專利名稱：基于雙薩格納克環濾波器的單縱模光纖環形激光器的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種光通訊技術領域的激光器，具體涉及一種基于雙薩格納 克環(Sagnac)濾波器的單縱模光纖環形激光器。
背景技術：
近年來，光纖激光器在輸出功率和工作波長這兩方面有很快發展，千瓦量級 的光纖激光器研制也已有報道，但是這些激光器往往運作在多縱模的狀態下。由 于單縱模高功率光纖激光器的單頻率特性和的高穩定輸出功率的性能，在相干光
通訊、干涉傳感、相干激光雷達探測中有廣泛的應用。通常單縱模光纖激光器的 輸出功率最多可達到100mW， 一般光線激光器結構無法實現更高的功率輸出。提 高輸出功率最直接的方法是提高泵浦的能量，但是過高的泵浦能量會導致激光器 的結構復雜，而且散熱器也會變得過于龐大。
經對現有技術的文獻檢索發現，俞本立等在《量子電子學報》2006年第23 巻第2期164頁上發表的"鉺鐿共摻調頻光纖激光器"，該文中提出采用一段4cm 長的鉺鐿共摻光纖和兩個窄線寬光纖布拉格光柵，研制了一種新型的短腔單縱模 光纖激光器。激光器線寬小于400KHz，輸出功率大于3mW。其不足在于光源的 輸出功率較低，同時泵浦光的轉換效率不高。
發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供一種基于雙薩格納克環濾波器的單縱模光 纖環形激光器，并用無泵浦的摻鉺光纖作飽和吸收。使其能夠提供輸出功率大約 為0. 4W，波長為1. 564nm的單縱模激光輸出。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括激光放大器、單向隔離器、 30/70耦合器、第一薩格納克環形濾波器、第二薩格納克環形濾波器，連接關系 為激光放大器的輸出端經過30/70耦合器的70%端口與第一個薩格納克環形 濾波器相連，第一個薩格納克環形濾波器與第二個薩格納克環形濾波器串聯，第 二個薩格納克環形濾波器經過單向隔離器與激光放大器的輸入端相連，整個裝置 結構為環形結構。所述激光放大器，包括雙包層鉺/鐿雙摻雜光纖、第一多縱模二極管激光 器、第二多縱模二極管激光器、第一波分復用器、第二波分復用器，第一多縱模 二極管激光器和第二多縱模二極管激光器分別通過第一波分復用器、第二波分復 用器與雙包層鉺/鐿雙摻雜光纖相連，組合成激光放大器。所述第一薩格納克環形濾波器，包括第一 50/50耦合器、第一偏振控制器和 保偏光纖，第一偏振控制器和保偏光纖連接在第一 50/50耦合器的雙50臂中， 第一 50/50耦合器的合波端與第二薩格納克環形濾波器相連。所述第二薩格納克環形濾波器，包括第二 50/50耦合器、第二偏振控制器和 摻鉺光纖，第二偏振控制器和摻鉺光纖連接在第二 50/50耦合器雙50臂中，第 二 50/50耦合器的IN端與第一薩格納克環形濾波器中第一 50/50耦合器的合波 端相連，第二 50/50耦合器的合波端與單向隔離器相連。所述30/70耦合器的30%端口為整個裝置的輸出口 。以上所有連接介質均為光纖。所述摻鉺光纖，為無泵浦的光纖。所述第一偏振控制器，在第一薩格納克環形濾波器中控制波長的選擇。 所述第二偏振控制器，選擇第二薩格納克環形濾波器中的偏振態，協同未泵 浦的摻鉺光纖以達到抑制縱模的目的。本發明工作時，第一多縱模二極管激光器和第二多縱模二極管激光器發出的 泵浦光分別經過與它們相連的第一波分復用器和第二波分復用器送到雙包層鉺/ 鐿雙摻雜光纖內，使鉺/鐿離子受激躍遷到高能級，從而產生自發輻射光，自發 輻射光向第一薩格納克環形濾波器傳輸，通過第一薩格納克環形濾波器的波長選 擇作用，產生帶寬非常窄的1.564^tm的波長；接著光傳輸至第二薩格納克環形濾波器傳輸，未泵浦的摻鉺光纖用作飽和吸收體吸收零頻以外的其他縱模的光強， 產生單縱模的輸出；通過單向隔離器的隔離作用，整個環形結構中的光單向傳輸，回到激光放大器的輸入端，光不停地在激光放大器中放大，通過調節泵浦電流， 可以獲得不同的功率,最大可以測得約0. 4W的輸出功率。最后被放大的自發輻射
光從系統的30/70耦合器的30%端口輸出。
