一種采用c波段摻鉺光纖產(chǎn)生c+l波段的寬帶光源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種采用C波段摻鉺光纖產(chǎn)生C+L波段的寬帶光源系統(tǒng)，包括依次連接的一個泵浦源、耦合器、連接至所述耦合器的第二路輸出的第一波分復(fù)用器、分別各自連接至所述第一波分復(fù)用器的第一摻鉺光纖和第二摻鉺光纖、連接至所述第一摻鉺光纖的第二波分復(fù)用器、連接至所述第二波分復(fù)用器的第一路輸出的環(huán)形鏡、以及連接至所述第一波分復(fù)用器的隔離器，其中所述第二波分復(fù)用器的第二路輸出連接至所述耦合器的第一路輸出，所述第一摻鉺光纖和第二摻鉺光纖的長度不同但摻雜濃度相同，所述耦合器的第一路輸出的功率小于第二輸出的功率。本發(fā)明的單端泵浦光譜補償?shù)母咂教笴+L波段寬帶光源結(jié)構(gòu)簡單，具有較低成本，并且可以獲得高平坦光輸出的ASE光源，其具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。
【專利說明】—種采用C波段摻鉺光纖產(chǎn)生C+L波段的寬帶光源系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光器領(lǐng)域，特別涉及一種采用C波段摻鉺光纖產(chǎn)生C+L波段的寬帶光源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖激光器作為一種具有廣闊應(yīng)用前景的激光光源，具有寬帶可調(diào)諧、較高的信噪比、較窄的輸出激光線寬等優(yōu)勢，可廣泛地應(yīng)用于光纖傳感、光纖通信、光學(xué)加工等領(lǐng)域。光纖激光器由泵浦源、諧振腔和增益介質(zhì)三部分構(gòu)成。
[0003]目前,放大的自發(fā)福射光源(Amplified Spontaneous Emission,ASE)具有高平坦度、輸出光譜寬、高的輸出功率、長久的使用壽命等優(yōu)勢，在光通信、光纖傳感、光器件測試等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前市場化的寬帶光源多為超輻射發(fā)光二極管，而基于稀土摻雜鉺光纖放大自發(fā)輻射(ASE)的寬帶光源由于具有內(nèi)在極寬的發(fā)射譜、高的輸出功率、易于與光纖系統(tǒng)耦合和使用壽命長等優(yōu)點，從而成為制作非相干寬帶光源的最佳選擇。這使得稀土摻雜寬帶光源的研究更加迫切。
[0004]目前，國內(nèi)對于寬帶C+L波段ASE光源研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，采用雙級雙程、三級雙泵浦等結(jié)構(gòu)，結(jié)合多級不同濃度的摻鉺光纖(Erbium-Doped OpticalFiber, EDF)已經(jīng)實現(xiàn)C+L波段ASE輸出。2004年南開大學(xué)高偉清等人在1539.2-1600.6nm光譜范圍內(nèi)實現(xiàn)平坦度±2.8dB光輸出；2007年集美大學(xué)王秀琳等人采用雙通道輸出結(jié)構(gòu)在1527-1605nm光譜范圍內(nèi)獲得平坦度±2.1dB光輸出；2010年西安石油大學(xué)賈振安等人采用三級雙泵浦結(jié)構(gòu)在1543-1603nm光譜范圍內(nèi)實現(xiàn)平坦度土 1.3dB光輸出。然而，為獲得高平坦C+L波段光輸出，現(xiàn)有技術(shù)中實現(xiàn)的這些系統(tǒng)結(jié)構(gòu)往往采用多個激光二極管(LaserDiode, LD)泵浦源對不同摻雜濃度摻鉺光纖泵浦。另外，針對不同的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中往往還需要插入一個或多個隔離器、環(huán)形鏡等光學(xué)器件，造成C+L波段ASE光源系統(tǒng)復(fù)雜且價格較
蟲
貝ο
