专利名称：：消除拍频噪声的可调谐单纵模光纤激光器的制作方法
技术领域：
：本发明属于光通信和光传感
技术领域：
，特别是一种消除拍频噪声的可调谐单纵模光纤激光器，可作为DWDM系统的光源和光源的备份使用，同时也适用于一些对光源线宽和调谐范围有较高要求的光传感系统。
背景技术：
：光纤激光器作为一种新型结构的激光器，在光通信、光传感等领域受到越来越多的重视，而很多应用对光源提出了可调谐和单纵模的指标，所以本发明具有重要的实用价值。光纤激光器是在光放大器的技术基础上发展起来的，与光放大器类似，它的增益介质是一段掺杂光纤，和相应器件组合成一个有源谐振腔，一般是在半导体激光的泵浦下实现激光的输出。作为一种新型光源它具有独特的优点泵浦阈值低，转换效率高，可调谐范围宽，尤其是可以很容易地获得光纤通信C波段的输出，并与光纤系统天然耦合。光纤激光器由于典型腔长都达到十几米，所以纵模间隔非常窄，而整个增益谱又很宽，这给选模带来了很大的困难。若只采用一般的滤波器如光纤光栅或者FP干涉仪，激光器一般都将处在不规则的多纵模运转状态。一种解决方案是缩短腔长，在先技术[1]中(KevinHsu，CalvinM.Miller，J.ThomasKringlebotn.etal.Single-modetunableerbiumytterbiumfiberFabry-Perotmicrolaser.Opt.Lett.1994，19(22)886～888)，使用双掺杂的增益介质使有源区缩短到1毫米，从而实现单纵模输出。上述方法虽然可以获得单纵模输出，但是会降低输出功率，并且减小其调谐范围(＜5nm)。因此有人提出了用可饱和吸收体实现单纵模输出的方案，在先技术[2]中(Y.cheng，J.T.Kringlebotn，W.H.Loh，R.I.Laming，andD.N.Payne.Stablesingle-frequencytraveling-wavefiberlooplaserwithintegralsaturable-absorber-basedtrackingnarrow-bandfilter.Opt.Lett.1995，20(8)875～877)用未泵浦的掺杂光纤作为可饱和吸收体实现了稳定的单纵模输出。用可饱和吸收体的方法简单而有效，具有很强的实用价值。但是光纤激光器中有另一个问题，即拍频噪声。相对于光纤激光器的纵模间隔，很多光学滤波器的线宽都会高几个量级，导致腔内符合纵模条件的模式数目很大，即使只有单纵模最终形成激光振荡，其它相邻纵模也能在腔内循环，最终形成较强而且稳定的放大自发辐射光(ASE)，ASE光场与振荡的激光相差拍，会形成拍频噪声(beatingnoise)。拍频噪声使激光输出强度随时间抖动，因此在很多应用中必须加以抑制。在先技术[3]中(参见LeiXu，IvanGlesk，DarrenRandetal.Suppressionofbeatingnoiseofnarrow-linewidtherbium-dopedfiberringlasersbyuseofasemiconductoropticalamplifier.Opt.Lett.2003，28(10)780～782)提出了用半导体光放大器抑制拍频噪声，主要是利用半导体光放大器的高通滤波器效应，它的原理是拍频噪声的频率相对于半导体载流子寿命显得较低，因此不能被半导体光放大器有效放大，于是放大器起到了对拍频噪声的抑制作用。这种方法最大的缺点是价格昂贵，同时，半导体光放大器的输入电流需要适当调节才能起到预计作用，由于采用了有源器件，也增加了系统功耗。
