專利名稱：基于半導(dǎo)體光放大器的具有超密波長間隔的可調(diào)諧多波長光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光和光通信領(lǐng)域，特別是提供了一種基于半導(dǎo)體光放大器的具有超密波長間隔的可調(diào)諧多波長光纖激光器。
背景技術(shù)：
隨著大容量光通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，波分復(fù)用(WDM)技術(shù)獲得了廣泛的應(yīng)用。近年來，多波長光纖激光器不僅成為波分復(fù)用系統(tǒng)的重要光源，還廣泛地應(yīng)用于光傳感、光采樣、光學(xué)測量和微波光子學(xué)等領(lǐng)域，引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。摻鉺光纖(EDF)能提供較大的增益，較高的飽和功率和較低的偏振相關(guān)增益譜，是理想的激光器增益介質(zhì)。但是摻傅光纖是一種均勻加寬增益介質(zhì)，其室溫下均勻加寬線寬超過10nm，這一均勻加寬特性將會引起交叉增益飽和，從而產(chǎn)生模式競爭效應(yīng)，導(dǎo)致基于摻鉺光纖的多波長激光器的輸出功率不穩(wěn)。已經(jīng)有多種方法來解決這個問題，包括將摻鉺光纖浸泡在液氮(77K)中來抑制其均勻加寬機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)多波長摻餌光纖激光器，通過頻移反饋來阻止激光器的單模振蕩，利用非線性光纖中的四波混頻效應(yīng)來產(chǎn)生自穩(wěn)定的多波長，利用光纖中非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)誘導(dǎo)的強(qiáng)度相關(guān)損耗，和采用級聯(lián)的受激布里淵散射實(shí)現(xiàn)布里淵多波長摻鉺光纖激光器。半導(dǎo)體光放大器(S0A)是一種非均勻加寬的增益介質(zhì)，能夠在室溫下產(chǎn)生穩(wěn)定多波長激光，且具有體積小、增益帶寬較寬、可集成等優(yōu)點(diǎn)。己有的實(shí)驗(yàn)研究證明，與摻鉺光纖為增益介質(zhì)的光纖激光器相比，在常溫下基于半導(dǎo)體光放大器的光纖激光器更容易產(chǎn)生穩(wěn)定的多波長激射。由于半導(dǎo)體光放大器的3dB增益帶寬一般可達(dá)50nm,增益譜平坦度好，保證了激光器多波長輸出時帶寬較寬，不同波長間功率波動較小。與其他類型的多波長光纖激光器相比，半導(dǎo)體光放大器光纖環(huán)形激光器腔長短，無需外加抽運(yùn)光。此外，相比摻鉺光纖毫秒量級的增益恢復(fù)時間，半導(dǎo)體光放大器載流子恢復(fù)時間僅為幾十到幾百皮秒，遠(yuǎn)小于幾百納秒的環(huán)腔渡越時間，因而半導(dǎo)體光放大器激光器弛豫振蕩小，超模抑制效果好，故激光器工作穩(wěn)定，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?br> 到目前為止，己經(jīng)有很多關(guān)于半導(dǎo)體光放大器的多波長光纖激光器的報道，能產(chǎn)生不同的波長個數(shù)和波長間隔。釆用半導(dǎo)體光放大器光纖環(huán)腔結(jié)構(gòu)，以高雙折射光纖環(huán)鏡為濾波器的多波長激光器，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)可調(diào)諧的17個波長的穩(wěn)定輸出，其信道間隔100GHz，峰值功率差小于6dB，信噪比大于25dB。采用以法布里一珀羅光纖干涉儀濾波的半導(dǎo)體光放大器光纖環(huán)形激光器，實(shí)現(xiàn)了間距50GHz， 51個波長的連續(xù)光激射，功率不平坦度約為4dB。插入信道間隔為100GHz的馬赫一曾德光纖干涉儀的半導(dǎo)體光放大器多波長光纖環(huán)形激光器，可輸出24個波長的連續(xù)光，消光比大于30dB，其中在17.9nm光譜范圍內(nèi)的22個波長，功率不平坦度僅為1.2dB，總輸出功率為5. ldBm。以上這些報道的基于半導(dǎo)體光放大器多波長光纖激光器產(chǎn)生的激光波長間隔都同半導(dǎo)體光放大器的均勻加寬線寬(半導(dǎo)體光放大器在室溫下的均勻加寬線寬在1550nm附近約為0. 6nm)在同一數(shù)量級。雖然波長間隔小于半導(dǎo)體光放大器均勻加寬線寬的多波長激光器也有報道，例如利用具有三個波長間隔為O. 05nm的反射峰的光纖光柵，實(shí)現(xiàn)了三個超密波長間隔激光波長的同時激射，但是這種方法產(chǎn)生的波長數(shù)是非常有限的。
