通信信號源的制作方法
【專利摘要】一種通信信號源，尤其是一種光子晶體光纖激光器，包括：泵浦光源、光耦合器、光子晶體光纖，其中光耦合器將所述泵浦光源發(fā)射的光耦合入光子晶體光纖，在所述光子晶體光纖的兩端設置有光反射部，以構成光學諧振腔；其特征在于：所述光子晶體光纖具備：添加了稀土族元素的稀土族添加芯、形成在上述稀土族添加芯周圍的包層，和形成在該包層內的多個通孔，從上述包層的端部入射激勵光，激勵稀土族元素以輸出大功率的激光振蕩光，在所述多個通孔中填充有介電常數為1.6-2.8的液體材料。
【專利說明】通信信號源
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光通信【技術領域】，具體涉及一種通信信號源，特別是一種光子晶體光纖激光器。
【背景技術】
[0002]光纖激光器是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質的激光器，光纖激光器可在光纖放大器的基礎上開發(fā)出來:在泵浦光的作用下光纖內極易形成高功率密度，造成激光工作物質的激光能級“粒子數反轉”，當適當加入正反饋回路(構成諧振腔)便可形成激光振蕩輸出。
[0003]光纖激光器應用范圍非常廣泛，包括激光光纖通訊、激光空間遠距通訊、工業(yè)造船、汽車制造、激光雕刻激光打標激光切割、印刷制輥、金屬非金屬鉆孔/切割/焊接(銅焊、淬水、包層以及深度焊接)、軍事國防安全、醫(yī)療器械儀器設備、大型基礎建設，作為其他激光器的泵浦源等。
[0004]近年來，有人提議在大功率光纖激光器中使用光學晶體光纖(PCF)。該PCF能夠實現過去所沒有的各種光學特性。
[0005]專利CN101106251A中公開了一種摻Yb3+雙包層大模場光子晶體光纖激光器，其包括設置在同一光軸上的光纖耦合器和激光諧振激光諧振腔，所述光纖耦合器包括依次設置在同一光軸上的半導體激光器、第一準直非球面鏡、聚焦非球面鏡和第二準直非球面鏡，所述激光諧振腔包括第一雙色鏡和第二雙色鏡，所述第一雙色鏡設置在第一準直非球面鏡和聚焦非球面鏡之間，所述第二雙色鏡設置在第二準直非球面鏡的出射端。本發(fā)明為解決【背景技術】中存在的技術問題，而提供一種結構緊湊、性能穩(wěn)定、高光束質量、高亮度激光輸出的摻Yb丨[3+]雙包層大模場光子晶體光纖激光器。
[0006]專利CN101771231A中公開了一種腔內色散補償的摻鐿超短脈沖光纖激光器，包括與波分復用器輸入端連接的半導體泵浦源、與波分復用器輸出端依次連接的光子晶體光纖、光纖耦合輸出器、偏振控制器以及光隔離器，光隔離器的兩端均設有偏振控制器，波分復用器、光子晶體光纖、光纖I禹合輸出器、偏振控制器以及光隔離器由光纖熔接構成一個環(huán)形腔，波分復用器與光子晶體光纖之間設置有透射式半導體可飽和吸收鏡，透射式半導體可飽和吸收鏡用于該摻鐿超短脈沖光纖激光器的鎖模；波分復用器與透射式半導體可飽和吸收鏡之間的光纖有一段為摻鐿光纖。
[0007]專利CN201828885U中公開了一種鈦寶石光子晶體光纖激光器，包括激光器底座、殼體、殼體內設置的泵浦源，其特征在于:在殼體內且在泵浦源的輸出光路上還依次設置有全反鏡、聚焦透鏡、鈦寶石光子晶體光纖和輸出鏡，所述泵浦源固定在激光器底座上，全反鏡、聚焦透鏡、鈦寶石光子晶體光纖和輸出鏡分別設置在多維調節(jié)架上，所述多維調節(jié)架固定在底座上。
[0008]但是由于光子晶體光纖結構的不合理，現有的光子晶體光纖激光器中普遍存在著光纖光損傷閾值較低，可調諧性能較差，光輸出質量較差的缺陷。
