阅读说明：本技术 三倍布里渊频移间隔的多波长布里渊光纤激光器 (Multi-wavelength Brillouin optical fiber laser with triple Brillouin frequency shift interval ) 是由 刘铁园 徐荣辉 牛国振 邓仕杰 陈明 苑立波 于 2020-07-20 设计创作，主要内容包括：本文公开了一种三倍布里渊频移间隔的多波长布里渊光纤激光器。包括可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、第一光环形器(3)、第一光放大器(4)、第一布里渊光纤(5)、第二光纤耦合器(6)、第二光放大器(7)、第二布里渊光纤(8)和第二光环形器(9)。可调激光器用作布里渊泵浦,利用两个光放大器的功率增益,在第一布里渊光纤和第二布里渊光纤中循环发生级联受激布里渊散射,可产生三倍布里渊频移间隔的多波长布里渊光纤激光器。该多波长布里渊光纤激光器方法装置结构简单、成本低,在光通信、微波光子及光纤传感中均具有应用潜力。(A triple Brillouin frequency shifted spaced multi-wavelength Brillouin fiber laser is disclosed. The Brillouin optical fiber amplifier comprises a tunable laser (1), a first optical fiber coupler (2), a first optical circulator (3), a first optical amplifier (4), a first Brillouin optical fiber (5), a second optical fiber coupler (6), a second optical amplifier (7), a second Brillouin optical fiber (8) and a second optical circulator (9). The tunable laser is used as Brillouin pumping, and by utilizing the power gains of the two optical amplifiers, cascade stimulated Brillouin scattering circularly occurs in the first Brillouin optical fiber and the second Brillouin optical fiber, so that the multi-wavelength Brillouin optical fiber laser with triple Brillouin frequency shift interval can be generated. The method and the device for the multi-wavelength Brillouin optical fiber laser have the advantages of simple structure and low cost, and have application potential in optical communication, microwave photon and optical fiber sensing.)

三倍布里渊频移间隔的多波长布里渊光纤激光器

技术领域

本发明属于光纤激光领域，涉及一种三倍布里渊频移间隔的多波长布里渊光纤激光器。

背景技术

受激布里渊散射(SBS)是光波与声波通过电致伸缩相互作用而产生的一种非线性光学效应，并且在室温下受激布里渊散射在光纤中很容易级联实现多波长布里渊信号输出。由于多波长布里渊光纤激光器波长间隔固定、阈值低、线宽窄、光功率转换效应高、结构紧凑等优势自诞生起就被国内为研究人员广泛研究。Cowle和Stapanov于1996年首先提出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的方法并得到了间隔10GHz的6个波长输出，代表着多波长布里渊掺铒光纤激光器的诞生。1997年，Stepanov和Cowle改进了外部级联实验结构，实验中得到了30个间隔10GHz的布里渊波长输出。1998年Lim等人利用受激布里渊散射和四波混频效应得到了34个布里渊斯托克斯和反斯托克斯光输出。经过数年的发展，2006年Mohammed H.Al-Mansoori等人利用双通放大线性腔结构，实现了23.4mW输出功率的低阈值L带布里渊多波长产生。2009年，Ajiya等人利用130mW布里渊泵浦和2mW的1480泵浦功率，在11km长色散位移光纤中得到C波段内39nm可调多波长布里渊激光。2013年，马来西亚布特拉大学的Al-Alimi等人，在激光器结构中构造了可移动的虚拟反射镜，利用2km长高非线性光纤中的四波混频效应，得到了在40nm范围内可调的150个布里渊多波长输出。近年来Wang等利用两个具有SBS效应的腔通过两次掺铒光纤放大器进行补偿得到了多个波长输出。多波长布里渊激光器发生装置已经得到了非常大的发展与进步，但是色散位移光纤和高非线性光纤比单模普通光纤价格昂贵，增加了激光器的制作成本，而且增加SBS效应的腔室个数无疑增加了系统的结构复杂度，而且也增加了调整校准的难度。

光纤中的布里渊散射效应从四十年前被发现以来，国内外研究者对其在布里渊光纤激光器、布里渊光纤传感器及微波光子技术方面的应用进行了广泛的研究并取得重要进展。虽然关于多倍布里渊频移间隔的多波长激光器有很多报道，但是由于结构复杂、系统成本不低、可调谐范围不宽等缺点仍不能满足通信行业的需求，于是研究低阈值功率、低系统成本、结构简单的大于二倍布里渊频移间隔的多波长布里渊激光器是很有必要的。