非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)是半導(dǎo)體光放大器中的一種重要的非線性效應(yīng)。在半導(dǎo)體光放大器中，非線性偏振旋轉(zhuǎn)有兩種來源 一是半導(dǎo)體光放大器中兩個模式(TE模式和TM模式)有不同的增益；二是雙折射的存在。因此，當(dāng)光波經(jīng)過半導(dǎo)體光放大器時，其偏振態(tài)會發(fā)生變化，這就是非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。半導(dǎo)體光放大器中的非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)通常用來實(shí)現(xiàn)全光信號處理，通常在泵浦光(或控制光)/探測光應(yīng)用中，通過泵浦光引入附加雙折射來實(shí)現(xiàn)探測光的偏振態(tài)的變化，隨著注入泵浦光信號功率的變化，探測光的TE和TM模式的增益和有效折射率非線性地變化，輸出探測信號的偏振態(tài)將受到輸入泵浦光功率的調(diào)制。如果在半導(dǎo)體光
放大器輸出端引入檢偏器(或偏振分束器)，則利用非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了一個全光偏振光開關(guān)。當(dāng)只有一束光進(jìn)入半導(dǎo)體光放大器中時，即這束光既當(dāng)泵浦光又當(dāng)探測光，由于非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)在半導(dǎo)體光放大器輸出端的檢偏器也可以實(shí)現(xiàn)光信號的自開關(guān)。這就是半導(dǎo)體光放大器中非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)導(dǎo)致的強(qiáng)度相關(guān)傳輸，可以用于抑制半導(dǎo)體光放大器均勻加寬線寬內(nèi)的模式競爭，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的具有超密波長間隔的多波長激光產(chǎn)生。
為了實(shí)現(xiàn)多波長輸出通常需要在激光腔內(nèi)插入周期性的多波長濾波器，比如波長固定的Fabry-P&ot濾波器、波長可調(diào)諧的啁啾光纖光柵或取樣光柵和雙折射光纖環(huán)形鏡等。波長固定的濾波器使得激光器不可調(diào)諧，光纖光柵和雙折射光纖環(huán)形鏡的調(diào)諧范圍相當(dāng)有限?？紤]到半導(dǎo)體光放大器的偏振相關(guān)增益，基于半導(dǎo)體光放大器的激光器可以利用偏振調(diào)諧。
本發(fā)明提出一種基于半導(dǎo)體光放大器的具有超密波長間隔的可調(diào)諧多波長光纖激光器，該激光器利用半導(dǎo)體光放大器的非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)波長間隔小于半導(dǎo)體光放大器均勻加寬線寬的多波長激光輻射，還利用半導(dǎo)體光放大器的偏振相關(guān)增益實(shí)現(xiàn)多波長激光的大范圍偏振調(diào)諧。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種基于半導(dǎo)體光放大器的具有超密波長間隔的可調(diào)諧多波長光纖激光器，波長間隔可以小于半導(dǎo)體光放大器的均勻加寬線寬，利用半導(dǎo)體光放大器的偏振相關(guān)增益特性實(shí)現(xiàn)了多波長激光的大范圍偏振調(diào)諧。環(huán)形激光腔中包括一個半導(dǎo)體光放大器作為增益介質(zhì)，為了優(yōu)化進(jìn)入半導(dǎo)體光放大器的入射光的偏振態(tài)，半導(dǎo)體光放大器前有一個偏振控制器，半導(dǎo)體光放大器后是另外一個偏振控制器， 一個兩端帶尾纖的偏振相關(guān)隔離器保證激光器單方向工作，同時還起到一個起偏器的作用，它前面的偏振控制器用來調(diào)節(jié)進(jìn)入偏振器中的濾波器是一個雙折射光纖環(huán)鏡，它由一個3dB耦合器、一段長丄的高雙折射光纖(保偏光纖)和偏振控制器構(gòu)成。激光器中還有一個10dB耦合器，它的10%端口用于輸出光信號，90%光信號繼續(xù)在腔內(nèi)循環(huán)。
