CN114825007A - 一种基于复合腔内驻波条件筛选方案的窄线宽光纤激光器 - Google Patents

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杨世超
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Abstract

本发明公开了一种基于复合腔内驻波条件筛选的纵模选择方案，以及基于该方案的窄线宽光纤激光器。激光器的基本结构包括半导体激光泵浦源，波分复用器，刻写在增益光纤上的有源相移光栅和刻写在单模光纤上的布拉格光栅。有源相移光栅与布拉格光栅共同构成复合结构的谐振腔，简称复合腔。利用复合腔内驻波条件筛选谐振纵模，实现谐振纵模的减少甚至单纵模输出。激光从有源相移光栅输出。本发明的激光器结构简单，在实现输出窄线宽输出的同时有较高的输出功率。

Description

一种基于复合腔内驻波条件筛选方案的窄线宽光纤激光器
技术领域
本发明涉及一种线形腔光纤激光器，尤其涉及一种基于有源相移光栅和布拉格光栅的线形复合腔光纤激光器，属于光纤激光器技术领域。
背景技术
光纤激光器具有窄线宽，噪声低，单频特性好的优点，在各种领域有着广泛的应用。光纤激光器根据腔型结构可被分为线形腔和环形腔激光器，线性腔激光器可进一步分为分布布拉格光栅光纤激光器(DBR)与分布反馈式光纤激光器(DFB)。
环形腔激光器腔长长，依靠窄带滤波器实现单纵模输出，但结构复杂，且对滤波器要求较高；线形腔只有在腔长极短的条件下，才容易实现稳定的单纵模输出，其输出功率因此较低，一般为μW或mW量级。此外，DBR与DFB型光纤激光器的输出线宽通常在kHz量级，现有进一步压窄输出线宽的技术往往需要较为复杂的谐振腔结构，这不仅将导致激光器稳定性与输出功率的下降，还不利于大规模制造。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提出了一种基于相移光栅的纵模选择方案，并将其应用于复合腔结构的光纤激光器中，在实现窄线宽的输出同时获得较高的输出功率。
本发明的技术方案如下：
1.本发明实现窄线宽输出的技术方案是：一种基于复合腔结构的光纤激光器。激光器的组成包括半导体激光泵浦源1，波分复用器2，刻写在铒镱共掺增益光纤3上的有源相移光栅4和刻写在单模光栅上的布拉格光栅5。所述半导体激光泵浦源1的尾纤101与所述波分复用器2的反射端尾纤201相熔接，所述波分复用器2的公共端尾纤202与所述增益光纤3相熔接，所述增益光纤3与所述布拉格光栅5相熔接。
半导体激光泵浦源1的输出泵浦激光，经由反射端201进入波分复用器2，再由公共端口202向增益光纤3传输。增益光纤3中的掺杂离子被泵浦激光激发，产生的自发辐射光在由有源相移光栅4和布拉格光栅5共同构成的谐振腔内来回振荡产生激光。振荡形成的激光由相移光栅4输出，再由公共端202进入波分复用器2，最终从透射端203输出。有源相移光栅4与布拉格光栅5可等效为三个腔镜的复合结构的线形腔。形成的复合腔需要输出纵模同时满足两个谐振腔的驻波条件，可以减少输出纵模的数量。同时复合腔能够有效提高腔内光子数寿命，实现窄线宽输出。在谐振腔外的增益光纤301也同时被泵浦光激发，可以对谐振腔输出的激光实现放大。
2.所述激光器的半导体激光泵浦源1采用光纤耦合输出，与波分复用器的反射端尾纤201相熔接。激光器可采用反向或双向泵浦结构，以提高输出功率。
3.所述有源相移光栅4的反射谱中心波长需要与布拉格光栅5的反射谱中心波长相匹配。
4.所述有源相移光栅4作为谐振腔的输出端，可对其反射率进行优化，反射率的大小对输出线宽和功率均有影响。
5.增益光纤302的长度与布拉格光栅5的尾纤长度均可根据所需输出功率进行优化。
6.所述布拉格光栅反射率高，以便在谐振腔内形成激光振荡。
7.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明采用了由有源相移光栅4和布拉格光栅5共同构成的直线形谐振腔。传统DBR型激光器纵模间隔随腔长增大而减小，为实现长腔长条件下的单纵模输出，需要反射带宽极窄的光纤光栅做输出腔镜，在现有技术下有极高难度；DFB型激光器受限于刻写技术与单纵模输出要求，腔长短，输出功率较低。本发明则将DBR与DFB型激光器相结合，在腔长较长的情况下，仍能实现少纵模乃至单纵模的较高功率输出。同时，复合腔可增大腔内光子寿命，优化后有望实现更窄线宽的输出，相较于其它压缩线宽的方法，本发明结构简单，相移光栅既是输出腔镜，也起到滤波作用。
