專利名稱：帶有單程反饋的c+l帶多波長(zhǎng)光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖激光器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于波分復(fù)用(w匿)系統(tǒng)的帶有單 程反饋的C+L帶多波長(zhǎng)光纖激光器，可應(yīng)用于光纖通信、光傳感和高分辨率光學(xué)測(cè)試等方 法。
背景技術(shù)：
隨著大容量光纖通信網(wǎng)的發(fā)展，波分復(fù)用技術(shù)得以廣泛的應(yīng)用，尤其是密集波分 復(fù)用已成為實(shí)現(xiàn)光纖通信系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)容最為經(jīng)濟(jì)和有效的途徑。多波長(zhǎng)光纖激光器具有與 光纖及光纖器件兼容、線寬窄、輸出功率高、低強(qiáng)度噪音、穩(wěn)定性優(yōu)良、可以同時(shí)輸出兩個(gè)以 上波長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在光纖通信、光傳感和高分辨率光學(xué)測(cè)試等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，因此滿足 波分復(fù)用技術(shù)要求的多波長(zhǎng)光源成為人們的研究熱點(diǎn)。 多波長(zhǎng)光源的實(shí)現(xiàn)方式多樣，可以分為以下幾種主要類型基于多個(gè)獨(dú)立的分布 反饋激光器二極管(DFB-LD)或者單片集成的多波長(zhǎng)激光陣列的多波長(zhǎng)激光器，基于譜切 片技術(shù)的多波長(zhǎng)光源、多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器、拉曼多波長(zhǎng)光纖激光器以及基于半導(dǎo)體光 放大器(S0A)的多波長(zhǎng)光源等。 首先就目前實(shí)際商用的多波長(zhǎng)激光器產(chǎn)品而言，主要是通過使用多個(gè)獨(dú)立的分布 反饋激光器二極管(DFB-LD)或者單片集成的多波長(zhǎng)激光陣列得到的，其主流產(chǎn)品主要是 4、8、16、32信道。半導(dǎo)體多波長(zhǎng)光源體積小、集成度高，但是輸出波長(zhǎng)不可能與所要求的信 道對(duì)應(yīng)且制造難度較大。此外它的輸出功率和發(fā)射波長(zhǎng)對(duì)環(huán)境穩(wěn)定和注入電流的變化敏 感，難以實(shí)現(xiàn)滿足ITU規(guī)定的波長(zhǎng)間隔和均衡的功率輸出。 其次，基于譜切片技術(shù)的多波長(zhǎng)光源可以讓多個(gè)用戶共享一個(gè)寬帶光源，而且分 割的路數(shù)和信道寬度可以自行調(diào)節(jié)，因此可以取代傳統(tǒng)系統(tǒng)中工作于不同波長(zhǎng)的多個(gè)激 光器，從而大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。早期利用譜切片技術(shù)主要是對(duì)發(fā)光二極管 (LED)、超輻射半導(dǎo)體激光器和摻鉺光纖放大器的放大自發(fā)輻射(ASE)進(jìn)行譜切片，但這些 方法需要采用有關(guān)措施來降低這種非相干譜切片系統(tǒng)中的自發(fā)輻射噪聲，增加了系統(tǒng)的復(fù) 雜性。 再次，在摻鉺光纖激光器腔內(nèi)插入梳狀濾波器或者干涉儀濾波器是獲得多波長(zhǎng)輸 出的最簡(jiǎn)便方法?？晒┻x擇的濾波器種類也很多，如超結(jié)構(gòu)取樣光纖光柵，M-Z干涉儀，高 雙折射光纖環(huán)形鏡、以及普通的F-P標(biāo)準(zhǔn)具等都可以用于構(gòu)造多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器。