CN101478112A

CN101478112A - 光纤激光器泵浦保护装置及方法

Info

Publication number: CN101478112A
Application number: CNA2009100364327A
Authority: CN
Inventors: 刘伟平; 冉洋; 任纪康; 杜卫冲
Original assignee: Jinan University; Institute of Industry Technology Guangzhou of CAS
Current assignee: Jinan University; Institute of Industry Technology Guangzhou of CAS
Priority date: 2009-01-06
Filing date: 2009-01-06
Publication date: 2009-07-08

Abstract

本发明公开了一种光纤激光器泵浦保护装置及方法，该泵浦保护装置包括泵浦源及光纤，光纤连接在泵浦源上，在光纤上靠近泵浦源一端刻有啁啾光纤光栅。该泵浦保护方法是：a.泵浦源所发出的激光沿光纤向其前端传输，其反射光沿光纤向后端传输；b.沿光纤向其后端传输的反射光经过啁啾光纤光栅，由啁啾光纤光栅滤波，并对位于光纤后端的泵浦源起到保护作用。本发明结构简单、价格低廉，并且还可通过控制啁啾光纤光栅所处环境的温度及压力来达到可选择性滤波的效果。

Description

光纤激光器泵浦保护装置及方法

技术领域

本发明涉及一种光纤激光器泵浦保护装置及方法。

背景技术

光纤激光器凭借其高功率、高效率、高可靠性、高光束质量、波长选择性好、易冷却等优势，已经得到了普遍的认可，随着双包层全光纤激光器在激光加工、光通信领域中研究生产的不断发展，LD(激光二极管)作为泵浦源已经得到了研究和工业领域的广泛应用，在全光纤无缝连接结构的光纤激光器中，全光纤激光器一般采用在双包层掺杂光纤上直接刻制光纤布拉格光栅作为激光谐振腔，采用工作波长为λ1的激光二极管作为泵浦源，泵浦光通过光纤合束器进入掺镱光纤后，使增益介质(稀土离子)达到粒子数反转，再由两个反射波长为λ2的光纤光栅构成的光纤结构谐振腔中进行腔内多次往返，形成相干的持续振荡得到稳定的λ2波长左右的激光输出。

从光纤激光器的形成原理可知，掺稀土光纤(有源光纤)在泵浦激光二极管源的泵浦下，在形成激光之前会在有源光纤中通常形成一个宽带的放大自发辐射光，其波长通常偏离λ1一段距离，带宽为Δλ；光纤激光工作波长λ2包含在放大自发辐射带宽中，具体的波长取决于所形成的光学谐振腔的波长选择，泵浦源在有源光纤上所激发的放大自发辐射光可以在光纤的正反两个方向上传输，因此，在激光器泵浦端无可避免的出现波长在激光器工作波长附近的较高功率反射光，很容易对泵浦源造成损坏，反向放大自发辐射光的存在所导致的高功率光反射是泵浦源损坏的主要原因之一，所以国内外已有不少研究机构和生产企业开展了相关的研究，并提出了解决方案，目前对于全光纤激光器，国内尚未有针对泵浦保护措施的相关报道，国外主要采用泵浦源自身保护、外加泵浦源反射保护两种方式，而对于外加泵浦源反射保护方式而方，又主要采用以下两种方法：

1、光隔离器法，光隔离器又称为光单向器，是一种光非互易传输无源器件，利用了磁光晶体的法拉第效应，用来消除或抑制光纤信道中产生的反向光；半导体激光器及光放大器等对来自连接器、熔接点、滤波器等的反射光非常敏感，并导致性能恶化，因此需要用光隔离器阻止反射光；光隔离器是一种只允许单向光通过的无源光器件，其工作原理是基于法拉弟旋转的非互易性；

2、分光片法，利用各个波长光的折射角不同的原理，利用分光玻片，使一定波长的光无法通过玻片，达到消除反向光的目的，这种器件依赖于从薄层束反射的许多光波之间的干涉效应；如果每层的厚度是λ/4，那么，当入射角等于零即垂直入射时，波长为λ的光在通过每层后得到相位位移π，因此，反射波与入射波相位相反，它们将成相消性干涉，也就是相互抵消，起到特定波长滤波效果，利用这种特性，在基底G上镀多层介质膜，多层结构增强了效果，使滤波特性接近理想状态。

目前光纤激光器应用较多的是双包层掺镱激光器，输出波长在1060nm左右，在这一波段中，目前以上两种产品生产较少，价格昂贵，同时现有的泵浦保护装置，所保护的波长范围较小，而且插入损耗较大，不能完全满足需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光纤激光器泵浦保护装置及方法，本发明结构简单、价格低廉。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种光纤激光器泵浦保护装置，包括泵浦源及光纤，光纤连接在泵浦源上，在光纤上靠近泵浦源一端刻有啁啾光纤光栅。

