专利名称：输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器的制作方法
输出波长与功率稳定的可调谐单频 惨铒光纤环形腔激光器
技术令页域
本发明属于光纤通信技术领域，更具体说是一种
输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激
光器。
背學技术
无论是光波分复用还是光时分复用系统，光源技
术都是核心技术之一，连续运转掺铒光纤环形腔激光
器的结构简单、激射波长可以精确预定、可实现宽带
调谐和窄线宽输出，且与其他激光器相比具有高增益、低阈值、易与传输光纤耦合等许多优良特性，可以广
泛应用在光通信、激光光谱学、光纤传感等领域， 成
为当今研究的热点。许多实际应用需要强度稳定且连
续可调的单纵模光源，通常利用光纤法布里-珀罗可调
滤波器来实现光纤环形腔激光器输出波长的调节;但
是由于掺铒光纤环形腔激光器的腔长 一 般都达到几十米的长度，同时由于光学滤波器的带宽比惨铒光纤激
光器的纵模间隔大几个数量级，导致腔内符合纵模条
件的纵模数很多。目前，通常采用双环结构结合两个
光纤法布里-珀罗可调滤波器或是利用 一 段未泵浦掺
铒光纤作为饱和吸收体或是窄线宽光纤布拉格光孤 微与
若干Mach-Zehnder模式滤波器结合等方法来获得单纵
模输出，但是这些方法仍不足以稳定激光器的激射波
长和功率，且结构复杂，实际应用中不易实现，这就使
得可调谐单纵模掺铒光纤环形腔激光器的实际应用遇
到了很大困难。这就需要通过优化其系统设计，并进
步改进掺铒光纤环形腔激光器的稳定性问题=
发明内容
为了解决以上问题，本发明的目的在于提供种
输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激
光器，该激光器不仅可以保证输出光在较宽波长范围
内的连续调谐，而且还能极大地改善其输出波长及功
率的稳定性，实现单纵模稳定输出。
本发明解决其技术问题的技术方案是
本发明提供 一 种输出波长与功率稳定的可调谐单 频掺铒光纤环形腔激光器，其特征在于，其中包括
一掺铒光纤激光器，该惨铒光纤激光器含有光隔离器，保证了腔内模式的单向振荡并避免了空间烧孔 现象的产生，故系统中不需要另设隔离器；
一 1 X 2的3 dB光学耦合器，该1 X 2的3 dB光 学耦合器的a端口与掺铒光纤激光器的输出端连接；
一第一2X2的3dB光学耦合器，该第一2X2 的3 dB光学耦合器的a端口与掺铒光纤激光器输入端 连接；
该lX2的3dB光学耦合器的b端口和第一2X 2的3 dB光学耦合器的b端口之间还串接有一 1 X 2 的9 5 :5的光学耦合器和光学光栅滤波器，形成一 第 一 主有源环；
该2 X 2的3 dB光学耦合器的c端口依次连接有 偏振控制器、光纤法布里-珀罗可调滤波器；
该2X2的3dB光学耦合器的d端口是系统的输
出；
一第二2X2的3dB光学耦合器，该第二2X2 的3dB光学耦合器的a端口与l X2的3dB光学耦合 器的c端口连接，在该第二2X2的3dB光学耦合器 的c、d端口接有一段一定长度的光纤构成次级无源环；
一第三2X2的3dB光学耦合器，该第三2X2 的3dB光学耦合器的a端口与第二2 X2的3dB光学 耦合器的b端口连接，在该第三2 X 2的3 dB光学耦
7合器的c 、 d端口接有--段一定长度的光纤构成级
源环，该第三2 X 2的3 dB光学耦合器的b与光纤
布里-珀罗可调滤波器、偏振控制器连接，形成第
主有源环；
该光纤法布里 - 珀罗可调滤波器又与1 X2的
5:5的光学耦合器的b端口连接，1X2的95
的光学耦合器的b端口是5 %输出，从第一主有源环
