專利名稱：自注入式多模傾斜光纖光柵外腔皮秒脈沖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明述及一種自注入式多模傾斜光纖光柵外腔皮秒脈沖激光器，尤其 是一種多波長輸出和波長可調(diào)諧的皮秒脈沖激光器。
背景技術(shù)：
多波長和波長可調(diào)的短脈沖光源在光纖通信系統(tǒng)和光纖傳感系統(tǒng)中有著重要的 應(yīng)用。在光通信領(lǐng)域，光時(shí)分復(fù)用(OTDM)技術(shù)與波分復(fù)用(WDM)相結(jié)合則可以大大提高光 通信系統(tǒng)單信道的速率，減少波長信道數(shù)目，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)未來T bit/s光通信的優(yōu)選方 案。因此，高重復(fù)率的超短光脈沖、多波長和波長可調(diào)諧光源的產(chǎn)生是高速OTDM和WDM系 統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。并且隨著光纖入戶(FTTH)概念的提出，人們也正在尋求一種全新的 尋址技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高速接入網(wǎng)。目前看來，全光碼分多址(OCDMA)技術(shù)是一個(gè)很好的解決方 案，高重復(fù)速率的超短脈沖源是OCDMA技術(shù)在高速狀態(tài)下進(jìn)行路由尋址和幾十G bit/s帶 寬的高速局域網(wǎng)的必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，作為產(chǎn)生短脈沖的裝置一短脈沖激光器，就越來 越受到人們的關(guān)注。而在傳感領(lǐng)域，光纖激光器應(yīng)用于傳感能夠體現(xiàn)光纖激光器和光纖傳 感器的共同優(yōu)勢，并且具有效率高、可調(diào)諧、穩(wěn)定性好、光束質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，使得傳感器的性 能提高，應(yīng)用更廣泛。對商用的法布里一珀羅(F-P)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行增益開關(guān)調(diào)制是一種簡單、可靠 的超短光脈沖產(chǎn)生技術(shù)。但是增益開關(guān)激光器存在著定時(shí)抖動(dòng)和頻率啁啾大的問題，這一 問題可以采用種子光注入鎖定的方式來解決。種子光注入的方式可以分為外注入和自注 入兩種，雖然這兩種方式都可以解決增益開關(guān)的光脈沖信號(hào)的波長可調(diào)諧和抑制抖動(dòng)的問 題，但外注入式增益開關(guān)激光器通常需要一種波長可調(diào)諧的窄譜線寬連續(xù)波(CW)光源作 為外部注入的種子光源，這樣就導(dǎo)致增益開關(guān)激光器成本增加、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且體積增大。而自 注入式激光器通常只需在外腔加入選頻器件對增益開關(guān)的F-P半導(dǎo)體激光器輸出的多縱 模進(jìn)行選模，選出單一縱模反饋回F-P半導(dǎo)體激光器中，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。當(dāng)F-P半導(dǎo)體激光器被直接調(diào)制在其腔長的基頻或正整數(shù)倍于基頻的諧波頻率 時(shí)，即外加信號(hào)頻率/滿足
mc
式中， 為諧波的次數(shù)，當(dāng) =1時(shí)激光器諧振在基頻狀態(tài)下；C為真空中光速；η為構(gòu)成 外腔的光纖的有效折射率.’L為諧振腔長度。經(jīng)光纖光柵反射，重新注入腔內(nèi)的光與從F-P 半導(dǎo)體激光器發(fā)射的光達(dá)到同步，腔內(nèi)形成諧振而使所選波長的光在腔內(nèi)成為優(yōu)勢模，在 輸出端可以獲得這一波長的光脈沖，并且優(yōu)勢模的光相對于其它模式的光來說，也具有較 大的邊模抑制比(SMSR)。實(shí)現(xiàn)多波長輸出和波長調(diào)諧的自注入系統(tǒng)的外腔選頻器件通常有級聯(lián)的
