一种采用c波段掺铒光纤产生c+l波段的宽带光源系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种采用C波段掺铒光纤产生C+L波段的宽带光源系统，包括依次连接的一个泵浦源、耦合器、连接至所述耦合器的第二路输出的第一波分复用器、分别各自连接至所述第一波分复用器的第一掺铒光纤和第二掺铒光纤、连接至所述第一掺铒光纤的第二波分复用器、连接至所述第二波分复用器的第一路输出的环形镜、以及连接至所述第一波分复用器的隔离器，其中所述第二波分复用器的第二路输出连接至所述耦合器的第一路输出，所述第一掺铒光纤和第二掺铒光纤的长度不同但掺杂浓度相同，所述耦合器的第一路输出的功率小于第二输出的功率。本发明的单端泵浦光谱补偿的高平坦C+L波段宽带光源结构简单，具有较低成本，并且可以获得高平坦光输出的ASE光源，其具有重要的理论意义和应用价值。
【专利说明】—种采用C波段掺铒光纤产生C+L波段的宽带光源系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光器领域，特别涉及一种采用C波段掺铒光纤产生C+L波段的宽带光源系统。
【背景技术】
[0002]光纤激光器作为一种具有广阔应用前景的激光光源，具有宽带可调谐、较高的信噪比、较窄的输出激光线宽等优势，可广泛地应用于光纤传感、光纤通信、光学加工等领域。光纤激光器由泵浦源、谐振腔和增益介质三部分构成。
[0003]目前,放大的自发福射光源(Amplified Spontaneous Emission,ASE)具有高平坦度、输出光谱宽、高的输出功率、长久的使用寿命等优势，在光通信、光纤传感、光器件测试等领域有广泛的应用。当前市场化的宽带光源多为超辐射发光二极管，而基于稀土掺杂铒光纤放大自发辐射(ASE)的宽带光源由于具有内在极宽的发射谱、高的输出功率、易于与光纤系统耦合和使用寿命长等优点，从而成为制作非相干宽带光源的最佳选择。这使得稀土掺杂宽带光源的研究更加迫切。
[0004]目前，国内对于宽带C+L波段ASE光源研究已经取得了很大的进展，采用双级双程、三级双泵浦等结构，结合多级不同浓度的掺铒光纤(Erbium-Doped OpticalFiber, EDF)已经实现C+L波段ASE输出。2004年南开大学高伟清等人在1539.2-1600.6nm光谱范围内实现平坦度±2.8dB光输出；2007年集美大学王秀琳等人采用双通道输出结构在1527-1605nm光谱范围内获得平坦度±2.1dB光输出；2010年西安石油大学贾振安等人采用三级双泵浦结构在1543-1603nm光谱范围内实现平坦度土 1.3dB光输出。然而，为获得高平坦C+L波段光输出，现有技术中实现的这些系统结构往往采用多个激光二极管(LaserDiode, LD)泵浦源对不同掺杂浓度掺铒光纤泵浦。另外，针对不同的结构，系统中往往还需要插入一个或多个隔离器、环形镜等光学器件，造成C+L波段ASE光源系统复杂且价格较
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[0005]因此，需要一种结构简单，具有较低成本，并且可以获得高平坦光输出的ASE光源，其具有重要的理论意义和应用价值。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种利用短腔式光纤激光器的输出纵模特性来精确测量测场的方法和系统。
[0007]根据本发明的一个方面，提供了一种采用C波段掺铒光纤产生C+L波段的宽带光源系统，包括依次连接的一个泵浦源、耦合器、连接至所述耦合器的第二路输出的第一波分复用器、分别各自连接至所述第一波分复用器的第一掺铒光纤和第二掺铒光纤、连接至所述第一掺铒光纤的第二波分复用器、连接至所述第二波分复用器的第一路输出的环形镜、以及连接至所述第一波分复用器的隔离器，其中所述第二波分复用器的第二路输出连接至所述耦合器的第一路输出，所述第一掺铒光纤和第二掺铒光纤的长度不同但掺杂浓度相同，所述I禹合器的第一路输出的功率大于第二路输出的功率。
