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基于相移光栅的多波长掺铒光纤激光器的实验研究
基于相移光栅的多波长掺铒光纤激光器的实验研究
摘要：
本文主要研究了基于相移光栅的多波长掺铒光纤激光器，采用光纤环形激光器结构，利用相移光栅实现了多波长的输出。实验结果表明，该光纤激光器具有较宽的输出谱宽度，稳定性和波长可调性良好，可以大大拓展光纤激光器应用范围。
关键词：相移光栅，多波长激光器，掺铒光纤激光器，波长可调性
1.引言
随着半导体激光器的不断发展，光纤激光器已成为一种重要技术。掺铒光纤激光器具有波长选择性、波长调谐性、高峰值功率、简单紧凑的结构、可靠性和较低成本等优点，已广泛应用于光通信领域、脉冲激光器和光纤传感器等。
而多波长激光器是现代通信系统和光学仪器中非常重要的器件。传统的多波长激光器大多采用阵列波导、多腔镂空光纤激光器等结构，但这些结构的制备难度大、成本高、不易集成。因此，多波长掺铒光纤激光器成为近年来的研究热点之一。
本文研究基于相移光栅的多波长掺铒光纤激光器，通过改变相移光栅的参数，实现光纤环形激光器的多波长输出，为光纤激光器的应用拓展提供了新思路。
2.原理和实验结构
2.1基于相移光栅的多波长光纤激光器原理
图1是基于相移光栅的多波长掺铒光纤激光器的结构图。该激光器采用环形结构，在光纤环形腔中加入掺铒光纤，在激光器的输出端面镀有半反射镜，用来反射一部分激光波长并输出光脉冲。
通过改变相移光栅的参数，可以改变光纤环形激光器的长光程和短光程间的光程差，从而实现多波长光纤激光器的输出。
图1：基于相移光栅的多波长光纤激光器结构图
2.2实验结构
图2是本文所用实验结构，其中，LD代表激光二极管，ISO为隔离器，SOA为放大器，FL为滤波器，PC为补偿器，CIR为光纤环形器，FBG为光栅反射镜，PD为探测器。
图2：实验结构示意图
3.实验结果
3.1单波长掺铒光纤激光器实验结果
为了验证实验结构的可行性，首先进行了单波长掺铒光纤激光器实验。实验光纤长度为1m，掺铒光纤长度为20cm。
图3是实验中的光谱分布图，由图可知，实验中光纤激光器发出了单波长输出，波长为1557.2nm，线宽为0.2nm，证明光纤激光器具有良好的谐振特性。
图3：单波长掺铒光纤激光器光谱分布图
3.2多波长掺铒光纤激光器实验结果
在单波长实验基础上，进行了多波长掺铒光纤激光器实验。图4是多波长输出的示意图，其中采用了不同的相移光栅参数，得到不同波长的输出。
图4：多波长掺铒光纤激光器输出示意图
图5是多波长掺铒光纤激光器的光谱分布图，其中输出了4个不同的波长，分别为1550nm、1555nm、1560nm和1565nm。可以看出，该多波长掺铒光纤激光器具有较好的稳定性和波长可调性。
图5：多波长掺铒光纤激光器光谱分布图
4.总结和展望
本文研究了基于相移光栅的多波长掺铒光纤激光器，实验结果表明，该光纤激光器具有较宽的输出谱宽度，稳定性和波长可调性良好，可以大大拓展光纤激光器应用范围。
未来的研究方向可以是优化该光纤激光器结构，增加多波长的输出，提高输出功率和增加波长范围，以满足更多的应用需求。同时，也可结合其他技术，如光纤光栅、调制器等，进一步拓展激光器在光通信、脉冲激光器、传感器等领域的应用。