專利名稱：用于制作超窄線寬光纖激光器的微拉錐光纖及激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光器，尤其涉及一種用于制作超窄線寬光纖激光器的微拉錐光纖及激光器。
背景技術(shù)：
超窄線寬光纖激光器以其特有的低相位噪聲特性成為目前光纖激光器中的一個重要發(fā)展方向，它廣泛應(yīng)用于分布式光纖傳感和干涉型光纖傳感系統(tǒng)中，以降低噪聲，提高檢測靈敏度。
目前實現(xiàn)光纖激光器單頻窄線寬輸出的方式主要有短腔法、環(huán)形腔法和受激散射光纖激光器。其中，短腔法一般采用長度為幾厘米的高摻雜濃度的摻鉺光纖作為增益介質(zhì)，窄線寬光纖光柵作為激光器腔鏡，其結(jié)構(gòu)雖然簡單，但實現(xiàn)卻十分困難，首先，摻鉺光纖的長度很短，其摻雜濃度難于控制，摻雜濃度太低，光纖產(chǎn)生的增益遠遠達不到激光器所需要的增益，摻雜濃度太高，又容易出現(xiàn)淬滅現(xiàn)像，此外短腔法還要求光纖光柵3dB帶寬小于0.03nm，對光纖光柵的加工工藝提出了較高的要求，實現(xiàn)難度較大。采用環(huán)形腔法時，激光器的輸出效率較低，現(xiàn)有技術(shù)中雖采用了增加摻雜光纖長度的手段來提高輸出功率，但同時又使得激光器的頻率穩(wěn)定性降低?；诓祭餃Y散射的光纖激光器，其輸出激光存在著IlGHz的頻移，并且由于光纖中布里淵增益帶寬較寬(20MHz左右)，光纖不能太長，以免在布里淵增益譜范圍(20MHz)內(nèi)存在多個激光模式，最終形成隨機跳?，F(xiàn)像，而無法實現(xiàn)穩(wěn)定的單頻運轉(zhuǎn)，同時，由于受光纖長度限制，諧振腔內(nèi)不容易形成增益積累，信號較弱，不利于運用。發(fā)明內(nèi)容
針對背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出了一種用于制作超窄線寬光纖激光器的微拉錐光纖，所述微拉錐光纖由普通單模光纖經(jīng)拉錐工藝制作而成:通過多次拉錐操作，使普通單模光纖上形成多個拉錐區(qū)；所述微拉錐光纖整體接入激光器中，使激光器的諧振腔長度大于或等于80m ;普通單模光纖上的多個拉錐區(qū)可有效抑制布里淵增益，保證激光器單頻運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，同時，大長度的諧振腔可滿足瑞利增益大量累積的需要，提高信號強度。
其基本原理為:光纖的數(shù)值孔徑是一個有限的值，因此，普通單模光纖允許多模聲波的傳導(dǎo)；由于光可以被非零角度的聲波所散射，若角度足夠小，則散射光仍然能在普通單模光纖當中傳播；而在普通單模光纖中，光場的橫向梯度遠遠大于光場的縱向梯度，因此橫向聲波對受激布里淵起著至關(guān)重要的作用，本發(fā)明的微拉錐光纖其獨特的結(jié)構(gòu)可以起到如下作用:1)擴大光纖中光的模場分布，減小光場的橫向梯度，間接地抑制光纖中的橫向聲波；2)使光纖形成變截面結(jié)構(gòu)，破壞橫向聲波的傳導(dǎo)條件；3)分布于普通單模光纖上的多個拉錐區(qū)可以避免受激布里淵增益的累積效應(yīng)。
采用本發(fā)明微拉錐光纖作為諧振腔制成的激光器，可避免采用布里淵增益原理的激光器因存在隨機跳模現(xiàn)像導(dǎo)致單頻運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的問題，同時消除了對于諧振腔長度的限制，使諧振腔可達到百米量級，有效實現(xiàn)瑞利增益累積，提高信號強度。
