本實用新型涉及一種基于環(huán)形腔波長可調(diào)諧單頻摻鐿光纖激光器。

背景技術(shù)：

波長可調(diào)諧單頻光纖激光器在光通信系統(tǒng)、光傳感系統(tǒng)及高準確度光譜分析測量儀器系統(tǒng)中有著十分廣闊的應(yīng)用前景，因此為了滿足這些應(yīng)用，主要由線形腔和環(huán)形腔來實現(xiàn)波長可調(diào)諧單頻光纖激光器。其中線形腔適合產(chǎn)生單一波長的單頻光纖激光器。環(huán)形腔沒有空間燒孔效應(yīng)，這使得環(huán)形腔越來越受到關(guān)注，所以采用環(huán)形腔更適合產(chǎn)生波長可調(diào)諧單頻單頻激光輸出。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題或缺陷，本實用新型的目的在于，提供一種基于環(huán)形腔波長可調(diào)諧單頻摻鐿光纖激光器，能夠有效實現(xiàn)諧振腔的縱模，實現(xiàn)波長可調(diào)諧單頻激光的輸出。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：

基于環(huán)形腔波長可調(diào)諧單頻摻鐿光纖激光器，包括激光二極管，還包括波分復(fù)用器、第一段摻鐿光纖、光纖光學可調(diào)濾波器、第一耦合器、計算機、高精度濾波器和光纖環(huán)形濾波器，其中，激光二極管的輸出端連接波分復(fù)用器的輸入端，波分復(fù)用器的輸出端連接第一段摻鐿光纖的一端，第一段摻鐿光纖的另一端連接光纖光學可調(diào)濾波器的輸入端，光纖光學可調(diào)濾波器的輸出端連接第一耦合器的輸入端和計算機，第一耦合器的輸出端連接高精度濾波器，高精度濾波器連接光纖環(huán)形濾波器，光纖環(huán)形濾波器的輸出端連接波分復(fù)用器的輸入端。

具體地，所述高精度濾波器包括第二耦合器和第二段摻鐿光纖，第二耦合器的輸入端連接所述第一耦合器的輸出端，第二段摻鐿光纖的兩端均與第二耦合器的輸出端連接。

具體地，所述光纖環(huán)形濾波器包括循環(huán)器、第三耦合器和第三段摻鐿光纖，循環(huán)器包括第一端口、第二端口和第三端口，第一端口連接所述第二耦合器的輸出端，第二端口連接第三耦合器的輸入端，第三耦合器的輸出端連接第三段摻鐿光纖的兩個端口，第三端口連接所述波分復(fù)用器的輸入端。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下技術(shù)效果：本實用新型的激光二極管發(fā)射激光，經(jīng)過波分復(fù)用器后，泵浦第一段摻鐿光纖，第一段摻鐿光纖自發(fā)輻射光進入光纖光學可調(diào)濾波器，本實用新型利用計算機控制光纖光學可調(diào)濾波器調(diào)節(jié)自發(fā)輻射光的中心波長，并通過高精度濾波器和光纖環(huán)形濾波器有效抑制諧振腔的縱模，實現(xiàn)單頻激光的輸出。

附圖說明

圖1是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是光纖激光器模式選擇過程示意圖；其中，(a)是可調(diào)諧濾波器3dB帶寬內(nèi)主腔縱模圖；(b)是主腔加入高精度濾波器后縱模圖；(c)是加入第三段未泵浦摻鐿光纖實現(xiàn)單縱模圖；

圖中各個標號含義：1—激光二極管，2—波分復(fù)用器，3—第一段摻鐿光纖，4—光纖光學可調(diào)濾波器，5—第一耦合器，6—計算機，7—高精度濾波器，8—光纖環(huán)形濾波器，9—第二耦合器，10—第二段摻鐿光纖，11—循環(huán)器，12—第三耦合器，13—第三段摻鐿光纖，14—第一端口，15—第二端口，16—第三端口。

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型的方案作進一步詳細地解釋和說明。

具體實施方式

參見圖1，本實用新型的基于環(huán)形腔波長可調(diào)諧單頻摻鐿光纖激光器，包括激光二極管1、波分復(fù)用器2、第一段摻鐿光纖3、光纖光學可調(diào)濾波器4、第一耦合器5、計算機6、高精度濾波器7和光纖環(huán)形濾波器8，其中，激光二極管1的輸出端連接波分復(fù)用器2的輸入端，波分復(fù)用器2的輸出端連接第一段摻鐿光纖3的一端，第一段摻鐿光纖3的另一端連接光纖光學可調(diào)濾波器4的輸入端，光纖光學可調(diào)濾波器4的輸出端連接第一耦合器5的輸入端和計算機6，第一耦合器5的輸出端連接高精度濾波器7，高精度濾波器7連接光纖環(huán)形濾波器8，光纖環(huán)形濾波器8的輸出端連接波分復(fù)用器2的輸入端。