[0005]因此，需要一種結(jié)構(gòu)簡單，具有較低成本，并且可以獲得高平坦光輸出的ASE光源，其具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種利用短腔式光纖激光器的輸出縱模特性來精確測量測場的方法和系統(tǒng)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種采用C波段摻鉺光纖產(chǎn)生C+L波段的寬帶光源系統(tǒng)，包括依次連接的一個泵浦源、耦合器、連接至所述耦合器的第二路輸出的第一波分復(fù)用器、分別各自連接至所述第一波分復(fù)用器的第一摻鉺光纖和第二摻鉺光纖、連接至所述第一摻鉺光纖的第二波分復(fù)用器、連接至所述第二波分復(fù)用器的第一路輸出的環(huán)形鏡、以及連接至所述第一波分復(fù)用器的隔離器，其中所述第二波分復(fù)用器的第二路輸出連接至所述耦合器的第一路輸出，所述第一摻鉺光纖和第二摻鉺光纖的長度不同但摻雜濃度相同，所述I禹合器的第一路輸出的功率大于第二路輸出的功率。
[0008]優(yōu)選地，所述泵浦源是激光二極管泵浦源，其中心波長為980nm。
[0009]優(yōu)選地，所述第一摻鉺光纖的長度大于所述第二摻鉺光纖的長度。
[0010]優(yōu)選地,所述第一摻鉺光纖的長度為32m。
[0011]優(yōu)選地，所述第二摻鉺光纖的長度為5m。
[0012]優(yōu)選地，所述泵浦源發(fā)出的泵浦光束通過所述耦合器進(jìn)入所述第一摻鉺光纖進(jìn)行泵浦，形成L波段輸出。
[0013]優(yōu)選地，所述泵浦源發(fā)出的泵浦光束通過所述耦合器進(jìn)入所述第二摻鉺光纖進(jìn)行泵浦，形成C波段輸出。
[0014]優(yōu)選地，所述第一波分復(fù)用器為2X2結(jié)構(gòu)，所述第二波分復(fù)用器為1X2結(jié)構(gòu)。
[0015]優(yōu)選地，所述耦合器的分光比為第一路輸出功率:第二路輸出功率=90:10。
[0016]優(yōu)選地，所述環(huán)形鏡包括耦合器，所述耦合器的分光比為k=0.50。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的單端泵浦光譜補償?shù)母咂教笴+L波段寬帶光源結(jié)構(gòu)簡單，具有較低成本，并且可以獲得高平坦光輸出的ASE光源，其具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。
[0018]應(yīng)當(dāng)理解，前述大體的描述和后續(xù)詳盡的描述均為示例性說明和解釋，并不應(yīng)當(dāng)用作對本發(fā)明所要求保護(hù)內(nèi)容的限制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]參考隨附的附圖，本發(fā)明更多的目的、功能和優(yōu)點將通過本發(fā)明實施方式的如下描述得以闡明，其中:
[0020]圖1示意性示出根據(jù)本發(fā)明的一種采用C波段摻鉺光纖產(chǎn)生C+L波段的寬帶光源系統(tǒng)；
[0021]圖2示出了圖1中的環(huán)形鏡的工作原理圖；
[0022]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一種采用C波段摻鉺光纖產(chǎn)生C+L波段的寬帶光源系統(tǒng)的C+L波段ASE輸出波形圖。
【具體實施方式】
[0023]在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的實施例。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記代表相同或類似的部件，或者相同或類似的步驟。
[0024]通過參考示范性實施例，本發(fā)明的目的和功能以及用于實現(xiàn)這些目的和功能的方法將得以闡明。然而，本發(fā)明并不受限于以下所公開的示范性實施例；可以通過不同形式來對其加以實現(xiàn)。說明書的實質(zhì)僅僅是幫助相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員綜合理解本發(fā)明的具體細(xì)節(jié)。
