基于凸字型光纤环和Sagnac环的超窄线宽单频光纤激光器制造技术

本发明专利技术的一种基于凸字型光纤环和Sagnac环的超窄线宽单频光纤激光器属于光纤激光器领域，其实验结构由泵浦源(1)、波分复用器(2)、增益光纤(3)、第一光隔离器(4)、凸字型光纤环(5)，第一2×2光耦合器(6)、偏振分束器(7)，光环形器(8)、布拉格光纤光栅(9)、第一1×2光耦合器(10)、未泵浦掺铒光纤(11)、第二光隔离器(12)、第二2×2光耦合器(13)和第三2×2光耦合器(14)组成。本发明专利技术中的凸字形光纤环作为一种高性能模式滤波器来抑制谐振腔内的多模振荡。本发明专利技术的Sagnca环内的未泵浦掺铒光纤可以作为饱和吸收体并确保光纤激光器最终可以实现单纵模输出。本发明专利技术可以实现高稳定度、高信噪比的超窄线宽单频激光输出，可作为光源应用于高精度时间频率传输系统和光通信等应用中。

Ultra narrow linewidth single frequency fiber laser based on convex fiber ring and Sagnac ring

The ultra narrow linewidth single frequency fiber laser based on convex fiber ring and Sagnac ring belongs to the field of fiber laser. Its experimental structure is composed of pump source (1), wavelength division multiplexer (2), gain fiber (3), first optical isolator (4), convex fiber ring (5), first 2 \u00d7 2 optical coupler (6), polarization beam splitter (7), optical circulator (8), Bragg fiber grating (9), first 1 \u00d7 2 light The coupler (10), the unpumped erbium-doped fiber (11), the second optical isolator (12), the second 2 \u00d7 2 optical coupler (13) and the third 2 \u00d7 2 optical coupler (14) are composed. The convex fiber ring in the invention is used as a high-performance mode filter to suppress the multimode oscillation in the resonant cavity. The unpumped erbium-doped fiber in the sagnca ring of the invention can be used as a saturable absorber and ensure that the fiber laser can finally achieve single longitudinal mode output. The invention can realize ultra narrow linewidth single frequency laser output with high stability and high signal-to-noise ratio, and can be used as a light source in high-precision time-frequency transmission system, optical communication and other applications.

