一种基于高掺杂掺铒光纤的多波长光纤激光器的制作方法

本实用新型涉及现代光通信领域，具体是关于一种基于高掺杂掺铒光纤的多波长光纤激光器。

背景技术：

随着光纤通信技术的高速发展，波分复用(WDM)技术是目前大容量光纤通信普遍采用的技术，但是WDM通信系统正在朝着信道越来越窄、信道数越来越多的方向发展。WDM通信系统要求多波长光源具有波长间隔小、线宽窄、功率谱平坦等特点，多波长光纤激光器可同时为多个光通信系统提供多个信道光源，并因其自身的特点非常适合于WDM通信系统。

多波长光纤激光器因为在光通信、光纤传感、光器件的性能测试等领域的应用而备受关注。室温稳定的多波长光纤激光器中最关键的技术是如何有效抑制掺杂光纤的均匀展宽效应导致的模式竞争。早期使用液氮冷却的掺铒光纤来抑制均匀展宽效应，从而获得多波长激射，但此方法不便于实际应用。目前已经有各种技术来解决这一问题，主要是引入一种特殊的物理机制，例如：频移反馈技术、非线性偏振旋转效应、非线性光学效应、四波混频效应等。

在诸多技术中，四波混频(FWM)被认为是一种在设计简单性和灵活性上很好的方法，相关研究人员从理论和实验证明了基于色散位移光纤(DSF)或光子晶体光纤(PCF)的四波混频效应能获得稳定的多波长掺铒光纤激光器，然而，通常要求采用几千米甚至几十千米的色散位移光纤(DSF)或光子晶体光纤 (PCF)来提高四波混频(FWM)的效率，这将导致成本的增加和系统的复杂性。

技术实现要素：

本实用新型的目的之一在于提供一种基于高掺杂掺铒光纤的多波长光纤激光器，其能够在室温条件下实现稳定的多波长激光输出。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种多波长光纤激光器，其包括：提供泵浦光的泵浦源、波分复用器、高掺杂掺铒光纤、偏振相关隔离器、保偏光纤、偏振控制器、光纤耦合器和单模光纤。所述泵浦源的输出端与所述波分复用器的第一输入端相连，所述波分复用器的输出端与所述高掺杂掺铒光纤的一端相连，所述高掺杂掺铒光纤的另一端与偏振相关隔离器的输入端相连，偏振相关隔离器的输出端与保偏光纤的一端相连，所述保偏光纤的另一端与偏振控制器的输入端相连，所述偏振控制器的输出端与光纤耦合器的输入端相连，光纤耦合器的第二输出端与单模光纤的一端相连，单模光纤的另一端与所述波分复用器的第二输入端相连，光纤耦合器的第一输出端输出激光，所述泵浦源通过所述波分复用器向高掺杂掺铒光纤抽运泵浦光，所述偏振相关隔离器保证激光在环形腔内顺时针单向工作并起到起偏器的作用，所述偏振相关隔离器、保偏光纤、偏振控制器一起构成双折射光纤滤波器，通过调节偏振控制器来调整环形腔内的激光偏振态，单模光纤用来增加腔内的非线性效应。

优选的：所述高掺杂掺铒光纤作为该激光器的增益介质，其长度为 38cm-56cm，其在1530nm处的吸收系数为100～120dB/m。所述泵浦光的波长为 980nm，所述泵浦源的最大输出功率为500mW。所述保偏光纤的长度为8-15m。所述单模光纤的长度为10km-35km。所述光纤耦合器为90:10光纤耦合器，第一输出端为10％的输出端，第二输出端为90％的输出端。

优选的，通过调节偏振控制器的偏振角度和保偏光纤的长度来改变输出激光的波长间隔。

与现有技术相比，本实用新型中的基于高掺杂掺铒光纤的多波长光纤激光器能够在室温条件下实现稳定的多波长激光输出。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1是本实用新型提供的基于高掺杂掺铒光纤的新型多波长光纤激光器结构图；

图2是本实用新型的中心波长为1531nm的多波长激光输出光谱图；

图3是本实用新型的中心波长为1551nm的多波长激光输出光谱图；

图4是本实用新型的中心波长为1559nm的多波长激光输出光谱图；

图5是本实用新型中的中心波长为1531nm的多波长激光输出光谱稳定性图；

图6是本实用新型中的中心波长为1551nm的多波长激光输出光谱稳定性图；

图7是本实用新型中的中心波长为1559nm的多波长激光输出光谱稳定性图。

【具体实施方式】

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。

本实用新型提出一种基于高掺杂掺铒光纤的多波长光纤激光器100。所述多波长光纤激光器100提供泵浦光的泵浦源(Pump)、波分复用器(WDM)11、高掺杂掺铒光纤(Highly EDF)12、偏振相关隔离器(PD-ISO)13、保偏光纤(PMF)14、偏振控制器15、光纤耦合器(Coupler)16和单模光纤(SMF)17。所述泵浦源Pump 的输出端与所述波分复用器11的第一输入端相连，所述波分复用器11的输出端与所述高掺杂掺铒光纤12的一端相连，所述高掺杂掺铒光纤12的另一端与偏振相关隔离器13的输入端相连，偏振相关隔离器13的输出端与保偏光纤14 的一端相连，所述保偏光纤14的另一端与偏振控制器15的输入端相连，所述偏振控制器15的输出端与光纤耦合器16的输入端相连，光纤耦合器16的第二输出端与单模光纤17的一端相连，单模光纤的另一端与所述波分复用器11的第二输入端相连，光纤耦合器16的第一输出端18输出激光。

