专利名称：基于长周期光栅的双芯光纤激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种光纤激光器，适用于光纤通信领域。
背景技术：
从梅曼的第一台激光器制作成功到现在，激光器的发展速度可谓日新月异，大量不同功能的激光器不断涌现，其中最引人注目的一种类型就是光纤激光器。光纤激光器以掺稀土离子的有源光纤为基质材料，以反射器件构成的谐振腔作选频设备，通过将所选择的波长在有源光纤内不断増益使其远大于其它波长的激光信号，超过阀值时从光纤一端的反射器件输出形成激光。一般的光纤激光器的谐振腔以反射镜或光纤光栅构成，相比反射镜，光纤光栅的优点是直接集成在光纤上，整个系统更稳定，更紧凑，反射的效率也更高，损 耗更低，从而可以大大降低整个激光器系统的输出阀值，有利于提高能量转换效率。目前基于光纤光栅的光纤激光器大致分为线性腔结构和环形腔结构，线性腔结构的光纤激光器由两个中心波长一致的光纤光栅构成选频谐振腔，腔内的有源光纤作为増益介质，整个激光器的结构简单，但是制作两个完全一致的光纤光栅分别放置于有源光纤的两端在技术上有一定的难度，而中心波长不一致的两个光栅构成的谐振腔的稳定性较差。环形腔的光纤激光器虽然只用到一个光栅，稳定性相比线性腔要好，但是需要用到价格昂贵的环形器，这使得环形腔光纤激光器的成本很难降得下来。由于激光器的稳定性是衡量其性能的重要指标之一，因此如何在増加其稳定性的同时保持甚至降低其制作成本成为当前光纤激光器制作所面临的ー个问题。尤其是多波长光纤激光器，传统实现多波长输出的方式是采用反射型取样光柵，使要求的波长信号处于取样光栅的反射峰，从而产生谐振而输出激光，这样的设置产生的各波长之间会互相影响，输出的各个波长的激光稳定性很差，甚至很多情况下无法产生多波长的激光输出。综上所述，目前的光纤激光器面临稳定性与低成本无法兼得的问题。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是光纤激光器的稳定性与低成本无法兼得。本实用新型的技术方案为基于长周期光栅的双芯光纤激光器，该激光器包括有源光纤、刻写在双芯光纤的第一纤芯上的第一至第N长周期光纤光栅、波分复用器和泵浦源。波分复用器的第一端ロ为泵浦波长端ロ，波分复用器的第二端ロ为信号波长端ロ，波分复用器的第三端ロ为混合有泵浦波长和信号波长的端ロ。各部分的连接方式为有源光纤的一端接波分复用器的第三端ロ，有源光纤的另一端接双芯光纤的第二纤芯的右端，双芯光纤的第一纤芯的左端接波分复用器的第二端ロ，波分复用器的第一端ロ接泵浦源，激光从双芯光纤的第一纤芯的右端和双芯光纤的第ニ纤芯的左端输出。[0011]N= I 20的整数。所述的第一至第N长周期光纤光栅的中心波长各不相同，带宽没有公共部分。所述的有源光纤所掺杂的稀土离子包括铒离子、镱离子、铥离子、钦离子、钕离子。其工作原理为有源光纤中产生的自发辐射光信号传播至双芯光纤的第一纤芯的左端并沿着双芯光纤的第一纤芯传播到第一长周期光纤光栅所在位置后，波长位于第一长周期光纤光栅带宽内的光信号被耦合到双芯光纤的第二纤芯中，保持方向不变传播至双芯光纤的第二纤芯的右端返回有源光纤中继续被放大，处于第一长周期光纤光栅带宽以外的光信号则直接穿过第一长周期光纤光栅，保持方向不变传播至第二长周期光纤光栅所在的位置，波长位于第二长周期光纤光栅带宽内的光信号被耦合到双芯光纤的第二纤芯中，保持方向不变传播至双芯光纤的第二纤芯的右端返回有源光纤中继续被放大，处于第二长周期光纤光栅带宽以外的光信号则直接穿过第二长周期光纤光栅，保持方向不变传播……，传播至第N长周期光纤光栅所在的位置，波长位于第N长周期光纤光栅带宽内的光信号被耦合到双芯光纤的第二纤芯中，保持方向不变传播至双芯光纤的第二纤芯的右端返回有源 光纤中继续被放大，处于第N长周期光纤光栅带宽以外的光信号则直接穿过第N长周期光纤光栅，保持方向不变传播，从双芯光纤输出。反向传播的分别位于第一至第N长周期光纤光栅带宽内的光信号沿同样的反向路径传播，而位于第一至第N长周期光纤光栅带宽以外的光信号则沿双芯光纤的第二纤芯传播至双芯光纤的第二纤芯的左端输出。