纤激光器引入滤波器件和输出功率较低的 问题，提出一种多波长多芯光纤激光器，利用多芯掺杂光纤作为增益介质，同时利用多芯掺 杂光纤中多超模之间的干涉效应实现滤波功能，将增益和滤波集中在一根光纤上，实现高 功率多波长光纤激光输出，具有结构紧凑、可集成化和稳定性强等优点。
[0005] 本发明的技术方案为:一种多波长多芯光纤激光器，激光器为环形谐振腔结构，由 栗浦光、波分复用器、多芯掺杂光纤、隔离器、偏振控制器和输出親合器构成，由多芯掺杂光 纤实现增益和滤波功能。激光腔内所有元件之间的连接均为标准单模光纤。其特征在于:所 述的栗浦光经波分复用器耦合到多芯掺杂光纤，产生多个超模激光，经过多超模之间的耦 合作用形成干涉光谱。所述隔离器输入端与多芯光纤熔接，输出端与偏振控制器的输入端 熔接。所述输出耦合器的输入端与与偏振控制器的输出端熔接，直接输出端与波分复用器 的另一个输入端熔接，耦合输出端用于激光输出。
[0006] 进一步所述多芯掺杂光纤为纤芯耦合型多芯单模掺镱光纤或者纤芯耦合型多芯 单模掺铒光纤;外包层是圆形或者多边形，纤芯数量为奇数且大于3，纤芯排列呈中心对称 分布，其中一个纤芯位于光纤的中心;位于多芯掺杂光纤中心的纤芯直径等于或接近单模 光纤的纤芯直径，多芯光纤的外径与传统单模光纤相近(约为125μπι)。
[0007] 进一步所述所述多芯掺杂光纤的最小长度等于栗浦吸收系数的倒数；同时多芯掺 杂光纤长度又以均匀稳定的干涉光透过率最高时所对应的长度为最佳长度。
[0008] 进一步所述SMF的纤芯与多芯掺杂光纤中心纤芯与对准熔接。
[0009] 进一步所述SMF为双包层光纤，栗浦光经SMF包层栗浦多芯掺杂光纤，以保证各个 纤芯均匀栗浦。
[00?0] 进一步所述栗浦光的中心波长为976nm或915nm;多芯掺杂光纤为多芯掺镱光纤； 波分复用器的入射端口中心波长与栗浦光中心波长一致，带宽为lOnm，反射端口反射波长 范围为1000nm~1100nm;隔离器的带宽为900nm~llOOnm，为保偏型或非保偏型；输出耦合器 的工作波长在lOOOnm~llOOnm范围，输出比的范围为5%~95%。
[0011] 进一步所述栗浦光的中心波长为976nm或1480nm;波分复用器的入射端口中心波 长与栗浦光中心波长一致，带宽为l〇nm，反射端口反射波长范围为1500nm~1600nm;多芯掺 杂光纤为多芯掺饵光纤;隔离器的带宽为1500nm~1600nm，为保偏型或非保偏型;输出耦合 器工作波长在1500nm~1600nm范围，输出比的范围为5%~95%。
[0012] 本发明使用多芯掺杂光纤作为激光器的增益介质和滤波器件，可有效的降低非线 性的影响，提高输出功率，同时降低激光器的复杂性。与以往报道的同相位超模多芯光纤激 光器相比，本发明可以同时利用多个超模的增益，使激光器输出功率更高，同时又可以充分 发挥多芯光纤的结构高度集成化的优点，提高系统的稳定性。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明实例中多波长多芯光纤激光器结构示意图。
[0014] 图2是本发明实例中单模光纤和多芯掺杂光纤连接示意图。
[0015] 图3为实验测量多芯光纤的传输光谱。
[0016] 图中：1、栗浦光，2、波分复用器，3、多芯掺杂光纤，4、隔离器，5、偏振控制器，6、输 出親合器。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图实施例对本发明进行详细说明：图1所示为本发明的一种多波长多 芯光纤激光器结构示意图。栗浦光1通过波分复用器2输入到激光腔，经多芯掺杂光纤3产生 多个超模信号光并产生多超模干涉光谱后，依次通过隔离器4、偏振控制器5和输出耦合器 6,再回到波分复用器2,在环形腔内振荡，产生激光。腔内所有元件之间经过SMF连接，SMF与 多芯掺杂光纤3的中心纤芯对准熔接。栗浦光中心波长为976nm或915nm，通过SMF耦合到七 芯单模掺镱光纤，图2为SMF与七芯单模掺镱光纤连接示意图，SMF与七芯单模掺镱光纤的中 心纤芯对准熔接，SMF纤芯尺寸与多芯掺杂光纤的单个纤芯匹配，经过SMF包层栗浦，在七芯 单模掺镱光纤内内激励起多个超模(SM)，经过纤芯之间的耦合，形成多超模干涉。本实施例 中，七芯单模掺镱光纤的包层栗浦吸收系数约为对应着多芯掺杂光纤3的 最低长度1^70(^，以保证栗浦光的有效吸收。图3为实验测量多芯光纤的传输光谱，多芯掺 杂光纤的长度为lm。理论上，七芯光光纤存在7个本征超模，假设只有相邻的纤 芯之间才能发生耦合，纤芯之间的互耦合系数用表示，透射谱可以近似表示为
