專利名稱：可調(diào)諧多波長(zhǎng)光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可調(diào)諧多波長(zhǎng)光纖激光器，尤其是一種基于壓電陶瓷的可調(diào)諧多波長(zhǎng)光纖激光器。
背景技術(shù)：
光纖激光器是在摻雜光纖放大器技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。光纖激光器的波導(dǎo)式結(jié)構(gòu)和可容強(qiáng)光泵浦特性，使其具有輸出功率高、光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高、閾值低、線寬窄、 輸出波長(zhǎng)多、兼容性好及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)，在光纖通信、光纖傳感、軍事、工業(yè)加工、光信息處理和全色顯示等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。特別是可調(diào)諧光纖激光器在波分復(fù)用光纖通信和光纖傳感應(yīng)用中扮演著極其重要的角色。目前通信用激光器主要是半導(dǎo)體激光器，其輸出波長(zhǎng)是固定單一的。隨著光纖通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代光纖波分復(fù)用通信系統(tǒng)正朝著信道數(shù)目越來(lái)越多的方向發(fā)展。提供多路信號(hào)最直接的方法就是采用多個(gè)固定波長(zhǎng)的激光器。但這種方法存在以下兩個(gè)明顯的缺點(diǎn)1.隨著密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)中的波長(zhǎng)數(shù)達(dá)到了數(shù)十甚至上百個(gè)。對(duì)于需要提供保護(hù)的場(chǎng)合，每個(gè)波長(zhǎng)的備份必須由相同輸出波長(zhǎng)的激光器提供，這樣導(dǎo)致了備份激光器數(shù)量的增加，成本上升。2.由于固定波長(zhǎng)激光器需要用波長(zhǎng)來(lái)區(qū)分，激光器的數(shù)量和類別隨著波長(zhǎng)數(shù)的增加而不斷增加。如果要支持光網(wǎng)絡(luò)中動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)分配，提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性，則需要配備大量不同波長(zhǎng)的固定波長(zhǎng)激光器，因而每個(gè)激光器的使用率降低，造成資源浪費(fèi)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種基于壓電陶瓷的可調(diào)諧多波長(zhǎng)光纖激光器，其解決了現(xiàn)有激光器輸出固定單波長(zhǎng)的缺點(diǎn)。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是該可調(diào)諧多波長(zhǎng)光纖激光器，包括泵浦光源、增益介質(zhì)和環(huán)形腔。所述增益介質(zhì)是摻稀土元素的光纖；所述環(huán)形腔內(nèi)依次串聯(lián)設(shè)置有波分復(fù)用器(WDM)、稀土光纖、第一光隔離器、光耦合器、可調(diào)諧多波長(zhǎng)產(chǎn)生單元、第二光隔離器；所述第二光隔離器的輸出端與波分復(fù)用器的一個(gè)輸入端連接，泵浦光源與波分復(fù)用器的另一個(gè)輸入端連接；所述光耦合器的一個(gè)輸出端與可調(diào)諧多波長(zhǎng)產(chǎn)生單元的輸入端連接，光耦合器的另一個(gè)輸出端用于激光輸出。上述的可調(diào)諧多波長(zhǎng)產(chǎn)生單元包括光分路器、至少兩個(gè)光環(huán)行器、與光環(huán)行器數(shù)量相同的光纖布拉格光柵(FBG)、光耦合器和用于調(diào)節(jié)FBG周期的周期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；光耦合器的一個(gè)輸出端與光分路器一端連接，光分路器另一端與至少兩個(gè)光環(huán)行器的第一端口連接，各光環(huán)行器的第二端口分別與FBG連接，各光環(huán)行器的第三端口分別與光耦合器連接； 所述各FBG設(shè)置在周期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上。[0010]根據(jù)不同的情況，可以將各FBG分別設(shè)置在單獨(dú)周期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，每一個(gè)FBG對(duì)應(yīng)一個(gè)周期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，也可以將各FBG均設(shè)置在一個(gè)周期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上。