[0008]优选地，所述泵浦源是激光二极管泵浦源，其中心波长为980nm。
[0009]优选地，所述第一掺铒光纤的长度大于所述第二掺铒光纤的长度。
[0010]优选地,所述第一掺铒光纤的长度为32m。
[0011]优选地，所述第二掺铒光纤的长度为5m。
[0012]优选地，所述泵浦源发出的泵浦光束通过所述耦合器进入所述第一掺铒光纤进行泵浦，形成L波段输出。
[0013]优选地，所述泵浦源发出的泵浦光束通过所述耦合器进入所述第二掺铒光纤进行泵浦，形成C波段输出。
[0014]优选地，所述第一波分复用器为2X2结构，所述第二波分复用器为1X2结构。
[0015]优选地，所述耦合器的分光比为第一路输出功率:第二路输出功率=90:10。
[0016]优选地，所述环形镜包括耦合器，所述耦合器的分光比为k=0.50。
[0017]根据本发明的单端泵浦光谱补偿的高平坦C+L波段宽带光源结构简单，具有较低成本，并且可以获得高平坦光输出的ASE光源，其具有重要的理论意义和应用价值。
[0018]应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中:
[0020]图1示意性示出根据本发明的一种采用C波段掺铒光纤产生C+L波段的宽带光源系统；
[0021]图2示出了图1中的环形镜的工作原理图；
[0022]图3示出根据本发明的一种采用C波段掺铒光纤产生C+L波段的宽带光源系统的C+L波段ASE输出波形图。
【具体实施方式】
[0023]在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
[0024]通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
[0025]针对本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0026]本发明提供了一种采用C波段掺铒光纤产生C+L波段的宽带光源系统的自发辐射宽带光源，使用单支激光二极管作为泵浦源，采用两段长度不同但是掺杂浓度完全相同掺铒光纤作为增益介质，结合一支稱合器、一支全反镜、两支波分复用器、一支隔离器在1540nm-1610nm波段范围内实现光谱高平坦输出。[0027]图1示意性示出根据本发明的一种采用C波段掺铒光纤产生C+L波段的宽带光源系统。如图1所示，根据本发明的C+L波段宽带光源系统100包括依次连接的一个泵浦源101、耦合器102、连接至耦合器102的第二路输出的第一波分复用器(WDM)103、分别各自连接至第一波分复用器(WDM) 103的第一掺铒光纤(EDF) 104和第二掺铒光纤(EDF) 105、连接至第一掺铒光纤104的第二波分复用器106、连接至第二波分复用器106的第一路输出的环形镜(FLM)107、以及连接至第一波分复用器的隔离器108。其中，第二波分复用器106的第二路输出连接至耦合器102的第一路输出。
[0028]泵浦源101优选是激光二极管泵浦源，其中心波长优选根据第一掺铒光纤104和第二掺铒光纤105的掺杂稀土的吸收谱线来确定。根据本发明的一个优选实施例，泵浦源101的中心波长为980nm。泵浦源101发出的泵浦光束通过耦合器102分为两束，通过第二波分复用器106和第一波分复用器103分别稱合进入掺杂光纤,分别对第一掺铒光纤104和第二掺铒光纤105进行泵浦。
[0029]根据本发明的光源系统使用相同掺杂浓度的两段掺铒光纤就可以实现较高的平坦输出，同时通过调整两段掺铒光纤的长度可以获取不同波段的输出。根据本发明的一个实施例，第一掺铒光纤104和第二掺铒光纤105优选为长度不同但掺杂浓度相同的两段掺铒光纤，分别用于产生L波段和C波段的自发辐射宽带光源光。优选地，第一掺铒光纤103的长度大于第二掺铒光纤105的长度。