光信号经过这样的多次传播、选频，分别位于第一至第N长周期光纤光栅带宽内的光信号则被不断放大直至形激光从双芯光纤的第一纤芯的右端和双芯光纤的第二纤芯的左端输出，其它波长的光信号则损耗殆尽，最终输出的激光信号内只有第一至第N长周期光纤光栅带宽内的激光信号，并且越接近第一至第N长周期光纤光栅中心波长的激光信号幅值越大。波分复用器在这里的作用是将泵浦源的泵浦能量耦合入有源光纤。本实用新型和已有技术相比所具有的有益效果传统线性腔光纤激光器含有两个中心波长一致的Bragg光纤光栅，不仅在制作上有较大难度，而且两个光纤光栅构成的谐振腔的稳定性远不如环形腔激光器中的一个光栅构成的行波腔，而对于多波长的光纤激光器，还需要取样光栅的參与，传统的基于取样光栅的多波长光纤激光器稳定性差，各个波长的能量之间相互影响，输出的功率并不独立。本实用新型采用长周期光纤光栅，稳定性相比传统线性腔大大提升，相比环形腔省去了价格昂贵的环形器，成本大幅度下降；长周期光纤光栅的制作难度和所要求的精度都比Bragg光纤光栅要低，制作成本也更低。而双芯光纤的采用，使腔中两个纤芯之间的耦合效率得到提升，稳定性也大幅度提升。
图I为N个波长的基于长周期光栅的双芯光纤激光器示意图。图2为单个波长的基于长周期光栅的双芯光纤激光器示意图。图3为三个波长的基于长周期光栅的双芯光纤激光器示意图。图4为二十个波长的基于长周期光栅的双芯光纤激光器示意图。
具体实施方式
[0022]
以下结合附图对本实用新型作进ー步描述。实施方式一基于长周期光栅的双芯光纤激光器，如图1，该激光器包括有源光纤1，刻写在双芯光纤的第一纤芯21上的第一至第N长周期光纤光栅31、32、……、3N，波分复用器和泵浦源5。波分复用器的第一端ロ 41为泵浦波长端ロ，波分复用器的第二端ロ 42为信号波长端ロ，波分复用器的第三端ロ 43为混合有泵浦波长和信号波长的端ロ。各部分的连接方式为有源光纤I的一端接波分复用器的第三端ロ 43，有源光纤I的另一端接双芯光纤的第二纤芯22的右端，双芯光纤的第一纤芯21的左端接波分复用器的第二端ロ 42,波分复用器的第一端ロ 41接泵浦源5,激光从双芯光纤的第一纤芯21的右端和双芯光纤的第二纤芯22的左端输出。 N = I 20的整数。所述的第一至第N长周期光纤光栅31、32、……、3N的中心波长各不相同，带宽没有公共部分。所谓长周期光纤光栅是沿光纤轴向折射率调制周期大于I微米的光纤光柵。所述的有源光纤I所掺杂的稀土离子包括铒离子、镱离子、铥离子、钦离子、钕离子。其工作原理为有源光纤I中产生的自发辐射光信号传播至双芯光纤的第一纤芯I的左端并沿着双芯光纤的第一纤芯I传播到第一长周期光纤光栅31所在位置后，波长位于第一长周期光纤光栅31带宽内的光信号被耦合到双芯光纤的第二纤芯22中，保持方向不变传播至双芯光纤的第二纤芯22的右端返回有源光纤I中继续被放大，处于第一长周期光纤光栅31带宽以外的光信号则直接穿过第一长周期光纤光栅31，保持方向不变传播至第二长周期光纤光栅32所在的位置，波长位于第二长周期光纤光栅32带宽内的光信号被耦合到双芯光纤的第二纤芯22中，保持方向不变传播至双芯光纤的第二纤芯22的右端返回有源光纤I中继续被放大，处于第二长周期光纤光栅32带宽以外的光信号则直接穿过第ニ长周期光纤光栅32，保持方向不变传播……，传播至第N长周期光纤光栅3N所在的位置，波长位于第N长周期光纤光栅3N带宽内的光信号被耦合到双芯光纤的第二纤芯22中，保持方向不变传播至双芯光纤的第二纤芯22的右端返回有源光纤I中继续被放大，处于第N长周期光纤光栅3N带宽以外的光信号则直接穿过第N长周期光纤光栅3N，保持方向不变传播，从双芯光纤的第一纤芯21右端输出。反向传播的分别位于第一至第N长周期光纤光栅31、32、33、……、3N带宽内的光信号沿同样的反向路径传播，而位于第一至第N长周期光纤光栅31、32、33、……、3N带宽以外的光信号则沿双芯光纤的第二纤芯22传播至双芯光纤的第二纤芯22的左端输出。光信号经过这样的多次传播、选频，分别位于第一至第N长周期光纤光栅31、32、33、……、3N带宽内的光信号则被不断放大直至形激光从双芯光纤的第一纤芯21的右端和双芯光纤的第二纤芯22的左端输出，其它波长的光信号则损耗殆尽，最終输出的激光信号内只有第一至第N长周期光纤光栅31、32、33、……、3N带宽内的激光信号，并且越接近第
