基于闭合腔的光纤激光器波长选择技术 - 学兔兔 www.bzfxw.com .pdf

鼯圈 中文核心期刊 基于闭合腔的光纤激光器波长选择技术 曹雪，李新营 ( 河南大学物理与电子学院。河南开封4 7 5 0 0 4 ) 摘要：将由中心波长各不相同的多个光纤光栅组成的光栅串置于一腔中，与另一个环形腔构成基于闭合 腔的波长可调谐的光纤激光器。通过选择可调谐F - P 滤波器的透过波长与某个光栅的中心波长一致，在 腔中共振形成激光输出，实现了该激光器的波长可调谐技术。 关键词：光纤激光器；可调谐波长；光纤光栅；闭合腔 中图分类号：T N 2 4 8 文献标识石- q ：A 文章编号：1 0 0 2 5 5 6 1 ( 2 0 1 2 ) 1 1 0 0 4 6 - 0 2 T u n a b l ew a v e l e n g hf i b e rl a s e rb a s e do nc l o s e dc a v i t y C A 0 X u e , L IX i n - y i n g ( S c h o o lo fP h y s i c sa n dE l e c t r o n i c s ，H e n a nU n i v e r s i t y ，K a i f e n gH e n a n4 7 5 0 0 4 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：An o v e lc l o s e dc a v i t ya n dt u n a b l ew a v e l e n g t hf i b e rl a s e rb a s e do nm a n yF i b e rB r a g gg r a t i n g si sp r o - p o s e da n dd e m o n s t r a t e d W a v e l e n g t hi st u n a b l eb yt h eF - Pf i l t e r ，aw a v e l e n g t hl a s e rc a l lb ef o r m e dw h e nF - P f i l t e r Sp a s s e dw a v e l e n g t hi ss a m ew i t ht h eB r a g gw a v e l e n g t ho faF B G ，a n dt h el a s e rr e a l i z e dt h ep u r p o s eo f t u n a b l ew a v e l e n g t h K e yw o r d s ：f i b e rl a s e r ；t u n a b l ew a v e l e n g t h ；f i b e rB r a g gg r a t i n g ；c l o s e dc a v i t y 0 引言 随着光纤光栅( F i b e rB r a g gG r a t i n g ，F B G ) 制作技术 的成熟人们已经逐步把F B G 广泛地应用于各种领 域。近年来，随着密集波分复用技术的发展，使可调光 纤激光技术成为研究的热点。目前常见的可调激光技 术主要基于旋转光栅【1 】、可调滤波【2 】、复合环形共振 3 1 和 取样光栅【4 】等，但这些技术不尽完美；利用已经成熟的 悬臂梁调谐技术改变F B G 的中心波长翻，可得到波长 可调谐的光纤激光器，但这种激光器工作波长调谐范 围有限。由光栅串和闭合腔组成的光纤激光器结构紧 凑、稳定性高，具有更宽的波长调节范围，可克服其它 方法的不足，具有重要的研究和使用价值。 本文将6 个F B G 置于以熔锥型3 d B 宽带耦合器 制成的腔中与另一个环形腔构成波长可调谐的基于 闭合腔的光纤激光器。利用可调谐F P ( F a b r y P e r o t c a v i t ，F P ) 滤波器选择激光波长，当F P 滤波器的透过 波长与某一F B G 的中心波长一致时便会在闭合腔中 产生振荡。形成该波长的激光。从而得到了波长可调 谐的光纤激光器。 收藕日期：2 0 1 2 - 0 5 1 6 。 基金项目：河南省高等学校青年骨干教师资助计划项目( 2 0 1 1 G G J S 一0 2 9 ) 资助。 作者简介：曹雪( 1 9 8 1 一) ，女，讲师，主要从事光纤通信与传感的教学和 科研工作。 圮踊雳投箱2 0 1 2 年第1 1 期 1 原理 1 1 可调谐F P 滤波器滤波原理 可调谐F P 滤波器通过在压电陶瓷( P i e z o e l e c t r i c c e r a m i c ，P Z l ) 上施加电压来改变其腔长，从而实现对 透过波长的选择。对于腔长为厶的F P 腔，有波长为 入的光波入射时，透过波长与腔长之间满足如下关系： 2 n 妇o s O = m A( 1 ) 其中，n o 为腔内介质的折射率，0 为光线的入射角，m 为干涉级次。由式( 1 ) 可知，调节腔长厶可以选择不同 的透过波长，所以F P 腔具有选择透过波长的能力。以 P Z T 驱动F P 腔改变其腔长，选择不同的电压可选择 不同的透过波长，这样就构成了可调谐F P 滤波器。 1 2 闭合腔光纤激光器波长选择原理 基于F B G 的闭合腔光纤激光器的实验装置如图 1 所示，泵浦光源采用9 8 0 n m 激光器，掺铒光纤( E D F ) 可放大1 5 5 0 n m 附近的光波。在右腔中置入光栅串。当 F P 滤波器的透过波长与光栅串中某一F B G 的布喇 格波长一致时，在F B G 的带阻滤波作用下该波长的光 波在其两侧均沿原路返回。假设F P 滤波器的透过谱 与F B G 反射谱均为某一波长的高斯函数，则可获得该 波长的光信号经C ，输出后的能量M ，当F P 滤波器的 单个透射中心波长和F B G 的中心波长相差较大时。经 C 。