专利名称：基于双萨格纳克环滤波器的单纵模光纤环形激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种光通讯技术领域的激光器，具体涉及一种基于双萨格纳 克环(Sagnac)滤波器的单纵模光纤环形激光器。
背景技术：
近年来，光纤激光器在输出功率和工作波长这两方面有很快发展，千瓦量级 的光纤激光器研制也已有报道，但是这些激光器往往运作在多纵模的状态下。由 于单纵模高功率光纤激光器的单频率特性和的高稳定输出功率的性能，在相干光
通讯、干涉传感、相干激光雷达探测中有广泛的应用。通常单纵模光纤激光器的 输出功率最多可达到100mW， 一般光线激光器结构无法实现更高的功率输出。提 高输出功率最直接的方法是提高泵浦的能量，但是过高的泵浦能量会导致激光器 的结构复杂，而且散热器也会变得过于庞大。
经对现有技术的文献检索发现，俞本立等在《量子电子学报》2006年第23 巻第2期164页上发表的"铒镱共掺调频光纤激光器"，该文中提出采用一段4cm 长的铒镱共掺光纤和两个窄线宽光纤布拉格光栅，研制了一种新型的短腔单纵模 光纤激光器。激光器线宽小于400KHz，输出功率大于3mW。其不足在于光源的 输出功率较低，同时泵浦光的转换效率不高。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种基于双萨格纳克环滤波器的单纵模光 纤环形激光器，并用无泵浦的掺铒光纤作饱和吸收。使其能够提供输出功率大约 为0. 4W，波长为1. 564nm的单纵模激光输出。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括激光放大器、单向隔离器、 30/70耦合器、第一萨格纳克环形滤波器、第二萨格纳克环形滤波器，连接关系 为激光放大器的输出端经过30/70耦合器的70%端口与第一个萨格纳克环形 滤波器相连，第一个萨格纳克环形滤波器与第二个萨格纳克环形滤波器串联，第 二个萨格纳克环形滤波器经过单向隔离器与激光放大器的输入端相连，整个装置 结构为环形结构。所述激光放大器，包括双包层铒/镱双掺杂光纤、第一多纵模二极管激光 器、第二多纵模二极管激光器、第一波分复用器、第二波分复用器，第一多纵模 二极管激光器和第二多纵模二极管激光器分别通过第一波分复用器、第二波分复 用器与双包层铒/镱双掺杂光纤相连，组合成激光放大器。所述第一萨格纳克环形滤波器，包括第一 50/50耦合器、第一偏振控制器和 保偏光纤，第一偏振控制器和保偏光纤连接在第一 50/50耦合器的双50臂中， 第一 50/50耦合器的合波端与第二萨格纳克环形滤波器相连。所述第二萨格纳克环形滤波器，包括第二 50/50耦合器、第二偏振控制器和 掺铒光纤，第二偏振控制器和掺铒光纤连接在第二 50/50耦合器双50臂中，第 二 50/50耦合器的IN端与第一萨格纳克环形滤波器中第一 50/50耦合器的合波 端相连，第二 50/50耦合器的合波端与单向隔离器相连。所述30/70耦合器的30%端口为整个装置的输出口 。以上所有连接介质均为光纤。所述掺铒光纤，为无泵浦的光纤。所述第一偏振控制器，在第一萨格纳克环形滤波器中控制波长的选择。 所述第二偏振控制器，选择第二萨格纳克环形滤波器中的偏振态，协同未泵 浦的掺铒光纤以达到抑制纵模的目的。本发明工作时，第一多纵模二极管激光器和第二多纵模二极管激光器发出的 泵浦光分别经过与它们相连的第一波分复用器和第二波分复用器送到双包层铒/ 镱双掺杂光纤内，使铒/镱离子受激跃迁到高能级，从而产生自发辐射光，自发 辐射光向第一萨格纳克环形滤波器传输，通过第一萨格纳克环形滤波器的波长选 择作用，产生带宽非常窄的1.564^tm的波长；接着光传输至第二萨格纳克环形滤波器传输，未泵浦的掺铒光纤用作饱和吸收体吸收零频以外的其他纵模的光强， 产生单纵模的输出；通过单向隔离器的隔离作用，整个环形结构中的光单向传输，回到激光放大器的输入端，光不停地在激光放大器中放大，通过调节泵浦电流， 可以获得不同的功率,最大可以测得约0. 4W的输出功率。最后被放大的自发辐射
光从系统的30/70耦合器的30%端口输出。
