一種可調諧單頻光纖激光器及其實現方法技術

本發明專利技術公開了一種可調諧單頻光纖激光器及其實現方法，激光器包括依次串聯的第一偏振控制器、光放大器、光纖耦合器、第二偏振控制器、具有反四波混頻效應的非線性器件和可調諧濾波器，第一偏振控制器調節入射光的偏振態后傳遞到光放大器，光放大器提供增益，對光信號進行放大，光纖耦合器一個輸出端為激光輸出端，一個輸出端與第二偏振控制器連接，第二偏振控制器調節入射光的偏振態后將光信號發送到非線性器件，非線性器件基于反四波混頻效應對入射的多縱模的激光光譜進行窄化，然后將信號發送到可調諧濾波器進行窄帶濾波，最后再循環回到第一偏振控制器及光放大器，形成激光器反饋腔。本發明專利技術可形成穩態的激光，實現可調諧單頻激光的穩定輸出。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光電子技術中的光纖激光器研究領域，特別涉及一種可調諧單頻光纖激光器及其實現方法，其基于非線性器件中反四波混頻引入的光譜窄化效應。
技術介紹
單頻光纖激光器屬于光纖激光器的熱點研究方向之一，以其相干性好、全光纖結構的優勢，被作為光源廣泛應用于光纖通信系統、光纖傳感系統、微波光子信號處理以及光譜成像等諸多領域。而寬帶可調諧單頻光纖激光器是其中一個重要研究方向。目前單頻光纖激光器的實現技術可以主要歸納為以下幾大類：一、超短腔。通過極大地縮短腔長(一般約厘米或毫米量級)增大激光器相鄰縱模間隔，結合窄帶濾波器件，使激光器工作在較穩定的單頻狀態，如分布反饋式(DFB)和分布布拉格反射式(DBR)光纖激光器。但由于激光器的腔長較短，輸出功率很低，也很難在腔內插入可調諧濾波器等其它光學元器件來進行輸出波長的調諧。二、復合腔。通過在激光器腔內插入兩個或多個光纖環或類似結構形成復合腔，由于各子腔的腔長不同，導致其對應的縱模間隔也不同，為實現穩定的激光振蕩，激光輸出的縱模間隔最終由各個子腔對應的縱模間隔的公倍數所決定，從而可大大增大縱模間隔，實現單頻輸出。但此類激光器容易受到外界環境諸如溫度、振動等因素影響，導致激光器穩定性變差。三、引入可飽和吸收體。利用光纖可飽和吸收體中形成的長光柵的極窄帶濾波作用，可保證單頻激光輸出。但引入的可飽和吸收體也易受外界環境影響，且效應本身就不穩定。四、引入窄帶濾波效應或利用窄帶增益的受激布里淵散射效應。極窄帶濾波器諸如相移光纖光柵可濾出極少縱模，在一定條件下可實現單頻激光輸出，但其波長可調諧特性受到限制。布里淵增益譜的譜寬非常窄，在腔長較短時可實現單頻激光輸出，但由于需要極高的泵浦光功率，且輸出單頻激光需要與泵浦光分離，實現方案具有一定局限性。目前，非常需要一種穩定、寬帶可調諧、較高輸出功率的單頻光纖激光器作為高性能單頻激光光源，以進一步提高所應用系統的性能。
技術實現思路
本專利技術的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種可調諧單頻光纖激光器，該激光器利用反四波混頻引入的光譜窄化效應得到單頻激光輸出，具有結構簡單、穩定性好、寬帶可調諧、高功率輸出、高信噪比輸出等優點。本專利技術的另一目的在于提供一種基于上述可調諧單頻光纖激光器的實現方法，該方法輸出光譜功率穩定、線寬較窄。