一種多波長多芯光纖激光器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種多波長多芯光纖激光器，屬于光纖激光器領域。激光器由泵浦光、波分復用器、多芯摻雜光纖、隔離器、偏振控制器和輸出耦合器構成。利用多芯摻雜光纖將增益和濾波功能結合在一起，實現多波長輸出。本發明將有效的避免光纖非線性效應，同時充分利用多芯光纖結構高度集成化的優點，增加多芯光纖與傳統光纖器件的兼容性，具有輸出功率高、結構穩定性和抗干擾性更強的特點。
【專利說明】
一種多波長多芯光纖激光器
技術領域
[0001] 本發明屬于光纖激光器領域，涉及一種多波長多芯光纖激光器，利用多芯摻雜光 纖實現增益和濾波功能，達到抑制非線性效應，實現多波長和高功率輸出的目的。
【背景技術】
[0002] 多波長光纖激光器在波分復用光纖通信系統、光測試儀器、光纖傳感及光譜分析 方面是極有吸引力的光源，近年來成為大家的研究熱點。通常，多波長光纖激光器要求具有 高輸出功率、波長間隔可調、輸出波長數目足夠多、結構緊湊和性能穩定的特性。傳統單模 光纖(single mode fiber，SMF)的非線性效應，限制了光纖激光器的功率進一步提高。在 多波長光纖激光器中，通常需要借助梳狀濾波器完成多波長選模，如在腔內加入法布里-珀 羅標準具、馬赫-澤德干涉儀、光纖光柵及sagnac環濾波器等，這些濾波技術使用外部元件， 不僅引入了更多的插入損耗，同時增加了濾波器的復雜性，降低了激光器的穩定性。
[0003] 與SMF相比，多芯光纖(multi-core fibers, MCF)的結構高度集成化，在同一包層 內含有多個纖芯，且每個纖芯均為單模傳輸，其總的有效模場面積大，能有效降低非線性和 提高激光器的輸出功率。MCF中多個超模同時放大和輻射，可以利用多個超模的增益，同時 由于纖芯的耦合作用，多超模之間產生穩定的干涉效應。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的為了克服現有多波長光纖激光器引入濾波器件和輸出功率較低的 問題，提出一種多波長多芯光纖激光器，利用多芯摻雜光纖作為增益介質，同時利用多芯摻 雜光纖中多超模之間的干涉效應實現濾波功能，將增益和濾波集中在一根光纖上，實現高 功率多波長光纖激光輸出，具有結構緊湊、可集成化和穩定性強等優點。
[0005] 本發明的技術方案為:一種多波長多芯光纖激光器，激光器為環形諧振腔結構，由 栗浦光、波分復用器、多芯摻雜光纖、隔離器、偏振控制器和輸出親合器構成，由多芯摻雜光 纖實現增益和濾波功能。激光腔內所有元件之間的連接均為標準單模光纖。其特征在于:所 述的栗浦光經波分復用器耦合到多芯摻雜光纖，產生多個超模激光，經過多超模之間的耦 合作用形成干涉光譜。所述隔離器輸入端與多芯光纖熔接，輸出端與偏振控制器的輸入端 熔接。所述輸出耦合器的輸入端與與偏振控制器的輸出端熔接，直接輸出端與波分復用器 的另一個輸入端熔接，耦合輸出端用于激光輸出。
[0006] 進一步所述多芯摻雜光纖為纖芯耦合型多芯單模摻鐿光纖或者纖芯耦合型多芯 單模摻鉺光纖;外包層是圓形或者多邊形，纖芯數量為奇數且大于3，纖芯排列呈中心對稱 分布，其中一個纖芯位于光纖的中心;位于多芯摻雜光纖中心的纖芯直徑等于或接近單模 光纖的纖芯直徑，多芯光纖的外徑與傳統單模光纖相近(約為125μπι)。