本发明在环形腔中使用两个萨格纳克环形滤波器，设计了一种单纵模全光纤 环形激光器。本发明结构简单且节约成本，激光器最高工作在360mW的输出功率， 并且得到超过40dB的信噪比的输出，可以满足实验以及工程上的要求。同时， 由于掺铒光纤激光器的输出波段是处于人眼安全的波段，所以本激光器可以应用 到许多领域比如医疗、生物学以及人眼安全测距系统。
图l为本发明结构示意图2为本发明在光谱分析仪测得的环形激光器的输出光谱；
图3为本发明在1550nm处测试的输出功率与组合泵浦能量关系图4为本发明在射频分析仪测试下测得的单纵模频率图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括激光放大器l、单向隔离器15、 30/70耦合器 16、第一萨格纳克环形滤波器2、第二萨格纳克环形滤波器3，连接关系为激 光放大器1的输出端经过30/70耦合器16的70%端口与第一个萨格纳克环形滤 波器2相连，第一个萨格纳克环形滤波器2与第二个萨格纳克环形滤波器3串联， 第二个萨格纳克环形滤波器3经过单向隔离器15与激光放大器1的输入端相连， 整个装置结构为环形结构。
所述激光放大器l，包括双包层铒/镱双惨杂光纤4、第一多纵模二极管激 光器5、第二多纵模二极管激光器6、第一波分复用器7、第二波分复用器8，第 一多纵模二极管激光器5和第二多纵模二极管激光器6分别通过第一波分复用器 7、第二波分复用器8与双包层铒/镱双掺杂光纤4相连。
所述第一萨格纳克环形滤波器2，包括第一 50/50耦合器9、第一偏振控制 器10和保偏光纤11，第一偏振控制器10和保偏光纤11连接在第一 50/50耦合 器9的双50臂中，第一 50/50耦合器9的合波端与第二萨格纳克环形滤波器3
相连。
所述第二萨格纳克环形滤波器3，包括第二 50/50耦合器12、第二偏振控制 器13和掺铒光纤14，第二偏振控制器13和掺铒光纤14连接在第二 50/50耦合 器12双50臂中，第二 50/50耦合器12的IN端与第一萨格纳克环形滤波器中2 第一 50/50耦合器9的合波端相连，第二 50/50耦合器12的合波端与单向隔离 器15相连。
所述30/70耦合器16的30%端口为整个装置的输出口。 所述保偏光纤ll，其长度为12.2米，双折射率为4X1(T4。 所述掺铒光纤14，为有无泵浦的掺铒光纤，铒离子浓度为100-ppm。 所述掺铒光纤14，其长度为21.5米。
所述第一偏振控制器10，在第一萨格纳克环形滤波器2中控制波长的选择。
所述第二偏振控制器13，可以选择第二萨格纳克环形滤波器3中的偏振态， 协同未泵浦的掺铒光纤14以达到抑制纵模的目的。
本实施例工作时，第一多纵模二极管激光器5和第二多纵模二极管激光器6 发出的泵浦光分别经过与它们相连的第一波分复用器7和第二波分复用器8被送 到双包层铒/镱双惨杂光纤4内，使铒/镱离子受激跃迁到高能级，从而产生自发 辐射，自发辐射光传输到第一萨格纳克环形滤波器2，通过其波长选择作用，产 生带宽非常窄的1. 564pm的波长;接着自发辐射光传输至第二萨格纳克环形滤波 器3，未泵浦的掺铒光纤14用作饱和吸收体抑制零频以外的其他纵模的光强， 产生单纵模的输出；通过单向隔离器15的隔离作用，整个环形结构的光单向传 输，回到激光放大器1的输入端，光不停地在激光放大器1中放大，最终得到大 功率的输出。最后所有被放大的光皆从系统的30/70耦合器16的30%端口输出。
如图2所示，是本实施例在光谱分析仪测试下测得的环形激光器的光谱，它 显示了超过40dB的自发辐射光背景噪声的抑制。通过适当调节萨格纳克环形滤 波器的偏振控制器，反射光谱抑制了除了 1563.9nm波长外的所有波长。
如图3所示，是本实施例在1550nm处测试的输出功率与组合泵浦能量关系 图，当泵浦达到4500mA时，输出光强超过了 360mW，并且也被实际可用泵浦强 度所限制。注意到输出功率与泵浦能量的曲线在工作范围内保持线性函数，且初