上述可調(diào)節(jié)FBG周期的機(jī)構(gòu)以壓電陶瓷為佳，壓電陶瓷與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源連接；上述各FBG之間以平行設(shè)置為佳，其中心波長(zhǎng)之間的間隔以0. 2nm為佳；上述的稀土光纖以摻鉺光纖為佳。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1.光纖激光器是一種高效的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，即由泵浦激光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為所摻鉺離子的激射波長(zhǎng)。正因?yàn)楣饫w激光器的激射波長(zhǎng)由鉺離子所決定、不受泵浦波長(zhǎng)的控制，所以可以利用與鉺離子吸收光譜相對(duì)應(yīng)的廉價(jià)短波長(zhǎng)、高功率半導(dǎo)體激光器泵浦，獲得光纖通信低損耗窗口 C波段(1550nm附近)的激光輸出。2.由于光纖激光器的圓柱形幾何尺寸，一方面，容易耦合到系統(tǒng)的傳輸光纖中，極大地簡(jiǎn)化了光纖激光器的設(shè)計(jì)及制作，并且光纖具有極好的柔繞性，使得激光器相當(dāng)小巧靈活，使用方便，性價(jià)比高；另一方面，具有較高的“表面積/體積”比，散熱快，工作物質(zhì)熱負(fù)荷小，無(wú)需冷卻系統(tǒng)，能產(chǎn)生高亮度和高峰值功率。3.可調(diào)諧的多波長(zhǎng)光纖激光器可以有效地解決固定波長(zhǎng)激光器的不足之處，不僅能同時(shí)為多個(gè)信道提供所需光源，使發(fā)射端的設(shè)計(jì)更為緊湊、經(jīng)濟(jì)；而且激光器輸出的波長(zhǎng)還可調(diào)諧，適用于光纖通信網(wǎng)絡(luò)中波長(zhǎng)動(dòng)態(tài)分配的情況，從而可提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性。4.能勝任惡劣的工作環(huán)境，對(duì)灰塵、振蕩、沖擊、濕度、溫度具有很高的容忍度。5.由于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的電壓調(diào)節(jié)范圍為0 150V，該激光器單個(gè)獨(dú)立波長(zhǎng)調(diào)諧精度為0. 00495nm/V，調(diào)諧范圍0. 7425nm。

圖1是可調(diào)諧多波長(zhǎng)光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是可調(diào)諧多波長(zhǎng)產(chǎn)生單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
該多波長(zhǎng)光纖激光的調(diào)諧性能所依據(jù)的原理如下1.將泵浦光源輸出第一波段的泵浦光與第二波段的信號(hào)光耦合后輸送至步驟2 中處理；2.將步驟1中輸出的光輸入摻鉺光纖內(nèi)進(jìn)行處理，第一波段泵浦光使鉺離子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，并出現(xiàn)自發(fā)的放大輻射(ASE)，形成與信號(hào)光波段相同的自發(fā)輻射光。自發(fā)輻射光使得步驟1中所述的第二波段的信號(hào)光得到放大，產(chǎn)生受激輻射光；受激輻射光單向傳輸至步驟3 ；第二波段的信號(hào)光放大具體是，處于基態(tài)能級(jí)的鉺離子在第一波段附近的泵浦光作用下躍遷到高能級(jí)，經(jīng)過(guò)大約1μ S時(shí)間遲豫到亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)，再?gòu)膩喎€(wěn)態(tài)能級(jí)躍遷到 基態(tài)，發(fā)射出與第二波段的信號(hào)光波長(zhǎng)一樣、方向一致的光子，實(shí)現(xiàn)第二波段的信號(hào)光放大；3.將經(jīng)步驟2處理的光進(jìn)行分束，一部分光提供激光輸出，另一部分光反饋至步驟4，經(jīng)處理，滿足條件后作為激光輸出；4.經(jīng)步驟3反饋回的光進(jìn)行分光，將其分成至少兩組相同的光；[0025]5.使經(jīng)步驟4處理的各路光分別進(jìn)入相互對(duì)應(yīng)的光環(huán)行器；6.