基于相移取樣光柵的雙波長(zhǎng)光纖激光器的制造方法
【專利摘要】一種基于相移取樣光柵的雙波長(zhǎng)光纖激光器。通過對(duì)相移取樣光柵參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)達(dá)到雙波峰濾波的效果，該激光器是將相移取樣光柵刻寫在摻雜光纖上，利用摻雜光纖作為激光器的激勵(lì)物質(zhì)，利用相移取樣光柵構(gòu)成光纖激光器的諧振腔，進(jìn)行雙峰濾波及模式選擇，最后得到雙波長(zhǎng)激光輸出。本發(fā)明的特點(diǎn)：改變插入相移的大小和位置，會(huì)對(duì)激光器的輸出波長(zhǎng)和閾值大小產(chǎn)生影響。固定相移位置，改變相移大小，其波長(zhǎng)會(huì)隨著插入相移量的減少或增大向短波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)移動(dòng)；改變相移位置，固定相移大小，激光器的閾值會(huì)隨著相移位置偏離光柵中點(diǎn)的大小而改變。
【專利說明】基于相移取樣光柵的雙波長(zhǎng)光纖激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖光柵和光纖激光器領(lǐng)域，具體涉及相移取樣光柵的雙波長(zhǎng)光纖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年，隨著光纖通信技術(shù)以及光纖激光器的進(jìn)一步發(fā)展，除了高功率光纖激光器是國際研究一大熱點(diǎn)，對(duì)于雙波長(zhǎng)光纖激光器的研究也越來越引人注目，顧名思義，雙波長(zhǎng)光纖激光器即全光器件構(gòu)成的以光纖為主要傳輸媒介的輸出波長(zhǎng)通道數(shù)量為兩通道的激光器，因其在光傳感、波分復(fù)用、微波和毫米波的產(chǎn)生、光譜測(cè)量等領(lǐng)域顯示出的優(yōu)越性能，受到廣泛的關(guān)注。目前應(yīng)用相移光柵或取樣光柵構(gòu)成的雙波長(zhǎng)激光器，其優(yōu)點(diǎn)是波長(zhǎng)間隔穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)緊湊，便于攜帶等。本發(fā)明中利用的是相移取樣光柵，其相比于相移光柵和取樣光柵結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)更加窄帶的濾波，更加有利于激光模式的選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種產(chǎn)生雙波長(zhǎng)光纖激光器的裝置和實(shí)現(xiàn)方法。
[0004]該激光器將相移取樣光柵刻寫在摻雜光纖上，利用摻雜光纖作為激光器的激勵(lì)物質(zhì)，利用相移取樣光柵構(gòu)成光纖激光器的諧振腔，進(jìn)行雙峰濾波及模式選擇，最后得到雙波長(zhǎng)激光輸出。
[0005]本發(fā)明提供的基于相移取樣光柵的雙波長(zhǎng)光纖激光器(見圖1)，包括泵浦源(I)、隔離器(2)、相移取樣光柵構(gòu)成的激光器諧振腔(3)，泵浦源的輸出端與隔離器的輸入端口(2-1)相連接；隔離器的輸出端口(2-2)與相移取樣光柵構(gòu)成的激光器諧振腔(3)的一端相連接，相移取樣光柵構(gòu)成的激光器諧振腔(3)的另一端為該激光器的輸出端。
[0006]所述的相移取樣光柵是在一個(gè)取樣光柵上插入相移P構(gòu)成，該取樣光柵由一個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)1的均勻光纖光柵和一個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)2的無光柵光纖交替分布構(gòu)成，其中L2無光柵光纖的等效相移為η，上述的相移P位于取樣光柵的柵區(qū)內(nèi)，且插入位置使左右柵區(qū)長(zhǎng)度相等分別為 0.SL1，其具體結(jié)構(gòu)為:L2 L1 L20.5 L1P 0.SL1 L2 L1 L2 L1*"，見圖 2。
[0007]所述的相移取樣光柵中，無光柵光纖等效π相移指相移量為π的奇數(shù)倍，其相移量由公式4 inrffL2/λ決定，nrff是有效折射率，L2是無光柵光纖的長(zhǎng)度，λ是激光器中振蕩波長(zhǎng)。
