[发明专利]一种精密可调谐多波长环形光纤激光器

说明书

技术邻域

本发明涉及光通信和光纤激光器领域，特别是提供了一种精密可调谐多波长环形光纤激 光器。

背景技术

多波长光纤激光器是一类造价低、效率高的激光光源，在诸如波分复用光通信系统、光 纤传感、光器件性能测试和材料的色散测试等方面具有很大的应用潜力，是近年来除锁模光 纤激光器外的另一种引起人们极大关注的光纤激光器。将掺铒光纤浸泡在液氮(77K)中来抑制 其均匀加宽机制可以实现多波长掺铒光纤激光器，但这种方法有很大局限性，不能工作在室 温下。至今已经提出了多种方法来使得光纤激光器能在室温下产生稳定多波长：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激光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。

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个波长的掺铒光纤激光输出，波长间隔为4.8nm。之后，在此 领域如雨后春笋般地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。而我国从20世纪90年代中后期，由南开大学、北京邮电大学、清华大学等科研 单位率先开始进行该方面的研究工作。经过十几年的发展，尤其是在近几年，多波长光纤激 光器方面的研究已经引起了广泛的关注，并已取得很大进展，但采用的方法主要集中在几种 已知的方法上。

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。相比这些传统滤波器本发明提出另外一种相对简单的滤波器，即双折射光纤滤波器，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。

本发明提出一种基于非线性偏振旋转效应能在室温下产生多波长输出的可精密调谐环形 光纤激光器。激光器没有使用传统的滤波器，而是在激光腔内插入一段保偏光纤，保偏光纤 与非线性偏振旋转光纤激光器应有的具有起偏器作用的偏振相关隔离器构成一双折射光纤周 期性滤波器。非线性偏振旋转效应是一种新的克服均匀加宽增益介质中模式竞争的机理和方 法，使得光纤激光器在室温下能产生多波长输出。运用在线型的双折射光纤周期性梳状滤波 器，简化了激光器的结构，使激光器易于全光纤集成，可精密调谐，是未来密集波分复用光 纤通信系统的理想光源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精密可调谐多波长环形光纤激光器，具有很好的波长选择性， 可应用于波分复用光纤通信系统中。环形激光腔中包括一段掺铒光纤作为增益介质，一个 980/1550波分复用器用来把980nm泵浦激光耦合进掺铒光纤，一个两端带尾纤的偏振相关隔 离器保证激光器单方向工作，同时还起到一个起偏器的作用，两个偏振控制器分别在偏振相 关隔离器的两侧用来控制偏振态，还有一个10dB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。如果没有了其他器件，这是一个典型的基于非线性偏振旋转的 被动锁模光纤激光器结构。本发明设计的多波长光纤激光器，在激光器腔内插入了一卷长单 模光纤和一段保偏光纤，偏振相关隔离器和保偏光纤构成一个双折射光纤周期性滤波器。按 照激光振荡理论，一个带有多波长滤波器的环形激光器可以同时有多个波长满足振荡条件而 起振，但由于增益介质掺铒光纤的均匀加宽性质，假如没有引入其他效应这多个波长激光间 存在强烈的竞争，因而很不稳定。非线性偏振旋转被动锁模的基本原理是强度相关饱和吸收， 即低强度光被吸收，而高强度光可以通过。但是，非线性偏振旋转效应本身是会饱和的，这 就是说当光强大于某一临界值时，激光腔的传输率不是随着光强的增大而增大，而是随着光 强的增大而减小，这里正是利用这种强度相关的损耗来实现稳定多波长产生的。不同于被动 锁模光纤激光器，现在在激光腔内插入了一段较长的单模光纤，用来增大激光腔内非线性效 应，另外还有一段保偏光纤，偏振相关隔离器和保偏光纤一起组成了一个在线型的周期性光 纤滤波器。它的波长间隔由公式Δλ＝λ²/(ΔnL)决定，其中Δn和L分别是保偏光纤的双折射 和长度。