經(jīng)光環(huán)行器后的各路光分別進(jìn)入相互對(duì)應(yīng)的FBG，通過(guò)調(diào)節(jié)各FBG的長(zhǎng)度來(lái)改變各FBG的周期和光纖布拉格波長(zhǎng)，F(xiàn)BG將反射與其布拉格波長(zhǎng)相同的光，不同波長(zhǎng)的光透射出FBG ；經(jīng)FBG反射的光返回光環(huán)行器；7.對(duì)經(jīng)步驟6處理的各路光進(jìn)行耦合后單向輸出至步驟1，所述的各路光的波長(zhǎng)均屬于第二波段內(nèi)。該可調(diào)諧多波長(zhǎng)光纖激光器，包括泵浦光源、增益介質(zhì)和環(huán)形腔。所述增益介質(zhì)是摻稀土元素的光纖；所述環(huán)形腔內(nèi)依次串聯(lián)設(shè)置有WDM、稀土光纖、第一光隔離器、光耦合器、可調(diào)諧多波長(zhǎng)產(chǎn)生單元、第二光隔離器；所述第二光隔離器的輸出端與波分復(fù)用器的一個(gè)輸入端連接，泵浦光源與波分復(fù)用器的另一個(gè)輸入端連接；所述光耦合器的一個(gè)輸出端與可調(diào)諧多波長(zhǎng)產(chǎn)生單元的輸入端連接，光耦合器的另一個(gè)輸出端用于激光輸出。上述的可調(diào)諧多波長(zhǎng)產(chǎn)生單元包括光分路器、至少兩個(gè)光環(huán)行器、與光環(huán)行器數(shù)量相同的FBG、光耦合器和用于調(diào)節(jié)FBG周期的周期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；光耦合器的一個(gè)輸出端與光分路器一端連接，光分路器另一端與至少兩個(gè)光環(huán)行器的第一端口連接，各光環(huán)行器的第二端口分別與FBG連接，各光環(huán)行器的第三端口分別與光耦合器連接；所述各FBG設(shè)置在周期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上。根據(jù)不同的情況，可以將各FBG分別設(shè)置在單獨(dú)周期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，每一個(gè)FBG對(duì)應(yīng)一個(gè)周期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，也可以將各FBG均設(shè)置在一個(gè)周期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上。上述可調(diào)節(jié)FBG周期的機(jī)構(gòu)以壓電陶瓷為佳，壓電陶瓷與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源連接；上述各FBG之間以平行設(shè)置為佳，其中心波長(zhǎng)之間的間隔以0. 2nm為佳；上述的稀土光纖以摻鉺光纖為佳。實(shí)施例1該可調(diào)諧多波長(zhǎng)光纖激光器，由980nm附近激光二極管作泵浦源，采用摻鉺光纖作為激光器的增益介質(zhì)，摻鉺光纖的熒光譜是1530nm到1560nm波段的寬帶光；采用環(huán)形腔的諧振腔結(jié)構(gòu)，其諧振腔包括可調(diào)諧多波長(zhǎng)產(chǎn)生單元、光隔離器、980/1550nm WDM、摻鉺光纖與光耦合器等；采用FBG作為濾波與波長(zhǎng)選擇器件，選出所需要的特定波長(zhǎng)，將多根FBG 粘貼于壓電陶瓷上，通過(guò)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源改變壓電陶瓷的伸長(zhǎng)量，來(lái)調(diào)節(jié)多根FBG的濾波和波長(zhǎng)選擇特性，從而實(shí)現(xiàn)該激光器輸出可調(diào)諧的多波長(zhǎng)激光。上述摻鉺光纖是將稀土離子中的鉺離子以一定的濃度摻雜于纖芯之中。摻鉺光纖是受激光纖，它具有三能級(jí)系統(tǒng)。鉺離子能夠?qū)崿F(xiàn)光纖通信低損耗窗口 C波段(1550nm附近)的光放大，1550nm附近的信號(hào)光可誘發(fā)鉺離子產(chǎn)生受激輻射。處于基態(tài)能級(jí)的鉺離子在980nm附近的泵浦光作用下躍遷到高能級(jí)，經(jīng)過(guò)大約1 μ s時(shí)間遲豫到亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)，再?gòu)膩喎€(wěn)態(tài)能級(jí)躍遷到基態(tài)，發(fā)射出與信號(hào)光波長(zhǎng)一樣、方向一致的光子，實(shí)現(xiàn)1550nm附近的光放大。上述環(huán)形腔由以下器件構(gòu)成980/1550nm WDM、摻鉺光纖、光隔離器1、光耦合器、 可調(diào)諧多波長(zhǎng)產(chǎn)生單元和光隔離器2。WDM將980nm附近的泵浦光和波長(zhǎng)為1550nm附近的光耦合進(jìn)摻鉺光纖。摻鉺光纖是增益介質(zhì)，在其內(nèi)形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生ASE。