一至第N长周期光纤光栅31、32、33、......、3N中心波长的激光信号幅值越大。波分复用器
在这里的作用是将泵浦源5的泵浦能量耦合入有源光纤I。实施方式ニ[0033]基于长周期光栅的双芯光纤激光器，如图2,该激光器包括有源光纤I,刻写在双芯光纤的第一纤芯21上的第一长周期光纤光栅31,波分复用器和泵浦源5。各部分的连接方式为有源光纤I的一端接波分复用器的第三端ロ 43，有源光纤I的另一端接双芯光纤的第二纤芯22的右端，双芯光纤的第一纤芯21的左端接波分复用器的第二端ロ 42,波分复用器的第一端ロ 41接泵浦源5,激光从双芯光纤的第一纤芯21的右端和双芯光纤的第二纤芯22的左端输出。所述的第一长周期光纤光栅31的中心波长不同，带宽没有公共部分。所述的有源光纤I所掺杂的稀土离子为铒离子。实施方式三基于长周期光栅的双芯光纤激光器，如图3,该激光器包括有源光纤I,刻写在双芯光纤的第一纤芯21上的第一至第三长周期光纤光栅31、32、33，波分复用器和泵浦源5。各部分的连接方式为有源光纤I的一端接波分复用器的第三端ロ 43，有源光纤I的另一端接双芯光纤的第二纤芯22的右端，双芯光纤的第一纤芯21的左端接波分复用器的第二端ロ 42,波分复用器的第一端ロ 41接泵浦源5,激光从双芯光纤的第一纤芯21的右端和双芯光纤的第二纤芯22的左端输出。所述的第一至第三长周期光纤光栅31、32、33的中心波长各不相同，带宽没有公共部分。所述的有源光纤I所掺杂的稀土离子为钕离子。实施方式四基于长周期光栅的双芯光纤激光器，如图4，该激光器包括有源光纤1，刻写在双芯光纤的第一纤芯21上的第一至第二十长周期光纤光栅31、32、……、320，波分复用器和泵浦源5。各部分的连接方式为有源光纤I的一端接波分复用器的第三端ロ 43，有源光纤I的另一端接双芯光纤的第二纤芯22的右端，双芯光纤的第一纤芯21的左端接波分复用器的第二端ロ 42,波分复用器的第一端ロ 41接泵浦源5,激光从双芯光纤的第一纤芯21的右端和双芯光纤的第二纤芯22的左端输出。所述的第一至第二十长周期光纤光栅31、32、……、320的中心波长各不相同，带宽没有公共部分。所述的有源光纤I所掺杂的稀土离子为铥离子。
权利要求1.基于长周期光栅的双芯光纤激光器，其特征在于 该激光器包括有源光纤(I)、刻写在双芯光纤的第一纤芯(21)上的第一至第N长周期光纤光栅(31、32、……、3N)、波分复用器和泵浦源(5)； 各部分的连接方式为有源光纤(I)的一端接波分复用器的第三端ロ(43)，有源光纤(I)的另一端接双芯光纤的第二纤芯(22)的右端，双芯光纤的第一纤芯(21)的左端接波分复用器的第二端ロ(42)，波分复用器的第一端ロ(41)接泵浦源(5)，激光从双芯光纤的第一纤芯(21)的右端和双芯光纤的第二纤芯(22)的左端输出； N=I 20的整数； 所述的第一至第N长周期光纤光栅(31、32、……、3N)的中心波长各不相同，带宽没有公共部分。
专利摘要基于长周期光栅的双芯光纤激光器，涉及一种光纤激光器，适用于光纤通信领域。解决了目前多波长光纤激光器的稳定性与低成本无法兼得的问题。该激光器包括有源光纤(1)、耦合器、刻写在双芯光纤的第一纤芯(21)上的第一至第N长周期光纤光栅(31、32、……、3N)、波分复用器和泵浦源(5)。各部分的连接方式为有源光纤(1)的一端接波分复用器的第三端口(43)，有源光纤(1)的另一端接双芯光纤的第二纤芯(22)的右端，双芯光纤的第一纤芯(21)的左端接波分复用器的第二端口(42)，波分复用器的第一端口(41)接泵浦源(5)，激光从双芯光纤的第一纤芯(21)的右端和双芯光纤的第二纤芯(22)的左端输出。N＝1～20的整数。
文档编号H01S3/067GK202602077SQ201220178009
公开日2012年12月12日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者温晓东, 宁提纲, 李晶, 油海东, 李超, 张婵, 王春灿 申请人:北京交通大学