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1、1(此文档为 word 格式，下载后您可任意编辑修改！)杭 州 电 子 科 技 大 学毕 业 设 计 （ 论 文 ） 外 文 文 献 翻 译毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目 光纤型梳状滤波器的研究和设计翻译（1）题目基 于一个高双折射光纤双 Sagnac 环的可调谐多波长光纤激光器翻译（2）题目 可调谐全光纤双折射梳状滤波器学 院 通信工程专 业 通信工程姓 名 张 波班 级 10083415学 号 100815342指导教师 魏 一 振译文一：基于一个高双折射光纤双 Sagnac 环的可调谐多波长光纤激光器王天枢,缪雪峰,周雪芳，钱胜杭州电子科技大学通信工程学院，中国杭州，310018
2、作者通讯：tianshuw2011 年 12 月 12 日接受；2012 年 2 月 21 日校订；2012 年 2 月 21 日完成；2012 年 2 月 22 日通告（Doc. ID ：159647） ；2012 年 3 月 28 日出版我们提出并证明了一个基于双光纤 Sagnac 环的可调谐多波长光纤激光器。使用琼斯矩阵分析了单个和两个 Sagnac 环梳状滤波器的特性。模拟结果显示两个 Sagnac 环的可调谐性和可控性比单个环的更好，这个结论也被实验结果所确认。通过调整偏振控制器和保偏光纤的长度，可实现波长范围、波长间隔和激光线宽的调谐。实验结果表明多波长光纤激光器输出激光的线宽为
3、0.0187nm 和光学边模抑制比为 50dB。美国光学学会 2012OCIS 编码：060.3510, 140.3600, 060.2420, 120.57901引言工作在波长 1550nm 附近的多波长光纤激光器已经吸引了许多人的兴趣，它可以应用于密集波分复用（DWDM）系统，精细光谱学，光纤传感和微波（RF ）光电 1-4等领域。多波长光纤激光器可以通过布拉格光纤光栅阵列 5，锁模技术 6-7，光学参量振荡器 8，四波混频效应 9，受激布里渊散射效应实现 10-12。掺铒光纤（EDF）环形激光器可以提供大输出功率，高斜度效率和大可调谐波长范围。例如，作为一种可调谐 EDF 激光器，带有单
4、个高双折射光纤Sagnac 环的多波长光纤激光器已经提出 13-15。输出波长可以通过调整偏振控制3器（PC）进行调谐，波长间隔可以通过改变保偏光纤（PMF）的长度进行调谐。然而，对于单个 Sagnac 环光纤激光器来说，波长间隔和线宽都不能独立调谐 16。密集波分复用（DWDM）系统要求激光波长调谐更灵活，否则会限制这些激光器的应用。一个双 Sagnac 环的多波长光纤激光器能提供更好的可调谐性和可控性。采用这种结构，可以实现保持线宽不变的波长间隔可调谐，以及保持波长间隔不变的线宽调谐。本文提出和证明了一种双 Sagnac 环可调谐多波长掺铒光纤环形激光器。多波长选择由两个 Sagnac 环
5、实现，而每个环由一个 3dB 耦合器，一个 PC，和一段高双折射 PMF 组成。本文模拟分析了单个和两个 Sagnac 环的梳状滤波器的特征。实验中，得到输出激光的半峰全宽（FWHM）是 0.0187nm，边模抑制比（SMSR）是 50dB。通过调整两个 PC 可以实现多波长激光器输出的大范围调谐。与单环结构相比，改变 PMF 长度可以独立调谐波长间隔和激光线宽。本文中提出的双 Sagnac 环光纤激光器是先前单 Sagnac 环多段 PMF 多波长光纤激光器工作的延伸，其在 DWDM 系统，传感和仪表测试中具有潜在应用。2实验装置和操作原则提出的多波长光纤激光器的实验装置示意图如图 1（a）
