專利名稱：一種稀土摻雜光纖光源光路結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種稀土摻雜光纖光源光路結構，尤其涉及一種功率可調光譜形狀不變的稀土摻雜光纖光源光路結構，本發明屬于光纖通信和光纖傳感領域。
背景技術：
摻鉺光纖光源由于輸出功率高、光譜較寬、波長穩定性好、輸出光譜偏振無關和成本優勢等特點，在光學器件測試、光纖光柵傳感、光纖陀螺、醫學成像等領域都有廣泛應用。在摻鉺光纖光源中，泵浦激光器把摻鉺光纖中處于基態的鉺離子激勵到上能級，當摻鉺光纖中粒子反轉程度足夠高時，上能級的鉺離子自發躍遷到基態過程中所產生的部分自發輻射光將被受激輻射放大，產生沿摻鉺光纖正反兩個方向傳播的放大的自發輻射ASE光(放大自發福射光Amplified Spontaneous Emission ),其中與泵浦光傳輸方向相同的稱為前向ASE，反之稱為后向ASE。為提高泵浦光的利用率，在絕大部分摻鉺光纖光源中都使用反射鏡對摻鉺光纖一端輸出的ASE進行反射，使其再次通過摻鉺光纖并被放大，形成雙程結構。為滿足不同的應用需求，在常規的雙程結構摻鉺光纖光源光路中，通常在輸出端放置一個光濾波器，對輸出譜進行“整形”。但由于摻鉺光纖固有的增益特性，當改變泵浦光功率以改變摻鉺光纖光源輸出功率時，若要保持輸出光譜譜形不變，其光濾波器的衰減譜形也需要做相應的調整。這就導致對不同輸出功率等級的摻鉺光纖光源需要設計不同型號的光濾波器，額外的增加了原材料的成本。
發明內容
本發明的目的在于提供一種光譜形狀不變，但功率可調的稀土摻雜光纖光源光路結構，特別是涉及一種摻鉺光纖光源光路結構，可以使摻鉺光纖光源在使用同一款光濾波器的情況下，保證不同輸出功率等級的摻鉺光纖光譜形狀保持不變。本發明所采用的技術方案是:
一種稀土摻雜光纖光源光路結構，所述光路結構的組件包括法拉第旋轉反射鏡、光濾波器、稀土摻雜光纖、泵浦信號合波器、泵浦激光器、隔離器、衰減器；所述組件之間的連接方式為下列方式中的一種:
1)光濾波器分別連接法拉第旋轉反射鏡和稀土摻雜光纖，稀土摻雜光纖另一端連接泵浦信號合波器公共端，泵浦信號合波器泵浦端連接泵浦激光器，泵浦信號合波器透射端連接隔離器輸入端，隔離器輸出端連接衰減器輸入端；
2)法拉第旋轉反射鏡連接衰減器，光濾波器分別連接衰減器另一端和稀土摻雜光纖，稀土摻雜光纖另一端連接泵浦信號合波器公共端，泵浦信號合波器的泵浦端連接泵浦激光器，泵浦信號合波器透射端連接隔離器輸入端；
3)光濾波器分別連接法拉第旋轉反射鏡和泵浦信號合波器透射端，泵浦信號合波器泵浦端連接泵浦激光器，稀土摻雜光纖分別連接泵浦信號合波器公共端和隔離器輸入端，隔離器輸出端連接衰減器； 4)法拉第旋轉反射鏡連接衰減器，光濾波器分別連接衰減器另一端和泵浦信號合波器透射端，泵浦信號合波器泵浦端連接泵浦激光器，稀土摻雜光纖分別連接泵浦信號合波器公共端和隔離器輸入端。
所述稀土摻雜光纖是摻鉺光纖或者鉺鐿共摻光纖。
所述連接方式I)中的隔離器和衰減器在光路中的物理位置互換。
所述連接方式3)中的隔離器和衰減器在光路中的物理位置互換。
