專利名稱：自注入鎖定單頻光纖環形激光器的制作方法
技術領域：
本發明涉及激光器，尤其涉及光纖激光器。
單頻光纖激光器在光通信、光纖傳感、精密光學計量等領域有重要的應用。目前的單頻光纖激光器主要有兩大類。一類是利用光纖中的受激布里淵散射來提供增益，即受激布里淵光纖激光器。如利用632.8nm的單頻He-Ne激光器泵浦，從逆時針的方向耦合進單模非保偏光纖環形腔中，獲得受激布里淵光纖激光，雖然其線寬可小于30Hz，但由于體積大、功率較小、結構復雜且為非全光纖結構、不利于實際應用。另一類是利用稀土摻雜光纖作為增益的單頻光纖激光器。這類光纖激光器利用半導體激光泵浦，為全光纖結構，可以做成小型化、全固化系統、便于在要求重量輕、體積小的應用領域中進行應用。但由于稀土摻雜光纖以均勻展寬為主，均勻展寬介質在駐波能引起空間燒孔現象，而空間燒孔將引起激光器多模振蕩，不利于實現單頻工作。目前已有許多方案來解決這類空間燒孔問題，例如直接將激光器設計成短腔激光器；或者，在單向環形激光器的腔中加入一定的濾波器；還有，利用旋轉模式(即圓偏振光)、Fox-smith腔、可飽和吸收體等設計而成的各種激光器；其中，利用注入鎖定方法設計的單頻光纖激光器因其結構簡單而被人們看好。光纖激光器的注入鎖定主要有兩種方法，即外注入鎖定和自注入鎖定①外注入鎖定是從外部用一中心波長與光纖激光器工作波長相同但線寬較寬的外部光源注入到光纖激光器中，將激光的工作波長鎖定在外部光源的中心波長處，同時將其線寬壓窄。但這類激光器的工作穩定性依賴于注入光的穩定性。②自注入鎖定一般利用兩個腔結構，其中一個腔產生一弱單頻激光，其線寬較寬，將它注入到長腔中，使產生單頻窄線寬的光纖激光。1998年山下真司等人報道了在直腔中實現了自注入鎖定的單頻光纖激光振蕩。該系統采用Er、Yb雙摻雜作為工作物質、外粘介質膜從而形成短腔激光器，再與摻Er光纖放大器連接形成自注入鎖定光纖激光器。其邊模壓縮達60db[見S.Yamashitaand K.Hsu，”Single-frequency，single-polarization operation of tunableminiature erbiumytterbium fiber Fabry-perot Lasers by use of self-iniectionlocking”，Optics Letters，23(15)，1998年，pp1200-1202.]。但因該結構損耗較大，使得其單頻線寬仍較寬。
本發明的目的在于提供一種結構簡單、單縱模窄線寬的自注入鎖定單頻光纖環形激光器。
本發明通過以下方式來實現整個光纖激光器由一短腔激光器和半導體激光器、有源光纖、波分復用器及偏振控制器經普通單模光纖連接而成環形腔，其中短腔激光器由兩個反射率不同但布拉格波長相同的光纖光柵及一段有源光纖組成。
本發明是將一種自行設計的、容易實現單頻及單向工作狀態的短腔激光器與普通的長腔激光器有機地結合起來，使之形成自注入鎖定環形激光器。它由半導體激光器、有源光纖、波分復用器、偏振控制器等與短腔激光器共同組成，其中的短腔激光器為一種特殊的分布布拉格反射短腔光纖激光器(簡稱DBR)。具體結構為將帶尾纖的半導體激光器LD與波分復用器WDM1的一輸入端相熔接，WDM1的一輸出端與有源光纖REDF的一端相熔接，REDF的另一端與短腔激光器DBR的輸出端相熔接，DBR的另一端與波分復用器WDM2的一個輸入端熔接，WDM2的一個輸出端與WDM1的另一個輸入端相熔接即形成自注入鎖定單頻光纖環形激光器，兩個偏振控制器PC1、PC2可分別放置于WDM、REDF及DBR的兩端，例如放置于WDM1與REDF之間及DBR與WDM2之間；其中短腔激光器DBR是由兩個具有相同布拉格反射波長的光纖光柵G1、G2與一段有源光纖組成，其中G1的反射率為大于99％，G2的反射率為75～85％，以保證激光器DBR單向工作即可，此時光纖光柵G2作為DBR的輸出端，即DBR的輸出方向與半導體激光器反向。有源光纖可以是稀土摻雜光纖、染料摻雜光纖或其它具有相應能級結構的摻雜光纖，以稀土摻雜光纖為主，在光纖環長腔中的REDF濃度一般為3～10dB、長度則相應為3～10m即可，而在DBR中為了保證單模工作狀態，摻雜光纖的長度一般只能為1cm左右(例如1～1.5cm)，這時應采用摻雜濃度大于30dB的高摻雜光纖；其余的普通單模光纖均可為對工作波長單模的單模光纖。環形腔的總長度可根據輸出功率及線寬要求而選取，腔長越短則穩定性越好。半導體激光器的波長視有源光纖中工作物質的吸收峰而定，通常的泵浦波長有650nm、780nm、800nm、915nm、980nm及1480nm等；波分復用器對工作波長和泵浦波長的隔離比均要求在18dB以上；偏振控制器由光纖繞接在兩個銅環上制作而成，銅環面法線可連續調節。如果需要激光器輸出為單偏振狀態，還可在腔中以偏振分束器PBS取代WDM2。