【發(fā)明內容】

[0009]因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種新穎的光子晶體光纖激光器，其采用了本發(fā)明人潛心研究的新型光子晶體光纖，該光纖光損傷閾值較高，可調諧性能較好，光輸出質量較聞。
[0010]具體技術方案如下:
[0011]一種通信信號源，包括:沿光的傳播方向依次設置的泵浦用半導體激光二極管，第一平凸透鏡、二色鏡、第二平凸透鏡、雙包層光子晶體光纖、透鏡和濾光鏡；從泵浦光半導體激光二極管發(fā)出的激光依次經過第一平凸透鏡、二色鏡、第二平凸透鏡準直聚焦后，耦合進雙包層光子晶體光纖；其特征在于:所述光子晶體光纖具備:添加了稀土族元素的稀土族添加芯、形成在上述稀土族添加芯周圍的包層，和形成在該包層內的多個通孔，從上述包層的端部入射激勵光，激勵稀土族元素以輸出大功率的激光振蕩光，在所述多個通孔中填充有介電常數為1.6-2.8的液體材料。
[0012]所述光子晶體光纖為光子晶體光纖束，束內設置有多根不同周期結構的二維光子晶體光纖，在每根光子晶體光纖中心具有一個能夠導光的缺陷位，并且在每根光纖中摻雜有與該光纖所能傳導光波長相對應的增益物質。
[0013]通過選擇所述填充液體實現對激光器的調諧。
[0014]所述信號源為光子晶體光纖激光器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是表示本發(fā)明的光子晶體光纖激光器示意圖。
[0016]圖2是光纖激光器用光纖的截面圖。
[0017]圖3是本發(fā)明另外一個實施例中的光子晶體光纖的截面圖。
[0018]符號說明
[0019]I光纖激光器用光纖
[0020]2稀土族添加芯
[0021]3 包層
[0022]4 通孔
[0023]X稀土族添加芯附近的包層【具體實施方式】
[0024]下面按照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。首先，利用圖1說明表示本發(fā)明優(yōu)選實施方式的使用了光纖激光器用光纖的光纖激光器。如圖1所示，本實施例包括帶尾纖的半導體激光二極管1、第一平凸透鏡2、二色鏡3、第二平凸透鏡4、雙包層光子晶體光纖5、透鏡6、濾光鏡。
[0025]如圖1所示:半導體激光二極管I發(fā)出的激光通過芯徑200 μ m、數值孔徑為0.22的尾纖8輸出，LD最大電流45A對應915nm激光最大輸出功率為30W。光依次經過焦距為8mm的第一平凸透鏡2、二色鏡3、焦距為8mm的第二平凸透鏡4準直聚焦后，其輸出最大輸出功率為28.5W，直接耦合進雙包層光子晶體光纖5中，實驗中測得激光的耦合效率為81.1 %。激光從雙包層光子晶體光纖5的兩端面出射，分別經過第二平凸透鏡4、透鏡6準直后，又分別通過二色鏡3、濾光鏡7出射，二色鏡3對泵浦光高透、輸出光高反，起濾光作用，濾光鏡?為鍍有輸出高透，915~946nm高反以及1030~IlOOnm高反的多色鏡，在本實驗中作為980nm激光輸出的濾波片。二色鏡3和濾光鏡7反射的光不需要必須重新經過平凸透鏡4和光子晶體光纖5。測量得到從二色鏡3出射的激光最大功率為254.3mff,從濾光鏡7出射的激光最大功率為209mW，泵浦光閾值約為16.2W，激光器的總斜效率為17.8%，激光在978nm~982nm均有輸出，輸出線寬為6nm，中心波長為980nm。
