[发明专利]一种基于铋铒共掺光纤的超宽带光源

说明书

本发明提供了一种基于铋铒共掺光纤的超宽带光源，包括泵浦激光器、隔离器、铋铒共掺光纤和弯曲单模光纤，所述铋铒共掺光纤是指主要掺杂了铋、铒两种离子和一定浓度铝离子的有源光纤；所述弯曲单模光纤是以一定直径弯曲，盘成若干圈的普通单模光纤，用于滤除高阶模，提高光束质量；泵浦激光器、隔离器、铋铒共掺光纤和单模光纤依次连接；泵浦激光器发出的泵浦光通过隔离器后进入铋铒共掺光纤中，激发铋铒共掺光纤中的铋、铒等离子的外层电子跃迁产生荧光，通过这种简单结构可得到衍射极限的高亮度宽带光谱。本发明采用单程泵浦结构，结构简单，成本低，亮度高，容易实现，通过铋、铒、铝等共掺杂浓度、泵谱激光器功率和光纤长度的调整，可以输出1400～1700nm的高亮度超宽带荧光谱。

(一)技术领域

本发明属于稀土掺杂光纤光源领域，具体涉及一种基于铋铒共掺光纤的超宽带光源。

(二)背景技术

近年来，人眼安全范围辐射的宽带ASE光纤光源逐渐成为研究热门，在医疗、光通信、光纤传感和光器件测试等领域获得了广泛应用。目前，掺铒光纤光源的研究和应用已经较为成熟，并且已经实现了商品化，但波长范围仅限1527nm～1625nm。无水光纤制备技术的发展使石英光纤在1100～1700nm的波长范围内具有很低的损耗，开发超宽带光纤光源对全波带通信的应用和发展能起到巨大推动作用，还能促进大容量光纤传感、光信息处理、生物学等领域发展。

由于稀土掺杂玻璃光纤具有较宽的增益谱，已被广泛应用于构建光纤放大器与激光器等有源光器件，掺铒离子(Er³⁺)光纤的发射谱在1550nm通信窗口，它还具有减少系统相干背向散射噪声、光瑞利散射引起的相位噪声以及光学克尔效应引起的相位零漂移的特点，是一种优秀宽带光源。

与目前商用的宽带辐射发光二极管相比，掺铒超宽带光纤光源具有温度稳定性好、输出功率高、光谱稳定性好、偏振相关性低、使用寿命长和易于与单模光纤传感系统耦合等特点。稀土掺杂光纤目前因为受限于掺铒光纤的工作带宽，市面上的掺铒光纤光源的带宽范围多集中在C+L带(1527～1625nm)，也有少数带宽为1460～1625nm的S+C+L波段的超宽带光纤光源。

目前可以通过改变基质材料和抽运波长等条件，使掺铋材料在900～1800nm波段陆续实现超宽带近红外(NIR)、覆盖整个低损耗通信窗口的荧光，成为该波段最有前途的活性介质之一。

从光源的放大效果来看，铋离子和铒离子的掺杂浓度是影响宽带光源技术的重要因素，可以通过调整铋离子和铒粒子在光纤中的掺杂浓度，制成带宽大、平坦度好、输出功率高的宽带光纤光源。

专利201310560649.4公开了一种超宽带光纤光源系统，其利用半导体泵浦激光器发出泵浦光，经过宽带光纤耦合器，分别泵浦铒粒子掺杂光纤和铋离子掺杂光纤，从而分别形成铒粒子掺杂光纤超荧光和铋离子掺杂光纤超荧光，再通过宽带耦合器耦合，得到发射光谱范围在1100～1600nm的超宽带光纤光源。该专利光谱范围无法覆盖1600～1700nm。

专利201310560641.8公开了一种超宽带光源，该专利利用泵浦光发射装置发射泵浦光，铒、铥和钕(或镝，镨)离子分别掺杂的光纤，在被泵浦光发射装置泵浦后，分别产生的三路自发辐射光在泵浦光的抽运下得到放大，形成三路荧光，三路荧光通过光纤耦合器耦合，在光纤耦合器的输出端得到1100～1600nm的超宽带荧光。该专利光谱范围无法覆盖1600～1700nm。

专利201310560042.6公开了一种基于铒铥钕共掺光纤的超宽带光源，包括泵浦激光器、激光耦合器和铒铥钕共掺光纤，泵浦激光器发出的泵浦光通过泵浦耦合器进入铒铥钕共掺光纤，由铒铥钕共掺光纤输出端发射1280～1685nm宽带光。该超宽带光源的荧光谱在1530nm、1470nm和1310nm有三个较大的发射峰，但光源平坦度差。