[0008]以上所述的基于相移取樣光柵的雙波長(zhǎng)光纖激光器的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟:
(I)將相移取樣光柵刻寫在高濃度摻雜光纖上，作為諧振腔接入到激光器的結(jié)構(gòu)中，泵浦源輸出的泵浦光經(jīng)過隔離器后輸入到由相移取樣光柵構(gòu)成的激光器諧振腔結(jié)構(gòu)中，隔離器的作用是保護(hù)泵浦源不受激光器諧振腔中輸出的激光的影響。
[0009](2)摻雜光纖作為增益介質(zhì)，在泵浦源輸出的泵浦光作用下實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，摻雜光纖上的相移取樣光柵的主要作用是雙峰濾波及激光模式選擇，它能夠?qū)す馄髦C振腔內(nèi)存在的光波進(jìn)行選頻，從而得到雙波長(zhǎng)激光的輸出。[0010](3)當(dāng)激光器諧振腔內(nèi)的增益大于損耗時(shí)，激光器起振；當(dāng)泵浦光大于激光器閾值時(shí)，輸出雙波長(zhǎng)激光。
[0011]上述步驟(I)和(2)中所說的相移取樣光柵所插入相移P的位置不變，改變插入相移P的大小時(shí)，會(huì)影響相移取樣光柵中透射峰的位置，進(jìn)而影響輸出的雙波長(zhǎng)激光器的輸出波長(zhǎng)。當(dāng)插入的相移量為η時(shí)，透射峰位于反射帶寬的中央，當(dāng)相移量減小時(shí)，透射峰會(huì)向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)；當(dāng)相移量增大時(shí)，透射峰會(huì)向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)。激光器輸出的波長(zhǎng)會(huì)隨著相移P的大小而變化，但波長(zhǎng)間隔不變。
[0012]上述步驟(I)和(2)中所說的相移取樣光柵所插入相移P的大小不變，改變插入相移P的位置，會(huì)影響相移取樣光柵的透射峰透射率大小，進(jìn)而影響輸出的雙波長(zhǎng)激光器的閾值。當(dāng)相移P位置位于光柵中點(diǎn)時(shí)，相移取樣光柵的透射率最大，激光器的閾值最低，當(dāng)相移P位置偏離光柵中點(diǎn)變化較小時(shí)，透射率變化較小，激光器的閾值較低，當(dāng)相移P位置偏離光柵中點(diǎn)變化較大時(shí)，其透射率會(huì)嚴(yán)重?fù)p耗，激光器的閾值較大。
[0013]上述步驟(2)中所說的相移取樣光柵的雙峰濾波特性及激光模式選擇實(shí)現(xiàn)過程為:等效相移為H的多周期取樣光柵具有兩個(gè)反射率較高的反射窗口，在該取樣光柵上再插入相移，可在原有的雙波長(zhǎng)反射譜內(nèi)，打開窄帶的透射窗口，實(shí)現(xiàn)更加窄帶的雙波長(zhǎng)濾波，更加有利于激光模式的選擇。
[0014]本發(fā)明的原理:
由激光器原理可知，激光的輸出是由諧振腔的反射譜、激勵(lì)物質(zhì)的增益譜及可在諧振腔中存在的光波的模式所決定的。在本發(fā)明中，摻雜光纖的增益譜為激勵(lì)物質(zhì)的增益譜和相移取樣光柵的光譜決定了可在諧振腔中可振蕩的模式。由于摻雜光纖的增益譜很寬，所以本發(fā)明中的雙波長(zhǎng)光纖激光器的輸出由取樣光柵的反射譜和相移取樣光柵透射譜共同決定。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
(I)本發(fā)明在高濃度摻雜光纖上刻寫的相移取樣光柵激光器腔短，體積??；(2)本發(fā)明設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易靈活，外界影響因素少，插入損耗低；(3)本發(fā)明可以通過調(diào)整設(shè)計(jì)相移取樣光柵的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同雙波長(zhǎng)激光輸出；(4)本發(fā)明由于在取樣光柵中插入相移點(diǎn)，因而可以得到更加窄帶的雙波長(zhǎng)濾波，從而可以更加有利于單縱模光纖激光器的實(shí)現(xiàn)。