[0026]摻鐿光纖諧振腔就是整個雙包層光子晶體光纖5，915nm泵浦光是通過帶有二色鏡的耦合系統(tǒng)入射到雙包層光子晶體光纖5中，雙包層光子晶體光纖5的包層直徑為200 μ m,纖芯直徑為40 μ m,對泵浦光915nm吸收系數大約為30dB/m,光纖兩端面被研磨成0°度角，并且直接作為諧振腔的兩腔鏡，光纖兩端面對激光的反射率為4% (菲涅爾反射)，與用平面鏡作為腔鏡的諧振腔相比，最大限度地降低了腔內損耗，并且結構簡單，調節(jié)方便。激光從雙包層光子晶體光纖5兩端面出射，分別通過第二平凸透鏡4和透鏡6聚焦，又分別透過二色鏡3和濾光鏡7濾光，濾除915nm泵浦光，得到980nm激光。從雙包層光子晶體光纖5兩端輸出的功率基本相等。
[0027]由于摻鐿光纖激光器的四能級非常容易起振，所以抑制四能級起振是保證準三能級運轉的前提。在泵浦吸收系數和激光吸收系數確定的情況下，雙包層光子晶體光纖激光器中四能級的增益與準三能級的增益成線性正比關系，而準三能級的增益與光纖長度有密切關系。通過選擇合 適的光纖長度可以使四能級增益小于準三能級增益，從而保證準三能級摻鐿光纖激光器的正常運轉。準三能級摻鐿光纖激光器對激光有重吸收效應，在滿足充分吸收泵浦光的前提下，選擇光纖長度要避免摻鐿光纖對激光有過多的重吸收。所以設計增益光纖長度必須均衡考慮激光的最大輸出和抑制四能級起振對光纖長度的要求，即光纖長度在滿足抑制四能級起振的前提下，光纖長度需要符合以下原則:當泵浦光傳播到光纖末端時，剩余的泵浦光功率正好等于光纖準三能級起振的閾值功率，這樣的光纖長度可以結合理論計算和實驗模擬獲得最佳的光纖長度。這時輸出激光功率最大，激光器效率也最高，先截取45cm長的光子晶體進行實驗研究。
[0028]圖2是表示本發(fā)明優(yōu)選實施方式的光纖激光器用光纖橫截面圖。
[0029]如圖2所示，本發(fā)明的光纖激光器用光纖I具有通過進行規(guī)定的激勵而發(fā)光的發(fā)光功能，并通過使該發(fā)出的光進行反射激勵而成為激光振蕩介質。
[0030]該光纖激光器用光纖I具備添加了稀土族元素的稀土族添加芯2、形成在該稀土族添加芯2周圍的包層3、和在該包層3內以包圍稀土族添加芯2的方式形成的多個通孔4。
[0031]在所述多個通孔4中填充有導熱性能良好的、具有特定介電常數為1.6-2.8的液體材料，優(yōu)選采用水、甘油等常規(guī)的液體材料，由于在通孔中填充了上述導熱性能良好的液體材料，因此，相比于填充材料為空氣的情況，芯部2產生的熱量能夠相對較好的向外擴散，提高了光子晶體光纖的散熱性能，從而提高了光子晶體光纖的光損傷閾值。另外通過改變所述填充材料可以改變光子晶體的光學禁帶寬度，從而實現對激光器的調諧。
[0032]在稀土族添加芯2中(在圖2中的掛暗網的部分表示的中心部分)微量地添加(摻雜)了 Yb、Er、Er/Yb、Tm、Nd等稀土族元素。在本實施方式中，激勵光Le的波長為Ae(915nm或975-980nm)，為了出射波長λ (1030-1 IOOnm)的激光L，作為稀土族元素使用了 Yb。Yb是適合波長λ e的激勵光L的吸收和波長λ光的放大(受激發(fā)射)的稀土族元素。
[0033]包層3由純石英構成。各通孔4沿光纖的長度方向貫通地形成，在稀土族添加芯2的周圍排列成蜂窩狀，從而在包層3內形成光學晶體結構。
[0034]因此，光纖激光器用光纖I是一種PCF。形成了通孔4的部分的包層3成為激勵波導。若將各通孔4的外經(通孔直徑)設為d、將通孔間距離設為Λ則作為PCF的光纖激光器用光纖I的結構參數和特性由d/Λ決定。
