线宽可调谐的单频光纤激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种线宽可调谐的单频光纤激光器，结合光学自注入以及受激布里渊效应，实现了输出激光线宽大幅度的调谐。在该激光器中，除了单频种子源DFB(DistributedFeedback)以及光放大部分以外，该装置结构大体可分为两部分，一部分为自注入窄化线宽结构，另一部分则为受激布里渊效应窄化线宽结构。在调谐线宽过程中，首先由外腔注入光对单频激光器线宽进行窄化，并通过控制外腔中的可调谐衰减器来控制线宽窄化程度，并将控制后得到的不同线宽输出通过之后的受激布里渊结构，利用受激布里渊效应强大的压窄线宽能力得到不同程度被压窄的线宽，从而完成输出激光线宽从很宽到极窄的可调谐过程。可调谐过程。可调谐过程。

【技术实现步骤摘要】
线宽可调谐的单频光纤激光器


[0001]本专利技术属于光纤激光器的
，特别是涉及线宽可调谐的单频光纤激光器。

技术介绍

[0002]具有超窄线宽的单频光纤激光器凭借其超低的相位噪声以及长的相干长度在原子钟、光学精密计算以及相干通信方面有重要作用；而较宽激光线宽的单频光纤激光器以及超宽激光线宽的单频光纤激光器在单频调Q及单频放大领域扮演重要角色。于是在实际应用中，线宽可调谐的单频光纤激光器就会显得很有价值。
[0003]线宽的调谐涉及到线宽加宽与压窄技术。对于线宽的加宽技术，目前最常用的方式便是对单频光纤激光器的输出激光进行频率调制，但此项技术会向光纤激光器中引入电学噪声，并且并非全光纤结构，不利于线宽的大幅度调谐。因此，相比线宽的逐渐加宽，利用线宽压窄技术对宽线宽的单频激光进行逐渐窄化，并分别提取输出是更加高效的线宽调谐方式。
[0004]在DBR(Distributed Bragg Reflector)或者DFB等经典单频结构中加入由光纤光栅组成的F
‑
P结构，从而利用慢光效应来压窄线宽是一个很实用的方法。但是这种方式改变了原激光器结构，无法控制慢光效应的程度，起不到调谐的效果。类似的线宽压窄方式还有虚拟折叠腔技术，未泵浦掺杂光纤滤波技术等，都无法起到调谐的效果。
[0005]传统的自注入利用自身输出光的一部分充当外部注入光，经高Q值的外腔后回到主腔中，使得高频噪声被抑制，从而压窄线宽，结构十分简易，并且在合适的外腔光功率反馈范围内，改变反馈功率的大小能控制压窄线宽的程度，起到调谐的作用。但是这种调谐存在局限性，一般而言，在不控制外腔相位的条件下，可压窄线宽至原线宽的4到5倍。若用线宽MHz级别的单频激光器做种子源，输出激光线宽根本达不到Hz级别。
[0006]受激布里渊散射其本身拥有极窄的本征增益谱线宽，窄于绝大多数滤波器，因此其拥有极强大的压窄线宽能力。但其本身没有调谐能力，并且，由于布里渊增益系数很低，往往需要足够长的增益介质才会有足够的布里渊增益，这就会导致腔长的增加，从而引起跳模。
[0007]综上所述，压窄线宽技术中具有明显调谐能力且结构简易的只有光自注入技术，但是自注入技术的调谐范围具有局限性；受激布里渊散射具有高的压窄线宽的能力，但是，其没有调谐能力，并且需要很长的腔长，而这会导致跳模。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供线宽可调谐的单频光纤激光器，属于结构简易，线宽可调谐范围广，全光纤结构的光纤激光器。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0010]线宽可调谐的单频光纤激光器，由第一光泵浦源通过第一波分复用器泵浦DFB单频激光器产生第一信号光和第二信号光，并具有剩余泵浦光，剩余泵浦光和第二信号光经
过第二波分复用器分离；
[0011]第二信号光从第二波分复用器被分离后，依次经过延时光纤、和光纤型可调谐衰减器组成的外腔，并通过第一光耦合器和光隔离器返回至内腔完成自注入过程；
[0012]第一信号光经过光隔离器和第一光耦合器与被分离的剩余泵浦光在第三波分复用器中合并，到达掺饵光纤，完成信号放大，之后经过第二可调谐衰减器，并进入第二光学环形器到达环形腔，在环形腔中发生受激布里渊散射，产生一阶斯托克斯光并产生单频光输出。
[0013]进一步地，所述第二可调谐衰减器与第二光学环形器之间安装有第一光学环形器，所述第一光学环形器连接有光纤光栅。
[0014]进一步地，所述第二信号光在到达延时光纤之前还经过设置的第二光耦合器，所述第二光耦合器连接有光功率计。
[0015]进一步地，所述第二可调谐衰减器与第二光学环形器之间安装有第三光耦合器，所述第三光耦合器连接有第一激光测量系统，所述第三光耦合器将光信号分为部分，一部分进入第一激光测量系统，另一部分进入第二光学环形器。
