专利名称：带有单程反馈的c+l带多波长光纤激光器的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤激光器技术领域，涉及一种适用于波分复用(w匿)系统的带有单 程反馈的C+L带多波长光纤激光器，可应用于光纤通信、光传感和高分辨率光学测试等方 法。
背景技术：
随着大容量光纤通信网的发展，波分复用技术得以广泛的应用，尤其是密集波分 复用已成为实现光纤通信系统升级扩容最为经济和有效的途径。多波长光纤激光器具有与 光纤及光纤器件兼容、线宽窄、输出功率高、低强度噪音、稳定性优良、可以同时输出两个以 上波长等优点，在光纤通信、光传感和高分辨率光学测试等领域有着重要的应用，因此满足 波分复用技术要求的多波长光源成为人们的研究热点。 多波长光源的实现方式多样，可以分为以下几种主要类型基于多个独立的分布 反馈激光器二极管(DFB-LD)或者单片集成的多波长激光阵列的多波长激光器，基于谱切 片技术的多波长光源、多波长掺铒光纤激光器、拉曼多波长光纤激光器以及基于半导体光 放大器(S0A)的多波长光源等。 首先就目前实际商用的多波长激光器产品而言，主要是通过使用多个独立的分布 反馈激光器二极管(DFB-LD)或者单片集成的多波长激光阵列得到的，其主流产品主要是 4、8、16、32信道。半导体多波长光源体积小、集成度高，但是输出波长不可能与所要求的信 道对应且制造难度较大。此外它的输出功率和发射波长对环境稳定和注入电流的变化敏 感，难以实现满足ITU规定的波长间隔和均衡的功率输出。 其次，基于谱切片技术的多波长光源可以让多个用户共享一个宽带光源，而且分 割的路数和信道宽度可以自行调节，因此可以取代传统系统中工作于不同波长的多个激 光器，从而大大降低了系统的复杂性和成本。早期利用谱切片技术主要是对发光二极管 (LED)、超辐射半导体激光器和掺铒光纤放大器的放大自发辐射(ASE)进行谱切片，但这些 方法需要采用有关措施来降低这种非相干谱切片系统中的自发辐射噪声，增加了系统的复 杂性。 再次，在掺铒光纤激光器腔内插入梳状滤波器或者干涉仪滤波器是获得多波长输 出的最简便方法。可供选择的滤波器种类也很多，如超结构取样光纤光栅，M-Z干涉仪，高 双折射光纤环形镜、以及普通的F-P标准具等都可以用于构造多波长掺铒光纤激光器。在 C带、L带均得到了多波长输出的结果。但是这种方法面临的一个最大难题是铒光纤的均匀 展宽特性对输出结果的限制。在室温下，铒光纤均匀展宽的线宽超过10nm，当波长间隔较小 时，激光波长的稳定性随着均匀增益加宽EDF的交叉增益饱和而降低，因此不能在普通的 条件下实现稳定的多波长输出。 此外，拉曼多波长光纤激光器获得多波长输出时所需的泵浦功率很高，而国内生 产高功率半导体泵浦管的技术还很不成熟，鲜有产品。利用拉曼效应产生多波长输出还需 要由前级stokes频移量激发后级频移量，因此能获得的波长数量较少( 一股只有3 4个)，功率谱均匀性差，且激光器的制备成本高。 SOA在室温下的均匀加宽线宽在1550nm附近仅有0. 6nm，通过直接的电子注入产 生高增益，具有体积小、重量轻、功耗低的特点，因此，基于SOA的多波长激光器在常温下更 易得到符合W匿ITU网格的多波长输出。此外，这种多波长光源最大的优点是它对环境温 度和SOA驱动电流的变化不敏感。综上所述，基于SOA的多波长光纤激光器具有明显的优 势。但是，由于SOA增益谱的平坦性不太理想，一股情况下，会使输出各纵模功率波动较大。
发明内容
为克服现有技术的上述不足，本发明提出一种能够实现功率均衡的C+L带多波长 稳定输出的多波长激光器，本发明以两个SOA作为增益介质，构建成环形腔光纤激光器，利 用高双折射光纤环形镜(Hi-Bi FLM)作为滤波器放置于该环形腔光纤激光器内用于滤波， 特别利用单程反馈信号实现输出信道的功率均衡。 本发明采用的技术方案是一种带有单程反馈的C+L带多波长光纤激光器，包括 光纤环形腔、高双折射光纤环形镜和单程的反馈镜；其中， 光纤环形腔包括第一和第二半导体光放大器、光纤环形腔耦合器、第一和第二光 隔离器、第一和第二光纤偏振控制器和环形器，所述的第一半导体光放大器的输出经过第 一光隔离器和第一光纤偏振控制器后连接到第二半导体光放大器的输入端，第二半导体光 放大器的输出经过光纤环形腔耦合器后被分束，大部分光经过第二光纤偏振控制器被送入 光纤环形器，小部分光与单程的反馈镜相连；光纤环形器的另外两个端口 ， 一端通过第二光 隔离器与第一半导体光放大器的输入端相连，另一端通过3dB耦合器与所述的高双折射光 纤环形镜相连； 所述高双折射光纤环形镜包括所述的3dB耦合器、高双折射光纤和第三光纤偏振