所述連接方式2)中的衰減器和光濾波器在光路中的物理位置互換。
所述連接方式4)中的衰減器和光濾波器在光路中的物理位置互換。
所述的光濾波器是使稀土摻雜光纖光源輸出平坦型或者高斯型光譜的光濾波器。
所述衰減器為分光耦合器。
本發明具有以下優點和積極效果: 常規摻鉺光纖光源通常把光濾波器放在摻鉺光纖光源輸出端，對于光譜形狀相同，但功率不同的摻鉺光纖光源需要設計不同型號的光濾波器，增加制作成本。而采用本發明的光路結構中，光濾波器被放置在雙程結構的反射端，配合使用恰當的衰減器，只需要設計一款光濾波器就可以實現不同功率等級下輸出光譜形狀不變，減少制作成本；此外，光濾波器和反射鏡對單個方向ASE實現了波長選擇性反射，可提高泵浦轉換效率。
圖1是本發明第一種實施例提供的摻鉺光纖光源光路結構； 圖2是本發明第二種實施例提供的摻鉺光纖光源光路結構； 圖3是本發明第三種實施例提供的摻鉺光纖光源光路結構； 圖4是本發明第四種實施例提供的摻鉺光纖光源光路結構； 圖5是本發明第五種實施例提供的鉺鐿共摻光纖光源光路結構； 其中: 1:法拉第旋轉反射鏡；2:光濾波器； 3:摻鉺光纖；4:泵浦信號合波器； 5:泵浦激光器；6:隔離器； 7:裳減器；8:輯鏡共慘光纖； G:稀土摻雜光纖單程增益； L:衰減器的衰減值； P:摻鉺光纖光源輸出功率；具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
本發明光路結構可以適合于使用摻稀土元素光纖作為增益介質的各種帶寬的ASE光源。本發明不僅可以應用于摻鉺光纖作為增益介質的ASE光源，而且還可以應用于鉺鐿共摻光纖作為增益介質的ASE光源。本發明以摻鉺光纖做為增益介質為實施例進行說明。如圖1和圖4中箭頭所示，實施例方案1、實施例方案2和實施例方案5中光濾波器只對前向ASE濾波，而實施例方案3和實施例方案4中光濾波器只對后向ASE實現濾波。為了說明本發明所述的技術方案，下面通過具體實施例來進行說明。實施例一:
本發明所采用的技術方案1，如圖1所示:包括法拉第旋轉反射鏡1、光濾波器2、摻鉺光纖3、泵浦信號合波器4、泵浦激光器5、隔離器6、衰減器7 ;光濾波器2分別連接法拉第旋轉反射鏡I和摻鉺光纖3，摻鉺光纖3另一端連接泵浦信號合波器4公共端，泵浦信號合波器4泵浦端連接泵浦激光器5，泵浦信號合波器4透射端連接隔離器6輸入端，隔離器6輸出端連接衰減器7輸入端，衰減器7另一端連接輸出尾纖。本實施例的摻鉺光纖光源光路結構的工作過程具體如下:在泵浦光的激發下，摻鉺光纖中同時產生前向和后向傳播的ASE,其中后向ASE可經輸 出端直接輸出，而前向ASE在傳播到摻鉺光纖末端后首先通過光濾波器2，經濾波后被法拉第旋轉反射鏡I反射，此后再次經過光濾波器2進行第二次濾波，這樣光濾波器2和法拉第旋轉反射鏡I對前向ASE實現了波長選擇性反射。由于摻鉺光纖中存在增益，被反射后的前向ASE在第二次經過摻鉺光纖3的過程中再次被放大，它與摻鉺光纖3中產生的后向ASE疊加后輸出所需的光譜；在衰減器7衰減值為OdB時，設計恰當的光濾波器，確保高輸出功率時光譜滿足要求；保持泵浦激光器功率不變，調節衰減器衰減值即可以實現輸出功率變小時光譜形狀不變。此時，摻鉺光纖3單程增益G，衰減器7衰減值L和摻鉺光纖光源輸出功率P之間滿足下面的關系式:
