[发明专利]基于超表面外腔镜的可控多波长光纤外腔激光器

说明书

本发明公开了一种基于超表面外腔镜的可控多波长光纤外腔激光器，属于激光器领域，包括光纤放大器、光纤环形器、光纤准直器、光纤耦合器，以及超表面外腔镜，其中,信号光在光纤放大器中进行增益放大，经光纤环形器端口1’传输至端口2’，经过光纤准直器准直后垂直入射至超表面外腔镜上；该超表面外腔镜用于接受入射的准直光，并对该准直光进行波长选择，将选择的单/多波长反射至所述光纤准直器；该反射光被光纤准直器收集后经过光纤环形器端口2’传输至端口3’，然后进入光纤耦合器进行部分输出以及部分返回光纤放大器形成回路。本发明通过超表面外腔镜实现单/多波长激光的可控输出，结构简单，成本低廉，可靠性好。

技术领域

本发明属于激光技术领域，更具体地，涉及一种基于超表面外腔镜的可控多波长光纤外腔激光器。

背景技术

随着大容量光纤通信网的发展，密集波分复用技术得以广泛应用。在密集波分复用系统中，其核心部件激光光源-多波长激光器同时为多个信道提供所需光源，使光发射端的成本大幅度降低，是实现低成本传输的理想解决方案。

在光纤通信、光纤传感以及多光束干涉测量系统中，多波长激光器起着日益重要的作用。在已有的相关报道中，多波长激光器既可采用半导体激光器阵列，也可以使用多个光纤光栅耦合，或用掺稀土元素的光纤激光器，但上述激光器的激光输出在线宽、模式以及波长稳定性等方面均不能达到理想的要求，并且激光器结构复杂。外腔半导体激光器大多使用光纤光栅或闪耀光栅作为外腔反馈元件，用来对半导体激光器输出的众多模式进行选择，大多数激光器只能从这些模式中选择一个模式,输出单一波长的激光。对于多波长光纤激光器而言，由于增益媒介(如铒离子)在增益频谱上呈现均与展宽的特性，激光输出谱线中存在很强的模式竞争，需要合适的腔体结构设计来抑制模式竞争，达到稳定的多波长输出的目的。目前实现多波长光纤激光器采用的技术包括基于保偏光纤的梳状滤波器，利用可饱和吸收体的被动锁模技术以及改进的马赫-曾德尔滤波器。但是上述方案结构都比较复杂，需要昂贵的保偏光纤，同时对腔体的损耗，偏振态等需要非常精细的调节，难以获得稳定的多波长输出。在被动锁模技术中由于阈值较高，功耗过大，使得器件的效率大幅下降。

近些年来，介质超表面结构以其结构简单，设计灵活，和低损耗的特点成为研究热点。超表面结构中的电偶极子振荡产生的法诺谐振可以达到很高的品质因子。基于超表面结构的无源器件，包括全反射镜，惠更斯超表面，传感器等的研究比较成熟，但是与有源器件的结合还是鲜有报道。

因此，研发一种基于超表面外腔镜的多波长光纤外腔激光器，既能输出可控多波长激光，又能解决现有多波长激光器结构复杂且输出波长稳定性不理想的缺陷，成为本领域的技术难题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于超表面外腔镜的可控多波长光纤外腔激光器，其目的在于，利用具备超表面结构的超表面外腔镜作为激光器反射镜和波长选择元件，通过调节超表面结构上微纳图形阵列的周期排布、微纳图形的尺寸改变单个微纳图形阵列的反射波长，通过一个或拼接多个微纳图形阵列实现所述超表面外腔镜反射一个或多个波长，从而实现激光器单/多波长激光的可控输出。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

基于超表面外腔镜的多波长光纤外腔激光器，包括光纤放大器、光纤环形器、光纤准直器、光纤耦合器，其特征在于，还包括超表面外腔镜，其中，

所述光纤放大器用于对信号光进行增益放大，然后入射至所述光纤环形器的端口1’随后进入其端口2’，然后经过所述光纤准直器准直后垂直入射至所述超表面外腔镜上；

所述超表面外腔镜用于接受入射的准直光，并对该准直光进行波长选择，将选择的单/多波长反射至所述光纤准直器，然后入射至所述光纤环形器的端口2’随后进入其端口3’，然后射出至所述光纤耦合器；

所述光纤耦合器用于将一部分的光输入至所述光纤放大器中进行放大形成回路，剩余部分进行输出。