专利名称：双稳区间可调的环行双稳态掺铒光纤激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种激光技术领域的器件，具体是一种双稳区间可调的环行 双稳态掺铒光纤激光器。
技术背景光学双稳态是在激光发明15年以后引起人们重视的一种新的非线性光学现 象。光学双稳态在光通信、光计算、光传感、以及激光强度控制技术等方面都有 重要应用。相对于电子器件，光学双稳器件不仅具有类似的各种功能，而且还具 有许多优越特性，如抗电磁干扰、响应速度快等。近几年来，随着光纤技术的发 展，光纤激光器中的光学双稳逐渐成为研究的热点。加拿大Qinghe Mao等人在《IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS》(《光子 技术快报》)VOL. 14, NO. 9, SEPTEMBER 2002 (2002年九月，第14期，第9 页)中的一篇论文"Optical Bistability in an L-Band Dual-Wavelength Erbium-Doped Fiber Laser With Overlapping Cavities" ( L段双波长复合腔 掺铒光纤激光器中的光学双稳态现象)中提出通过控制光纤激光器中的腔内损耗 来调节光学双稳态区间的大小，这种方法通过增大腔内损耗来扩大双稳态区间的 大小，但会带来一些效率问题。经对现有技术文献的检索发现，韩国Jung Mi 0h等人在《IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS》(《量子电子学报》)VOL. 40， NO. 4， APRIL 2004 (2004 年四月，第40期，第40页)中的一篇论文"Strong Optical Bistability in a Simple L-Band Tunable Erbium-Doped Fiber Ring Laser"(可调谐L段环形掺 铒光纤激光器中强光学双稳态现象)中给出了环形掺铒光纤激光器中的光学双稳 态现象，并指出可通过调整激光器中掺铒光纤的长度和激光波长来控制光学双稳 态区间的大小。然而对于一个特定的掺铒光纤激光器，其使用的掺铒光纤的长度 是固定的，激光器的工作波长也是根据工作需要来决定的。因此，这种控制光学 双稳态区间大小意义不大。发明内容本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种双稳区间可调的环行 双稳态掺铒光纤激光器，使其采用两段掺铒光纤， 一段用作增益体，另一段用作 吸收体，产生光学双稳态现象，通过对用作吸收体的掺铒光纤注入少量泵浦光来 改变其吸收性能，则可以达到调节双稳态区间大小的目的。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括第一泵浦源、第一 WDM(波 分复用)耦合器、增益段掺铒光纤、第二 WDM耦合器、第二泵浦源、第三WDM 耦合器、吸收段掺铒光纤、10/90光纤耦合器，其中第一泵浦源与第一WDM耦 合器的蓝色端口相连，第一WDM耦合器的黑色端口与增益段掺铒光纤一端相连， 增益段掺铒光纤的另一端与第二 W謹耦合器的黑色端口相连，第二 WDM耦合器的 蓝色端口作为引出增益段掺铒光纤内未用完的泵浦光的出口 ，第二 WDM耦合器的 红色端口与第三WDM耦合器的红色端口相连，第二泵浦源通过第三W面耦合器的 蓝色端口与吸收段掺铒光纤的一端相连，吸收段掺铒光纤的另一端与10/90光纤 耦合器的合波端相连，10/90光纤耦合器的90%端口与第一个WDM耦合器的红色 端口相连，构成一个环形腔光纤激光器。所述吸收段掺铒光纤通过光纤滤波器与10/90光纤耦合器相连。所述光纤滤波器和10/90光纤耦合器之间、吸收段掺铒光纤与光纤滤波器之 间或10/90光纤耦合器与第一WDM耦合器之间，设有光纤隔离器，即光纤隔离器 设在上述三个位置的其中之一。所述光纤隔离器设在光纤滤波器和10/90光纤耦合器之间时，光纤隔离器的 入口与光纤滤波器的出口相连，光纤隔离器的出口与10/90光纤耦合器的合波端 相连。