始斜度效率可以由提高泵浦的效率或减少光路中的连接损失来提高。当调节萨格 纳克环中的偏振控制器时，会产生不可避免的偏振的变化，这不同的状态会产生 相差极大的输出功率。如图4所示，是本实施例在射频分析仪测得的单纵模频率图，单纵模运作已 通过频谱分析仪得到证实。通过调节偏振控制器的偏振，其他的峰就从射频仪的 屏幕上消失了，而只剩下的一个峰。因为没有其他相关的拍频被观察到，结果清 晰地说明激光器是工作在单纵模状态下的。本实施例通过在环形腔中使用两个萨格纳克环形滤波器设计了一种单纵模 高功率全光纤环形激光器，单纵模由利用无抽运的掺铒光纤14作为可饱和吸收 体来实现。本实施例能够得到输出功率大约为360mW，波长为1. 564pni的单纵模 激光，并且得到超过40dB的信噪比的输出，可以满足实验以及工程上的要求。
权利要求
1、一种基于双萨格纳克环滤波器的单纵模光纤环形激光器，包括单向隔离器、激光放大器，其特征在于，还包括30/70耦合器、第一萨格纳克环形滤波器、第二萨格纳克环形滤波器，激光放大器的输出端经过30/70耦合器的70％端口与第一个萨格纳克环形滤波器相连，第一个萨格纳克环形滤波器与第二个萨格纳克环形滤波器串联，第二个萨格纳克环形滤波器经过单向隔离器与激光放大器的输入端相连，整个装置结构为环形结构。
2、 根据权利要求1所述的基于双萨格纳克环滤波器的单纵模环形激光器，其特征是，所述激光放大器，包括双包层铒/镱双掺杂光纤、第一多纵模二极管激光器、第二多纵模二极管激光器、第一波分复用器、第二波分复用器，第一 多纵模二极管激光器和第二多纵模二极管激光器分别通过第一波分复用器、第二波分复用器与双包层铒/镱双掺杂光纤相连，组合成激光放大器。
3、 根据权利要求1所述的基于双萨格纳克环滤波器的单纵模环形激光器， 其特征是，所述第一萨格纳克环形滤波器，包括第一 50/50耦合器、第一偏振控 制器和保偏光纤，第一偏振控制器和保偏光纤连接在第一 50/50耦合器的双50 臂中，第一 50/50耦合器的合波端与第二萨格纳克环形滤波器相连。
4、 根据权利要求1所述的基于双萨格纳克环滤波器的单纵模环形激光器， 其特征是，所述第二萨格纳克环形滤波器，包括第二 50/50耦合器、第二偏振控 制器和掺铒光纤，第二偏振控制器和掺铒光纤连接在第二 50/50耦合器双50臂 中，第二 50/50耦合器的IN端与第一萨格纳克环形滤波器中第一 50/50耦合器 的合波端相连，第二 50/50耦合器的合波端与单向隔离器相连。
5、 根据权利要求3所述的基于双萨格纳克环滤波器的单纵模环形激光器， 其特征是，所述第一偏振控制器，在第一萨格纳克环形滤波器中控制波长的选择。
6、 根据权利要求4所述的基于双萨格纳克环滤波器的单纵模环形激光器， 其特征是，所述第二偏振控制器，选择第二萨格纳克环形滤波器中的偏振态，与 掺铒光纤共同实现抑制纵模。
7、 根据权利要求1或4所述的基于双萨格纳克环滤波器的单纵模环形激光 器，其特征是，所述掺铒光纤为无泵浦的光纤，铒离子浓度为100-ppm。
8、 根据权利要求3所述的基于双萨格纳克环滤波器的单纵模环形激光器， 其特征是，所述保偏光纤，其双折射率为4X10—4。
9、 根据权利要求1所述的基于双萨格纳克环滤波器的单纵模环形激光器， 其特征是，所述30/70耦合器的30%端口为整个装置的输出口 。
10、 根据权利要求1所述的基于双萨格纳克环滤波器的单纵模环形激光器， 其特征是，所有连接介质均为光纤。
全文摘要
一种激光技术领域的基于双萨格纳克环滤波器的单纵模环形激光器，包括激光放大器、单向隔离器、30/70耦合器、第一萨格纳克环形滤波器、第二萨格纳克环形滤波器，连接关系为激光放大器的输出端经过30/70耦合器的70％端口与第一个萨格纳克环形滤波器相连，第一个萨格纳克环形滤波器与第二个萨格纳克环形滤波器串联，第二个萨格纳克环形滤波器经过单向隔离器与激光放大器的输入端相连，整个装置结构为环形结构。本发明能够得到输出功率大约为0.4W，波长为1.564μm的单纵模激光，并且得到超过40dB的信噪比的输出，满足实验及工程上的要求。
文档编号H01S3/083GK101132102SQ20071004517
公开日2008年2月27日 申请日期2007年8月23日 优先权日2007年8月23日
发明者杨肖璇, 黎 詹, 优 黄 申请人:上海交通大学