專利名稱：波長可調(diào)諧l波段光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種波長可調(diào)諧激光器，特別是波長可調(diào)諧L波段光纖激光器，屬于光纖通信，光纖傳感領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖激光器是當(dāng)前信息化時代技術(shù)研究領(lǐng)域中最前沿的研究課題之一，隨著激光二極管泵浦技術(shù)以及光纖材料和工藝研究的進(jìn)展，各種類型的光纖激光器能夠適合于不同的應(yīng)用場合，其應(yīng)用領(lǐng)域也從之前光纖通訊領(lǐng)域迅速地向其它更為廣闊的激光應(yīng)用、光纖傳感及光纖陀螺等領(lǐng)域擴(kuò)展?？烧{(diào)諧光纖激光器由于可用帶寬較寬、功率高、線寬窄、與光纖元件天然兼容等特點獲得了廣泛的應(yīng)用?？烧{(diào)諧光纖激光器不僅成為高速大容量密集波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)的理想信號載體，而且成為光纖傳感系統(tǒng)中理想的傳感檢測光源。可調(diào)諧光纖激光器雖然目前已獲得了廣泛的使用，但也存在諸多的問題有待進(jìn)一步解決，特別是對輸出波長的有效調(diào)諧以及波長鎖定功能的實現(xiàn)等問題。在眾多的調(diào)諧技術(shù)方法中，尋求調(diào)諧范圍寬、穩(wěn)定性高、準(zhǔn)無啁啾而且復(fù)用性好的調(diào)諧濾波器是進(jìn)一步提高光纖激光器輸出波長調(diào)諧性能的關(guān)鍵。濾波器是一種波長選擇器件，直接影響輸出激光的品質(zhì)?？烧{(diào)諧濾波器目前主要有光纖光柵、光纖環(huán)鏡、光纖F-P濾波器、偏振控制器(腔內(nèi)含偏振相關(guān)器件)等。國內(nèi)多采用光纖光柵調(diào)諧方案，主要因為光纖光柵與光纖之間具有天然的兼容性，用它可實現(xiàn)全光纖型可調(diào)諧激光器，并已提出光纖光柵的機(jī)械調(diào)諧方案、熱調(diào)諧和電磁調(diào)諧。其中機(jī)械調(diào)諧、電磁調(diào)諧雖簡單易行，但由受光纖光柵本身應(yīng)變特性的限制，很難獲得大的調(diào)諧范圍，在光纖光柵反射波長的調(diào)諧過程中，獲得較大的波長調(diào)諧范圍是人們追求的目標(biāo)，而且還要考慮調(diào)諧過程的啁啾度以及中心波長的穩(wěn)定性等因素，因為它們決定了輸出激光的品質(zhì)與穩(wěn)定性。目前的研究主要是通過選擇不同結(jié)構(gòu)的等應(yīng)變梁來實現(xiàn)較寬的波長調(diào)諧范圍和調(diào)諧過程準(zhǔn)無啁啾，然而光纖光柵的蠕變、老化等因素使其應(yīng)用受到了限制，尤其是環(huán)境溫度對波長調(diào)諧的影響，是人們致力解決的重點問題。除電磁調(diào)諧、熱調(diào)諧外，還有利用壓強(qiáng)、聲波、 化學(xué)等方法進(jìn)行調(diào)諧的，不過這些方法都還不成熟且調(diào)諧范圍很小。長周期光纖光柵具有附加損耗小，無后向反射等特點，廣泛被用作增益均衡器，光噪聲濾波器等，是一種良好的傳輸型帶阻濾波器。因此，將其串入環(huán)形腔中，通過改變LPre 的諧振邊帶位置，調(diào)整環(huán)形腔增益最高點，可以實現(xiàn)摻鉺光纖激光器的波長可調(diào)諧。但是基于紫外光或(X)2激光器寫制的LPre設(shè)備成本高，且大范圍的調(diào)諧需要引入高溫儀器或復(fù)雜的應(yīng)力結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為解決上述問題，提供一種波長可調(diào)諧L波段光纖激光器，它利用應(yīng)力光彈效應(yīng)寫制的長周期光纖光柵濾波器在光纖激光器環(huán)形腔中的使用使得設(shè)計的激光器具有調(diào)諧范圍寬，結(jié)構(gòu)簡單，輸出激光線寬窄，穩(wěn)定性高等優(yōu)點。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種波長可調(diào)諧L波段光纖激光器，它包括光源和激光器環(huán)形腔，光源將光線送入環(huán)形腔內(nèi)，由耦合器輸出部分光線，同時將另一部分光線送入傳接在環(huán)形腔內(nèi)的機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器；其中，機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器包括周期為P的壓力槽模板，其與一對平滑底板相配合，在兩平滑底板間設(shè)有待寫制光纖和平衡光纖；通過機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器的波長調(diào)節(jié)，改變諧振波長，進(jìn)而影響激光器環(huán)腔中的增益最高點O所述通過更換周期不同的壓力槽模板對待寫制光纖施加徑向應(yīng)力，寫制諧振波長。