基于前述方案，本發(fā)明還針對拉錐區(qū)的軸向長度提出了如下的優(yōu)選參數(shù)設(shè)置方案:單個拉錐區(qū)的軸向長度為1.5 2cm ;拉錐區(qū)的軸向長度在此范圍內(nèi)選取，可使光在微拉錐光纖中的傳輸損耗和微拉錐光纖對布里淵增益的抑制效果取得較佳的平衡。
如果拉錐區(qū)之間的間隔距離過小，會使光在微拉錐光纖中的傳輸損耗過大，而如果拉錐區(qū)之間的間隔距離過大，又會導(dǎo)致微拉錐光纖對布里淵增益累積的抑制效果不明顯，針對拉錐區(qū)之間的間隔距離，發(fā)明人經(jīng)過大量實驗后，提出了如下的優(yōu)選方案:為了簡化制作工藝，可使各個拉錐區(qū)之間等間距設(shè)置，相鄰兩個拉錐區(qū)的軸向中心之間間隔Γ6πι。
針對拉錐區(qū)的最小直徑，本發(fā)明還提出了如下的優(yōu)選方案:拉錐區(qū)內(nèi)的最小直徑數(shù)值與普通單模光纖的外徑數(shù)值之間的比值在24: 25 16: 25之間選取。拉錐區(qū)內(nèi)的最小直徑數(shù)值過小，會降低光的通過率，拉錐區(qū)內(nèi)的最小直徑數(shù)值過大，又會導(dǎo)致對布里淵增益的抑制效果不明顯，前述參數(shù)范圍是發(fā)明人在經(jīng)過大量實驗后總結(jié)出的優(yōu)選參數(shù)設(shè)置范圍。
前述的優(yōu)選參數(shù)，基于現(xiàn)有成熟的光纖拉錐工藝，采用普通光纖拉錐設(shè)備即可實現(xiàn)，加工時僅需注意避免將光纖拉斷即可。
本發(fā)明還提出了一種采用前述微拉錐光纖制作而成的超窄線寬光纖激光器，它由泵浦源、波分復(fù)用器、摻鉺光纖段、可調(diào)窄帶濾波器、1X2耦合器、偏振控制器、三端口環(huán)行器、微拉錐光纖段、可變光衰減器和法拉第反射鏡組成； 泵浦源與波分復(fù)用器的第一輸入端光路連接，波分復(fù)用器的輸出端與摻鉺光纖段的輸入端光路連接，摻鉺光纖段的輸出端與可調(diào)窄帶濾波器的輸入端光路連接，可調(diào)窄帶濾波器的輸出端與1X2 I禹合器的輸入端光路連接，1X2 I禹合器的第一輸出端與偏振控制器的輸入端光路連接，1X2 f禹合器的第二輸出端用于激光輸出，偏振控制器的輸出端與三端口環(huán)行器的輸入端光路連接，三端口環(huán)行器的收發(fā)復(fù)用端與微拉錐光纖段的一端光路連接，微拉錐光纖段的另一端與可變光衰減器連接，可變光衰減器與法拉第反射鏡連接；三端口環(huán)行器的輸出端與波分復(fù)用器的第二輸入端光路連接；所述微拉錐光纖由普通單模光纖經(jīng)拉錐工藝制作而成:通過多次拉錐操作，使普通單模光纖上形成多個拉錐區(qū)；所述微拉錐光纖整體接入激光器中，使激光器的諧振腔長度大于或等于80m。
該超窄線寬光纖激光器的工作原理是:泵浦源通過波分復(fù)用器將摻鉺光纖段從低能級泵浦到高能級，從而提供一個寬帶光源；可調(diào)窄帶濾波器作為波長選擇元件，決定激光器的輸出波長；1X2 I禹合 器的第二輸出端用于輸出激光，1X2 I禹合器的第一輸出端用于將光耦合回環(huán)形腔中；偏振控制器用于調(diào)節(jié)控制環(huán)形腔中激光的偏振態(tài)；偏振控制器與三端口環(huán)行器的輸入端光路連接，三端口環(huán)行器的收發(fā)復(fù)用端依次連接微拉錐光纖段、可變光衰減器和法拉第反射鏡，三端口環(huán)行器的輸出端與波分復(fù)用器光路連接，從而形成完整的環(huán)形激光腔?？勺児馑p器和法拉第反射鏡的作用在于提供一個非常微弱的種子光，可變光衰減器對種子光的強度進行控制，以避免窄線寬的后向瑞利信號被淹沒掉，從而增加后向散射產(chǎn)生的概率，窄線寬的瑞利散射光在環(huán)形腔中循環(huán)，最終形成激光振蕩，向外輸出窄線寬、高強度的激光信號。
