掺铒光纤光源及其产生近高斯谱输出的方法
【专利摘要】本发明公开了一种掺铒光纤光源及其产生近高斯谱输出的方法，该方法具体为：将掺铒光纤分为多段，各段掺铒光纤之间连接滤波器；使用波长为980nm的泵浦激光光源泵浦所有掺铒光纤，滤波器滤除各段掺铒光纤中产生的1530nm波段种子光，限制1530nm波段种子光进入下一段掺铒光纤进行受激辐射放大，最终输出平均波长为1550nm波段的近高斯谱。本发明基于级联滤波的增益调制技术，在获得近高斯谱输出的同时能够具有较高输出功率和较大谱宽。
【专利说明】掺铒光纤光源及其产生近高斯谱输出的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤陀螺应用领域，尤其涉及一种掺铒光纤光源及其产生近高斯谱输出的方法。
【背景技术】
[0002]当前应用于中低精度的光纤陀螺用光源主要为SLD，SLD光源具有体积小、光谱较宽、近高斯谱型输出等优点，但SLD也有着输出功率有限、平均波长对温度敏感等明显不足之处。高精度惯性导航级光纤陀螺标度因数稳定性要求光源平均波长稳定性〈lppm，SLD很难满足要求，而掺铒光纤光源由于具有较高的平均波长稳定性，使其成为高精度光纤陀螺应用的首选光源。掺铒光纤光源是一种自发辐射放大光源(ASE光源)，具有输出功率高、宽谱输出、平均波长稳定性好和无偏振福射等优点，但其输出光谱一般为位于1530nm和1560nm波段的双峰谱型，而光纤陀螺是利用宽谱光的干涉来进行角速度测量，需要光源具有高斯或近高斯谱型以使得光谱相干函数值迅速降低来减少寄生干涉的影响，可见双峰谱型严重影响了掺铒光纤光源在光纤陀螺中的应用。目前关于掺铒光纤光源的谱型研究主要集中于矩形谱，主要是通过光纤光栅滤波器或介质薄膜滤波器对原始谱型进行滤波得到，但这样的矩形谱要用于光纤陀螺就还需要进行矩形谱到高斯谱的光谱整形。由原始双峰谱到高斯谱的光谱滤波和整形不仅技术复杂，而且必将影响掺铒光纤光源的输出稳定性，功率损耗也会非常大，这使掺铒光纤光源在光纤陀螺使用中不再有优势可言。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对现有光纤陀螺用掺铒光纤光源光谱谱型输出的问题，提出一种掺铒光纤光源及其产生近高斯谱输出的方法，基于级联滤波的增益调制技术，在获得近高斯谱输出的同时能够具有较高输出功率和较大谱宽。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种掺铒光纤光源，包括泵浦激光光源，波分复用器，η段掺铒光纤，η-1个滤波器；其中，泵浦激光光源与波分复用器相连，波分复用器的另一端依次连接η段掺铒光纤，每段掺铒光纤之间连接有滤波器。
[0005]进一步地，还包括一与波分复用器相连的光隔离器，且最后一段掺铒光纤末端打成环结以形成损耗端。
[0006]进一步地，还包括一与波分复用器相连的光隔离器，且最后一段掺铒光纤末端与一反射镜相连。
[0007]进一步地，所述反射镜为光纤反射镜或法拉第旋转镜。
[0008]进一步地，所述泵浦激光光源为半导体激光器，激光波长为980nm。
[0009]进一步地,所述波分复用器为980nm/1550nm波分复用器。
[0010]进一步地，所述η段掺铒光纤中每段掺铒光纤长度相等，且为2-6m，掺铒光纤的级联数为3-6级。
[0011]进一步地，所述滤波器为中心波长在1530nm波段的长周期光纤光栅带阻滤波器或电介质薄膜带阻滤波器带。
[0012]—种掺铒光纤光源产生近高斯谱输出的方法,具体为:将掺铒光纤分为多段，各段掺铒光纤之间连接滤波器；使用波长为980nm的泵浦激光光源泵浦所有掺铒光纤，滤波器滤除各段掺铒光纤中产生的1530nm波段种子光，限制1530nm波段种子光进入下一段掺铒光纤进行受激辐射放大，最终输出平均波长为1550nm波段的近高斯谱。
