專利名稱：波長可調諧l波段光纖激光器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種波長可調諧激光器，特別是基于機械感生長周期光纖光柵濾波器的波長可調諧L波段光纖激光器，屬于光纖通信、光纖傳感領域。
背景技術：
光纖激光器是當前信息化時代技術研究領域中最前沿的研究課題之一，隨著激光二極管泵浦技術以及光纖材料和工藝研究的進展，各種類型的光纖激光器能夠適合于不同的應用場合，其應用領域也從之前光纖通訊領域迅速地向其它更為廣闊的激光應用、光纖傳感及光纖陀螺等領域擴展。可調諧光纖激光器由于可用帶寬較寬、功率高、線寬窄、與光纖元件天然兼容等特點獲得了廣泛的應用。可調諧光纖激光器不僅成為高速大容量密集波分復用光纖通信系統的理想信號載體，而且成為光纖傳感系統中理想的傳感檢測光源。可調諧光纖激光器雖然目前已獲得了廣泛的使用，但也存在諸多的問題有待進一步解決，特別是對輸出波長的有效調諧以及波長鎖定功能的實現等問題。在眾多的調諧技術方法中，尋求調諧范圍寬、穩定性高、準無啁啾而且復用性好的調諧濾波器是進一步提高光纖激光器輸出波長調諧性能的關鍵。濾波器是一種波長選擇器件，直接影響輸出激光的品質。可調諧濾波器目前主要有光纖光柵、光纖環鏡、光纖F-P濾波器、偏振控制器(腔內含偏振相關器件)等。國內多采用光纖光柵調諧方案，主要因為光纖光柵與光纖之間具有天然的兼容性，用它可實現全光纖型可調諧激光器，并已提出光纖光柵的機械調諧方案、熱調諧和電磁調諧。其中機械調諧、電磁調諧雖簡單易行，但由受光纖光柵本身應變特性的限制，很難獲得大的調諧范圍，在光纖光柵反射波長的調諧過程中，獲得較大的波長調諧范圍是人們追求的目標，而且還要考慮調諧過程的啁啾度以及中心波長的穩定性等因素，因為它們決定了輸出激光的品質與穩定性。目前的研究主要是通過選擇不同結構的等應變梁來實現較寬的波長調諧范圍和調諧過程準無啁啾，然而光纖光柵的蠕變、老化等因素使其應用受到了限制，尤其是環境溫度對波長調諧的影響，是人們致力解決的重點問題。除電磁調諧、熱調諧外，還有利用壓強、聲波、 化學等方法進行調諧的，不過這些方法都還不成熟且調諧范圍很小。長周期光纖光柵具有附加損耗小，無后向反射等特點，廣泛被用作增益均衡器，光噪聲濾波器等，是一種良好的傳輸型帶阻濾波器。因此，將其串入環形腔中，通過改變LPre 的諧振邊帶位置，調整環形腔增益最高點，可以實現摻鉺光纖激光器的波長可調諧。但是基于紫外光或(X)2激光器寫制的LPre設備成本高，且大范圍的調諧需要引入高溫儀器或復雜的應力結構。

實用新型內容本實用新型的主要目的就是為解決上述問題，提供一種基于機械感生長周期光纖光柵濾波器的波長可調諧L波段光纖激光器。它利用應力光彈效應寫制的長周期光纖光柵濾波器在光纖激光器環形腔中的使用使得設計的激光器具有調諧范圍寬，結構簡單，輸出
3激光線寬窄，穩定性高等優點。為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案—種波長可調諧L波段光纖激光器，它包括光源，光源與光纖激光器的環形腔連接，在環形腔內設有耦合器，耦合器輸出部分激光同時將另一部分激光送回串接在環形腔的機械感生長周期光纖光柵濾波器；所述機械感生長周期光纖光柵濾波器包括周期為P的壓力槽模板，其下方與一對平滑底板對應，兩平滑底板間設有待寫制長周期光纖和平衡光纖。所述環形腔內還設有波分復用器，它的輸入端與光源連接，輸出端與光纖隔離器連接，光纖隔離器與摻鉺光纖、耦合器、機械感生長周期光纖光柵濾波器、偏振控制器依次連接，偏振控制器與波分復用器連接。