【技术实现步骤摘要】
基于凸字型光纤环和Sagnac环的超窄线宽单频光纤激光器
本专利技术涉及单频光纤激光器，具体为一种基于凸字型光纤环和Sagnac环的超窄线宽单频光纤激光器。
技术介绍
光纤激光器具有激光器阈值低、输出光束质量好、转换效率高等显著优点。而且由于光纤的“表面积/体积”比高，散热效果好，可以设计成易于系统集成的高可靠性激光光源。单频光纤激光器具有高单色性、高相干性等显著优点，而掺铒光纤激光器具有输出功率高、线宽窄而且全光纤结构的优点。因此，高性能的掺铒光纤单频光纤激光器在光学通信、微波光子学、光纤探测器、高精度光谱学以及高精度时间频率传输等领域中展现出非常出色的应用前景。在光纤激光器内采用多谐振腔结构来实现单频输出是一种行之有效的方案，既不需要使用如超窄线宽光滤波器这样的昂贵器件，也不会给激光器带来如光注入反馈方案般结构复杂度。但是，多谐振腔结构中所使用的具有较大自由光谱范围的子谐振腔一般是由单光纤耦合环和双光纤耦合环级联构成的，子谐振腔中光耦合器的长度和耦合比通常需要严格设定，这大大增加了激光器的熔接实现难度。此外，器件较多的子谐振腔结构会带来更大的损耗，最终将影响激光器的输出性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于凸字型光纤环和Sagnac环的超窄线宽单频光纤激光器，解决现有技术存在的问题。本专利技术结构紧凑，在仅使用两个耦合器的情况下所获得的凸字型光纤环具有10GHz数量级的自由光谱范围，可以有效抑制谐振腔内的多模振荡。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种基于凸字型光纤环和Sagnac环的超窄线宽单频光纤激光器，其特征在于所述单频光纤激光器由泵浦源、波分复用器、增益光纤、第一光隔离器、凸字型光纤环，第一2×2光耦合器、偏振分束器，光环形器、布拉格光纤光栅、第一1×2光耦合器、未泵浦掺铒光纤、第二光隔离器、第二2×2光耦合器和第三2×2光耦合器采用光纤熔接的方式连接组成。泵浦源的输出端与波分复用器的980nm端口进行光纤熔接，波分复用器的1550nm端口与光环形器的1端口进行光纤熔接，光环形器的2端口与布拉格光纤光栅进行光纤熔接，光环形器的3端口与偏振分束器的输入端进行光纤熔接，偏振分束器的输出端与第一2×2光耦合器的1端口进行光纤熔接，第一2×2光耦合器的4端口与第一1×2光耦合器的输入端口进行光纤熔接，第一1×2光耦合器的两个输出端口分别与未泵浦掺铒光纤的两端进行光纤熔接。所述凸字型光纤环由第二2×2光耦合器和第三2×2光耦合器组成，第二2×2光耦合器的1端口和第三2×2光耦合器的7端口分别作为凸字型光纤环的输入端口和输出端口，第二2×2光耦合器的3、4端口分别与第三2×2光耦合器的5、6端口进行光纤熔接，第三2×2光耦合器的8端口与第二2×2光耦合器的2端口进行光纤熔接。第一2×2光耦合器的2端口与凸字型光纤环的输入端进行光纤熔接，凸字型光纤环输出端与第一光隔离器输入端进行光纤熔接，第一光隔离器的输出端与增益光纤的一端进行光纤熔接，增益光纤的另一端与波分复用器的公共端进行光纤熔接，第一2×2光耦合器的3端口与第二光隔离器的输入端进行光纤熔接，第二光隔离器的输出端作为所述单频光纤激光器的输出端口。本专利技术所述的一种基于凸字型光纤环和Sagnac环的超窄线宽单频光纤激光器的工作原理是：一种基于凸字型光纤环和Sagnac环的超窄线宽单频光纤激光器采用反向泵浦结构，增益光纤由泵浦源发出的980nm泵浦光通过波分复用器来泵浦，增益光纤为一段高掺杂浓度的掺铒光纤。第一光隔离器和光环形器可以用来保证谐振腔内激光信号单方向运转，第一光隔离可以用来抑制反向自发辐射噪声，第二光隔离器可以用来抑制不必要的反射。布拉格光纤光栅作为反射镜以及一种模式粗滤波器来降低腔内的纵模密度。偏振分束器可以使腔内的偏振模式变得单一，具有偏振膜锁定的功能，可以作为腔内的一个模式滤波器同时可以将入射光束分成两个正交的线偏振光。凸字型光纤化作为一种高质量模式滤波器，可以有效降低腔内的模式数目，抑制多模振荡，帮助激光器获得单频输出。Sagnac环中的未泵浦掺铒光纤作为饱和吸收体，饱和吸收体中形成的超窄线宽的布拉格光栅作为谐振腔内的超窄带宽自适应模式滤波，并最终实现激光器的单频输出。本专利技术提供的一种基于凸字型光纤环和Sagnac环的超窄线宽单频光纤激光器与现有技术相比，其优点和积极效果在于：1.本专利技术所述的单频光纤激光器采用紧凑简洁的设计结构，不需要使用复杂的谐振腔结构，也不需要使用价格昂贵的器件就能获得高稳定度、高光信噪比的超窄线宽单频激光输出，克服了现有技术存在的谐振腔结构复杂，成本高，插入损耗大等缺陷。2.本专利技术所述的单频光纤激光器采用凸字形光纤环和Sagnac环结合的模式滤波方案，凸字形光纤环具有10GHz量级的自由光谱范围，可以有效降低谐振腔内的模式密度，帮助实现激光器的单频输出。Sagnac环中的未泵浦掺铒光纤作为饱和吸收体可以作为超窄带宽的自适应模式滤波器，最终保证谐振腔内只有单一有效模式，实现激光器的单频输出。与传统子谐振腔相比，凸字形光纤环仅使用了两个2×2光耦合器，充分利用这两个2×2光耦合器构成双环结构并获得10GHz量级的自由光谱范围。此外，凸字形光纤环对两个2×2光耦合器的长度和光耦合比没有严格的要求，降低了激光器的设计难度，降低了激光器内的器件插损，提高了激光器的输出性和实用性。检索文献以及专利，迄今未发现相同结构的基于凸字型光纤环和Sagnac环的超窄线宽单频光纤激光器的专利报道。附图说明：图1是本专利技术所述的基于凸字型光纤环和Sagnac环的超窄线宽单频光纤激光器的实验结构图。图2是本专利技术所述的基于凸字型光纤环和Sagnac环的超窄线宽单频光纤激光器的单频输出原理图。图3是本专利技术所述的基于凸字型光纤环和Sagnac环的超窄线宽单频光纤激光器的输出光谱图。图中：1泵浦源、2波分复用器、3增益光纤、4第一光隔离器、5凸字型光纤环，6第一2×2光耦合器、7偏振分束器，8光环形器、9布拉格光纤光栅、10第一1×2光耦合器、11未泵浦掺铒光纤、12第二光隔离器、13第二2×2光耦合器和14第三2×2光耦合器具体实施方式为了使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明:图1为本专利技术一种基于凸字型光纤环和Sagnac环的超窄线宽单频光纤激光器的结构原理图，本专利技术所述单频光纤激光器由泵浦源1、波分复用器2、增益光纤3、第一光隔离器4、凸字型光纤环5，第一2×2光耦合器6、偏振分束器7，光环形器8、布拉格光纤光栅9、第一1×2光耦合器10、未泵浦掺铒光纤11、第二光隔离器12、第二2×2光耦合器13和第三2×2光耦合器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于凸字型光纤环和Sagnac环的超窄线宽单频光纤激光器，其特征在于所述单频光纤激光器由泵浦源(1)、波分复用器(2)、增益光纤(3)、第一光隔离器(4)、凸字型光纤环(5)，第一2×2光耦合器(6)、偏振分束器(7)，光环形器(8)、布拉格光纤光栅(9)、第一1×2光耦合器(10)、未泵浦掺铒光纤(11)、第二光隔离器(12)、第二2×2光耦合器(13)和第三2×2光耦合器(14)组成；/n所述基于凸字型光纤环和Sagnac环的超窄线宽单频光纤激光器泵浦源(1)的输出端与波分复用器(2)的980nm端口进行光纤熔接，波分复用器(2)的1550nm端口与光环形器(8)的1端口进行光纤熔接，光环形器(8)的2端口与布拉格光纤光栅(9)进行光纤熔接，光环形器(8)的3端口与偏振分束器(7)的输入端进行光纤熔接，偏振分束器(7)的输出端与第一2×2光耦合器(6)的1端口进行光纤熔接，第一2×2光耦合器(6)的4端口与第一1×2光耦合器(10)的输入端口进行光纤熔接，第一1×2光耦合器(10)的两个输出端口分别与未泵浦掺铒光纤(11)的两端进行光纤熔接，第一2×2光耦合器(6)的2端口与凸字型光纤环(5)的输入端进行光纤熔接，凸字型光纤环(5)输出端与第一光隔离器(4)输入端进行光纤熔接，第一光隔离器(4)的输出端与增益光纤(3)的一端进行光纤熔接，增益光纤(3)的另一端与波分复用器(2)的公共端进行光纤熔接，第一2×2光耦合器(6)的3端口与第二光隔离器(12)的输入端进行光纤熔接，第二光隔离器(12)的输出端作为所述单频光纤激光器的输出端口。/n...