通过1 X 2的9 5 : 5的光学耦合器分出5 %作为光
法布里-珀罗可调滤波器的反馈，使得光纤法布里-珀 罗可调滤波器的滤出波长可以随着光学光栅滤波器滤 出波长变化而变化。
其中所述掺铒光纤激光器是含有光隔离器的9 8 0 nm泵浦的光纤激光器。
其中所述的第一、第二主有源环和次级无源环构 成多环型腔结构。
其中光纤法布里-珀罗可调滤波器的3 dB带宽为 2.99 GHz。
其中光学光栅滤波器的滤波波长和所加电压有对 应关系，该对应关系不随时间变化。
其中光纤法布里-珀罗可调滤波器的反馈由第一 主有源环中的1X2的9 5: 5的光学耦合器提供，其
可保证光纤法布里-珀罗可调滤波器随着光学光栅滤
8器的滤出波长变化而变化。
本发明的有益效果是掺铒光纤激光器采用多环
型腔结构，并且 一 个有源环中采用光纤法布里-珀罗可
调滤波稱 奋，另一个有源环中采用光纤光栅滤波器，这
种结构有如下优点
充当模式滤波器的多环型腔结构与光纤法布里-
珀罗可调滤波器和光纤光栅滤波器两种滤波机制相互
结合'，减少了腔内可以振荡的纵模数，抑制了拍频噪
声，可实现激光器的波长可调单纵模输出；用有源环
中分出的部分光作为光纤法布里-珀罗可调滤波器
的反馈，使得光纤法布里-珀罗可调滤波器的滤出波长
可以随着光学光栅滤波器滤出波长变化而变化，使得
操作简单易行，最终获得输出波长与功率稳定的波长
可在较宽范围内连续调谐的单纵模光输出。
为进—步说明本发明的技术内容，以下结合附图
和实施例对本发明作进 一 步说明，其中
图1是本发明的结构示意图。
員体《施方式
9与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器，其特征在于，其中包括
一掺铒光纤激光器1 ，该掺铒光纤激光器1含有光隔离器，保证了腔内模式的单向振荡并避免了空间烧孔现象的产生，故系统中不需要另设隔离器，该掺
铒光纤激光器1是含有光隔离器的9 S 0 nm泵浦的光纤激光器；
一l X2的3dB光学耦合器2，该l X2的3dB光学耦合器2的a端口与掺铒光纤激光器1的输出端连接；
一第一2X2的3dB光学耦合器9，该第一2X2的3dB光学耦合器9的a端口与掺铒光纤激光器l输入端连接；
该l X2的3dB光学耦合器2的b端口和第一2X 2的3 dB光学耦合器9的b端口之间还串接有一 1X2的9 5:5的光学耦合器1 4和光学光栅滤波器11，形成一第一主有源环13;
该2 X 2的3 dB光学耦合器9的c端口依次连接有偏振控制器8 、光纤法布里-珀罗可调滤波器7 ;
该2X2的3dB光学耦合器9的d端口是系统的输出；
10一第二2X2的3dB光学耦合器3，该第二2X 2的3 dB光学耦合器3的a端口与1 X 2的3 dB光学 耦合器2的c端口连接，在该第二2X2的3dB光学 耦合器3的c 、 d端口接有 一 段 一 定长度的光纤构成次 级无源环5 ;
一第三2X2的3dB光学耦合器4，该第三2X 2的3 dB光学耦合器4的a端口与第二 2 X 2的3 dB 光学耦合器3的b端口连接，在该第三2X2的3dB 光学耦合器4的c、 d端口接有一段一定长度的光纤构 成次级无源环6，该第三2X2的3dB光学耦合器4 的b与光纤法布里-珀罗可调滤波器7 、偏振控制器8 连接，形成一第二主有源环l2;
该光纤法布里_珀罗可调滤波器7又与1 X 2的9 5:5的光学耦合器1 4的b端口连接，1 X2的95: 5的光学耦合器14的b端口是5y。输出，从第一主有 源环l 3中通过1X2的9 5:5的光学耦合器1 4分 出5 %作为光纤法布里-珀罗可调滤波器7的反馈，使 得光纤法布里-珀罗可调滤波器7的滤出波长可以随