所述耦合器的自由端采用極小直徑繞制，并涂敷光纖匹配液。所述摻鉺光纖采用濃度500ppm的摻鉺光纖。所述光源為980nm泵浦光源，其中心波長為975. 650nm，驅動電流為120mA。所述光纖隔離器為1550光纖隔離器，波段范圍為1550+40nm，覆蓋C和L波段。所述周期為P的壓力槽模板的占空比為50%，精度<5口!11。本實用新型利用機械線加工技術制作周期性壓力槽，通過螺旋微位移結構壓迫標準彈簧對光纖施加徑向應力，寫制了諧振波長，峰值皆可調諧的長周期光纖光柵。通過調整待寫制光纖與壓力槽之間的夾角，改變MLPre的諧振波長，進而影響激光器環腔中的增益最高點，實現了 L波段可調諧摻鉺光纖激光器。本實用新型與現有技術比優點在于(1)利用應力光彈效應寫制的長周期光纖光柵濾波器由采用機械線加工技術制作的周期性壓力槽模板在待寫制光纖上施加壓力制作，長周期光纖光柵濾波器的諧振波長可以通過改變模板周期或者改變待寫制光纖與壓力槽板夾角調整有效周期實現，且長周期光纖光柵濾波器諧振波長的變化與壓力槽板有效周期呈良好的線性關系，具有結構簡單，波長調諧范圍寬的特點；(2)在寫制長周期光纖光柵濾波器時，使用平衡光纖，使其與待寫制光纖平行放置，保證長周期光纖光柵濾波器寫制時的均勻性和穩定性，降低在長周期光纖光柵濾波器寫制過程中應力不均勻引起的偏振現象，提高長周期光纖光柵濾波器的品質，最終實現良好的激光器輸出；(3)本實用新型利用長周期光纖光柵濾波器中心波長的變化調節光纖激光器環形腔內的增益最高點，進而實現輸出激光器波長的改變。該方法有效的抑制了光纖激光器環形腔長周期光纖光柵濾波器所處波段的增益，使增益高點出現在未抑制的波段內。環腔增益調整不受外界因素的影響，提高了光纖激光器波長調諧的連續性和穩定性；(4)本實用新型使用的泵浦980光源附有溫度控制、輸出功率實時檢測和自校正功能，保證了光纖激光器輸出的功率穩定性；(5)本實用新型中的偏振控制器，降低了長周期光纖光柵濾波器寫制過程中光纖偏振態對應力的依賴，通過偏振控制器的調整，可以實現激光器輸出保持一致的偏振特性；(6)本實用新型對90 10耦合器自由端采用極小直徑繞制，并涂敷光纖匹配液， 降低了自由端的光反射，抑制外界光噪聲的入射，提高光纖激光器輸出的信噪比。


圖1波長可調諧激光器系統圖；圖Ia為機械感生長周期光纖光柵濾波器結構圖；圖2泵源輸出譜；圖3待寫制光纖與壓力槽之間角度調整；圖4不同周期下的長周期光纖光柵透射譜；圖5模板有效周期與LPR；諧振波長的關系；圖6無機械感生長周期光纖光柵濾波器作用下激光輸出譜；圖7不同光柵有效周期下光纖激光器輸出譜；圖8激光器諧振波長與光柵有效周期之間的關系。其中，1.980泵浦激光器，2. 980/1550波分復用器，3. 1550光纖隔離器，4.摻鉺光纖，5.耦合器，6.機械感生長周期光纖光柵濾波器，7.壓力槽模板，8.平滑底板，9.偏振控制器，10.自由端，11.待寫制光纖，12.平衡光纖。
具體實施方式
