基于3×3微光纤耦合器的掺铒光纤激光器及制法

摘要

本发明公开了一种基于3×3微光纤耦合器的掺铒光纤激光器及制法。将3×3微光纤耦合器的一端三个端口中的两个端口融接成环，将3×3微光纤耦合器的另一端三个端口中的两个端口分别与掺铒光纤的两端口熔接成环；微光纤耦合器每端剩余的一个端口分别作为泵浦光输入和激光输出端口。当输入980nm泵浦光时，该激光器可稳定输出对比度超过40dB，半峰宽达到0.3nm的1530nm波段的激光。本发明由于耦合区直径只有微米级别，所以耦合区有很大的消逝场并且具有优异的温度和机械性能。因此该器件在可调谐激光器以及温度、压力、折射率的有源传感方面具有很大的优势。

权利要求

1.基于3×3微光纤耦合器的掺铒光纤激光器，其特征在于，3×3微光纤耦合器的一端三个端口中的两个端口熔接成环，所述3×3微光纤耦合器的另一端三个端口中的两个端口分别与掺铒光纤的两端口熔接成环；所述3×3微光纤耦合器每端剩余的一个端口分别作为泵浦光输入和激光输出端口。

2.根据权利要求1所述的基于3×3微光纤耦合器的掺铒光纤激光器，其特征在于，所述掺铒光纤的掺杂浓度为4000ppm，长度为90cm。

3.根据权利要求1或2所述的基于3×3微光纤耦合器的掺铒光纤激光器，其特征在于，所述微光纤耦合器的耦合区长度为1cm，耦合区腰部直径为5微米。

4.基于3×3微光纤耦合器的掺铒光纤激光器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将三根去除保护层的单模光纤缠绕在一起，利用火焰拉伸法拉伸缠绕区域，使三根光纤互相耦合，制成一个3×3的微光纤耦合器；

(2)在熔接前，将一根掺铒光纤和所述微光纤耦合器中的单模光纤用光纤切割刀将光纤端面切平，然后使用光纤熔接机将3×3微光纤耦合器一端的两个端口熔接起来，形成一个萨尼亚克环；在3×3微光纤耦合器的另一端，则是用光纤熔接机将掺铒光纤的两端口分别与耦合器的两个端口熔接起来，形成插入有掺铒光纤的萨尼亚克环。

5.根据权利要求4所述的基于3×3微光纤耦合器的掺铒光纤激光器的制备方法，其特征在于，所述掺铒光纤的长度为90cm。

6.根据权利要求4或5所述的基于3×3微光纤耦合器的掺铒光纤激光器的制备方法，其特征在于，所述三根光纤缠绕区域的拉伸长度为厘米量级。

说明书

基于3×3微光纤耦合器的掺铒光纤激光器及制法

技术领域

[0001] 本发明涉及光电子技术领域，具体涉及微纳光纤激光器的研究与制备。

背景技术

[0002] 由于微光纤尺寸小和消逝场大的特点，其在激光器、传感器、光信号处理等方面有着巨大的潜力。基于谐振腔、光栅、耦合器以及萨尼亚克反射镜等多种类型的微光纤器件已经被提出并被制作出来。

[0003] 最近，结合微光纤器件和掺铒光纤的多种类型的激光器已被证明，例如基于环形谐振腔和马赫曾德尔干涉器的激光器。微光纤激光器的原理有很多种，比如利用微纳光纤绕环或者打结形成环形谐振腔来产生激光。但环形腔由于需要对微纳光纤进行绕环，需除去尾部光纤，因此需要通过空间耦光进入光纤，从而与现有的光纤系统难匹配。或者通过在微光纤里面做出一些FP结构来形成谐振腔，不过这一般需要很复杂的微加工工艺。

发明内容

[0004] 针对以上现有技术中微光纤激光器的缺点，本发明的目的是提供一种新型的基于3×3微光纤耦合器的掺铒光纤激光器，并且提供制备该激光器的方法。

[0005] 本发明的技术方案是：

[0006] 基于3×3微光纤耦合器的掺铒光纤激光器，微光纤耦合器的一端三个端口中的两个端口融接成环，所述3×3微光纤耦合器的另一端三个端口中的两个端口分别与掺铒光纤的两端口熔接成环；所述3×3微光纤耦合器每端剩余的一个端口分别作为泵浦光输入和激光输出端口。

[0007] 基于3×3微光纤耦合器的掺铒光纤激光器的制备方法，包括如下步骤：

[0008] （1）将三根去除保护层的单模光纤缠绕在一起，利用火焰拉伸法拉伸缠绕区域，使三根光纤互相耦合，制成一个3×3的微光纤耦合器；

[0009] （2）在熔接前，将一根掺铒光纤和所述微光纤耦合器中的单模光纤用光纤切割刀将光纤端面切平，然后使用光纤熔接机将3×3微光纤耦合器一端的两个端口熔接起来，形成一个萨尼亚克环；在3×3微光纤耦合器的另一端，则是用光纤熔接机将掺铒光纤的两端口分别与耦合器的两个端口熔接起来，形成插入有掺铒光纤的萨尼亚克环。