光纖Bragg光柵、可調(diào)諧濾波器等，但這些器件要么增加了外腔的復(fù)雜，操作難以實(shí)現(xiàn)，要 么增加了系統(tǒng)的成本。因此，選擇一種合適的外腔選頻器件來實(shí)現(xiàn)多波長輸出和波長調(diào)諧是非常有價(jià)值的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在針對已有多波長激光器的不足，提出一種自注入式多模傾斜光纖 光柵外腔皮秒脈沖激光器。該激光器能夠輸出多個(gè)波長的皮秒脈沖激光，并可實(shí)現(xiàn)波長調(diào) 諧，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，可用于光纖通信和光纖傳感等領(lǐng)域。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種自注入式多模傾斜光纖光柵外 腔皮秒脈沖激光器，包括一個(gè)增益開關(guān)激光器本體、一個(gè)偏振控制器、一個(gè)耦合器和一個(gè)外 腔選頻器，其特征在于所述偏振控制器、耦合器和外腔選頻器依次通過光纖串連在所述增 益開關(guān)激光器本體的信號(hào)輸出端。上述增益開關(guān)激光器本體是由一個(gè)F-P半導(dǎo)體激光器、一個(gè)溫度控制器、一個(gè)半 導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源、一個(gè)射頻信號(hào)發(fā)生器、一個(gè)射頻信號(hào)放大器和一個(gè)偏置器構(gòu)成的增 益開關(guān)激光器，所述射頻信號(hào)發(fā)生器依次經(jīng)所述射頻信號(hào)放大器和偏置器后連接所述F-P 半導(dǎo)體激光器，所述半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源連接所述偏置器，所述溫度控制器連接所述F-P 半導(dǎo)體激光器。上述外腔選腔器由在多模光纖上寫入的傾斜光柵和模式擾頻器組成。傾斜光柵對 F-P半導(dǎo)體激光器輸出的多縱模激光進(jìn)行選頻，并部分反饋形成自注入。上述耦合器通過單模光纖與寫有傾斜光柵的多模光纖熔接相連，形成單模對多模 的結(jié)構(gòu)。上述模式擾頻器作用于多模光纖，對多模光纖造成微彎而導(dǎo)致光纖內(nèi)傳輸光的低 階模能量向高階模耦合，使傾斜光柵具有多個(gè)反射波長，并且微彎作用越大，反射波長數(shù)目 也越多。上述溫度控制器控制F-P半導(dǎo)體激光器的溫度，使F-P半導(dǎo)體激光器發(fā)出的多縱 模激光產(chǎn)生漂移，通過傾斜光柵的反射實(shí)現(xiàn)多波長脈沖激光輸出，并可控制F-P半導(dǎo)體激 光器的溫度和多模光纖的微彎來實(shí)現(xiàn)波長調(diào)諧。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn) 1，結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、成本低、可光學(xué)集成。2，操作簡單，只需要調(diào)節(jié)F-P半導(dǎo)激光器的溫度和通過模式擾頻器在多模光纖上 造成微彎，就可以實(shí)現(xiàn)不同波長的脈沖激光輸出，并且具有波長調(diào)諧的功能。3，定時(shí)抖動(dòng)和頻率啁啾小，穩(wěn)定性好。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為不同重量的砝碼造成多模光纖微彎時(shí)傾斜光柵的反射譜圖。圖3為無微彎作用下調(diào)節(jié)F-P半導(dǎo)體激光器的溫度得到的單波長激光光譜圖。圖4為無微彎作用下調(diào)節(jié)F-P半導(dǎo)體激光器的溫度得到的單波長脈沖圖。圖5為多模光纖在一定微彎作用下調(diào)節(jié)F-P半導(dǎo)體激光器的溫度得到的雙波長激 光光譜圖。 圖6為圖5中的雙波長脈沖激光經(jīng)12-km單模光纖后的脈沖圖。
圖7為多模光纖在一定微彎作用下調(diào)節(jié)F-P半導(dǎo)體激光器的溫度得到的三波長激 光光譜圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合

如下
