1.引言

2μm波段摻銩光纖激光器工作在人眼安全波段、效率高、光束質(zhì)量好，可廣泛應(yīng)用于激光醫(yī)療、傳感、雷達(dá)和空間通信等領(lǐng)域，也可作為3--5μｍ中紅外光參量振蕩的泵浦源。近十年，摻銩光纖激光技術(shù)在高功率、寬調(diào)諧范圍及脈沖激光領(lǐng)域已取得了快速的進(jìn)展。多波長(zhǎng)光纖激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、穩(wěn)定性好，在波分復(fù)用系統(tǒng)、分布式光纖傳感系統(tǒng)、微波光子技術(shù)等方面具有很好的應(yīng)用價(jià)值。獲得多波長(zhǎng)的方法主要有非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)和四波混頻效應(yīng)的多波長(zhǎng)摻銩光纖激光器，非線性光纖環(huán)形鏡的多波長(zhǎng)摻銩光纖激光器。

本文提出了一種利用光纖馬赫－曾德（M-Z）干涉儀濾波的多波長(zhǎng)摻銩光纖激光器，并采用1573nm光纖激光泵浦一段4m長(zhǎng)單模摻銩光纖的環(huán)形腔結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)了2μm波段1--3個(gè)波長(zhǎng)的多波長(zhǎng)激光輸出， 輸出的單波長(zhǎng)激光3dB線寬為0.048nm， 邊模抑制比為53dB。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)與工作原理

基于光纖M-Z干涉儀濾波的多波長(zhǎng)摻銩光纖激光器結(jié)構(gòu)如圖1所示， 兩個(gè)級(jí)聯(lián)的2×2耦合器（3dB） 構(gòu)成的M-Z干涉儀， 通過(guò)一個(gè)3dB耦合器接入激光環(huán)形腔， 另一個(gè)3dB耦合器兩端光纖連接作為Sagnac全反射鏡，該結(jié)構(gòu)構(gòu)成了反射式濾波器。中心波長(zhǎng)為1573nm光纖激光泵浦源通過(guò)一個(gè)1570/2000nm波分復(fù)用器（WDM）注入一段4m長(zhǎng)單模摻銩光纖（TDF）中，摻銩光纖的數(shù)值孔徑、1570nm處吸收、2000nm模場(chǎng)直徑分別為0.15、15dB/m、10.5μm。摻銩光纖中Tm3+粒子受激輻射產(chǎn)生的背向增益經(jīng)M-Z干涉儀濾波后，在輸出耦合器90%端口反饋，在環(huán)形腔內(nèi)不斷放大而形成激光振蕩，在10%端口輸出，采用光譜分析儀（AQ6375）觀測(cè)光譜。利用偏振控制器（PC） 改變腔內(nèi)激光偏振態(tài)，光隔離器保證環(huán)形腔內(nèi)單方向通光。

光纖M-Z干涉濾波器由兩個(gè)3dB光纖耦合器組成，初始輸入光被耦合器1分為強(qiáng)度相等的兩束光，在耦合器2的3、4端口干涉， 耦合器2的3、4 端口相連形成環(huán)路， 干涉光沿環(huán)路返回耦合器1中再次干涉并輸出。光纖M-Z干涉儀的濾波特性由耦合器的分光比和干涉儀兩臂的臂長(zhǎng)差共同決定。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

1573nm光纖激光器的輸出功率為250mW，2μm波段的1895nm附近形成了多波長(zhǎng)激光振蕩，由于M-Z的梳狀濾波周期較小，相近模式激光之間存在模式競(jìng)爭(zhēng)。調(diào)節(jié)PC改變腔內(nèi)激光偏振態(tài)來(lái)抑制一些波長(zhǎng)振蕩，1.9μm波段得到1--3個(gè)波長(zhǎng)數(shù)的多波長(zhǎng)激光輸出。圖2為1h內(nèi)不同波長(zhǎng)數(shù)的多波長(zhǎng)激光輸出光譜。其中，單波長(zhǎng)激光中心波長(zhǎng)為1895.5nm，3dB線寬約為0.048nm，邊模抑制比為53dB；雙波長(zhǎng)激光波長(zhǎng)間隔約為1nm，邊模抑制比為50dB�？梢钥闯�，在60min內(nèi)，單波長(zhǎng)和三波長(zhǎng)輸出比較穩(wěn)定， 雙波長(zhǎng)在0.5nm范圍內(nèi)產(chǎn)生了漂移。