引用本文:
孙明星. 基于全光纤拉锥滤波结构的波长可切换掺铒光纤激光器[J]. 光通信技术,2020,44(9):37-41.
孙明星
(洛阳市质量计量检测中心,河南 洛阳471003)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:针对波长可切换光纤激光器存在调谐精度不高的问题,提出并设计了一种基于全光纤拉锥干涉滤波结构的掺铒光纤激光器,采用熔接机对多模光纤进行熔融拉锥处理,制备光纤马赫-曾德尔(MZ)干涉结构,所形成的周期性能量分布用于实现掺铒光纤激光器波长灵活可调谐输出。实验结果表明:光纤滤波器周期为0.8 nm,激光器工作阈值为58 mW,在1573.45~1574.59 nm的L波段内实现了单波长可调谐激光输出,波长间隔最小为0.11 nm;并通过调节偏振控制器,实现了双波长激光可切换输出。在10 min的稳定性测试实验中,没有出现明显的波长漂移。
关键词:光纤激光器;光纤干涉;掺铒光纤;光纤拉锥;多模光纤
中图分类号:TN256 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)09-0037-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.09.009
0 引言
光纤激光器具有环境适应性强、工作寿命长、相干性好和激光线宽窄等特点,被广泛应用于光纤通信、光纤传感、成份分析、雷达探测和高功率激光等领域[1-3]。其中,多波长可调谐光纤激光器具有波长灵活输出、高信噪比和稳定性高等优势,应用于微波信号产生、密集波分复用、光谱探测、生物医疗和激光通信等方面[4-6],已经成为光纤激光领域的研究热点之一。
国内外研究机构对实现波长可调谐光纤激光输出开展了研究,并且取得了较大进展。2015年,曹晔等人[7]设计了基于Sagnac环与光纤马赫-曾德尔(MZ)结构级联滤波的掺铒光纤激光器,实现了间隔2.2 nm的多波长可调谐激光输出。2017年,Khaleel W A等人[8]设计了一种基于非线性光子晶体光纤的MZ滤波器,该滤波器实现了三波长激光可调谐输出,输出激光3 dB,线宽为0.03 nm;Liu S等人[9]提出了一种基于非线性环形镜结构的双波长可调谐掺铒光纤激光器,实现了波长最大间隔为11.35 nm的双波长激光输出,激光信噪比高于47 dB。2018年,王天枢等人[10]提出并实现了基于光纤Fabry-Perot(FP)滤波器的2 μm波段掺铥光纤激光器,结合掺钬光纤实现了1855~2050 nm光谱范围的单波长激光可调谐输出;宋秋艳等人[11]设计了一种基于锥形光纤的波长可调谐掺铒光纤激光器,实现了双波长可调谐激光输出,双波长最小间隔1.48 nm;Li N等人[12]设计了基于多模光纤MZ干涉滤波结构的双波长可调谐掺铒光纤激光器,实现了双波长最大间隔58.5 nm的激光输出;Luo X等人[13]提出并设计了一种基于光纤Michelson干涉结构的多波长掺铒光纤激光器,实现了波长间隔小于0.7 nm的波长可调谐激光输出;Ibarra-Escamilla B等人[14]提出了一种基于可调谐光纤布喇格光栅的全光纤掺铥光纤激光器,实现了2 μm波段的双波长可调谐激光输出,激光功率漂移小于0.07 mW。2019年,Salim M A M等人[15]提出了一种基于光纤细锥干涉滤波结构的环形腔掺铒光纤激光器,在1560~1565 nm光谱范围内实现了三波长可调谐激光的稳定输出,信噪比高于42 dB;Peng W J等人[16]设计了一种基于多模光纤与保偏光纤拼接的全光纤马赫-曾德尔(MZ)干涉结构,并基于该干涉结构结合保偏光纤作为滤波器实现了偏振可控的双波长激光可调谐输出,边模抑制比达到45 dB;Liu X D等人[17]设计了一种基于光纤Sagnac干涉滤波结构的双波长可调谐环形腔掺镱光纤激光器,单波长调谐范围为17.9 nm,信噪比高于38 dB,功率漂移小于0.94 dB。
综上所述,为了实现波长可调谐的光纤激光输出,通常在激光器谐振腔中需要插入特殊的光学器件(例如:特种光纤光栅、光子晶体光纤、高双折射光纤、光纤Sagnac结构或采用光纤非线性结构),但这些方案增加了系统的复杂程度和激光器腔内损耗。此外,所报道的光纤激光器的工作波长范围大多集中在C波段(1520~1560 nm)光谱范围,然而随着通信波段的不断扩展,L波段工作的波长可调谐激光器已经逐渐成为研究热点。另外,目前报道的激光波长可调谐间隔通常较宽,难以实现精密的波长调谐。因此,上述因素不仅限制窄线宽光纤激光器的应用波段范围,同时难以获得精密的波长可调谐激光输出。本文采用多模光纤拉锥技术制备光纤MZ干涉结构,设计一种基于全光纤MZ滤波结构的波长可调谐掺铒光纤激光器。
3 结束语
本文提出并设计了一种基于全光纤拉锥结构的波长可调谐光纤激光器,采用光纤熔融拉锥技术制备了锥区长度为150 μm的光纤MZ滤波器,并将其作为激光器的调制器件实现了波长可调谐激光输出。所设计激光器能够在1573.45~1574.59 nm的L波段光谱范围内实现单波长激光可切换输出(最小激光波长调谐间隔为0.11 nm)和双波长激光灵活可调谐输出,单波长激光运行时输出激光的边模抑制比高于19.56 dB,3 dB线宽小于0.22 nm。在10 min监测情况下,激光器工作在单波长运转状态时功率波动优于0.311 dB,而且没有出现明显的模式跳变现象和波长漂移。所设计的激光器具有结构紧凑、输出稳定、信噪比高和窄线宽的特点,在光纤传感和激光通信方面具有较大的应用前景。