[0025]針對本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
[0026]本發(fā)明提供了一種采用C波段摻鉺光纖產(chǎn)生C+L波段的寬帶光源系統(tǒng)的自發(fā)輻射寬帶光源，使用單支激光二極管作為泵浦源，采用兩段長度不同但是摻雜濃度完全相同摻鉺光纖作為增益介質(zhì)，結(jié)合一支稱合器、一支全反鏡、兩支波分復(fù)用器、一支隔離器在1540nm-1610nm波段范圍內(nèi)實現(xiàn)光譜高平坦輸出。[0027]圖1示意性示出根據(jù)本發(fā)明的一種采用C波段摻鉺光纖產(chǎn)生C+L波段的寬帶光源系統(tǒng)。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的C+L波段寬帶光源系統(tǒng)100包括依次連接的一個泵浦源101、耦合器102、連接至耦合器102的第二路輸出的第一波分復(fù)用器(WDM)103、分別各自連接至第一波分復(fù)用器(WDM) 103的第一摻鉺光纖(EDF) 104和第二摻鉺光纖(EDF) 105、連接至第一摻鉺光纖104的第二波分復(fù)用器106、連接至第二波分復(fù)用器106的第一路輸出的環(huán)形鏡(FLM)107、以及連接至第一波分復(fù)用器的隔離器108。其中，第二波分復(fù)用器106的第二路輸出連接至耦合器102的第一路輸出。
[0028]泵浦源101優(yōu)選是激光二極管泵浦源，其中心波長優(yōu)選根據(jù)第一摻鉺光纖104和第二摻鉺光纖105的摻雜稀土的吸收譜線來確定。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，泵浦源101的中心波長為980nm。泵浦源101發(fā)出的泵浦光束通過耦合器102分為兩束，通過第二波分復(fù)用器106和第一波分復(fù)用器103分別稱合進(jìn)入摻雜光纖,分別對第一摻鉺光纖104和第二摻鉺光纖105進(jìn)行泵浦。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的光源系統(tǒng)使用相同摻雜濃度的兩段摻鉺光纖就可以實現(xiàn)較高的平坦輸出，同時通過調(diào)整兩段摻鉺光纖的長度可以獲取不同波段的輸出。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第一摻鉺光纖104和第二摻鉺光纖105優(yōu)選為長度不同但摻雜濃度相同的兩段摻鉺光纖，分別用于產(chǎn)生L波段和C波段的自發(fā)輻射寬帶光源光。優(yōu)選地，第一摻鉺光纖103的長度大于第二摻鉺光纖105的長度。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的第一摻鉺光纖104和第二摻鉺光纖105優(yōu)選為低摻雜濃度光纖，根據(jù)一個優(yōu)選實施例，第一摻鉺光纖104和第二摻鉺光纖105在1530和976nm波長處的吸收系數(shù)為2dB/m。
[0031]優(yōu)選地，第一摻鉺光纖103和第二摻鉺光纖105的芯徑均為10/125 μ m。
[0032]第一波分復(fù)用器103優(yōu)選為2X2結(jié)構(gòu)，且工作波長為980/1550nm。第二波分復(fù)用器106優(yōu)選為1X2結(jié)構(gòu)，且工作波長為980/1550nm。
[0033]為了產(chǎn)生L波段光，f禹合器102的分光比按如下方式選擇，即第一路輸出的功率大于第二路輸出的功率，優(yōu)選地，第一路輸出功率:第二路輸出功率=90:10。如圖1所示，第一路輸出A:第二路輸出的B的功率分光比為90:10。
[0034]隔離器108的作用在于防止端面回波對輸出光造成影響。