6、中所示。一个980nm 的泵浦激光二极管（LD）通过一个 9801550nm 波分复用（WDM）耦合到一段 EDF 中。用一个能提供 10%反馈功率的 9010 光纤耦合器耦合出激光输出。多波长光纤激光器通过双 Sagnac 环进行调谐。如图 1（b）所示，高双折射 Sagnac 环由一个 3dB 耦合器，一段 PMF，一个 PC 组成。端口 3 和端口 4 通过一个 PC 和一段 PMF 连接起来。光束从端口1 进入耦合器并被耦合器平均分成两束。这两束反向传播的光束在环中重新耦合。由于 PMF 的高双折射影响，光束在两个轴（快轴和慢轴）上出现相位差。因此，当光通过 PMF 时会产生一个角度偏
7、差，通过 PC 时会产生另一个角度偏差。当反向传播过一个光纤环后，两束光束在耦合器上干涉。Sagnac 环的输出特性可以用 Jones 矩阵分析。PMF 的 Jones 传播矩阵可以描述为：（1）这里的 是光在快轴和慢轴传播相同距离所产生的相位差，L 是 PMF/n的有效长度， 是波长， 是两个轴的有效折射率差。还有， 和()nfsnf是快轴和慢轴的有效折射率指数。s因为当光传播通过一个 PC 时偏振角偏转为 ，通过 PC 的透射光束的0=jPMFjeJ4Jones 矩阵可以描述为：（2）端口1的入射光电矢量为 ，端口2的入射光电矢量为 （ =0）。 被耦合1E2E1E器分成 和 。设 为 通
8、过PC和PMF的光学矢量， 为 通过PC 和PMF3E43 4的光学矢量。因此， 和 相干叠加后在端口1反射，在端口2透过：4（3）端口 1 的入射功率为 ，反射功率为 。端口 2 的反射功率为21IE21IE。透射率为：2IE（4）这个说明单 Sagnac 环的透射率与偏振偏转角度和两个轴的相位差有关。正如图2 的模拟结果所示，PMF 长度越大，滤波周期越短和滤波带宽越窄。但是，周期和带宽不能单独调谐。另外，PMF 双折射率越高，滤波周期越短和滤波带宽越窄。对双 Sagnac 环来说，在两个 Sagnac 环之间安装一个光纤隔离器可以消除反射光。因此，双环的透射率可以描述为：（5）很明显，双
9、 Sagnac 环的透射率与长度或者基于 Eq（5）两段 PMF 的折射率差有关。其次，滤波周期和带宽分别由一段较短的 PMF 和一段较长的 PMF 决定，输出激光可以通过单独调整 PC 状态和 PMF 长度进行调谐。在双 Sagnac 环结构中，两段 PMF 长度分别为 2m 和 1m，模拟结果如图 3（a）所示。图中我们能看到滤波周期在变而滤波带宽不变。保持一个 Sagnac 环中的 PMF 为 2m 长不变，图 3（b）表明改变另一个 Sagnac 环中较长 PMF（2m）的长度可以改变滤波带宽但使滤波周期不变。因此，使用双 Sagnac 环光纤激光器可以实现波长间隔和带宽独立调谐。co
10、sin=PCJ43j22112sincosincoT221/sincoTI5图 1 （a ）基于双 Sagnac 高双折射光纤环干涉仪的可调谐多波长光纤激光器（b）Sagnac 干涉环图 2 （彩色线）单 Sagnac 环的透射率谱图 3 （彩色线）双 Sagnac 环的透射率谱 （a）线宽不变时的可调谐滤波器的周期（b）周期不变时的可调谐滤波器的线宽3实验及结果在实验中，隔离器 1 的作用是确保光单向传播和降低噪声。掺铒光纤的长度，截至波长，数值孔径和在 1530nm 附近的峰值吸收分别为12m，960nm，0.23，7dBm。PMF 的长度为 5m 和 2m，双折射拍长小于5.0mm。泵浦
11、光功率为 300mW，我们使用一种光谱分析仪（AQ6370B）监视输出激光。根据模拟结果可以得出改变短 PMF 长度可以调谐滤波周期，滤波器中所有的传播光会产生多个激光。由于增益谱平坦度和偏振衰减的限制，滤波带宽的部分光将被抑制。激射波长的数量对 PC 状态敏感。中心波长在 1549.6nm的三波长激光运行如图 4 中所示，激光器的 SMSR 大于 50dB。多波激光器不规6则的输出频谱主要由不精确的 PMF 折射率差，不精确的 PMF 长度和接头损耗引起。图 4（b）显示了超过 10 分钟周期，每隔 2 分钟重新扫描得到的激光输出光谱，其激光波长在 1544.9、1549.6 和 1554.