參見圖1，本自注入式多模傾斜光纖光柵外腔皮秒脈沖激光器包括增益開關(guān)激光器本 體(1)、偏振控制器(2)、耦合器(3)和外腔選頻器(4)，所述偏振控制器(2)、耦合器(3)和 外腔選頻器(4)依次通過光纖串連在所述增益開關(guān)激光器本體(1)的信號(hào)輸出端。增益開關(guān)激光器本體(4)是由F-P半導(dǎo)體激光器(5)、溫度控制器(6)、半導(dǎo)體激光 器驅(qū)動(dòng)電源(7)、射頻信號(hào)發(fā)生器(8)、射頻信號(hào)放大器(9)和偏置器(10)構(gòu)成的增益開關(guān) 激光器。所述射頻信號(hào)發(fā)生器(8)依次經(jīng)所述射頻信號(hào)放大器(9)和偏置器(10)后連接所 述F-P半導(dǎo)體激光器(5)，所述半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源(7)連接所述偏置器(10)，所述溫度 控制器(6)連接所述F-P半導(dǎo)體激光器(5)。半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源(7)的偏置電流設(shè)置 低于F-P半導(dǎo)體激光器(5)的閾值電流，射頻信號(hào)發(fā)生器(8)發(fā)出的電信號(hào)經(jīng)過射頻信號(hào) 放大器(9)進(jìn)行放大，與偏置電流一起通過偏置器(10)進(jìn)行耦合對F-P半導(dǎo)體激光器(5) 形成增益開關(guān)調(diào)制。溫度控制器(6)用于控制F-P半導(dǎo)體激光器(5)的溫度，溫度不同時(shí)， F-P半導(dǎo)體激光器(5)輸出的多縱模會(huì)有所不同，表現(xiàn)為溫度升高，優(yōu)勢模向長波長方向漂 移。外腔選腔器(4)由在多模光纖(11)上寫入的傾斜光柵(12)和模式擾頻器(13)組 成。耦合器(3)通過單模光纖(14)與寫有傾斜光柵(12)的多模光纖(11)熔接相連，形成單 模對多模的結(jié)構(gòu)。傾斜光柵(12)對F-P半導(dǎo)體激光器(5)輸出的多縱模激光進(jìn)行選頻，一 部分反饋形成自注入，一部分經(jīng)耦合器(3)輸出即為超短脈沖序列。傾斜光纖光柵(12)是 在多模光纖(11)中寫入的，多模光纖(11)可以承載多個(gè)模式，這些模式具有不同的傳輸速 度和模場分布。由于光柵具有一定的傾斜角度，則能夠把入射光耦合到多個(gè)纖芯模中去，因 此能夠反射多個(gè)波長。通過在模式擾頻器(13)上放置砝碼的方式對多模光纖(11)造成微 彎，所放置的砝碼越重，則多模光纖(11)受到的微彎程度越大。微彎作用使多模光纖(11) 中的低階模能量向高階模發(fā)生耦合，并且隨著微彎程度的加大，能夠耦合的模式數(shù)目也越 來越多，從而更多的模式被激發(fā)出來，使傾斜光柵(12)具有更多個(gè)反射峰，如圖2所示為放 置不同重量的砝碼造成多模光纖(11)微彎時(shí)傾斜光柵(12)的反射譜。同時(shí)，微彎會(huì)造成光 在多模光纖(11)中傳輸?shù)膿p耗加大，實(shí)際中可以通過加入光學(xué)放大器來增加光功率。偏振控制器(2)用于控制F-P半導(dǎo)體激光器(5)不同模之間的能量分布以獲得最 佳的SMSR和較高的輸出功率，還可以控制輸出多波長的相對強(qiáng)弱，使輸出的多波長激光脈 沖強(qiáng)度相等。因此可以通過調(diào)節(jié)F-P半導(dǎo)體激光器(5)的溫度，并放置不同重量的砝碼造成多 模光纖(11)的微彎，來實(shí)現(xiàn)多波長輸出和波長調(diào)諧。圖3為不放砝碼即多模光纖(11)沒 有微彎效應(yīng)時(shí)，調(diào)節(jié)F-P半導(dǎo)激光器(5)的溫度為19.0 °C，得到的單波長輸出光譜，圖4為 此時(shí)在高速取樣示波器上觀察到的脈沖情況；當(dāng)放置300 g砝碼造成多模光纖(11)一定的 微彎，調(diào)節(jié)F-P半導(dǎo)體激光器(5)的溫度為23. 7 °C時(shí)，可得到雙波長的激光脈沖輸出，圖5 為此時(shí)掃描10分鐘觀察到的光譜情況，圖6為輸出脈沖經(jīng)過12-km的單模光纖后的脈沖情
