一种四倍布里渊频移频率波长间隔的多波长光纤激光器的制作方法

本发明涉及光纤通信、光纤传感及微波光子技术领域，具体为一种四倍布里渊频移频率波长间隔的多波长光纤激光器。

背景技术：

多波长光纤激光器，作为一种多通道激光光源，是波分复用光纤通信系统中的重要组成部分，另外，多波长光纤激光器在光纤传感与微波光子技术领域也有广泛应用。实现多波长光纤激光器的方法有很多种，其中基于光纤受激布里渊散射效应的布里渊多波长光纤激光器，结合光纤中的受激布里渊散射非线性效应与掺铒光纤中的线性放大，可以在室温下获得稳定的、波长间隔固定的多波长光纤激光输出，因而是一种较有发展潜力的多波长光纤激光器。通常布里渊多波长光纤激光器的波长间隔为10ghz，这会限制布里渊多波长光纤激光器的应用。为拓展布里渊多波长光纤激光器的应用，比如：25ghz通道间隔波分复用光纤通信系统的应用需求，研究者提出了一些两倍布里渊频移频率波长间隔的多波长光纤激光器的实现方案；波长间隔进一步拓宽的三倍和四倍布里渊频移频率波长间隔的多波长光纤激光器也取得一些研究进展，并且被用于产生30ghz频段或40ghz频段毫米波载波信号。

xiaoruiwang等人(appl.opt.，2016,55(23)，6475-6479)利用四个一阶布里渊频移器级联构成一个环形腔，通过受激布里渊散射的级联过程，得到四倍布里渊频移频率波长间隔的多波长光纤激光器，获得了四个波长通道的输出，这种结构采用四个三端口光环形器和四段布里渊增益光纤，系统中布里渊增益光纤的总长为142km，体积大、结构复杂、损耗大。

xuefangzhou等人(opt.quant.electron.(2017)49:166)利用两个二阶布里渊频移器级联构成一个环形腔，通过受激布里渊散射的级联过程，得到四倍布里渊频移频率波长间隔的多波长光纤激光器，获得了七个波长通道的输出，这种结构采用两段均为25km长的布里渊增益光纤，系统的布里渊增益光纤总长度变短，体积减小，但仍然采用了四个三端口光环形器，光路损耗大。

ronghuixu等人(26thinternationalconferenceonopticalfibersensors，2018，wf52)及mohammedkamilsalhal-mashhadani等人(opt.comm.451(2019)116–123)分别提出两种相类似的复合环形腔结构，实现四倍布里渊频移频率的多波长光纤激光输出。两种结构均采用两个三端口光环形器和一个四端口光环形器，两段布里渊增益光纤构成复合腔的环形腔结构。

中国专利(zl201610001128.9)公开了一种交错连接的环形腔结构，采用两个四端口光环形器及两段布里渊增益光纤构成，使两个二阶布里渊频移器交错连接在一起，在级联受激布里渊散射过程的一个循环过程中，先后在两段布里渊增益光纤中发生四次受激布里渊散射，实现四倍布里渊频移频率波长间隔的多波长光纤激光器。这种结构用了两个四端口光环形器，系统结构得到了简化，光路损耗减小。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是相对在先技术，提出新的光路结构，进一步简化系统光路结构，减小光路损耗，实现四倍布里渊频移频率波长间隔的多波长光纤激光器。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提出的四倍布里渊频移频率波长间隔的多波长光纤激光器，包括窄线宽可调谐激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、第一光环形器(3)、第一布里渊增益光纤(4)、第一掺铒光纤放大模块(5)、第二光环形器(6)、第二布里渊增益光纤(7)、第二光纤耦合器(8)、第二掺铒光纤放大模块(9)。