以下結合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明。本實用新型波長可調諧L波段光纖激光器，其實質是通過機械感生長周期光纖光柵濾波器的諧振波長調節，改變光纖激光器環形腔中的增益高點，實現光纖激光器輸出波長的可調諧。波長可調諧激光器系統如圖1所示。980泵浦激光器1發出的光經980/1550波分復用器2后，進入激光器環形腔，通過1550光纖隔離器3，抑制反射光對980泵浦激光器 1的影響。然后通過摻鉺光纖4，摻鉺光纖4為環形腔中的增益光纖，可以將980泵浦激光器1發出的光躍遷到1550波段。通過摻鉺光纖4后，進入90 10耦合器5，該耦合器一方面將大部分的光輸入至激光器環形腔中，使得激光在環形腔內振蕩，另一部分作為激光輸出。接著進入環形腔內的光通過機械感生長周期光纖光柵濾波器6，抑制機械感生長周期光纖光柵濾波器6阻帶內的光強增益，偏振控制器9的作用為降低機械感生長周期光纖光柵濾波器6寫制過程中偏振態對應力的依賴。90 10耦合器的自由端10處理，主要是為了減少進入激光器環腔內的噪聲。經過信號在激光器環腔內的反復震蕩，實現窄帶激光的穩定輸出。摻鉺光纖4采用高濃度500ppm的摻鉺光纖，并選取適當的長度，利用其增益特性控制激光器的邊模抑制比和波長范圍。980nm泵浦激光器1中心波長為975. 650nm，驅動電流為120mA，且具有輸出光功率監測及溫度控制功能。1550光纖隔離器3的波段范圍為 1550+40nm，覆蓋C和L波段。圖Ib中，機械感生長周期光纖光柵濾波器6由周期為P的壓力槽模板7、平滑底板8、待寫制光纖11、平衡光纖12組成的寫制結構采用機械感生法寫制，機械感生長周期光纖光柵濾波器6的波長調節在保持一定壓力條件下，可以通過改變周期為P的壓力槽模板 7周期實現。周期為P的壓力槽模板7采用機械線加工法寫制，通過數控機床控制加工槽板的周期，占空比為50%，精度< 5μπι。將機械感生長周期光纖光柵濾波器6串入光纖激光器環形腔中，通過調節機械感生長周期光纖光柵濾波器6諧振波長，調節環形腔內抑制波段，改變環腔增益最高點，實現波長可調諧激光器。機械感生長周期光纖光柵濾波器6在光纖激光器環腔內作為帶阻濾波器，利用其諧振波長可調諧性，實現激光器環腔增益最高點的調諧。機械感生長周期光纖光柵濾波器6的波長調節既可以通過更換周期不同的壓力槽模板，也可以通過改變帶寫制光纖與壓力槽模板之間的夾角來實現。在機械感生長周期光纖光柵濾波器6的寫制結構中， 平衡光纖12是用來保持待寫制長周期光纖光柵的光纖11的平衡狀態，保證在機械感生長周期光纖光柵濾波器6時的無啁啾及穩定性。如圖2所示為980泵浦激光器1的輸出光譜圖。光纖激光器的激光輸出源來自于泵浦激光器1的泵浦能量，因此980泵浦激光器1的穩定性是輸出激光功率穩定的前提， 980泵浦激光器1采用閉環反饋控制電路，并設有輸出功率檢測和自動溫度控制功能。圖3 待寫制光纖11與壓力槽模板7之間角度調整示意圖，在本實用新型中，機械感生長周期光纖光柵濾波器6的諧振波長調整是通過改變待寫制光纖11與壓力槽模板7之間的角度來實現的，這樣一方面可以實現寫制長周期光纖光柵濾波器6有效周期的連續調整，另外一方面可以減少寫制模板數量。寫制模板周期調整對長周期光纖光柵濾波器6諧振波長變化之間的關系依賴于以下原理長周期光纖光柵中，在不同的諧振波長λ m處，纖芯基模LPtll和m階前向傳輸包層模發生耦合。耦合波長決定于光纖相位匹配方程Am =(n:;-n^m)A其中《和略“分別為在λ m處的LPtll模和m次包層模LPtlm的有效折射率，A為長周期光纖光柵的周期。因此有效周期Λ的改變，必然會引起長周期光纖光柵濾波器6諧振波長變化。圖4、圖5分別為不同寫制模板周期下的長周期光纖光柵透射譜以及模板有效周期與LPre諧振波長的關系，可以看出機械感生長周期光纖光柵濾波器6諧振波長的變化與寫制模板周期有著良好的線性關系，這決定了機械感生長周期光纖光柵濾波器6諧振波長調節的規律性和可控性。