[0016]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1-泵浦源，2-隔離器，3-相移取樣光柵構(gòu)成的激光器諧振腔，2-1為隔離器的輸入端口，2-2為隔離器的輸出端口。
[0018]圖2為圖1中相移取樣光柵結(jié)構(gòu)示意圖。P代表在光柵中插入的相移量；其中T1為取樣周期；u為取樣光柵中均勻光柵長(zhǎng)度；l2為取樣光柵中無光柵光纖長(zhǎng)度,其等效相移為π相移。
[0019]圖3為本發(fā)明光纖激光器相移取樣光柵的結(jié)構(gòu)I示意圖，其中P1點(diǎn)所在柵區(qū)的左右取樣光柵相等且均為7倍取樣周期，相移量大小為π ;其中T1為取樣周期；L1S取樣光柵中均勻光柵山2為取樣光柵中無光柵光纖，其等效相移為π相移。
[0020]圖4為本發(fā)明光纖激光器相移取樣光柵的結(jié)構(gòu)II示意圖，其中P2點(diǎn)所在柵區(qū)的左右取樣光柵相等且均為7倍取樣周期，相移量大小為0.8 π ;其中T1為取樣周期；L1為取樣光柵中均勻光柵山2為取樣光柵中無光柵光纖,其等效相移為31相移。
[0021]圖5為本發(fā)明光纖激光器相移取樣光柵的結(jié)構(gòu)III示意圖，其中P3點(diǎn)所在柵區(qū)的左右取樣光柵相等且均為7倍取樣周期，相移量大小為1.2 π ;其中T1為取樣周期A1為取樣光柵中均勻光柵；L2為取樣光柵中無光柵光纖,其等效相移為31相移。
[0022]圖6為本發(fā)明光纖激光器相移取樣光柵的結(jié)構(gòu)II示意圖，其中P點(diǎn)所在柵區(qū)的左右取樣光柵分別為6倍和8倍取樣周期，相移量大小為π ;其中T1為取樣周期；L1為取樣光柵中均勻光柵；L2為取樣光柵中無光柵光纖,其等效相移為31相移。
[0023]圖7為本發(fā)明光纖激光器相移取樣光柵的結(jié)構(gòu)II示意圖，其中P點(diǎn)所在柵區(qū)的左右取樣光柵分別為7倍和9倍取樣周期，相移量大小為π ;其中T1為取樣周期A為取樣光柵中均勻光柵；L2為取樣光柵中無光柵光纖,其等效相移為31相移。
[0024]圖8為均為7倍取樣周期，插入相移量大小為π時(shí)的激光器輸出頻譜圖。
[0025]圖9為均為7倍取樣周期，插入相移量大小為0.8 π時(shí)的激光器輸出頻譜圖。
[0026]圖10為均為7倍取樣周期，插入相移量大小為1.2 π時(shí)的激光器輸出頻譜圖。
[0027]圖11為6倍和8倍取樣周期，插入相移量大小為π時(shí)的激光器輸出頻譜圖。
[0028]圖12為7倍和9倍取樣周期，插入相移量大小為π時(shí)的激光器輸出頻譜圖。
[0029]
【具體實(shí)施方式】
[0030]如圖1所示，基于相移取樣光柵的雙波長(zhǎng)光纖激光器，包括泵浦源(I)、隔離器
(2)、相移取樣光柵構(gòu)成的激光器諧振腔(3)，泵浦源的輸出端與隔離器的輸入端口(2-1)相連接；隔離器的輸出端口(2-2)與相移取樣光柵構(gòu)成的激光器諧振腔(3)的一端相連接，相移取樣光柵構(gòu)成的激光器諧振腔(3 )的另一端為該激光器的輸出端。
[0031]本發(fā)明中的泵浦源(I)為980nm泵浦源，隔離器(2)為980nm/C波段光波分復(fù)用器(即WDM),相移取樣光柵構(gòu)成的激光器諧振腔(3)為在鉺鐿共摻光纖上形成的激光器諧振腔結(jié)構(gòu)。
[0032]圖中，泵浦源(I)提供980nm連續(xù)泵浦光；WDM (2)起到對(duì)1550nm和980nm的光波耦合與分束的作用，并對(duì)產(chǎn)生的激光器起隔離作用；相移取樣光柵是在鉺鐿共摻光纖上刻寫的，不僅作為諧振腔而且起到選頻作用。
[0033]如圖2所示，相移取樣光柵是在一段光纖中先進(jìn)行取樣然后再在取樣光柵中插入一個(gè)相移構(gòu)成的，每個(gè)取樣光柵均為均勻取樣光柵，每個(gè)取樣周期由均勻光柵部分和無光柵光纖部分組成，其占空比為0.75。
[0034]實(shí)施例1，
980nm連續(xù)泵浦光(I)從WDM (2)的980nm端口輸入，泵浦光(I)通過WDM (2)傳輸?shù)?80nm/1550nm端口輸出并進(jìn)入刻寫了相移取樣光柵的鉺鐿共摻光纖上。
