专利名称：可调谐多波长光纤激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可调谐多波长光纤激光器，尤其是一种基于压电陶瓷的可调谐多波长光纤激光器。
背景技术：
光纤激光器是在掺杂光纤放大器技术基础上发展起来的。光纤激光器的波导式结构和可容强光泵浦特性，使其具有输出功率高、光束质量好、转换效率高、阈值低、线宽窄、 输出波长多、兼容性好及结构简单等诸多优点，在光纤通信、光纤传感、军事、工业加工、光信息处理和全色显示等领域有着广阔的应用前景。特别是可调谐光纤激光器在波分复用光纤通信和光纤传感应用中扮演着极其重要的角色。目前通信用激光器主要是半导体激光器，其输出波长是固定单一的。随着光纤通信系统的不断发展，现代光纤波分复用通信系统正朝着信道数目越来越多的方向发展。提供多路信号最直接的方法就是采用多个固定波长的激光器。但这种方法存在以下两个明显的缺点1.随着密集波分复用(DWDM)技术的发展，系统中的波长数达到了数十甚至上百个。对于需要提供保护的场合，每个波长的备份必须由相同输出波长的激光器提供，这样导致了备份激光器数量的增加，成本上升。2.由于固定波长激光器需要用波长来区分，激光器的数量和类别随着波长数的增加而不断增加。如果要支持光网络中动态波长分配，提高网络的灵活性，则需要配备大量不同波长的固定波长激光器，因而每个激光器的使用率降低，造成资源浪费。
实用新型内容本实用新型提供一种基于压电陶瓷的可调谐多波长光纤激光器，其解决了现有激光器输出固定单波长的缺点。本实用新型的技术解决方案是该可调谐多波长光纤激光器，包括泵浦光源、增益介质和环形腔。所述增益介质是掺稀土元素的光纤；所述环形腔内依次串联设置有波分复用器(WDM)、稀土光纤、第一光隔离器、光耦合器、可调谐多波长产生单元、第二光隔离器；所述第二光隔离器的输出端与波分复用器的一个输入端连接，泵浦光源与波分复用器的另一个输入端连接；所述光耦合器的一个输出端与可调谐多波长产生单元的输入端连接，光耦合器的另一个输出端用于激光输出。上述的可调谐多波长产生单元包括光分路器、至少两个光环行器、与光环行器数量相同的光纤布拉格光栅(FBG)、光耦合器和用于调节FBG周期的周期调节机构；光耦合器的一个输出端与光分路器一端连接，光分路器另一端与至少两个光环行器的第一端口连接，各光环行器的第二端口分别与FBG连接，各光环行器的第三端口分别与光耦合器连接； 所述各FBG设置在周期调节机构上。[0010]根据不同的情况，可以将各FBG分别设置在单独周期调节机构上，每一个FBG对应一个周期调节机构，也可以将各FBG均设置在一个周期调节机构上。上述可调节FBG周期的机构以压电陶瓷为佳，压电陶瓷与压电陶瓷驱动电源连接；上述各FBG之间以平行设置为佳，其中心波长之间的间隔以0. 2nm为佳；上述的稀土光纤以掺铒光纤为佳。本实用新型的优点是1.光纤激光器是一种高效的波长转换器，即由泵浦激光波长转换为所掺铒离子的激射波长。正因为光纤激光器的激射波长由铒离子所决定、不受泵浦波长的控制，所以可以利用与铒离子吸收光谱相对应的廉价短波长、高功率半导体激光器泵浦，获得光纤通信低损耗窗口 C波段(1550nm附近)的激光输出。2.由于光纤激光器的圆柱形几何尺寸，一方面，容易耦合到系统的传输光纤中，极大地简化了光纤激光器的设计及制作，并且光纤具有极好的柔绕性，使得激光器相当小巧灵活，使用方便，性价比高；另一方面，具有较高的“表面积/体积”比，散热快，工作物质热负荷小，无需冷却系统，能产生高亮度和高峰值功率。3.可调谐的多波长光纤激光器可以有效地解决固定波长激光器的不足之处，不仅能同时为多个信道提供所需光源，使发射端的设计更为紧凑、经济；而且激光器输出的波长还可调谐，适用于光纤通信网络中波长动态分配的情况，从而可提高网络的灵活性。4.能胜任恶劣的工作环境，对灰尘、振荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度。5.由于压电陶瓷驱动电源的电压调节范围为0 150V，该激光器单个独立波长调谐精度为0. 00495nm/V，调谐范围0. 7425nm。