控制，3dB耦合器的另外两端之间依次连接第三光纤偏振控制器和高双折射光纤； 所述单程的反馈镜由第四光纤偏振控制器、输出耦合器、法拉第反馈镜顺次连接
组成，输出耦合器分束后的大部分光被法拉第反馈镜反射，小部分光输出。 作为优选实施方式，高双折射光纤的长度为5. 9m，在1310nm处的拍长为3mm ;光纤
环形腔中的耦合器的分束比为90 : 10，单程反馈镜中的输出耦合器的分束比为80 : 20。 SOA在室温下的均匀加宽线宽在1550nm附近仅有0. 6nm，在常温下容易得到符合 WDMITU网格的多波长输出，且各个波长的信道间隔和输出功率几乎一致。此夕卜，这种多波长 光源对环境温度和SOA驱动电流的变化不敏感，可以得到稳定的输出，且结构简单、成本较 低。本发明的带有单程反馈的C+L带多波长光纤激光器充分利用光纤的带宽资源，在室温 下，就能获得C+L带内多波长的稳定输出，波长间隔为满足WDM ITU标准的100GHz，并整体 在50GHz范围内连续可调，激光器输出波长线宽小于0. lnm，输出各信道功率均衡，各波长 功率差小于6dB，信噪比大于25dB。当信道发生冲突、堵塞时，可以迅速启用备用波长，使系 统的维护效率和使用寿命得以提高，且安装、使用、升级简单易行。
图1是本发明带有单程反馈的C+L带多波长光纤激光器的结构示意图。 图1中1.耦合器，2.光纤偏振控制器，3.光纤环形器，4.光隔离器，5.半导体光放大器，6.光隔离器，7.光纤偏振控制器，8.半导体光放大器，9.高双折射光纤，IO.光纤偏 振控制器，11.3dB耦合器，12.光纤偏振控制器，13.输出耦合器，14，法拉第反馈镜。
图2是本发明输出的多波长结果(由光谱仪测量并输出的图)。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明。本发明带有单程反馈的C+L带多波长 光纤激光器的结构，如图1所示。 包括耦合器，光纤偏振控制器，光纤环形器，光隔离器，半导体光放大器，另一个 光隔离器，另一个光纤偏振控制器，另一个半导体光放大器，高双折射光纤，又一个光纤偏 振控制器，3dB耦合器，又一个光纤偏振控制器，输出耦合器，法拉第反馈镜。调节环形腔内 的偏振控制器2和7，可以调整腔内的整体增益，调节高双折射光纤环形腔内的偏振控制器 IO，可以控制光纤环形腔内光的偏振状态从而实现输出波长的整体可调谐，调节单程反馈 镜的偏振控制器12，可以控制反馈信号的偏振状态实现输出信道的功率均匀。
本发明工作时 由于半导体光放大器(S0A)在室温下的均匀加宽线宽在1550nm附近仅有0. 6nm， 且SOA的增益饱和效应对模式竞争有显著的抑制作用，因此基于SOA的多波长激光器在常 温下就可得到符合WDM ITU网格的多波长，且各个波长在功率变化小于士3dB的范围内，均 衡稳定输出。 高双折射光纤构成的高双折射光纤环形镜起到滤波作用，其工作原理是(为简
单起见，考虑偏振控制器将光旋转90。的情况)在光纤环形镜内相向传输的两束光，一束
先沿光纤快轴传输，在接近耦合器处被偏振控制器旋转到慢轴；而逆时针传输的一束先被
偏振控制器旋转到慢轴，然后在光纤的慢轴上传输到耦合处。这样相向传输两束光在耦合
器处耦合，二者之间存在由于光纤快慢轴折射率差引起的相位差S (小)，而高双折射光纤
环形镜的反射率R(A)正是这个相位差的函数，艮卩 R(入)=2K(1-K) [l+cos S (小))]，S (小)=2 Ji L(n。_ne)/入 其中，K为耦合器的分束比，A为光波长，L为光纤长度，n。和ne分别为光纤慢轴
和快轴的折射率。从式中可以看出，R(A)是波长的函数，其滤波周期与高双折射光纤的长
度有关，因此通过计算选择合适的光纤参数，就可以轻松获得符合W匿ITU标准波长间隔的