[0007] 進一步所述所述多芯摻雜光纖的最小長度等于栗浦吸收系數的倒數；同時多芯摻 雜光纖長度又以均勻穩定的干涉光透過率最高時所對應的長度為最佳長度。
[0008] 進一步所述SMF的纖芯與多芯摻雜光纖中心纖芯與對準熔接。
[0009] 進一步所述SMF為雙包層光纖，栗浦光經SMF包層栗浦多芯摻雜光纖，以保證各個 纖芯均勻栗浦。
[00?0] 進一步所述栗浦光的中心波長為976nm或915nm;多芯摻雜光纖為多芯摻鐿光纖； 波分復用器的入射端口中心波長與栗浦光中心波長一致，帶寬為lOnm，反射端口反射波長 范圍為1000nm~1100nm;隔離器的帶寬為900nm~llOOnm，為保偏型或非保偏型；輸出耦合器 的工作波長在lOOOnm~llOOnm范圍，輸出比的范圍為5%~95%。
[0011] 進一步所述栗浦光的中心波長為976nm或1480nm;波分復用器的入射端口中心波 長與栗浦光中心波長一致，帶寬為l〇nm，反射端口反射波長范圍為1500nm~1600nm;多芯摻 雜光纖為多芯摻餌光纖;隔離器的帶寬為1500nm~1600nm，為保偏型或非保偏型;輸出耦合 器工作波長在1500nm~1600nm范圍，輸出比的范圍為5%~95%。
[0012] 本發明使用多芯摻雜光纖作為激光器的增益介質和濾波器件，可有效的降低非線 性的影響，提高輸出功率，同時降低激光器的復雜性。與以往報道的同相位超模多芯光纖激 光器相比，本發明可以同時利用多個超模的增益，使激光器輸出功率更高，同時又可以充分 發揮多芯光纖的結構高度集成化的優點，提高系統的穩定性。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發明實例中多波長多芯光纖激光器結構示意圖。
[0014] 圖2是本發明實例中單模光纖和多芯摻雜光纖連接示意圖。
[0015] 圖3為實驗測量多芯光纖的傳輸光譜。
[0016] 圖中：1、栗浦光，2、波分復用器，3、多芯摻雜光纖，4、隔離器，5、偏振控制器，6、輸 出親合器。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖實施例對本發明進行詳細說明：圖1所示為本發明的一種多波長多 芯光纖激光器結構示意圖。栗浦光1通過波分復用器2輸入到激光腔，經多芯摻雜光纖3產生 多個超模信號光并產生多超模干涉光譜后，依次通過隔離器4、偏振控制器5和輸出耦合器 6,再回到波分復用器2,在環形腔內振蕩，產生激光。腔內所有元件之間經過SMF連接，SMF與 多芯摻雜光纖3的中心纖芯對準熔接。栗浦光中心波長為976nm或915nm，通過SMF耦合到七 芯單模摻鐿光纖，圖2為SMF與七芯單模摻鐿光纖連接示意圖，SMF與七芯單模摻鐿光纖的中 心纖芯對準熔接，SMF纖芯尺寸與多芯摻雜光纖的單個纖芯匹配，經過SMF包層栗浦，在七芯 單模摻鐿光纖內內激勵起多個超模(SM)，經過纖芯之間的耦合，形成多超模干涉。本實施例 中，七芯單模摻鐿光纖的包層栗浦吸收系數約為對應著多芯摻雜光纖3的 最低長度1^70(^，以保證栗浦光的有效吸收。圖3為實驗測量多芯光纖的傳輸光譜，多芯摻 雜光纖的長度為lm。理論上，七芯光光纖存在7個本征超模，假設只有相鄰的纖 芯之間才能發生耦合，纖芯之間的互耦合系數用表示，透射譜可以近似表示為
t表示信號波長，N是傳導的超模數量。格％分 別是傳導超模學心和_的耦合系數，