本发明所采用的泵浦保护方法的步骤是：a、泵浦源所发出的激光沿光纤向其前端传输，其反射光沿光纤向后端传输；b、沿光纤向其后端传输的反射光经过啁啾光纤光栅，由啁啾光纤光栅滤波，并对位于光纤后端的泵浦源起到保护作用。

由于啁啾光纤光栅具有特殊的透射或反射光谱特性，其原理是光栅中波导与光波的相互作用，将在光纤中传输的特定频率的光波，从原来前向传输限定在纤芯中的模式，耦合到前向或后向传输限定在包层或纤芯中的模式，从而得到特定的透射或反射光谱特性，得到具有一定带宽的衰减谱线；因此，啁啾光纤光栅可以作为一定带宽范围内的带阻滤波器达到可选择性滤波的效果。

本发明的进一步改进是：

在所述光纤上刻有的所述啁啾光纤光栅为至少两个，该至少两个啁啾光纤光栅组成带阻滤波器，在设计时，可以根据反射光波长的带宽范围来选择带阻滤波器中相应的啁啾光纤光栅数量。

该泵浦保护装置还包括控制电路、两个压电陶瓷片，所述啁啾光纤光栅夹于两个压电陶瓷片之间，两个压电陶瓷片与控制电路电气连接，即通过控制啁啾光纤光栅所处环境的压力，来控制啁啾光纤光栅的波长偏移量，进而控制反射光的波长(带宽)，使本发明具有带阻波长的选择功能。

该泵浦保护装置还包括半导体制冷器及温度传感器，温度传感器、半导体制冷器均与控制电路电气连接；通过控制啁啾光纤光栅所处环境的压力，来控制啁啾光纤光栅的波长偏移量，进而控制反射光的波长(带宽)，，使本发明具有带阻波长的选择功能，在运行过程中，也可以根据需要使整个泵浦保护装置保持在一个恒温状态。

所述控制电路包括驱动器、逻辑控制模块、比较器及压电陶瓷控制模块，比较器的一个输入端与基准电压电气连接，另一个输入端与所述温度传感器电气连接，比较器的输出端与逻辑控制模块电气连接，逻辑控制模块与驱动器电气连接及压电陶瓷控制模块电气连接，驱动器与半导体制冷器电气连接，压电陶瓷控制模块与所述两个压电陶瓷片电气连接。

该泵浦保护装置还包括有内层封装体，所述啁啾光纤光栅、两个压电陶瓷片均置于该内层封装体内。

该泵浦保护装置还包括有外层封装体，所述内层封装体、控制电路、温度传感器及半导体制冷器均置于该外层封装体内。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构图；

图2是实施例一中的反射谱图；

图3是本发明实施例二的结构图；

图4是实施例二中，在调制前，四个啁啾光纤光栅各自的反射谱图；

图5是实施例二中，在调制后，四个啁啾光纤光栅的反射谱图；

附图标记说明：

1、泵浦源，2、光纤，3、啁啾光纤光栅，4、控制电路，5、压电陶瓷片，6、半导体制冷器，7、温度传感器，8、驱动器，9、逻辑控制模块，10、比较器，11、压电陶瓷控制模块，12、内层封装体，13、外层封装体。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，一种光纤激光器泵浦保护装置，包括泵浦源1及光纤2，光纤连2接在泵浦源1上，在光纤2上靠近泵浦源1一端刻有啁啾光纤光栅3。

本实施例所采用的泵浦保护方法的步骤是：a、泵浦源1所发出的激光沿光纤2向其前端传输，其反射光沿光纤2向后端传输；b、沿光纤2向其后端传输的反射光经过啁啾光纤光栅3，由啁啾光纤光栅3滤波，并对位于光纤2后端的泵浦源1起到保护作用。由于啁啾光纤光栅3具有特殊的透射或反射光谱特性，其原理是啁啾光纤光栅3中波导与光波的相互作用，将在光纤2中传输的特定频率的光波，从原来前向传输限定在纤芯中的模式，耦合到前向或后向传输限定在包层或纤芯中的模式，从而得到特定的透射或反射光谱特性，得到具有一定带宽的衰减谱线；因此，啁啾光纤光栅3可以作为一定带宽范围内的带阻滤波器达到可选择性滤波的效果，图2所示为该实施例的啁啾光纤光栅的反射谱图，其反射带宽最高可达5nm。