附图说明
图1是本发明基于复合腔的窄线宽光纤激光器的结构图
图2是本发明的光谱测试结果，本发明激光器输出激光的中心波长为1548.40nm
图3是本发明的线宽测试结果，本发明激光器输出激光的20dB线宽为327.4kHz
附图标记列示如下：1-半导体激光泵浦源；2-波分复用器；3-增益光纤；4-有源相移光栅；5-布拉格光栅；101-泵浦源输出尾纤；201-波分复用器反射端尾纤；202-波分复用器公共端尾纤；203-波分复用器透射端尾纤；301-谐振腔外增益光纤；302-谐振腔内增益光纤。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步对本发明进行说明。
本发明是一种基于复合腔结构的窄线宽光纤激光器。其基本结构包括半导体激光泵浦源1、波分复用器2、刻写在增益光纤3上的有源相移光栅4和刻写在单模光纤上的均匀布拉格光栅5。所述半导体激光泵浦源1与所述波分复用器2的反射端201相熔接，所述波分复用器2的公共端202与所述增益光纤3相熔接，所述增益光纤3与所述均匀布拉格光栅5相熔接；有源相移光栅4与均匀布拉格光栅共同构成激光谐振腔。
具体的，激光器所需的半导体激光泵浦源，波分复用器，布拉格光栅均可以通过商业采购获得。
具体的，半导体激光泵浦源1的工作波长为976nm,输出尾纤101为HI1060单模光纤。
具体的，波分复用器2工作波长为976nm/1550nm，反射端尾纤201为HI1060，与半导体激光泵浦源1的输出尾纤101相熔接。波分复用器2的公共端202与透射端203尾纤均为SMF28单模光纤，公共端202与刻写有有源相移光栅4的增益光纤301相熔接。
具体的，增益光纤3采用铒镱共掺光纤，总长度约20cm，其中有源相移光栅4长度为3cm，反射谱中心波长在1548nm附近，反射率约为87％。波分复用器熔点与有源相移光栅之间的增益光纤301长度约为5cm，当有充足泵浦光输入时，可以对激光输出信号放大。
具体的，有源光纤的另一端302与刻写在单模光纤上的均匀布拉格光栅5相熔接。均匀布拉格光栅中心波长为1550nm，反射谱3dB带宽为9.8nm，反射率为＞99.9％。
具体的，可以将该激光器放置于控温隔振设备中，以获得更稳定的输出。
以上实施例只是本发明所有方案中优选方案之一，其它对一种基于复合腔窄线宽光纤激光器结构的简单改变都属于本发明所保护的范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种基于复合腔的窄线宽光纤激光器，其特征在于，包括半导体激光泵浦源1、波分复用器2、刻写在增益光纤3上的有源相移光栅4和刻写在单模光纤上的布拉格光栅5。所述半导体激光泵浦源1的输出尾纤101与所述波分复用器2的反射端尾纤201相熔接，所述波分复用器2的公共端尾纤202与所述增益光纤301相熔接，所述增益光纤302与所述布拉格光栅5相熔接。
所述半导体激光泵浦源1提供泵浦光，所述有源相移光栅4与布拉格光栅5共同构成复合结构的谐振腔，复合腔的作用在于利用复合腔内驻波条件筛选方法减少输出纵模的数量，并压窄输出线宽。谐振腔的输出端为有源相移光栅4，激光从波分复用器2的透射端尾纤203输出。
2.如权利1所述的光纤激光器，其特征在于，有源相移光栅4的反射谱中心波长与布拉格光栅5的反射谱中心波长相匹配。
3.如权利1所述的光纤激光器，其特征在于，有源相移光栅4刻写在铒镱共掺增益光纤3上。
4.如权利1所述的光纤激光器，其特征在于，布拉格光栅5刻写在普通单模光纤上。
5.如权利1所述的光纤激光器，其特征在于，所述波分复用器2的工作波长与泵浦光和输出激光的波长相对应。
6.如权利1所述的光纤激光器，其特征在于，所述泵浦源为半导体激光器。
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