本實用新型的激光二極管1發(fā)射激光，經(jīng)過波分復(fù)用器2后，泵浦第一段摻鐿光纖3，第一段摻鐿光纖3自發(fā)輻射光進入光纖光學可調(diào)濾波器4，本實用新型利用計算機控制光纖光學可調(diào)濾波器4調(diào)節(jié)自發(fā)輻射光的中心波長，并通過高精度濾波器7和光纖環(huán)形濾波器8有效抑制諧振腔的縱模，實現(xiàn)單頻激光的輸出。

所述高精度濾波器7包括第二耦合器9和第二段摻鐿光纖10，第二耦合器9的輸入端連接所述第一耦合器5的輸出端，第二段摻鐿光纖10的兩端均與第二耦合器9的輸出端連接；所述光纖環(huán)形濾波器8包括循環(huán)器11、第三耦合器12和第三段摻鐿光纖13，循環(huán)器11包括的第一端口14、第二端口15和第三端口16，第一端口14連接所述第二耦合器9的輸出端，第二端口15連接第三耦合器12的輸入端，第三耦合器12的輸出端連接第三段摻鐿光纖13的兩個端口，第三端口16連接所述波分復(fù)用器2的輸入端。

經(jīng)第一耦合器5輸出端輸出的光波，進入第二耦合器9后，被分成兩列光波，一列光波由第二耦合器9的輸出端直接進入循環(huán)器11內(nèi)，另一列光波進入第二段摻鐿光纖10內(nèi)循環(huán)后也進入循環(huán)器11內(nèi)；上述過程實現(xiàn)首次抑制諧振腔的縱模的目的。

進入循環(huán)器11內(nèi)的光波經(jīng)由循環(huán)器11的第二端口15進入第三耦合器12內(nèi)，第三耦合器12將光波分成兩列光波，兩列光波均進入第三段摻鐿光纖13內(nèi)，并在第三段摻鐿光纖13內(nèi)發(fā)生干涉，并經(jīng)由第三耦合器12的輸入端經(jīng)由循環(huán)器11的第二端口15到達第三端口16，進入波分復(fù)用器2內(nèi)。根據(jù)駐波理論和非線性光學理論，在第三段摻鐿光纖13內(nèi)形成動態(tài)周期性折射率分布，起到一種窄帶自動濾波功能，從而再次實現(xiàn)抑制諧振腔的縱模的目的。

所述第一耦合器5包括兩個輸出端，其中一個輸出端連接第二耦合器9的輸入端，另外一個輸出端作為單頻激光的輸出端，通過高精度濾波器和光纖環(huán)形濾波器并進入波分復(fù)用器2的光波再次在本實用新型的裝置內(nèi)形成第一次循環(huán)，并經(jīng)過上述多次振蕩形成激光，由第一耦合器5的單頻激光的輸出端輸出單頻激光。

實驗分析

參見圖2中的(a)，主腔的縱模空間約為18MHz，同時采用高精度濾波器和光纖光學可調(diào)濾波器獲得單頻激光輸出。當入射光波E1進入高精度濾波器后，光波被分為E2和E3，參見圖1。高精度濾波器透過率曲線為：

其中r是第二耦合器的耦合比，g是第二段摻鐿光纖的增益。ω是光場角頻率，τ是高精度濾波器的延遲時間(τ＝2π/FSR)，F(xiàn)SR＝c/n_effl，n_eff是第二段摻鐿光纖的折射率系數(shù)，l＝2.3m是高精度濾波器長度，高精度濾波器光譜響應(yīng)如圖2中的(b)，很明顯它有效抑制了一部分模式。

第三耦合器將光波分為光強相等的兩列波，并在第三段摻鐿光纖中形成干涉，根據(jù)駐波理論和非線性光學理論，在光纖環(huán)形濾波器中形成動態(tài)周期性折射率分布，起到一種窄帶自動濾波功能，它的半高全寬為：

動態(tài)光柵耦合系數(shù)κ為

其中，λ為中心波長，n_eff是第三段摻鐿光纖的折射率系數(shù)，L_g為動態(tài)光柵的長度，Δn為折射率的變化，它可以由著名的K-K關(guān)系計算，在實驗中，λ＝1060nm，L_g＝2m，和n_eff＝1.45，折射率變化可以被估計為Δn＜2×10^-7，因此光纖環(huán)形濾波器的半高全寬約為Δf＜14MHz，它小于主腔縱模間隔(FSRmain cavity＝18MHz)，圖2中的(c)為單頻激光輸出。