[发明专利]基于半导体光放大器的具有超密波长间隔的可调谐多波长光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及激光和光通信领域，特别是提供了一种基于半导体光放大器的具有超密波长间隔的可调谐多波长光纤激光器。

背景技术

随着大容量光通信网络的发展，波分复用(WDM)技术获得了广泛的应用。近年来，多波长光纤激光器不仅成为波分复用系统的重要光源，还广泛地应用于光传感、光采样、光学测量和微波光子学等领域，引起了国内外的广泛关注。掺铒光纤(EDF)能提供较大的增益，较高的饱和功率和较低的偏振相关增益谱，是理想的激光器增益介质。但是掺饵光纤是一种均匀加宽增益介质，其室温下均匀加宽线宽超过10nm，这一均匀加宽特性将会引起交叉增益饱和，从而产生模式竞争效应，导致基于掺铒光纤的多波长激光器的输出功率不稳。已经有多种方法来解决这个问题，包括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，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，利用光纤中非线性偏振旋转效应诱导的强度相关损耗，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。半导体光放大器(SOA)是一种非均匀加宽的增益介质，能够在室温下产生稳定多波长激光，且具有体积小、增益带宽较宽、可集成等优点。已有的实验研究证明，与掺铒光纤为增益介质的光纤激光器相比，在常温下基于半导体光放大器的光纤激光器更容易产生稳定的多波长激射。由于半导体光放大器的3dB增益带宽一般可达50nm，增益谱平坦度好，保证了激光器多波长输出时带宽较宽，不同波长间功率波动较小。与其他类型的多波长光纤激光器相比，半导体光放大器光纤环形激光器腔长短，无需外加抽运光。此外，相比掺铒光纤毫秒量级的增益恢复时间，半导体光放大器载流子恢复时间仅为几十到几百皮秒，远小于几百纳秒的环腔渡越时间，因而半导体光放大器激光器弛豫振荡小，超模抑制效果好，故激光器工作稳定，具有很大的发展潜力。

到目前为止，已经有很多关于半导体光放大器的多波长光纤激光器的报道，能产生不同的波长个数和波长间隔。采用半导体光放大器光纤环腔结构，以高双折射光纤环镜为滤波器的多波长激光器，实现了连续可调谐的17个波长的稳定输出，其信道间隔100GHz，峰值功率差小于6dB，信噪比大于25dB。采用以法布里-珀罗光纤干涉仪滤波的半导体光放大器光纤环形激光器，实现了间距50GHz，51个波长的连续光激射，功率不平坦度约为4dB。插入信道间隔为1006Hz的马赫-曾德光纤干涉仪的半导体光放大器多波长光纤环形激光器，可输出24个波长的连续光，消光比大于30dB，其中在17.9nm光谱范围内的22个波长，功率不平坦度仅为1.2dB，总输出功率为5.1dBm。以上这些报道的基于半导体光放大器多波长光纤激光器产生的激光波长间隔都同半导体光放大器的均匀加宽线宽(半导体光放大器在室温下的均匀加宽线宽在1550nm附近约为0.6nm)在同一数量级。虽然波长间隔小于半导体光放大器均匀加宽线宽的多波长激光器也有报道，例如利用具有三个波长间隔为0.05nm的反射峰的光纤光栅，实现了三个超密波长间隔激光波长的同时激射，但是这种方法产生的波长数是非常有限的。

非线性偏振旋转效应是半导体光放大器中的一种重要的非线性效应。在半导体光放大器中，非线性偏振旋转有两种来源：一是半导体光放大器中两个模式(TE模式和TM模式)有不同的增益；二是双折射的存在。因此，当光波经过半导体光放大器时，其偏振态会发生变化，这就是非线性偏振旋转效应。半导体光放大器中的非线性偏振旋转效应通常用来实现全光信号处理，通常在泵浦光(或控制光)/探测光应用中，通过泵浦光引入附加双折射来实现探测光的偏振态的变化，随着注入泵浦光信号功率的变化，探测光的TE和TM模式的增益和有效折射率非线性地变化，输出探测信号的偏振态将受到输入泵浦光功率的调制。如果在半导体光放大器输出端引入检偏器(或偏振分束器)，则利用非线性偏振旋转效应实现了一个全光偏振光开关。当只有一束光进入半导体光放大器中时，即这束光既当泵浦光又当探测光，由于非线性偏振旋转效应在半导体光放大器输出端的检偏器也可以实现光信号的自开关。这就是半导体光放大器中非线性偏振旋转效应导致的强度相关传输，可以用于抑制半导体光放大器均匀加宽线宽内的模式竞争，实现稳定的具有超密波长间隔的多波长激光产生。