窄线宽可调激光器(1)的输出端与第一光纤耦合器(2)a端的端口(a1)相连，第一光纤耦合器b端的端口(b1)与第一光环形器(3)的第一端口(31)相连，第一光环形器的第二端口(32)与第一布里渊增益光纤(4)的一端相连，第一光环形器的第三端口(33)与第一掺铒光纤放大模块(5)的一端相连，第一掺铒光纤放大模块的另一端与第二光环形器(6)的第一端口(61)相连，第二光环形器的第二端口(62)和第三端口(63)之间连接第二布里渊增益光纤(7)，第二光环形器的第四端口(64)与第二光纤耦合器(8)c端的端口(c1)相连，第二光纤耦合器d端的端口(d1)和第一布里渊增益光纤的另一端相连，第二光纤耦合器c端的端口(c2)与第一光纤耦合器a端的端口(a2)相连，第一光纤耦合器b端的端口(b2)为多波长光纤激光器的输出端口。

四倍布里渊频移频率波长间隔的多波长光纤激光器，其工作原理为：窄线宽可调激光器输出的激光作为产生四阶布里渊斯托克斯光的初始布里渊泵浦光(bp)，初始布里渊泵浦光(bp)经过第一光纤耦合器(2)和第一光环形器(3)，进入第一布里渊增益光纤(4)发生受激布里渊散射后，得到频率下移布里渊频移频率的背向传输的一阶斯托克斯光(s1)，一阶斯托克斯光(s1)经过第一掺铒光纤放大模块(5)放大后经过第二光环形器(6)进入第二布里渊增益光纤(7)的一端，在第二布里渊增益光纤(7)中发生受激布里渊散射后，得到频率下移布里渊频移频率的背向传输的二阶斯托克斯光(s2)，二阶斯托克斯光(s2)再进入第二布里渊增益光纤(7)的另一端，在第二布里渊增益光纤(7)中发生受激布里渊散射后，得到频率下移布里渊频移频率的背向传输的三阶斯托克斯光(s3)，二阶斯托克斯光(s2)在第二光环形器(6)内部传输，三阶斯托克斯光(s3)从第二光环形器(6)输出经过第二光纤耦合器(8)进入第二掺铒光纤放大模块(9)放大后再进入第一布里渊增益光纤(4)的另一端，在第一布里渊增益光纤(4)发生受激布里渊散射后，得到频率下移布里渊频移频率的背向传输的四阶斯托克斯光(s4)，四阶斯托克斯光(s4)经第二掺铒光纤放大模块(9)放大后从第二光纤耦合器(8)输出再进入第一光纤耦合器(2)进行分光，分光后一部分四阶斯托克斯光(s4)进入第一光环形器(3)，用于产生八阶斯托克斯光(s8)，另一部分四阶斯托克斯光(s4)从多波长光纤激光器的输出端口输出，当初始布里渊泵浦光(bp)及各阶斯托克斯光功率足够时，四阶斯托克斯光(s4)，八阶斯托克斯光(s8)，十二阶斯托克斯光(s12)等等各四阶整数倍的斯托克斯光便可以通过各次受激布里渊散射循环过程产生并从多波长光纤激光器输出端口输出，从而得到波长间隔为四倍布里渊频移频率的多波长光纤激光。

附图说明

图1是四倍布里渊频移频率波长间隔的多波长光纤激光器结构示意图。

图中的附图标记解释为：1-窄线宽可调谐激光器，2-第一光纤耦合器，3-第一光环形器，4-第一布里渊增益光纤，5-第一掺铒光纤放大模块，6-第二光环形器，7-第二布里渊增益光纤，8-第二光纤耦合器，9-第二掺铒光纤放大模块，a1-第一光纤耦合器a端的端口，a2-第一光纤耦合器a端的端口，b1-第一光纤耦合器b端的端口，b2-第一光纤耦合器b端的端口，31-第一光环形器的第一端口，32-第一光环形器的第二端口,33-第一光环形器的第三端口，61-第二光环形器的第一端口,62-第二光环形器的第二端口，63-第二光环形器的第三端口，64-第二光环形器的第四端口，c1-第二光纤耦合器c端的端口，c2-第二光纤耦合器c端的端口，d1-第二光纤耦合器d端的端口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的说明。

