一種多波長(zhǎng)多芯光纖激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多波長(zhǎng)多芯光纖激光器，屬于光纖激光器領(lǐng)域。激光器由泵浦光、波分復(fù)用器、多芯摻雜光纖、隔離器、偏振控制器和輸出耦合器構(gòu)成。利用多芯摻雜光纖將增益和濾波功能結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)輸出。本發(fā)明將有效的避免光纖非線性效應(yīng)，同時(shí)充分利用多芯光纖結(jié)構(gòu)高度集成化的優(yōu)點(diǎn)，增加多芯光纖與傳統(tǒng)光纖器件的兼容性，具有輸出功率高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗干擾性更強(qiáng)的特點(diǎn)。
【專利說明】
一種多波長(zhǎng)多芯光纖激光器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于光纖激光器領(lǐng)域，涉及一種多波長(zhǎng)多芯光纖激光器，利用多芯摻雜光 纖實(shí)現(xiàn)增益和濾波功能，達(dá)到抑制非線性效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)和高功率輸出的目的。
【背景技術(shù)】
[0002] 多波長(zhǎng)光纖激光器在波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)、光測(cè)試儀器、光纖傳感及光譜分析 方面是極有吸引力的光源，近年來成為大家的研究熱點(diǎn)。通常，多波長(zhǎng)光纖激光器要求具有 高輸出功率、波長(zhǎng)間隔可調(diào)、輸出波長(zhǎng)數(shù)目足夠多、結(jié)構(gòu)緊湊和性能穩(wěn)定的特性。傳統(tǒng)單模 光纖(single mode fiber，SMF)的非線性效應(yīng)，限制了光纖激光器的功率進(jìn)一步提高。在 多波長(zhǎng)光纖激光器中，通常需要借助梳狀濾波器完成多波長(zhǎng)選模，如在腔內(nèi)加入法布里-珀 羅標(biāo)準(zhǔn)具、馬赫-澤德干涉儀、光纖光柵及sagnac環(huán)濾波器等，這些濾波技術(shù)使用外部元件， 不僅引入了更多的插入損耗，同時(shí)增加了濾波器的復(fù)雜性，降低了激光器的穩(wěn)定性。
[0003] 與SMF相比，多芯光纖(multi-core fibers, MCF)的結(jié)構(gòu)高度集成化，在同一包層 內(nèi)含有多個(gè)纖芯，且每個(gè)纖芯均為單模傳輸，其總的有效模場(chǎng)面積大，能有效降低非線性和 提高激光器的輸出功率。MCF中多個(gè)超模同時(shí)放大和輻射，可以利用多個(gè)超模的增益，同時(shí) 由于纖芯的耦合作用，多超模之間產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉效應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的為了克服現(xiàn)有多波長(zhǎng)光纖激光器引入濾波器件和輸出功率較低的 問題，提出一種多波長(zhǎng)多芯光纖激光器，利用多芯摻雜光纖作為增益介質(zhì)，同時(shí)利用多芯摻 雜光纖中多超模之間的干涉效應(yīng)實(shí)現(xiàn)濾波功能，將增益和濾波集中在一根光纖上，實(shí)現(xiàn)高 功率多波長(zhǎng)光纖激光輸出，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可集成化和穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種多波長(zhǎng)多芯光纖激光器，激光器為環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu)，由 栗浦光、波分復(fù)用器、多芯摻雜光纖、隔離器、偏振控制器和輸出親合器構(gòu)成，由多芯摻雜光 纖實(shí)現(xiàn)增益和濾波功能。激光腔內(nèi)所有元件之間的連接均為標(biāo)準(zhǔn)單模光纖。其特征在于:所 述的栗浦光經(jīng)波分復(fù)用器耦合到多芯摻雜光纖，產(chǎn)生多個(gè)超模激光，經(jīng)過多超模之間的耦 合作用形成干涉光譜。所述隔離器輸入端與多芯光纖熔接，輸出端與偏振控制器的輸入端 熔接。所述輸出耦合器的輸入端與與偏振控制器的輸出端熔接，直接輸出端與波分復(fù)用器 的另一個(gè)輸入端熔接，耦合輸出端用于激光輸出。
