專利名稱：基于微腔控制反饋效應的光纖激光器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種調諧激光的激光器。
背景技術：
光學微諧振腔是指尺寸在5-500 μ m級的光學介電微球諧振器，通常使用的介電材料是二氧化硅等光學玻璃。光線在微球內表面可以連續(xù)全內反射，從而約束在球內并沿球的大圓繞行，形成所謂回音壁模式(Whispering Gallery Modes，簡稱WGM模式)。1989年，Branginsky等人首次使用熔融二氧化硅介質的微球，通過棱鏡的近場耦合，在微球內直接激發(fā)了 WGM模式，推動了球形微腔研究與應用的發(fā)展。之后耦合理論得到了較大發(fā)展，并且產生了各種耦合器件，包括側拋光纖(fiber half-block)，傾角光纖 (hybrid fiber-prism)、帶狀抗諧振反身寸光波導(pedestal antiresonant reflecting waveguides)和熔錐光纖(tapered fiber)。在此基礎上，球形微腔在許多領域得到應用。 2001 年 Juha-Pekka Laine, Charles Tapalian, Bret Little, Hermann Hausd 等人在論文 "Acceleration sensor based on hige-Q optical microsphere resonator and pedestal antiresonant reflecting waveguide coupler” 中使用新型波導 SPARROW 與微球耦合，實現(xiàn)了高靈敏度加速度探測器。為了控制反饋激光的強度和相位，人們提出了許多方法，其中傳統(tǒng)的方式主要有通過控制反射面反射率的大小，控制反饋激光的強度；通過控制反饋激光傳輸?shù)拈L度， 控制反饋激光的相位。1999 年 10 月，Atsushi Uchida, Takahiro Sato, Takeshi Ogawa, and Fumihiko Kannari 等人在論文"Characteristics of Transients Among Periodic Attractors Controlled by High-Frequency Injection in a Chaotic Laser Diode，，中使用反射鏡調節(jié)反饋激光的強度和相位。這種方法的缺點在于，對反饋激光的光路校準困難， 造成操作不夠簡便，緊湊性差。這里我們將介紹一種使用球形微腔控制反饋激光的方法，利用兩根傾角光纖分別作為球形微腔激發(fā)的耦合輸入、輸出設備，通過調節(jié)傾角光纖與球形微腔之間的距離或改變球形微腔的折射率，控制傾角光纖與球形微腔之間的耦合系數(shù)，實現(xiàn)對反饋激光強度和相位的控制。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供產生和控制連續(xù)激光、脈沖激光以及混沌激光的基于微腔控制反饋效應的光纖激光器。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的本實用新型基于微腔控制反饋效應的光纖激光器，其特征是包括泵浦光源、波分復用器、光纖激光器、光隔離器、發(fā)饋控制部分、1X2光纖耦合器、光檢測器，泵浦光源通過波分復用器連接光纖激光器，光纖激光器連接反饋控制部分，反饋控制部分連接光隔離器， 光纖激光器還通過1X2光纖耦合器連接光檢測器；所述的反饋控制部分包括第一傾角光纖、第二傾角光纖、球形微腔，球形微腔位于第一傾角光纖和第二傾角光纖之間。[0007]本實用新型還可以包括1、所述的第一傾角光纖與第二傾角光纖與球形微腔之間的距離可調。2、所述的光纖激光器為DBR/DFB光纖激光器。3、所述的光纖激光器包括摻雜光纖和熔接摻雜光纖兩端的兩個Bragg波長相同的光纖光柵。本實用新型的優(yōu)勢在于本實用新型提供的一種基于微腔控制反饋效應的光纖激光器，由于該光纖激光器反饋激光的強度和相位是由傾角光纖與球形微腔之間的耦合系數(shù)控制的，不僅結構簡單方便，體積緊湊，而且反饋激光強度和相位的可調范圍很大，因此該激光器具有輸出激光可調范圍大的優(yōu)點。

圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為本實用新型的反饋激光控制部分結構示意圖；圖3為本實用新型的DBR光纖激光器結構示意圖；圖4為輸出連續(xù)激光的時域譜圖；圖5為輸出脈沖激光時域譜和頻域譜；圖6為輸出混沌激光時域譜和頻域譜。
具體實施方式
以下結合附圖舉例對本實用新型做更詳細地描述結合圖1 6，本實用新型所述的基于微腔控制反饋效應的光纖激光器包括泵浦光源、1X2光纖耦合器、波分復用器、DBR/DFB光纖激光器、傾角光纖、球形微腔、光隔離器、 光檢測器等部分。其特征在于利用控制光反饋的方式實現(xiàn)激光的可調諧，產生和控制連續(xù)激光、脈沖激光以及混沌激光。泵浦光通過波分復用器進入DBR/DFB光纖激光器激發(fā)激光， 利用光隔離器使激光在環(huán)形光路中沿逆時針方向傳輸，激光通過傾角光纖耦合進入到球形微腔并通過球形微腔耦合進入到另外一端傾角光纖，反饋到DBR/DFB光纖激光器并影響該激光器的激光輸出，最終輸出激光通過1 X 2光纖耦合器進入光檢測器。通過調節(jié)傾角光纖與球形微腔之間的距離或改變球形微腔的折射率，控制傾角光纖與球形微腔之間的耦合系數(shù)，使得反饋激光的強度和相位發(fā)生變化，進而影響DBR/DFB 光纖激光器的激光輸出，實現(xiàn)輸出激光的可調諧，產生和控制連續(xù)激光、脈沖激光以及混沌激光。DBR/DFB光纖激光器的輸出激光經傾角光纖-球形微腔-傾角光纖后由環(huán)形光路反饋回DBR/DFB光纖激光器。圖1中選用的光纖激光器為DBR/DFB光纖激光器。這里是以DBR光纖激光器為例， 如圖3所示。DBR光纖激光器由兩個Bragg波長相同的光纖光柵3a、3c熔接在摻雜光纖北兩端構成，兩個光纖光柵作為反射鏡，中間的摻雜光纖作為增益介質，當泵浦光進入諧振腔后，將摻雜離子從下能級抽運到上能級，形成粒子數(shù)反轉，受激輻射超過自發(fā)輻射，再經過光纖光柵的選頻，產生布拉格波長附近的激光。如圖2所示，圖2為本實用新型中反饋激光控制部分結構示意圖。該部分包括兩根傾角光纖fe、5c和一個球形微腔恥組成，傾角光纖如、5(采用標準單模光纖￠65 。球形微腔使用的材料為二氧化硅。如圖1所示，圖1為本實用新型基于微腔控制反饋效應的光纖激光器結構示意圖。 泵浦光1通過波分復用器2進入DBR/DFB光纖激光器3激發(fā)激光，利用光隔離4器使激光在環(huán)形光路中沿逆時針方向傳輸，激光通過傾角光纖如傳輸進入到球形微腔恥并通過球形微腔恥耦合進入到另外一端傾角光纖5c，通過調節(jié)傾角光纖fe、5c與球形微腔恥之間的距離，控制傾角光纖與球形微腔之間的耦合系數(shù)，使得反饋到DBR/DFB光纖激光器3中的激光強度和相位發(fā)生變化，影響該激光器的激光輸出，最終輸出激光通過1 X 2光纖耦合器 6進入光檢測器7進行檢測，實現(xiàn)了輸出激光的可調諧，產生和控制了連續(xù)激光、脈沖激光以及混沌激光。通過調節(jié)球形微腔恥的折射率，控制球形微腔恥與傾角光纖5a、5c之間的耦合系數(shù)，使得反饋激光的強度和相位發(fā)生變化，從而影響DBR/DFB光纖激光器3的激光輸出， 實現(xiàn)輸出激光的可調諧，產生和控制連續(xù)激光、脈沖激光以及混沌激光。本實用新型實現(xiàn)激光可調諧和混沌激光的產生和控制的過程和原理是泵浦光通過波分復用器進入DBR/DFB光纖激光器激發(fā)激光，利用光隔離器使激光在環(huán)形光路中沿逆時針方向傳輸，激光通過傾角光纖與球形微腔的相互耦合，通過光路反饋到DBR/DFB光纖激光器并影響該激光器的激光輸出，通過調節(jié)傾角光纖與球形微腔之間的距離或球形微腔的折射率，控制傾角光纖與球形微腔之間的耦合系數(shù)，使反饋激光的強度和相位連續(xù)變化， 實現(xiàn)輸出激光可調諧，產生和控制連續(xù)激光、脈沖激光以及混沌激光。