半導(dǎo)體光放大器的非線性偏振特性是其特性的一個重要方面，近年來受到人們的重視。半導(dǎo)體光放大器的非線性偏振特性嚴(yán)格說來應(yīng)包括兩個方面，即偏振相關(guān)的增益特性和偏振相關(guān)的相位特性。通常情況下，半導(dǎo)體光放大器的非線性偏振特性是指偏振相關(guān)的增益特性;而對于半導(dǎo)體光放大器非線性偏振特性的另一個方面，即相位偏振特性，曾經(jīng)未能引起人們的重視。但近年人們正深入全面地研究半導(dǎo)體光放大器的偏振特性及其應(yīng)用。半導(dǎo)體光放大器的偏振相關(guān)增益特性指在半導(dǎo)體光放大器中不同模式(TE和TM)的增益不相同，因此對不同偏振態(tài)的輸入信號的增益不相同。而相位偏振特性，是指由于不同模式的光信號在半導(dǎo)體光放大器中發(fā)生的相位變化不相同，因此一束光經(jīng)過半導(dǎo)體光放大器后，其兩個分量(TE、TM)發(fā)生的相位變化不同，從而導(dǎo)致從半導(dǎo)體光放大器輸出光信號的偏振態(tài)不同于初始進(jìn)入半導(dǎo)體光放大器時的狀態(tài)。如果在半導(dǎo)體光放大器輸出端引入檢偏器(偏振相關(guān)隔離器)，則利用非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了一個全光偏振光開關(guān)，它是偏振控制器、半導(dǎo)體光放大器、偏振控制器和偏振相關(guān)隔離器的聯(lián)合體。調(diào)節(jié)半導(dǎo)體光放大器和偏振相關(guān)隔離器前的偏振控制器，使得隨著入射光強(qiáng)的增大，聯(lián)合體(偏振控制器+半導(dǎo)體光放大器+偏振控制器+偏振相關(guān)隔離器)的傳輸減小，這種強(qiáng)度相關(guān)的損耗可以有效地抑制均勻加寬線寬內(nèi)的模式競爭，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的超密波長間隔的多波長激光產(chǎn)生。同時，由于半導(dǎo)體光放大器具有偏振相關(guān)的增益特性，調(diào)節(jié)激光腔內(nèi)的偏振，可以調(diào)諧多波長激光波長。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是
本發(fā)明所述的基于半導(dǎo)體光放大器的具有超密波長間隔的可調(diào)諧多波長光纖激光器為環(huán)形結(jié)構(gòu)，利用了半導(dǎo)體光放大器的非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，以產(chǎn)生波長間隔小于半導(dǎo)體光放大器均勻加寬線寬的多波長激光，并利用半導(dǎo)體光放大器的偏振相關(guān)增益特性，實(shí)現(xiàn)多波長激光的大范圍調(diào)諧。本發(fā)明所述的光纖激光器內(nèi)有偏振相關(guān)隔離器，偏振相關(guān)隔離器既有保證激光器單向運(yùn)行的作用，又有起偏器的作用，偏振相關(guān)隔離器與半導(dǎo)體光放大器、兩個偏振控制器一起構(gòu)成一個全光偏振光開關(guān)聯(lián)合體。本發(fā)明所述基于半導(dǎo)體光放大器的多波長光纖激光器具有較大波長范圍的調(diào)諧能力，只需要調(diào)節(jié)激光腔內(nèi)的偏振。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖中1、半導(dǎo)體光放大器，2、第一個偏振控制器，3、第二個偏振控制器，4、偏振相關(guān)隔離器，5、 3dB耦合器，6、第三個偏振控制器，7、保偏光纖，8、 10dB耦合器，9、 10dB耦合器的90%端口， 10、 lOdB耦合器的10%端口。