所述泵浦源通过所述波分复用器11向高掺杂掺铒光纤12抽运泵浦光，所述偏振相关隔离器13保证激光在环形腔内顺时针单向工作并起到起偏器的作用，所述偏振相关隔离器13、保偏光纤14、偏振控制器15一起构成双折射光纤滤波器，通过调节偏振控制器15来调整环形腔内的激光偏振态，单模光纤17 用来增加腔内的非线性效应。

所述高掺杂掺铒光纤12作为该激光器的增益介质长度为38cm-56cm，其在 1530nm处的吸收系数为100～120dB/m。所述泵浦光Pump的波长为980nm，所述泵浦源的最大输出功率为500mW。所述保偏光纤PMF的长度为8-15m。所述单模光纤SMF的长度为10km-35km。所述光纤耦合器16为90:10光纤耦合器，第一输出端为10％的输出端，第二输出端为90％的输出端。

在一个具体的实施例中，所述泵浦源为980nm的半导体激光器，长度为 46cm的高掺杂掺铒光纤(LIEKKITM Er110-4/125)长度为46cm，保偏光纤PMF 的长度为11m，准单模光纤(Corning SMF-28e+)的长度为10km，最后用一个 90:10光纤耦合器的10％输出端将激光耦合输出，输出的激光通过一个最小分辨率为0.02nm的光谱分析仪(OSA,YOKOGAWATM,AQ6370B)进行测量。

为了更好的理解谐振腔的滤波调谐特性，由偏振相关隔离器13、保偏光纤 14、偏振控制器15组成的Lyot滤波器(双折射光纤滤波器)，作为一个可调谐的梳状滤波器，在谐振腔中改变波长间隔和峰值位置，其传输函数为：

式中：λ是工作波长；θ1、θ2分别表示起偏器和检偏器与保偏光纤快轴的夹角；为偏振控制器引入的相位延时；为保偏光纤引起的相位延时(Δn为保偏光纤的双折射系数、λ₀为中心波长、L为保偏光纤的有效长度)；相邻两个透射峰之间的波长间隔为Δλ＝λ²/(Δn·L)，因此可以通过改变保偏光纤的有效长度L来改变相邻透射峰之间的波长间隔和调节偏振控制器来改变中心波长的位置。

实验中，使用的保偏光纤长度为11m，单模光纤的长度为10km，固定偏振控制器，以减少外界环境对它的影响。该基于高掺杂掺铒光纤的新型多波长光纤激光器的阈值功率为54mW，逐渐增大泵浦源的抽运功率，由于室温下高掺杂掺铒光纤中存在巨大的增益竞争，导致光纤激光器无法在室温下获得稳定的多波长激射。当泵浦功率增大到180mW时，输出激光的波长数达到最大，但其光谱均匀性不高，直到泵浦功率增大到257mW时，输出激光的光谱均匀性最大。仔细调节偏振控制器，能得到不同位置的输出激光光谱如图2～4所示：

图2为中心波长位于1531nm处的多波长激光输出光谱，10dB光谱带宽覆盖了1528.4nm～1533.7nm波段，带宽为5.3nm。输出激光10dB光谱带宽内有16 个波长同时激射，且各激光的信噪比均大于55dB，相邻两个波长间隔为 0.352nm。

图3为中心波长位于1551nm处的多波长激光输出光谱，10dB光谱带宽覆盖了1544.4nm～1557.6nm波段，带宽为13.2nm。输出激光10dB光谱带宽内有 37个波长同时激射，且各激光的信噪比均大于55dB，相邻两个波长间隔为 0.34nm。

图4为中心波长位于1559nm处的多波长激光输出光谱，20dB光谱带宽覆盖了1556.8nm～1561.3nm波段，带宽为4.5nm。输出激光20dB光谱带宽内有13 个波长同时激射，且各激光的信噪比均大于58dB，相邻两个波长间隔为 0.375nm。

比较图2至图4可以看出，调节偏振控制器可以改变中心波长的位置以及波长数目，原因可能是由于谐振腔内的损耗所引起的。

为了考察多波长激光输出的稳定性，在室温条件下对多波长输出的激光光谱进行了间隔为10min的重复扫描从而观察其稳定性，总扫描时间为40min其扫描结果如图3所示，图5为产生16个波长、中心波长在1531nm的扫描图，图6为产生37个波长、中心波长在1551nm的扫描图，图7为产生13个波长、中心波长在1559nm的扫描图。

结果显示：图5所示的产生16个输出激光的最大波长整体漂移量小于光谱仪最小分辨率0.02nm，最大功率波动小于0.45dB；图6所示的产生37个输出激光的最大波长整体漂移量小于0.065nm，最大功率波动小于0.5dB；图7所示的产生13个输出激光的最大波长整体漂移量小于0.03nm，最大功率波动小于 0.7dB。这说明该多波长光纤激光器能够在室温条件下实现稳定的多波长激光输出。

需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本实用新型的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本实用新型的权利要求书的范围。相应地，本实用新型的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。