專利名稱：基于太極結構的環形腔多波長布里淵摻鉺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光纖通信技術領域的裝置，具體是一種基于太極結構的 環形腔多波長布里淵摻鉺光纖激光器。
背景技術：
隨著人們對信息需求的與日劇增，需要更大的帶寬傳輸各類數據。光纖通信以其 無可比擬的高速率、寬帶寬、低損耗等優點成為滿足這一要求的主要手段。由于光纖中色 散的影響和電子器件速率瓶頸的限制，通過提高單個信道的速率已不能滿足傳輸容量的要 求，因而人們把目光投向了波分復用技術(WDM)。WDM的提出和應用充分挖掘了光纖帶寬的 潛力，被公認為是實現超大容量光纖通信的最有效途徑。WDM系統的一個重要組成部分是多 波長光源，如何得到輸出波長數多、波長穩定、可靠性高、體積小以及成本低的多波長光源 是實現WDM系統的關鍵。實現多波長光源的方法有(1)使用陣列波導光柵(AWG)或濾波 器技術的方案，該方案存在系統復雜，體積龐大，成本較高等問題；( 利用半導體分布反 饋(DFB)激光陣列，該方案存在溫度穩定性差，成本高，不易集成等缺點；C3)光纖激光器具 有成本低、性能穩定、輸出波長數多且與現有光纖系統具有很高的耦合效率，因而引起了研 究人員廣泛的研究興趣。多波長光纖激光器一般是采用摻雜光纖作為增益介質，以光纖光柵、光纖環形鏡 或光纖端面等作為反射鏡來構成反饋腔。在室溫下實現穩定的多波長輸出，其最關鍵的技 術是如何有效抑制摻雜光纖的均勻增益展寬特性。為了抑制摻鉺光纖增益的均勻展寬特 性，常用方法有(1)將摻鉺光纖置于液氮中進行冷卻，使其均勻展寬降為Inrn左右，從而實 現穩定的多波長激光輸出。由于該方法需要在極低溫下才能實現，因而不便于實際操作； (2)在光纖激光器的諧振腔中引入特殊的物理機制，如頻移反饋、四波混頻、非均勻損耗機 制、偏振及光譜燒孔效應等，以實現多波長激光振蕩，但這種方法增加了系統的復雜度和成 本；(3)將光纖中的非線性布里淵增益效應與摻鉺光纖的線性增益效應相結合，可在室溫 下具有穩定的多波長輸出，且信道間隔嚴格的等于布里淵頻移( IOGHz)以及每個波長的 線寬很窄，因而該種方案備受人們的青睞。受激布里淵散射(SBQ是一種能在光纖內發生的非線性過程，其產生過程可描述 為抽運波、斯托克斯波和聲波之間的參量互作用。抽運波通過電致伸縮產生聲波，引起折射 率的周期性調制，抽運波引起的折射率光柵通過布拉格衍射抽運光，由于多普勒位移與以 聲速移動的光柵有關，散射光產生了頻率下移。在連續或準連續抽運光下，單模光纖的布里 淵增益譜很窄(10MH 20MHz)，因而產生的激光線寬很窄。當SBS的非線性增益與EDFA的 線性增益相疊加時破壞了 EDFA的均勻展寬特性，SBS的非線性增益決定產生激光的頻譜位 置，EDFA的線性增益則補償環形腔內的損耗和對產生的斯托克斯信號能量進行放大。在級 聯系統中，放大的斯克托斯信號又作為下一級斯托克斯的抽運源，進而產生下一級斯托克 斯信號，經過多次循環就可得到波長間隔嚴格固定的多波長激光輸出。常見的布里淵摻鉺光纖激光器(BEFLs)結構主要有兩類環形腔結構和線形腔 結構。環形腔由定向耦合器構成(如圖1所示)，因而結構緊湊，但輸出波長數通常情況下小于線性腔結構；線性腔需要高反射率腔鏡或光纖環來實現反饋，增加了結構復雜度且 降低了系統的穩定性。