专利名称：基于半导体光放大器的外注入式线性腔主动锁模光纤激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于半导体光放大器的锁模激光器，尤其涉及一种基于半导体光
放大器的外注入式线性腔主动锁模光纤激光器。
背景技术：
波长可调节的高重复率超短脉冲激光器是实现超高速、大容量全光通信系统与网 络的一种关键技术。它在波长分割复用(WDM)、光时间分割复用(0TDM) 、 WDM/0T匿混合复 用系统以及超高速全光信号处理方面都有着非常重要的应用价值。在实际应用中，要求超 短光脉冲源具有体积小、结构简单、重复频率高、抖动低、通用性好、成本低和可靠性高等特 点。同时如果能够实现中心波长调节，重复频率调节等功能，可以大大宽展激光器的应用范 围。 在高速光通信以及光信号处理等领域，在使用超短脉冲激光器时常常需要将电信 号和光信号进行同步，以完成各种实际应用。主动锁模技术能够获得与时钟同步、高质量的 光脉冲信号，因此在高重复率超短脉冲产生领域得到广泛使用。 目前商用的高重复率超短脉冲激光器，按照其结构和材料可以大致分为两种类 型一种是基于掺稀土材料光纤结构的环形腔光纤激光器，其内部有电光调制单元以实现 主动锁模；另一种是半导体集成主动锁模激光器。环形锁模光纤激光器具有较宽的波长调 节范围，输出光功率较高。但是由于其腔内器件较多，腔长长，系统长期稳定性较差。为了实 现稳定工作，需要复杂的激光器稳定控制装置。半导体集成主动锁模激光器具有体积小，工 作性能稳定等优点，但是其生产工艺要求高，激光器输出功率低，且波长调节范围窄，同时 由于半导体对于温度的敏感，同样需要对激光器进行精确的温度控制。由于现有的这些主 动激光器具有这些缺点，限制了其在光通信领域的应用范围，尤其是在迅速发展的高速大 容量光通信领域。另外在实际的应用中，也要求激光器能够灵活的适应各种应用场合，因此 激光器必须具有较宽的波长调节范围，同时脉冲输出重复率必须具有一定的调节能力。因 此很有必要提供一种新型的高重复率的超短脉冲激光器。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种结构简单、易于制 造、腔长短、系统稳定性强、具有灵活改变光脉冲重复频率的特性且具有C波段波长连续可 调谐的功能的基于半导体光放大器的外注入式线性腔主动锁模光纤激光器。
本发明的技术解决方案是本发明提供了一种基于半导体光放大器的外注入式线 性腔主动锁模光纤激光器，其特殊之处在于所述基于半导体光放大器的外注入式线性腔 主动锁模光纤激光器包括波长可调连续激光器、电光调制器、外部射频源、耦合器、线性腔 以及脉冲压縮器；所述可调连续激光器和外部射频源接入电光调制器；所述电光调制器接 入耦合器；所述耦合器和线性腔相连；所述耦合器接入脉冲压縮器。
上述线性腔包括第一反射器件，第一单模光纤、半导体光放大器、第二单模光纤以 及第二反射器件；所述第一反射器件、第一单模光纤、半导体光放大器、第二单模光纤和第 二反射器件依次连接。 上述第一单模光纤和第二单模光纤是普通单模光纤。
上述第一反射器件是光纤端面或者光纤内连接点。
上述第二反射器件是光纤端面或者镀膜的光纤端面。
上述电光调制器是铌酸锂电光调制器。
上述脉冲压縮器是色散补偿光纤。
上述外部射频源是系统时钟源或者弦波信号发生器。
上述耦合器是环行器或者不同分光比的耦合器。
本发明的优点是 1、结构简单、易于制造。本发明采用了一种新型的光纤-半导体光放大器混合线 性腔结构，对于系统复杂性进行了大幅度简化，且线性腔由两段单模光纤和一个半导体光 放大器组成，通过半导体光放大器两侧光纤端面的反射，形成谐振腔，实现激光器的锁模， 使得其结构简单，易于制造。 2、具有灵活改变光脉冲重复频率的特性。本发明在外部注入信号通过耦合器的 端口进入到锁模激光器线性腔内部，由于半导体光放大器自相位调制(SPM)效应的作用， 外部注入信号光谱进行了展宽。线性腔两侧反射器件形成了共振腔。通过微调腔长或者 调节外部射频信号的频率，经过与环形腔锁模激光器类似的锁模过程，实现了谐波锁模，从 而实现了锁模脉冲的输出。其中线性腔的基频是由线性腔的光程决定的，因此通过改变腔 长，可以改变线性腔的基频。调节外部射频信号源的输出频率，实现谐波锁模，从而实现对 输出光脉冲的重复频率的调节。另外，在不改变线性腔腔长的情况下，调节外部射频信号源 的输出频率，可以在以线性腔基频间隔上获得不同重复频率的激光器工作点。结合以上两 种调节方式，可以在较宽范围内实现输出脉冲重复频率的连续可调。该激光器可以在5GHz 到10GHz范围内工作。 3、该超短脉冲激光器具有C波段(1530nm-1565nm)波长连续可调谐的功能。在系
