基于级联HiBi光纤Sagnac环的可调环形腔掺铒光纤多波长激光器

技术领域

本发明属于光信息技术领域，具体涉及一种基于级联HiBi光纤Sagnac环 的可调环形腔掺铒光纤多波长激光器。

背景技术

波分复用(WDM)技术是目前光通信网络中最为核心的技术之一，这项技术 可在同一根光纤上大幅度地提高传输容量。为了构建波分复用系统，最传统的 光源方案就是采用多个单波长激光器，通过增加单波长激光器的数量来满足信 道数量的要求，显然，这就提高了整个系统的制造成本及结构的复杂性。

随着波分复用技术的不断发展，性能稳定、具有多波长输出、低成本、光 纤兼容、可调谐范围广泛的多波长激光器逐渐成为研究人员的关注热点。该类 激光器在光通信系统、工业加工、传感领域、监测领域等都有着较为广泛的应 用。

传统的多波长激光器的技术方案一般都能够稳定地输出多个波长，但是， 其存在的缺陷是：结构比较复杂，且对于波长的数量、波长输出间隔、激光输 出线宽、波长输出范围无法进行简便地控制，从而极大地限制了多波长激光器 的应用，阻碍了多波长激光器技术的发展。如，中国专利号ZL200620106571.4 公开了一种线型结构多波长光纤激光器，其采用单个Sagnac环作为梳状滤波器 实现多波长输出，其存在可调谐范围较小的缺陷。

发明内容

针对现有多波长激光器存在高成本、结构复杂、对于波长输出的数量、波 长输出间隔、激光输出线宽、输出波长范围不能简便地控制等不足，本发明提 出了一种基于级联HiBi光纤Sagnac环的可调环形腔掺铒光纤多波长激光器。

本发明采取以下技术方案：基于级联HiBi光纤Sagnac环的可调环形腔掺 铒光纤多波长激光器，包括泵浦源、波分复用器、掺铒光纤、第一光环行器、 第二光环行器、第一Sagnac环形滤波器、第二Sagnac环形滤波器、光耦合器； 所述的第一Sagnac环形滤波器包括第一3dB光耦合器、第一高双折射率光纤和 第一偏振控制器，第一高双折射率光纤和第一偏振控制器通过光纤串联，第一 高双折射率光纤、第一偏振控制器的另一端分别与第一3dB光耦合器同向端口 通过光纤连接；所述的第二Sagnac环形滤波器包括第二3dB光耦合器、第二高 双折射率光纤和第二偏振控制器，第二高双折射率光纤和第二偏振控制器通过 光纤串联，第二高双折射率光纤、第二偏振控制器的另一端分别与第二3dB光 耦合器同向端口通过光纤连接；泵浦源与波分复用器的输入端口通过光纤连接， 波分复用器的输出端口与掺铒光纤的一端通过光纤连接，掺铒光纤的另一端口 与第一光环行器的第一端口通过光纤连接，第一光环行器的第二端口与第一 Sagnac环形滤波器的第一3dB光耦合器的一端口通过光纤连接，第一光环行器 的第三端口与第二光环行器的第一端口通过光纤连接，第二光环行器的第二端 口与第二Sagnac环形滤波器的第二3dB光耦合器的一端口通过光纤连接，第二 光环行器的第三端口与光耦合器的输入端通过光纤连接，光耦合器的大分光比 端口与波分复用器的端口通过光纤连接，形成环路；光耦合器小分光比的端口 作为激光输出端口。

优选的，掺铒光纤的增益范围为1530nm至1570nm。

优选的，第一高双折射率光纤的长度选择为1米和5米，双折射率为0.0003。

优选的，第二高双折射率光纤的长度选择为1米和2米，双折射率为0.0003。

优选的，光耦合器的工作范围为1530nm至1580nm。

调节第一偏振控制器或第二偏振控制器，控制第一与第二Sagnac环形滤波 器内的两束沿相反方向传播的光的相位参数，就可以调节两个Sagnac环形滤波 器的滤波特性，从而最终调节多波长激光输出的波长间隔和波长输出波段。

改变两个Sagnac环形滤波器中的高双折射率光纤的长度，可以分别改变多 波长激光输出的波长间隔和激光线宽，服从的规律为激光输出间隔由较短高双 折射率光纤长度决定，较短高双折射率光纤长度越长，激光输出间隔越小；激 光输出线宽由较长高双折射率光纤长度决定，较长高双折射率光纤长度越长， 激光输出线宽越窄。

本发明技术方案中采用两个光环行器，能够较好地隔离Sagnac环形滤波器 的反射光对掺铒光纤的影响。

本发明利用Sagnac环形滤波器级联作为梳状滤波器实现可调谐多波长激光 输出。

本发明基于高折射光纤Sagnac环级联的掺铒光纤多波长激光输出的过程：

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。

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。

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 的较短高双折射率光纤所组成的Sagnac干涉环。

4、根据所需要获取的多波长光纤激光器的输出激光线宽，选用较长高双 折射率光纤所组成的Sagnac干涉环，输出激光线宽由较长高双折射率光纤长 度决定。

5、开启泵浦源，调节泵浦源输出功率，调节两个Sagnac环形滤波器中的 偏振控制器，多波长激光器实现稳定多波长输出。

本发明采用高双折射率Sagnac环级联作为梳状滤波器实现多波长输出，相 比单个Sagnac环作为梳状滤波器实现多波长输出的激光器，其可调谐范围更广， 包括可以对多波长输出间隔、输出波长范围、激光输出线宽等进行调谐，激光 输出间隔由较短高双折射率光纤长度决定，较短高双折射率光纤长度越长激光 输出间隔越小；激光输出线宽由较长高双折射率光纤长度决定，较长高双折射 率光纤长度越长，激光输出线宽越窄。这使得基于高双折射率Sagnac环级联的 多波长激光器在波分复用系统中的潜力更大，可适用的范围更广泛。