圖6無機械感生長周期光纖光柵濾波器作用下激光輸出譜，獲得該激光器輸出譜的條件是激光器環形腔內機械感生長周期光纖光柵濾波器器6的帶阻濾波作用，其輸出激光器波長取決于所選用的器件參數以及腔長等因素。圖7、圖8分別為不同光柵有效周期下光纖激光器輸出譜以及激光器諧振波長與光柵有效周期之間的關系，可以看出，在機械感生長周期光纖光柵濾波器6的帶阻濾波作用下，獲得了激光器的可調諧輸出，并找出了輸出激光器波長與機械感生長周期光纖光柵濾波器6寫制模版有效周期之間的關系。本實用新型通過調整待寫制光纖與周期性壓力槽之間的夾角，改變長周期光纖光柵濾波器的寫制周期，調諧長周期光纖光柵濾波器透射譜，進而影響環形腔增益最高點，光纖激光器波長可調諧范圍可達42nm(1562. 465nm 1604.觀0歷)，激光光譜3dR帶寬小于 0. 02nm，20dR帶寬均小于0. 06nm，邊模抑制比大于35dB。長時間觀測，激光功率穩定性優于 0. 02(ffim。結果表明，該光纖激光器具有易調諧，成本低，帶寬較寬，線寬窄及性能穩定等特點ο本實用新型說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。
權利要求1.一種波長可調諧L波段光纖激光器，其特征是，它包括光源，光源與光纖激光器的環形腔連接，在環形腔內設有耦合器，耦合器輸出部分激光同時將另一部分激光送回串接在環形腔的機械感生長周期光纖光柵濾波器；所述機械感生長周期光纖光柵濾波器包括周期為P的壓力槽模板，其下方與一對平滑底板對應，兩平滑底板間設有待寫制長周期光纖和平衡光纖。
2.如權利要求1所述的波長可調諧L波段光纖激光器，其特征是，所述環形腔內還設有波分復用器，它的輸入端與光源連接，輸出端與光纖隔離器連接，光纖隔離器與摻鉺光纖、 耦合器、機械感生長周期光纖光柵濾波器、偏振控制器依次連接，偏振控制器與波分復用器連接。
3.如權利要求1或2所述的波長可調諧L波段光纖激光器，其特征是，所述耦合器的自由端采用極小直徑繞制，并涂敷光纖匹配液。
4.如權利要求2所述的波長可調諧L波段光纖激光器，其特征是，所述摻鉺光纖采用濃度500ppm的摻鉺光纖。
5.如權利要求2所述的波長可調諧L波段光纖激光器，其特征是，所述光源為980nm泵浦光源，其中心波長為975. 650nm，驅動電流為120mA。
6.如權利要求2所述的波長可調諧L波段光纖激光器，其特征是，所述光纖隔離器為 1550光纖隔離器，波段范圍為1550±40nm，覆蓋C和L波段。
7.如權利要求1所述的波長可調諧L波段光纖激光器，其特征是，所述周期為P的壓力槽模板的占空比為50 %，精度< 5 μ m。
專利摘要本實用新型涉及一種基于機械感生長周期光纖光柵濾波器的波長可調諧L波段光纖激光器。它利用應力光彈效應寫制的長周期光纖光柵濾波器在光纖激光器環形腔中的使用使得設計的激光器具有調諧范圍寬，結構簡單，輸出激光線寬窄，穩定性高等優點。它包括光源，光源與光纖激光器環形腔連接，在環形腔內設有耦合器，耦合器輸出部分激光同時將另一部分激光送回串接在環形腔的機械感生長周期光纖光柵濾波器；所述機械感生長周期光纖光柵濾波器包括周期為P的壓力槽模板，其下方與一對平滑底板對應，兩平滑底板間設有待寫制長周期光纖光柵的光纖和平衡光纖。
文檔編號H01S3/067GK201985422SQ201120074229
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月21日 優先權日2011年3月21日
發明者姜明順, 賈磊, 隋青美 申請人:山東大學