在已有文獻中，兩種結構均使用自制的EDFA 由一段摻鉺光纖和 980nm 或 1480nm 半導體激光器組成，參考文獻 N. Md. Samsuri. "Brillouin-Erbium fiber laser with enhanced feedback coupling using common Erbium gain section,"Opt. Express vol.16,16475-16480 (2008) ·禾口M. H. Al-Mansoori,"Tunable range enhancement of Brillouin-Erbium fiber laser utilizing Brillouin pump pre—amplification technique，”Opt. Express vol. 16,7649-7654(2008).這種自制的 EDFA 雖然降低了成本， 但需要針對不同的情況需要進行參數優化且器件的穩定性不如商用的EDFA，這不利于簡化 實際操作。另一方面，由于這種自制的EDFA有明顯的自激發腔模，因此要求抽運波長一般 接近于EDFA的自激發腔模波長，這樣導致了 BEFLs的可調諧范圍很小。為獲得寬帶可調諧 激光源，通常采取預放大布里淵抽運信號或在環形腔中加入Mgnac濾波器抑制或調節自 激發腔模的產生區域，這不但增加了結構的復雜度，且輸出波長數隨輸入抽運信號波長變 化，即波長調諧范圍的增大以產生波長數的減小為代價的。
實用新型內容鑒于現有技術的以上缺點，本實用新型的目的在于克服現有技術中的不足，提出 了一種多波長、寬帶可調諧、波長穩定、結構緊湊且成本較低的布里淵摻鉺光纖激光器，本 實用新型方案基于一種新型的環形腔結構，即環腔內利用一段呈“S”形的單模光纖分別連 接兩耦合器不同側的某一端口，實現了抽運光和產生的斯托克斯光在環形腔內同時順時針 和逆時針方向傳輸且可多次循環，我們稱這種結構為太極結構環形腔，它克服了現有技術 中抽運光和產生的斯托克斯光在環腔中只能單向循環一次而不能被充分利用來產生受激 布里淵散射的缺陷。本實用新型的目的是通過如下的手段實現的。一種基于太極結構的環形腔多波長布里淵摻鉺光纖激光器，包括由第一耦合器 1、第一單模光纖3、第二單模光纖4、第三單模光纖5和第二耦合器2構成的太極結構環形 腔、抽運光源6 ；抽運光源6的輸出與第一耦合器的第一端口 1-1相連，第一耦合器的第三 端口 1-3經第一單模光纖3與第二耦合器的第四端口 2-4相連，第一耦合器的第四端口 1-4 經第二單模光纖4與第二耦合器的第二端口 2-2相連，第二耦合器的第一端口 2-1經第三 單模光纖5與第一耦合器的第二端口 1-2相連，第二耦合器的第三端口 2-3為整個裝置的 輸出端，與光譜分析儀7相連。與現有技術相比，本實用新型的優勢在于太極結構的環形腔中第一單模光纖、第 二單模光纖和第三單模光纖同時存在雙向注入的抽運光，因而有效的降低了產生斯托克 斯信號的閾值，進而有利于產生高階的斯托克斯信號。本實用新型采用商用的EDFA替換自 制的EDFA，并將EDFA置于環形腔外，簡化了環形腔內的結構，并減少了腔內鏈接損耗和ASE 噪聲。由于商用EDFA使用模塊化封裝，擁有更緊湊的結構，并且擁有自動增益控制系統，因 而受環境因素影響更小，器件性能更穩定；更重要的是，商用EDFA可以很好的抑制自激發 腔模，擁有平坦的增益譜，因而只需改變可調諧激光器的輸入波長，即可在很寬的范圍內穩 定的輸出多波長。
圖1為現有技術的環形腔多波長布里淵摻鉺光纖激光器結構示意圖；圖2為本實用新型結構示意圖；圖3為本實用新型在光譜分析儀測試下測得的多波長布里淵斯托克斯信號的輸 出功率譜圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。本實施例在以本實用新型技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和 過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。