发明内容

本发明提出一种结构紧凑、成本低、阈值功率小的一种三倍布里渊频移间隔的多波长布里渊光纤激光器。

为实现上述目的提出以下技术方案：

一种三倍布里渊频移间隔的多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，包括可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、第一光环形器(3)、第一光放大器(4)、第一布里渊光纤(5)、第二光纤耦合器(6)、第二光放大器(7)、第二布里渊光纤(8)及第二光环形器(9)；

可调激光器(1)的输出端与第一光纤耦合器(2)的一端口(21)相连，第一光纤耦合器(2)的二端口(22)与第一光环形器(3)的一端口(31)相连，第一光环形的第二端口(32)与第一光放大器(4)的一端连接，第一光放大器(4)的另一端与第一布里渊光纤(5)的一端相连，第一布里渊光纤(5)的另一端与第一光环形器(3)的三端口(33)相连，第一光环形器(3)的四端口(34)与第二光纤耦合器(6)的一端口(61)相连，第二光纤耦合器(6)的二端口(62)与第二光放大器(7)的一端相连，第二光放大器(7)的另一端与第二布里渊光纤(8)的一端相连，第二布里渊光纤(8)的另一端连接第二光环形器(9)的二端口(92)，第二光环形器的三端口(93)与一端口(91)相连，第二光纤耦合器(6)的三端口(63)和第一光纤耦合器(2)三端口(23)相连，第一光纤耦合器的四端口(24)作为多波长布里渊光纤激光器的输出端口，可以连接光谱分析仪。

可调激光器用作布里渊泵浦(BP)，BP经过第一光纤耦合器分光后，一部分BP从第一光纤耦合器的四端口输出，一部分BP通过光路21-22-31-32进入第一光放大器进行放大，放大后的BP进入第一布里渊光纤并与之发生布里渊散射，BP功率达到第一布里渊光纤的受激布里渊散射阈值时将发生受激布里渊散射，产生相对BP背向传输且频率下移布里渊频移的一阶斯托克斯(S1)，S1先经第一光放大器放大，之后经光环形器的二端口和三端口进入第一布里渊光纤并与之发生布里渊散射，当S1功率足够时，将发生受激布里渊散射，并产生与S1背向传输且频率下移布里渊频移的二阶斯托克斯(S2)，S2沿光路33-34-61-62进入第二光放大器(7)进行放大，放大后的S2注入第二布里渊光纤的一端并与之发生布里渊散射，当S2功率足够时，将发生受激布里渊散射，产生相对S2背向传输且频率下移布里渊频移的三阶斯托克斯(S3)，第二光环形器可以将示消耗完的前向传输的S2传输回第二布里渊光纤以增强S3，S3经第二光放大器放大后，一部分S3沿光路62-63-23-24从第一光纤耦合器的四端口输出，另一部分S3通过第一光环形器进入第一布里渊光纤，由于第一光放大器和第二光放大器的功率增益作用，只要光路中增益大于损耗，第一布里渊光纤和第二布里渊光纤中的级联受激布里渊散射就可以循环发生，在第一光纤耦合器的四端口处将会出现三阶斯托克斯(S3)、六阶斯托克斯(S6)、九阶斯托克斯(S9)等等，这样就得到了一个三倍布里渊频移间隔的多波长布里渊光纤激光器。

所述第一布里渊增益光纤与第二布里渊增益光纤为相同布里渊频移的单模光纤，光纤长度一般15km-20km即可。

所述的可调激光器为线宽低于1MHz窄线宽可调激光器，激光器波长范围为C波段。

所述第一光放大器和第二光放大器均为可双向光放大的光纤放大器，一般为掺铒光纤放大器或其他线性增益光纤，如掺镱光纤，镱铒共掺光纤等构成的光纤放大器。

本发明的优点是：

该发明结构简单，功耗低，不需要大功率光纤放大器及电光调制器，系统成本较低易于产生激光信号，具有广阔的发展前景。

附图说明

图1是一种三倍布里渊频移间隔的多波长布里渊光纤激光器光路结构示意图。

图1中的附图标记解释为：1-可调激光器，2-第一光纤耦合器，21-第一光纤耦合器一端口，22-第一光纤耦合器二端口，23-第一光纤耦合器三端口，24-第一光纤耦合器四端口，3-第一光环形器，31-第一光环形器一端口，32-第一光环形器二端口，33-第一光环形器三端口，34-第一光环形器四端口，4-第一光放大器，5-第一布里渊光纤，6-第二光纤耦合器，61-第二光纤耦合器一端口，62-第二光纤耦合器二端口，63-第二光纤耦合器三端口，7-第二光放大器，8-第二布里渊光纤，9-第二光环形器，91-第二光环形器一端口，92-第二光环形器二端口，93-第二光环形器三端口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进一步的说明。