為了使耦合效率達到最大，傾角光纖與球形微腔之間的角度應滿足Φ = arcsin(nsphere/nfiber)式中nsphCTe為回音壁模式方位角傳播方向上的有效折射率，nfiber為光纖中波導的有效折射率。1999年加州理工學院利用兩根傾角光纖分別作為球形微腔激發(fā)的耦合輸入、輸出設備并分析了全反射所需的角度匹配關系和微球腔與光纖相位匹配關系，以及耦合效率受光纖傾角和微球半徑之間的匹配關系的影響。實驗證明單根傾角光纖的耦合效率60%，兩根傾角光纖的耦合效率為23. 5%。系統(tǒng)共振時輸出功率特性的表達式為
Ε X 0,2 、
out
V Ein j
2tl
.Kns
Q其中Q為耦合系統(tǒng)的品質因數(shù)。=[α^ + 2>μ，~為球形微腔的折射率，α為衰
減系數(shù)，t為實振幅耦合系數(shù)，L = 2 π a，a為球形微腔的半徑，k0為真空中的波矢。從以上的公式可以得知，通過調節(jié)傾角光纖與球形微腔之間的距離或球形微腔的折射率，控制傾角光纖與球形微腔之間的耦合系數(shù)，使得反饋激光的強度和相位連續(xù)變化， 通過實驗驗證了該方案的可行性，調節(jié)傾角光纖與球形微腔之間的距離或球形微腔的折射率，觀察到該激光器輸出連續(xù)激光如圖4示，圖4中的上圖所示為輸出連續(xù)激光的時域譜圖，下圖為輸出連續(xù)激光的頻域譜圖。繼續(xù)調節(jié)傾角光纖與球形微腔之間的距離或球形微腔的折射率，可以觀察到輸出脈沖激光時域譜和頻域譜如圖5示，輸出混沌激光時域譜和頻域譜如圖6示。因此通過調節(jié)傾角光纖與球形微腔之間的距離或球形微腔的折射率，實現(xiàn)了輸出激光的可調諧，產生和控制了連續(xù)激光、脈沖激光以及混沌激光。
權利要求1.基于微腔控制反饋效應的光纖激光器，其特征是包括泵浦光源、波分復用器、光纖激光器、光隔離器、發(fā)饋控制部分、1X 2光纖耦合器、光檢測器，泵浦光源通過波分復用器連接光纖激光器，光纖激光器連接反饋控制部分，反饋控制部分連接光隔離器，光纖激光器還通過1X2光纖耦合器連接光檢測器；所述的反饋控制部分包括第一傾角光纖、第二傾角光纖、球形微腔，球形微腔位于第一傾角光纖和第二傾角光纖之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于微腔控制反饋效應的光纖激光器，其特征是所述的第一傾角光纖與第二傾角光纖與球形微腔之間的距離可調。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的基于微腔控制反饋效應的光纖激光器，其特征是所述的光纖激光器為DBR/DFB光纖激光器。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于微腔控制反饋效應的光纖激光器，其特征是所述的光纖激光器包括摻雜光纖和熔接摻雜光纖兩端的兩個Bragg波長相同的光纖光柵。
專利摘要本實用新型的目的在于提供基于微腔控制反饋效應的光纖激光器，包括泵浦光源、波分復用器、光纖激光器、光隔離器、發(fā)饋控制部分、1×2光纖耦合器、光檢測器，泵浦光源通過波分復用器連接光纖激光器，光纖激光器連接反饋控制部分，反饋控制部分連接光隔離器，光纖激光器還通過1×2光纖耦合器連接光檢測器；所述的反饋控制部分包括第一傾角光纖、第二傾角光纖、球形微腔，球形微腔位于第一傾角光纖和第二傾角光纖之間。本實用新型反饋激光的強度和相位是由傾角光纖與球形微腔之間的耦合系數(shù)控制的，不僅結構簡單方便，體積緊湊，而且反饋激光強度和相位的可調范圍很大，因此該激光器具有輸出激光可調范圍大的優(yōu)點。
文檔編號H01S3/067GK202268598SQ20112037976
公開日2012年6月6日 申請日期2011年10月8日 優(yōu)先權日2011年10月8日
發(fā)明者劉亞南, 孫偉民, 張建中, 李保勇, 趙衍雙 申請人:哈爾濱工程大學