P+L=G(I)
在如上(I)式中，經過選擇性反射和二次放大的前向ASE和后向ASE —起經過衰減器衰減，所以衰減器的衰減值每增加ldB，輸出功率就相應減小ldB，這樣在摻鉺光纖增益和光濾波器相同的情況下可以保證輸出光譜形狀不變。實施例二:
本發明所采用的技術方案2，如圖2所示:包括法拉第旋轉反射鏡1、衰減器7、光濾波器2、摻鉺光纖3、泵浦信號合波器4、泵浦激光器5、隔離器6 ;法拉第旋轉反射鏡I連接衰減器7，光濾波器2分別連接衰減器7另一端和摻鉺光纖3，摻鉺光纖3另一端連接泵浦信號合波器4公共端，泵浦信號合波器4的泵浦端連接泵浦激光器5，泵浦信號合波器4透射端連接隔離器6輸入端，隔離器6輸出端連接輸出尾纖。本實施例的摻鉺光纖光源光路結構的工作過程具體如下:在泵浦光的激發下，摻鉺光纖中同時產生前向和后向傳播的ASE，其中后向ASE可經輸出端直接輸出。而前向ASE在傳播到摻鉺光纖末端后首先通過光濾波器2，經濾波后被衰減器7整體衰減，之后被法拉第旋轉反射鏡I反射，反射后再次經過衰減器7和光濾波器2進行二次濾波，光濾波器2、衰減器7和法拉第旋轉反射鏡I對前向ASE實現了波長選擇性反射，由于摻鉺光纖中存在增益，被反射后的前向ASE在第二次經過摻鉺光纖3的過程中再次被放大,它與摻鉺光纖3中產生的后向ASE疊加后輸出所需的光
-1'TfeP曰。為保證輸出光功率變化時，輸出光譜形狀保持不變，關鍵是需要保證摻鉺光纖內粒子反轉程度不發生改變，即單程增益不變。為此，首先需要在光路中不加入衰減器7的情況下，設計恰當的光濾波器，確保在最大輸出功率時光譜滿足要求。當需要減小輸出功率時，如果僅僅減小泵浦激光器的功率，使得輸出功率滿足要求，那么由于摻鉺光纖內粒子反轉程度發生了改變，改變了單程增益，結果導致輸出功率減小的同時輸出光譜形狀也發生了改變。同樣，如果僅僅增加衰減器7的衰減量，那么較大的泵浦功率使得摻鉺光纖內粒子反轉程度增加，同樣改變了輸出譜形。為解決此問題，提高衰減器7的衰減值的同時減小泵浦激光器5的功率，使得反射的ASE功率減小，同時減小泵浦激光器的功率以維持摻鉺光纖內粒子反轉程度不發生改變，即單程增益不發生變化，這樣就可以實現減小輸出功率的同時光譜形狀保持不變。此時摻鉺光纖3單程增益G，衰減器7衰減值L和摻鉺光纖光源輸出功率P之間滿足下面的關系式: P+2 X L=G(2) 在(2)式中，2XL是由于前向ASE前后兩次經過此衰減器，所以衰減器的衰減值每增加0.5dB，輸出功率就相應減小ldB，在摻鉺光纖增益和光濾波器不變的情況下保證輸出光譜譜型不變。
