專利名稱：一種可編程多波長可調(diào)光纖激光器及其多波長濾波方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可調(diào)諧多波長光纖激光器、光通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵(以下簡稱LCFBG)的多波長可調(diào)光纖激光器。
背景技術(shù)：
光網(wǎng)絡(luò)正在向動(dòng)態(tài)的光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，現(xiàn)有固定的信道頻率間隔不能有效地利用光纖的頻譜資源，因而限制光纖傳輸容量有效的擴(kuò)展。為了解決這一問題，適應(yīng)靈活柵格技術(shù)的多波長可調(diào)光纖激光器成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。多波長可調(diào)光纖激光器具有與光纖器件兼容、帶寬較寬、線寬窄、輸出功率高、強(qiáng)度噪聲低、穩(wěn)定性優(yōu)良、可以靈活輸出不同數(shù)量的波長等優(yōu)點(diǎn)，在光纖通信、光傳感和高分辨率光學(xué)測試等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。為了抑制空間燒孔和提高激光輸出穩(wěn)定性，必須采用光纖環(huán)形腔結(jié)構(gòu)。光纖隔離器以及三端口光纖環(huán)形器保證了激光在環(huán)形腔中單向傳輸。采用半導(dǎo)體光放大器(semiconductor optical amplifier, S0A)作為增益介質(zhì)。相比于常用的摻鉺光纖或者摻鐿稀土光纖增益介質(zhì)，SOA的突出優(yōu)點(diǎn)是具有比較平坦的寬帶增益譜，其增益譜可通過改變半導(dǎo)體材料組分靈活控制，可以很容易匹配光纖激光器與放大器常用1060nm或1550nm波段。在激光諧振腔內(nèi)SOA工作在飽和狀態(tài)，飽和增益鉗制特性與載流子動(dòng)態(tài)恢復(fù)特性有助于SOA實(shí)現(xiàn)高通濾波功能來抑制并消除強(qiáng)度噪聲和低頻干擾，配合腔內(nèi)的窄帶濾波器實(shí)現(xiàn)光纖激光器的單縱模激射。眾所周知，摻鉺光纖增益介質(zhì)在常溫下呈現(xiàn)均勻加寬特性，當(dāng)波長間隔變小時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的模式競爭和波長不穩(wěn)定性，不適合本專利的應(yīng)用要求。因此，采用非均勻加寬增益特性的SOA作為光纖諧振腔的增益介質(zhì)成為我們的必然選擇。要實(shí)現(xiàn)光纖·激光器輸出波長可調(diào)諧，必須要有可調(diào)光濾波器對(duì)波長進(jìn)行選擇。目前報(bào)道的可調(diào)諧光纖激光器通常采用機(jī)械控制方法來控制濾波器進(jìn)而改變激射波長，其響應(yīng)速度慢，波長定位重復(fù)性差，易受環(huán)境因素干擾。在很大程度上抵消了可調(diào)光纖激光器的固有優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種可編程多波長可調(diào)光纖激光器及其多波長濾波方法，它克服傳統(tǒng)光纖激光器機(jī)械方式選頻的缺點(diǎn)，解決了光纖激光器增益范圍內(nèi)波長數(shù)量、波長間隔獨(dú)立連續(xù)可調(diào)的難題；其輸出波長數(shù)量及波長間隔可以數(shù)字化選擇，快速掃描與靈活尋址兼顧。解決了激光波長切換時(shí)間長、頻率定位精度低的難題。技術(shù)方案:
本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種可編程多波長可調(diào)光纖激光器，包括通過光纖依次連接的半導(dǎo)體光放大器、光隔離器、多波長可調(diào)光纖光柵濾波器和光纖耦合器；所述的多波長可調(diào)光纖光柵濾波器包括程控?zé)岽蛴☆^、第一寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵和可編程控制電路，所述的程控?zé)岽蛴☆^上面有一個(gè)加熱陣列，所述的第一寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵沿著程控?zé)岽蛴☆^的加熱陣列方向與加熱陣列緊密貼合，所述可編程控制器根據(jù)所需激射波長來控制程控?zé)岽蛴☆^的加熱陣列相應(yīng)位置的局部加熱。所述的程控?zé)岽蛴☆^的加熱陣列由一排等間距的加熱單元組成，每個(gè)加熱單元可以獨(dú)立開啟或關(guān)閉。