图1是可调谐多波长光纤激光器的结构示意图；图2是可调谐多波长产生单元的结构示意图。
具体实施方式
该多波长光纤激光的调谐性能所依据的原理如下1.将泵浦光源输出第一波段的泵浦光与第二波段的信号光耦合后输送至步骤2 中处理；2.将步骤1中输出的光输入掺铒光纤内进行处理，第一波段泵浦光使铒离子的粒子数反转，并出现自发的放大辐射(ASE)，形成与信号光波段相同的自发辐射光。自发辐射光使得步骤1中所述的第二波段的信号光得到放大，产生受激辐射光；受激辐射光单向传输至步骤3 ；第二波段的信号光放大具体是，处于基态能级的铒离子在第一波段附近的泵浦光作用下跃迁到高能级，经过大约1μ S时间迟豫到亚稳态能级，再从亚稳态能级跃迁到 基态，发射出与第二波段的信号光波长一样、方向一致的光子，实现第二波段的信号光放大；3.将经步骤2处理的光进行分束，一部分光提供激光输出，另一部分光反馈至步骤4，经处理，满足条件后作为激光输出；4.经步骤3反馈回的光进行分光，将其分成至少两组相同的光；[0025]5.使经步骤4处理的各路光分别进入相互对应的光环行器；6.经光环行器后的各路光分别进入相互对应的FBG，通过调节各FBG的长度来改变各FBG的周期和光纤布拉格波长，FBG将反射与其布拉格波长相同的光，不同波长的光透射出FBG ；经FBG反射的光返回光环行器；7.对经步骤6处理的各路光进行耦合后单向输出至步骤1，所述的各路光的波长均属于第二波段内。该可调谐多波长光纤激光器，包括泵浦光源、增益介质和环形腔。所述增益介质是掺稀土元素的光纤；所述环形腔内依次串联设置有WDM、稀土光纤、第一光隔离器、光耦合器、可调谐多波长产生单元、第二光隔离器；所述第二光隔离器的输出端与波分复用器的一个输入端连接，泵浦光源与波分复用器的另一个输入端连接；所述光耦合器的一个输出端与可调谐多波长产生单元的输入端连接，光耦合器的另一个输出端用于激光输出。上述的可调谐多波长产生单元包括光分路器、至少两个光环行器、与光环行器数量相同的FBG、光耦合器和用于调节FBG周期的周期调节机构；光耦合器的一个输出端与光分路器一端连接，光分路器另一端与至少两个光环行器的第一端口连接，各光环行器的第二端口分别与FBG连接，各光环行器的第三端口分别与光耦合器连接；所述各FBG设置在周期调节机构上。根据不同的情况，可以将各FBG分别设置在单独周期调节机构上，每一个FBG对应一个周期调节机构，也可以将各FBG均设置在一个周期调节机构上。上述可调节FBG周期的机构以压电陶瓷为佳，压电陶瓷与压电陶瓷驱动电源连接；上述各FBG之间以平行设置为佳，其中心波长之间的间隔以0. 2nm为佳；上述的稀土光纤以掺铒光纤为佳。实施例1该可调谐多波长光纤激光器，由980nm附近激光二极管作泵浦源，采用掺铒光纤作为激光器的增益介质，掺铒光纤的荧光谱是1530nm到1560nm波段的宽带光；采用环形腔的谐振腔结构，其谐振腔包括可调谐多波长产生单元、光隔离器、980/1550nm WDM、掺铒光纤与光耦合器等；采用FBG作为滤波与波长选择器件，选出所需要的特定波长，将多根FBG 粘贴于压电陶瓷上，通过压电陶瓷驱动电源改变压电陶瓷的伸长量，来调节多根FBG的滤波和波长选择特性，从而实现该激光器输出可调谐的多波长激光。