[0035]進而，在光纖激光器用光纖I中，在稀土族添加芯2附近的包層3(在圖2中用掛明網的部分X表示)中添加折射率增加劑，使稀土族添加芯2附近的包層3的折射率接近稀土族添加芯2的折射率。在本實施方式中，折射率增加劑使用Cl、使稀土族添加芯2和與其相鄰的通孔4 (圖2中為6個通孔4)附近的包層3的折射率之差幾乎等于零(稀土族添加芯2附近的包層3的折射率與稀土族添加芯2的折射率一致)。
[0036]下面詳細說明光纖激光器用光纖I的一例。
[0037]I)寬頻帶單模條件結構設計
[0038]首先，為了使光纖激光器用光纖I在寬頻帶中動作，設定通孔4的外經d與相鄰通孔4的中心間距離(通孔間距離)Λ之比d/Λ。
[0039]若設在光纖激光器用光纖I中傳輸的激光振蕩光L的波長為λ、設稀土族添加芯2的折射率為nc、設成為稀土族添加芯2的附近的Cl添加包層3的折射率為ncl，則標準頻率Veff由式(I)表示。
[0040]Veff (λ)=2πΛ/λ V nc2 ( λ ) -ncl2 ( λ ) (I)
[0041]根據式(I)可知，Veff< π時，光纖激光器用光纖I在光纖全長上進行單模動作。
[0042]附圖3示出了本發(fā)明所使用的光子晶體光纖束，其中可以看出，在該光子晶體光纖束中具有四根光子晶體光纖，它們分別位于左上角，右上角，左下角和右下角。并且在每根光子晶體光纖的二維光子晶體的周期結構中心均存在一個缺陷位，并且在每根光子晶體光纖中摻雜有與光子晶體光纖所能傳導的光波長相對應的增益物質。
[0043]使用上述的結構的光子晶體光纖作為可調諧光纖激光器的增益光纖之后，就可以實現四個不同波長的可調諧輸出，其中調諧的手段可以是利特羅光柵，所采用的調諧手段均是現有技術已知的，在此不需要進行詳細描述。上述的四個波長分別是由四個角位置上的二維光子晶體結構和其中摻雜的增益物質所決定的，由于每個波長均是由每個周期結構的光子晶體光纖所限定的，所以當調諧到該波長輸出的時候，其會具有對于外界環(huán)境并不敏感的穩(wěn)定的輸出。
[0044]應該可以理解，二維光子晶體結構的數量并不局限于四種，需要幾種波長輸出就可以設置幾種結構，例如兩種，三種，五種均是可以的。也即在光纖束中可包括兩根，三根或五根具有不同摻雜和不同周期結構的光子晶體光纖。并且，幾種二維光子晶體結構的位置分布可隨意設置，只要能夠保證正常工作即可。
【權利要求】
1.一種通信信號源，包括:沿光的傳播方向依次設置的泵浦用半導體激光二極管，第一平凸透鏡、二色鏡、第二平凸透鏡、雙包層光子晶體光纖、透鏡和濾光鏡；從泵浦光半導體激光二極管發(fā)出的激光依次經過第一平凸透鏡、二色鏡、第二平凸透鏡準直聚焦后，耦合進雙包層光子晶體光纖；其特征在于:所述光子晶體光纖具備:添加了稀土族元素的稀土族添加芯、形成在上述稀土族添加芯周圍的包層，和形成在該包層內的多個通孔，從上述包層的端部入射激勵光，激勵稀土族元素以輸出大功率的激光振蕩光，在所述多個通孔中填充有介電常數為1.6-2.8的液體材料。
2.如權利要求1所述的信號源，所述光子晶體光纖為光子晶體光纖束，束內設置有多根不同周期結構的二維光子晶體光纖，在每根光子晶體光纖中心具有一個能夠導光的缺陷位，并且在每根光纖中摻雜有與該光纖所能傳導光波長相對應的增益物質。
3.如權利要求1所述的信號源，通過選擇所述填充液體實現對激光器的調諧。
4.如權利要求1-3所述的信號源，所述信號源為光子晶體光纖激光器。
【文檔編號】H01S3/067GK103811979SQ201210453757
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月13日 優(yōu)先權日:2012年11月13日
【發(fā)明者】耿振民 申請人:無錫華御信息技術有限公司