一种新型的光纤布拉格光栅激光器

摘要

本发明提出了一种新型的光纤布拉格光栅激光器。该激光器主要由掺铒光纤放大器EDFA、环形器和高反射光纤布拉格光栅组成，其中掺铒光纤放大器EDFA提供光功率，环形器Cir1、Cir2和高反射光纤布拉格光栅FBG1、FBG2共同作用实现基于逆四波混频效应的波长选择，在光纤布拉格光栅非波长选择中心产生基于逆四波混频效应的高性能激光，实现了单波长、单纵模运作；本发明是对以往研究仅在波长选择器件选择中心产生激光光束的有益补充，为物理学、光纤通信、非线性光学、逆四波混频效应等研究提供了支持。

权利要求

1.一种新型的光纤布拉格光栅激光器，其中掺铒光纤放大器(1)提供光功率，环形器Cir1(3)和环形器Cir2(4)、光纤布拉格光栅FBG1(5)和光纤布拉格光栅FBG2(6)用于波长选择，三端口光纤耦合器OC1(2)和四端口光纤耦合器OC2(7)用于光功率耦合，光谱分析仪AQ6319(8)用于激光光谱的实验测量；其特征在于：所述光纤布拉格光栅FBG1的反射因子和半峰全宽分别是99.28％和0.096nm，作为波长选择器件其波长选择区中心是

1549.725nm；光纤布拉格光栅FBG2的反射因子和半峰全宽分别是99.4％和0.088nm，作为波长选择器件其波长选择区中心是1549.782nm；所述激光器由环形器Cir1(3)和环形器Cir2(4)、光纤布拉格光栅FBG1(5)和光纤布拉格光栅FBG2(6)共同组成激光器谐振腔；在光纤布拉格光栅非波长选择中心产生了基于逆四波混频效应的单波长、单纵模激光，该激光光谱中心波长是1549.750nm。

说明书

一种新型的光纤布拉格光栅激光器

所属技术领域

[0001] 本发明涉及一种新型的光纤布拉格光栅激光器，可应用于物理学、光纤通信、非线性光学等领域。

背景技术

[0002] 由于在科学上的重要性和在光通信、传感、测试、微波和太赫兹波产生、光脉冲产生等领域的潜在应用，光纤激光器得到了科技工作者的普遍关注。光纤激光器的波长选择器件可以是光纤环镜、双环滤波器、光纤布拉格光栅等等。文献[1.G.P.Agrawal，Nonlinear fiber optics，4e，Elsevier(Singapore)Pte Ltd.2009，1-528]研 究 了 光纤环镜作波长选择器件的布里渊光纤激光器和两个光纤布拉格光栅组成法布里-珀罗腔镜的高功率全光纤拉曼激光器，文献[2.Chien-Hung Yeh，et al.Opt.Express15，13844-13848(2007)]研究了使用双环滤波器组成的双波长掺铒光纤复合环激光器，文献[3.Xiaoying He，et al.Opt.Express17，21773-21781(2009)]研究了基于光纤布拉格光栅组成法布里-珀罗腔镜的线性腔掺铒光纤激光器，文献[4.Shilong Pan et al.Opt.Express17，5414-5419(2009)]研究了波长可开关的基于σ腔的单纵模双波长掺铒光纤激光器，文献[5.Lawrence R.Chen et al.Opt.Express15，5083-5088(2007)]研究了基于四波混频稳定的双波长掺镱光纤激光器，文献[6.Eun Joo Jung，et al.Opt.Express16，
2791-2796(2008)]研究了基于级联布拉格光栅带通滤波器的双波长光纤环激光器。可以看出，布拉格光栅光纤激光器是一种应用广泛的重要激光器，布拉格光栅是光纤激光器中一种重要的波长选择器件，通过选择合适的光纤布拉格光栅可以在其波长选择中心实现高性能的激光光束。四波混频是一种重要的非线性效应，广泛应用于光纤光学、光通信、物理学等领域[1][7Linn F.Mollenauer，Science，2003，996-997]，文献[8.Shanliang Liu，Applied Physics Letters，89(17)：171118]理论研究了光纤中的逆四波混频效应，指出了逆四波混频效应在物理学、光通信、光纤光学等领域具有重要的学术价值和应用价值；然而，逆四波混频效应的相位条件难于满足；鉴于此，如何实现基于逆四波混频效应的光纤激光器，意义重大。

[0003] 专利申请内容

[0004] 本发明提出了一种新型的基于逆四波混频效应的光纤布拉格光栅激光器，在光纤布拉格光栅非波长选择中心产生高性能激光，实现了单波长、单纵模运作；本发明是对以往研究仅在波长选择器件选择中心产生激光光束的有益补充，为物理学、光纤通信、非线性光学、逆四波混频效应等研究提供了支持。