【技术特征摘要】
1.基于凸字型光纤环和Sagnac环的超窄线宽单频光纤激光器，其特征在于所述单频光纤激光器由泵浦源(1)、波分复用器(2)、增益光纤(3)、第一光隔离器(4)、凸字型光纤环(5)，第一2×2光耦合器(6)、偏振分束器(7)，光环形器(8)、布拉格光纤光栅(9)、第一1×2光耦合器(10)、未泵浦掺铒光纤(11)、第二光隔离器(12)、第二2×2光耦合器(13)和第三2×2光耦合器(14)组成；
所述基于凸字型光纤环和Sagnac环的超窄线宽单频光纤激光器泵浦源(1)的输出端与波分复用器(2)的980nm端口进行光纤熔接，波分复用器(2)的1550nm端口与光环形器(8)的1端口进行光纤熔接，光环形器(8)的2端口与布拉格光纤光栅(9)进行光纤熔接，光环形器(8)的3端口与偏振分束器(7)的输入端进行光纤熔接，偏振分束器(7)的输出端与第一2×2光耦合器(6)的1端口进行光纤熔接，第一2×2光耦合器(6)的4端口与第一1×2光耦合器(10)的输入端口进行光纤熔接，第一1×2光耦合器(10)的两个输出端口分别与未泵浦掺铒光纤(11)的两端进行光纤熔接，第一2×2光耦合器(6)的2端口与凸字型光纤环(5)的输入端进行光纤熔接，凸字型光纤环(5)输出端与第一光隔离器(4)输入端进行光纤熔接，第一光隔离器(4)的输出端与增益光纤(3)的一端进行光纤熔接，增益光纤(3)的另一端与波分复用器(2)的公共端进行光纤熔接，第一2×2光耦合器(6)的3端口与第二光隔离器(12)的输入端进行光纤熔接，第二光隔离器(12)的输出端作为所述单频光纤激光器的输出端口。


2.按...

【专利技术属性】
技术研发人员：商建明，王正康，乔耀军，喻松，穆宽林，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11