[0006] 進(jìn)一步所述多芯摻雜光纖為纖芯耦合型多芯單模摻鐿光纖或者纖芯耦合型多芯 單模摻鉺光纖;外包層是圓形或者多邊形，纖芯數(shù)量為奇數(shù)且大于3，纖芯排列呈中心對(duì)稱 分布，其中一個(gè)纖芯位于光纖的中心;位于多芯摻雜光纖中心的纖芯直徑等于或接近單模 光纖的纖芯直徑，多芯光纖的外徑與傳統(tǒng)單模光纖相近(約為125μπι)。
[0007] 進(jìn)一步所述所述多芯摻雜光纖的最小長(zhǎng)度等于栗浦吸收系數(shù)的倒數(shù)；同時(shí)多芯摻 雜光纖長(zhǎng)度又以均勻穩(wěn)定的干涉光透過率最高時(shí)所對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度為最佳長(zhǎng)度。
[0008] 進(jìn)一步所述SMF的纖芯與多芯摻雜光纖中心纖芯與對(duì)準(zhǔn)熔接。
[0009] 進(jìn)一步所述SMF為雙包層光纖，栗浦光經(jīng)SMF包層栗浦多芯摻雜光纖，以保證各個(gè) 纖芯均勻栗浦。
[00?0] 進(jìn)一步所述栗浦光的中心波長(zhǎng)為976nm或915nm;多芯摻雜光纖為多芯摻鐿光纖； 波分復(fù)用器的入射端口中心波長(zhǎng)與栗浦光中心波長(zhǎng)一致，帶寬為lOnm，反射端口反射波長(zhǎng) 范圍為1000nm~1100nm;隔離器的帶寬為900nm~llOOnm，為保偏型或非保偏型；輸出耦合器 的工作波長(zhǎng)在lOOOnm~llOOnm范圍，輸出比的范圍為5%~95%。
[0011] 進(jìn)一步所述栗浦光的中心波長(zhǎng)為976nm或1480nm;波分復(fù)用器的入射端口中心波 長(zhǎng)與栗浦光中心波長(zhǎng)一致，帶寬為l〇nm，反射端口反射波長(zhǎng)范圍為1500nm~1600nm;多芯摻 雜光纖為多芯摻餌光纖;隔離器的帶寬為1500nm~1600nm，為保偏型或非保偏型;輸出耦合 器工作波長(zhǎng)在1500nm~1600nm范圍，輸出比的范圍為5%~95%。
[0012] 本發(fā)明使用多芯摻雜光纖作為激光器的增益介質(zhì)和濾波器件，可有效的降低非線 性的影響，提高輸出功率，同時(shí)降低激光器的復(fù)雜性。與以往報(bào)道的同相位超模多芯光纖激 光器相比，本發(fā)明可以同時(shí)利用多個(gè)超模的增益，使激光器輸出功率更高，同時(shí)又可以充分 發(fā)揮多芯光纖的結(jié)構(gòu)高度集成化的優(yōu)點(diǎn)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明實(shí)例中多波長(zhǎng)多芯光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2是本發(fā)明實(shí)例中單模光纖和多芯摻雜光纖連接示意圖。
[0015] 圖3為實(shí)驗(yàn)測(cè)量多芯光纖的傳輸光譜。
[0016] 圖中：1、栗浦光，2、波分復(fù)用器，3、多芯摻雜光纖，4、隔離器，5、偏振控制器，6、輸 出親合器。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：圖1所示為本發(fā)明的一種多波長(zhǎng)多 芯光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖。栗浦光1通過波分復(fù)用器2輸入到激光腔，經(jīng)多芯摻雜光纖3產(chǎn)生 多個(gè)超模信號(hào)光并產(chǎn)生多超模干涉光譜后，依次通過隔離器4、偏振控制器5和輸出耦合器 6,再回到波分復(fù)用器2,在環(huán)形腔內(nèi)振蕩，產(chǎn)生激光。腔內(nèi)所有元件之間經(jīng)過SMF連接，SMF與 多芯摻雜光纖3的中心纖芯對(duì)準(zhǔn)熔接。栗浦光中心波長(zhǎng)為976nm或915nm，通過SMF耦合到七 芯單模摻鐿光纖，圖2為SMF與七芯單模摻鐿光纖連接示意圖，SMF與七芯單模摻鐿光纖的中 心纖芯對(duì)準(zhǔn)熔接，SMF纖芯尺寸與多芯摻雜光纖的單個(gè)纖芯匹配，經(jīng)過SMF包層栗浦，在七芯 單模摻鐿光纖內(nèi)內(nèi)激勵(lì)起多個(gè)超模(SM)，經(jīng)過纖芯之間的耦合，形成多超模干涉。本實(shí)施例 中，七芯單模摻鐿光纖的包層栗浦吸收系數(shù)約為對(duì)應(yīng)著多芯摻雜光纖3的 最低長(zhǎng)度1^70(^，以保證栗浦光的有效吸收。圖3為實(shí)驗(yàn)測(cè)量多芯光纖的傳輸光譜，多芯摻 雜光纖的長(zhǎng)度為lm。理論上，七芯光光纖存在7個(gè)本征超模，假設(shè)只有相鄰的纖 芯之間才能發(fā)生耦合，纖芯之間的互耦合系數(shù)用表示，透射譜可以近似表示為
t表示信號(hào)波長(zhǎng)，N是傳導(dǎo)的超模數(shù)量。格％分 別是傳導(dǎo)超模學(xué)心和_的耦合系數(shù)，
