阅读说明：本技术 一种多波长布里渊光纤激光器 (Multi-wavelength Brillouin fiber laser ) 是由 徐荣辉 张先强 牛国振 汪杰君 张文涛 苑立波 于 2020-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多波长布里渊光纤激光器,包括窄线宽可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、第一光放大器(3)、四端口光环形器(4)、第一布里渊光纤(5)、三端口光环形器(6)、第二布里渊光纤(7)、第二光放大器(8)、第二光纤耦合器(9),窄线宽可调激光器(1)输出的激光做为布里渊泵浦(BP),BP在第一布里渊光纤中发生受激布里渊散射产生一阶斯托克斯(BS1),BS1在第二布里渊光纤中发生级联受激布里渊散射产生二阶斯托克斯(BS2)和三阶斯托克斯(BS3),借助第一光放大器和第二光放大器的功率增益作用,这样就可以获得波长间隔为三倍布里渊频移值的多波长光纤激光器。该多波长光纤激光器具有简单的结构,成本低,在光通信、波分复用系统,微波光子及光纤传感网络中均具有应用潜力。(The invention discloses a multi-wavelength Brillouin optical fiber laser, which comprises a narrow linewidth adjustable laser (1), a first optical fiber coupler (2), a first optical amplifier (3), a four-port optical circulator (4), a first Brillouin optical fiber (5), a three-port optical circulator (6), a second Brillouin optical fiber (7), a second optical amplifier (8) and a second optical fiber coupler (9), wherein laser output by the narrow linewidth adjustable laser (1) is used as a Brillouin Pump (BP), the BP generates stimulated Brillouin scattering in the first Brillouin optical fiber to generate a first-order Stokes (BS1), the BS1 generates cascade stimulated Brillouin scattering in the second Brillouin optical fiber to generate a second-order Stokes (BS2) and a third-order Stokes (BS3), and by means of power gain effects of the first optical amplifier and the second optical amplifier, thus, a multi-wavelength fiber laser with a wavelength interval of three times the Brillouin frequency shift value can be obtained. The multi-wavelength fiber laser has a simple structure and low cost, and has application potential in optical communication, wavelength division multiplexing systems, microwave photons and fiber sensing networks.)

一种多波长布里渊光纤激光器

技术领域

本发明涉及光纤通信技术、光纤激光技术及微波光子技术领域，具体为一种三倍布里渊频移波长间隔的多波长布里渊光纤激光器。

背景技术

随着互联网技术及各种通信技术的迅猛发展，全光通信网络的发展趋势必将朝着超高速、超大容量、长距离传输的方向进行。多波长光纤激光器是将布里渊增益光纤中的非线性增益与掺饵光纤放大器的线性增益相结合的一种能够产生较大数量多波长的有效途径。多波长光纤激光器在大容量密集波分复用系统、微波光子学、光纤传感网络和光学元件测试等方面都有潜在的应用。

多波长布里渊光纤激光器具有以下优点：在室温下具有稳定的多波长输出、宽可调谐范围、低阈值功率、低噪声强度等。现在大多数的研究还停留在具有单倍或双倍布里渊频移的多波长输出，其中标准单模光纤的单倍布里渊频移间隔约为0.08nm。这样的波长间隔使信号的调节很困难，还会使信道间发生串扰增加误码率，远远不能满足现代技术的需要的。因此研究结构简单实用的三倍甚至更多倍的多波长布里渊光纤激光器已成为各种技术的迫切需要。

发明内容

本发明目的在于提供一种多波长布里渊光纤激光器，通过布里渊泵浦光在两卷具有相同布里渊频移的普通单模石英光纤发生级联受激布里渊散射，由于光放大器的功率增益作用，可实现循环级联布里渊频移，从而实现波长间隔为三倍布里渊频移(约30GHz)的多波长布里渊激光输出，所提出的新的多波长布里渊激光器光路结构简单，光路损耗小，可以在多波长光通信、微波信号光学产生等方面得到应用。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，包括窄线宽可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、第一光放大器(3)、四端口光环形器(4)、第一布里渊光纤(5)、三端口光环形器(6)、第二布里渊光纤(7)、第二光放大器(8)、第二光纤耦合器(9)。