上述掺铒光纤是将稀土离子中的铒离子以一定的浓度掺杂于纤芯之中。掺铒光纤是受激光纤，它具有三能级系统。铒离子能够实现光纤通信低损耗窗口 C波段(1550nm附近)的光放大，1550nm附近的信号光可诱发铒离子产生受激辐射。处于基态能级的铒离子在980nm附近的泵浦光作用下跃迁到高能级，经过大约1 μ s时间迟豫到亚稳态能级，再从亚稳态能级跃迁到基态，发射出与信号光波长一样、方向一致的光子，实现1550nm附近的光放大。上述环形腔由以下器件构成980/1550nm WDM、掺铒光纤、光隔离器1、光耦合器、 可调谐多波长产生单元和光隔离器2。WDM将980nm附近的泵浦光和波长为1550nm附近的光耦合进掺铒光纤。掺铒光纤是增益介质，在其内形成粒子数反转，产生ASE。随后自发辐射光进入光隔离器1的输入端口，光隔离器1促使光在环形腔内单向传输，之后光从光隔离器1的输出端口输出。光进入到光耦合器的输入端口，光耦合器将光分为20% :80%的两束光。其中从20%端口输出的光提供激光输出；从80%端口输出的光反馈进环形腔中， 进入可调谐多波长产生单元的输入端口。光在该单元内进行滤波和波长选择，满足FBG布拉格反射条件的光被选择出来，从可调谐多波长产生单元的输出端口输出，进入光隔离器2 的输入端口。光隔离器2同样是促使光在环形腔内单向传输。光从光隔离器2的输出端口输出后，进入到WDM中 。这样就构成了环形腔。如图1所示泵浦波长为980nm附近的泵浦光，首先通过尾纤耦合进980/1550nm WDM的980nm端口。然后通过WDM输出端口进入掺铒光纤中，掺铒光纤是增益介质，对其进行泵浦，在掺铒光纤中将形成粒子数反转，并出现ASE。自发辐射光进入光隔离器1的输入端口，光隔离器1促使光在环形腔内单向传输。之后光从光隔离器1的输出端口输出。光进入到光耦合器的输入端口，光耦合器将光分为20% :80%的两束光。其中从20%端口输出的光提供激光输出；从80%端口输出的光反馈进环形腔中，进入可调谐多波长产生单元的输入端口。光在该单元内进行滤波和波长选择，满足FBG布拉格反射条件的光被选择出来， 从可调谐多波长产生单元的输出端口输出，进入光隔离器2的输入端口。光隔离器2同样是促使光在环形腔内单向传输。光从光隔离器2的输出端口输出后，进入到WDM的1550nm 端口。辐射光重新耦合进掺铒光纤中，完成一次循环。每一次循环过程中，符合光纤布拉格条件的那些波长的辐射光能量均得到放大，当增益大于辐射光在环路中的传输损耗时，整个激光环形谐振腔形成振荡，从而实现了满足光纤布拉格条件的那些波长的激光输出。如图2所示光从上述环形腔中光耦合器的80%端口输出，进入IXN光分路器的输入端口。1 XN光分路器将入射光分为N路，N路光分别从1 XN光分路器的N个输出端口输出。然后N路光分别进入相互对应的光环行器1 N的Port 1端口，N路光分别经环行器1 N后，从光环行器1 N的Port 2端口输出，进入相互对应的N根中心波长为1550nm 附近的，且中心波长间隔约为0. 2nm的FBG中。N根FBG平行地粘贴于同一个压电陶瓷，或者分别粘贴在相互对应的N个压电陶瓷上，沿着FBG的长度方向给压电陶瓷加载电压，调节压电陶瓷驱动电源改变压电陶瓷的长度，从而改变了粘贴在压电陶瓷上的FBG光栅周期； 根据光纤布拉格反射条件，反射光的中心波长也随之改变；凡是满足FBG布拉格反射条件的光就会被反射。