專利名稱：基于非線性環鏡的功率穩定型光纖激光器的制作方法
技術領域：
本發明屬于光纖激光技術領域，尤其涉及一種基于非線性光纖環鏡的功率穩定型光纖激光器。
背景技術：
自1990年以來，光纖激光器如稀土摻雜光纖激光器、光纖非線性效應激光器、單晶光纖激光器和塑料光纖激光器的研制及開發已經取得了巨大的進步。目前，針對不同的應用場合設計的光纖激光器，種類繁多、性能各異、質量可靠。其中，尤其以高功率光纖激光器、超短脈沖光纖激光器和窄線寬光纖激光器的研究最為熱點，并已逐步實用化、商業化。 除具有抗電磁干擾能力強、安全、體積小等優點外，光纖激光器還具有轉化效率高、光束質量好、信噪比高、兼容性好和可遠程控制等特點，使得它在高速大容量波分復用系統、光相干檢測系統、光纖環形腔陀螺、光譜分析和光纖傳感等領域中有很大的應用潛力。摻鉺光纖激光器可提供通信波段的寬帶可調諧窄帶激光光源，并且具有高溫度穩定性、低抽運閾值、高信噪比、與光纖兼容等優點等，因此已成為高速光通信、光纜電視傳輸系統和檢測系統的理想光源候選者之一，備受國內外學者和廠商的廣泛青睞。然而，在常溫下摻鉺光纖是一種均勻展寬介質，存在較強的模式競爭效應，尤其在駐波腔結構中，正反傳輸的兩束光束將發生干涉造成空間燒孔效應，降低了模式的輸出穩定性。另一方面，電源電壓的不穩、驅動模塊輸出電流的波動和環境因素(壓力、溫度)對光纖損耗的影響等外在因素也同樣對光纖激光器的輸出功率產生消極影響。隨著密集波分復用系統的信道數及容量的成倍增加、檢測系統性能要求的提高等，大大地增加了對光源輸出精度和穩定性的要求。目前，實現光纖激光器功率穩定的技術更多的是研究模式穩定的輸出特性即消除跳模、多模現象，或是涉及到多縱模之間的模式協調和能量分配。由于驅動模塊、外界環境的不穩定而引起入纖光功率、光纖損耗的變化，最終導致激光輸出光功率的紋波現象這一技術缺陷并沒有得到重視，且國內外相關報道罕見。針對以上情況，本發明提供了一種基于非線性環鏡的功率穩定型光纖激光器，在消除了摻鉺光纖激光器空間燒孔效應的基礎上實現了功率自穩定功能，克服了驅動模塊或外界環境的不穩定而帶來的輸出功率變化的缺點，使之更適應于密集波分復用系統、強度解調型系統等。顯然，實現功率穩定型光纖激光器不但具有重要的理論意義，而且還具有廣泛的應用價值及現實意義。

發明內容
本發明針對現有技術的不足，提出了一種利用非線性光纖環鏡的透射率隨輸入光功率及其偏振態變化來實現功率穩定輸出的光纖激光器，該激光器除消除了摻鉺光纖中的空間燒孔效應外，克服了電源電壓的不穩、驅動模塊輸出電流的波動及環境因素(壓力、溫度)引起的光纖損耗對光纖激光器的輸出功率產生的影響，實現了激光輸出功率的穩定。基于非線性環鏡的功率穩定型光纖激光器包括通過光纖依次串聯的摻鉺光纖放大器、偏振控制器A、非線性光纖環鏡、光纖環形器、光纖光柵和輸出耦合器。其中，非線性光
3纖環鏡與光纖光柵共同應用，由光纖耦合器兩同向端口連接偏振控制器B及單模光纖段構成，通過光纖耦合器的另外兩個同向端口接入激光器的環行腔。本發明的基本工作原理摻鉺光纖放大器的輸出光功率經偏振控制器A后以特定的偏振態進入非線性光纖環鏡，由于非線性光纖環鏡對輸入光功率具有選擇透射特性，所以輸出光功率隨輸入光功率及其偏振態的變化而變化。隨后，輸出光功率經過光纖環形器和光纖光柵時被光纖光柵選頻，一部分經過輸出耦合器的輸出端輸出，一部分經過輸出耦合器的耦合端進入摻鉺光纖放大器，放大后的光功率經過偏振控制器A選擇偏振態后繼續循環傳輸，形成自激振蕩。光纖環形器對逆向傳輸的光損耗大，因此確保了環行腔中光的單向傳輸，從而抑制了腔內空間燒孔效應，促進了激光器的模式穩定激射。非線性光纖環鏡由光纖耦合器順次連接偏振控制器B、單模光纖段構成。通過對非線性光纖環鏡透射特性的數值模擬，其具體特性主要表現為以下兩點。第一，通過調整偏振控制器A、B可以得到兩種截然不同的透射特性，即飽和吸收體特性和振幅平衡特性。