本發明在環形腔中使用兩個薩格納克環形濾波器，設計了一種單縱模全光纖 環形激光器。本發明結構簡單且節約成本，激光器最高工作在360mW的輸出功率， 并且得到超過40dB的信噪比的輸出，可以滿足實驗以及工程上的要求。同時， 由于摻鉺光纖激光器的輸出波段是處于人眼安全的波段，所以本激光器可以應用 到許多領域比如醫療、生物學以及人眼安全測距系統。
圖l為本發明結構示意圖2為本發明在光譜分析儀測得的環形激光器的輸出光譜；
圖3為本發明在1550nm處測試的輸出功率與組合泵浦能量關系圖4為本發明在射頻分析儀測試下測得的單縱模頻率圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護 范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括激光放大器l、單向隔離器15、 30/70耦合器 16、第一薩格納克環形濾波器2、第二薩格納克環形濾波器3，連接關系為激 光放大器1的輸出端經過30/70耦合器16的70%端口與第一個薩格納克環形濾 波器2相連，第一個薩格納克環形濾波器2與第二個薩格納克環形濾波器3串聯， 第二個薩格納克環形濾波器3經過單向隔離器15與激光放大器1的輸入端相連， 整個裝置結構為環形結構。
所述激光放大器l，包括雙包層鉺/鐿雙慘雜光纖4、第一多縱模二極管激 光器5、第二多縱模二極管激光器6、第一波分復用器7、第二波分復用器8，第 一多縱模二極管激光器5和第二多縱模二極管激光器6分別通過第一波分復用器 7、第二波分復用器8與雙包層鉺/鐿雙摻雜光纖4相連。
所述第一薩格納克環形濾波器2，包括第一 50/50耦合器9、第一偏振控制 器10和保偏光纖11，第一偏振控制器10和保偏光纖11連接在第一 50/50耦合 器9的雙50臂中，第一 50/50耦合器9的合波端與第二薩格納克環形濾波器3
相連。
所述第二薩格納克環形濾波器3，包括第二 50/50耦合器12、第二偏振控制 器13和摻鉺光纖14，第二偏振控制器13和摻鉺光纖14連接在第二 50/50耦合 器12雙50臂中，第二 50/50耦合器12的IN端與第一薩格納克環形濾波器中2 第一 50/50耦合器9的合波端相連，第二 50/50耦合器12的合波端與單向隔離 器15相連。
所述30/70耦合器16的30%端口為整個裝置的輸出口。 所述保偏光纖ll，其長度為12.2米，雙折射率為4X1(T4。 所述摻鉺光纖14，為有無泵浦的摻鉺光纖，鉺離子濃度為100-ppm。 所述摻鉺光纖14，其長度為21.5米。
所述第一偏振控制器10，在第一薩格納克環形濾波器2中控制波長的選擇。
所述第二偏振控制器13，可以選擇第二薩格納克環形濾波器3中的偏振態， 協同未泵浦的摻鉺光纖14以達到抑制縱模的目的。
本實施例工作時，第一多縱模二極管激光器5和第二多縱模二極管激光器6 發出的泵浦光分別經過與它們相連的第一波分復用器7和第二波分復用器8被送 到雙包層鉺/鐿雙慘雜光纖4內，使鉺/鐿離子受激躍遷到高能級，從而產生自發 輻射，自發輻射光傳輸到第一薩格納克環形濾波器2，通過其波長選擇作用，產 生帶寬非常窄的1. 564pm的波長;接著自發輻射光傳輸至第二薩格納克環形濾波 器3，未泵浦的摻鉺光纖14用作飽和吸收體抑制零頻以外的其他縱模的光強， 產生單縱模的輸出；通過單向隔離器15的隔離作用，整個環形結構的光單向傳 輸，回到激光放大器1的輸入端，光不停地在激光放大器1中放大，最終得到大 功率的輸出。最后所有被放大的光皆從系統的30/70耦合器16的30%端口輸出。
如圖2所示，是本實施例在光譜分析儀測試下測得的環形激光器的光譜，它 顯示了超過40dB的自發輻射光背景噪聲的抑制。通過適當調節薩格納克環形濾 波器的偏振控制器，反射光譜抑制了除了 1563.9nm波長外的所有波長。
如圖3所示，是本實施例在1550nm處測試的輸出功率與組合泵浦能量關系 圖，當泵浦達到4500mA時，輸出光強超過了 360mW，并且也被實際可用泵浦強 度所限制。注意到輸出功率與泵浦能量的曲線在工作范圍內保持線性函數，且初
