可調(diào)諧環(huán)形腔光纖光柵激光器

《可調(diào)諧環(huán)形腔光纖光柵激光器》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、光學(xué)學(xué)報(bào)Vol.19,No.6June,1999第19卷第6期1999年6月ACTAOPTICASINICA可調(diào)諧環(huán)形腔光纖光柵激光器3葛春風(fēng)趙東暉楊秀峰劉志國呂可誠董孝義(南開大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)所,天津300071)鄭建成(香港城市大學(xué)電子工程系,香港)采用新穎的調(diào)諧方式,實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧光纖光柵(FiberBraggGrating,FBG)環(huán)形腔激光器得到了穩(wěn)定的可調(diào)諧、窄線寬激光輸出,調(diào)諧范圍為5.7nm,線寬小于0.1nm。摻鉺光纖,可調(diào)諧光纖光柵激光器,懸臂梁調(diào)諧。摘要的運(yùn)轉(zhuǎn),關(guān)鍵詞1引言在高速大容量光通信系統(tǒng)中,由

2、于光纖的色散和環(huán)境溫度漂移對器件的影響,要求使用窄線寬可調(diào)諧激光作為載波。在分布反饋溫度傳感系統(tǒng)中,需要用波長掃描光源,可調(diào)諧激光恰好能滿足這一要求。寬帶可調(diào)諧激光器是這些系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件,有著重要意義和廣泛的應(yīng)用前景。半導(dǎo)體激光二極管(LD)有多種實(shí)現(xiàn)調(diào)諧的方法。然而各種調(diào)諧方法都存在著各自無法消除的弊端,在調(diào)諧過程中會(huì)出現(xiàn)許多問題,如:熱效應(yīng)使波長穩(wěn)定性變差,導(dǎo)致模牽引等等。光纖激光器與激光二極管相比,具有很多優(yōu)點(diǎn):閾值相當(dāng)?shù)?效率比較高;在各種稀土類摻雜光纖激光器中,摻鉺光纖(EDF)激光器的波長恰好在光通信窗

3、口1500nm波段。在光纖激光器的諸多優(yōu)點(diǎn)中,較寬的增益帶寬尤其引人注目,加之實(shí)現(xiàn)調(diào)諧的設(shè)計(jì)和制作工藝都比較簡單,所以近年來可調(diào)諧光纖激光器的研究得到了十分迅速的發(fā)展,并逐漸成為激光器研制領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。2調(diào)諧方法近年來國際上有關(guān)光纖調(diào)諧激光器常用的調(diào)諧方法有:旋轉(zhuǎn)光柵、調(diào)節(jié)腔內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)具的角度、利用聲光濾波器、電調(diào)液晶標(biāo)準(zhǔn)具等等,調(diào)諧范圍通常能達(dá)到幾十納米。這些調(diào)諧方法都存在著一個(gè)無法消除的弊端:非光纖的調(diào)諧器件與光纖的耦合效率通常很低,從而增大了插入損耗,導(dǎo)致激光器的低斜率效率和高閾值。而光纖光柵是光纖器件,可以彌補(bǔ)

4、這些不足。眾所周知布拉格條件為3國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目資助。收稿日期:1998202219;收到修改稿日期:1998204222ΚB=2+neff(1)其中,ΚB為光纖光柵的工作波長,+為光纖光柵的周期,neff為光纖光柵的有效折射率。欲使ΚB發(fā)生改變,必須改變光纖光柵的周期或折射率變化幅度?；谶@一理論,提出了利用應(yīng)力、壓電陶瓷、鐵電體、溫度變化等方法提供軸向應(yīng)力進(jìn)行光纖光柵拉伸調(diào)諧1或軸向壓縮調(diào)諧2。但進(jìn)行軸向應(yīng)力調(diào)諧時(shí),光纖光柵容易發(fā)生皺折。如果對其施加垂直壓力實(shí)現(xiàn)調(diào)諧,在一定程度上可減少對光纖光柵的損傷3。

5、這里使用了一種簡單的懸臂梁調(diào)諧方法。調(diào)諧裝置如圖1(a)所示,將光纖光柵固定在一長度L為60mm的長懸臂梁上,懸臂梁是用雙螺紋差動(dòng)調(diào)節(jié)器進(jìn)行細(xì)微調(diào)諧的,?x為0.1mm。兩螺距分別為0.4mm和0.5mm,旋轉(zhuǎn)一周推進(jìn)量Fig.1SchematicofFBGtuningdevicewithcantileverbeam.FBGtuningdevice,(b)Tuningprincipleofcantileverbeam(a)根據(jù)材料力學(xué)原理,梁彎曲時(shí)內(nèi)側(cè)材料因被壓縮而縮短,外側(cè)被拉伸而伸長,中性層面不受力,長度保持不變

6、。當(dāng)梁彎曲時(shí),據(jù)文獻(xiàn)6光波相位變化?<為1n2[(p11+p12)Ε1+p12Ε3}?<=nk0L{Ε3-(2)2式中Ε1、Ε3分別為光纖的橫向應(yīng)變和縱向應(yīng)變,p11、p12為光纖的光彈系數(shù),纖纖芯的折射率。由推進(jìn)量?x在梁上引起的應(yīng)力p為6k0為波數(shù),n為光3EI?x(3)p=-L3式中E為材料的楊氏模量,I為梁的慣量矩。把(2)式、(3)式代入(1)式,整理可得工作波長改變量?Κ和推進(jìn)量?x的關(guān)系2?Κ=6I+{1-nΜp11+(1-Μ)p12}?x(4)-L32式中Μ為泊松比。對于某一特定形狀的梁,由于上式中材

7、料的具體參數(shù)(如應(yīng)變、光彈系數(shù)、楊氏模量等)均為常數(shù),所以可以得到:工作波長改變量?Κ與推進(jìn)量?x是成線形關(guān)系的。3實(shí)驗(yàn)裝置與結(jié)果實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示,實(shí)驗(yàn)中使用的泵浦激光器是由中國科學(xué)院半導(dǎo)體所國家光電子器件工程研究中心提供的半導(dǎo)體激光器,峰值波長為974.5nm,半寬度為2.4nm,尾纖的最大輸出功率為38mW,經(jīng)980?1550波分復(fù)用器(WDM)耦合到摻鉺光纖的功率約為27mW;摻鉺光纖是由天津電子部46所提供的,考慮到摻鉺光纖的增益特性與光纖的長度、摻雜濃度、泵光功率以及輸出耦合分束比等的關(guān)系,本實(shí)驗(yàn)選用了9

8、m長的摻鉺光纖;光纖光柵是自行研制的,使用的摻鍺光纖是由天津電子部46所提供的,中心波長為1557nm,光纖光柵的反射率為98%,半寬度為0.1nm;折射率匹配液(IndexMatchingGel,IMG)的作用是減少光纖端面的反射,端面反射有時(shí)會(huì)產(chǎn)生1560nm附近的激光輸出7,造成競爭,使輸出不穩(wěn)定。Fig.2Schematicofthet