被反射的光分别进入相互对应的光环行器1 N的Port 2端口，再次经过光环行器1 N，从光环行器1 N的Port 3端口输出；光从光环行器1 N的Port 3 端口输出后，分别进入相互对应的NX 1光耦合器的N个输入端口。NX 1光耦合器将N路光耦合成一路光，然后合路光从NX 1光耦合器的输出端口输出，进入上述环形腔中的光隔离器2的输入端口。这样就形成了 N个波长的光在谐振腔内的振荡。将中心波长为1550nm附近的，且中心波长间隔约为0. 2nm的N个FBG平行地粘贴于同一个压电陶瓷，或者分别粘贴在相互对应的N个压电陶瓷上，沿着FBG的长度方向给压电陶瓷加载电压，调节压电陶瓷驱动电源改变压电陶瓷的长度，从而改变了粘贴在压电陶瓷上的FBG光栅周期，达到调节各个FBG的滤波和波长选择特性的目的，最终实现可调谐的多波长(N波长)光纤激光输出。
权利要求1.一种可调谐多波长光纤激光器，包括泵浦光源、增益介质和环形腔，其特征在于所述增益介质是掺稀土元素的光纤；所述环形腔内依次串联设置有波分复用器(WDM)、稀土光纤、第一光隔离器、光耦合器、可调谐多波长产生单元、第二光隔离器；所述第二光隔离器的输出端与波分复用器的一个输入端连接，泵浦光源与波分复用器的另一个输入端连接； 所述光耦合器的一个输出端与可调谐多波长产生单元的输入端连接，光耦合器的另一个输出端用于激光输出。
2.根据权利要求1所述的可调谐多波长光纤激光器，其特征在于所述的可调谐多波长产生单元包括光分路器、至少两个光环行器、与光环行器数量相同的光纤布拉格光栅 (FBG)、光耦合器和用于调节FBG周期的周期调节机构；光耦合器的一个输出端与光分路器一端连接，光分路器另一端与至少两个光环行器的第一端口连接，各光环行器的第二端口分别与FBG连接，各光环行器的第三端口分别与光耦合器连接；所述各FBG设置在周期调节机构上。
3.根据权利要求2所述的可调谐多波长光纤激光器，其特征在于所述各FBG分别设置在周期调节机构上。
4.根据权利要求2所述的可调谐多波长光纤激光器，其特征在于所述各FBG均设置在一个周期调节机构上。
5.根据权利要求1至4任一所述的可调谐多波长光纤激光器，其特征在于所述的可调节FBG周期的机构是压电陶瓷，所述压电陶瓷与压电陶瓷驱动电源连接。
6.根据权利要求5所述的可调谐多波长光纤激光器，其特征在于所述的稀土光纤是掺铒光纤。
7.根据权利要求6所述的可调谐多波长光纤激光器，其特征在于所述的可调节FBG 周期的机构是压电陶瓷，所述压电陶瓷与压电陶瓷驱动电源连接。
8.根据权利要求7所述的可调谐多波长光纤激光器，其特征在于所述各FBG平行设置，且其中心波长之间的间隔为0. 2nm。
专利摘要本实用新型提供一种基于压电陶瓷的可调谐多波长光纤激光器，其解决了现有激光器输出固定单波长的缺点。该可调谐多波长光纤激光器，包括泵浦光源、增益介质和环形腔，环形腔内依次串联设置有波分复用器(WDM)、稀土光纤、第一光隔离器、光耦合器、可调谐多波长产生单元、第二光隔离器；所述第二光隔离器的输出端与波分复用器的一个输入端连接，泵浦光源与波分复用器的另一个输入端连接；光耦合器的一个输出端与可调谐多波长产生单元的输入端连接，光耦合器的另一个输出端用于激光输出。该激光器能同时为多个信道提供所需光源，使得发射端的设计更为紧凑、经济。
文档编号H01S3/067GK202025977SQ20112011701
公开日2011年11月2日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者任立勇, 韩旭 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所