圖2為本發(fā)明的一個具體實(shí)施例輸出多波產(chǎn)激光光譜。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
本發(fā)明設(shè)計了一種基于半導(dǎo)體光放大器的具有超密波長間隔的可調(diào)諧多波長光纖激光器。其結(jié)構(gòu)如圖l所示。激光器中增益介質(zhì)是半導(dǎo)體光放大器(l)，半導(dǎo)體光放大器(l)的輸入端是第一個偏振控制器(2)用來調(diào)節(jié)進(jìn)入半導(dǎo)體光放大器(1)的入射光的偏振態(tài)，輸出端是第二個偏振控制器(3)用來調(diào)節(jié)光進(jìn)入偏振相關(guān)隔離器(4)前的偏振態(tài)。 一個雙折射光纖環(huán)鏡由一個3dB耦合器(5)， 一個偏振控制器(6)和一段保偏光纖(7)組成，構(gòu)成一個周期性濾波器。一個10dB耦合器(8)，它的90%端口(9)接入激光器使光信號繼續(xù)在腔內(nèi)循環(huán)，10%端口(10)用于激光輸出。
環(huán)形激光腔中，自激發(fā)產(chǎn)生的激光在半導(dǎo)體光放大器可以看作是兩個模式(TE模式和TM模式)的疊加。由于半導(dǎo)體光放大器中兩個模式(TE模式和TM模式)有不同的增益和雙折射的存在，因此當(dāng)光波經(jīng)過S0A時，其偏振態(tài)會發(fā)生變化，這就是非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。沒有經(jīng)過特殊設(shè)計處理的偏振靈敏型的半導(dǎo)體光放大器對TE模、TM模的增益可相差5dB 6dB。由于光場的TE和TM兩模式的增益不同，以及兩模式經(jīng)歷的折射率不同，導(dǎo)致從半導(dǎo)體光放大器輸出的信號偏振態(tài)(通常為橢圓偏振態(tài))不同于進(jìn)入半導(dǎo)體光放大器時的情況，即發(fā)生了非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。在半導(dǎo)體光放大器輸出端引入偏振相關(guān)隔離器，則利用非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了一個全光偏振光開關(guān)，它是偏振控制器、半導(dǎo)體光放大器、偏振控制器和偏振相關(guān)隔離器的聯(lián)合體。 一般地，對于一個偏振控制器、半導(dǎo)體光放大器、偏振控制器和偏振相關(guān)隔離器構(gòu)成的聯(lián)合體，其傳輸和光強(qiáng)的關(guān)系存在兩個不同的區(qū)域。其一是傳輸隨光強(qiáng)的增加而提高，其一是傳輸隨光強(qiáng)的增加而減小。后一種情況相當(dāng)于高強(qiáng)度光將經(jīng)歷更大損耗，這時聯(lián)合體相當(dāng)于一個功率均衡器。這種強(qiáng)度相關(guān)非均勻損耗可以用來克服均勻加寬介質(zhì)中的模式競爭，使得激光器在室溫下半導(dǎo)體光放大器均勻加寬線寬內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的多波長輸出。半導(dǎo)體光放大器中非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)作為一種新的克服半導(dǎo)體光放大器均勻加寬線寬內(nèi)模式競爭的機(jī)理和方法，使得基于半導(dǎo)體光放大器光纖激光器在室溫下能產(chǎn)生穩(wěn)定的超密波長間隔多波長輸出。調(diào)節(jié)激光腔內(nèi)的偏振，可以在較大波長范圍內(nèi)調(diào)諧多波長激光。
在此實(shí)施例中使用的保偏光纖長79m，雙折射大小為3.8xl(T4，濾波器波長間隔由公式
A義二/P/(A"丄)決定，其中A"和丄分別是保偏光纖的雙折射和長度，計算得到濾波器波長間
