专利名称：一种8字形多波长光纤激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信和光纤激光器领域，特别是提供了一种8字形多波长光纤激光器。
背景技术：
多波长激光器可以同时为现代光波分复用(WDM)通信系统提供所需多个信道光源，使光发 射端的设计更为紧凑、经济，因而在密集波分复用(DWDM)系统中有着很重要的应用价值。而 多波长光纤激光器具有线宽窄，输出功率高，稳定性好，易于与光纤通信系统兼容等优点， 非常适合于密集波分复用通信系统。多波长光纤激光器不仅广泛地应用到光通讯光源，而且 在光传感，光器件的性能测试和材料的色散测试等很多领域都具有广阔的应用前景，因而受 到广泛关注。室温稳定的多波长光纤激光器中最关键的技术是如何有效抑制掺杂光纤的均匀 增益展宽效应。常温下铝硅玻璃掺铒光纤的均匀展宽线宽约为ll皿，锗硅玻璃掺铒光纤的均 匀线宽约为3 4nm。研究表明，当多波长激光器的输出波长间隔小于增益光纤的均匀展宽线 宽时，不可避免地存在严重的模式竞争和模式跳变。要提高多波长光纤激光器的工作性能， 获得稳定的多波长激光振荡，关键在于设法削弱增益光纤的均匀展宽效应，以及由此引起的 交叉增益饱和效应。
国际上从1988年开始对多波长光纤激光器进行研究，并于1992年由美国的N. Park等首 次实现了基于单一增益介质的6个波长输出的掺铒光纤激光，波长间隔为4.8皿。之后，在此 领域涌现了大量的研究工作，不断地促进对多波长光纤激光器机理的理解和性能的改善。目 前实现多波长光纤激光器有多种方法，主要的方法是将掺铒光纤(EDF)浸泡在液氮中冷却来抑 制其均匀加宽机制，这种方法不能工作在室温下，因此其应用受到极大限制。为了能使光纤 激光器在室温下也能产生多波长输出，可以采取的方法有超连续谱的纵模切割，通过频移 反馈来阻止激光器的单模振荡，利用非线性光纤中的四波混频效应来产生自稳定的多波长， 将具有非均匀增益特性的半导体光放大器或拉曼放大器插入到光纤激光器中，和采用级联的
受激布里渊散射实现布里渊多波长掺铒光纤激光器。
另一方面，为了实现多波长输出通常需要在激光腔内插入周期性的多波长滤波器，比如
波长固定的Fabry-P6rot滤波器、波长可调谐的啁啾光纤光栅或取样光栅和J 又折射光纤环形镜
等。相比这些滤波器还有另外一种相对简单的滤波器，即Lyot双折射光纤滤波器，它结构简
单，只由一个起偏器和一段高双折射光纤即可组成。而且它的波长间隔可以通过选择合适的
双折射光纤长度来改变，它的波长可以通过改变偏振来精密调谐。本文提出和展示了一种实
现室温下多波长光纤激光器的新方法，利用对称非线性光纤环镜的强度相关非均匀传输抑制
均匀加宽增益介质掺铒光纤中的模式竞争，实验中采用了在线型的双折射光纤滤波器，它是一种新型的周期性梳状滤波器。
本发明提出一种新型结构的"8"字形多波长光纤激光器，利用非线性光纤环镜的强度相 关非均匀损耗能有效地抑制均匀加宽增益介质掺铒光纤中的模式竞争，使得"8"字形光纤在 室温下产生多波长激光输出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种"8"字形多波长环形光纤激光器，可应用于波分复用光纤通 信系统中。"8"字形多波长环形光纤激光器由一个分光比为50:50的3dB耦合器把一个非线 性光纤环镜和一个单向环形激光腔连接起来。在左边的单向激光振荡腔中，有一段作为增益 介质的掺铒光纤， 一个波分复用器把980nm的泵浦激光耦合进掺铒光纤， 一个偏振相关隔离 器(保证了激光腔的单向工作，并有起偏器的作用，还有一个偏振控制器， 一个分光比为10/90 的耦合器，它的10%端口用于输出光信号，90%光信号继续在腔内循环。这里提出的激光器 与其他类似激光器的不同是在左边单向环形激光腔内有一段保偏光纤，保偏光纤和偏振相关 隔离器一起就组成了一个等效的双折射光纤梳状滤波器，它是一种新型的在线性周期梳状滤 波器。在对称非线性光纤环镜中，有一巻长单模光纤，还有两个偏振控制器分别用来调节反 向传输的两光束进入单模光纤时的初始偏振态。
由于反向传输的两束光初始偏振态不同，受非线性偏振旋转作用它们在非线性光纤环镜 中运行一圈积累的非线性相移量不同。对称非线性光纤环镜的传输函数可以表示为
r = 14[1 + C0S(9W+ W)]
其中％w和分别是从3dB耦合器出来沿顺时针和逆时针方向的传输光经过非线性环
镜后累积的非线性相移，它们都是初始偏振态和光强的函数。假如非线性环镜中光强足够大， 虽然顺时针和逆时针方向传输光强一样大，但由于光纤中的非线性偏振旋转效应，初始偏振 态不同的两相反方向传输光也会产生相位差。当它们再次在耦合器汇合时会发生相干或相消 叠加，导致光强度相关传输，这可以用来抑制掺铒光纤激光器中的模式竞争效应，从而使得 掺铒光纤激光器在室温下能够实现稳定多波长输出。 本发明与背景技术相比，具有的有益效果是-