所述的一种多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，窄线宽可调激光器(1)的输出端与四端口光纤耦合器(2)A端的A1端口相连，四端口光纤耦合器B端的B1端口与第一光放大器(3)的输入端相连，四端口光环形器(4)的41端口与第一光放大器的输出端相连，四端口光环形器(4)的42端口与第一布里渊光纤(5)的一端连接，三端口光环形器(6) 的62端口与第一布里渊光纤(5)的另一端连接，三端口光环形器(6)的61端口和63端口相连，四端口光环形器(4)的43端口与第二布里渊光纤(7)的一端连接，第二布里渊光纤 (7)的另一端与第二光放大器(8)的一端相连，四端口光环形器(4)的44端口与第二光纤耦合器(9)的D端的D1端口连接，第二光纤耦合器C端的C1端口与第二光放大器的另一端相连，第二光纤耦合器D端的D2端口与第一光纤耦合器A端的A2端口连接,第一光纤耦合器B端的B2端口为多波长布里渊光纤激光器的激光输出端口，激光输出端口可以连接到光谱分析仪。

所述的一种多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，窄线宽可调激光器输出的激光作为布里渊泵浦光(BP)，BP通过第一光纤耦合器(2)的B1端口进入第一光放大器(3)进行放大，放大后的BP由四端口光纤环形器(4)的42端口注入第一布里渊增益光纤(5)的一端并与之发生布里渊散射，当BP的功率超过第一布里渊光纤的受激布里渊阈值时将产生与 BP反向传输的频率下移布里频移值的一阶斯托克斯光(BS1)，三端口光环形器(6)做为光纤反射镜会把残留的前向BP反射回第一布里渊光纤，以增强BS1功率，BS1通过四端口光环形器(4)的43端口注入第二布里渊光纤(7)的一端并与之发生布里渊散射，当BS1功率足够时会在第二布里渊光纤中激发产生频率下移布里渊频移值的二阶斯托克斯光(BS2)，BS2 由四端口光纤环形器(4)的44端口输出，经第二光纤耦合器(9)进入第二光放大器(8) 进行放大，放大后的BS2注入第二布里渊光纤(7)的另一端并与之发生布里渊散射，当BS2 的功率超过第二布里渊光纤的受激布里渊阈值时将产生频率下移布里渊频移值的三阶斯托克斯光(BS3)，BS3经过第二光放大器放大后，一部分BS3经光路C1-D2-A2-B1后进入第一光放大器进行放大，作为后续产生更高阶斯托克斯光BS6、BS9、BS12等等的布里渊泵浦光，另一部分BS3由第一光纤耦合器的B2端口输出，由于第一光放大器和第二光放大器的功率增益功能，一方面补偿光路中的功率损耗，另一方面对斯托克斯光进行放大，使得第一布里渊光纤和第二布里渊光纤中的受激布里渊散射过程可以级联发生，这样在第一光纤耦合器的B2端口用光谱分析仪就可以观测到三倍布里渊频移值波长间隔的多波长布里渊激光。

所述的一种多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，第一布里渊光纤和第二布里渊光纤是具有相同布里渊频移值的单模石英光纤。

所述的一种多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，第一光放大器和第二光放大器均为自制的掺铒光纤放大器，其中第二光放大器还需是可双向放大设计。

附图说明

图1是多波长布里渊光纤激光器装置示意图。

图1中的附图标记解释为：1-窄线宽可调激光器，2-第一光纤耦合器，3-第一光放大器，4-四端口光环形器，5-第一布里渊光纤，6-三端口光环形器，7-第二布里渊光纤，8-第二光放大器，9-第二光纤耦合器，A1-第一光纤耦合器A端的第一端口，A2-第一光纤耦合器A端的第二端口，B1-第一光纤耦合器B端的第一端口，B2-第一光纤耦合器B端的第二端口，C1-第二光纤耦合器C端的第一端口，D1-第二光纤耦合器D端的第一端口，D2-第二光纤耦合器D端的第二端口，41-四端口光环形器的第一端口，42-四端口光环形器的第二端口，43-四端口光环形器的第三端口，44-四端口光环形器的第四端口，61-三端口光环形器的第一端口，62-三端口光环形器的第二端口，63-三端口光环形器的第三端口。

图2是多波长布里渊光纤激光器的输出光谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的说明。

一种多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，包括窄线宽可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、第一光放大器(3)、四端口光环形器(4)、第一布里渊光纤(5)、三端口光环形器(6)、第二布里渊光纤(7)、第二光放大器(8)、第二光纤耦合器(9)。