本发明激光器的结构简单、成本低、易于光纤系统集成、可调谐范围广泛， 可以对多波长激光输出的波长个数、输出波长范围、波长间隔、线宽等都能进 行方便地控制，激光输出的稳定性好。其特别适用于光通信、光传感、光监测 等技术领域。

附图说明

图1为本发明激光器的结构示意图。

图2(a)、2(b)为本发明实施例的稳定多波长激光输出光谱图。

图3(a)、3(b)、3(c)为本发明实施例通过调节偏振控制器实现波长输 出范围改变的光谱图。

图4(a)、4(b)为本发明实施例通过改变较短高双折射率光纤长度实现波 长输出间隔改变的光谱图。

图5(a)、5(b)为本发明实施例通过改变较长高双折射率光纤长度实现激 光输出线宽改变的光谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作详细说明。

如图1所示，基于级联HiBi光纤Sagnac环的可调环形腔掺铒光纤多波长 激光器包括泵浦源1、波分复用器2、掺铒光纤3、第一光环行器4-1和第二光 环行器4-2、第一Sagnac环形滤波器9-1和第二Sagnac环形滤波器9-2、光耦 合器8。

掺铒光纤3的增益范围为1530nm至1570nm。光耦合器8的工作范围为 1530nm至1580nm，光耦合器8小分光比的端口d作为激光输出端口。第一Sagnac 环形滤波器9-1包括第一3dB光耦合器5-1、第一高双折射率光纤6-1和第一偏 振控制器7-1，第一高双折射率光纤6-1和第一偏振控制器7-1通过光纤串联， 第一高双折射率光纤6-1、第一偏振控制器7-1的另一端分别与第一3dB光耦合 器5-1同向(两)端口通过光纤连接，第一高双折射率光纤6-1的长度选择为1 米和5米，双折射率为0.0003。第二Sagnac环形滤波器9-2包括第二3dB光耦 合器5-2、第二高双折射率光纤6-2和第二偏振控制器7-2，第二高双折射率光 纤6-2和第二偏振控制器7-2通过光纤串联，第二高双折射率光纤6-2、第二偏 振控制器7-2的另一端分别与第二3dB光耦合器5-2同向(两)端口通过光纤 连接，第二高双折射率光纤6-2的长度选择为1米和2米，双折射率为0.0003。

泵浦源1与波分复用器2的端口a通过光纤连接，波分复用器2的输出端 口与掺铒光纤3的一端通过光纤连接，掺铒光纤3的另一端口与第一光环行器 4-1的1端口通过光纤连接，第一光环行器4-1的2端口与第一Sagnac环形滤 波器9-1的第一3dB光耦合器5-1的一端口通过光纤连接，第一光环行器4-1 的3端口与第二光环行器4-2的1端口通过光纤连接，第二光环行器4-2的2 端口与第二Sagnac环形滤波器9-2的第二3dB光耦合器5-2的一端口通过光纤 连接，第二光环行器4-2的3端口与光耦合器8的输入端通过光纤连接，光耦 合器8的大分光比端口c与波分复用器2的端口b通过光纤连接，形成环路， 光耦合器8的小分光比端口d作为激光输出端口获取多波长激光输出。

开启泵浦源1，调节泵浦源1的输出功率，控制激光器输出功率。选择合适 长度的掺铒光纤3，在泵浦源1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，选 取80∶20的光耦合器8，使其既能为激光腔提供足够的反馈，又能使输出功率 最大。得到稳定多波长激光输出如图2(a)所示，多波长光纤激光器的输出稳 定，如图2(b)所示，在10分钟的连续扫描中激光器输出抖动小于0.1dB，实 现了光纤激光器多波长的稳定输出。

调节第一偏振控制器7-1和第二偏振控制器7-2，控制第一Sagnac环形滤 波器9-1和第二Sagnac环形滤波器9-2的滤波特性，最终控制多波长激光输出 输出波长范围。如图3(a)所示C-波段短波长区多波长激光输出，图3(b)为 整个C-波段多波长激光输出，图3(c)所示C-波段长波长区多波长激光输出。

采用合适长度的第一高双折射率光纤6-1和第二高双折射率光纤6-2，控制 多波长激光输出的波长间隔和激光线宽，其遵守的规律为激光输出间隔由较短 高双折射率光纤长度决定，较短高双折射率光纤长度越长，激光输出间隔越小； 激光输出线宽由较长高双折射率光纤长度决定，较长高双折射率光纤长度越长， 激光输出线宽越窄。如图4(a)所示第一高双折射率光纤长度选用5米，第二 高双折射率光纤长度选用1米的多波长激光输出光谱图；如图4(b)所示第一 高双折射率光纤长度选用5米，第二高双折射率光纤长度选用2米的多波长激 光输出光谱图。如图5(a)所示第一高双折射率光纤长度选用1米，第二高双 折射率光纤长度选用1米的多波长激光输出光谱图；如图5(b)所示第一高双 折射率光纤长度选用5米，第二高双折射率光纤长度选用1米的多波长激光输 出光谱图。

本发明可以得到稳定的可调谐的多波长激光输出，其通过偏振控制器、高 双折射率光纤的长度对多波长激光输出进行调谐。其多波长的输出功率和个数 受泵浦光功率、环形腔长度等限制。随着各种光电器件的不断发展，将会得到 更稳定、更宽可调宽带，并且其应用也将更加广泛。

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。