代表兩個(gè)耦合超模的相位 差，L為多芯摻雜光纖的長(zhǎng)度，^為超模的有效折射率。通過調(diào)節(jié)偏振控制器5,激光腔在 干涉峰值處產(chǎn)生激光振蕩，因此多芯摻雜光纖起到濾波器的作用，完成多波長(zhǎng)選模，可以實(shí) 現(xiàn)對(duì)激射波長(zhǎng)的頻譜和數(shù)目的控制輸出。隔離器4為寬帶隔離器，帶寬為900nm~llOOnm，其 作用是為了保證激光單向傳輸。輸出耦合器6的輸出比的范圍為5%~95%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多波長(zhǎng)多芯光纖激光器，其特征在于：激光器為環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，其包括分復(fù)用器 (2 )、多芯摻雜光纖(3)、隔離器(4)、偏振控制器(5 )和作為輸出的親合器(6 );激光腔內(nèi)所有 元件之間連接均為單模光纖，以保證模場(chǎng)匹配和與傳統(tǒng)光纖元件兼容;栗浦光（1)通過波分 復(fù)用器(2)耦合到多芯摻雜光纖(3)，產(chǎn)生多超模輻射，由于纖芯之間的耦合作用，多超模之 間發(fā)生干涉，多芯摻雜光纖(3)輸出干涉光譜;所述偏振控制器(5)的輸入端與隔離器(4)輸 入端熔接，輸出端與輸出耦合器(6)的輸入端熔接，通過調(diào)節(jié)偏振控制器(5)，選擇不同干涉 峰值波長(zhǎng)的光在環(huán)形腔內(nèi)振蕩，形成多波長(zhǎng)激光；隔離器(4)為寬帶隔離器;所述輸出耦合 器(6)輸出比的范圍為5%~95%，輸入端與隔離器(4)的輸出端熔接，直接輸出端和波分復(fù)用 器(2)的另一個(gè)輸入端連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多波長(zhǎng)多芯光纖激光器，其特征在于:所述的栗浦光（1) 中心波長(zhǎng)為976nm或915nm;波分復(fù)用器(2)入射端口中心波長(zhǎng)與栗浦光中心波長(zhǎng)一致，帶寬 為IOnm,反射端口反射波長(zhǎng)范圍為1000 nm~IlOOnm;多芯摻雜光纖(3)摻雜稀土元素鐿離子； 所述隔離器(4)的帶寬為900nm~llOOnm，為保偏型或非保偏型;輸出耦合器(6)工作波長(zhǎng)在 1000 nm~IlOOnm 范圍。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多波長(zhǎng)多芯光纖激光器，其特征在于:所述的栗浦光（1) 中心波長(zhǎng)為976nm或1480nm;波分復(fù)用器(2)入射端口中心波長(zhǎng)與栗浦光中心波長(zhǎng)一致，帶 寬為l〇nm，反射端口反射波長(zhǎng)范圍為1500nm~1600nm;多芯摻雜光纖(3)摻雜稀土元素鉺離 子;所述隔離器(4)的帶寬為1500nm~1600nm，為保偏型或非保偏型;輸出耦合器(6)工作波 長(zhǎng)在1500nm~1600nm范圍。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多波長(zhǎng)多芯光纖激光器，其特征在于:所述的多芯摻雜光 纖（3)為纖芯耦合型多芯單模摻鐿光纖或者纖芯耦合型多芯單模摻鉺光纖，外包層是圓形 或多邊形，纖芯數(shù)量大于3且總的纖芯數(shù)量為奇數(shù)，纖芯排列呈中心對(duì)稱分布，其中一個(gè)纖 芯位于多芯摻雜光纖的中心；多芯摻雜光纖（3)的纖芯的直徑等于或接近單模光纖的纖芯 直徑，多芯光纖的外包層直徑徑與傳統(tǒng)單模光纖外包層直徑相近(約為125μηι)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多波長(zhǎng)多芯光纖激光器，其特征在于:所述多芯摻雜光纖 (3)的最小長(zhǎng)度等于栗浦吸收系數(shù)的倒數(shù);同時(shí)多芯摻雜光纖(3)長(zhǎng)度又以均勻穩(wěn)定的干涉 光譜所對(duì)應(yīng)的光纖長(zhǎng)度為最佳長(zhǎng)度。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多波長(zhǎng)多芯光纖激光器，其特征在于：多芯摻雜光纖(3) 的中心纖芯與單模光纖中心纖芯對(duì)準(zhǔn)熔接。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多波長(zhǎng)多芯光纖激光器，其特征在于:栗浦光經(jīng)單模光纖 包層栗浦多芯摻雜光纖(3)。
【文檔編號(hào)】H01S3/08GK105896250SQ201610308155
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月11日
【發(fā)明人】詹儀, 陳默, 劉振
【申請(qǐng)人】曲阜師范大學(xué)