本发明所述的"8"字形多波长环形光纤激光器，由非线性光纤环镜和单向环形激光腔两 部分组成，是一种新型全光纤结构多波长光纤激光器。非线性光纤环镜由两个偏振控制器和 一巻长单模光纤组成，非线性光纤环镜的强度相关传输能有效地抑制均匀加宽增益介质掺铒 光纤中的模式竞争，从而使光纤激光器在室温下产生稳定的多波长输出，这是一种新的室温 实现多波长的机理，可以大大地拓展光纤激光器的功能和改善光纤激光器的性能。
图1为本发明的结构原理示意图。。
图中1、 3dB耦合器，2、掺铒光纤，3、 980/1550nm波分复用器，4、 980nm泵浦激光， 5、偏振相关隔离器，6、第一个偏振控制器，7、保偏光纤，8、 lOdB耦合器，9、 10dB耦合 器的10%端口， 10、 10dB耦合器的90X端口， 11、第二个偏振控制器，12、第三个偏振控 制器，12单模光纤。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
本发明设计了一种精密可调谐多波长环形光纤激光器。其结构如图l所示。 在此实施例中使用的保偏光纤长llm， 一巻单模光纤长16.5km， 980nm激光泵浦功率固 定在168mw。仔细调节激光腔内的两个偏振控制器，可以观察到两类不同性质的输出光谱 被动锁模和连续波多波长。基于非线性光纤环镜的被动锁模光纤激光器已经有很多研究，由 于非线性偏振旋转效应的作用，当非线性光纤环镜的传输随光强增大而增加时，非线性光纤 环镜的作用相当于一个等效饱和吸收体，此时光纤激光器工作在被动锁模状态。虽然此时的 输出光谱也呈现出梳状光谱的特性，但这种多波长与连续波多波长产生的原理不同，它是由 于双折射光纤滤波器对锁模脉冲光谱的滤波而产生的。相反地，当非线性光纤环镜的传输随 光强增大而减小时，光纤激光器工作在连续多波长激光输出状态，多波长光谱相邻波长间隔 都是0.45nm，这与根据公式M = "/(△"/)计算的值一致(取/ = 11附，= 4.8xl0"4 )。多波
长的产生是非线性光纤环镜的强度相关传输对腔内模式竞争平衡的结果。按照激光振荡理论， 一个带有多波长梳状滤波器的环形激光器可能同时有多个波长满足振荡条件而起振，但由于 增益介质掺铒光纤的均匀加宽性质，假如没有引入其他效应这多个波长激光间存在强烈的竞 争，因而很不稳定。现在此激光器内有非线性光纤环镜的强度相关损耗，即如果某波长上的 自由振荡激光功率大于某一特定值，它通过非线性光纤环镜的损耗将随着功率的增大而加大， 这种效应可以抑制腔内的自由模式竞争，从而产生稳定多波长输出。
权利要求
1、一种“8”字形多波长光纤激光器，其特征在于，一个分光比为50∶50的3dB耦合器(1)把一个非线性光纤环镜和一个单向环形激光腔连接起来。在单向激光振荡腔中，有掺铒光纤(2)作为增益介质，波分复用器(3)把980nm的泵浦激光(4)耦合进掺铒光纤(2)，偏振相关隔离器(5)保证了激光腔的单向工作，并有起偏器的作用，还有一个偏振控制器(6)，一段保偏光纤(7)，一个分光比为10/90的10dB耦合器(8)，10dB耦合器的10％端口(9)用于输出光信号，10dB耦合器的90％端口(10)出来的光信号继续在腔内循环。非线性光纤环镜包括两个偏振控制器(11，12)和一段长单模光纤(13)组成。
2、 根据权利要求1所述的一种"8"字形多波长光纤激光器，其特征在于，多波长光纤激光 器采用"8"字形结构，由非线性光纤环镜和单向环形激光腔两部分组成。非线性光纤环镜 由两个偏振控制器和 一巻长单模光纤组成。
3、 根据权利要求1所述的一种"8"字形多波长光纤激光器，其特征在于，分光比为50:50 的3dB耦合器连接非线性光纤环镜和单向环形激光腔，非线性光纤环镜包括两个偏振控制器 和一段长单模光纤。
4、 根据权利要求1所述的一种"8"字形多波长光纤激光器，其特征在于，非线性光纤环镜 的强度相关传输能有效地抑制均匀加宽增益介质掺铒光纤中的模式竞争，从而使光纤激光器 在室温下产生稳定的多波长输出。
全文摘要
本发明公开了一种“8”字形多波长光纤激光器，光通信和光纤激光器领域。由非线性光纤环镜和单向环形激光腔两部分组成，两部分由一个3dB耦合器连接起来，是一种新型全光纤结构多波长光纤激光器。在单向环形激光腔中，有掺铒光纤(2)作为增益介质，波分复用器(3)把980nm的泵浦激光(4)耦合进掺铒光纤(2)，偏振相关隔离器(5)保证了激光腔的单向工作，并有起偏器的作用，还有一个偏振控制器(6)，一段保偏光纤(7)，一个分光比为10/90的10dB耦合器(8)，10dB耦合器的10％端口(9)用于输出光信号，10dB耦合器的90％端口(10)出来的光信号继续在腔内循环。非线性光纤环镜包括两个偏振控制器(11，12)和一段长单模光纤(13)组成。
文档编号H01S3/067GK101546886SQ20091011490
公开日2009年9月30日 申请日期2009年2月3日 优先权日2009年2月3日
发明者况庆强, 叶志清, 张祖兴, 桑明煌, 聂义友 申请人:江西师范大学