本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:在保證激光器單頻運轉(zhuǎn)的同時，可有效地實現(xiàn)瑞利增益累積，提高輸出信號強度，其可調(diào)諧范圍與泵浦波長和激光器腔長是否匹配無關(guān)，不必進行額外的線寬壓縮，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，是一種新型的窄線寬光源。


圖1、微拉錐光纖結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2、超窄線寬光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖(圖中標記A所示端口即為I X 2耦合器的第二輸出端，也即激光器輸出端)。
具體實施方式
一種用于制作超窄線寬光纖激光器的微拉錐光纖，所述微拉錐光纖由普通單模光纖經(jīng)拉錐工藝制作而成:通過多次拉錐操作，使普通單模光纖上形成多個拉錐區(qū)8-1 ;所述微拉錐光纖整體接入激光器中，使激光器的諧振腔長度大于或等于80m，普通單模光纖上的多個拉錐區(qū)8-1可有效抑制布里淵增益，保證激光器單頻運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，同時，大長度的諧振腔可滿足瑞利增益大量累積的需要，提高信號強度。
單個拉錐區(qū)8-1的軸向長度(見圖1中標記L所示范圍)為1.5 2cm。
各個拉錐區(qū)8-1之間等間距設(shè)置，相鄰兩個拉錐區(qū)8-1的軸向中心之間間隔(見圖1中標記M所示范圍)4 6m。
拉錐區(qū)8-1內(nèi)的最小直徑數(shù)值與普通單模光纖的外徑數(shù)值之間的比值在24:25 16: 25之間選取。
一種超窄線寬光纖激光器，它由泵浦源1、波分復(fù)用器2、摻鉺光纖段3、可調(diào)窄帶濾波器4、1X2耦合器5、偏振控制器6、三端口環(huán)行器7、微拉錐光纖段8、可變光衰減器9和法拉第反射鏡10組成； 泵浦源I與波分復(fù)用器2的第一輸入端光路連接，波分復(fù)用器2的輸出端與摻鉺光纖段3的輸入端光路連接，摻鉺光纖段3的輸出端與可調(diào)窄帶濾波器4的輸入端光路連接，可調(diào)窄帶濾波器4的輸出端與1X2 f禹合器5的輸入端光路連接，1X2 f禹合器5的第一輸出端與偏振控制器6的輸入端光路連接，1X2 f禹合器5的第二輸出端用于激光輸出，偏振控制器6的輸出端與三端口環(huán)行器7的輸入端光路連接，三端口環(huán)行器7的收發(fā)復(fù)用端與微拉錐光纖段8的一端光路連接，微拉錐光纖段8的另一端與可變光衰減器9連接，可變光衰減器9與法拉第反射鏡10連接；三端口環(huán)行器7的輸出端與波分復(fù)用器2的第二輸入端光路連接；所述微拉錐光纖由普通單模光纖經(jīng)拉錐工藝制作而成:通過多次拉錐操作，使普通單模光纖上形成多個拉錐區(qū)8-1。
權(quán)利要求
1.一種用于制作超窄線寬光纖激光器的微拉錐光纖，其特征在于:所述微拉錐光纖由普通單模光纖經(jīng)拉錐工藝制作而成:通過多次拉錐操作，使普通單模光纖上形成多個拉錐區(qū)(8-1);所述微拉錐光纖整體接入激光器中，使激光器的諧振腔長度大于或等于80m ;普通單模光纖上的多個拉錐區(qū)(8-1)可有效抑制布里淵增益，保證激光器單頻運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，同時，大長度的諧振腔可滿足瑞利增益大量累積的需要，提高信號強度。