着光学光栅滤波器1 1滤出波长变化而变化，该光纤 法布里-珀罗可调滤波器7的3 dB带宽为2 . 9 9 GHz，
该光学光栅滤波器l l的滤波波长和所加电压有对应 关系，该对应关系不随时间变化。
ii其中第一、第二主有源环l 3、 1 2和次级无源 环5 、 6构成多环型腔结构。
该光纤法布里-珀罗可调滤波器7的反馈由第一
主有源环l 3中的1 X2的9 5:5的光学耦合器1 4
提供，其可保证光纤法布里-珀罗可调滤波器7随着光 学光栅滤波器1 1的滤出波长变化而变化。
请再参阅图1 ，在图1的实施例中，各光电器件 之间由普通单模光纤连接，构成图示的多环型腔结构。
其中，9 8 0 nm泵浦的掺铒光纤激光器1作为系统的 源是由 一 个9 8 0 nm的泵浦激光器、隔离器和 一 个9 8 0 / 1 5 5 0 nmWDM耦合器组成，内置隔离器保证了 腔内模式的单向振荡并避免了空间烧孔现象的产生， 故系统中不需要另设隔离器； 一个l X2的3dB光学 耦合器2的b端口和第一2X2的3dB光学耦合器9 的b端口之间串接有 一 个1 X 2的9 5 : 5的光学耦合
器和一个光学光栅滤波器l 1，形成一第一主有源环 1 3 ; —个1 X 2的3 dB光学耦合器2的c端口和第
一2X2的3dB光学耦合器9的c端口之间串接有第 二2X2的3dB光学耦合器3、第三2X2的3dB光 学耦合器4 、光纤法布里-珀罗可调滤波器7和偏振控 制器8 ，形成第二主有源环1 2 ，其中光纤法布里 -珀 罗可调滤波器7是窄带滤波器，它的3dB带宽仅为2.9 9 GHz;第二2 X2的3dB光学耦合器3的c端口和 d端口用 一 段光纤相连，形成次级无源环5 ;第二 2 X
2的3dB光学耦合器4的c端口和d端口用 一 段光纤相连，形成次级无源环6 ;两个次级无源环5 、 6和
双有源环1 2 、1 3结构 一 起可作为模式间隔的控制器，根据Vernier效应，自由光谱范围和腔长成反比，在本系统中既有主有源环又有次级无源环，故有效白
由光1、並 P曰范围为各个腔自由光谱范围的最小公倍数，计
算确定各个腔的腔长，使得有效自由光谱范围尽可能
的大一个光学光栅滤波器l l和一个光纤法布里-珀
罗可调滤波器7 ，把两滤波器的滤波波长调至相同或
相近时可确定激光器的激射波长，通过调节加在两滤
波器上的电压可实现单纵模输出波长的连续调谐，在
两个有源环中我们之所以不用两个光纤法布里 一 珀罗
可调滤波器，而是选择一个光纤法布里一珀罗可调滤
波器7和一个光学光栅滤波器l i，主要是由于光纤
法布里-珀罗可调滤波器7的电压和通过波长没有很
好的对应关系，会随着时间漂移，要想使得两滤波器
的滤波波长调到相同或相近很困难，故我们选择用光
学光栅滤波器1 1来代替光纤法布里-珀罗可调滤波
器7，因为光学光栅滤波器l l的通过波长不会随时
间漂移，同时，从含有光学光栅滤波器的第一有源环
131 3中通过一个1X2的9 5:5的光学耦合器分出5 0/。作为光纤法布里-珀罗可调滤波器7的反馈，使得光 纤法布里-珀罗可调滤波器7的滤出波长可以随着光
学光栅滤波器滤出波长变化而变化，使得操作简单易
行；偏振控制器8用以调整腔内光的偏振态并稳定激 光器的输出；多环型腔和两滤波器相结合的结构可以 实现稳定可调谐的单纵模输出，输出光由光纤耦合器 9的d端输出。
权利要求