实施例二

如图3所示，本实施例中，该泵浦保护装置还包括控制电路4、两个压电陶瓷片5、半导体制冷器6及温度传感器7，前述控制电路4包括驱动器8、逻辑控制模块9、比较器10及压电陶瓷控制模块11，比较器10的一个输入端与基准电压电气连接，另一个输入端与温度传感器7电气连接，比较器10的输出端与逻辑控制模块9电气连接，逻辑控制模块9与驱动器8及压电陶瓷控制模块11电气连接，驱动器8与半导体制冷器6电气连接，压电陶瓷控制模块11与两个压电陶瓷片5电气连接；在光纤2上刻有的啁啾光纤光栅3为四个，该四个啁啾光纤光栅3组成带阻滤波器，四个啁啾光纤光栅3夹于两个压电陶瓷片5之间；该泵浦保护装置还包括有内层封装体12及外层封装体13，啁啾光纤光栅3、两个压电陶瓷片5均置于该内层封装体12内，内层封装体12、控制电路4、温度传感器7及半导体制冷器6均置于该外层封装体13内。

压电陶瓷片5是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，在压电陶瓷片5两端加以电压调节，可以控制压电陶瓷片5的机械形变从而改变加在啁啾光纤光栅3表面的应力大小，从而达到波长选择，起到调谐效果；四个啁啾光纤光栅3在调制前的反射谱线如图4所示，在调制后的反射谱线如图5所示，由此可见，四个啁啾光纤光栅3在调制后其带宽更宽。

本实施例所述泵浦保护装置还具有温控功能，因为激光器在工作时会产生热量，从而导致啁啾光纤光栅3反射波长的漂移，影响其泵浦保护效果，通过温度传感器7、半导体制冷器6等部件可以使啁啾光纤光栅3的反射波长不随温度变化而变化，保证了其滤波波长的稳定性，其工作原理是：利用温度传感器对内层封装体12(即带阻滤波器)的温度进行实时测量，然后通过控制电路4与设定的温度值比较，如果温度超出设定的范围，就使通过半导体制冷器6的电流发生变化，利用半导体电能与热能转化的特性，实现恒温控制，维持整个系统的温度恒定。

Claims

1、一种光纤激光器泵浦保护装置，包括泵浦源及光纤，光纤连接在泵浦源上，其特征在于，在光纤上靠近泵浦源一端刻有啁啾光纤光栅。

2、如权利要求1所述光纤激光器泵浦保护装置，其特征在于，在所述光纤上刻有的所述啁啾光纤光栅为至少两个，该至少两个啁啾光纤光栅组成带阻滤波器。

3、如权利要求1或2所述光纤激光器泵浦保护装置，其特征在于，该泵浦保护装置还包括控制电路、两个压电陶瓷片，所述啁啾光纤光栅夹于两个压电陶瓷片之间，两个压电陶瓷片与控制电路电气连接。

4、如权利要求3所述光纤激光器泵浦保护装置，其特征在于，该泵浦保护装置还包括半导体制冷器及温度传感器，温度传感器、半导体制冷器均与控制电路电气连接。

5、如权利要求4所述光纤激光器泵浦保护装置，其特征在于，所述控制电路包括驱动器、逻辑控制模块、比较器及压电陶瓷控制模块，比较器的一个输入端与基准电压电气连接，另一个输入端与所述温度传感器电气连接，比较器的输出端与逻辑控制模块电气连接，逻辑控制模块与驱动器电气连接及压电陶瓷控制模块电气连接，驱动器与半导体制冷器电气连接，压电陶瓷控制模块与所述两个压电陶瓷片电气连接。

6、如权利要求5所述光纤激光器泵浦保护装置，其特征在于，该泵浦保护装置还包括有内层封装体，所述啁啾光纤光栅、两个压电陶瓷片均置于该内层封装体内。

7、如权利要求6所述光纤激光器泵浦保护装置，其特征在于，该泵浦保护装置还包括有外层封装体，所述内层封装体、控制电路、温度传感器及半导体制冷器均置于该外层封装体内。

8、一种光纤激光器泵浦保护方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

a、泵浦源所发出的激光沿光纤向其前端传输，其反射光沿光纤向后端传输；

b、沿光纤向其后端传输的反射光经过啁啾光纤光栅，由啁啾光纤光栅滤波，并对位于光纤后端的泵浦源起到保护作用。

9、如权利要求8所述光纤激光器泵浦保护方法，其特征在于，在所述b步骤中，通过控制啁啾光纤光栅所处环境的温度或压力，来控制啁啾光纤光栅的波长偏移量，进而控制反射光的波长。