本專利技術的目的通過以下的技術方案實現：一種可調諧單頻光纖激光器，包括依次串聯的第一偏振控制器、光放大器、光纖耦合器、第二偏振控制器、具有反四波混頻效應的非線性器件和可調諧濾波器，其中，第一偏振控制器放在偏振相關的增益介質之前，調節入射光的偏振態后傳遞到光放大器，光放大器提供增益，對光信號進行放大，所產生的光輸入到光纖耦合器，光纖耦合器有兩個輸出端，一個輸出端為激光輸出端，一個輸出端與第二偏振控制器連接，第二偏振控制器調節入射光的偏振態后將光信號發送到非線性器件，非線性器件基于反四波混頻效應對入射的光信號多縱模的激光光譜寬度進行窄化，然后將信號發送到可調諧濾波器進行窄帶濾波，最后再循環回到第一偏振控制器及光放大器。本專利技術中所述反四波混頻效應參見S.K.Turitsyn等人在Nature Photonics期刊發表的文章(Inverse four-wave-mixing and self-parametric amplification effect in optical fibre,Nat.Photonics,9(9):608–614,2015)，該文章中提出在正常色散光纖中存在一種非線性效應——反四波混頻，這種效應可有效窄化入射的多縱模激光的光譜寬度，引入光譜窄化效應。本專利技術通過將具有反四波混頻效應的非線性器件引入光纖激光器諧振腔內，通過各個部件的配合，可實現增益-損耗-光譜窄化等一系列過程的反復進行，最終形成穩態的激光，實現可調諧單頻激光的穩定輸出。作為一種優選，所述具有反四波混頻效應的非線性器件采用非線性半導體光放大器，根據研究顯示，此類半導體光放大器具有正常色散特性，且其色散特性可以通過驅動電流的改變進行控制，從而有效保證反四波混頻導致的光譜窄化效應的引入。作為另一種優選，所述具有反四波混頻效應的非線性器件可采用正常色散光纖，該光纖在激光器輸出波段具有正常色散，光纖長度可根據激光器參數進行優化，從而有效保證反四波混頻導致的光譜窄化效應的引入。優選的，所述光放大器采用半導體光放大器。半導體光放大器的腔長(毫米量級)與摻雜光纖放大器的腔長(一般要幾米長)相比要短很多，可大大縮短所提出的光纖激光器的腔長，有效增大縱模間隔，更易于實現單頻激光的輸出。優選的，在第一偏振控制器和光放大器之間設有用于保證光的單向傳輸的第一光隔離器。優選的，在光放大器和光纖耦合器之間設有用于保證光的單向傳輸的第二光隔離器。該第二光隔離器同時可以避免反射光對光放大器造成影響。優選的，可調諧濾波器進行大致選頻，其3dB帶寬設置一般小于0.4nm。一種基于上述可調諧單頻光纖激光器的實現方法，包括步驟：(1)第一偏振控制器調節入射光的偏振態，監測激光器輸出功率，使增益介質工作在最佳狀態；(2)光放大器提供增益，對光信號進行放大，得到寬譜光，輸入光纖耦合器；(3)在光纖耦合器的輸出端進行分光，一路光反饋回激光腔內，另一路光作為激光輸出；(4)反饋回激光腔內的光進入第二偏振控制器，第二偏振控制器調節其偏振態，監測激光輸出光譜寬度，使非線性器件工作于最佳狀態，然后將信號傳送到非線性器件；(5)非線性器件基于反四波混頻效應對入射的信號多縱模的激光光譜寬度進行窄化；(6)非線性器件輸出的光信號依次輸入可調諧濾波器進行濾波和光放大器放大，然后再次經過光纖耦合器實現分光，上述過程循環反復，直至形成穩態的激光，實現單頻激光的穩定輸出；(7)調節可調諧濾波器的濾波波長，實現單頻激光輸出的可調諧。優選的，步驟(7)中，可調諧范圍受限于可調諧濾波器的工作帶寬及激光器增益介質的增益帶寬。本專利技術與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：(1)本專利技術激光器利用反四波混頻引入的光譜窄化效應，首次將其應用于單頻光纖激光器，在激光腔內插入可調諧濾波器進行大致選頻，結合反四波混頻效應引入的光譜窄化效應消除多縱模振蕩，實現了穩定的、寬帶可調諧的單頻激光輸出。