還包括設(shè)置于多波長可調(diào)光纖光柵濾波器和光纖耦合器之間的第二寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵和三端口光纖環(huán)形器，所述三端口光纖環(huán)形器第一端口經(jīng)光纖接至多波長可調(diào)光纖光柵濾波器，所述三端口光纖環(huán)形器的第三端口經(jīng)光纖接至光纖耦合器，所述三端口光纖環(huán)形器的第二端口則接至第二寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵，所述第二寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵工作于反射模式。還包括第一偏振控制器和第二偏振控制器，所述第一偏振控制器位于多波長可調(diào)光纖光柵濾波器和三端口光纖環(huán)形器之間，所述的第二偏振控制器位于半導(dǎo)體光放大器和光纖稱合器之間。所述可編程控制器控制程控?zé)岽蛴☆^的加熱陣列的不同間距的加熱單元加熱。所述可編程控制器控制程控?zé)岽蛴☆^的加熱陣列的加熱局部的數(shù)量可調(diào)，可以同時(shí)加熱兩個(gè)局部或多個(gè)局部。光纖I禹合器輸出端分光比為10/90 20/80。一種可調(diào)光纖激光器的多波長濾波方法，在直流驅(qū)動(dòng)下半導(dǎo)體光放大器產(chǎn)生一個(gè)自發(fā)輻射譜，通過光纖進(jìn)入隔離器，隔離逆行的雜散光，再經(jīng)多波長可調(diào)光纖光柵濾波器實(shí)現(xiàn)選頻，經(jīng)選頻的光波進(jìn)入光纖耦合器，分成兩路光波，一路光波作為輸出，另一路光波重新回到半導(dǎo)體光放大器，所述多波長可調(diào)光纖光柵濾波器的選頻方法如下:由可編程控制器控制程控?zé)岽蛴☆^的加熱陣列對(duì)第一寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵選定局部進(jìn)行加熱。經(jīng)選頻的光波在進(jìn)入光纖耦合器之前，進(jìn)入第一偏振控制器，調(diào)節(jié)光偏振態(tài)；然后進(jìn)入三端口光纖環(huán)形器，三端口光纖環(huán)形器將光波導(dǎo)入到第二寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵，經(jīng)反射消除光纖光柵通帶邊緣的自發(fā)輻射噪聲；然后回到三端口光纖環(huán)形器，之后再進(jìn)入光纖耦合器，分成兩路光波，一路光波作為輸出，另一路經(jīng)第二偏振控制器，實(shí)現(xiàn)再次調(diào)節(jié)光偏振態(tài)，最后回到半導(dǎo)體光放大器。所述的程控?zé)岽蛴☆^的加熱陣列采用一排等間距的加熱單元，每個(gè)加熱單元可以獨(dú)立開啟或關(guān)閉；所述可編程控制器控制程控?zé)岽蛴☆^加熱陣列的不同間距的加熱單元加熱；所述加熱局部的數(shù)量可以是兩個(gè)局部或多個(gè)局部。技術(shù)效果:
由于第一寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵被加熱局部的位置和數(shù)量分別決定了透射峰的波長和數(shù)量，可編程控制器根據(jù)具體需求來控制程控?zé)岽蛴☆^加熱陣列相應(yīng)位置的局部加熱。可以控制一種可編程多波長可調(diào)光纖激光器選擇所需的激射波長及波長間隔，如此，一種可編程多波長可調(diào)光纖激光器便可實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制。并且使得激光波長切換時(shí)間短，頻率定位精度高，更靈活，實(shí)現(xiàn)快速掃描與靈活尋址，且可以對(duì)輸出激光波長連續(xù)調(diào)諧。


圖1是本 發(fā)明第一種實(shí)施例的主視示意圖；圖2是本發(fā)明多波長可調(diào)光纖光柵濾波器的主視示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)如圖1和圖2，一種可編程多波長可調(diào)光纖激光器包括依次通過光纖連接的半導(dǎo)體光放大器S0A1、光隔離器2、靈活柵格多波長可調(diào)窄線寬光纖光柵濾波器3、第一偏振控制器4、三端口光纖環(huán)形器5、光纖稱合器7和第二偏振控制器8。