2.根據(jù)權(quán)利要求要求I所述的用于制作超窄線寬光纖激光器的微拉錐光纖，其特征在于:單個拉錐區(qū)(8-1)的軸向長度為1.5 2cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求要求I所述的用于制作超窄線寬光纖激光器的微拉錐光纖，其特征在于:各個拉錐區(qū)(8-1)之間等間距設(shè)置，相鄰兩個拉錐區(qū)(8-1)的軸向中心之間間隔Γ6πι。
4.根據(jù)權(quán)利要求要求I所述的用于制作超窄線寬光纖激光器的微拉錐光纖，其特征在于:拉錐區(qū)(8-1)內(nèi)的最小直徑數(shù)值與普通單模光纖的外徑數(shù)值之間的比值在24:25 16: 25之間選取。
5.一種超窄線寬光纖激光器，其特征在于:它由泵浦源(I)、波分復(fù)用器(2)、摻鉺光纖段(3)、可調(diào)窄帶濾波器(4)、1X2耦合器(5)、偏振控制器(6)、三端口環(huán)行器(7)、微拉錐光纖段(8)、可變光衰減器(9)和法拉第反射鏡(10)組成； 泵浦源(I)與波分復(fù)用器(2)的第一輸入端光路連接，波分復(fù)用器(2)的輸出端與摻鉺光纖段(3)的輸入端光路連接，摻鉺光纖段(3)的輸出端與可調(diào)窄帶濾波器(4)的輸入端光路連接，可調(diào)窄帶濾波器(4)的輸出端與1X2耦合器(5)的輸入端光路連接，1X2耦合器(5)的第一輸出端與偏振控制器(6)的輸入端光路連接，1X2 I禹合器(5)的第二輸出端用于激光輸出，偏振控制器(6)的輸出端與三端口環(huán)行器(7)的輸入端光路連接，三端口環(huán)行器(7)的收發(fā)復(fù)用端與微拉錐光纖段(8)的一端光路連接，微拉錐光纖段(8)的另一端與可變光衰減器(9 )連接，可變光衰減器(9 )與法拉第反射鏡(10 )連接；三端口環(huán)行器(7 )的輸出端與波分復(fù)用器(2)的第二輸入端光路連接； 所述微拉錐光纖 由普通單模光纖經(jīng)拉錐工藝制作而成:通過多次拉錐操作，使普通單模光纖上形成多個拉錐區(qū)(8-1);所述微拉錐光纖整體接入激光器中，使激光器的諧振腔長度大于或等于80m。
全文摘要
一種用于制作超窄線寬光纖激光器的微拉錐光纖，所述微拉錐光纖由普通單模光纖經(jīng)拉錐工藝制作而成通過多次拉錐操作，使普通單模光纖上形成多個拉錐區(qū)；所述微拉錐光纖整體接入激光器中，使激光器的諧振腔長度大于或等于80m；普通單模光纖上的多個拉錐區(qū)可有效抑制布里淵增益，保證激光器單頻運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，同時，大長度的諧振腔可滿足瑞利增益大量累積的需要，提高信號強度。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是在保證激光器單頻運轉(zhuǎn)的同時，可有效地實現(xiàn)瑞利增益累積，提高輸出信號強度，其可調(diào)諧范圍與泵浦波長和激光器腔長是否匹配無關(guān)，不必進行額外的線寬壓縮，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，是一種新型的窄線寬光源。
文檔編號G02B6/255GK103149628SQ20131006924
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者朱濤, 陳方元 申請人:重慶大學