发明内容本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种消除拍频噪声的可调谐单纵模光纤激光器，该光纤激光器应在实现可调谐窄线宽输出的同时，能抑制拍频噪声，而且结构简单、价廉。本发明的技术解决方案如下一种消除拍频噪声的可调谐单纵模光纤激光器，其特征在于它包括一段掺杂光纤、波分复用器、泵浦源组成的光纤放大器，该光纤放大器与光纤环形器相连接形成环形腔，该光纤环形器是一四端口环形器，其第一端口为输入端口，第四端口为输出端口，所述的泵浦源经波分复用器、掺杂光纤和输出端口相连，第三端口接由第一耦合器、普通光纤和具有与掺杂光纤掺同种杂质的可饱和吸收体接成环状而构成的光纤环形镜，第二端口接一由第二耦合器、第三耦合器与普通光纤接成的光纤环形滤波器，该光纤环形滤波器的一端接可调窄带反射型滤波器。所述的掺杂光纤是掺铒或镱的光纤。所述的可饱和吸收体是一透明的掺铒或镱的光纤，或掺铒或镱的光学玻璃。所述的可调谐窄带滤波器为布拉格光纤光栅，或反射型体光栅，或反射型面光栅。图1是本发明消除拍频噪声的可调谐单纵模光纤激光器的结构示意图。图中1-泵浦源；2-WDM波分复用器；3-掺杂光纤；4-环形器；5-第一耦合器；6-可饱和吸收体；7-第二耦合器；8-普通光纤；9-第三耦合器；10-可调谐反射型滤波器具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步说明。先请参阅图1，图1是本发明消除拍频噪声的可调谐单纵模光纤激光器的结构示意图。本发明一种消除拍频噪声的可调谐单纵模光纤激光器的构成是一段掺杂光纤3、波分复用器2、泵浦源1组成的光纤放大器，该光纤放大器与光纤环形器4相连接形成环形腔，该光纤环形器4是一四端口环形器，其第一端口41为输入端口，第四端口44为输出端口，所述的激光泵浦源1经波分复用器2、掺杂光纤3和输出端口44相连，第三端口43接由第一耦合器5、普通光纤和具有与掺杂光纤3掺同种杂质的可饱和吸收体6接成环状而构成的光纤环形镜，第二端口42接一由第二耦合器7、第三耦合器9与普通光纤8接成的光纤环形滤波器，该光纤环形滤波器的一端接可调窄带反射型滤波器10。所述的掺杂光纤3是掺铒或镱的光纤。所述的可饱和吸收体6是一透明的掺铒或镱的光纤，或掺铒或镱的光学玻璃。所述的可调谐窄带滤波器10为布拉格光纤光栅，或反射型体光栅，或反射型面光栅。光纤环形器4是普通的商用光通信无源器件，有用跳线输出的产品，也有用尾纤输出的产品。前者的优点是可以较灵活的改变激光器的结构，后者一般要与其它元件的尾纤熔接，优点是插入损耗较小。光纤环形镜内使用的可饱和吸收体6，是一段透明的掺杂光学元件，以掺杂光纤最为普通，但是也可以用其它器件比如掺杂的光学玻璃等。可调谐窄带滤波器9，很容易用应力调谐Bragg光纤光栅实现，但也有其它种类的选择，比如体光学或面光学的反射型光栅。泵浦源1和WDM的熔接方式是不可以随意调换的，如图1所示的熔接方式，可以使得光放大器中残余的泵浦光不经过可饱和吸收体6，从而保证可饱和吸收体6处于未被泵浦的状态。本发明消除拍频噪声的可调谐单纵模光纤激光器采用环形腔结构，通过环形器实现光的单向传输，以避免空间烧孔效应带来多模振荡。这里所使用的环形器4为四端口环形器，第一端口41和第四端口44分别是输入端口和输出端口，用来和光纤放大器连接。光纤放大器是由掺杂光纤3、WDM2和泵浦源1构成的，泵浦源1将掺杂粒子泵浦到高能级，形成粒子数反转，从而对信号光产生放大作用。第二端口42和第三端口43分别接具有滤波和选频性质的器件，同时它们必须都是反射型的器件，这样输入光被滤波后又被反射回环形器。其中第二端口42接入的器件由一个窄带反射型滤波器9和一个透射型的光纤环形滤波器(由7、8、9构成)组合而成。输入光通过光纤环时，由于环的谐振选频作用，输入光中只有满足谐振的频率才能接近无损耗的透射出光纤环，而其它频率的光都有不同程度的损耗，离谐振频率越远损耗程度越大。