還包括第二寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵6，所述的第二寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵6接至三端口光纖環(huán)形器5的第二端口，所述的三端口光纖環(huán)形器5的第一端口和第三端口分別經(jīng)光纖接至第一偏振控制器4輸出端和光纖耦合器7的輸入端，所述的靈活柵格多波長可調(diào)窄線寬光纖光柵濾波器3包括程控?zé)岽蛴☆^10、第一寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵11、可編程控制電路12和散熱風(fēng)扇13。所述的第一寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵11沿著程控?zé)岽蛴☆^10的加熱陣列14方向與加熱陣列14緊密貼合，加熱陣列由一排等間距的加熱單元組成，每個(gè)加熱單元可以獨(dú)立開啟或關(guān)閉，開啟則加熱。所述可編程控制器控制程控?zé)岽蛴☆^10加熱局部的位置。因?yàn)閷?duì)于本專利中的濾波器，透射波長和加熱局部的位置成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，加熱不同位置的局部可以產(chǎn)生不同的激射波長；同時(shí)加熱多個(gè)局部，則可以產(chǎn)生多個(gè)激射波長。使用程控?zé)岽蛴☆^對(duì)LCFBG加熱來實(shí)現(xiàn)濾波效果，響應(yīng)速度快，波長重復(fù)定位性好。LCFBG的布拉格波長隨著光柵軸向線性變化，想要特定的透射峰波長只需在LCFBG軸向相應(yīng)局處插入η相移即可。LCFBG被加熱局部的位置和數(shù)量分別決定了透射峰的波長和數(shù)量，當(dāng)同時(shí)對(duì)LCFBG多個(gè)局部進(jìn)行加熱時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)多波長濾波。上述一種可編程多波長可調(diào)光纖激光器具體工作過程如下:
在直流驅(qū)動(dòng)下半導(dǎo)體光放大器(以下簡稱S0A)產(chǎn)生一個(gè)自發(fā)輻射譜，作為初始的寬帶光源，光波通過光纖進(jìn)入隔離器，隔離逆行的雜散光。光波單向經(jīng)過隔離器后，進(jìn)入靈活柵格多波長可調(diào)窄線寬光纖光柵濾波器。可編程控制電路控制程控?zé)岽蛴☆^對(duì)第一寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵11 (以下簡稱第一寬帶LCFBG)特定局部進(jìn)行加熱，其中第一帶寬LCFBGlI工作在透射模式， 結(jié)合程控?zé)岽蛴☆^產(chǎn)生靈活柵格濾波效果:熱光效應(yīng)將會(huì)導(dǎo)致被加熱的微小區(qū)域光纖折射 率改變，使得通過該區(qū)域的光波產(chǎn)生一個(gè)相移，當(dāng)產(chǎn)生η相移時(shí)，就可以在第一寬帶LCFBG的透射禁帶頻譜上產(chǎn)生一個(gè)最佳的透射峰，實(shí)現(xiàn)選頻；當(dāng)同時(shí)加熱一個(gè)或多個(gè)局部時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)單波長或多波長濾波，改變加熱局部的位置，則可以改變對(duì)應(yīng)透射峰的中心波長，改變加熱局部的間隔，則可以改變對(duì)應(yīng)透射波長的間隔，即可以選定激光器所要輸出的波長數(shù)量、激射波長以及激射波長間隔；光波從第一寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵傳輸出來后，所需要的波長及波長數(shù)量即被選定。接著，光波進(jìn)入第一偏振控制器，然后進(jìn)入三端口光纖環(huán)形器。三端口光纖環(huán)形器將光波導(dǎo)入到第二寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵(以下簡稱第二帶寬LCFBG)中，由于第二寬帶LCFBG工作在反射模式，光波被第二寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵反射后，光波中無用的自發(fā)輻射邊帶波長被濾除掉，即第二寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵利用寬帶反射特性消除光纖光柵通帶邊緣的自發(fā)輻射噪。第二寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵6和第一寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵11是一對(duì)特性相同的寬帶光柵對(duì)。