如圖2所示，本實施例包括由第一耦合器1、第一單模光纖3、第二單模光纖4、第 三單模光纖5和第二耦合器2構成的太極結構環形腔、抽運光源6，抽運光源6的輸出與第 一耦合器的第一端口 1-1相連，第一耦合器的第三端口 1-3經第一單模光纖3與第二耦合 器的第四端口 2-4相連，第一耦合器的第四端口 1-4經第二單模光纖4與第二耦合器的第 二端口 2-2相連，第二耦合器的第一端口 2-1經第三單模光纖5與第一耦合器的第二端口 1-2相連，第二耦合器的第三端口 2-3為整個裝置的輸出端，與光譜分析儀7相連。所述抽運光源6由可調諧激光器8、第三耦合器9、摻鉺光纖放大器10、環行器11 組成，可調諧激光器8的輸出端連接第三耦合器的第一輸入端口 9-1，第三耦合器的輸出端 口 9-3與摻鉺光纖放大器10輸入端相連，摻鉺光纖放大器10的輸出端連接環行器的第一 端口 11-1，環行器的第三端口 11-3與第三耦合器的第二輸入端口 9-2相連，環行器的第二 端口 11-2為抽運光源6的輸出端。所述第一單模光纖3，其長度為2. 5km。所述第二單模光纖4，其長度為5km。所述第三單模光纖5，其長度為2. 5km。所述第一單模光纖、第二單模光纖和第三單模光纖為型號相同的光纖。所述第一單模光纖3、第二單模光纖4和第三單模光纖5中同時存在雙向傳輸的抽 運光和多階布里淵斯托克斯光。所述第一耦合器、第二耦合器和第三耦合器的耦合比均為50 50。本實施例工作時，第三耦合器(9)的耦合比為90 10 50 50，小功率端口連 接可調諧激光器(8)，可調諧激光器8出射的激光經第三耦合器的第一輸入端口 9-1從第 三耦合器的輸出端口 9-3輸出，進入摻鉺光纖放大器10的輸入端，放大后的信號進入環行 器的第一端口 11-1，然后從環形器第二端口輸出進入第一耦合器的第一端口 1-1被均分 的分成50 50兩路信號，這兩路信號在太極結構環形腔中產生三種繞行方式第一種是 經第一耦合器的第三端口 1-3——第一單模光纖3——第二耦合器的第四端口 2-4——第 二耦合器的第一端口 2-1——第三單模光纖5——第一耦合器的第二端口 1-2——第一耦 合器的第三端口 1-3 ；第二種是經第一耦合器的第三端口 1-3——第一單模光纖3——第 二耦合器的第四端口 2-4——第二耦合器的第一端口 2-1——第三單模光纖5——第一耦 合器的第二端口 1-2——第一耦合器的第四端口 1-4——第二單模光纖4——第二耦合器 的第二端口 2-2——第二耦合器的第四端口 2-4——第一單模光纖3——第一耦合器的第三端口 1-3——第一耦合器的第二端口 1-2——第三單模光纖5——第二耦合器的第一端 口 2-1——第二耦合器的第四端口 2-4 ；第三種是第一耦合器的第四端口 1-4——第二單模 光纖4——第二耦合器的第二端口 2-2——第二耦合器的第四端口 2-4——第一單模光纖 3——第一耦合器的第三端口 1-3——第一耦合器的第二端口 1-2——第三單模光纖5—— 第二耦合器的第一端口 2-1——第二耦合器的第四端口 2-4，這三種繞行方式將使三段單模 光纖中同時存在雙向傳輸的抽運光，并且產生雙向傳輸的斯托克斯光，第一耦合器的第一 端口 1-1輸出的抽運信號和產生的一階斯托克斯信號經環形器的第二端口 11-2進入從環 形器的第三端口 11-3輸出，然后注入進入第三耦合器的第二輸入端口 9-2，與可調諧激光 器8出射的激光耦合后再次進入摻鉺光纖放大器10，放大的一階斯托克斯信號將在太極結 構環形腔中產生二階斯托克斯信號輸出，經過多次循環振蕩，形成多階斯托克斯信號輸出， 得到的多波長激光由第二耦合器的第三端口 2-3輸出，最后由分辨率為0. 