[0035]相移取樣光柵結(jié)構(gòu)I (見圖3),其中刻寫在鉺鐿共摻光纖上的相移取樣光柵參數(shù)為:光柵周期為530.47nm，有效折射率1.46，取樣周期為4000個(gè)光柵周期，取樣長(zhǎng)度為3000.425個(gè)光柵周期，14個(gè)取樣周期，相移插入點(diǎn)所在柵區(qū)兩側(cè)的取樣光柵長(zhǎng)度相等且都為取樣周期的7倍，相移量大小為π，占空比為75%，此結(jié)構(gòu)的激光器輸出譜見附圖8。[0036]實(shí)施例2，
980nm連續(xù)泵浦光(I)從WDM (2)的980nm端口輸入，泵浦光(I)通過WDM (2)傳輸?shù)?80nm/1550nm端口輸出并進(jìn)入刻寫了相移取樣光柵的鉺鐿共摻光纖上。
[0037]相移取樣光柵結(jié)構(gòu)II (見圖4),其中刻寫在鉺鐿共摻光纖上的相移取樣光柵參數(shù)為:光柵周期為530.Alxm,有效折射率1.46，取樣周期為4000個(gè)光柵周期，取樣長(zhǎng)度為3000.425個(gè)光柵周期，14個(gè)取樣周期，相移插入點(diǎn)所在柵區(qū)兩側(cè)的取樣光柵長(zhǎng)度相等且都為取樣周期的7倍，相移量大小為0.8 π，占空比為75%，此結(jié)構(gòu)的激光器輸出譜見附圖9。
[0038]實(shí)施例3，
980nm連續(xù)泵浦光(I)從WDM (2)的980nm端口輸入，泵浦光(I)通過WDM (2)傳輸?shù)?80nm/1550nm端口輸出并進(jìn)入刻寫了相移取樣光柵的鉺鐿共摻光纖上。
[0039]相移取樣光柵結(jié)構(gòu)III (見圖5),其中刻寫在鉺鐿共摻光纖上的相移取樣光柵參數(shù)為:光柵周期為530.47nm，有效折射率1.46，取樣周期為4000個(gè)光柵周期，取樣長(zhǎng)度為3000.425個(gè)光柵周期，14個(gè)取樣周期，相移插入點(diǎn)所在柵區(qū)兩側(cè)的取樣光柵長(zhǎng)度相等且都為取樣周期的7倍，相移量大小為1.2 π，占空比為75%，此結(jié)構(gòu)的激光器輸出譜見附圖10。
[0040]實(shí)施例4，
980nm連續(xù)泵浦光(I)從WDM (2)的980nm端口輸入，泵浦光(I)通過WDM (2)傳輸?shù)?80nm/1550nm端口輸出并進(jìn)入刻寫了相移取樣光柵的鉺鐿共摻光纖上。
[0041]相移取樣光柵結(jié)構(gòu)IV (見圖6),其中刻寫在鉺鐿共摻光纖的相移取樣光柵參數(shù)為:光柵周期為530.47nm，有效折射率1.46，取樣周期為4000個(gè)光柵周期，取樣長(zhǎng)度為3000.425個(gè)光柵周期，14個(gè)取樣周期，相移插入點(diǎn)所在柵區(qū)兩側(cè)的取樣光柵長(zhǎng)度分別為取樣周期的6倍和8倍，插入相移量大小為π，此結(jié)構(gòu)的激光器輸出譜見圖11。
[0042]實(shí)施例5，
980nm連續(xù)泵浦光(I)從WDM (2)的980nm端口輸入，泵浦光(I)通過WDM (2)傳輸?shù)?80nm/1550nm端口輸出并進(jìn)入刻寫了相移取樣光柵的鉺鐿共摻光纖上。
[0043]相移取樣光柵結(jié)構(gòu)V (見圖7),其中刻寫在鉺鐿共摻光纖上的相移取樣光柵參數(shù)為:光柵周期為530.47nm，有效折射率1.46，取樣周期為4000個(gè)光柵周期，取樣長(zhǎng)度為3000.425個(gè)光柵周期，16個(gè)取樣周期，相移插入點(diǎn)所在柵區(qū)兩側(cè)的取樣光柵長(zhǎng)度分別為取樣周期的7倍和9倍，插入相移量大小為π，此結(jié)構(gòu)的激光器輸出譜見圖12。
【權(quán)利要求】
1.一種基于相移取樣光柵的雙波長(zhǎng)光纖激光器，包括泵浦源(I)、隔離器(2)、相移取樣光柵構(gòu)成的激光器諧振腔結(jié)構(gòu)(3)，泵浦源的輸出端與隔離器的輸入端口(2-1)相連接；隔離器的輸出端口(2-2)與相移取樣光柵構(gòu)成的激光器諧振腔結(jié)構(gòu)(3)的一端相連接；相移取樣光柵構(gòu)成的激光器諧振腔結(jié)構(gòu)(3)的另一端為該激光器的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相移取樣光柵的雙波長(zhǎng)光纖激光器，其特征是上述的相移取樣光柵是在一個(gè)取樣光柵上插入相移P構(gòu)成，該取樣光柵由一個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)1的均勻光纖光柵和一個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)2的無光柵光纖交替分布構(gòu)成,其中L2無光柵光纖的等效相移為π ,上述的相移P位于取樣光柵的柵區(qū)內(nèi)，且插入位置使左右柵區(qū)長(zhǎng)度相等分別為0.SL1，其具體結(jié)構(gòu)為:...L1 L2 L1 L20.5 L1P 0.SL1 L2 L1 L2 L1 …。