[0030]根据本发明的第一掺铒光纤104和第二掺铒光纤105优选为低掺杂浓度光纤，根据一个优选实施例，第一掺铒光纤104和第二掺铒光纤105在1530和976nm波长处的吸收系数为2dB/m。
[0031]优选地，第一掺铒光纤103和第二掺铒光纤105的芯径均为10/125 μ m。
[0032]第一波分复用器103优选为2X2结构，且工作波长为980/1550nm。第二波分复用器106优选为1X2结构，且工作波长为980/1550nm。
[0033]为了产生L波段光，f禹合器102的分光比按如下方式选择，即第一路输出的功率大于第二路输出的功率，优选地，第一路输出功率:第二路输出功率=90:10。如图1所示，第一路输出A:第二路输出的B的功率分光比为90:10。
[0034]隔离器108的作用在于防止端面回波对输出光造成影响。
[0035]图2示出了图1中的环形镜107的工作原理图。如图2所示，根据本发明的环形镜107通过熔接耦合器1071的两个输出端制成。当信号光Pin从信号输入端201输入时，在耦合器1051的两个输出端口被分为两束光，即沿图中逆时针传输的P1光和沿顺时针传输的P2光，这两束光P1和P2经过传输后在稱合器1071处相干,从信号输入端201输出反射光P,，从信号输出端202输出透射光Pt。设耦合器1071的分光比为k，在忽略耦合器1071本身损耗和光纤损耗的前提下，当入射光功率为Pin时，反射功率已和透射功率Pt分别为
[0036]Pr=4k(l_k)Pin (3)
[0037]Pt=d-2k) 2Pin (4)
[0038]由式(3)和⑷可得光纤环形镜的反射率R和透射率T分别为
[0039]R=4k(l-k) (5)
[0040]T= (I_2k)2 (6)
[0041]因此当分光比k=0.50时，R=I，T=0，环形镜105具有最高反射率，起到环形射镜的作用。因此，根据本发明的优选实施方案，环形镜107中的耦合器1071的分光比为50:50，即分光比k=0.50。环形镜107的工作波长优选为1550nm。
[0042]回到图1，第一掺铒光纤104的作用是产生前向(如图1所示的L方向)L波段ASE输出，由于L波段光输出产生是二次吸收过程，相比C波段光输出要弱很多，因此需要分配较强的抽运光。在图1中，泵浦源101发出的泵浦光束通过耦合器102分为两束，其中输出功率较强的第一路输出(如图1中A所示)经第二波分复用器106对第一掺铒光纤104进行泵浦，产生前向L波段ASE输出。由于形成L波段光输出需要二次吸收过程，因此第一掺铒光纤104需要采用比第二掺铒光纤105更长的长度。此外，第一掺铒光纤104和第二掺铒光纤105的长度更取决于光纤的掺杂浓度、芯径的匹配程度等光纤的物理参数。在该泵浦过程中，第一掺铒光纤104中会形成后向C波段光输出，可以通过熔接环形镜107将其反射回增益介质中，以提高利用效率，环形镜107优选通过熔接分光比为50:50耦合器的两个输出端制成。
[0043]耦合器102的第二路功率较小的输出(如图1中B所示)通过第一波分复用器103耦合进入第二掺铒光纤105进行泵浦，用于产生后向(如图1所示的C方向)C波段ASE输出，该第二掺铒光纤105起到调节C+L波段平坦度的作用。由第一掺铒光纤104产生的L波段光和第二掺铒光纤105产生的C波段光通过第一波分复用器103稱合输出。
[0044]在制作如图1所示的根据本发明的单端泵浦光谱补偿的高平坦C+L波段宽带光源系统100时，首先，搭建C+L波段宽带光源系统100，包括依次连接的一个泵浦源101、耦合器102、连接至耦合器102的第二路输出的第一波分复用器103、连接至第一波分复用器103的第一掺铒光纤104、连接至第一掺铒光纤104的第二波分复用器106、以及连接至第二波分复用器106的第一路输出的环形镜107。其中，第二波分复用器106的第二路输出连接至率禹合器102的第一路输出。