所述待寫制光纖與壓力槽模板之間的夾角通過調(diào)整，改變激光器環(huán)腔的諧振波長，進(jìn)而影響激光器環(huán)腔中的增益最高點。所述環(huán)形腔還包括波分復(fù)用器，它與光源連接，同時波分復(fù)用器還分別依次串接光纖隔離器、摻鉺光纖、耦合器、機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器和偏振控制器。所述耦合器中的自由端采用極小直徑繞制，并涂敷光纖匹配液。所述摻鉺光纖采用高濃度500ppm的摻鉺光纖，利用其增益特性控制激光器的邊模抑制比和波長范圍。所述光源為980nm泵浦激光器，其中心波長為975. 650nm，驅(qū)動電流為120mA，進(jìn)行
輸出光功率監(jiān)測及溫度控制。所述光纖隔離器的波段范圍為1550士40nm，覆蓋C和L波段。所述壓力槽模板占空比為50 %，精度< 5 μ m。所述待寫制長周期光纖光柵的光纖與壓力槽之間角度調(diào)整時，根據(jù)寫制模板周期調(diào)整對長周期光纖光柵濾波器諧振波長變化之間的關(guān)系長周期光纖光柵中，在不同的諧振波長λ m處，纖芯基模LPtll和m階前向傳輸包層模發(fā)生耦合；耦合波長決定于光纖相位匹配方程X" =(nc;f-Uc^m )A其中略和略 分別為在λ m處的LPtll模和m次包層模LPtlm的有效折射率，A為長周期光纖光柵的周期，因此有效周期Λ的改變，必然會引起機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器諧振波長變化。由于長周期光纖光柵的周期可達(dá)數(shù)百微米，因此可以利用彈光效應(yīng)，采用機(jī)械感生法寫制。因此，本發(fā)明利用機(jī)械線加工技術(shù)制作周期性壓力槽，通過螺旋微位移結(jié)構(gòu)壓迫標(biāo)準(zhǔn)彈簧對光纖施加徑向應(yīng)力，寫制了諧振波長，峰值皆可調(diào)諧的長周期光纖光柵。通過調(diào)整待寫制光纖與壓力槽之間的夾角，改變MLPre的諧振波長，進(jìn)而影響激光器環(huán)腔中的增益最高點，實現(xiàn)了 L波段可調(diào)諧摻鉺光纖激光器。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比優(yōu)點在于(1)利用應(yīng)力光彈效應(yīng)寫制的長周期光纖光柵濾波器由采用機(jī)械線加工技術(shù)制作的周期性壓力槽模板在待寫制光纖上施加壓力制作，長周期光纖光柵濾波器的諧振波長可以通過改變模板周期或者改變待寫制光纖與壓力槽板夾角調(diào)整有效周期實現(xiàn)，且長周期光纖光柵濾波器諧振波長的變化與壓力槽板有效周期呈良好的線性關(guān)系，具有結(jié)構(gòu)簡單，波長調(diào)諧范圍寬的特點；
(2)在寫制長周期光纖光柵濾波器時，使用平衡光纖，使其與待寫制光纖平行放置，保證長周期光纖光柵濾波器寫制時的均勻性和穩(wěn)定性，降低在長周期光纖光柵濾波器寫制過程中應(yīng)力不均勻引起的偏振現(xiàn)象，提高長周期光纖光柵濾波器的品質(zhì)，最終實現(xiàn)良好的激光器輸出；(3)本發(fā)明利用長周期光纖光柵濾波器中心波長的變化調(diào)節(jié)光纖激光器環(huán)形腔內(nèi)的增益最高點，進(jìn)而實現(xiàn)輸出激光器波長的改變。該方法有效的抑制了光纖激光器環(huán)形腔長周期光纖光柵濾波器所處波段的增益，使增益高點出現(xiàn)在未抑制的波段內(nèi)。環(huán)腔增益調(diào)整不受外界因素的影響，提高了光纖激光器波長調(diào)諧的連續(xù)性和穩(wěn)定性；(4)本發(fā)明使用的泵浦980光源附有溫度控制、輸出功率實時檢測和自校正功能， 保證了光纖激光器輸出的功率穩(wěn)定性；(5)本發(fā)明中的偏振控制器，降低了長周期光纖光柵濾波器寫制過程中光纖偏振態(tài)對應(yīng)力的依賴，通過偏振控制器的調(diào)整，可以實現(xiàn)激光器輸出保持一致的偏振特性；(6)本發(fā)明對90 10耦合器自由端采用極小直徑繞制，并涂敷光纖匹配液，降低了自由端的光反射，抑制外界光噪聲的入射，提高光纖激光器輸出的信噪比。