滤波效果。 法拉第反馈镜构成的单程反馈结构起到均衡功率的作用，它的工作原理是利用 这部分反馈结构，将激光腔输出的信号经过耦合器提取出其中的10%，经过法拉第反馈镜 (FRM)和一个20 : 80耦合器后反馈回激光腔内。反馈回激光腔内的光只单程通过SOA — 次就会被隔离器挡住。当SOA工作在饱和状态时，反馈回来的信号中强的激光谱线将使SOA 在该波长处饱和程度深，而弱的激光谱线使SOA的饱和程度浅，从而使激光器腔内振荡的 强激光谱线得到的增益低而弱谱线得到的增益高，实现在整个输出带宽内各个波长的功率 均匀。 在图1中耦合器1的90%的一端与光纤偏振控制器2的一端相连，光纤偏振控制 器2的另一端与光纤环形器3的1端相连，光纤环形器3的3端与光隔离器4相连，光隔离 器4与半导体光放大器5的一端相连，半导体光放大器5的另一端与光隔离器6的一端相连，光隔离器6的另一端与光纤偏振控制器7的一端相连，光纤偏振控制器7的另一端与半 导体光放大器8的一端相连，半导体光放大器8的另一端与耦合器1的输入端连接。光纤 环形器3的2端与3dB耦合器11的1端相连，3dB耦合器11的2端与Hi-Bi光纤9的一端 相连，Hi-Bi光纤9的另一端与光纤偏振控制器10的一端相连，光纤偏振控制器10的另一 端与3dB耦合器11的3端连接。耦合器1的10%的一端与光纤偏振控制器12的一端相 连，光纤偏振控制器12的另一端与输出耦合器13的输入端相连，输出耦合器13的80%的 一端与法拉第反馈镜14连接。调节环形腔内的偏振控制器2和7，可以调整腔内的整体增 益，调节高双折射光纤环形腔内的偏振控制器io，可以控制光纤环形腔内光的偏振状态从 而实现输出波长的整体可调谐，调节单程反馈镜的偏振控制器12，可以控制反馈信号的偏 振状态实现输出信道的功率均匀。 —个实施例如下耦合器1的分束比为90 : IO，实验中使用的高双折射(Hi-Bi) 光纤9在1310nm处的拍长约为3mm，长度为5. 9m，用高双折射光纤环形镜内的偏振控制器 IO控制光纤环形镜内光的偏振状态从而实现输出波长的整体可调谐，用环形腔内的偏振控 制器2和7调节腔内的整体增益，用单程反馈结构中的偏振控制器12调节输出信道的功率 均匀。激光器输出结果送入Ando的AQ-6315A光谱仪进行测量和分析。半导体光放大器、 偏振控制器、光纤环形器、隔离器和耦合器的尾纤均为普通单模光纤。 图2给出了当两个SOA的驱动电流均为250mA时，得到的多波长输出结果，在功率 变化量小于±3dB的范围内，获得27个波长的稳定输出，波长间隔基本符合ITU-T标准，即 lOOGHz，各波长的线宽约为0. lnm，信噪比大于25dB。
权利要求
一种带有单程反馈的C+L带多波长光纤激光器，包括光纤环形腔、高双折射光纤环形镜和单程的反馈镜；其中，光纤环形腔包括第一和第二半导体光放大器、光纤环形腔耦合器、第一和第二光隔离器、第一和第二光纤偏振控制器和环形器，所述的第一半导体光放大器的输出经过第一光隔离器和第一光纤偏振控制器后连接到第二半导体光放大器的输入端，第二半导体光放大器的输出经过光纤环形腔耦合器后被分束，大部分光经过第二光纤偏振控制器被送入光纤环形器，小部分光与单程的反馈镜相连；光纤环形器的另外两个端口，一端通过第二光隔离器与第一半导体光放大器的输入端相连，另一端通过3dB耦合器与所述的高双折射光纤环形镜相连；所述高双折射光纤环形镜包括所述的3dB耦合器、高双折射光纤和第三光纤偏振控制，3dB耦合器的另外两端之间依次连接第三光纤偏振控制器和高双折射光纤；所述单程的反馈镜由第四光纤偏振控制器、输出耦合器、法拉第反馈镜顺次连接组成，输出耦合器分束后的大部分光被法拉第反馈镜反射，小部分光输出。
2. 根据权利要求1所述的多波长光纤激光器，其特征在于，所述的高双折射光纤的长 度为5. 9m，在1310nm处的拍长为3mm。
3. 根据权利要求1所述的多波长光纤激光器，其特征在于，所述的光纤环形腔耦合器 的分束比为90 : 10。
4. 根据权利要求1所述的多波长光纤激光器，其特征在于，所述的单程反馈镜中的输 出耦合器的分束比为80 : 20。
全文摘要
本发明涉及光纤激光器领域，涉及一种带有单程反馈的C+L带多波长光纤激光器，包括光纤环形腔、高双折射光纤环形镜和单程的反馈镜；光纤环形腔包括第一和第二半导体光放大器、光纤环形腔耦合器、第一和第二光隔离器、第一和第二光纤偏振控制器和环形器；所述高双折射光纤环形镜包括所述的3dB耦合器、高双折射光纤和第三光纤偏振控制；所述单程的反馈镜由第四光纤偏振控制器、输出耦合器、法拉第反馈镜顺次连接组成。本发明在室温下，就能获得C+L带内多波长的稳定输出，波长间隔为满足WDM ITU标准的100GHz，并整体在50GHz范围内连续可调，激光器输出波长线宽小于0.1nm，输出各信道功率均衡，各波长功率差小于6dB，信噪比大于25dB。
文档编号H01S3/23GK101777727SQ20101011953
公开日2010年7月14日 申请日期2010年3月8日 优先权日2010年3月8日
发明者张蕾, 王肇颖, 胡苗苗, 贾东方 申请人:天津大学