隨后自發(fā)輻射光進(jìn)入光隔離器1的輸入端口，光隔離器1促使光在環(huán)形腔內(nèi)單向傳輸，之后光從光隔離器1的輸出端口輸出。光進(jìn)入到光耦合器的輸入端口，光耦合器將光分為20% :80%的兩束光。其中從20%端口輸出的光提供激光輸出；從80%端口輸出的光反饋進(jìn)環(huán)形腔中， 進(jìn)入可調(diào)諧多波長(zhǎng)產(chǎn)生單元的輸入端口。光在該單元內(nèi)進(jìn)行濾波和波長(zhǎng)選擇，滿足FBG布拉格反射條件的光被選擇出來(lái)，從可調(diào)諧多波長(zhǎng)產(chǎn)生單元的輸出端口輸出，進(jìn)入光隔離器2 的輸入端口。光隔離器2同樣是促使光在環(huán)形腔內(nèi)單向傳輸。光從光隔離器2的輸出端口輸出后，進(jìn)入到WDM中 。這樣就構(gòu)成了環(huán)形腔。如圖1所示泵浦波長(zhǎng)為980nm附近的泵浦光，首先通過(guò)尾纖耦合進(jìn)980/1550nm WDM的980nm端口。然后通過(guò)WDM輸出端口進(jìn)入摻鉺光纖中，摻鉺光纖是增益介質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行泵浦，在摻鉺光纖中將形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，并出現(xiàn)ASE。自發(fā)輻射光進(jìn)入光隔離器1的輸入端口，光隔離器1促使光在環(huán)形腔內(nèi)單向傳輸。之后光從光隔離器1的輸出端口輸出。光進(jìn)入到光耦合器的輸入端口，光耦合器將光分為20% :80%的兩束光。其中從20%端口輸出的光提供激光輸出；從80%端口輸出的光反饋進(jìn)環(huán)形腔中，進(jìn)入可調(diào)諧多波長(zhǎng)產(chǎn)生單元的輸入端口。光在該單元內(nèi)進(jìn)行濾波和波長(zhǎng)選擇，滿足FBG布拉格反射條件的光被選擇出來(lái)， 從可調(diào)諧多波長(zhǎng)產(chǎn)生單元的輸出端口輸出，進(jìn)入光隔離器2的輸入端口。光隔離器2同樣是促使光在環(huán)形腔內(nèi)單向傳輸。光從光隔離器2的輸出端口輸出后，進(jìn)入到WDM的1550nm 端口。輻射光重新耦合進(jìn)摻鉺光纖中，完成一次循環(huán)。每一次循環(huán)過(guò)程中，符合光纖布拉格條件的那些波長(zhǎng)的輻射光能量均得到放大，當(dāng)增益大于輻射光在環(huán)路中的傳輸損耗時(shí)，整個(gè)激光環(huán)形諧振腔形成振蕩，從而實(shí)現(xiàn)了滿足光纖布拉格條件的那些波長(zhǎng)的激光輸出。如圖2所示光從上述環(huán)形腔中光耦合器的80%端口輸出，進(jìn)入IXN光分路器的輸入端口。1 XN光分路器將入射光分為N路，N路光分別從1 XN光分路器的N個(gè)輸出端口輸出。然后N路光分別進(jìn)入相互對(duì)應(yīng)的光環(huán)行器1 N的Port 1端口，N路光分別經(jīng)環(huán)行器1 N后，從光環(huán)行器1 N的Port 2端口輸出，進(jìn)入相互對(duì)應(yīng)的N根中心波長(zhǎng)為1550nm 附近的，且中心波長(zhǎng)間隔約為0. 2nm的FBG中。N根FBG平行地粘貼于同一個(gè)壓電陶瓷，或者分別粘貼在相互對(duì)應(yīng)的N個(gè)壓電陶瓷上，沿著FBG的長(zhǎng)度方向給壓電陶瓷加載電壓，調(diào)節(jié)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源改變壓電陶瓷的長(zhǎng)度，從而改變了粘貼在壓電陶瓷上的FBG光柵周期； 根據(jù)光纖布拉格反射條件，反射光的中心波長(zhǎng)也隨之改變；凡是滿足FBG布拉格反射條件的光就會(huì)被反射。被反射的光分別進(jìn)入相互對(duì)應(yīng)的光環(huán)行器1 N的Port 2端口，再次經(jīng)過(guò)光環(huán)行器1 N，從光環(huán)行器1 N的Port 3端口輸出；光從光環(huán)行器1 N的Port 3 端口輸出后，分別進(jìn)入相互對(duì)應(yīng)的NX 1光耦合器的N個(gè)輸入端口。NX 1光耦合器將N路光耦合成一路光，然后合路光從NX 1光耦合器的輸出端口輸出，進(jìn)入上述環(huán)形腔中的光隔離器2的輸入端口。這樣就形成了 N個(gè)波長(zhǎng)的光在諧振腔內(nèi)的振蕩。將中心波長(zhǎng)為1550nm附近的，且中心波長(zhǎng)間隔約為0. 2nm的N個(gè)FBG平行地粘貼于同一個(gè)壓電陶瓷，或者分別粘貼在相互對(duì)應(yīng)的N個(gè)壓電陶瓷上，沿著FBG的長(zhǎng)度方向給壓電陶瓷加載電壓，調(diào)節(jié)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源改變壓電陶瓷的長(zhǎng)度，從而改變了粘貼在壓電陶瓷上的FBG光柵周期，達(dá)到調(diào)節(jié)各個(gè)FBG的濾波和波長(zhǎng)選擇特性的目的，最終實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的多波長(zhǎng)(N波長(zhǎng))光纖激光輸出。