一种三倍布里渊频移间隔的多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，包括可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、第一光环形器(3)、第一光放大器(4)、第一布里渊光纤(5)、第二光纤耦合器(6)、第二光放大器(7)、第二布里渊光纤(8)及第二光环形器(9)；可调激光器(1)的输出端与第一光纤耦合器(2)的一端口(21)相连，第一光纤耦合器(2)的二端口(22)与第一光环形器(3)的一端口(31)相连，第一光环形的第二端口(32)与第一光放大器(4)的一端连接，第一光放大器(4)的另一端与第一布里渊光纤(5)的一端相连，第一布里渊光纤(5)的另一端与第一光环形器(3)的三端口(33)相连，第一光环形器(3)的四端口(34)与第二光纤耦合器(6)的一端口(61)相连，第二光纤耦合器(6)的二端口(62)与第二光放大器(7)的一端相连，第二光放大器(7)的另一端与第二布里渊光纤(8)的一端相连，第二布里渊光纤(8)的另一端连接第二光环形器(9)的二端口(92)，第二光环形器的三端口(93)与一端口(91)相连，第二光纤耦合器(6)的三端口(63)和第一光纤耦合器(2)三端口(23)相连，第一光纤耦合器的四端口(24)作为多波长布里渊光纤激光器的输出端口，可以连接光谱分析仪。

可调激光器用作布里渊泵浦(BP)，BP经过第一光纤耦合器分光后，一部分BP从第一光纤耦合器的四端口输出，一部分BP通过光路21-22-31-32进入第一光放大器进行放大，放大后的BP进入第一布里渊光纤并与之发生布里渊散射，BP功率达到第一布里渊光纤的受激布里渊散射阈值时将发生受激布里渊散射，产生相对BP背向传输且频率下移布里渊频移的一阶斯托克斯(S1)，S1先经第一光放大器放大，之后经光环形器的二端口和三端口进入第一布里渊光纤并与之发生布里渊散射，当S1功率足够时，将发生受激布里渊散射，并产生与S1背向传输且频率下移布里渊频移的二阶斯托克斯(S2)，S2沿光路33-34-61-62进入第二光放大器(7)进行放大，放大后的S2注入第二布里渊光纤的一端并与之发生布里渊散射，当S2功率足够时，将发生受激布里渊散射，产生相对S2背向传输且频率下移布里渊频移的三阶斯托克斯(S3)，第二光环形器可以将示消耗完的前向传输的S2传输回第二布里渊光纤以增强S3，S3经第二光放大器放大后，一部分S3沿光路62-63-23-24从第一光纤耦合器的四端口输出，另一部分S3通过第一光环形器进入第一布里渊光纤，由于第一光放大器和第二光放大器的功率增益作用，只要光路中增益大于损耗，第一布里渊光纤和第二布里渊光纤中的级联受激布里渊散射就可以循环发生，在第一光纤耦合器的四端口处将会出现三阶斯托克斯(S3)、六阶斯托克斯(S6)、九阶斯托克斯(S9)等等，这样就得到了一个三倍布里渊频移间隔的多波长布里渊光纤激光器。

所述第一布里渊增益光纤与第二布里渊增益光纤为相同布里渊频移的单模光纤，光纤长度一般15km-20km即可。

所述的可调激光器为线宽低于1MHz窄线宽可调激光器，激光器波长范围为C波段。

所述第一光放大器和第二光放大器均为可双向光放大的光纤放大器，一般为掺铒光纤放大器或其他线性增益光纤，如掺镱光纤，镱铒共掺光纤等构成的光纤放大器。

以上对本发明的工作过程进行了详细的说明，对本领域的普通技术人员依据本发明提供的思想，在具体实施的方式上可能有改变之处，这些改变也应视为本发明的保护范围。