[0016]进一步地，所述第二光学环形器对应的环形腔中安装有第四光耦合器，所述第四光耦合器连接有第二激光测量系统。
[0017]进一步地，所述第二光学环形器对应的环形腔中安装有第四波分复用器和第二掺饵光纤，所述第四波分复用器连接有第二光泵浦源。
[0018]进一步地，所述第二光学环形器对应的环形腔，其腔长在10m以内，用于保证在布里渊增益范围内只有一个纵模，所述第二掺饵光纤拥有较高的掺杂浓度。
[0019]进一步地，所述第二光学环形器对应的环形腔中安装有可调谐的光学滤波器，所述光学滤波器位于第二掺饵光纤的后端。
[0020]原理：
[0021]1、首先使用自注入的方式对激光线宽进行调谐。自注入是一种十分简易但效果显著的线宽压缩方式，通过在注入回路中添加可调谐衰减器，使注入功率处于注入效应的第三阶段，从而让自注入的线宽压缩能力能够随着注入光功率的改变而改变，使得线宽压缩过程具有很大的调谐能力。
[0022]2、将自注入与布里渊激光器结合。布里渊激光器的输出光线宽与其布里渊泵浦的线宽有关，布里渊泵浦的线宽在一定程度上越窄，其输出光线宽越窄。将自注入可调谐线宽的激光输出当作布里渊激光器的布里渊泵浦，不仅使得布里渊压缩线宽的过程具有了调谐能力，也使得自注入压缩线宽的范围变得更大，调谐范围更广。
[0023]3、在布里渊激光器中添加增益光纤作为信号光以及斯托克斯光的放大增益，不仅大大降低了腔内受激布里渊的阈值，更重要的是，减小了腔内需要的长度，保证了单频输出。在环形腔中，受激布里渊泵浦光首先由第二光泵浦源在掺铒光纤中得到放大，以此保证在腔内较短增益介质中能达到受激布里渊阈值，产生一阶斯托克斯光之后，一阶斯托克斯光继续在第二光泵浦源以及掺铒光纤组成的结构中得到光放大，并通过腔内的5:5耦合器向外输出。
[0024]在滤除ASE的光纤光栅中，其反射带宽需要涵盖信号光波段，且反射带宽越窄，ASE滤除效果越明显。环型腔的整体腔长，在保证单频特性的情况下，需要控制在10m以下。并且
腔内的可调谐滤波器通带需要越窄越好，通带越窄，腔内的增益曲线越可以看作一条平坦的曲线，对于环形腔自激振荡的抑制越有作用。当可调谐滤波器的通带不够窄时，需要控制第二光泵浦源的功率，以此来抑制自激振荡。
[0025]本专利技术具有以下有益效果：
[0026](1)传统的自注入技术，虽然具有调谐能力，但是无法大范围的对线宽进行调谐。而单个受激布里渊效应有很强的线宽压缩能力，但是不具备调谐能力。本专利技术将处于反馈效应第三阶段的自注入技术与受激布里渊散射结合在一起，利用自注入的调谐能力，受激布里渊效应强大的压窄线宽的能力，以及受激布里渊压窄线宽能力对于布里渊泵浦线宽敏感的特性，使其能对激光线宽进行大范围的调谐。
[0027](2)传统的受激布里渊散射为了得到足够的布里渊增益，需要几百米的单模光纤，这往往会使腔长过长而导致跳模。本专利技术在环形腔中加入掺铒光纤的线性增益，不仅放大了输入的布里渊泵浦功率，降低了所需环形腔的长度要求，还能够放大产生的一阶斯托克斯光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.线宽可调谐的单频光纤激光器，其特征在于：激光器结构采用全光纤结构，由第一光泵浦源(1)通过第一波分复用器(2)泵浦DFB单频激光器(3)产生第一信号光和第二信号光，并具有剩余泵浦光，剩余泵浦光和第二信号光经过第二波分复用器(4)分离；第二信号光从第二波分复用器(4)被分离后，依次经过延时光纤(8)、和光纤型可调谐衰减器(7)组成的外腔，并通过第一光耦合器(6)和光隔离器(5)返回至内腔完成自注入过程；第一信号光经过光隔离器(5)和第一光耦合器(6)与被分离的剩余泵浦光在第三波分复用器(11)中合并，到达第一掺饵光纤(12)，完成信号放大，之后经过第二可调谐衰减器(15)，并进入第二光学环形器(18)到达环形腔，在环形腔中发生受激布里渊散射，产生一阶斯托克斯光并产生单频光输出。2.根据权利要求1所述线宽可调谐的单频光纤激光器，其特征在于：所述第二可调谐衰减器(15)与第二光学环形器(18)之间安装有第一光学环形器(13)，所述第一光学环形器(13)连接有光纤光栅(14)。3.根据权利要求1所述线宽可调谐的单频光纤激光器，其特征在于：所述第二信号光在到达延时光纤(8)之前还经过设置的第二光耦合器(9)，所述第二光耦合器(9)连接有光功率计(10)。4.根据权利要求1所述线...

【专利技术属性】
技术研发人员：高伟清，郑子其，周勇，马晓辉，张维，方文坛，陈小林，黄松，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：