[0045]在该搭建过程中，首先不熔接第二掺铒光纤105，仅使用第一掺铒光纤104产生L波段ASE输出，通过调整第一掺铒光纤104的长度和泵浦源101的泵浦电流获得平坦的L波段光输出。根据本发明的一个优选实施例，在200mA泵浦电流条件下，第一掺铒光纤104采用32m长度可以获得较平坦的L波段ASE输出。
[0046]接下来，为了实现C+L波段的平坦输出，在第一波分复用器103的其中一支输出端熔接第二掺铒光纤105，用于产生后向C波段光输出，以调节C波段和L波段输出平坦度。第二掺铒光纤105通过采用不同长度，同时改变泵浦源101的泵浦电流大小进行调节，以实现最佳匹配。若第二掺铒光纤105的长度过长,则C波段光输出大过L波段光输出；若第二掺铒光纤105的长度过短，则C波段光输出小于L波段光输出。而是否能实现C+L波段平坦输出均不依赖于泵浦源的泵浦电流的大小。通过实验进行验证以及优化，根据本发明的优选实施例，第二掺铒光纤105的长度米用5m,第一掺铒光纤104长度米用32m为最佳长度，在泵浦源101的泵浦电流为210mA时获得平坦C+L波段ASE光输出曲线，如图3所示。特别的，在图3所示的波形中，在输出波长为1540-1610nm范围内，平坦度达到了小于0.472dB，在1520-1610nm范围内平坦度小于1.268dB,都较之前的方案有明显提高。
[0047]根据本发明的单端泵浦光谱补偿的高平坦C+L波段宽带光源结构简单，具有较低成本，并且可以获得高平坦光输出的ASE光源，其具有重要的理论意义和应用价值。
[0048]结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。
【权利要求】
1.一种采用C波段掺铒光纤产生C+L波段的宽带光源系统，包括依次连接的一个泵浦源、耦合器、连接至所述耦合器的第二路输出的第一波分复用器、分别各自连接至所述第一波分复用器的第一掺铒光纤和第二掺铒光纤、连接至所述第一掺铒光纤的第二波分复用器、连接至所述第二波分复用器的第一路输出的环形镜、以及连接至所述第一波分复用器的隔离器，其中所述第二波分复用器的第二路输出连接至所述耦合器的第一路输出，所述第一掺铒光纤和第二掺铒光纤的长度不同但掺杂浓度相同，所述耦合器的第一路输出的功率大于第二路输出的功率。
2.如权利要求1所述的宽带光源系统，其中所述泵浦源是激光二极管泵浦源，其中心波长为980nm。
3.如权利要求1所述的宽带光源系统，其中所述第一掺铒光纤的长度大于所述第二掺铒光纤的长度。
4.如权利要求1或3所述的宽带光源系统，其中所述第一掺铒光纤的长度为32m。
5.如权利要求1或3所述的宽带光源系统，其中所述第二掺铒光纤的长度为5m。
6.如权利要求1所述的宽带光源系统，其中所述泵浦源发出的泵浦光束通过所述耦合器进入所述第一掺铒光纤进行泵浦，形成L波段输出。
7.如权利要求1所述的宽带光源系统，其中所述泵浦源发出的泵浦光束通过所述耦合器进入所述第二掺铒光纤进行泵浦，形成C波段输出。
8.如权利要求1所述的宽带光源系统，其中所述第一波分复用器为2X2结构，所述第二波分复用器为1X2结构。
9.如权利要求1所述的宽带光源系统，其中所述耦合器的分光比为第一路输出功率:第二路输出功率=90:10。
10.如权利要求1所述的宽带光源系统，其中所述环形镜包括耦合器，所述耦合器的分光比为k=0.50。
【文档编号】H01S3/0941GK103618202SQ201310659641
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】祝连庆, 骆飞, 何巍, 张荫民, 董明利, 娄小平 申请人:北京信息科技大学