在 C帶、L帶均得到了多波長(zhǎng)輸出的結(jié)果。但是這種方法面臨的一個(gè)最大難題是鉺光纖的均勻 展寬特性對(duì)輸出結(jié)果的限制。在室溫下，鉺光纖均勻展寬的線寬超過10nm，當(dāng)波長(zhǎng)間隔較小 時(shí)，激光波長(zhǎng)的穩(wěn)定性隨著均勻增益加寬EDF的交叉增益飽和而降低，因此不能在普通的 條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的多波長(zhǎng)輸出。 此外，拉曼多波長(zhǎng)光纖激光器獲得多波長(zhǎng)輸出時(shí)所需的泵浦功率很高，而國(guó)內(nèi)生 產(chǎn)高功率半導(dǎo)體泵浦管的技術(shù)還很不成熟，鮮有產(chǎn)品。利用拉曼效應(yīng)產(chǎn)生多波長(zhǎng)輸出還需 要由前級(jí)stokes頻移量激發(fā)后級(jí)頻移量，因此能獲得的波長(zhǎng)數(shù)量較少( 一股只有3 4個(gè))，功率譜均勻性差，且激光器的制備成本高。 SOA在室溫下的均勻加寬線寬在1550nm附近僅有0. 6nm，通過直接的電子注入產(chǎn) 生高增益，具有體積小、重量輕、功耗低的特點(diǎn)，因此，基于SOA的多波長(zhǎng)激光器在常溫下更 易得到符合W匿ITU網(wǎng)格的多波長(zhǎng)輸出。此外，這種多波長(zhǎng)光源最大的優(yōu)點(diǎn)是它對(duì)環(huán)境溫 度和SOA驅(qū)動(dòng)電流的變化不敏感。綜上所述，基于SOA的多波長(zhǎng)光纖激光器具有明顯的優(yōu) 勢(shì)。但是，由于SOA增益譜的平坦性不太理想，一股情況下，會(huì)使輸出各縱模功率波動(dòng)較大。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)功率均衡的C+L帶多波長(zhǎng) 穩(wěn)定輸出的多波長(zhǎng)激光器，本發(fā)明以兩個(gè)SOA作為增益介質(zhì)，構(gòu)建成環(huán)形腔光纖激光器，利 用高雙折射光纖環(huán)形鏡(Hi-Bi FLM)作為濾波器放置于該環(huán)形腔光纖激光器內(nèi)用于濾波， 特別利用單程反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)輸出信道的功率均衡。 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種帶有單程反饋的C+L帶多波長(zhǎng)光纖激光器，包括 光纖環(huán)形腔、高雙折射光纖環(huán)形鏡和單程的反饋鏡；其中， 光纖環(huán)形腔包括第一和第二半導(dǎo)體光放大器、光纖環(huán)形腔耦合器、第一和第二光 隔離器、第一和第二光纖偏振控制器和環(huán)形器，所述的第一半導(dǎo)體光放大器的輸出經(jīng)過第 一光隔離器和第一光纖偏振控制器后連接到第二半導(dǎo)體光放大器的輸入端，第二半導(dǎo)體光 放大器的輸出經(jīng)過光纖環(huán)形腔耦合器后被分束，大部分光經(jīng)過第二光纖偏振控制器被送入 光纖環(huán)形器，小部分光與單程的反饋鏡相連；光纖環(huán)形器的另外兩個(gè)端口 ， 一端通過第二光 隔離器與第一半導(dǎo)體光放大器的輸入端相連，另一端通過3dB耦合器與所述的高雙折射光 纖環(huán)形鏡相連； 所述高雙折射光纖環(huán)形鏡包括所述的3dB耦合器、高雙折射光纖和第三光纖偏振
控制，3dB耦合器的另外兩端之間依次連接第三光纖偏振控制器和高雙折射光纖； 所述單程的反饋鏡由第四光纖偏振控制器、輸出耦合器、法拉第反饋鏡順次連接
組成，輸出耦合器分束后的大部分光被法拉第反饋鏡反射，小部分光輸出。 作為優(yōu)選實(shí)施方式，高雙折射光纖的長(zhǎng)度為5. 9m，在1310nm處的拍長(zhǎng)為3mm ;光纖