代表兩個耦合超模的相位 差，L為多芯摻雜光纖的長度，^為超模的有效折射率。通過調節偏振控制器5,激光腔在 干涉峰值處產生激光振蕩，因此多芯摻雜光纖起到濾波器的作用，完成多波長選模，可以實 現對激射波長的頻譜和數目的控制輸出。隔離器4為寬帶隔離器，帶寬為900nm~llOOnm，其 作用是為了保證激光單向傳輸。輸出耦合器6的輸出比的范圍為5%~95%。
【主權項】
1. 一種多波長多芯光纖激光器，其特征在于：激光器為環形腔結構，其包括分復用器 (2 )、多芯摻雜光纖(3)、隔離器(4)、偏振控制器(5 )和作為輸出的親合器(6 );激光腔內所有 元件之間連接均為單模光纖，以保證模場匹配和與傳統光纖元件兼容;栗浦光（1)通過波分 復用器(2)耦合到多芯摻雜光纖(3)，產生多超模輻射，由于纖芯之間的耦合作用，多超模之 間發生干涉，多芯摻雜光纖(3)輸出干涉光譜;所述偏振控制器(5)的輸入端與隔離器(4)輸 入端熔接，輸出端與輸出耦合器(6)的輸入端熔接，通過調節偏振控制器(5)，選擇不同干涉 峰值波長的光在環形腔內振蕩，形成多波長激光；隔離器(4)為寬帶隔離器;所述輸出耦合 器(6)輸出比的范圍為5%~95%，輸入端與隔離器(4)的輸出端熔接，直接輸出端和波分復用 器(2)的另一個輸入端連接。2. 根據權利要求1所述的一種多波長多芯光纖激光器，其特征在于:所述的栗浦光（1) 中心波長為976nm或915nm;波分復用器(2)入射端口中心波長與栗浦光中心波長一致，帶寬 為IOnm,反射端口反射波長范圍為1000 nm~IlOOnm;多芯摻雜光纖(3)摻雜稀土元素鐿離子； 所述隔離器(4)的帶寬為900nm~llOOnm，為保偏型或非保偏型;輸出耦合器(6)工作波長在 1000 nm~IlOOnm 范圍。3. 根據權利要求1所述的一種多波長多芯光纖激光器，其特征在于:所述的栗浦光（1) 中心波長為976nm或1480nm;波分復用器(2)入射端口中心波長與栗浦光中心波長一致，帶 寬為l〇nm，反射端口反射波長范圍為1500nm~1600nm;多芯摻雜光纖(3)摻雜稀土元素鉺離 子;所述隔離器(4)的帶寬為1500nm~1600nm，為保偏型或非保偏型;輸出耦合器(6)工作波 長在1500nm~1600nm范圍。4. 根據權利要求1所述的一種多波長多芯光纖激光器，其特征在于:所述的多芯摻雜光 纖（3)為纖芯耦合型多芯單模摻鐿光纖或者纖芯耦合型多芯單模摻鉺光纖，外包層是圓形 或多邊形，纖芯數量大于3且總的纖芯數量為奇數，纖芯排列呈中心對稱分布，其中一個纖 芯位于多芯摻雜光纖的中心；多芯摻雜光纖（3)的纖芯的直徑等于或接近單模光纖的纖芯 直徑，多芯光纖的外包層直徑徑與傳統單模光纖外包層直徑相近(約為125μηι)。5. 根據權利要求1所述的一種多波長多芯光纖激光器，其特征在于:所述多芯摻雜光纖 (3)的最小長度等于栗浦吸收系數的倒數;同時多芯摻雜光纖(3)長度又以均勻穩定的干涉 光譜所對應的光纖長度為最佳長度。6. 根據權利要求1所述的一種多波長多芯光纖激光器，其特征在于：多芯摻雜光纖(3) 的中心纖芯與單模光纖中心纖芯對準熔接。7. 根據權利要求1所述的一種多波長多芯光纖激光器，其特征在于:栗浦光經單模光纖 包層栗浦多芯摻雜光纖(3)。
【文檔編號】H01S3/08GK105896250SQ201610308155
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月11日
【發明人】詹儀, 陳默, 劉振
【申請人】曲阜師范大學