[发明专利]一种8字形多波长光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及光通信和光纤激光器领域，特别是提供了一种8字形多波长光纤激光器。

背景技术

多波长激光器可以同时为现代光波分复用(WDM)通信系统提供所需多个信道光源，使光发射端的设计更为紧凑、经济，因而在密集波分复用(DWDM)系统中有着很重要的应用价值。而多波长光纤激光器具有线宽窄，输出功率高，稳定性好，易于与光纤通信系统兼容等优点，非常适合于密集波分复用通信系统。多波长光纤激光器不仅广泛地应用到光通讯光源，而且在光传感，光器件的性能测试和材料的色散测试等很多领域都具有广阔的应用前景，因而受到广泛关注。室温稳定的多波长光纤激光器中最关键的技术是如何有效抑制掺杂光纤的均匀增益展宽效应。常温下铝硅玻璃掺铒光纤的均匀展宽线宽约为11nm，锗硅玻璃掺铒光纤的均匀线宽约为3～4nm。研究表明，当多波长激光器的输出波长间隔小于增益光纤的均匀展宽线宽时，不可避免地存在严重的模式竞争和模式跳变。要提高多波长光纤激光器的工作性能，获得稳定的多波长激光振荡，关键在于设法削弱增益光纤的均匀展宽效应，以及由此引起的交叉增益饱和效应。

国际上从1988年开始对多波长光纤激光器进行研究，并于1992年由美国的N.Park等首次实现了基于单一增益介质的6个波长输出的掺铒光纤激光，波长间隔为4.8nm。之后，在此领域涌现了大量的研究工作，不断地促进对多波长光纤激光器机理的理解和性能的改善。目前实现多波长光纤激光器有多种方法，主要的方法是将掺铒光纤(EDF)浸泡在液氮中冷却来抑制其均匀加宽机制，这种方法不能工作在室温下，因此其应用受到极大限制。为了能使光纤激光器在室温下也能产生多波长输出，可以采取的方法有：超连续谱的纵模切割，通过频移反馈来阻止激光器的单模振荡，利用非线性光纤中的四波混频效应来产生自稳定的多波长，将具有非均匀增益特性的半导体光放大器或拉曼放大器插入到光纤激光器中，和采用级联的受激布里渊散射实现布里渊多波长掺铒光纤激光器。

另一方面，为了实现多波长输出通常需要在激光腔内插入周期性的多波长滤波器，比如波长固定的Fabry-Pérot滤波器、波长可调谐的啁啾光纤光栅或取样光栅和双折射光纤环形镜等。相比这些滤波器还有另外一种相对简单的滤波器，即Lyot双折射光纤滤波器，它结构简单，只由一个起偏器和一段高双折射光纤即可组成。而且它的波长间隔可以通过选择合适的双折射光纤长度来改变，它的波长可以通过改变偏振来精密调谐。本文提出和展示了一种实现室温下多波长光纤激光器的新方法，利用对称非线性光纤环镜的强度相关非均匀传输抑制均匀加宽增益介质掺铒光纤中的模式竞争，实验中采用了在线型的双折射光纤滤波器，它是一种新型的周期性梳状滤波器。

本发明提出一种新型结构的“8”字形多波长光纤激光器，利用非线性光纤环镜的强度相关非均匀损耗能有效地抑制均匀加宽增益介质掺铒光纤中的模式竞争，使得“8”字形光纤在室温下产生多波长激光输出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种“8”字形多波长环形光纤激光器，可应用于波分复用光纤通信系统中。“8”字形多波长环形光纤激光器由一个分光比为50∶50的3dB耦合器把一个非线性光纤环镜和一个单向环形激光腔连接起来。在左边的单向激光振荡腔中，有一段作为增益介质的掺铒光纤，一个波分复用器把980nm的泵浦激光耦合进掺铒光纤，一个偏振相关隔离器(保证了激光腔的单向工作，并有起偏器的作用，还有一个偏振控制器，一个分光比为10/90的耦合器，它的10％端口用于输出光信号，90％光信号继续在腔内循环。这里提出的激光器与其他类似激光器的不同是在左边单向环形激光腔内有一段保偏光纤，保偏光纤和偏振相关隔离器一起就组成了一个等效的双折射光纤梳状滤波器，它是一种新型的在线性周期梳状滤波器。在对称非线性光纤环镜中，有一卷长单模光纤，还有两个偏振控制器分别用来调节反向传输的两光束进入单模光纤时的初始偏振态。

由于反向传输的两束光初始偏振态不同，受非线性偏振旋转作用它们在非线性光纤环镜中运行一圈积累的非线性相移量不同。对称非线性光纤环镜的传输函数可以表示为