后输出的能量较小，则不能在闭合腔中形成激光。 万方数据 骀圃俯 图1 闭合腔光纤激光器实验装置 如图l 所示，将光栅串集中置于右腔中的一侧， 使每个F B G 两侧至C 的光程差悬殊，耦合输出中将 有一半能量的光束在左腔中顺时针传播，形成环形共 振。另一半能量的光波逆时针传播被隔离器阻隔。若 抽运光功率高于阈值，则C ，输出端中出现对应波长的 激光输出。其它波长的光波在左腔中均沿逆时针传 播，而被隔离器阻隔。若想实现其它波长的激光，可改 变F P 滤波器的控制电压与其它光栅工作波长一致 从而达到激光波长可调的效果。 2 实验结果 在图1 所示装置中E D F 的长度为2 5 m 。9 8 0 n m 激光器的泵浦功率最高可达l O l m W ：组成光栅串的6 个具有高反射率的光栅的布喇格波长依次为 1 5 4 7 1 6 、1 5 4 9 2 4 、1 5 5 1 5 2 、1 5 5 3 2 、1 5 5 5 4 8 、1 5 5 7 8 n m 。 半宽约为0 2 n m ；隔离器的捕入损耗为0 3 4 d B ，隔离度 为3 6 5 4 d B 。为确保C ：输出端口有稳定的激光输出， 光栅串中每个F B G 两侧至C ，的光程差远远大于各自 所能产生干涉光的相干长度。 增加F P 滤波器控制电 压可以发现滤波器的透过波 长向长波长方向移动。所用 F P 滤波器的自由光谱范围 为5 6 7 n m ，带宽为6 6 p m C 波段透过波长范围为1 5 2 0 fV 图2F P 滤波器控制电压U 与透过波长A 的关系曲线 1 5 7 0 n m 控制电压U 与透过波长入之间的关系如图2 所示，两者呈良好的线性关系。 当F P 滤波器的控制电压分别为4 1 V 、4 5 V 、 4 9 V 、5 2 V 、5 6 V 和6 0 V 时，输出端依次观察到F l 、 F 2 、F 6 对应的布喇格波长激光输出，阈值电流为 4 3 2 。4 7 5 n 认。图3 为抽运功率等于3 4 m W 时得到的6 个光栅的激光光谱图。由图3 可以看出，通过选择F P 滤波器的控制电压可以实现不同波长的激光输出。达 到了波长可选择的效果，并且输出激光性能良好。可 调谐波长的范围主要取决于光栅的个数及其中心波 长、掺饵光纤放人器的带宽及F P 滤波器的性能可 曹雪李新营：基于闭合腔的光纤激光器波长选择技术 光技术相比f 8 1 本 圈3 不同光栅的激光光谱图 文的有源闭合腔装置不仅使每个F B G 形成的不同波 长激光免受其它F B C 反射光的干扰，并且闭合腔的引 入免除了光栅串纤端反射对系统的影响大大提高了 稳定度；输出耦合器的耦合比可灵活调整，使闭合腔 内振荡形成的激光能量与输出能量达到理想配置，从 而得到较强激光输出。 3 结束语 以上我们提出了一种新型的基于闭合腔的波长 可调谐的光纤激光器。腔中接级联光栅串的光纤闭合 腔构成环形腔光纤激光器的端镜以F P 滤波器作为 波长选择器件当F P 滤波器透过波长与光栅串中某 一F B G 的布喇格波长一致时，激光装置的输出端有该 波长的激光输出，实现了激光波长的可选择技术。该 光纤激光器稳定性更高、波长调谐范围更宽，激光器 的输出质量较高通过灵活调整输出耦合器的耦合比 可得到较强激光输出。本文研究结果为光纤通信的光 源研制提供了新的途径更为光纤传感领域的有源装 置研究提出了新的方案。 参考文献： 【l 】C O C H L A l NcRo ，M E A R SR J B r o a dB a n dT u n a b l eS i n g l eF r e q u e n - c yD i o d e - P u m p e dE r b i u mD o p e dF i b e rL a s e r 【J 】E l e c t r o n L e t t ，1 9 9 2 ，2 8 ( 2 ) ：1 2 4 一1 2 6 【2 】C H E NCY ，C H O YMM ，A N D R E J C OMJ ，e ta I AW i d e l yT u n a b l e E r b i u m - D o p e dF i b e rL a s e rP u m p e da t5 3 2n m 【J 1 E E EP h o t o n T e c h n 0 1 L e t t ，1 9 9 0 ，2 ( 1 ) ：1 8 - 2 0 【3 】J I A N L U OZ ，U TJwY E r b i u m D o p e dF i b e rC o m p m m dR i n gL a s e r w i t haR i n gF i l t e r 【J 】I E E EP h o t o n T e c h n 0 1 L e t t ，1 9 9 4 ，6 ( 5 ) ：5 8 8 5 9 0 【4 】B E R G O N Z 0A ，J A C Q U E TJ ，D EG A u D E M A R I SD ，e ta 1 W i d e l y V e r n i e rT u n a b l eE x t e r n a lC a v i t yL a s e rI n c l u d i n gaS a m p l e dF i b e rB r a g g G r a t i n gw i t hD i g i t a lW a v e l e n g t hS e l e c t i o n 【J I E E EP h o t o n T e c h n 0 1 L e t t ， 2 0 0 3 ，1 5 ( 8 ) ：l1 4 4 - 11 4 6 【5 1Y O U L O N GY ，H W A Y A WT ，S H U W E IG ，e ta 1 C h i r p - F r e eT u n i n go f F i b e rB r a g gG r a t i n gU s