[0010] 所述掺铒光纤的掺杂浓度为4000ppm，长度为90cm。微光纤耦合器的耦合区长度为1cm，耦合区腰部直径为5微米。三根光纤缠绕区域的拉伸长度为厘米量级。

[0011] 本发明提出一种通过将3×3微光纤耦合器每端的两个端口熔接成环，并插入一段长度为90cm的掺铒光纤制备成一种新型激光器。本发明的有益效果：（1）本发明通过耦合器每端萨尼亚克环的反射作用形成的谐振腔，制备出基于3×3微光纤耦合器的掺铒光纤激光器。（2）相比其它的微光纤激光器，本发明无需复杂的工艺，光路简单。（3）该器件耦合区域直径一般只有5um，具有增强的瞬逝场，并在温度和机械性能方面有着优异的表现。通过对耦合区域的调节（改变耦合区温度、拉力等）制作可调谐激光器，或者利用耦合区的大瞬逝场将该器件应用于传感方面。（4）由于保留尾纤，该器件可以很好的与现有光纤系统进行匹配。

附图说明

[0012] 图1为3×3微光纤耦合器。

[0013] 图2为本发明基于3×3微光纤耦合器的激光器光路图。

[0014] 图3为本发明3×3微光纤耦合器耦合区域的显微镜图像。

[0015] 图4为本发明3×3微光纤耦合器的端口4在1550波段的透射率。

[0016] 图5为本发明3×3微光纤耦合器的端口5在1550波段的透射率。

[0017] 图6为本发明3×3微光纤耦合器的端口6在1550波段的透射率。

[0018] 图7为本发明激光器在输入980nm泵浦光时输出的激光光谱。

具体实施方式

[0019] 本发明的基于3×3微光纤耦合器的掺铒光纤激光器，包括两端通过熔接光纤形成的萨尼亚克环，以及一段90cm长的掺铒光纤。如图2所示，将泵浦光通过端口1输入进该器件，泵浦光经过耦合区域时，由于三根光纤间的耦合作用，泵浦光将分别由端口4、5、6输出。在熔接端口5、6时插入了一段长度为90cm的掺铒光纤，这个掺铒光纤长度下的增益可以产生激光，同时需要的泵浦光较小。经过端口5、6端出的泵浦光则泵浦掺铒光纤，使其处于粒子数反转状态，并放大掺铒光纤自发辐射产生1525nm至1565nm波段的光（ASE光）。产生的ASE光经过耦合区耦合进端口2、3。由于端口2、3熔接成环，耦合进2、3的ASE光将被反射回端口5、6。即在两个萨尼亚克环形成谐振腔。根据公式：

[0020] βL=(m+1/2)π

[0021] 其中L为谐振腔长。L=[耦合区长度+（90cm掺铒光纤长度+两个萨尼亚克环的长度）/2]。m为整数。

[0022] 当传播常数满足该公式的光波便可稳定存在该谐振腔中，再结合掺铒光纤中的模式竞争以及耦合区域的模式干涉，最终可以得到激光的输出。

[0023] 基于3×3微光纤耦合器的掺铒光纤激光器用火焰拉伸法拉伸三根光纤缠绕区域，拉伸后的耦合区域的光纤直径只有5微米，耦合区长度为1cm，如图3所示，并增大其瞬逝场，所以耦合区域对于温度、压力、折射率等外部环境的变化非常敏感。

[0024] 基于3×3微光纤耦合器的掺铒光纤激光器的制备方法，将三根去除保护层的单模光纤缠绕在一起，一般三圈即可。利用火焰刷法加热缠绕区域并拉伸两端。拉伸长度一般为5cm。从而制成一个3×3微光纤耦合器。如图1所示。

[0025] 该3×3微光纤耦合器的特性如图4、图5和图6所示，当ASE光源从端口1输入该3×3微光纤耦合器，光经过耦合区时耦合进其它光纤，并同时在三个端口输出。图4为端口4输出光谱，图5为端口5输出光谱，图6为端口6输出光谱。

[0026] 用光纤切割刀将端口2、3、5、6以及90cm掺铒光纤的端面切平。通过调节光纤熔接机的参数进行熔接，分别将端口2、3熔接。端口5与掺铒光纤一端熔接，端口6与掺铒光纤另一端熔接。

[0027] 所用的掺铒光纤的掺杂浓度为4000ppm，长度为90cm，其在980波段的吸收率大于7dB/m。

[0028] 该激光器的光路特征为：如图2所示，980泵浦光通过端口1输入进该器件，泵浦掺铒光纤产生放大自发辐射光，并由于两个萨尼亚克环的谐振最终产生激光，并由端口4输出。输出激光光谱图如图7所示。

[0029] 本发明的基于3×3微光纤耦合器的掺铒光纤激光器原理是：利用加热拉伸三根光纤的缠绕区大大增强相互之间的耦合系数，并通过熔接每端的两个端口形成萨尼亚克环，从而产生谐振腔。剩下未熔接的两个端口则作为光的输入输出端，因保留了尾纤，从而很好的与现有的光纤系统相匹配。该方法无需复杂的工艺，使用的火焰拉伸法技术目前也相当成熟，光路系统也非常简单。