實施例三: 本發明所采用的技術方案3，如圖3所示:包括法拉第旋轉反射鏡1、光濾波器2、泵浦信號合波器4、泵浦激光器5，摻鉺光纖3、隔離器6、衰減器7 ;光濾波器2分別連接法拉第旋轉反射鏡I和泵浦信號合波器4透射端，泵浦信號合波器4泵浦端連接泵浦激光器5，摻鉺光纖3分別連接泵浦信號合波器4公共端和隔離器6輸入端，隔離器6輸出端連接衰減器7，衰減器7輸出端連接輸出尾纖。本實施例的摻鉺光纖光源光路結構的工作過程具體如下:在泵浦光的激發下，摻鉺光纖中同時產生前向和后向傳播的ASE,其中前向ASE可經輸出端直接輸出。而后向ASE在傳播到摻鉺光纖末端后首先通過泵浦信號合波器4，經光濾波器2濾波后，被法拉第選擇反射鏡I反射，此后再經過光濾波器2 二次濾波，這樣光濾波器2和法拉第旋轉反射鏡I對前向ASE實現波長選擇反射，此后通過泵浦信號合波器4，由于摻鉺光纖中存在增益，被反射后的后向ASE第二次經過摻鉺光纖3的過程中再次被放大，它與摻鉺光纖3中產生的前向ASE疊加后輸出理想光譜；在衰減器7衰減值為OdB時，設計恰當的光濾波器，確保高輸出功率時輸出光譜滿足要求；保持泵浦激光器功率不變，調節衰減器衰減值即可以實現輸出功率變小時光譜形狀不變。此時摻鉺光纖3單程增益G，衰減器7衰減值L和摻鉺光纖光源輸出功率為P之間滿足下面的關系式: P+L=G(3) 在如上(3)式中，經過選擇性反射和二次放大的后向ASE和前向ASE —起經過衰減器衰減，所以衰減器的衰減值每增加ldB，輸出功率就相應減小ldB，這樣在摻鉺光纖增益和光濾波器相同的情況下可以保證輸出光譜形狀不變。
實施例四: 本發明所采用的技術方案4，如圖4所示:法拉第旋轉反射鏡1、衰減器7、光濾波器2、泵浦信號合波器4、泵浦激光器5，摻鉺光纖3、隔離器6 ;法拉第旋轉反射鏡I連接衰減器7，光濾波器2分別連接衰減器7另一端和泵浦信號合波器4透射端，泵浦信號合波器4泵浦端連接泵浦激光器5，摻鉺光纖3分別連接泵浦信號合波器4公共端和隔離器6輸入端，隔離器6輸出端連接輸出尾纖。本實施例的摻鉺光纖光源光路結構的工作過程具體如下:在泵浦光的激發下，摻鉺光纖中同時產生前向和后向傳播的ASE,其中前向ASE可經輸出端直接輸出，而后向ASE在傳播到摻鉺光纖末端后首先通過泵浦信號合波器4，經光濾波器2濾波后，再經過衰減器7整體衰減，此后被法拉第選擇反射鏡I反射，反射后再次經過衰減器7和光濾波器2進行二次濾波，光濾波器2、衰減器7和法拉第旋轉反射鏡I對后向ASE實現波長選擇性反射，此后通過泵浦信號合波器4，由于摻鉺光纖中存在增益，被反射后的后向ASE第二次經過摻鉺光纖3的過程中再次被放大，它與摻鉺光纖3中產生的前向ASE疊加后輸出理想光譜；在衰減器衰減值為OdB時，設計恰當的光濾波器，確保高輸出功率時光譜滿足要求；同實施例二，提高衰減器7的衰減值的同時減小泵浦激光器5的功率，維持摻鉺光纖內粒子反轉程度不發生改變，即單程增益不發生變化，這樣就可以實現減小輸出功率的同時光譜形狀保持不變。此時，摻鉺光纖3單程增益G，衰減器7衰減值L和摻鉺光纖光源輸出功率P之間滿足下面的關系式:
P+2 X L=G(4)