圖1波長可調(diào)諧激光器系統(tǒng)圖；圖Ia為機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器；圖2泵源輸出譜；圖3待寫制光纖與壓力槽之間角度調(diào)整；圖4不同周期下的長周期光纖光柵透射譜；圖5模板有效周期與LPR；諧振波長的關(guān)系；圖6無機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器作用下激光輸出譜；圖7不同光柵有效周期下光纖激光器輸出譜；圖8激光器諧振波長與光柵有效周期之間的關(guān)系。其中，1.980泵浦激光器，2.波分復(fù)用器，3.光纖隔離器，4.摻鉺光纖，5.耦合器， 6.機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器，7.壓力槽模板，8.平滑底板，9.偏振控制器，10.自由端，11.待寫制光纖，12.平衡光纖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本發(fā)明波長可調(diào)諧L波段光纖激光器，其實質(zhì)是通過機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器的諧振波長調(diào)節(jié)，改變光纖激光器環(huán)形腔中的增益高點，實現(xiàn)光纖激光器輸出波長的可調(diào)諧。波長可調(diào)諧激光器系統(tǒng)如圖1所示。980泵浦激光器1發(fā)出的光經(jīng)980/1550波分復(fù)用器2后，進(jìn)入激光器環(huán)形腔，通過1550光纖隔離器3，抑制反射光對980泵浦激光器1 的影響。然后通過摻鉺光纖4，摻鉺光纖4為環(huán)形腔中的增益光纖，可以將980泵浦激光器 1發(fā)出的光躍遷到1550波段。通過摻鉺光纖4后，進(jìn)入90 10耦合器5，該耦合器一方面將大部分的光輸入至激光器環(huán)形腔中，使得激光在環(huán)形腔內(nèi)振蕩，一部分作為激光輸出。接著進(jìn)入環(huán)形腔內(nèi)的光通過機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6，抑制機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6阻帶內(nèi)的光強(qiáng)增益，偏振控制器9的作用為降低機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6寫制過程中偏振態(tài)對應(yīng)力的依賴。90 10耦合器5的自由端10的處理，主要是為了減少進(jìn)入激光器環(huán)腔內(nèi)的噪聲。經(jīng)過信號在激光器環(huán)腔內(nèi)的反復(fù)震蕩，實現(xiàn)窄帶激光的穩(wěn)定輸出。90 10耦合器5中的自由端10采用極小直徑繞制，并涂敷光纖匹配液。通過調(diào)節(jié)偏振控制器9控制機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6寫制過程中由于應(yīng)力帶來的偏振態(tài)的變化對激光器輸出的影響。摻鉺光纖4采用高濃度500ppm的摻鉺光纖，并選取適當(dāng)?shù)拈L度，利用其增益特性控制激光器的邊模抑制比和波長范圍。980nm泵浦激光器1中心波長為975. 650nm，驅(qū)動電流為120mA，且具有輸出光功率監(jiān)測及溫度控制功能。1550光纖隔離器3的波段范圍為1550士40nm，覆蓋C和L波段。圖Ib中，機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6由周期為P的壓力槽模板7，平滑底板 8，待寫制長周期光纖光柵的光纖11，平衡光纖12組成的寫制結(jié)構(gòu)采用機(jī)械感生法寫制，機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6的波長調(diào)節(jié)在保持一定壓力條件下，可以通過改變周期為 P的壓力槽模板7周期實現(xiàn)。將機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6串入光纖激光器環(huán)形腔中，通過調(diào)節(jié)機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6諧振波長，調(diào)節(jié)環(huán)形腔內(nèi)抑制波段，改變環(huán)腔增益最高點，實現(xiàn)波長可調(diào)諧激光器。機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6在光纖激光器環(huán)腔內(nèi)作為帶阻濾波器，利用其諧振波長可調(diào)諧性，實現(xiàn)激光器環(huán)腔增益最高點的調(diào)諧。