[发明专利]一种可调谐多波长稳定窄线宽光纤激光器

说明书

技术领域：

本专利涉及一种环形结构多波长光纤激光器，尤其是可调谐多波长光纤激光器，属于激光技术领域。

背景技术：

随着高容量光纤通信网络的发展，波分复用技术已经成为长距离通信干线和光网络的主流技术。多波长光纤激光器作为波长路由网络中的重要光源可以有效地避免信道冲突，更是成为研究热点。同时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，使其在光纤传感系统，光学测试，光谱学等方面均有着广泛的应用前景。

传统的多波长信号源由一系列单波长DFB半导体激光器组成，技术相对简单，缺点是系统庞大、成本高，在考虑带有光交叉节点的光网络时问题就更加突出。且从简化结构、降低成本、便于维护的角度考虑，能够实现通道间隔、通道数量可调的多波长光纤激光器有着明显的应用优势。

针对这一应用目标，已经做了大量研究工作。Rie Hayashi等人2003年12月在光子技术快报（IEEE PTL）上发表的题为“16-Wavelength 10-GHz Actively Mode-Locked Fiber Laser With Demultiplexed Outputs Anchored on the ITU-T Grid”的文章中，采用冷却到液氮温度（77K）的掺饵光纤作为增益介质，采用环形器、铌酸锂外调制器等构成的反馈环作为谐振腔的一端，一个反射率为90%的波导阵列作为谐振腔的另一端同时也作为波长选择器，实现了16个波长、波长间隔100GHz的锁模脉冲输出。但由于通常掺铒光纤增益在常温下的均匀展宽特性 ,只有在很低的温度下才可能实现多波长同时稳定输出,这在实际应用中是一个很大的问题。

实现常温下输出波长可调，输出波长间隔可调和输出通道数可调一直是多波长激光器研究得的重点。近年来已经有多种方法如：引入频移反馈机制、双芯掺铒光纤、椭圆掺铒光纤、声光移频器、正弦相位调制器、四波混频效应等，但这些方法结构较为复杂并且有的需要对增益光纤进行特殊处理，有的需要特殊的设备，有不利于低成本化和集成化。

2005年，Young- Geun Han 和 Gilhwan Kim 在Photonics Technology Letters，IEEE上发表的题为“Lasing Wavelength and Spacing Switchable Multiwavelength Fiber Laser From 1510 to 1620 nm”的文章报道了他们获得的在1510nm~1620nm间的输出波长可调，波长间隔可调，输出通道数可调的常温下稳定工作的多波长光纤激光器。其实验装置的主体是由混合增益介质（SOA，C波段EDFA，L波段EDFA）和可调PMF Lyot- Sagnac滤波器组成。利用半导体光放大器的自饱和效应获得稳定的高信噪比的多波长激光输出，SOA的非线性增益压制也能被用来调整输出波长。但是， SOA不是全光器件，耦合损耗偏大，输出功率受到很大限制。

基于布里渊散射的多波长掺铒光纤激光器也是近年来研究的热点，这类激光器结合了掺铒光纤的线性增益和布里渊散射的非线性增益，是在室温下产生多波长输出的有效方法，然而，由于受激布里渊散射的非线性增益系数较小，一般要求较长的光纤长度和较大的泵浦功率，这对输出特性的改善也有很大的限制。

另一种常见的实现多波长输出的结构是利用Mach-Zehnder干涉仪，2007年，Chen,Daru等人在OPTICS EXPRES上发表的题“Channel-spacing-tunable multi-wavelength fiber ring laser with hybrid Raman and Erbium-doped fiber gains”的文章中对Mach-Zehnder干涉仪进行改进，使用可变光延迟线Mach-Zehnde干涉仪，在室温下实现信道间隔可变的多波长光纤激光器，但需要用计算机控制可变光延迟线，不利于系统的整体封装，而且此类激光器通常是不可调的。