5況；同樣放置300 g砝碼造成多模光纖(11)微彎的作用下，調(diào)節(jié)F-P半導(dǎo)體激光器(5)的 溫度為28. 9 °C時(shí)，可得到三波長激光脈沖輸出，圖7為此時(shí)掃描10分鐘觀察到的三波長光 譜情況。 本自注入式多模傾斜光纖光柵外腔皮秒脈沖激光器作為一種能夠輸出多波長的 皮秒脈沖激光、并可實(shí)現(xiàn)波長調(diào)諧的激光器，結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、成本低廉，可用于光纖通 信和光纖傳感等領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種自注入式多模傾斜光纖光柵外腔皮秒脈沖激光器，包括一個(gè)增益開關(guān)激光器本 體(1)、一個(gè)偏振控制器(2)、一個(gè)耦合器(3)、一個(gè)外腔選頻器(4)，其特征在于所述偏振 控制器(2)、耦合器(3)和外腔選頻器(4)依次通過光纖串連在所述增益開關(guān)激光器本體 (1)的信號(hào)輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自注入式多模傾斜光纖光柵外腔皮秒脈沖激光器，其特征在 于所述增益開關(guān)激光器本體(1)是由一個(gè)F-P半導(dǎo)體激光器(5 )、一個(gè)溫度控制器(6 )、一 個(gè)半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源(7)、一個(gè)射頻信號(hào)發(fā)生器(8)、一個(gè)射頻信號(hào)放大器(9)和一個(gè) 偏置器(10)構(gòu)成的增益開關(guān)激光器，所述射頻信號(hào)發(fā)生器(8)依次經(jīng)所述射頻信號(hào)放大器 (9)和偏置器(10)后連接所述F-P半導(dǎo)體激光器(5)，所述半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源(7)連接 所述偏置器(10 )，所述溫度控制器(6 )連接所述F-P半導(dǎo)體激光器(5 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的自注入式多模傾斜光纖光柵外腔皮秒脈沖激光器，其特 征在于所述外腔選頻器(4)由在一根多模光纖(11)上寫入的傾斜光柵(1 和模式擾頻 器(13)組成，傾斜光柵(12)對F-P半導(dǎo)體激光器(5)輸出的多縱模激光進(jìn)行選頻，部分反 饋形成自注入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的自注入式多模傾斜光纖光柵外腔皮秒脈沖激光器，其特 征在于所述耦合器(3)通過單模光纖(14)與寫有傾斜光柵(12)的多模光纖(11)熔接相 連，形成單模對多模的結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的自注入式多模傾斜光纖光柵外腔皮秒脈沖激光器，其特 征在于所述模式擾頻器(13)作用于多模光纖(11)，對多模光纖(11)造成微彎而導(dǎo)致光纖 內(nèi)傳輸光的低階模能量向高階模耦合，使傾斜光柵(12)具有多個(gè)反射波長，并且微彎作用 越大，反射波長數(shù)目也越多。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的自注入式多模傾斜光纖光柵外腔皮秒脈沖激光器，其特 征在于溫度控制器(6)控制F-P半導(dǎo)體激光器(5)的溫度，使F-P半導(dǎo)體激光器(5)發(fā)出的 多縱模激光產(chǎn)生漂移，通過傾斜光柵(12)的反射實(shí)現(xiàn)多波長脈沖激光輸出，并可控制F-P 半導(dǎo)體激光器(5)的溫度和多模光纖(11)的微彎來實(shí)現(xiàn)波長調(diào)諧。
全文摘要
本發(fā)明述及一種自注入式多模傾斜光纖光柵外腔皮秒脈沖激光器。它包括增益開關(guān)半導(dǎo)體激光器本體、偏振控制器、耦合器和外腔選頻器，偏振控制器、耦合器和外腔選頻器依次通過光纖串連在增益開關(guān)激光器本體的信號(hào)輸出端。外腔選頻器由在多模光纖中寫入的傾斜光柵和模式擾頻器組成，模式擾頻器作用于多模光纖，通過對多模光纖產(chǎn)生微彎使傾斜光柵具有不同的反射波長。調(diào)節(jié)F-P半導(dǎo)體激光器的溫度和模式擾頻器對多模光纖的微彎程度，可實(shí)現(xiàn)多波長脈沖輸出和波長調(diào)諧。本發(fā)明解決了普通可調(diào)多波長脈沖激光器的成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和操作不方便的問題，適用于光纖通信和光纖傳感等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01S5/06GK102136675SQ20111004405
公開日2011年7月27日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者劉云啟, 王廷云, 蔡同健, 陳劍峰 申請人:上海大學(xué)