機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6的波長調(diào)節(jié)既可以通過更換周期不同的壓力槽模板，也可以通過改變帶寫制光纖與壓力槽模板之間的夾角來實現(xiàn)。在機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6的寫制結(jié)構(gòu)中，平衡光纖12是用來保持待寫制光纖11的平衡狀態(tài)，保證在機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6時的無啁啾及穩(wěn)定性。周期為P的壓力槽模板7采用機(jī)械線加工法寫制，通過數(shù)控機(jī)床控制加工槽板的周期，占空比為50%，精度< 5μπι。如圖2所示為980泵浦激光器1的輸出光譜圖。光纖激光器的激光輸出源來自于泵浦激光器1的泵浦能量，因此980泵浦激光器1的穩(wěn)定性是輸出激光功率穩(wěn)定的前提， 980泵浦激光器1采用閉環(huán)反饋控制電路，并設(shè)有輸出功率檢測和自動溫度控制功能。圖3 待寫制光纖11與壓力槽模板7之間角度調(diào)整示意圖，在本發(fā)明中，機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6的諧振波長調(diào)整是通過改變待寫制光纖11與壓力槽模板7之間的角度來實現(xiàn)的，這樣一方面可以實現(xiàn)寫制機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6有效周期的連續(xù)調(diào)整，另外一方面可以減少寫制模板數(shù)量。寫制模板周期調(diào)整對機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6 諧振波長變化之間的關(guān)系依賴于以下原理長周期光纖光柵中，在不同的諧振波長λ m處，纖芯基模LPtll和m階前向傳輸包層模發(fā)生耦合。耦合波長決定于光纖相位匹配方程Am=(n:;-n^m)A其中《g和分別為在λ m處的LPtll模和m次包層模LPtlm的有效折射率，A為長周期光纖光柵的周期。因此有效周期Λ的改變，必然會引起機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6諧振波長變化。圖4、圖5分別為不同寫制模板周期下的長周期光纖光柵透射譜以及模板有效周期與LPre諧振波長的關(guān)系，可以看出機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6諧振波長的變化與寫制模板周期有著良好的線性關(guān)系，這決定了機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6諧振波長調(diào)節(jié)的規(guī)律性和可控性。圖6無機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器作用下激光輸出譜，獲得該激光器輸出譜的條件是激光器環(huán)形腔內(nèi)無機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6的帶阻濾波作用，其輸出激光器波長取決于所選用的器件參數(shù)以及腔長等因素。圖7、圖8分別為不同光柵有效周期下光纖激光器輸出譜以及激光器諧振波長與光柵有效周期之間的關(guān)系，可以看出，在機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6的帶阻濾波作用下，獲得了激光器的可調(diào)諧輸出，并找出了輸出激光器波長與機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器6寫制模版有效周期之間的關(guān)系。本發(fā)明通過調(diào)整待寫制光纖與周期性壓力槽之間的夾角，改變長周期光纖光柵濾波器的寫制周期，調(diào)諧長周期光纖光柵濾波器透射譜，進(jìn)而影響環(huán)形腔增益最高點，光纖激光器波長可調(diào)諧范圍可達(dá)42nm(1562. 465nm 1604.觀0歷)，激光光譜3dB帶寬小于 0. 02nm, 20dB帶寬均小于0. 06nm,邊模抑制比大于35dB。長時間觀測，激光功率穩(wěn)定性優(yōu)于 0. 02(ffim。結(jié)果表明，該光纖激光器具有易調(diào)諧，成本低，帶寬較寬，線寬窄及性能穩(wěn)定等特點ο本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種波長可調(diào)諧L波段光纖激光器，其特征是，它包括光源和激光器環(huán)形腔，光源將光線送入環(huán)形腔內(nèi)，由耦合器輸出部分光線，同時將另一部分光線送入傳接在環(huán)形腔內(nèi)的機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器；其中，機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器包括周期為P的壓力槽模板，其與一對平滑底板相配合，在兩平滑底板間設(shè)有待寫制光纖和平衡光纖；通過機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器的波長調(diào)節(jié)，改變諧振波長，進(jìn)而影響激光器環(huán)腔中的增益最高點。
