CN101515697B - 一种光纤激光器调q的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种调Q光纤激光装置，包括第一光纤光栅、第二光纤光栅和第三光纤光栅、环形器，第一光纤光栅与环形器相连接，第三光纤光栅与致动器相连接，第一光纤光栅为宽带反射型光纤光栅，第二光纤光栅为相移光纤光栅，第三光纤光栅为法布里-珀罗光纤光栅对，第三光纤光栅、第二光纤光栅、环形器、有源光纤、输出耦合器和泵浦耦合器相互连接形成回路。本发明还提供了一种光纤激光器调Q的方法。包括如下步骤：A1)输入泵浦光，再通过第一光纤光栅和第二光纤光栅调节波长；A2)将第三光纤光栅与致动器连接，调节致动器对第三光纤光栅进行周期性调制，直致获得设定的调Q脉冲输出本发明提供的方法和装置满足了高性能、快速、高频调Q的需求。

Description

一种光纤激光器调Q的方法和装置

技术领域

本发明涉及光纤激光器技术领域，更具体地说，涉及一种光纤激光器调Q的方法和装置。

背景技术

光纤光栅(Fibber Bragg Gratting，FBG)是一种光纤型波长选择器件，常见于光纤激光器中用做输出频率选择，相当于传统激光器中用到的经过镀膜的反射镜。光纤光栅的一个重要特征是中心频率非常敏感，外界温度的变化和光纤上施加的应力不同可以控制光纤光栅的中心波长，所以可以直接通过控制作为光纤激光器反射腔镜的光纤光栅对中其中的一个光纤光栅，使得两个光栅中心波长失谐来改变激光腔的Q参数，从而实现激光器调Q脉冲输出。目前应用主要集中在光纤通信领域(光纤激光器、光纤滤波器)和光纤传感器领域(位移、速度、加速度、温度的测量)。

光纤激光器是一种比较新型的激光器，其主要优点包括高光束质量、高电光转换效率、易散热性、高可靠性、结构紧凑等。到目前为止，商用光纤激光器已经可以达到连续光输出5千瓦，脉冲光输出峰值功率超过2万瓦，脉冲能量超过1毫焦。和连续光激光器相比，脉冲激光器能将激光谐振腔内存储的能量在极短的时间内释放出来，使输出激光的峰值功率比连续光提高几个数量级。因为其高峰值功率、高能量脉冲和较短的激光作用时间，脉冲型光纤激光器具有更加广泛的应用，包括激光雷达、激光测距、遥感探测、激光打标、激光精密切割、激光医疗等。

调Q技术是产生脉冲激光的一种常见方法。该技术通过周期性的调节激光器谐振腔内的Q参数(一个激光腔质量参数指标)，使得腔内存储的大部分能量在一个极短的时间内释放从而产生周期性脉冲。

目前现有技术中调Q的方法是将一宽带反射高反射率光纤或者一宽带反射低反射率光纤光栅安装在一个致动器上面，然后将宽带反射高反射率光纤光栅或宽带反射低反射率光纤光栅、致动器、有源光纤、输出耦合器和泵浦耦合器连接成一线形腔光纤激光器回路，通过调节致动器来实现对安装在该致动器上面的光纤光栅的周期性调制，从而可以产生调Q脉冲输出。然而这种调Q的方法的具有缺点：脉冲输出频率受可控致动器固有的频率限制，不能实现高频且快速调Q。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的调Q技术不能实现高频且快速调Q不足和缺陷，提供一种能够实现快速，高频调Q的方法及装置。

为实现上述目的，本发明提供一种调Q光纤激光器，包括一种调Q光纤激光器，包括第一光纤光栅、致动器、有源光纤、输出耦合器和泵浦耦合器，其特征在于，还包括第二光纤光栅和第三光纤光栅、环形器，所述第一光纤光栅与环形器相连接，所述第三光纤光栅与致动器相连接，所述第一光纤光栅为宽带反射型光纤光栅，第二光纤光栅为相移光纤光栅，第三光纤光栅为法布里-珀罗光纤光栅对，所述第三光纤光栅、第二光纤光栅、环形器、有源光纤、输出耦合器和泵浦耦合器相互连接形成回路。

在本发明所述的调Q光纤激光器中，所述第一光纤光栅为布拉格光栅光纤或切趾光纤光栅。

在本发明所述的调Q光纤激光器中，所述致动器为压电陶瓷致动器或者磁致伸缩器件、声光器件。

在本发明所述的调Q光纤激光器中，所述第三光纤光栅的两端设置在一夹具的槽中并通过环氧树脂固定，所述第三光纤光栅为拉紧状态，所述夹具与致动器相连。

为实现上述目的，本发明提供一种光纤激光器调Q的方法，包括第一光纤光栅、致动器、有源光纤、输出耦合器和泵浦耦合器，其特征在于，还包括第二光纤光栅和第三光纤光栅、环形器，所述第一光纤光栅与环形器相连接，所述第三光纤光栅与致动器相连接，所述第三光纤光栅、第二光纤光栅、环形器、有源光纤、输出耦合器和泵浦耦合器相互连接形成回路，包括如下步骤：