環(huán)形腔中的耦合器的分束比為90 : 10，單程反饋鏡中的輸出耦合器的分束比為80 : 20。 SOA在室溫下的均勻加寬線寬在1550nm附近僅有0. 6nm，在常溫下容易得到符合 WDMITU網(wǎng)格的多波長(zhǎng)輸出，且各個(gè)波長(zhǎng)的信道間隔和輸出功率幾乎一致。此夕卜，這種多波長(zhǎng) 光源對(duì)環(huán)境溫度和SOA驅(qū)動(dòng)電流的變化不敏感，可以得到穩(wěn)定的輸出，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較 低。本發(fā)明的帶有單程反饋的C+L帶多波長(zhǎng)光纖激光器充分利用光纖的帶寬資源，在室溫 下，就能獲得C+L帶內(nèi)多波長(zhǎng)的穩(wěn)定輸出，波長(zhǎng)間隔為滿足WDM ITU標(biāo)準(zhǔn)的100GHz，并整體 在50GHz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，激光器輸出波長(zhǎng)線寬小于0. lnm，輸出各信道功率均衡，各波長(zhǎng) 功率差小于6dB，信噪比大于25dB。當(dāng)信道發(fā)生沖突、堵塞時(shí)，可以迅速啟用備用波長(zhǎng)，使系 統(tǒng)的維護(hù)效率和使用壽命得以提高，且安裝、使用、升級(jí)簡(jiǎn)單易行。


圖1是本發(fā)明帶有單程反饋的C+L帶多波長(zhǎng)光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖1中1.耦合器，2.光纖偏振控制器，3.光纖環(huán)形器，4.光隔離器，5.半導(dǎo)體光放大器，6.光隔離器，7.光纖偏振控制器，8.半導(dǎo)體光放大器，9.高雙折射光纖，IO.光纖偏 振控制器，11.3dB耦合器，12.光纖偏振控制器，13.輸出耦合器，14，法拉第反饋鏡。
圖2是本發(fā)明輸出的多波長(zhǎng)結(jié)果(由光譜儀測(cè)量并輸出的圖)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。本發(fā)明帶有單程反饋的C+L帶多波長(zhǎng) 光纖激光器的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。 包括耦合器，光纖偏振控制器，光纖環(huán)形器，光隔離器，半導(dǎo)體光放大器，另一個(gè) 光隔離器，另一個(gè)光纖偏振控制器，另一個(gè)半導(dǎo)體光放大器，高雙折射光纖，又一個(gè)光纖偏 振控制器，3dB耦合器，又一個(gè)光纖偏振控制器，輸出耦合器，法拉第反饋鏡。調(diào)節(jié)環(huán)形腔內(nèi) 的偏振控制器2和7，可以調(diào)整腔內(nèi)的整體增益，調(diào)節(jié)高雙折射光纖環(huán)形腔內(nèi)的偏振控制器 IO，可以控制光纖環(huán)形腔內(nèi)光的偏振狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)輸出波長(zhǎng)的整體可調(diào)諧，調(diào)節(jié)單程反饋 鏡的偏振控制器12，可以控制反饋信號(hào)的偏振狀態(tài)實(shí)現(xiàn)輸出信道的功率均勻。
本發(fā)明工作時(shí) 由于半導(dǎo)體光放大器(S0A)在室溫下的均勻加寬線寬在1550nm附近僅有0. 6nm， 且SOA的增益飽和效應(yīng)對(duì)模式競(jìng)爭(zhēng)有顯著的抑制作用，因此基于SOA的多波長(zhǎng)激光器在常 溫下就可得到符合WDM ITU網(wǎng)格的多波長(zhǎng)，且各個(gè)波長(zhǎng)在功率變化小于士3dB的范圍內(nèi)，均 衡穩(wěn)定輸出。 高雙折射光纖構(gòu)成的高雙折射光纖環(huán)形鏡起到濾波作用，其工作原理是(為簡(jiǎn)
單起見，考慮偏振控制器將光旋轉(zhuǎn)90。的情況)在光纖環(huán)形鏡內(nèi)相向傳輸?shù)膬墒?，一?br> 先沿光纖快軸傳輸，在接近耦合器處被偏振控制器旋轉(zhuǎn)到慢軸；而逆時(shí)針傳輸?shù)囊皇缺?br> 偏振控制器旋轉(zhuǎn)到慢軸，然后在光纖的慢軸上傳輸?shù)今詈咸?。這樣相向傳輸兩束光在耦合