[0013]本发明的有益效果:本发明方法的具体实现方案简单灵活，易于优化设计；输出近高斯谱的平均波长在1550nm波段；掺铒光纤光源产生高斯光谱输出的同时具有较高的输出功率和较大的输出谱宽。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的具体技术实现方案结构示意图；
图2为本发明用于单程后向四级级联滤波结构掺铒光纤光源的实施例结构示意图；
图3为本发明用于双程后向四级级联滤波结构掺铒光纤光源的实施例结构示意图；
图4为具体实施例一、具体实施例二中滤波器透射谱；
图5为具体实施例一中掺铒光纤光源输出光谱图；
图6为具体实施例二中掺铒光纤光源输出光谱图；
图中，泵浦激光光源1、波分复用器2、掺铒光纤3、滤波器4、光隔离器5、反射镜6。
【具体实施方式】
[0015]下面参照附图并结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0016]掺铒光纤光源的输出超突光是自发福射种子光的受激福射放大，掺铒光纤光源双峰谱型结构是由于铒离子辐射特性在1530nm和1560nm波段具有较高增益造成的。在掺铒光纤光源中，将掺铒光纤分为多段，每段掺铒光纤长度较短，各段掺铒光纤之间连接一滤波器，使用泵浦激光光源泵浦所有掺铒光纤，用滤波器滤除各段掺铒光纤中产生的1530nm波段种子光，限制1530nm波段种子光进入下一段掺铒光纤进行受激辐射放大，由于各波段种子光对反转粒子数的竞争效应导致其他波段光可利用的反转粒子数大大增加，其他波段光可以得到较1530nm波段光更显著的受激辐射放大。这样更多的反转粒子数被其他波段的种子光利用，受激放大其他波段光，以此增益调制技术手段消除掺铒光纤光源中的双峰光谱结构，最终输出平均波长为1550nm波段的近高斯谱。
[0017]本发明一种掺铒光纤光源，如图1所示，包括泵浦激光光源1，波分复用器2，η段掺铒光纤3，η-1个滤波器4 ;其中，泵浦激光光源I与波分复用器2的A端相连，波分复用器2的B端依次连接η段掺铒光纤3，每段掺铒光纤3之间连接有滤波器4。
[0018]η段掺铒光纤3不能太长，以避免1530nm波段的初始种子光在一段掺铒光纤3中得到足够受激放大，每段掺铒光纤3的长度根据优化结果一般在2m-6m，掺铒光纤的级联数根据优化结果在3-6级。
[0019]η-1个滤波器4为中心波长在1530nm波段的带阻滤波器，滤波器4用于滤除各段掺铒光纤3中的1530nm波段初始种子光，以避免1530nm波段初始种子光进入下一段掺铒光纤3得到受激放大。优选的，所述滤波器4可为长周期光纤光栅滤波器或者电介质薄膜滤波器。
[0020]泵浦激光光源I为半导体激光器，激光波长为980nm，泵浦激光光源I通过尾纤与波分复用器2的A端连接，用于泵浦η段掺铒光纤3。
[0021]波分复用器2为980nm/1550nm波分复用器，波分复用器2的980nm端口(A端口)与980nm半导体激光器尾纤相连，1550nm端口(B端口)与第一段掺铒光纤3相连。
[0022]实施例一:
如图2所示，本发明用于单程后向4级级联滤波结构掺铒光纤光源，包括泵浦激光光源
1、波分复用器2、四段掺铒光纤3、三个滤波器4和光隔离器5 ;泵浦激光光源I与波分复用器2的A端相连，光隔离器5与波分复用器2的C端相连，波分复用器2的B端依次连接四段掺铒光纤3，每段掺铒光纤3之间连接有滤波器4。
[0023]泵浦激光光源I为半导体激光器(LD),波长980nm。
[0024]四段掺铒光纤3的纤芯半径为1.47 μ m,数值孔径为0.232，长度均为5m。
[0025]第四掺铒光纤3的末端打成环结以形成损耗端，避免光纤端面成为反射面以在光源内部形成谐振激射。
[0026]如图4所示为本实施例中所用滤波器透射谱，三个滤波器4参数相同，滤波器4参数如下:峰值损耗20dB,损耗中心波长1530nm,3dB损耗带宽16nm。