A1)输入泵浦光，再通过第一光纤光栅和第二光纤光栅调节波长；其中波长可以是掺饵光纤激光器输出波长，范围：1530～1570nm，或者掺镱光纤激光器输出波长，范围：1010～1100nm，或者是其他掺杂光纤激光器的输出波长。所以总的来说，波长是不受这种方法所限制的。

A2)将第三光纤光栅与致动器连接，调节致动器对第三光纤光栅进行周期性调制，直致获得设定的调Q脉冲输出。

在本发明所述的光纤激光器调Q的方法中，所述步骤A1)中，具体包括如下步骤：

A1.1)将所述第二光纤光栅、第三光纤光栅、环形器、有源光纤、输出耦合器和泵浦耦合器相互连接形成回路；

A1.2)输入泵浦光，确保所述光纤激光器有连续光输出，然后调节第一光纤光栅中心反射波长和第二光纤光栅中心透射波长得到激光输出的中心波长。

在本发明所述的光纤激光器调Q的方法中，所述步骤A2)中，具体包括如下步骤：

A2.1)关闭泵浦激光器，将第三光纤光栅固定在致动器上，然后安装在光纤激光器上，打开泵浦光输入；

A2.2)通过调节致动器来实现对安装在该致动器上面的第三光纤光栅的周期性调制，检测光纤激光器的脉冲信号输出，然后改变输入致动器上的信号的频率和幅度，直至获得设定的调Q脉冲输出；其中调Q频率取决于致动器的调制频率，最高频率一般不超过20kHz。

A2.3)逐渐加大输入致动器上的信号幅度，增加致动器的伸缩长度，直至获得设定的更高频率的调Q脉冲输出。实验中我们获得了脉冲频率为致动器调制频率2～6倍的稳定脉冲激光输出。

在本发明所述的光纤激光器调Q的方法中，所述步骤A2)中，将第三光纤光栅与致动器连接包括如下步骤：

放置在一带有带“V”型槽光纤夹具上，先施加一定的应力在第三光纤光栅上，使第三光纤光栅呈拉紧状态，然后用环氧树脂胶固定住第三光纤光栅，再将夹具与致动器相连接。

在本发明所述的光纤激光器调Q的方法中，所述第一光纤光栅为宽带反射型光纤光栅，第二光纤光栅为相移光纤光栅，第三光纤光栅为法布里-珀罗光纤光栅对。

由于本发明的一种光纤激光器调Q的方法和装置，采用宽带反射型光纤光栅、相移光纤光栅和法布里-珀罗光纤光栅对共同作用，即利用透射型光纤光栅，实现了高性能、快速、高频调Q。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明提供的光纤调Q脉冲激光器结构示意图；

图2为普通布拉格光纤光栅的反射光谱图；

图3为切趾光纤光栅的反射光谱图；

图4为相移光纤光栅的透射光谱图；

图5为法布里-珀罗光纤光栅对的透射光谱图；

图6为本发明提供的第三光纤光栅与致动器之间固定结构示意图；

图7为本发明提供的一种光纤激光器调Q的方法流程图。

具体实施方式

本发明实施例提出的一种全光纤调Q激光器结构，如图1所示，所述全光纤调Q激光器包括泵浦激光器1、泵浦光耦合器2、有源光纤3、环形器4、输出耦合器5，致动器6以及第一光纤光栅7，第二光纤光栅8和第三光纤光栅9。本发明实施例中，所述第一光纤光栅7优选宽带反射型光纤光栅，可以是普通的布拉格光纤光栅，其光谱如图2所示；或者是改进边模特性的切趾光纤光栅，其光谱如图3所示。本发明实施例中，所述第二光纤光栅8优选相移光纤光栅，所述相移光纤光栅具有单纵模窄带透射特性，其光谱如图4所示。本发明实施例中，所述第三光纤光栅9优选法布里-珀罗(Fabry-Pérot)光纤光栅对，所述Fabry-Pérot光纤光栅对具有多纵模窄带透射特性，其光谱如图5所示。第一光纤光栅7和第二光纤光栅8共同作用实现波长选择，只有中心波长与第一光纤光栅7和第二光纤光栅8匹配的信号光才可能得到放大实现激射输出。第三光纤光栅9安装在一致动器6上(包括压电陶瓷致动器、磁致伸缩器件或者声光器件等各类可控致动器)。所述致动器6用于周期性调制第三光纤光栅9，来产生调Q脉冲输出。

其中连接方式为：第一光纤光栅7与环形器4相连接，所述第三光纤光栅9与致动器6相连接，所述第三光纤光栅9、第二光纤光栅8、环形器4、有源光纤3、输出耦合器5和泵浦耦合器2相互连接形成回路。其中第一光纤光栅7为宽带反射型光纤光栅，第二光纤光栅8为相移光纤光栅，第三光纤光栅9为法布里-珀罗光纤光栅对，第一光纤光栅7为布拉格光栅光纤或切趾光纤光栅。致动器6可以为压电陶瓷致动器或者磁致伸缩器件、声光器件。

