双倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器   0    0

[0001] 本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种基于布里渊散射的双倍布里渊频移的环形腔多波长掺铒光纤激光器。

[0002] 多波长布里渊掺铒光纤激光器是将光纤中的受激布里渊散射非线性放大和掺铒光纤的线性放大作用相结合而实现室温稳定的多波长输出。多波长光纤激光器可以降低通信系统的成本，优化系统光发射端的设计，因而在密集波分复用系统（DWDM）中有着重要的应用。同时，由于室温下稳定、窄线宽、波长间隔可调谐的双波长光纤激光器在光纤传感、差分吸收激光雷达（DIAL）、光子微波等技术领域有着非常大的应用潜力，基于布里渊散射的双波长光纤激光器也就具有了重要的研究价值。

[0003] 多波长布里渊掺铒光纤激光器输出的多波长间隔主要是由作为布里渊增益介质的光纤的特性决定，常用通信用光纤的布里渊频移在10GHz（0.08nm）左右。当波长间隔10GHz左右的多波长光纤激光器作为密集波分复用（DWDM）系统的光源时，增加了系统解调的复杂性，且容易引起信道之间的串扰，降低了实际的应用价值。

[0004] 针对现有多波长激光器存在成本高、结构复杂、线宽较宽、对于波长间隔10GHZ左右不利于做DWDM光源等缺点，本发明提出了一种基于布里渊散射的双倍布里渊频移的多波长掺铒光纤激光器。

[0005] 本发明采取以下技术方案：双倍布里渊频移的多波长掺铒光纤激光器，包括可调光源(1)、第一光耦合器(2-1)、第二光耦合器(2-2)、光环行器(3)、掺铒光纤(4)、单模光纤(5)、波分复用器(6)、泵浦源(7)及光谱仪（8），可调光源(1)与第一光耦合器(2-1)的公共端口(a)通过光纤连接，第一光耦合器(2-1)的第一端口(b)与光环行器(3)的第一端口(g)通过光纤连接，第一光耦合器(2-1)的第二端口(c)与第二光耦合器(2-2)的第一端口(d)通过光纤连接，第一光环行器(3)的第二端口(i)与掺铒光纤(4)通过光纤连接，第二光耦合器(2-2)的公共端(f)与光环行器(3)的第四端口(h)通过光纤连接，第二光耦合器(2-2)的第二端口(e)与光谱仪（8）通过光纤连接，光环行器（3）的第三端口（j）与单模光纤(5)连接，掺铒光纤(4)的另一个端口与波分复用器(6)的第一端口(k)通过光纤连接，波分复用器(6)的第二端口(l)与泵浦光源（7）通过光纤连接，波分复用器(6)的公共端口(m)与单模光纤（5）的另一端口连接。

[0006] 优选的，第一光耦合器(2-1)的第一端口为90%端口，第二端口为10%端口。

[0007] 优选的，第二光耦合器(2-2)的第一端口为70%端口，第二端口为30%端口。

[0008] 优选的，第一光耦合器(2-1)、第二光耦合器(2-2)的工作范围为1530nm至1580nm。

[0009] 优选的，掺铒光纤(7)的增益范围为1530nm至1570nm。

[0010] 本发明技术方案中，采用一个四端口光环行器来控制输出奇数阶和偶数阶的Stokes光，从而得到基于通信光纤SMF的双倍布里渊频移间隔的激光信号。本发明利用掺铒光纤和单模光纤共同作为增益介质。

[0011] 本发明的基本原理是：窄线宽可调谐激光器输出的布里渊泵浦信号(BP)经过耦合器(1)后沿顺时针方向进入左环到达四端口光环行器的g端口，然后沿着光环行器的i端口进入右环，经EDFA放大后进入SMF。当被放大的BP信号的强度超过产生布里渊增益的阈值时，由于SBS效应，在光纤中会产生同BP信号传播方向相反的沿着逆时针方向传输的1阶Stokes信号（BS）。1阶BS信号被EDFA放大，在右环中经四端口环行器i端口传输到j端口，再次进入SMF中产生2阶Stokes光，2阶Stokes光顺时针方向从四端口环行器的j端口传输到h端口，顺时针方向进入左环，经过光耦合器(2-2)后30%从OSA中输出，剩余的70%经过左环顺时针传输后重新耦合进入右环顺时针传输，顺时针传输的2阶Stokes信号被EDFA放大。当2阶BS信号强度满足布里渊增益阈值条件时，会作为新的BP信号激发逆时针方向的3阶BS信号。3阶BS信号同初始BP信号一样，在右环中逆时针循环产生
4阶的Stokes信号，4阶Stokes信号在右环中顺时针方向传输，经过四端口环形器后顺时针方向进入左环，以此类推。右环中奇偶数阶的Stokes信号分别沿逆时针和顺时针方向传输，并且奇数阶的Stokes信号被限制在环形腔内循环，只有初始BP信号和偶数阶的BS信号能够耦合输出，实现了波长间隔双倍布里渊频移的多波长输出。这一过程不断重复，直到新产生的BS信号的强度不满足布里渊增益阈值条件时，级联过程终止。激光器的输出通过光谱仪（AQ6370B）来进行观察测量。