2.如權(quán)利要求1所述的波長可調(diào)諧L波段光纖激光器，其特征是，所述通過更換周期不同的壓力槽模板對待寫制光纖施加徑向應(yīng)力，寫制諧振波長。
3.如權(quán)利要求1所述的波長可調(diào)諧L波段光纖激光器，其特征是，所述待寫制光纖與壓力槽模板之間的夾角通過調(diào)整，改變激光器環(huán)腔的諧振波長，進(jìn)而影響激光器環(huán)腔中的增益最高點。
4.如權(quán)利要求1所述的波長可調(diào)諧L波段光纖激光器，其特征是，所述環(huán)形腔還包括波分復(fù)用器，它與光源連接，同時波分復(fù)用器還分別依次串接光纖隔離器、摻鉺光纖、耦合器、 機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器和偏振控制器。
5.如權(quán)利要求1或4所述的波長可調(diào)諧L波段光纖激光器，其特征是，所述耦合器中的自由端采用極小直徑繞制，并涂敷光纖匹配液。
6.如權(quán)利要求4所述的波長可調(diào)諧L波段光纖激光器，其特征是，所述摻鉺光纖采用高濃度500ppm的摻鉺光纖，利用其增益特性控制激光器的邊模抑制比和波長范圍。
7.如權(quán)利要求1或4所述的波長可調(diào)諧L波段光纖激光器，其特征是，所述光源為 980nm泵浦激光器，其中心波長為975. 650nm，驅(qū)動電流為120mA，進(jìn)行輸出光功率監(jiān)測及溫度控制。
8.如權(quán)利要求4所述的波長可調(diào)諧L波段光纖激光器，其特征是，所述光纖隔離器的波段范圍為1550士40nm，覆蓋C和L波段。
9.如權(quán)利要求1所述的波長可調(diào)諧L波段光纖激光器，其特征是，所述壓力槽模板占空比為50%，精度< 5μπι。
10.如權(quán)利要求3所述的波長可調(diào)諧L波段光纖激光器，其特征是，所述待寫制長周期光纖光柵的光纖與壓力槽之間角度調(diào)整時，根據(jù)寫制模板周期調(diào)整對長周期光纖光柵濾波器諧振波長變化之間的關(guān)系長周期光纖光柵中，在不同的諧振波長λ m處，纖芯基模LPtll和m階前向傳輸包層模發(fā)生耦合；耦合波長決定于光纖相位匹配方程r =Κ”λ其中《和略“分別為在λ m處的LPtll模和m次包層模LPtln^有效折射率，A為長周期光纖光柵的周期，因此有效周期Λ的改變，必然會引起機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器諧振波長變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種波長可調(diào)諧L波段光纖激光器，它具有調(diào)諧范圍寬，結(jié)構(gòu)簡單，輸出激光線寬窄，穩(wěn)定性高等優(yōu)點。它包括光源和激光器環(huán)形腔，光源將光線送入環(huán)形腔內(nèi)，由耦合器輸出部分光線，同時將另一部分光線送入傳接在環(huán)形腔內(nèi)的機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器；其中，機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器包括周期為P的壓力槽模板，其與一對平滑底板相配合，在兩平滑底板間設(shè)有待寫制長周期光纖光柵的光纖和平衡光纖，機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器的波長調(diào)節(jié)在保持設(shè)定壓力條件下，通過改變周期為P的壓力槽模板周期實現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)機(jī)械感生長周期光纖光柵濾波器諧振波長，調(diào)節(jié)環(huán)形腔內(nèi)抑制波段，改變環(huán)腔增益最高點，實現(xiàn)波長可調(diào)諧激光器。
文檔編號H01S3/16GK102157889SQ20111006714
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者姜明順, 賈磊, 隋青美 申請人:山東大學(xué)