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0431-81702023
光學工程
2μm波段多波長可調諧光纖激光器新研究

1.引言

2μm波段摻銩光纖激光器工作在人眼安全波段、效率高、光束質量好,可廣泛應用于激光醫療、傳感、雷達和空間通信等領域,也可作為3--5μm中紅外光參量振蕩的泵浦源。近十年,摻銩光纖激光技術在高功率、寬調諧范圍及脈沖激光領域已取得了快速的進展。多波長光纖激光器結構簡單、成本低、穩定性好,在波分復用系統、分布式光纖傳感系統、微波光子技術等方面具有很好的應用價值。獲得多波長的方法主要有非線性偏振旋轉效應和四波混頻效應的多波長摻銩光纖激光器,非線性光纖環形鏡的多波長摻銩光纖激光器。

本文提出了一種利用光纖馬赫-曾德(M-Z)干涉儀濾波的多波長摻銩光纖激光器,并采用1573nm光纖激光泵浦一段4m長單模摻銩光纖的環形腔結構。實現了2μm波段1--3個波長的多波長激光輸出, 輸出的單波長激光3dB線寬為0.048nm, 邊模抑制比為53dB。

2.實驗結構與工作原理

基于光纖M-Z干涉儀濾波的多波長摻銩光纖激光器結構如圖1所示, 兩個級聯的2×2耦合器(3dB) 構成的M-Z干涉儀, 通過一個3dB耦合器接入激光環形腔, 另一個3dB耦合器兩端光纖連接作為Sagnac全反射鏡,該結構構成了反射式濾波器。中心波長為1573nm光纖激光泵浦源通過一個1570/2000nm波分復用器(WDM)注入一段4m長單模摻銩光纖(TDF)中,摻銩光纖的數值孔徑、1570nm處吸收、2000nm模場直徑分別為0.15、15dB/m、10.5μm。摻銩光纖中Tm3+粒子受激輻射產生的背向增益經M-Z干涉儀濾波后,在輸出耦合器90%端口反饋,在環形腔內不斷放大而形成激光振蕩,在10%端口輸出,采用光譜分析儀(AQ6375)觀測光譜。利用偏振控制器(PC) 改變腔內激光偏振態,光隔離器保證環形腔內單方向通光。

光纖M-Z干涉濾波器由兩個3dB光纖耦合器組成,初始輸入光被耦合器1分為強度相等的兩束光,在耦合器2的3、4端口干涉, 耦合器2的3、4 端口相連形成環路, 干涉光沿環路返回耦合器1中再次干涉并輸出。光纖M-Z干涉儀的濾波特性由耦合器的分光比和干涉儀兩臂的臂長差共同決定。

3.實驗結果與討論

1573nm光纖激光器的輸出功率為250mW,2μm波段的1895nm附近形成了多波長激光振蕩,由于M-Z的梳狀濾波周期較小,相近模式激光之間存在模式競爭。調節PC改變腔內激光偏振態來抑制一些波長振蕩,1.9μm波段得到1--3個波長數的多波長激光輸出。圖2為1h內不同波長數的多波長激光輸出光譜。其中,單波長激光中心波長為1895.5nm,3dB線寬約為0.048nm,邊模抑制比為53dB;雙波長激光波長間隔約為1nm,邊模抑制比為50dB。可以看出,在60min內,單波長和三波長輸出比較穩定, 雙波長在0.5nm范圍內產生了漂移。

 

 

      圖3為60min內該多波長摻銩光纖激光器的功率穩定性,詳細記錄了輸出波長數分別為1--3個時單個波長的功率變化,時間間隔為10min。可以看出, 該多波長摻銩光纖激光器具有較好的功率穩定性。

 

4.結論

提出并實驗研究了一種光纖馬赫 -曾德干涉儀濾波的環形腔多波長摻銩光纖激光器,1573nm光纖激光器泵浦一段4m長單模摻銩光纖。泵浦功率為250mW時,通過調節 PC實現了2μm波段波長數為1--3的多波長激光輸出。該多波長激光器具有窄線寬、高信噪比、較好的功率穩定性等特點。

 

 


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