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于相移取樣光柵的雙波長(zhǎng)光纖激光器,其特征在于所述的相移取樣光柵中無光柵光纖等效η相移指相移量為η的奇數(shù)倍，其相移量由公式4 n neffL2/ λ決定，neff是有效折射率，L2是無光柵光纖的長(zhǎng)度，λ是激光器中振蕩波長(zhǎng)。
4.一種權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的雙波長(zhǎng)光纖激光器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于該方法包括以下步驟: (1)將相移取樣光柵刻寫在高濃度摻雜光纖上，作為諧振腔接入到激光器的結(jié)構(gòu)中，泵浦源輸出的泵浦光經(jīng)過隔離器后輸入到由相移取樣光柵構(gòu)成的激光器諧振腔結(jié)構(gòu)中，隔離器的作用是保護(hù)泵浦源不受激光器諧振腔中輸出的激光的影響； (2)上述的摻雜光纖作為增益介質(zhì)， 在泵浦源輸出的泵浦光作用下實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，摻雜光纖上的相移取樣光柵的主要作用是雙峰濾波，它能夠?qū)す馄髦C振腔內(nèi)存在的光波進(jìn)行選頻，從而得到雙波長(zhǎng)激光的輸出； (3)當(dāng)激光器諧振腔內(nèi)的增益大于損耗時(shí)，激光器起振；當(dāng)泵浦光大于激光器閾值時(shí)，輸出雙波長(zhǎng)激光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟(I)和(2)中所述的相移取樣光柵所插入相移P的位置不變，改變插入相移P的大小時(shí)，會(huì)改變相移取樣光柵中透射峰的位置，進(jìn)而影響輸出的雙波長(zhǎng)激光器的輸出波長(zhǎng)；當(dāng)插入的相移量為η時(shí)，透射峰位于反射帶寬的中央，當(dāng)相移量減小或增大時(shí)，透射峰會(huì)向長(zhǎng)波長(zhǎng)或短波長(zhǎng)方向移動(dòng)；激光器輸出的波長(zhǎng)會(huì)隨著相移P的大小而變化，但波長(zhǎng)間隔不變。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟(I)和(2)中所述的相移取樣光柵所插入相移P的大小不變，改變插入相移P的位置時(shí)，會(huì)影響相移取樣光柵的透射峰透射率大小，進(jìn)而影響輸出的雙波長(zhǎng)激光器的閾值；當(dāng)相移P位置位于光柵中點(diǎn)時(shí)，相移取樣光柵的透射率最大，激光器的閾值最低，當(dāng)相移P位置偏離光柵中點(diǎn)變化較小時(shí)，透射率變化較小，激光器的閾值較低，當(dāng)相移P位置偏離光柵中點(diǎn)變化較大時(shí)，其透射率會(huì)嚴(yán)重?fù)p耗，激光器的閾值較大。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述的相移取樣光柵的雙峰濾波特性及激光模式選擇實(shí)現(xiàn)過程為:等效相移為η的多周期取樣光柵具有兩個(gè)反射率較高的反射窗口，在該取樣光柵上再插入相移，能夠在原有的雙波長(zhǎng)反射譜內(nèi)，打開窄帶的透射窗口，實(shí)現(xiàn)更加窄帶的雙波長(zhǎng)濾波，更加有利于激光模式的選擇。
【文檔編號(hào)】H01S3/08GK103441414SQ201310326375
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】張愛玲, 何培棟 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)