在如上(4)式中，2 X L是由于后向ASE前后兩次經過此衰減器，所以衰減器衰減值每增加0.5dB,輸出功率就相應減小IdB,這樣在摻鉺光纖增益和光濾波器相同的情況下保證輸出光譜譜型不變。在實施例1和實施例3中，當摻鉺光纖光源輸出功率變化時，泵浦激光器一直工作在較大泵浦功率下，在低功率輸出時功 耗比較大；而實施例2和實施例4中隨著衰減器衰減值的增大，被選擇性反射后的ASE功率就相應的減小,所以在減小摻鉺光纖光源輸出功率的同時，保證單程增益相同、光譜譜型不變所需要的泵浦激光器功率相應的減小，可提高泵浦轉換效率，降低功耗。并且對于相同的輸出功率，實施例1、實施例3的衰減器衰減值是實施例2、實施例4衰減值的2倍。在具體實施生產制造過程中衰減器7可以用分光耦合器、熔接插損等任何方式加入衰減的方式實現。光濾波器2實現稀土摻雜光纖光源輸出光譜為平坦型或者高斯型的光濾波器。本發明中的實施例1和實施例3的摻鉺光纖光源光路中，隔離器6和衰減器7在光路中的物理位置可以互換。實施例2和實施例4的摻鉺光纖光源光路中，衰減器7和光濾波器2在光路中的物理位置可以互換。以鉺鐿共摻光纖做為增益介質為實施例進行說明，該實施例五采用技術方案同實施例一基本相同。實施例五:
本發明所采用的技術方案5，如圖5所示:包括法拉第旋轉反射鏡1、光濾波器2、鉺鐿共摻光纖8、泵浦信號合波器4、泵浦激光器5、隔離器6、衰減器7 ;光濾波器2分別連接法拉第旋轉反射鏡I和鉺鐿共摻光纖8，鉺鐿共摻光纖8另一端連接泵浦信號合波器4公共端，泵浦信號合波器4泵浦端連接泵浦激光器5，泵浦信號合波器4透射端連接隔離器6輸入端，隔離器6輸出端連接衰減器7輸入端，衰減器7另一端連接輸出尾纖。本實施例的鉺鐿共摻光纖光源光路結構的工作過程具體如下:在泵浦光的激發下，鉺鐿共摻光纖8中同時產生前向和后向傳播的ASE，其中后向ASE可經輸出端直接輸出，而前向ASE在傳播到鉺鐿共摻光纖末端后首先通過光濾波器2，經濾波后被法拉第旋轉反射鏡I反射，此后再次經過光濾波器2進行第二次濾波，這樣光濾波器2和法拉第旋轉反射鏡I對前向ASE實現了波長選擇性反射。由于鉺鐿共摻光纖中存在增益，被反射后的前向ASE在第二次經過鉺鐿共摻光纖8的過程中再次被放大,它與鉺鐿共摻光纖8中產生的后向ASE疊加后輸出所需的光譜；在衰減器7衰減值為OdB時，設計恰當的光濾波器，確保高輸出功率時光譜滿足要求；保持泵浦激光器功率不變，調節衰減器衰減值即可以實現輸出功率變小時光譜形狀不變。此時，鉺鐿共摻光纖8單程增益，衰減器7衰減值和鉺鐿共摻光纖光源輸出功率之間同樣滿足實施例一中的關系式(I )，經過選擇性反射和二次放大的前向ASE和后向ASE —起經過衰減器衰減，所以衰減器的衰減值每增加ldB，輸出功率就相應減小ldB，這樣在鉺鐿共摻光纖增益和光濾波器相同的情況下可以保證輸出光譜形狀不變。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種稀土摻雜光纖光源光路結構，其特征在于: 所述光路結構的組件包括法拉第旋轉反射鏡(I)、光濾波器(2)、稀土摻雜光纖(3)、泵浦信號合波器(4)、泵浦激光器(5)、隔離器(6)、衰減器(7); 所述組件之間的連接方式為下列方式中的一種: 1)光濾波器(2)分別連接法拉第旋轉反射鏡(I)和稀土摻雜光纖(3)，稀土摻雜光纖(3)另一端連接泵浦信號合波器(4)公共端，泵浦信號合波器(4)泵浦端連接泵浦激光器(5)，泵浦信號合波器(4)透射端連接隔離器(6)輸入端，隔離器(6)輸出端連接衰減器(7)輸入端； 