[0027]当泵浦激光光源I的泵浦功率为SOmW时，得到本实施例中掺铒光纤光源的一种输出光谱图，如图5所示，通过与理想高斯光谱进行对比，可知所得输出光谱为近高斯光谱。光源输出参数如下:输出功率26mW，平均波长1553.52nm，输出谱宽20nm。与传统的直接滤波输出高斯谱相比，本发明光源输出近高斯谱的同时，具有较大的谱宽和较高的输出功率。
[0028]实施例二:
如图3所示，本发明用于双程后向四级级联滤波结构掺铒光纤光源，包括泵浦激光光源1、波分复用器2、四段掺铒光纤3、三个滤波器4、光隔离器5、反射镜6 ;浦激光光源I与波分复用器2的A端相连，光隔离器5与波分复用器2的C端相连，波分复用器2的B端依次连接四段掺铒光纤3，每段掺铒光纤3之间连接有滤波器4，第四掺铒光纤3的末端与反射镜6相连；波分复用器2的C端还置有一光隔离器5。
[0029]泵浦激光光源I为半导体激光器(LD),波长980nm。
[0030]优选的，反射镜6为光纤反射镜或法拉第旋转镜。
[0031]四段掺铒光纤3的纤芯半径为1.47 μ m，数值孔径为0.232，长度均为3m。
[0032]如图4所示为本实施例中所用滤波器透射谱，三个滤波器4的参数相同，滤波器参数如下:峰值损耗20dB,损耗中心波长1530nm,3dB损耗带宽16nm。
[0033]当泵浦激光光源I的泵浦功率为80mW、反射镜反射率为80%时，得到本实施例中掺铒光纤光源的一种输出光谱图，如图6所示，通过与理想高斯光谱进行对比，可知所得输出光谱为近高斯光谱。光源输出参数如下:输出功率39mW，平均波长1555.38nm，输出谱宽18nm。
[0034]本发明所述掺铒光纤光源及其产生近高斯谱输出的方法，并不仅仅限于上述实施例，在具体实施方案中无反射镜时为单程结构光源，有反射镜时为双程结构光源，通过对掺铒光纤级联数、掺铒光纤长度、滤波器进行参数优化设计可以得到不同结构的具有近高斯谱输出的掺铒光纤光源，而这些都应该在本发明的权利保护范围内。
【权利要求】
1.一种掺铒光纤光源,其特征在于,包括泵浦激光光源,波分复用器，η段掺铒光纤，η-1个滤波器；其中，泵浦激光光源与波分复用器相连，波分复用器的另一端依次连接η段掺铒光纤，每段掺铒光纤之间连接有滤波器。
2.根据权利要求1所述的一种掺铒光纤光源，其特征在于，还包括一与波分复用器相连的光隔离器，且最后一段掺铒光纤末端打成环结以形成损耗端。
3.根据权利要求1所述的一种掺铒光纤光源，其特征在于，还包括一与波分复用器相连的光隔离器，且最后一段掺铒光纤末端与一反射镜相连。
4.根据权利要求书3所述的一种掺铒光纤光源,其特征在于,所述反射镜为光纤反射镜或法拉第旋转镜。
5.根据权利要求书1、2或3所述的一种掺铒光纤光源，其特征在于，所述泵浦激光光源为半导体激光器，激光波长为980nm。
6.根据权利要求书1、2或3所述的一种掺铒光纤光源，其特征在于，所述波分复用器为980nm/1550nm波分复用器。
7.根据权利要求书1、2或3所述的一种掺铒光纤光源,其特征在于,所述η段掺铒光纤中每段掺铒光纤长度相等，且为2-6m,掺铒光纤的级联数为3-6级。
8.根据权利要求书1、2或3所述的一种掺铒光纤光源，其特征在于，所述滤波器为中心波长在1530nm波段的长周期光纤光栅带阻滤波器或电介质薄膜带阻滤波器带。
9.根据权利要求书1、2或3所述的掺铒光纤光源产生近高斯谱输出的方法，其特征在于:将掺铒光纤分为多段，各段掺铒光纤之间连接滤波器；使用波长为980nm的泵浦激光光源泵浦所有掺铒光纤，滤波器滤除各段掺铒光纤中产生的1530nm波段种子光，限制1530nm波段种子光进入下一段掺铒光纤进行受激辐射放大，最终输出平均波长为1550nm波段的近高斯谱。
【文档编号】H01S3/067GK104184038SQ201410344851
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】贺青, 黄腾超, 洪波, 庞斌, 车双良, 舒晓武, 刘承 申请人:浙江大学