權(quán)利要求1.一種可調(diào)諧多波長(zhǎng)光纖激光器，包括泵浦光源、增益介質(zhì)和環(huán)形腔，其特征在于所述增益介質(zhì)是摻稀土元素的光纖；所述環(huán)形腔內(nèi)依次串聯(lián)設(shè)置有波分復(fù)用器(WDM)、稀土光纖、第一光隔離器、光耦合器、可調(diào)諧多波長(zhǎng)產(chǎn)生單元、第二光隔離器；所述第二光隔離器的輸出端與波分復(fù)用器的一個(gè)輸入端連接，泵浦光源與波分復(fù)用器的另一個(gè)輸入端連接； 所述光耦合器的一個(gè)輸出端與可調(diào)諧多波長(zhǎng)產(chǎn)生單元的輸入端連接，光耦合器的另一個(gè)輸出端用于激光輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧多波長(zhǎng)光纖激光器，其特征在于所述的可調(diào)諧多波長(zhǎng)產(chǎn)生單元包括光分路器、至少兩個(gè)光環(huán)行器、與光環(huán)行器數(shù)量相同的光纖布拉格光柵 (FBG)、光耦合器和用于調(diào)節(jié)FBG周期的周期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；光耦合器的一個(gè)輸出端與光分路器一端連接，光分路器另一端與至少兩個(gè)光環(huán)行器的第一端口連接，各光環(huán)行器的第二端口分別與FBG連接，各光環(huán)行器的第三端口分別與光耦合器連接；所述各FBG設(shè)置在周期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可調(diào)諧多波長(zhǎng)光纖激光器，其特征在于所述各FBG分別設(shè)置在周期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可調(diào)諧多波長(zhǎng)光纖激光器，其特征在于所述各FBG均設(shè)置在一個(gè)周期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的可調(diào)諧多波長(zhǎng)光纖激光器，其特征在于所述的可調(diào)節(jié)FBG周期的機(jī)構(gòu)是壓電陶瓷，所述壓電陶瓷與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可調(diào)諧多波長(zhǎng)光纖激光器，其特征在于所述的稀土光纖是摻鉺光纖。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可調(diào)諧多波長(zhǎng)光纖激光器，其特征在于所述的可調(diào)節(jié)FBG 周期的機(jī)構(gòu)是壓電陶瓷，所述壓電陶瓷與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可調(diào)諧多波長(zhǎng)光纖激光器，其特征在于所述各FBG平行設(shè)置，且其中心波長(zhǎng)之間的間隔為0. 2nm。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種基于壓電陶瓷的可調(diào)諧多波長(zhǎng)光纖激光器，其解決了現(xiàn)有激光器輸出固定單波長(zhǎng)的缺點(diǎn)。該可調(diào)諧多波長(zhǎng)光纖激光器，包括泵浦光源、增益介質(zhì)和環(huán)形腔，環(huán)形腔內(nèi)依次串聯(lián)設(shè)置有波分復(fù)用器(WDM)、稀土光纖、第一光隔離器、光耦合器、可調(diào)諧多波長(zhǎng)產(chǎn)生單元、第二光隔離器；所述第二光隔離器的輸出端與波分復(fù)用器的一個(gè)輸入端連接，泵浦光源與波分復(fù)用器的另一個(gè)輸入端連接；光耦合器的一個(gè)輸出端與可調(diào)諧多波長(zhǎng)產(chǎn)生單元的輸入端連接，光耦合器的另一個(gè)輸出端用于激光輸出。該激光器能同時(shí)為多個(gè)信道提供所需光源，使得發(fā)射端的設(shè)計(jì)更為緊湊、經(jīng)濟(jì)。
文檔編號(hào)H01S3/067GK202025977SQ20112011701
公開(kāi)日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者任立勇, 韓旭 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所