统中我们采用了一个波长可调的连续光源作为外部注入源，激光器输出脉冲序列的中心波
长与外部注入源的中心波长相同。通过调节连续激光器的中心波长，可以实现输出脉冲中
心波长的调节。在调节的过程中，由于线性腔对于不同中心频率光具有不同的光程，为了得
到较好的脉冲输出需要对腔长或者外部射频信号频率进行微小的调节。 4、稳定性提高。由于线性腔的采用，减少了谐振腔的器件，腔长较短，从而对于温
度的敏感性降低。整体系统的简化，也有助于提高系统的稳定性。另外输出口输出锁模脉
冲具有一定的正啁啾，因此可以将锁模脉冲通过一个由特定长度的色散补偿光纤组成的脉
冲压縮器，对该锁模脉冲做进一步的压縮，以获得更短的脉冲序列。从而实现超短脉冲序列
的输出。
图1为本发明较佳实施例结构示意图； 图2为本发明在中心波长为1565nm处的输出脉冲形状示意4
图3为本发明输出光脉冲序列经过一段50m色散补偿光纤之后得到的脉冲输出结 果示意图； 图4为本发明输出光脉冲序列经过一段50m色散补偿光纤之后得到的脉冲输出结 果的强度自相关曲线图； 图5为本发明输出脉冲序列的相位抖动特性示意图。
具体实施例方式
参见图l，本发明提供了一种基于半导体光放大器的外注入式线性腔光纤锁模激 光器，包括可调连续激光器1、电光调制器2、外部射频信号源10、耦合器3、线性腔11以及 脉冲压縮器9 ;可调连续激光器1和外部射频信号源10接入电光调制器2 ;电光调制器2接 入耦合器3 ;耦合器3和线性腔11相连；耦合器3接入脉冲压縮器9。 在本实施例中耦合器3和反射器件4采用了一个环行器完成了二者的功能，当然 还可以采用单个耦合器可以实现输入输出；环行器是增加了隔离器的耦合器，具有三个端 口，假设为1#，2#，3#，则三口之间关系为1#_2#通，2#-3#通，其它方向都不通光，而耦合器 三个端口之间通光没有方向要求，由于耦合器以及环行器自身具有一定的回波反射，所以 可以实现第一反射器件4的功能。 该线性腔11包括第一反射器件4，第一单模光纤5、半导体光放大器6、第二单模光 纤7以及第二反射器件8 ;第一反射器件4、第一单模光纤5、半导体光放大器6、第二单模光 纤7和第二反射器件8依次连接。 由于该线性腔11内部没有光谱选择单元，因此，该线性腔11锁模光纤激光器的输
出脉冲序列中心波长与外部注入脉冲波长相同，即与可调连续激光器1的中心波长相同。
通过调节外部注入脉冲序列的中心波长，可以实现脉冲中心波长的连续调节。 电光调制器2可以采用铌酸锂电光调制器或者其它电光调制器件，通过改变该调
制器的直流偏压，可以改变输入耦合器3的脉冲序列的形状，从而可以对输出的锁模脉冲
序列的性能进行调节，得到最优脉冲序列输出。 第一单模光纤5和第二单模光纤7采用的光纤为普通单模光纤，长度可以根据系 统设计需要进行调节。 第一反射器件4在光纤端面以及光纤熔接点或者光纤与其它器件耦合时会产生 回波反射，从而完成反射功能。第二反射器件8可以利用光纤端面自己的反射或者通过对 光纤端面进行镀膜等处理实现反射。 耦合器3和第一反射器件4在本实施例中也可采用一个环行器实现了二者的功 能。 脉冲压縮器9可以利用合适长度的色散补偿光纤实现对输出脉冲宽度的进一步 压縮。