第一寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵11和第二寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵6相結(jié)合實(shí)現(xiàn)激光器的選頻功能。至此，激光器徹底完成了選頻。完成選頻后的光波被反射回三端口光纖環(huán)形器然后進(jìn)入光纖稱合器，分成兩路光波，一路光波作為輸出，但此時(shí)沒有形成激光，另一路光波通過第二偏振器后進(jìn)去SOA，此時(shí)SOA作為增益介質(zhì)，對(duì)被選頻后的光波進(jìn)行放大。通過多次在光纖環(huán)形腔內(nèi)重復(fù)這一過程，當(dāng)半導(dǎo)體光放大器的增益和環(huán)形腔內(nèi)的損耗達(dá)到平衡時(shí)，建立起穩(wěn)定的激光振蕩，從而形成穩(wěn)定的頻率可調(diào)諧的激光輸出?？梢酝ㄟ^改變光纖耦合器的分光比來控制腔內(nèi)的損耗和輸出光功率。光纖率禹合器7輸出端分光比一般為10/90 20/80,即10% 20%的光從光纖環(huán)形腔中輸出。但光纖耦合器輸出端分光比不限于10/9CT20/80，可以根據(jù)實(shí)際條件進(jìn)行選擇。第一偏振控制器4和第二偏振控制器8可以是任意的調(diào)節(jié)光波偏振態(tài)的器件。通過可編程控制電路12，可以控制靈活柵格多波長可調(diào)窄線寬光纖光柵濾波器3選擇所需的激射波長、波長數(shù)量及波長間隔，如此，靈活柵格多波長可調(diào)光纖激光器便可實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制。另外，可以根據(jù)實(shí)際需求，選擇1060nm波段或1550nm波段的S0A，然后根據(jù)所選擇的SOA來選擇具有相應(yīng)波段透射禁帶的寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵，這樣便可以根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)不同波段的多波長可調(diào) 光纖激光器。
權(quán)利要求
1.一種可編程多波長可調(diào)光纖激光器，包括通過光纖依次連接的半導(dǎo)體光放大器(I)、光隔離器(2)、多波長可調(diào)光纖光柵濾波器(3)和光纖耦合器(7);其特征在于:所述的多波長可調(diào)光纖光柵濾波器(3)包括程控?zé)岽蛴☆^(10)、第一寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵(11)和可編程控制電路(12)，所述的程控?zé)岽蛴☆^(10)上面有一個(gè)加熱陣列(14)，所述的第一寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵(11)沿著程控?zé)岽蛴☆^(10)的加熱陣列(14)方向與加熱陣列(14)緊密貼合，所述可編程控制器根據(jù)所需激射波長來控制程控?zé)岽蛴☆^(10)的加熱陣列(14)相應(yīng)位置的局部加熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可編程多波長可調(diào)光纖激光器，其特征在于:所述的程控?zé)岽蛴☆^的加熱陣列(14)由一排等間距的加熱單元組成，每個(gè)加熱單元可以獨(dú)立開啟或關(guān)閉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種可編程多波長可調(diào)光纖激光器，其特征在于:還包括設(shè)置于多波長可調(diào)光纖光柵濾波器(3)和光纖耦合器(7)之間的第二寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵(6)和三端口光纖環(huán)形器(5)，所述三端口光纖環(huán)形器(5)第一端口經(jīng)光纖接至多波長可調(diào)光纖光柵濾波器(3)，所述三端口光纖環(huán)形器(5)的第三端口經(jīng)光纖接至光纖耦合器(7)，所述三端口光纖環(huán)形器(5)的第二端口則接至第二寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵(6),所述第二寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵(6)工作于反射模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可編程多波長可調(diào)光纖激光器，其特征在于:還包括第一偏振控制器(4)和第二偏振控制器(8),所述第一偏振控制器(4 )位于多波長可調(diào)光纖光柵濾波器(3)和三端口光纖環(huán)形器(5)之間，所述的第二偏振控制器(8 )位于半導(dǎo)體光放大器(I)和光纖耦合器(7 )之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種可編程多波長可調(diào)光纖激光器，其特征在于:所述可編程控制器控制程控?zé)岽蛴☆^(10)的加熱陣列(14)的不同間距的加熱單元加熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種可編程多波長可調(diào)光纖激光器，其特征在于:所述可編程控制器控制程控?zé)岽蛴☆^(10)的加熱陣列(14)的加熱局部的數(shù)量可調(diào)，可以同時(shí)加熱兩個(gè)局部或多個(gè)局部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種可編程多波長可調(diào)光纖激光器，其特征在于:光纖耦合器(7)輸出端分光比為10/90 20/80。
8.一種可編程多波長可調(diào)光纖激光器的多波長濾波方法，在直流驅(qū)動(dòng)下半導(dǎo)體光放大器產(chǎn)生一個(gè)自發(fā)輻射譜，通過光纖進(jìn)入隔離器，隔離逆行的雜散光，再經(jīng)多波長可調(diào)光纖光柵濾波器實(shí)現(xiàn)選頻，經(jīng)選頻的光波進(jìn)入光纖耦合器，分成兩路光波，一路光波作為輸出，另一路光波重新回到半導(dǎo)體光放大器，其特征在于:所述多波長可調(diào)光纖光柵濾波器的選頻方法如下:由可編程控制器控制程控?zé)岽蛴☆^的加熱陣列(14)對(duì)第一寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵選定局部進(jìn)行加熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種可編程多波長可調(diào)光纖激光器的多波長濾波方法，其特征在于:經(jīng)選頻的光波在進(jìn)入光纖耦合器之前，進(jìn)入第一偏振控制器，調(diào)節(jié)光偏振態(tài)；然后進(jìn)入三端口光纖環(huán)形器，三端口光纖環(huán)形器將光波導(dǎo)入到第二寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵，經(jīng)反射消除光纖光柵通帶邊緣的自發(fā)輻射噪聲；然后回到三端口光纖環(huán)形器，之后再進(jìn)入光纖耦合器，分成兩路光波，一路光波作為輸出，另一路經(jīng)第二偏振控制器，實(shí)現(xiàn)再次調(diào)節(jié)光偏振態(tài)，最后回到半導(dǎo)體光放大器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的一種可編程多波長可調(diào)光纖激光器的多波長濾波方法，其特征在于:所述的程控?zé)岽蛴☆^的加熱陣列(14)采用一排等間距的加熱單元，每個(gè)加熱單元可以獨(dú)立開啟或關(guān)閉；所述可編程控制器控制程控?zé)岽蛴☆^(10)加熱陣列(14)的不同間距的加熱單元加熱 ；所述加熱局部的數(shù)量可以是兩個(gè)局部或多個(gè)局部。
全文摘要
本發(fā)明涉及提供一種可編程多波長可調(diào)光纖激光器及其多波長濾波方法，本發(fā)明的選頻方案解決了光纖激光器增益范圍內(nèi)波長數(shù)量、波長間隔獨(dú)立連續(xù)可調(diào)的難題；解決了激光波長切換時(shí)間長、頻率定位精度低的難題。而其輸出波長、數(shù)量及波長間隔可以數(shù)字化選擇，快速掃描與靈活尋址兼顧。技術(shù)方案是包括依次通過光纖連接的半導(dǎo)體光放大器、光隔離器、多波長可調(diào)光纖光柵濾波器和光纖耦合器，波長可調(diào)光纖光柵濾波器包括程控?zé)岽蛴☆^、第一寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵和可編程控制電路，第一寬帶線性啁啾光纖布拉格光柵沿著程控?zé)岽蛴☆^的加熱陣列方向與加熱陣列緊密貼合，可編程控制器根據(jù)需求激射波長來控制程控?zé)岽蛴☆^加熱陣列相應(yīng)位置的局部加熱。
文檔編號(hào)H01S3/067GK103247933SQ201310134838
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
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