12、3nm，可以观察到稳定的输出功率和波长。对三波长激光光功率的测量表明最大的功率起伏小于 0.2dB，波长起伏小于 0.02nm。偏振偏转角度可以通过调整 PC1 和 PC2 进行调谐，因此输出激光的波长和波长间隔也可以调谐。如图 5 所示，调整两个 PC 可以观察到多波长输出激光在 C 波段内的（a）短波长和（b）长波长。图 5（ c）整个 C 波段可以观察到多波长输出激光，并且激光器稳定性随着振荡模式的增加而降低。在实验中，我们观察到输出波长间隔可以通过调整两个 PC 进行调谐。如图 6 所示，多波长光纤激光器的波长间隔从 2.82（a ）降到 1.76（b）nm 。调整PC，滤波器带宽中的
13、部分光不会达到阈值。其次波长大小和波长间隔可以通过PC 调谐。通过调整 PC，我们观察到能够实现稳定输出峰值的波长最大数目是6 个。波长间隔可以通过改变基于 Eq（5）的短 PMF 长度进行调谐。在实验中，如图 7（a）所示，我们可以观察到用 5m 长的长 PMF 和 1m 长的短 PMF 时波长间隔为 2.81nm。另外，如图 7（b）所示，我们可以观察到用 2m 长的短 PMF时波长间隔为 1.79nm。根据模拟和实验的结果，波长间隔随着短 PMF 长度增大而变小但带宽保持不变。根据模拟结果，激光器线宽可以通过改变长 PMF 的长度进行调谐。如图8（a）所示，当两段 PMF 长度为 1m
14、时能观察到 0.036nm 的 3dB 线宽；如图8（b）所示，当长 PMF 为 5m 时能观察到 0.0187nm 的 3dB 线宽。实验结果表明了激光线宽随着长 PMF 长度增大而变小但波长间隔保持不变。因此，模拟结果图 3（b） 已经用实验结果证实。峰值线宽越小，光纤激光器的抗环境干扰能力越弱，但抖动起伏小于 0.02nm。7图 4 （彩色线）多波长光纤激光器的输出光谱 （a ）三波长激光光谱 （b）10 分钟内重复检测输出光谱图 5 多波长激光输出光谱 （a）短波长带 （b）长波长带（c）整个 C 波段图 6 可调谐波长间隔在输出激光光谱 （a ）波长间隔为 2.82nm （b）波长间
15、隔为 1.76n m8图 7 改变短 PMF 长度的输出多波长激光器光谱 （a ）1m 长的短 PMF（b）2m 长的短 PMF图 8 改变长 PMF 长度的输出多波长激光器光谱 （a ）1m 长的长 PMF （b）2m 长的长 PMF4结论我们提出并证明了基于双 Sagnac 环的可调谐多波长环型 EDF 激光器。通过 Jones 矩阵分析了单个和两个 Sagnac 环梳状滤波器的特性。模拟结果表明双Sagnac 环比单 Sagnac 环具有更好的可调谐性和可控性。 3dB 的输出激光的线宽测量为 0.0187nm，SMSR 为 50dB。通过调整两个 PC 可以观察到大范围可调谐多波长光纤
16、激光器的输出，能够实现稳定输出峰值的波长最大数目是 6 个。改变短 PMF 长度可以调谐波长间隔而不改变线宽；改变长 PMF 长度可以独立调谐激光线宽。我们由衷地感谢中国自然科学基金的支持（项目号 6907020） 。5、参考文献1. A. E. H. Oehler, S. C. Zeller, K. J. Weingarten, and U. Keller,“ Broad multiwavelength source with 50 GHz channel spacing for wavelength division multiplexing applications in the telecom C band,” Opt. Lett. 33, 21582160 (2008).92. Y.-G. L