[0035]圖2示出了圖1中的環(huán)形鏡107的工作原理圖。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的環(huán)形鏡107通過熔接耦合器1071的兩個輸出端制成。當(dāng)信號光Pin從信號輸入端201輸入時，在耦合器1051的兩個輸出端口被分為兩束光，即沿圖中逆時針傳輸?shù)腜1光和沿順時針傳輸?shù)腜2光，這兩束光P1和P2經(jīng)過傳輸后在稱合器1071處相干,從信號輸入端201輸出反射光P,，從信號輸出端202輸出透射光Pt。設(shè)耦合器1071的分光比為k，在忽略耦合器1071本身損耗和光纖損耗的前提下，當(dāng)入射光功率為Pin時，反射功率已和透射功率Pt分別為
[0036]Pr=4k(l_k)Pin (3)
[0037]Pt=d-2k) 2Pin (4)
[0038]由式(3)和⑷可得光纖環(huán)形鏡的反射率R和透射率T分別為
[0039]R=4k(l-k) (5)
[0040]T= (I_2k)2 (6)
[0041]因此當(dāng)分光比k=0.50時，R=I，T=0，環(huán)形鏡105具有最高反射率，起到環(huán)形射鏡的作用。因此，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，環(huán)形鏡107中的耦合器1071的分光比為50:50，即分光比k=0.50。環(huán)形鏡107的工作波長優(yōu)選為1550nm。
[0042]回到圖1，第一摻鉺光纖104的作用是產(chǎn)生前向(如圖1所示的L方向)L波段ASE輸出，由于L波段光輸出產(chǎn)生是二次吸收過程，相比C波段光輸出要弱很多，因此需要分配較強的抽運光。在圖1中，泵浦源101發(fā)出的泵浦光束通過耦合器102分為兩束，其中輸出功率較強的第一路輸出(如圖1中A所示)經(jīng)第二波分復(fù)用器106對第一摻鉺光纖104進(jìn)行泵浦，產(chǎn)生前向L波段ASE輸出。由于形成L波段光輸出需要二次吸收過程，因此第一摻鉺光纖104需要采用比第二摻鉺光纖105更長的長度。此外，第一摻鉺光纖104和第二摻鉺光纖105的長度更取決于光纖的摻雜濃度、芯徑的匹配程度等光纖的物理參數(shù)。在該泵浦過程中，第一摻鉺光纖104中會形成后向C波段光輸出，可以通過熔接環(huán)形鏡107將其反射回增益介質(zhì)中，以提高利用效率，環(huán)形鏡107優(yōu)選通過熔接分光比為50:50耦合器的兩個輸出端制成。
[0043]耦合器102的第二路功率較小的輸出(如圖1中B所示)通過第一波分復(fù)用器103耦合進(jìn)入第二摻鉺光纖105進(jìn)行泵浦，用于產(chǎn)生后向(如圖1所示的C方向)C波段ASE輸出，該第二摻鉺光纖105起到調(diào)節(jié)C+L波段平坦度的作用。由第一摻鉺光纖104產(chǎn)生的L波段光和第二摻鉺光纖105產(chǎn)生的C波段光通過第一波分復(fù)用器103稱合輸出。
[0044]在制作如圖1所示的根據(jù)本發(fā)明的單端泵浦光譜補償?shù)母咂教笴+L波段寬帶光源系統(tǒng)100時，首先，搭建C+L波段寬帶光源系統(tǒng)100，包括依次連接的一個泵浦源101、耦合器102、連接至耦合器102的第二路輸出的第一波分復(fù)用器103、連接至第一波分復(fù)用器103的第一摻鉺光纖104、連接至第一摻鉺光纖104的第二波分復(fù)用器106、以及連接至第二波分復(fù)用器106的第一路輸出的環(huán)形鏡107。其中，第二波分復(fù)用器106的第二路輸出連接至率禹合器102的第一路輸出。
[0045]在該搭建過程中，首先不熔接第二摻鉺光纖105，僅使用第一摻鉺光纖104產(chǎn)生L波段ASE輸出，通過調(diào)整第一摻鉺光纖104的長度和泵浦源101的泵浦電流獲得平坦的L波段光輸出。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，在200mA泵浦電流條件下，第一摻鉺光纖104采用32m長度可以獲得較平坦的L波段ASE輸出。
