专利名称：基于并行反馈的超窄线宽环形腔激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，更为具体地，涉及一种基于并行反馈的超窄线宽环形 腔激光器。
背景技术：
窄线宽激光器在水听器、激光陀螺、光控雷达相控阵天线等光相干探测领域具有 广泛的应用。与其它介质激光器相比，光纤激光器具有增益区长、结构紧凑，能量密度高，抗 电磁干扰强，温度膨胀系数小、且无需加散热等优点。尤其是外腔方式的光纤激光器，因为 腔长较长，所以具有天然窄线宽优势。目前窄线宽光纤激光器的实现方式很多，例如采用光 纤布拉格光栅FBG构成分布反馈DFB或着分布布拉格反射DBR的线型腔结构、单向运转的 环形腔结构以及复合腔结构。图1示出了现有窄线宽光纤激光器的基本结构。如图1所示， 现有窄线宽光纤激光器通常包括掺铒光纤、隔离器、耦合器、滤波器件和波分复用器。现在，针对在腔中加入光纤布拉格光栅来实现超窄线宽光纤激光器的方法的研究 也很广泛。然而，这种方法存在下述问题首先，利用光纤布拉格光栅实现超窄线宽对于光栅的要求非常高，不容易实现；其次，这种方式的成本很高，而且光频率与光纤布拉格光栅有关，不能反映腔长的 变化，因此不能用于光纤陀螺传感器中。目前实现超窄线宽的主要方式是基于可饱和吸收体光窄带滤波器的光纤激光器， 其线宽普遍在kHz量级。这种方法简单有效，是目前实现超窄线宽的主要方式。但是，这种 方法很难实现双向出光，而且进一步压缩线宽要大幅度增长掺铒光纤长度，因此实现超窄 线宽很困难。
发明内容
针对激光器当前正反馈结构仅为单向反馈回路进一步提高激光器性能很难的问 题，通过对比单环和复合谐振腔，提出了并行多路反馈结构方案。具体是在单模光传输介质 中插入多模光传输介质来设计基于并行反馈的超窄线宽环形腔激光器。本发明的目的是提供一种基于并行反馈的超窄线宽环形腔激光器，该超窄线宽环 形腔激光器可以用于光纤激光陀螺。根据本发明的一个方面，提供了一种基于并行反馈的超窄线宽环形腔激光器，包 括掺铒光纤放大器、F-P腔滤波器、单模光传输介质、多模光传输介质、90 10耦合器以及 隔离器，其中所述掺铒光纤放大器分别经由单模光传输介质与F-P腔滤波器、隔离器、多模 光传输介质、90 10耦合器串连，以形成一个环形腔，并且所述90 10耦合器的直通端接 入所述环形腔，耦合端作为光路输出端口。
此外，所述单模光传输介质和多模光传输介质分别是单模和多模光纤、光波导或 光子晶体。此外，在所述多模光传输介质包括多段光传输介质时，单模光传输介质和多模光 传输介质按照交替的方式构成由单模光传输介质和多模光传输介质构成的光传输结构。此外，优选地，在光传输介质是光纤时，所述多模光纤的外芯直径为125i!m，内芯 直径为100 ym。此外，所述多模光纤的长度为5m。此外，所述多模光纤可以包括多段多模光纤。优选地，所述多段多模光纤的外芯直 径为125iim，内芯直径为100 iim，且每段多模光纤的长度为5m。有益效果根据本发明提供的基于并行反馈的超窄线宽环形腔激光器，可以利用由单模光传 输介质和多模光传输介质构成的光传输结构来压缩线宽，而无需大幅度增长掺铒光纤长 度，从而克服了现有窄线宽激光器结构复杂和成本昂贵的缺点，并且进一步大大压缩了线 宽，实现了超窄线宽激光输出，根据本发明的超窄线宽激光器的的线宽达到15Hz，其仿真结 果甚至可以达到亚Hz量级。为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在 权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。 