而窄带反射特性使得只有带内的光被反馈回环形器，因此这个器件是带通滤波器和取样滤波器的组合，具有双重的滤波作用。光纤环的滤波特性类似于FP干涉仪，即它的透射谱中符合谐振条件的频率处存在峰值，谐振条件为βL＝2mπ，m为整数，L为环的周长，β为谐振光在光纤中的波矢大小。由于光纤环的长度比光纤激光器的腔长小一个量级，从而增大了自由光谱范围，减少了可以振荡的纵模数，结果抑制了拍频噪声。本发明采用的光纤环滤波器是用两个耦合器熔接而成，即分别将两耦合器的两臂相互熔接，构成一个环状。熔接时应当使较少部分的光耦合到环内，这样等效为FP干涉仪两腔镜的反射率较高，因此有利于获得较高的精细度，增强滤波的效果。环形器4的第三端口43接入的器件主要功能是可饱和吸收，它的结构是一个光纤环形镜，主要由一个3dB耦合器5组成。环形镜内有一段掺杂的光学元件6，通过设计泵浦光的入射方向，利用环形器的单向传输特性，可以使得掺杂粒子不被泵浦。当光输入环形镜时被3dB耦合器分成强度相等、传播方向相反的两束光，从而在掺杂元件中形成驻波，达到可饱和吸收的目的。可饱和吸收体起作用的基本原理是未被泵浦的掺杂粒子对信号光存在吸收作用，当信号光构成驻波时，由于波腹和波节处光强不同，吸收饱和效应会在掺杂元件中形成吸收系数调制光栅，即吸收系数在光纤上周期性变化。这个光栅能够抑制形成驻波的纵模以外的其它纵模，从而抑制了激光器多纵模振荡。综上所述，本发明展示了一种新型激光器，用简单的结构和廉价的器件同时实现了宽调谐、单纵模输出的功能，并消除了拍频噪声。权利要求1.一种消除拍频噪声的可调谐单纵模光纤激光器，其特征在于它包括一段掺杂光纤(3)、波分复用器(2)、泵浦源(1)组成的光纤放大器，该光纤放大器与光纤环形器(4)相连接形成环形腔，该光纤环形器(4)是一四端口环形器，其第一端口(41)为输入端口，第四端口(44)为输出端口，所述的泵浦源(1)经波分复用器(2)、掺杂光纤(3)和输出端口(44)相连，第三端口(43)接由第一耦合器(5)、普通光纤和具有与掺杂光纤(3)掺同种杂质的可饱和吸收体(6)接成环状而构成的光纤环形镜，第二端口(42)接一由第二耦合器(7)、第三耦合器(9)与普通光纤(8)接成的光纤环形滤波器，该光纤环形滤波器的一端接可调窄带反射型滤波器(10)。2.根据权利要求1所述的单纵模光纤激光器，其特征在于所述的掺杂光纤(3)是掺铒或镱的光纤。3.根据权利要求1所述的单纵模光纤激光器，其特征在于所述的可饱和吸收体(6)是一透明的掺铒或镱的光纤，或掺铒或镱的光学玻璃。4.根据权利要求1所述的单纵模光纤激光器，其特征在于所述的可调谐窄带滤波器(10)为布拉格光纤光栅，或反射型体光栅，或反射型面光栅。全文摘要一种消除拍频噪声的可调谐单纵模光纤激光器，它包括一段掺杂光纤、波分复用器、泵浦源组成的光纤放大器，该光纤放大器与光纤环形器相连接形成环形腔，该光纤环形器是一四端口环形器，其第一端口为输入端口，第四端口为输出端口，所述的泵浦源经波分复用器、掺杂光纤和输出端口相连，第三端口接由第一耦合器、普通光纤和具有与掺杂光纤掺同种杂质的可饱和吸收体接成环状而构成的光纤环形镜，第二端口接一由第二耦合器、第三耦合器与普通光纤接成的光纤环形滤波器，该光纤环形滤波器的一端接可调窄带反射型滤波器。本发明光纤激光器在实现可调谐窄线宽输出的同时，能抑制拍频噪声，而且结构简单、价廉。文档编号H04B14/00GK1588711SQ20041006726公开日2005年3月2日申请日期2004年10月19日优先权日2004年10月19日发明者瞿荣辉,杨敬,孙国勇,方祖捷,韩秀友申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所