飽和吸收體特性表現為輸入光功率越大，則飽和吸收體的吸收就越小，透射率就越大，從而有利于超短脈沖激光器的實現。而振幅平衡器卻相反，輸入光功率越大，則透射率越小(或插入損耗越大)；輸入光功率越小，則透射率越大(或插入損耗越小)，處于一種輸出振幅自平衡狀態。第二，環鏡中的單模光纖段長度會影響其輸出振幅自平衡效果。光纖長度愈短，透射曲線變化愈慢，振幅自平衡能力愈差，反之亦然。因此，選擇合適的長度有利于精確地補償光功率的變化。在偏振控制器及單模光纖段調整至合適參數的情況下，當驅動模塊或者外界環境出現微小變化并引起腔內激光功率波動時，基于非線性環鏡的功率穩定型光纖激光器可迫使腔內光功率穩定不變，實現激光的輸出穩定。本發明具有的優點為⑴本發明利用非線性光纖環鏡的透射率隨輸入光功率及其偏振態變化的特性，消除了驅動模塊及外界環境的不穩定對激光器的消極影響，實現了激光穩定輸出；(2)本發明具有制作簡單、成本低廉、信噪比高(> 50dB)、功率穩定度高 (< 0. 2dB)等特點。


圖1為基于非線性環鏡的功率穩定型光纖激光器的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實例對本發明作進一步詳細的說明，但不限于此。如圖1所示，一種基于非線性環鏡的功率穩定型光纖激光器包括由光纖依次串聯的摻鉺光纖放大器1、偏振控制器A 2、非線性光纖環鏡、光纖環形器6、光纖光柵7及輸出耦合器8。其中，非線性光纖環鏡由光纖耦合器3兩個同向端口逐次連接偏振控制器B 4及單模光纖段5構成，并通過光纖耦合器的另外兩個同向端口接入激光器的環行腔。輸出耦合器8的輸出端通過光纖跳線接到光譜儀上，可以觀察其激光的頻域特性(光功率密度的頻率變化)。輸出耦合器的輸出端通過光纖跳線依次接到光濾波器、光電探測器、示波器上，可以觀察激光的時域特性(光功率的時間變化)。通過對光纖施加的特定的影響并借助示波器、光譜儀，可以研究此激光器的輸出功率穩定特性。
在本實施例中，光纖耦合器3的耦合比為30%，輸出耦合器8的耦合比為10% ； 偏振控制器A 2和B 4均為三環型機械式光纖偏振控制器(Connect Fiber Optics, λ /4- λ /2- λ /4)；單模光纖段 5 (Y0FC-MKD-101，模場直徑為 9. 9 10. 9 μ mil550nm)長度約為2km ；光纖光柵7的反射率為18. 2dB,中心波長為1553. 7nm, 3dB帶寬為0. 13nm。
權利要求
1.基于非線性環鏡的功率穩定型光纖激光器，包括通過光纖依次串聯的摻鉺光纖放大器、偏振控制器A、非線性光纖環鏡、光纖環形器、光纖光柵和輸出耦合器，其特征在于非線性光纖環鏡與光纖光柵共同應用，由光纖耦合器兩同向端口連接偏振控制器B及單模光纖段構成，通過光纖耦合器的另外兩個同向端口接入激光器的環行腔。
全文摘要
本發明涉及基于非線性環鏡的功率穩定型光纖激光器，包括通過光纖依次串聯的摻鉺光纖放大器、偏振控制器A、非線性光纖環鏡、光纖環形器、光纖光柵和輸出耦合器，其特征在于非線性光纖環鏡與光纖光柵共同應用，由光纖耦合器兩同向端口連接偏振控制器B及單模光纖段構成，通過光纖耦合器的另外兩個同向端口接入激光器的環行腔。本發明利用非線性光纖環鏡的透射率隨輸入光功率及其偏振態變化的特性，消除了驅動模塊及外界環境對激光器的消極影響，實現了激光穩定輸出的目的。通過合理調節偏振控制器，可以實現功率穩定的、信噪比高的連續激光輸出。本發明制作簡單、成本低，在DWDM系統、遠程光纖傳感、激光測距等領域有著巨大的應用潛力。
文檔編號H01S3/067GK102361214SQ20111036389
公開日2012年2月22日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者胡朋兵, 董新永, 趙春柳, 金尚忠 申請人:中國計量學院