[0046]接下來，為了實現(xiàn)C+L波段的平坦輸出，在第一波分復(fù)用器103的其中一支輸出端熔接第二摻鉺光纖105，用于產(chǎn)生后向C波段光輸出，以調(diào)節(jié)C波段和L波段輸出平坦度。第二摻鉺光纖105通過采用不同長度，同時改變泵浦源101的泵浦電流大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)最佳匹配。若第二摻鉺光纖105的長度過長,則C波段光輸出大過L波段光輸出；若第二摻鉺光纖105的長度過短，則C波段光輸出小于L波段光輸出。而是否能實現(xiàn)C+L波段平坦輸出均不依賴于泵浦源的泵浦電流的大小。通過實驗進(jìn)行驗證以及優(yōu)化，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，第二摻鉺光纖105的長度米用5m,第一摻鉺光纖104長度米用32m為最佳長度，在泵浦源101的泵浦電流為210mA時獲得平坦C+L波段ASE光輸出曲線，如圖3所示。特別的，在圖3所示的波形中，在輸出波長為1540-1610nm范圍內(nèi)，平坦度達(dá)到了小于0.472dB，在1520-1610nm范圍內(nèi)平坦度小于1.268dB,都較之前的方案有明顯提高。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的單端泵浦光譜補償?shù)母咂教笴+L波段寬帶光源結(jié)構(gòu)簡單，具有較低成本，并且可以獲得高平坦光輸出的ASE光源，其具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。
[0048]結(jié)合這里披露的本發(fā)明的說明和實踐，本發(fā)明的其他實施例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員都是易于想到和理解的。說明和實施例僅被認(rèn)為是示例性的，本發(fā)明的真正范圍和主旨均由權(quán)利要求所限定。
【權(quán)利要求】
1.一種采用C波段摻鉺光纖產(chǎn)生C+L波段的寬帶光源系統(tǒng)，包括依次連接的一個泵浦源、耦合器、連接至所述耦合器的第二路輸出的第一波分復(fù)用器、分別各自連接至所述第一波分復(fù)用器的第一摻鉺光纖和第二摻鉺光纖、連接至所述第一摻鉺光纖的第二波分復(fù)用器、連接至所述第二波分復(fù)用器的第一路輸出的環(huán)形鏡、以及連接至所述第一波分復(fù)用器的隔離器，其中所述第二波分復(fù)用器的第二路輸出連接至所述耦合器的第一路輸出，所述第一摻鉺光纖和第二摻鉺光纖的長度不同但摻雜濃度相同，所述耦合器的第一路輸出的功率大于第二路輸出的功率。
2.如權(quán)利要求1所述的寬帶光源系統(tǒng)，其中所述泵浦源是激光二極管泵浦源，其中心波長為980nm。
3.如權(quán)利要求1所述的寬帶光源系統(tǒng)，其中所述第一摻鉺光纖的長度大于所述第二摻鉺光纖的長度。
4.如權(quán)利要求1或3所述的寬帶光源系統(tǒng)，其中所述第一摻鉺光纖的長度為32m。
5.如權(quán)利要求1或3所述的寬帶光源系統(tǒng)，其中所述第二摻鉺光纖的長度為5m。
6.如權(quán)利要求1所述的寬帶光源系統(tǒng)，其中所述泵浦源發(fā)出的泵浦光束通過所述耦合器進(jìn)入所述第一摻鉺光纖進(jìn)行泵浦，形成L波段輸出。
7.如權(quán)利要求1所述的寬帶光源系統(tǒng)，其中所述泵浦源發(fā)出的泵浦光束通過所述耦合器進(jìn)入所述第二摻鉺光纖進(jìn)行泵浦，形成C波段輸出。
8.如權(quán)利要求1所述的寬帶光源系統(tǒng)，其中所述第一波分復(fù)用器為2X2結(jié)構(gòu)，所述第二波分復(fù)用器為1X2結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的寬帶光源系統(tǒng)，其中所述耦合器的分光比為第一路輸出功率:第二路輸出功率=90:10。
10.如權(quán)利要求1所述的寬帶光源系統(tǒng)，其中所述環(huán)形鏡包括耦合器，所述耦合器的分光比為k=0.50。
【文檔編號】H01S3/0941GK103618202SQ201310659641
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】祝連慶, 駱飛, 何巍, 張蔭民, 董明利, 婁小平 申請人:北京信息科技大學(xué)