所述光纤隔离器设在10/90光纤耦合器与第一 WDM耦合器之间时，光纤隔离 器的入口与10/90光纤耦合器的的90%端口相连，光纤隔离器的出口与第一WDM 耦合器的红色端口相连。本发明中，第一泵浦源为增益段掺铒光纤提供泵浦能量，增益段掺铒光纤对 信号光进行增益，第二 W匿耦合器把增益段掺铒光纤尾部残余的泵浦光引出环形 腔，以防止残余泵浦光影响吸收段掺铒光纤的吸收性能，进而影响最大双稳区间 的大小，吸收段掺铒光纤用于信号光的吸收，第二泵浦源用于改变吸收段惨铒光纤的吸收性能，以调节双稳态区间的大小。吸收段掺铒光纤的非线性吸收性能是 产生双稳态的主要原因，光纤滤波器用于窄化激光的带宽，光纤隔离器用于保证 激光在环形光纤激光器中的单向传输，10/90光纤耦合器则是用于激光的输出。 本发明起初第一泵浦源的输出功率为零，第二泵浦源的输出功率为零。逐步 调大第一泵浦源的输出功率，直至10/90光纤耦合器处有激光输出。设此时第一 泵浦源的功率为PlmW。接着逐步调小第一泵浦源的输出功率，直至10/90光纤 耦合器处的激光消失。设此时对应的第一泵浦源的功率为P2 mW。光学双稳态区 间APl则为Pl-P2mW。此时稍微调大一点第二泵浦源的输出功率，与上述步骤 相同，测得光学双稳态区间为AP2。 API 〉 AP2。这就是整个可调双稳态的工 作流程。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果本发明通过可产生非线性效应 的吸收体掺铒光纤，产生光学双稳态现象。通过注入泵浦光来改变吸收体的吸收 性能，则可以调节双稳态区间的大小。本发明的调节方式使用方便，调节幅度大， 可从双稳态区间的最大值调节到零。
图l本发明的结构示意图；图2本发明中的可调双稳态现象图；图3本发明中的双稳态区间大小与第二泵浦源能量的关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例包括第一泵浦源l、第一WDM耦合器2、增益段掺 铒光纤3、第二WDM耦合器4、第二泵浦源5、第三WDM耦合器6、吸收段惨铒光 纤7、 10/90光纤耦合器9，其中第一泵浦源1与第一 WDM耦合器2的蓝色端口相连，第一 WDM耦合器2的黑 色端口与增益段掺铒光纤3 —端相连，增益段掺铒光纤3的另一端与第二 WDM 耦合器4的黑色端口相连，第二 WDM耦合器4的蓝色端口作为引出增益段掺铒光 纤3内未用完的泵浦光的出口，第二 WDM耦合器4的红色端口与第三WDM耦合器6的红色端口相连，第二泵浦源5通过第三WDM耦合器6的蓝色端口与吸收段掺 铒光纤7的一端相连，吸收段掺铒光纤7的另一端与10/90光纤耦合器9的合波 端相连，10/90光纤耦合器9的90%端口与第一个WDM耦合器2的红色端口相连， 构成一个环形腔光纤激光器。所述吸收段掺铒光纤7通过光纤滤波器8与10/90光纤耦合器9相连。所述光纤滤波器8和10/90光纤耦合器9之间、10/90光纤耦合器9与第一 WDM耦合器2之间或吸收段掺铒光纤7与光纤滤波器8之间，设有光纤隔离器， 即光纤隔离器10设在上述三个位置其中之一。所述光纤隔离器10设在光纤滤波器8和10/90光纤耦合器9之间时，光纤 隔离器10的入口与光纤滤波器8的出口相连，光纤隔离器10的出口与10/90 光纤耦合器9的合波端相连。所述光纤隔离器10设在10/90光纤耦合器9与第一 W匿耦合器2之间时， 光纤隔离器10的入口与10/90光纤耦合器9的的90%端口相连，光纤隔离器10 的出口与第一 WDM耦合器2的红色端口相连。本实施例中，第一泵浦源1为增益段掺铒光纤3提供泵浦能量，增益段掺铒 光纤3对信号光进行增益，第二 WDM耦合器2把增益段掺铒光纤3尾部残余的泵 浦光引出环形腔，以防止残余泵浦光影响吸收段掺铒光纤7的吸收性能，进而影 响最大双稳区间的大小，吸收段掺铒光纤7用于信号光的吸收，第二泵浦源5 用于改变吸收段掺铒光纤7的吸收性能，以调节双稳态区间的大小，吸收段掺铒 光纤7进行非线性吸收，光纤滤波器8用于窄化激光的带宽，光纤隔离器8用于 保证激光在环形光纤激光器中的单向传输，10/90光纤耦合器9则是用于激光的 输出。