本发明提出的四倍布里渊频移频率波长间隔的多波长光纤激光器，包括窄线宽可调谐激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、第一光环形器(3)、第一布里渊增益光纤(4)、第一掺铒光纤放大模块(5)、第二光环形器(6)、第二布里渊增益光纤(7)、第二光纤耦合器(8)、第二掺铒光纤放大模块(9)。窄线宽可调激光器(1)的输出端与第一光纤耦合器(2)a端的端口(a1)相连，第一光纤耦合器b端的端口(b1)与第一光环形器(3)的第一端口(31)相连，第一光环形器的第二端口(32)与第一布里渊增益光纤(4)的一端相连，第一光环形器的第三端口(33)与第一掺铒光纤放大模块(5)的一端相连，第一掺铒光纤放大模块的另一端与第二光环形器(6)的第一端口(61)相连，第二光环形器的第二端口(62)和第三端口(63)之间连接第二布里渊增益光纤(7)，第二光环形器的第四端口(64)与第二光纤耦合器(8)c端的端口(c1)相连，第二光纤耦合器d端的端口(d1)和第一布里渊增益光纤的另一端相连，第二光纤耦合器c端的端口(c2)与第一光纤耦合器a端的端口(a2)相连，第一光纤耦合器b端的端口(b2)为多波长光纤激光器的输出端口。

窄线宽可调激光器输出的激光作为产生四阶布里渊斯托克斯光的初始布里渊泵浦光(bp)，初始布里渊泵浦光(bp)经过第一光纤耦合器(2)和第一光环形器(3)，进入第一布里渊增益光纤(4)发生受激布里渊散射后，得到频率下移布里渊频移频率的背向传输的一阶斯托克斯光(s1)，一阶斯托克斯光(s1)经过第一掺铒光纤放大模块(5)放大后经过第二光环形器(6)进入第二布里渊增益光纤(7)的一端，在第二布里渊增益光纤(7)中发生受激布里渊散射后，得到频率下移布里渊频移频率的背向传输的二阶斯托克斯光(s2)，二阶斯托克斯光(s2)再进入第二布里渊增益光纤(7)的另一端，在第二布里渊增益光纤(7)中发生受激布里渊散射后，得到频率下移布里渊频移频率的背向传输的三阶斯托克斯光(s3)，二阶斯托克斯光(s2)在第二光环形器(6)内部传输，三阶斯托克斯光(s3)从第二光环形器(6)输出经过第二光纤耦合器(8)进入第二掺铒光纤放大模块(9)放大后再进入第一布里渊增益光纤(4)的另一端，在第一布里渊增益光纤(4)发生受激布里渊散射后，得到频率下移布里渊频移频率的背向传输的四阶斯托克斯光(s4)，四阶斯托克斯光(s4)经第二掺铒光纤放大模块(9)放大后从第二光纤耦合器(8)输出再进入第一光纤耦合器(2)进行分光，分光后一部分四阶斯托克斯光(s4)进入第一光环形器(3)，用于产生八阶斯托克斯光(s8)，另一部分四阶斯托克斯光(s4)从多波长光纤激光器的输出端口输出，当初始布里渊泵浦光(bp)及各阶斯托克斯光功率足够时，四阶斯托克斯光(s4)，八阶斯托克斯光(s8)，十二阶斯托克斯光(s12)等等各四阶整数倍的斯托克斯光便可以通过各次受激布里渊散射循环过程产生并从多波长光纤激光器输出端口输出，从而得到波长间隔为四倍布里渊频移频率的多波长光纤激光。

所述窄线宽可调谐激光器，线宽低于1mhz，且输出功率和输出波长可调谐。

所述第一掺铒光纤放大模块和第二掺铒光纤放大模块同时由一个980nm或一个1480nm泵浦激光器，一个1550nm/980nm波分复用器或一个1550nm/1480nm波分复用器，一段掺铒光纤连接而成。

所述第一掺铒光纤放大模块和第二掺铒光纤放大模块均为可双向放大的掺铒光纤放大模块，且掺铒光纤放大模块的位置可以在光路中进行优化放置。

所述第一光环形器为三端口光环形器，第二光环形器为四端口光环形器。

所述第一布里渊增益光纤和第二布里渊增益光纤为具有相同布里渊频移频率(约为10ghz)的单模光纤，长度均为15km。

以上对本发明的方法原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员来说，依据本发明提供的思想，在具体实施的方式上可能有改变之处，这些改变也应视为本发明的保护范围。