其特征在于，窄线宽可调激光器(1)的输出端与四端口光纤耦合器(2)A端的A1 端口相连，四端口光纤耦合器B端的B1端口与第一光放大器(3)的输入端相连，四端口光环形器(4)的41端口与第一光放大器的输出端相连，四端口光环形器(4)的42端口与第一布里渊光纤(5)的一端连接，三端口光环形器(6)的62端口与第一布里渊光纤(5)的另一端连接，三端口光环形器(6)的61端口和63端口相连，四端口光环形器(4)的43端口与第二布里渊光纤(7)的一端连接，第二布里渊光纤(7)的另一端与第二光放大器(8) 的一端相连，四端口光环形器(4)的44端口与第二光纤耦合器(9)的D端的D1端口连接，第二光纤耦合器C端的C1端口与第二光放大器的另一端相连，第二光纤耦合器D端的D2端口与第一光纤耦合器A端的A2端口连接,第一光纤耦合器B端的B2端口为多波长布里渊光纤激光器的激光输出端口，激光输出端口可以连接到光谱分析仪。

所述的一种多波长布里渊光纤激光器，其特征在于，窄线宽可调激光器输出的激光作为布里渊泵浦光(BP)，BP通过第一光纤耦合器(2)的B1端口进入第一光放大器(3)进行放大，放大后的BP由四端口光纤环形器(4)的42端口注入第一布里渊增益光纤(5)的一端并与之发生布里渊散射，当BP的功率超过第一布里渊光纤的受激布里渊阈值时将产生与 BP反向传输的频率下移布里频移值的一阶斯托克斯光(BS1)，三端口光环形器(6)做为光纤反射镜会把残留的前向BP反射回第一布里渊光纤，以增强BS1功率，BS1通过四端口光环形器(4)的43端口注入第二布里渊光纤(7)的一端并与之发生布里渊散射，当BS1功率足够时会在第二布里渊光纤中激发产生频率下移布里渊频移值的二阶斯托克斯光(BS2)，BS2 由四端口光纤环形器(4)的44端口输出，经第二光纤耦合器(9)进入第二光放大器(8) 进行放大，放大后的BS2注入第二布里渊光纤(7)的另一端并与之发生布里渊散射，当BS2 的功率超过第二布里渊光纤的受激布里渊阈值时将产生频率下移布里渊频移值的三阶斯托克斯光(BS3)，BS3经过第二光放大器放大后，一部分BS3经光路C1-D2-A2-B1后进入第一光放大器进行放大，作为后续产生更高阶斯托克斯光BS6、BS9、BS12等等的布里渊泵浦光，另一部分BS3由第一光纤耦合器的B2端口输出，由于第一光放大器和第二光放大器的功率增益功能，一方面补偿光路中的功率损耗，另一方面对斯托克斯光进行放大，使得第一布里渊光纤和第二布里渊光纤中的受激布里渊散射过程可以级联发生，这样在第一光纤耦合器的B2端口用光谱分析仪就可以观测到三倍布里渊频移值波长间隔的多波长布里渊激光。

所述的窄线宽可调激光器技术特征：线宽低于1MHz，输出波长和功率均可连续调谐，波长范围为C+L波段，功率为15mW。

所述第一光放大器和第二光放大器为自制掺铒光纤放大器，第二光放大器是双向放大设计，两个光放大器均有一个980nm泵浦激光器，一个1550nm/980nm的波分复用器，和一段6m长的掺铒光纤连接而成，980nm泵浦激光器最大输出功率为400mW。

图2是多波长布里渊光纤激光器的输出，该输出结果是在窄线宽可调激光器的输出功率为2.5mw，波长为1530.33nm，第一光放大器中的980nm输出功率为284mw,第二光放大器中的980nm输出功率为380mw,第一布里渊光纤和第二布里渊光纤长度均为20km，布里渊频移值均为10.85GHz，四端口光环形器和三端口光环形器均为单模石英光纤光环形器，第一光纤耦合器和第二光纤耦合器均为3dB单模石英光纤耦合器的条件下测得。

以上对本发明的工作过程进行了详细说明，对本领域的普通技术人员来说，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，如光纤放大器类型、光纤放大器位置、与三端口光纤环形器有相同效果的其他方案等等，这些改变也应视为本发明的保护范围。