本实施例在把第二泵浦源5的输出调为零时，调节第一泵浦源1的功率大小， 当第一泵浦源1的功率额为62. 5毫瓦时，该功率称为激光器的上升泵浦阈值， 在10/90光纤耦合器9处有激光输出。此时把第一泵浦源1的功率调小，直到调 节为47. 1毫瓦时，该功率称为激光器的下降泵浦阈值，在10/90光纤耦合器9 处激光才消失。此激光器的上升泵浦阈值比下降泵浦阈值大的现象，被称为环形 光纤激光器中的光学双稳态现象。在第二泵浦源5为0mW和0. 93mW时的整个双 稳态过程中，10/90光纤耦合器9处输出激光的相对功率与第一泵浦源功率的关系曲线如图2所示，其中，第二泵浦源5的能量为0mW，双稳态区间大小为上升 泵浦阈值与下降泵浦阈值之差为15. 4毫瓦(62. 5毫瓦-47. 1毫瓦)，如图3中的 0点。第二泵浦源5的能量为0. 93mW，双稳态区间大小为上升泵浦阈值与下降泵 浦阈值之差为5. 3 mW。进而，若把第二泵浦源5的功率调为0.46毫瓦，此时测得的光学双稳态区 间大小为12.2毫瓦，如图3中的P点。第二泵浦源5的功率为9.6毫瓦时，光 学双稳态区间大小为零，如图3中的Q点，即此时不存在光学双稳态现象。第二 泵浦源5对吸收段掺铒光纤7影响可迅速改变激光器中光学双稳态区间大小。
权利要求
1、一种双稳区间可调的环行双稳态掺铒光纤激光器，包括第一泵浦源、第一WDM耦合器、10/90光纤耦合器，其特征是，还包括增益段掺铒光纤、第二WDM耦合器、第二泵浦源、第三WDM耦合器、吸收段掺铒光纤，其中第一泵浦源与第一WDM耦合器的蓝色端口相连，第一WDM耦合器的黑色端口与增益段掺铒光纤一端相连，增益段掺铒光纤的另一端与第二WDM耦合器的黑色端口相连，第二WDM耦合器的蓝色端口作为引出增益段掺铒光纤内未用完的泵浦光的出口，第二WDM耦合器的红色端口与第三WDM耦合器的红色端口相连，第二泵浦源通过第三WDM耦合器的蓝色端口与吸收段掺铒光纤的一端相连，吸收段掺铒光纤的另一端与10/90光纤耦合器的合波端相连，10/90光纤耦合器的90％端口与第一个WDM耦合器的红色端口相连，构成一个环形腔光纤激光器。
2、 根据权利要求1所述的双稳区间可调的环行双稳态掺铒光纤激光器，其 特征是，所述吸收段掺铒光纤通过光纤滤波器与10/90光纤耦合器相连。
3、 根据权利要求2所述的双稳区间可调的环行双稳态掺铒光纤激光器，其 特征是，所述光纤滤波器和10/90光纤耦合器之间或光纤滤波器与吸收段掺铒光 纤之间，设有光纤隔离器。
4、 根据权利要求3所述的双稳区间可调的环行双稳态掺餌光纤激光器，其 特征是，所述光纤隔离器设在光纤滤波器和10/90光纤耦合器之间时，光纤隔离 器的入口与光纤滤波器的出口相连，光纤隔离器的出口与10/90光纤耦合器的合 波端相连。
5、 根据权利要求1所述的双稳区间可调的环行双稳态掺铒光纤激光器，其 特征是，所述10/90光纤耦合器与第一 TOM耦合器之间设有光纤隔离器。
6、 根据权利要求5所述的双稳区间可调的环行双稳态掺铒光纤激光器，其 特征是，所述光纤隔离器，其入口与10/90光纤耦合器的的90%端口相连，光纤 隔离器的出口与第一 WDM耦合器的红色端口相连。
全文摘要
一种光电子器件领域的双稳区间可调的环行双稳态掺铒光纤激光器，包括第一泵浦源、第一WDM耦合器、10/90光纤耦合器、增益段掺铒光纤、第二WDM耦合器、第二泵浦源、第三WDM耦合器、吸收段掺铒光纤，第一泵浦源与第一WDM耦合器相连，第一WDM耦合器与增益段掺铒光纤相连，增益段掺铒光纤与第二WDM耦合器相连，第二WDM耦合器口将未用完的泵浦光引出环形腔，第二WDM耦合器与第三WDM耦合器相连，第二泵浦源通过第三WDM耦合器与吸收段掺铒光纤相连，吸收段掺铒光纤与10/90光纤耦合器相连，10/90光纤耦合器与第一个WDM耦合器相连。吸收体掺铒光纤产生光学双稳态现象，并能调节光学双稳态区间大小。
文档编号H01S3/06GK101257178SQ200810034299
公开日2008年9月3日 申请日期2008年3月6日 优先权日2008年3月6日
发明者吴至境, 曹庄琪, 沈启舜, 黎 詹, 邵加峰 申请人:上海交通大学