2)法拉第旋轉反射鏡(I)連接衰減器(7)，光濾波器(2)分別連接衰減器(7)另一端和稀土摻雜光纖(3)，稀土摻雜光纖(3)另一端連接泵浦信號合波器(4)公共端，泵浦信號合波器(4 )的泵浦端連接泵浦激光器(5 )，泵浦信號合波器(4 )透射端連接隔離器(6 )輸入端; 3)光濾波器(2)分別連接法拉第旋轉反射鏡(I)和泵浦信號合波器(4)透射端，泵浦信號合波器(4 )泵浦端連接泵浦激光器(5 )，稀土摻雜光纖(3 )分別連接泵浦信號合波器(4 )公共端和隔離器(6)輸入端，隔離器(6)輸出端連接衰減器(7); 4)法拉第旋轉反射鏡(I)連接衰減器(7 )，光濾波器(2 )分別連接衰減器(7 )另一端和泵浦信號合波器(4 )透射端，泵浦信號合波器(4 )泵浦端連接泵浦激光器(5 )，稀土摻雜光纖(3)分別連接泵浦信號合波器(4)公共端和隔離器(6)輸入端。
2.如權利要求1所述的一種稀土摻雜光纖光源光路結構，其特征在于:所述稀土摻雜光纖是摻鉺光纖或者摻鉺鐿光纖。
3.如權利要求1或2所述的一種稀土摻雜光纖光源光路結構，其特征在于:所述連接方式I)中的隔離器(6)和衰減器(7)在光路中的物理位置互換。
4.如權利要求1或2所述的一種稀土摻雜光纖光源光路結構，其特征在于:所述連接方式3)中的隔離器(6)和衰減器(7)在光路中的物理位置互換。
5.如權利要求1或2所述的一種稀土摻雜光纖光源光路結構，其特征在于:所述連接方式2)中的衰減器(7)和光濾波器(2)在光路中的物理位置互換。
6.如權利要求1或2所述的一種稀土摻雜光纖光源光路結構，其特征在于:所述連接方式4)中的衰減器(7)和光濾波器(2)在光路中的物理位置互換。
7.如權利要求1所述的一種稀土摻雜光纖光源光路結構，其特征在于:所述的光濾波器(2)是實現稀土摻雜光纖光源輸出光譜為平坦型或者高斯型的光濾波器。
8.如權利要求1或2所述的一種稀土摻雜光纖光源光路結構，其特征在于:所述衰減器(7)為分光耦合器。
全文摘要
本發明涉及一種稀土摻雜光纖光源光路結構，其組件包括法拉第旋轉反射鏡(1)、光濾波器(2)、稀土摻雜光纖、泵浦信號合波器(4)、泵浦激光器(5)、隔離器(6)、衰減器(7)；所述組件之間的連接方式其中一種為光濾波器(2)分別連接法拉第旋轉反射鏡(1)和稀土摻雜光纖(3)，稀土摻雜光纖(3)另一端連接泵浦信號合波器(4)公共端，泵浦信號合波器(4)泵浦端連接泵浦激光器(5)，泵浦信號合波器(4)透射端連接隔離器(6)輸入端，隔離器(6)輸出端連接衰減器(7)輸入端；本發明提供的一種稀土摻雜光纖光源光路結構可以使稀土摻雜光纖光源在使用同一款光濾波器的情況下，保證不同輸出功率等級的光源光譜形狀保持不變，從而減少成本。
文檔編號H01S3/10GK103199417SQ20131010784
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月29日 優先權日2013年3月29日
發明者馬延峰, 陳俊, 卜勤練, 余春平 申請人:武漢光迅科技股份有限公司