結構簡單，無需加入復雜的器件，便于小型化、實用化。現有技術中復合腔及非泵浦可飽和吸收體等極大依賴于外界環境的穩定性，且效應本身就不穩定，而本專利技術依賴的效應非常穩定，輸出激光光譜的穩定性也很好，線寬較窄。(2)本專利技術的激光器可以大范圍調諧，可覆蓋C+L波段，其調諧范圍僅受限于激光器增益介質的增益帶寬及可調諧濾波器的工作波長范圍。(3)本專利技術的激光器輸出激光光譜的信噪比較高。此外，如果腔內的介質具有高增益的特性時，激光器的輸出功率可以很高。附圖說明圖1是實施例1所述可調諧單頻光纖激光器的裝置圖。圖2是實施例1的結構框圖。圖3是34nm波長范圍內連續調諧的單頻激光輸出。圖4是1550.36nm波長的激光在0～200MHz范圍內的頻譜圖。圖5是1550.36nm波長的激光經過210MHz頻移自拍后得到的頻譜圖。圖6是實施例2所述可調諧單頻光纖激光器的裝置圖。具體實施方式下面結合實施例及附圖對本專利技術作進一步詳細的描述，但本專利技術的實本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可調諧單頻光纖激光器，其特征在于，包括依次串聯的第一偏振控制器、光放大器、光纖耦合器、第二偏振控制器、具有反四波混頻效應的非線性器件和可調諧濾波器，其中，第一偏振控制器放在偏振相關的增益介質之前，調節入射光的偏振態后傳遞到光放大器，光放大器提供增益，對光信號進行放大，所產生的光輸入到光纖耦合器，光纖耦合器有兩個輸出端，一個輸出端為激光輸出端，一個輸出端與第二偏振控制器連接，第二偏振控制器調節入射光的偏振態后將光信號發送到非線性器件，非線性器件基于反四波混頻效應對入射的光信號多縱模的激光光譜寬度進行窄化，然后將信號發送到可調諧濾波器進行窄帶濾波，最后再循環回到第一偏振控制器及光放大器。

【技術特征摘要】
1.一種可調諧單頻光纖激光器，其特征在于，包括依次串聯的第一偏振控制器、光放大器、光纖耦合器、第二偏振控制器、具有反四波混頻效應的非線性器件和可調諧濾波器，其中，第一偏振控制器放在偏振相關的增益介質之前，調節入射光的偏振態后傳遞到光放大器，光放大器提供增益，對光信號進行放大，所產生的光輸入到光纖耦合器，光纖耦合器有兩個輸出端，一個輸出端為激光輸出端，一個輸出端與第二偏振控制器連接，第二偏振控制器調節入射光的偏振態后將光信號發送到非線性器件，非線性器件基于反四波混頻效應對入射的光信號多縱模的激光光譜寬度進行窄化，然后將信號發送到可調諧濾波器進行窄帶濾波，最后再循環回到第一偏振控制器及光放大器。2.根據權利要求1所述的可調諧單頻光纖激光器，其特征在于，所述具有反四波混頻效應的非線性器件采用非線性半導體光放大器。3.根據權利要求1所述的可調諧單頻光纖激光器，其特征在于，所述具有反四波混頻效應的非線性器件采用正常色散光纖。4.根據權利要求1所述的可調諧單頻光纖激光器，其特征在于，所述光放大器采用半導體光放大器。5.根據權利要求1所述的可調諧單頻光纖激光器，其特征在于，在第一偏振控制器和光放大器之間設有用于保證光的單向傳輸的第一光隔離器。6.根據權利要求1所述的可調諧單頻光纖激光器，其特...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮新煥，王琳，萬明桂，曹元，王旭東，關柏鷗，
申請(專利權)人：暨南大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44