[0012] 本发明采用掺铒光纤和单模光纤共同作为增益介质，采用四端口的光环行器来控制偶数阶和奇数阶的Stokes光运行方向，相比现有的多波长输出的激光器，其激光输出线宽更窄、更稳定、且波长间隔为0.16nm，这使得基于布里渊散射的环形腔掺铒光纤多波长激光器在光子微波领域的潜力更大，可适用的范围更广泛。

[0013] 本发明激光器的结构简单、成本低、易于光纤系统集成、波长间隔稳定（0.16nm）、线宽窄、激光输出的稳定性好，其特别适用于光通信、光传感、光生微波信号源等技术领域。

[0016] 下面结合附图对本发明优选实施例作详细说明。

[0017] 如图1、2所示，本实施例基于双倍布里渊散射频移的多波长光纤激光器包括可调光源1、第一光耦合器2-1、第二光耦合器2-2、光环行器3、掺铒光纤4、单模光纤5、波分复用器6、泵浦源7和光谱仪8。掺铒光纤4的增益范围为1530nm至1570nm。第一光耦合器2-1、第二光耦合器2-2的工作范围为1530nm至1580nm，第二光耦合器2-2的端口e作为激光输出端口。

[0018] 可调光源1与第一光耦合器2-1的公共端口a通过光纤连接，第一光耦合器2-1的90%端口b与光环行器3的g端口通过光纤连接，第一光耦合器2-1的10%端口c与第二光耦合器2-2的70%端口d通过光纤连接；光环行器3的i端口与掺铒光纤4连接，光环行器3的端口j与单模光纤5连接；第二光耦合器2-2的公共端口f与光环行器3的端口h通过光纤连接，第二光耦合器2-2的30%端口e与光谱仪8连接；掺铒光纤4的另一个端口与波分复用器6的端口k通过光纤连接，波分复用器6的公共端口m与单模光纤5连接，波分复用器6的另一端口l通过光纤与泵浦激光器7连接，从光谱仪8得到稳定、窄线宽、波长间隔为1.6nm的多波长激光输出。

[0019] 开启可调光源1及泵浦源7，调节可调光源1和泵浦源7的输出功率，控制激光器输出功率。选择合适长度的单模光纤5和掺铒光纤4，在可调光源1的作用下产生斯托克斯光，在泵浦源7的作用下，其长度满足产生多波长激光所需的增益。为了尽可能的减少损耗，环形腔内各个器件的连接点直接熔接在一起。

[0020] 本发明基于高折射光纤的掺铒光纤多波长激光输出的过程：

[0021] 1、根据所需要获取的多波长光纤激光器的输出波长范围，选用对应增益范围的掺铒光纤，并根据环路损耗确定掺铒光纤长度。

[0022] 2、选择工作波长范围覆盖需要获取的多波长光纤激光器的输出波长范围的光环行器和光耦合器。

[0023] 3、根据所需要获取的多波长光纤激光器的输出波长间隔，选用合适长度单模光纤。

[0024] 4、开启可调光源和泵浦源，调节可调光源和泵浦源输出功率，调节可调光源的输出波长，多波长激光器实现稳定多波长输出。

[0025] 本发明可以得到稳定的双倍布里渊频移间隔的多波长激光输出。其多波长的输出功率受可调光源和泵浦的输出光功率、环形腔长度等控制，随着各种光电器件的不断发展，将会得到更稳定的输出，并且其应用也将更加广泛。

[0026] 以上对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

[0014] 图1是双倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器的结构示意图。

[0015] 图2是双倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器的输出光谱图。