器處耦合，二者之間存在由于光纖快慢軸折射率差引起的相位差S (小)，而高雙折射光纖
環(huán)形鏡的反射率R(A)正是這個(gè)相位差的函數(shù)，艮卩 R(入)=2K(1-K) [l+cos S (小))]，S (小)=2 Ji L(n。_ne)/入 其中，K為耦合器的分束比，A為光波長(zhǎng)，L為光纖長(zhǎng)度，n。和ne分別為光纖慢軸
和快軸的折射率。從式中可以看出，R(A)是波長(zhǎng)的函數(shù)，其濾波周期與高雙折射光纖的長(zhǎng)
度有關(guān)，因此通過計(jì)算選擇合適的光纖參數(shù)，就可以輕松獲得符合W匿ITU標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)間隔的
濾波效果。 法拉第反饋鏡構(gòu)成的單程反饋結(jié)構(gòu)起到均衡功率的作用，它的工作原理是利用 這部分反饋結(jié)構(gòu)，將激光腔輸出的信號(hào)經(jīng)過耦合器提取出其中的10%，經(jīng)過法拉第反饋鏡 (FRM)和一個(gè)20 : 80耦合器后反饋回激光腔內(nèi)。反饋回激光腔內(nèi)的光只單程通過SOA — 次就會(huì)被隔離器擋住。當(dāng)SOA工作在飽和狀態(tài)時(shí)，反饋回來的信號(hào)中強(qiáng)的激光譜線將使SOA 在該波長(zhǎng)處飽和程度深，而弱的激光譜線使SOA的飽和程度淺，從而使激光器腔內(nèi)振蕩的 強(qiáng)激光譜線得到的增益低而弱譜線得到的增益高，實(shí)現(xiàn)在整個(gè)輸出帶寬內(nèi)各個(gè)波長(zhǎng)的功率 均勻。 在圖1中耦合器1的90%的一端與光纖偏振控制器2的一端相連，光纖偏振控制 器2的另一端與光纖環(huán)形器3的1端相連，光纖環(huán)形器3的3端與光隔離器4相連，光隔離 器4與半導(dǎo)體光放大器5的一端相連，半導(dǎo)體光放大器5的另一端與光隔離器6的一端相連，光隔離器6的另一端與光纖偏振控制器7的一端相連，光纖偏振控制器7的另一端與半 導(dǎo)體光放大器8的一端相連，半導(dǎo)體光放大器8的另一端與耦合器1的輸入端連接。光纖 環(huán)形器3的2端與3dB耦合器11的1端相連，3dB耦合器11的2端與Hi-Bi光纖9的一端 相連，Hi-Bi光纖9的另一端與光纖偏振控制器10的一端相連，光纖偏振控制器10的另一 端與3dB耦合器11的3端連接。耦合器1的10%的一端與光纖偏振控制器12的一端相 連，光纖偏振控制器12的另一端與輸出耦合器13的輸入端相連，輸出耦合器13的80%的 一端與法拉第反饋鏡14連接。調(diào)節(jié)環(huán)形腔內(nèi)的偏振控制器2和7，可以調(diào)整腔內(nèi)的整體增 益，調(diào)節(jié)高雙折射光纖環(huán)形腔內(nèi)的偏振控制器io，可以控制光纖環(huán)形腔內(nèi)光的偏振狀態(tài)從 而實(shí)現(xiàn)輸出波長(zhǎng)的整體可調(diào)諧，調(diào)節(jié)單程反饋鏡的偏振控制器12，可以控制反饋信號(hào)的偏 振狀態(tài)實(shí)現(xiàn)輸出信道的功率均勻。 —個(gè)實(shí)施例如下耦合器1的分束比為90 : IO，實(shí)驗(yàn)中使用的高雙折射(Hi-Bi) 光纖9在1310nm處的拍長(zhǎng)約為3mm，長(zhǎng)度為5. 9m，用高雙折射光纖環(huán)形鏡內(nèi)的偏振控制器 IO控制光纖環(huán)形鏡內(nèi)光的偏振狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)輸出波長(zhǎng)的整體可調(diào)諧，用環(huán)形腔內(nèi)的偏振控 制器2和7調(diào)節(jié)腔內(nèi)的整體增益，用單程反饋結(jié)構(gòu)中的偏振控制器12調(diào)節(jié)輸出信道的功率 均勻。