始斜度效率可以由提高泵浦的效率或減少光路中的連接損失來提高。當調節薩格 納克環中的偏振控制器時，會產生不可避免的偏振的變化，這不同的狀態會產生 相差極大的輸出功率。如圖4所示，是本實施例在射頻分析儀測得的單縱模頻率圖，單縱模運作已 通過頻譜分析儀得到證實。通過調節偏振控制器的偏振，其他的峰就從射頻儀的 屏幕上消失了，而只剩下的一個峰。因為沒有其他相關的拍頻被觀察到，結果清 晰地說明激光器是工作在單縱模狀態下的。本實施例通過在環形腔中使用兩個薩格納克環形濾波器設計了一種單縱模 高功率全光纖環形激光器，單縱模由利用無抽運的摻鉺光纖14作為可飽和吸收 體來實現。本實施例能夠得到輸出功率大約為360mW，波長為1. 564pni的單縱模 激光，并且得到超過40dB的信噪比的輸出，可以滿足實驗以及工程上的要求。
權利要求
1、一種基于雙薩格納克環濾波器的單縱模光纖環形激光器，包括單向隔離器、激光放大器，其特征在于，還包括30/70耦合器、第一薩格納克環形濾波器、第二薩格納克環形濾波器，激光放大器的輸出端經過30/70耦合器的70％端口與第一個薩格納克環形濾波器相連，第一個薩格納克環形濾波器與第二個薩格納克環形濾波器串聯，第二個薩格納克環形濾波器經過單向隔離器與激光放大器的輸入端相連，整個裝置結構為環形結構。
2、 根據權利要求1所述的基于雙薩格納克環濾波器的單縱模環形激光器，其特征是，所述激光放大器，包括雙包層鉺/鐿雙摻雜光纖、第一多縱模二極管激光器、第二多縱模二極管激光器、第一波分復用器、第二波分復用器，第一 多縱模二極管激光器和第二多縱模二極管激光器分別通過第一波分復用器、第二波分復用器與雙包層鉺/鐿雙摻雜光纖相連，組合成激光放大器。
3、 根據權利要求1所述的基于雙薩格納克環濾波器的單縱模環形激光器， 其特征是，所述第一薩格納克環形濾波器，包括第一 50/50耦合器、第一偏振控 制器和保偏光纖，第一偏振控制器和保偏光纖連接在第一 50/50耦合器的雙50 臂中，第一 50/50耦合器的合波端與第二薩格納克環形濾波器相連。
4、 根據權利要求1所述的基于雙薩格納克環濾波器的單縱模環形激光器， 其特征是，所述第二薩格納克環形濾波器，包括第二 50/50耦合器、第二偏振控 制器和摻鉺光纖，第二偏振控制器和摻鉺光纖連接在第二 50/50耦合器雙50臂 中，第二 50/50耦合器的IN端與第一薩格納克環形濾波器中第一 50/50耦合器 的合波端相連，第二 50/50耦合器的合波端與單向隔離器相連。
5、 根據權利要求3所述的基于雙薩格納克環濾波器的單縱模環形激光器， 其特征是，所述第一偏振控制器，在第一薩格納克環形濾波器中控制波長的選擇。
6、 根據權利要求4所述的基于雙薩格納克環濾波器的單縱模環形激光器， 其特征是，所述第二偏振控制器，選擇第二薩格納克環形濾波器中的偏振態，與 摻鉺光纖共同實現抑制縱模。
7、 根據權利要求1或4所述的基于雙薩格納克環濾波器的單縱模環形激光 器，其特征是，所述摻鉺光纖為無泵浦的光纖，鉺離子濃度為100-ppm。
8、 根據權利要求3所述的基于雙薩格納克環濾波器的單縱模環形激光器， 其特征是，所述保偏光纖，其雙折射率為4X10—4。
9、 根據權利要求1所述的基于雙薩格納克環濾波器的單縱模環形激光器， 其特征是，所述30/70耦合器的30%端口為整個裝置的輸出口 。
10、 根據權利要求1所述的基于雙薩格納克環濾波器的單縱模環形激光器， 其特征是，所有連接介質均為光纖。
全文摘要
一種激光技術領域的基于雙薩格納克環濾波器的單縱模環形激光器，包括激光放大器、單向隔離器、30/70耦合器、第一薩格納克環形濾波器、第二薩格納克環形濾波器，連接關系為激光放大器的輸出端經過30/70耦合器的70％端口與第一個薩格納克環形濾波器相連，第一個薩格納克環形濾波器與第二個薩格納克環形濾波器串聯，第二個薩格納克環形濾波器經過單向隔離器與激光放大器的輸入端相連，整個裝置結構為環形結構。本發明能夠得到輸出功率大約為0.4W，波長為1.564μm的單縱模激光，并且得到超過40dB的信噪比的輸出，滿足實驗及工程上的要求。
文檔編號H01S3/083GK101132102SQ20071004517
公開日2008年2月27日 申請日期2007年8月23日 優先權日2007年8月23日
發明者楊肖璇, 黎 詹, 優 黃 申請人:上海交通大學