1、一种输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器，其特征在于，其中包括一掺铒光纤激光器，该掺铒光纤激光器含有光隔离器，保证了腔内模式的单向振荡并避免了空间烧孔现象的产生，故系统中不需要另设隔离器；一1×2的3dB光学耦合器，该1×2的3dB光学耦合器的a端口与掺铒光纤激光器的输出端连接；一第一2×2的3dB光学耦合器，该第一2×2的3dB光学耦合器的a端口与掺铒光纤激光器输入端连接；该1×2的3dB光学耦合器的b端口和第一2×2的3dB光学耦合器的b端口之间还串接有一1×2的955的光学耦合器和光学光栅滤波器，形成一第一主有源环；该2×2的3dB光学耦合器的c端口依次连接有偏振控制器、光纤法布里-珀罗可调滤波器；该2×2的3dB光学耦合器的d端口是系统的输出；一第二2×2的3dB光学耦合器，该第二2×2的3dB光学耦合器的a端口与1×2的3dB光学耦合器的c端口连接，在该第二2×2的3dB光学耦合器的c、d端口接有一段一定长度的光纤构成次级无源环；一第三2×2的3dB光学耦合器，该第三2×2的3dB光学耦合器的a端口与第二2×2的3dB光学耦合器的b端口连接，在该第三2×2的3dB光学耦合器的c、d端口接有一段一定长度的光纤构成次级无源环，该第三2×2的3dB光学耦合器的b与光纤法布里-珀罗可调滤波器、偏振控制器连接，形成一第二主有源环；该光纤法布里-珀罗可调滤波器又与1×2的955的光学耦合器的b端口连接，1×2的955的光学耦合器的b端口是5％输出，从第一主有源环中通过1×2的955的光学耦合器分出5％作为光纤法布里-珀罗可调滤波器的反馈，使得光纤法布里-珀罗可调滤波器的滤出波长可以随着光学光栅滤波器滤出波长变化而变化。
2 、如权利要求1所述的输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器，其特征在于，中所述掺铒光纤激光器是含有光隔离器的9 8 0 nm泵浦的光纤激光器。
3 、如权利要求1所述的输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器，其特征在于，3中所述的第 一 、第二主有源环和次级无源环构成多环型腔结构
4、如权利要求1所述的输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器，其特征在于，中光纤法布里-珀罗可调滤波器的3 dB带宽为2 .99GHZ 0
5、如权利要求1所述的输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器，其特征在于，中光学光栅滤波器的滤波波长和所加电压有对应关系，该对应关系不随时间变化。
6、如权利要求1所述的输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器，其特征在于，苴 z 、中光纤法布里-珀罗可调滤波器的反馈由第一主有源环中的1X 2的9 5 : 5的光学耦合器提供，其可保证光纤法布里-珀罗可调滤波器随着光学光栅滤波器的滤出波长变化而变化。
全文摘要
一种输出波长与功率稳定的可调谐单频掺铒光纤环形腔激光器，包括一掺铒光纤激光器，并依次连接有1×2的3dB光学耦合器、第二2×2的3dB光学耦合器、第三2×2的3dB光学耦合器、光纤法布里-珀罗可调滤波器、偏振控制器以及2×2的3dB光学耦合器，形成第二主有源环，在该2×2的3dB光学耦合器和1×2的3dB光学耦合器之间还串接有1×2的95∶5的光学耦合器和光学光栅滤波器，形成第一主有源环。本发明的激光器不仅可以保证输出光在较宽波长范围内的连续调谐，而且还能极大地改善其输出波长及功率的稳定性，实现单纵模稳定输出。
文档编号H01S3/06GK101459312SQ20071017938
公开日2009年6月17日 申请日期2007年12月12日 优先权日2007年12月12日
发明者民 任, 艳 张, 祝宁华, 亮 谢 申请人:中国科学院半导体研究所