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实验研究了波长间隔为双倍和三倍布里渊频移的多波长布里渊掺铒光纤激光器, 通过改变布里渊抽运波长实现了多波长激光器的调谐。实验得到了波长间隔为双倍布里渊频移即 0.17 nm的8个布里渊多波长激光产生, 输出波长可以在 110 nm(1528~1638 nm)范围内调谐;还得到了波长间距为三倍布里渊频移即0.26 nm的5个布里渊多波长激光产生, 输出波长可以在60 nm范围(1535~1595 nm)内调谐。另外, 实验还发现布里渊抽运激光波长在激光器自激发振荡波长范围内时, 产生的布里渊波长数达到最大值。该研究在密集波分复用光纤通信系统、微波光子学、光纤传感、光谱测量等领域具有重要的应用前景。
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第
卷
第
期
中
国
激
光
年
月
CHINESEJOURNALOFLASERS
Ma
y
可调谐多倍布里渊频移间隔多波长
光纤激光器
邓 宇 翔
,
张 祖 兴
南京邮电大学电子与光学工程学院先进光子技术实验室
江苏 南京
摘要
实验研究了波长间隔为双倍和三倍布里渊频移的多波长布里渊掺铒光纤激光 器
通过 改变 布里渊 抽运 波长
实现了多波长激光器的调谐
实验得到了波长间隔为双倍布里渊频移即
的
个布 里渊 多波长 激光 产生
输出波长可以在
范围内调谐
还得到了波长间距为三倍布里 渊频 移即
的
个布
里渊多波长激光产生
输出波长可以在
范围
内调谐
另外
实验还发现布里渊抽运激光 波
长在激光器自激发振荡波长范围内时
产生的布里 渊波 长数 达 到最 大值
该 研究 在密 集 波分 复用 光 纤通 信系 统
微波光子学
光纤传感
光谱测量等领域具有重要的应用前景
关键词
激光器
受激布里渊散射
多波长光纤激光器
可调谐激光器
中图分类号
文献标识码
doi
:
.
/
CJL.
Multiwavelen
g
thFiberLaserswithTunableMulti
p
leBrillouin
Fre
q
uenc
y
ShiftInterval
Colle
g
eo
f
ElectronicandO
p
ticalEn
g
ineerin
g
AdvancedPhotonicTechnolo
gy
Laborator
y
Nan
j
in
g
Universit
y
o
f
PostsandTelecommunications
Nan
j
in
g
Jian
g
su
China
Abstract
Ke
y
words
OCIScodes
收稿日期
收到修改稿日期
基金项目
江苏省自然科学基金
江 苏省 特 聘 教 授项 目
江 苏 省
六 大 人才 高 峰
项 目
南京邮电大学人才引进项目
作者简介
邓宇翔
男
硕士研究生
主要从事多波长布里渊光纤激光器方面的研究
导师简介
张祖兴
男
博士
教授
主要从事激光技术
光纤传感及光信号处理等方面的研究
通信联系人
中
国
激
光
引
言
近年来
光纤激光器以其稳定的多波长输出
结构紧凑
光束质量好
损耗低
低阈值功率
宽的可调谐范 围
以及其独 特 的构造对 热 负 荷 效
应具有极高的免疫性
等潜在的优势受到人们广泛
关注
多波长光纤激光器在很多领域有巨大的应用
前景
包括密集波分复用光纤通信系统
微波信号的
产生
光学仪器测试
光纤传感和光谱测量等
受激布 里 渊 散 射
是 一 种 非 线 性 光 学 现
象
是光波 与 声 波 通 过 电 致 伸 缩 相 互 作 用
而 产
生
将受激布里渊散射和掺杂光纤增益相结合的激
光器已引起了国内外 研究人员极 大的兴 趣
等
最 先 提 出 混 合 布 里 渊 掺 铒 光 纤 激 光 器
将掺铒光纤
中的线性增益与单模光
纤
中 的 非 线 性 布 里 渊 增 益 相 结 合 实 现 了 多