激光器輸出結(jié)果送入Ando的AQ-6315A光譜儀進(jìn)行測(cè)量和分析。半導(dǎo)體光放大器、 偏振控制器、光纖環(huán)形器、隔離器和耦合器的尾纖均為普通單模光纖。 圖2給出了當(dāng)兩個(gè)SOA的驅(qū)動(dòng)電流均為250mA時(shí)，得到的多波長(zhǎng)輸出結(jié)果，在功率 變化量小于±3dB的范圍內(nèi)，獲得27個(gè)波長(zhǎng)的穩(wěn)定輸出，波長(zhǎng)間隔基本符合ITU-T標(biāo)準(zhǔn)，即 lOOGHz，各波長(zhǎng)的線寬約為0. lnm，信噪比大于25dB。
權(quán)利要求
一種帶有單程反饋的C+L帶多波長(zhǎng)光纖激光器，包括光纖環(huán)形腔、高雙折射光纖環(huán)形鏡和單程的反饋鏡；其中，光纖環(huán)形腔包括第一和第二半導(dǎo)體光放大器、光纖環(huán)形腔耦合器、第一和第二光隔離器、第一和第二光纖偏振控制器和環(huán)形器，所述的第一半導(dǎo)體光放大器的輸出經(jīng)過第一光隔離器和第一光纖偏振控制器后連接到第二半導(dǎo)體光放大器的輸入端，第二半導(dǎo)體光放大器的輸出經(jīng)過光纖環(huán)形腔耦合器后被分束，大部分光經(jīng)過第二光纖偏振控制器被送入光纖環(huán)形器，小部分光與單程的反饋鏡相連；光纖環(huán)形器的另外兩個(gè)端口，一端通過第二光隔離器與第一半導(dǎo)體光放大器的輸入端相連，另一端通過3dB耦合器與所述的高雙折射光纖環(huán)形鏡相連；所述高雙折射光纖環(huán)形鏡包括所述的3dB耦合器、高雙折射光纖和第三光纖偏振控制，3dB耦合器的另外兩端之間依次連接第三光纖偏振控制器和高雙折射光纖；所述單程的反饋鏡由第四光纖偏振控制器、輸出耦合器、法拉第反饋鏡順次連接組成，輸出耦合器分束后的大部分光被法拉第反饋鏡反射，小部分光輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多波長(zhǎng)光纖激光器，其特征在于，所述的高雙折射光纖的長(zhǎng) 度為5. 9m，在1310nm處的拍長(zhǎng)為3mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多波長(zhǎng)光纖激光器，其特征在于，所述的光纖環(huán)形腔耦合器 的分束比為90 : 10。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多波長(zhǎng)光纖激光器，其特征在于，所述的單程反饋鏡中的輸 出耦合器的分束比為80 : 20。
全文摘要
本發(fā)明涉及光纖激光器領(lǐng)域，涉及一種帶有單程反饋的C+L帶多波長(zhǎng)光纖激光器，包括光纖環(huán)形腔、高雙折射光纖環(huán)形鏡和單程的反饋鏡；光纖環(huán)形腔包括第一和第二半導(dǎo)體光放大器、光纖環(huán)形腔耦合器、第一和第二光隔離器、第一和第二光纖偏振控制器和環(huán)形器；所述高雙折射光纖環(huán)形鏡包括所述的3dB耦合器、高雙折射光纖和第三光纖偏振控制；所述單程的反饋鏡由第四光纖偏振控制器、輸出耦合器、法拉第反饋鏡順次連接組成。本發(fā)明在室溫下，就能獲得C+L帶內(nèi)多波長(zhǎng)的穩(wěn)定輸出，波長(zhǎng)間隔為滿足WDM ITU標(biāo)準(zhǔn)的100GHz，并整體在50GHz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，激光器輸出波長(zhǎng)線寬小于0.1nm，輸出各信道功率均衡，各波長(zhǎng)功率差小于6dB，信噪比大于25dB。
文檔編號(hào)H01S3/23GK101777727SQ20101011953
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月8日
發(fā)明者張蕾, 王肇穎, 胡苗苗, 賈東方 申請(qǐng)人:天津大學(xué)