本發明的工作過程如下半導體激光器發出的光波通過波分復用器進入光纖環中；泵浦有源光纖的工作物質，產生粒子數反轉，當滿足閾值條件和諧振條件時便產生激光；當泵浦激光的功率足夠大時，對短腔激光器再進行泵浦，使其產生激光，所產生的激光為單縱模狀態，且其方向與泵浦光的方向相反，以使環形腔的最后輸出光中避免泵浦光的存在、消除了泵浦光對輸出光的影響；此單縱模激光即可作為種子源注入到環形腔中，進行放大及線寬壓窄，環形腔中的工作波長鎖定為單縱模的激光波長；兩個偏振控制器用于控制激光偏振，使激光器工作的偏振方向與腔的本征偏振模相匹配，從而減小損耗；偏振分束器使激光器工作在單偏振狀態。由于對兩個光纖光柵的特殊選擇，使分布布拉格反射光纖激光器DBR為單向輸出，通過它的注入迫使整個激光器工作在行波模式，從而消除了空間燒孔現象。也就是說，本發明的創新之處在于在環形腔內，利用由兩個反射率不同但布拉格波長相同的光纖光柵及一段有源光纖組成的特殊分布布拉格反射短腔激光器來提供單向工作的單縱模種子源，通過調節DBR中的兩個光柵的反射特性，使DBR單向輸出，保證整個環形腔工作在行波模式，從而消除了空間燒孔現象，整個結構是自適應的。DBR同時起著注入種子源和等效隔離器的作用。
本發明的優點為(1)由于采用在長腔中加入能單向輸出的短腔激光器DBR的方法構成自注入鎖定單頻光纖環型激光器，消除了環型腔工作時的空間燒孔現象；(2)DBR同時起著注入種子源和等效隔離器的作用，在環型腔中鎖定了與DBR所產生的單縱模波長相對應的工作波長，整個過程為自適應過程，操作簡便，無須復雜的調節元件，使整個激光器性能穩定；(3)由于整個系統是長短腔結合的全光纖的自注入鎖定腔，因此，通過調節環型腔的腔長和系統損耗，可極大地壓窄激光線寬，使激光的線寬小于1.0kHz；(4)通過改變泵浦功率及摻雜光纖的摻雜濃度和長度，可以提高激光的輸出功率；使單頻工作的激光功率可達20mW以上。
本發明可適用于高精度光纖傳感器，光纖通信系統(尤其是DWDM系統和相干光通信系統)，高精度的干涉計量，以及其他需要高相干性光源的系統中。
附
圖1為非偏振輸出時的整體結構示意圖。
附圖2為偏振輸出時的整體結構示意圖。
下面結合附圖對本發明的實施例進行描述。從圖中可看出，半導體激光器LD為通常用于泵浦稀土摻雜光纖的激光器QLM9S470-911，工作波長為980nm，輸出功率110mW；有源光纖REDF為稀土摻雜光纖，取摻Yb3+光纖QYDF-M，長度為3m，其對泵浦波長的吸收為6.5db/m；兩個波分復用器WDM1、WDM2均為980/1053nm；偏振控制器PC1、PC2均為由光纖繞接在兩個銅環上制作而成，銅環面法線可連續調節；偏振分束器PBS的分束比為90/10；光纖光柵G1和G2的布拉格反射波長為1053nm，其中G1的反射率為99.99％，G2的反射率為80％，連接G1和G2的有源光纖為高摻雜Yb3+稀土光纖YDF-H，長1.2cm，其在泵浦波長處的吸收為20dB/m。總腔長5m。整個系統用導熱膠固定在一小紫銅板槽中。
權利要求
1.一種自注入鎖定單頻光纖環形激光器，其特征在于整個光纖激光器由一短腔激光器和半導體激光器LD、有源光纖REDF、波分復用器WDM及偏振控制器PC經普通單模光纖連接而成環形腔，其中短腔激光器DBR由兩個光纖光柵G1、G2及一段有源光纖組成，G1、G2具有相同布拉格反射波長，其中G1的反射率為大于99％，G2的反射率為75～85％。
全文摘要
本發明涉及光纖激光器。它由一短腔激光器和半導體激光器、有源光纖、波分復用器、偏振控制器經普通單模光纖連接而成環形腔,其中短腔激光器由兩個光纖光柵及一段有源光纖組成,通過分布布拉格反射產生單縱模的激光源,并且通過調節兩個光柵的反射特性使其單向輸出,保證整個環形腔工作在行波模式,從而消除了空間燒孔現象,整個結構是自適應的。短腔激光器同時起著注入種子源和等效隔離器的作用。
文檔編號H01S3/00GK1348239SQ0011905
公開日2002年5月8日 申請日期2000年10月18日 優先權日2000年10月18日
發明者許立新, 明海, 謝建平, 王安廷, 張曉世, 安偉, 吳云霞, 黃文才 申請人:中國科學技術大學