本发明在工作时 首先将由波长可调连续激光器1发出的连续光输入到电光调制器2中。在外部射 频信号的驱动下，电光调制器2对连续光进行调制，产生较宽的外部脉冲序列。其重复频率 与外部射频信号的重复频率相同； 其次，将外部与时钟同步的宽脉冲宽度光脉冲序列通过耦合器3注入到光纤线性锁模激光器的线性腔ll内。该线性腔包括两端单模光纤，分别为第一反射器件4、第一单模 光纤5和第二单模光纤7， 一只半导体光放大器5和一个第二反射器件8。腔内半导体光放 大器5提供增益并完成锁模过程。通过半导体光放大器5两侧光纤端面(耦合器3反射以 及光纤FC/PC端面反射)的反射，从而形成谐振腔。通过微调腔长(改变第一单模光纤4 或第二单模光纤6的长度)或者调节外部射频信号的频率，使得外部注入信号与由线性腔
11长度决定的锁模激光器的基频具有倍数关系，即
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其中N为正整数，finput为外部射频信号频率，fb为线性腔的基频。从而实现了谐 波锁模。 最后，利用线性腔11 一侧的耦合器3的另一端口实现了锁模激光脉冲的输出。输 出的锁模脉冲可以通过脉冲压縮器9实现对输出脉冲的进一步压縮，以获得更短脉冲宽度 的脉冲序列。 参见图2-图5，利用本发明在具体的试验中，外部注入脉冲的中心波长位于 1565nm，通过脉冲压縮器9之后可以得到脉冲宽度低于4ps的脉冲输出。同时对其相位噪 声进行测定，可以得到输出脉冲序列的时间抖动(Timing Jitter)在4Hz-100MHz积分情况 下，为250fs。
权利要求
一种基于半导体光放大器的外注入式线性腔主动锁模光纤激光器，其特征在于所述基于半导体光放大器的外注入式线性腔主动锁模光纤激光器包括波长可调连续激光器、电光调制器、外部射频源、耦合器、线性腔以及脉冲压缩器；所述可调连续激光器和外部射频源接入电光调制器；所述电光调制器接入耦合器；所述耦合器和线性腔相连；所述耦合器接入脉冲压缩器。
2. 根据权利要求1所述的基于半导体光放大器的外注入式线性腔主动锁模光纤激光 器，其特征在于所述线性腔包括第一反射器件，第一单模光纤、半导体光放大器、第二单模 光纤以及第二反射器件；所述第一反射器件、第一单模光纤、半导体光放大器、第二单模光 纤和第二反射器件依次连接。
3. 根据权利要求2所述的基于半导体光放大器的外注入式线性腔主动锁模光纤激光 器，其特征在于所述第一单模光纤和第二单模光纤是普通单模光纤。
4. 根据权利要求3所述的基于半导体光放大器的外注入式线性腔主动锁模光纤激光 器，其特征在于所述第一反射器件是光纤端面或者光纤内连接点。
5. 根据权利要求3所述的基于半导体光放大器的外注入式线性腔主动锁模光纤激光 器，其特征在于所述第二反射器件是光纤端面或者镀膜的光纤端面。
6. 根据权利要求1或2或3或4或5所述的基于半导体光放大器的外注入式线性腔主 动锁模光纤激光器，其特征在于所述电光调制器是铌酸锂电光调制器。
7. 根据权利要求6所述的基于半导体光放大器的外注入式线性腔主动锁模光纤激光器，其特征在于所述脉冲压縮器是色散补偿光纤。
8. 根据权利要求7所述的基于半导体光放大器的外注入式线性腔主动锁模光纤激光器，其特征在于所述外部射频源是系统时钟源或者弦波信号发生器。
9. 根据权利要求8所述的基于半导体光放大器的外注入式线性腔主动锁模光纤激光器，其特征在于所述耦合器是环行器或者不同分光比的耦合器。
全文摘要
本发明涉及一种基于半导体光放大器的外注入式线性腔主动锁模光纤激光器，包括波长可调连续激光器、电光调制器、外部射频源、耦合器、线性腔以及脉冲压缩器；可调连续激光器和外部射频源接入电光调制器；电光调制器接入耦合器；耦合器和线性腔相连；耦合器接入脉冲压缩器。本发明提供了一种结构简单、易于制造、腔长短、系统稳定性强、具有灵活改变光脉冲重复频率的特性且具有C波段波长连续可调谐的功能的基于半导体光放大器的外注入式线性腔主动锁模光纤激光器。
文档编号H01S3/098GK101740994SQ20081023214
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月7日 优先权日2008年11月7日
发明者延双毅, 谢小平, 赵卫 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所