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0006] 本发明提出的一种新型的光纤布拉格光栅激光器主要由掺铒光纤放大器EDFA、环形器和高反射光纤布拉格光栅组成，其中掺铒光纤放大器EDFA提供光功率，环形器Cir1、Cir2和高反射光纤布拉格光栅FBG1、FBG2共同作用实现基于逆四波混频效应的波长选择，在光纤布拉格光栅非波长选择中心产生高性能激光，实现了单波长、单纵模运作。

[0007] 本发明的有益效果是：

[0008] 本发明提出了一种新型的光纤布拉格光栅激光器，在光纤布拉格光栅非波长选择中心产生基于逆四波混频效应的高性能激光，实现了单波长、单纵模运作；本发明是对以往研究仅在波长选择器件选择中心产生激光光束的有益补充，为物理学、光纤通信、非线性光学、逆四波混频效应等研究提供了支持。

附图说明

[0009] 图1是本发明一种新型的光纤布拉格光栅激光器实验装置示意图。图1中1是掺铒光纤放大器，2和7是50％的耦合器OC1和OC2，3和4是环形器Cir1、Cir2，其中C1、C2和C3分别是环形器的三个端口；5和6是光纤布拉格光栅FBG1、FBG2，8是光谱分析仪AQ6319。

[0010] 图2-4是用光谱分析仪AQ6319实验测量得到图1装置产生激光的光谱；图2中点线所示是去掉图1中Cir2和FBG2得到仅Cir1和FBG1作为波长选择器件的激光光谱；该激光中心波长为1549.725nm。

[0011] 图3中点划线所示是去掉图1中Cir1和FBG1得到仅Cir2和FBG2作为波长选择器件的激光光谱；该激光中心波长为1549.725nm。

[0012] 图4中实线所示是图1中Cir1、FBG1、Cir2和FBG2同时组成激光谐振腔而形成的基于逆四波混频效应的激光光谱；该激光中心波长为1549.750nm。

具体实施方式

[0013] 下面结合附图和实施对本发明进一步说明。

[0014] 图1是本发明一种新型的光纤布拉格光栅激光器实验装置示意图。其中掺铒光纤放大器(1)提供光功率，环形器Cir1(3)和Cir2(4)、光纤布拉格光栅FBG1(5)和FBG2(6)用于波长选择，布拉格光栅FBG1的反射因子和半峰全宽分别是99.28％和0.096nm，布拉格光栅FBG2的反射因子和半峰全宽分别是99.4％和0.088nm，其中C1、C2和C3分别是环形器的三个端口；三端口光纤耦合器OC1(2)和四端口光纤耦合器OC2(7)用于光功率耦合；光谱分析仪AQ6319(8)用于激光光谱的实验测量。

[0015] 实验中，我们去掉图1中Cir2(4)和FBG2(6)得到仅Cir1(3)和FBG1(5)作为波长选择器件的激光光谱。该激光器的工作原理是开启掺铒光纤放大器(1)电源后，背景光经掺铒光纤放大器(1)放大，经OC1(2)耦合到Cir1(3)的C1端口，再经过C2端口进入光纤布拉格光栅FBG1(5)，光纤布拉格光栅FBG1(5)将某一特定波长λ1的光波反射回Cir1(3)经C3进入四端口光纤耦合器OC2(7)；四端口光纤耦合器OC2(7)将λ1波长的一部分光波耦合至掺铒光纤放大器(1)再次放大，之后不断循环形成稳定的λ1波长激光；四端口光纤耦合器OC2(7)将稳定激光的一部分耦合到光谱分析仪AQ6319(8)进行激光光谱的实验测量，测量得到该激光器发出的激光光谱如图2点线所示；由图可见，该激光中心波长为1549.725nm，同时表明Cir1(3)和FBG1(5)作为波长选择器件的波长选择区中心是
1549.725nm。

[0016] 类似地，去掉图1中Cir1和FBG1得到仅Cir2和FBG2作为波长选择器件的激光光谱如图3点划线所示；该激光中心波长为1549.782nm，同时表明Cir2(4)和FBG2(6)作为波长选择器件的波长选择区中心是1549.782nm。

[0017] 我们将Cir1、FBG1、Cir2和FBG2共同组成激光器谐振腔；而我们实验观察到在光纤布拉格光栅非波长选择中心产生了基于逆四波混频效应的单波长、单纵模激光，该激光光谱如图4实线所示，其光谱中心波长在1549.750nm；与以往研究中对应两个波长选择器件对应两个波长选择区中心，将产生双波长激光光束的现象不同；这种在光纤布拉格光栅非波长选择中心产生的单波长、单纵模激光的过程可以看作是两个波长选择器件的两个波长选择区中心所对应两个光场的逆四波混频过程。这种在光纤布拉格光栅非波长选择中心产生的单波长、单纵模激光的新型激光器件将为逆四波混频效应、物理学、光纤通信、非线性光学等领域的深入研究提供支持。