05nm的光譜分析 儀7測量。調節摻鉺光纖放大器10的放大增益，可以改變輸出波長數和功率大小。當摻鉺光 纖放大器10的最大輸出功率為22dBm時，可以得到穩定的峰值功率大于-IOdBm的8波長 輸出。需要說明的是，本文中涉及的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等詞語僅用于方便 說明的目的，不能將其理解為順序或主次限定。以上實施方式僅用于說明本實用新型，并非對本實用新型的限制，有關技術領域 的普通技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變 型，因此所有等同的技術方案也屬于本實用新型的范疇，本實用新型的專利保護范圍應由 權利要求限定。
權利要求1.一種基于太極結構的環形腔多波長布里淵摻鉺光纖激光器，其特征在于，由第一耦 合器(1)、第一單模光纖(3)、第二單模光纖G)、第三單模光纖( 和第二耦合器( 構成 的太極結構環形腔、抽運光源(6)；抽運光源(6)的輸出與第一耦合器的第一端口(1-1)相 連，第一耦合器的第三端口(1- 經第一單模光纖(3)與第二耦合器的第四端口(2-4)相 連，第一耦合器的第四端口(1-4)經第二單模光纖(4)與第二耦合器的第二端口(2-2)相 連，第二耦合器的第一端口(2-1)經第三單模光纖( 與第一耦合器的第二端口(1-2)相 連，第二耦合器的第三端口(2- 為整個裝置的輸出端，與光譜分析儀(7)相連。
2.根據權利要求1所述的基于太極結構的環形腔多波長布里淵摻鉺光纖激光器，其特 征是，所述抽運光源(6)由可調諧激光器(8)、第三耦合器(9)、摻鉺光纖放大器(10)、環行 器(11)組成，可調諧激光器(8)的輸出端連接第三耦合器的第一輸入端口(9-1)，第三耦合 器的輸出端口(9- 與摻鉺光纖放大器(10)輸入端相連，摻鉺光纖放大器(10)的輸出端 連接環行器的第一端口(11-1)，環行器的第三端口(11- 與第三耦合器的第二輸入端口 (9-2)相連，環行器的第二端口(11-2)為抽運光源(6)的輸出端。
3.根據權利要求1所述的基于太極結構的環形腔多波長布里淵摻鉺光纖激光器，其特 征是，所述第一單模光纖(3)、第二單模光纖(4)和第三單模光纖(5)的型號相同。
4.根據權利要求1所述的基于太極結構的環形腔多波長布里淵摻鉺光纖激光器，其特 征是，所述第一耦合器(1)、第二耦合器O)的耦合比均為50 50。
5.根據權利要求2所述的基于太極結構的環形腔多波長布里淵摻鉺光纖激光器，其特征是，所述第三耦合器(9)的耦合比為90 10 50 50，小功率端口連接可調諧激光器 ⑶。
專利摘要本實用新型公開了一種基于太極結構的環形腔多波長布里淵摻鉺光纖激光器，由第一耦合器(1)、第一單模光纖(3)、第二單模光纖(4)、第三單模光纖(5)和第二耦合器(2)構成的太極結構環形腔、抽運光源(6)；抽運光源(6)的輸出與第一耦合器的第一端口(1-1)相連，第一耦合器的第三端口(1-3)經第一單模光纖(3)與第二耦合器的第四端口(2-4)相連，第一耦合器的第四端口(1-4)經第二單模光纖(4)與第二耦合器的第二端口(2-2)相連，第二耦合器的第一端口(2-1)經第三單模光纖(5)與第一耦合器的第二端口(1-2)相連，第二耦合器的第三端口(2-3)為整個裝置的輸出端，與光譜分析儀(7)相連。
文檔編號H01S3/137GK201829804SQ20102027054
公開日2011年5月11日 申請日期2010年7月26日 優先權日2010年7月26日
發明者潘煒, 羅斌, 鄒喜華, 鄭狄 申請人:西南交通大學