隔是0.08nm。當(dāng)半導(dǎo)體光放大器的驅(qū)動電流是350mA時，調(diào)節(jié)激光腔內(nèi)偏振控制器，產(chǎn)生的多波長激光光譜如圖2，波長間隔0.08nm， 5dB帶寬(1604.67nm至1614.75nm)內(nèi)有126
個激光波長。
權(quán)利要求
1、一種基于半導(dǎo)體光放大器的具有超密波長間隔的可調(diào)諧多波長光纖激光器，其特征在于，環(huán)形激光腔中增益介質(zhì)是半導(dǎo)體光放大器(1)，半導(dǎo)體光放大器(1)的輸入端是第一個偏振控制器(2)用來調(diào)節(jié)進(jìn)入半導(dǎo)體光放大器(1)的入射光偏振態(tài)，輸出端是第二個偏振控制器(3)用來調(diào)節(jié)光進(jìn)入偏振相關(guān)隔離器(4)前的偏振態(tài)。雙折射光纖環(huán)鏡由一個3dB耦合器(5)，一個偏振控制器(6)和一段保偏光纖(7)組成，構(gòu)成一個周期性濾波器。一個10dB耦合器(8)，它的90％端口(9)接入激光器使光信號繼續(xù)在腔內(nèi)循環(huán)，10％端口(10)用于激光輸出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于半導(dǎo)體光放大器的多波長光纖激光器，其特征在于，所述的光纖激光器為環(huán)形結(jié)構(gòu)，增益介質(zhì)是半導(dǎo)體光放大器，利用半導(dǎo)體光放大器的增益偏振相關(guān)特性，容易實(shí)現(xiàn)多波長激光器的大范圍波長偏振調(diào)諧。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體光放大器的多波長光纖激光器，其特征在于，所述的光纖激光器內(nèi)有偏振相關(guān)隔離器，偏振相關(guān)隔離器既有保證激光器單向運(yùn)行的作用，又有起偏器的作用。偏振相關(guān)隔離器與半導(dǎo)體光放大器、兩個偏振控制器一起構(gòu)成一個全光偏振光開關(guān)聯(lián)合體，具有強(qiáng)度相關(guān)傳輸特性，這種強(qiáng)度相關(guān)傳輸可以有效抑制半導(dǎo)體光放大器均勻加寬線寬內(nèi)的模式競爭，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的具有超密波長間隔的多波長激光產(chǎn)生。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體光放大器的多波長光纖激光器，其特征在于，所述的光纖激光器采用的濾波器是一個雙折射光纖環(huán)鏡，它由一個3dB耦合器、 一段高雙折射光纖(保偏光纖)和偏振控制器構(gòu)成，改變保偏光纖長度可以改變?yōu)V波波長間隔，可以實(shí)現(xiàn)超密波長間隔濾波器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于半導(dǎo)體光放大器的具有超密波長間隔的可調(diào)諧多波長光纖激光器，屬于激光和光通信領(lǐng)域。激光器中增益介質(zhì)是半導(dǎo)體光放大器，半導(dǎo)體光放大器的輸入端有一個偏振控制器用來調(diào)節(jié)進(jìn)入半導(dǎo)體光放大器入射光的偏振態(tài)，輸出端有另一個偏振控制器用來調(diào)節(jié)光進(jìn)入偏振相關(guān)隔離器前的偏振態(tài)。一個雙折射光纖環(huán)鏡由一個3dB耦合器，一個偏振控制器和一段保偏光纖組成，構(gòu)成一個周期性濾波器。一個10dB耦合器，它的90％端口接入激光器使光信號繼續(xù)在腔內(nèi)循環(huán)，10％端口用于激光輸出。利用半導(dǎo)體光放大器中的非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，產(chǎn)生波長間隔小于半導(dǎo)體光放大器均勻加寬線寬的多波長激光，并利用半導(dǎo)體光放大器的偏振相關(guān)增益特性，實(shí)現(xiàn)多波長激光的大波長范圍調(diào)諧。
文檔編號H01S5/00GK101656396SQ20091018602
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者況慶強(qiáng), 張祖興, 桑明煌 申請人:江西師范大學(xué)