然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明 旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面 理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中图1示出了现有技术的窄线宽光纤激光器的基本结构图；图2示出了并行反馈结构示意图；图3示出了根据本发明的基于并行反馈的超窄线宽环形腔激光器的最小结构；图4示出了根据本发明的基于并行反馈的超窄线宽环形腔激光器的一个示例结 构；图5示出了图4中示出的基于并行反馈的超窄线宽环形腔激光器的结构的群指 数；图6示出了利用自拍法测量出的图4中示出的基于并行反馈的超窄线宽环形腔激 光器的结构的线宽测量图；图7示出了根据本发明的基于并行反馈的超窄线宽环形腔激光器的另一示例结 构；图8示出了利用自拍法测量出的图7中示出的基于并行反馈的超窄线宽环形腔激 光器的结构的线宽测量图；图9示出了由单模光波导和多模光波导构成的并行反馈光传输结构的示意图；图10示出了由单模光子晶体和多模光子晶体构成的并行反馈光传输结构的示意 图。在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施例方式在进行根据本发明的基于并行反馈的超窄线宽环形腔激光器的实施例描述之前， 首先解释几个概念。(1)共腔结构。所谓共腔结构是指不同的谐振腔存在一段共同的谐振回路。通过 理论推导可以证明共腔结构可以使激光器有效实现锁模来稳定运行，并且具有非常好的 抗干扰性能。(2)并行反馈回路，是指在上面提出的共腔概念的基础上，使光纤激光器中的正反 馈回路为多路并行，通过不同回路之间光的相干叠加作用，使得最后输出激光的波形有所 改善。通过仿真和实验证明采用多模光纤搭建的并行反馈激光器可以实现超窄线宽到Hz 以下量级。而目前现有商用光纤激光器线宽都在kHz以上，而且价格昂贵。下面对与根据本发明的并行反馈光纤激光器相关的工作原理进行详细说明。1.并行反馈结构的谐振原理图2示出了并行反馈结构的示意图。对于双耦合器的MZI结构谐振腔，在不考虑 偏振态、熔接损耗和传输衰减且光源为单频的情况下，其谐振选频原理推导如下 假设输入光强为
权利要求
一种基于并行反馈的超窄线宽环形腔激光器，包括掺铒光纤放大器、F P腔滤波器、单模光传输介质、多模光传输介质、90∶10耦合器以及隔离器，其中所述掺铒光纤放大器分别经由单模光传输介质与F P腔滤波器、隔离器、多模光传输介质、90∶10耦合器串连，以形成一个环形腔，并且所述90∶10耦合器的直通端接入所述环形腔，耦合端作为光路输出端口。
2.如权利要求1所述的超窄线宽环形腔激光器，其中，所述单模光传输介质和多模光 传输介质分别是单模和多模光纤、光波导或光子晶体。
3.如权利要求1所述的超窄线宽环形腔激光器，其中，在所述多模光传输介质包括多 段光传输介质时，单模光传输介质和多模光传输介质按照交替的方式构成由单模光传输介 质和多模光传输介质构成的光传输结构。
4.如权利要求2所述的超窄线宽环形腔激光器，其中，所述多模光纤的外芯直径为 125 μ m,内芯直径为100 μ m。
5.如权利要求2所述的超窄线宽环形腔激光器，其中，所述多模光纤的长度为5m。
6.如权利要求1所述的超窄线宽环形腔激光器，其中，所述单模光传输介质包括多段 单模光传输介质，以及所述多模光传输介质包括多段多模光传输介质。
7.如权利要求6所述的超窄线宽环形腔激光器，其中，所述单模和多模光传输介质是 单模光纤和多模光纤，所述多段多模光纤的外芯直径为125 μ m，内芯直径为100 μ m，且每 段多模光纤的长度为5m。
全文摘要
本发明提供了一种基于并行反馈的超窄线宽激光器，包括掺铒光纤放大器、F-P腔滤波器、单模光传输介质、多模光传输介质、90∶10耦合器以及隔离器，其中所述掺铒光纤放大器分别经由单模光传输介质与F-P腔滤波器、隔离器、多模光传输介质、90∶10耦合器串连，以形成一个环形腔，并且所述90∶10耦合器的直通端接入所述环形腔，耦合端作为光路输出端口。根据本发明的超窄线宽激光器，可以利用由单模光传输介质和多模光传输介质构成的光传输结构来压缩线宽，而无需大幅度增长掺铒光纤长度，从而克服了现有窄线宽激光器结构复杂和成本昂贵的缺点，并且进一步大大压缩了线宽，实现了超窄线宽激光输出。
文档编号H01S3/067GK101997263SQ20101050840
公开日2011年3月30日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年8月13日
发明者余晓琦, 徐连宇, 朱立新, 李正斌, 王大量, 王子南, 王玉洁, 王翠云, 蒋云, 贾雷 申请人:北京大学