波长布里渊激光器
通过布里渊散射级联实现多个
斯托克斯线的同时 产生
即低阶斯 托 克斯信号 由 掺
铒光纤放大 器
放 大 后
作 为 新 的 布 里 渊 抽
运信号以激发更 高 阶的斯托 克 斯信号
之后
不同
研究组对多波长布 里渊激光 器 的不同结 构
不同波
长及调谐范围等方 面进行了 广 泛研究
也取得了 一
定发展
年
等
利用双腔将斯托克
斯光形成级联效应
从而获得 了 多波长布 里 渊光纤
激光器
由于单布里渊频移
的波长间隔对
某些应用
例如波分 复用
来说太窄
因此为扩 大 信
道间隔
减少复用的难度
需要研究波长间隔为多倍
布里渊频移 的 多 波 长 布 里 渊 光 纤 激 光 器
等
利用
耦 合 器 构 成
字 型 结 构
在 实 验 中
利用光子晶体光纤
作为非线性 效应增益介
质
最终获得了
个间隔为
的多波长输出
输出波长可以在
范围内实现 调谐
此后
张鹏
等在
字型结构中通过 加入掺铒光 纤
来提高线性增益
获得了间隔为
的
个波
长输出
输 出 波 长 可 以 在
内 调 谐
张旭萍等
提 出 了 具 有 三 倍 布 里 渊 频 移 间 隔 的 激
光器
在高布里渊抽 运 功率的情 况 下实现了 具 有三
倍布里渊频移间隔的
个多波长输 出
随后
等
在光路中运用两个具有
效应的腔
即单倍
布里渊频移间隔腔 和双倍布 里 渊频移间 隔 腔
通过
两次掺铒光纤放大 器进行信 号 放大补偿
最终获得
了间隔为
的
个功率超过
的多
波长输出
本文 分别研究了 具有双倍
三倍布里渊 频移间
隔的多波长布里渊掺铒光纤激光器
双倍布里渊间
隔频移是通过使用 一 个
端口环形 器
使抽运光 在
单模光纤中连续发 生两次布 里 渊散射
仅通过一 次
掺铒光纤放 大 器进行信 号 放大
在实验中 获 得了
个波长间隔为
的布里渊 多 波长输出 信 号
三倍布里渊 间 隔频移通 过 组合两个 腔 来实现
腔
产生单倍布里渊频移
而腔
产生双倍布里渊频移
最后在实验中获得具有
波长间隔的
个波
长输出信号
实验结构及原理
图
是所构造的双倍
三倍布里渊 频移多波
长光纤激光器实验装置的示意图
该激光器可以看
作是两个单独的腔
包含作为 非 线性增益 介 质的单
模光 纤
长 度 为
和
长 度 为
由 最 大 输 出 功 率 为
的
激 光 抽 运 源
波 分 复 用 器
和长度为
的
构成
用于 在谐振腔
中提供线性 增 益
环 形 器
与
用 于 控 制 信
号传播方向
布里渊抽运光源
为具有
波 长
调 谐 范 围 的 可 调 谐 激 光 器
通过
耦 合 器 耦 合 到 腔 内
同 时 实 现 激 光
输 出
并 采 用 光 谱 仪
日本
测量得到的多波长信号
当如图
所示激光 结 构中去掉 腔
只保留
腔
时
它是一个双 倍 布里渊频 移 间隔的多 波 长激
光器
激光经
耦合器进 入 激 光 腔 内
如 图
中的箭头方向指示
经
放大后先由
的
端口进入到
端口中
随后进入到
长的
中
当
功 率 超 过 受 激 布 里 渊 散 射 阈 值 时
产生一阶布里渊斯托克斯信 号
由于布里渊
散射的后向传输性质
由
的端口
进入
端口
再从另一 个 方 向 进 入 到
的
中
当
信号功率大于受激布 里渊散射阈 值时
二阶
布里渊斯托克 斯 信 号
产 生
这 样
反 方 向 的
从
的端口
输出
一部分信号由
耦合
器输出
另一部分信号通过
放大后进入四端口
环形器作为新的
信号
如此循环
直到激光腔内的
总增益小于工作波长处的腔体损耗为止
由于产生
的
信号与初始
信号之间 存在两次布 里渊频
移
因此产生了间隔为
的多波长激光器
当腔
与腔
同时存在时
便成为了具 有三倍
布里渊频移 间 隔 的 多 波 长 激 光 器
如 图
中 的
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