t表示信号波长，N是传导的超模数量。格％分 别是传导超模學心和_的耦合系数，
代表两个耦合超模的相位 差，L为多芯掺杂光纤的长度，^为超模的有效折射率。通过调节偏振控制器5,激光腔在 干涉峰值处产生激光振荡，因此多芯掺杂光纤起到滤波器的作用，完成多波长选模，可以实 现对激射波长的频谱和数目的控制输出。隔离器4为宽带隔离器，带宽为900nm~llOOnm，其 作用是为了保证激光单向传输。输出耦合器6的输出比的范围为5%~95%。
【主权项】
1. 一种多波长多芯光纤激光器，其特征在于：激光器为环形腔结构，其包括分复用器 (2 )、多芯掺杂光纤(3)、隔离器(4)、偏振控制器(5 )和作为输出的親合器(6 );激光腔内所有 元件之间连接均为单模光纤，以保证模场匹配和与传统光纤元件兼容;栗浦光（1)通过波分 复用器(2)耦合到多芯掺杂光纤(3)，产生多超模辐射，由于纤芯之间的耦合作用，多超模之 间发生干涉，多芯掺杂光纤(3)输出干涉光谱;所述偏振控制器(5)的输入端与隔离器(4)输 入端熔接，输出端与输出耦合器(6)的输入端熔接，通过调节偏振控制器(5)，选择不同干涉 峰值波长的光在环形腔内振荡，形成多波长激光；隔离器(4)为宽带隔离器;所述输出耦合 器(6)输出比的范围为5%~95%，输入端与隔离器(4)的输出端熔接，直接输出端和波分复用 器(2)的另一个输入端连接。2. 根据权利要求1所述的一种多波长多芯光纤激光器，其特征在于:所述的栗浦光（1) 中心波长为976nm或915nm;波分复用器(2)入射端口中心波长与栗浦光中心波长一致，带宽 为IOnm,反射端口反射波长范围为1000 nm~IlOOnm;多芯掺杂光纤(3)掺杂稀土元素镱离子； 所述隔离器(4)的带宽为900nm~llOOnm，为保偏型或非保偏型;输出耦合器(6)工作波长在 1000 nm~IlOOnm 范围。3. 根据权利要求1所述的一种多波长多芯光纤激光器，其特征在于:所述的栗浦光（1) 中心波长为976nm或1480nm;波分复用器(2)入射端口中心波长与栗浦光中心波长一致，带 宽为l〇nm，反射端口反射波长范围为1500nm~1600nm;多芯掺杂光纤(3)掺杂稀土元素铒离 子;所述隔离器(4)的带宽为1500nm~1600nm，为保偏型或非保偏型;输出耦合器(6)工作波 长在1500nm~1600nm范围。4. 根据权利要求1所述的一种多波长多芯光纤激光器，其特征在于:所述的多芯掺杂光 纤（3)为纤芯耦合型多芯单模掺镱光纤或者纤芯耦合型多芯单模掺铒光纤，外包层是圆形 或多边形，纤芯数量大于3且总的纤芯数量为奇数，纤芯排列呈中心对称分布，其中一个纤 芯位于多芯掺杂光纤的中心；多芯掺杂光纤（3)的纤芯的直径等于或接近单模光纤的纤芯 直径，多芯光纤的外包层直径径与传统单模光纤外包层直径相近(约为125μηι)。5. 根据权利要求1所述的一种多波长多芯光纤激光器，其特征在于:所述多芯掺杂光纤 (3)的最小长度等于栗浦吸收系数的倒数;同时多芯掺杂光纤(3)长度又以均匀稳定的干涉 光谱所对应的光纤长度为最佳长度。6. 根据权利要求1所述的一种多波长多芯光纤激光器，其特征在于：多芯掺杂光纤(3) 的中心纤芯与单模光纤中心纤芯对准熔接。7. 根据权利要求1所述的一种多波长多芯光纤激光器，其特征在于:栗浦光经单模光纤 包层栗浦多芯掺杂光纤(3)。
【文档编号】H01S3/08GK105896250SQ201610308155
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】詹仪, 陈默, 刘振
【申请人】曲阜师范大学