最佳连接方式如图1所示，最佳实施方式为第三光纤光栅9与致动器6相连接，所述第三光纤光栅9、第二光纤光栅8、环形器4、有源光纤3、泵浦耦合器2和输出耦合器5依次相互连接形成回路。

请参阅图6所示，图6为致动器6与第三光纤光栅9之间固定结构示意图。

本发明实施例中，首先将所述第三光纤光栅9放置在一光纤夹具10，所述光纤夹具10优选带V型槽结构，再施加一定的应力在第三光纤光栅9上，保证第三光纤光栅9呈拉紧状态，然后用环氧树脂胶11固定住第三光纤光栅9。然后通过加温的方法使环氧树脂胶11固化，所述第三光纤光栅8固定后呈拉紧状态，第三光纤光栅9上施加的应力能随致动器6的伸缩而产生变化。

通过周期性调节第三光纤光栅9的多纵模光谱，来对中心波长与第一光纤光栅7和第二光纤光栅8匹配的信号光的腔内损耗进行周期性调制。从图3和图4可以看出，所述第二光纤光栅8和第三光纤光栅9的透射光谱带宽非常窄，所以利用致动器6对第三光纤光栅9和第二光纤光栅8光谱相对位置的调节非常有效而高速。

同时，本发明还公开了一种光纤激光器调Q的方法，如图7所示，本发明实施例中，所述第一光纤光栅为宽带反射型光纤光栅，第二光纤光栅为相移光纤光栅，第三光纤光栅为法布里-珀罗光纤光栅对，

如图7所示，本发明实施例中，包括如下步骤：

步骤701：然后输入泵浦光，再通过第一光纤光栅和第二光纤光栅调节波长；波长可以是掺饵光纤激光器输出波长，范围：1530～1570nm，或者掺镱光纤激光器输出波长，范围：1010～1100nm，或者是其他掺杂光纤激光器的输出波长。所以总得来说，波长是不受这种方法所限制的。

步骤702：将第三光纤光栅与致动器连接，调节致动器对第三光纤光栅进行周期性调制，直致获得设定的调Q脉冲输出。

进一步的，所述步骤701中，具体包括如下步骤：将所述第二光纤光栅、第三光纤光栅、环形器、有源光纤、输出耦合器和泵浦耦合器相互连接形成回路，输入泵浦光，确保所述光纤激光器有连续光输出，然后调节第一光纤光栅中心反射波长和第二光纤光栅中心透射波长得到激光输出的中心波长。

本发明实施例中，所述步骤702中，将第三光纤光栅与致动器连接包括如下步骤：放置在一带有带V型槽光纤夹具上，先施加一定的应力在第三光纤光栅上，使第三光纤光栅呈拉紧状态，然后用环氧树脂胶固定住第三光纤光栅，再将夹具与致动器相连接。

所述步骤702中，具体包括如下步骤：首先通过调节致动器来实现对安装在该致动器上面的第三光纤光栅的周期性调制，检测光纤激光器的脉冲信号输出，然后改变输入致动器上的信号的频率和幅度，直至获得满意的调Q脉冲输出；调Q频率取决于致动器的调制频率，最高频率一般不超过20kHz。

再逐渐加大输入致动器上的信号幅度，增加致动器的伸缩长度，直至获得满意的更高频率的调Q脉冲输出。实验中我们获得了脉冲频率为致动器调制频率2～6倍的稳定脉冲激光输出。

本发明实施例中，将周期性调制的信号源经过放大后加在致动器上面，一方面通过改变输入致动器上的信号的频率来控制致动器伸缩的快慢，从而控制调Q的重复率；另一方面通过改变输入信号的幅度可以控制致动器伸缩行程大小，从而改变第三光栅的光谱调节范围。利用Fabry-Pérot光纤光栅对的多纵模透射光谱特性，增加致动器的伸缩范围，在一次调节周期内第三光栅不同的多个纵模中心透射峰对准第二光栅的中心透射峰，从而可以实现多倍频调Q脉冲输出，脉冲输出突破致动器固有的频率限制。

本发明实施例应用了具体的实施例对本发明实施例的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明实施例的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明实施例的限制。

Claims (2)

1.一种调Q光纤激光装置，包括第一光纤光栅、致动器、有源光纤、输出耦合器和泵浦耦合器，其特征在于，还包括第二光纤光栅和第三光纤光栅、环形器，所述第一光纤光栅与环形器相连接，所述第三光纤光栅与致动器相连接，所述第一光纤光栅为宽带反射型光纤光栅，第二光纤光栅为相移光纤光栅，第三光纤光栅为法布里-珀罗光纤光栅对，所述第三光纤光栅、第二光纤光栅、环形器、有源光纤、泵浦耦合器和输出耦合器依次相互连接形成回路，所述第三光纤光栅的两端设置在一夹具的槽中并通过环氧树脂固定，所述第三光纤光栅为拉紧状态，所述夹具与致动器相连，所述致动器用于周期性调制第三光纤光栅，来产生调Q脉冲输出。

2.根据权利要求1所述的调Q光纤激光装置，其特征在于，所述第一光纤光栅为布拉格光栅光纤或切趾光纤光栅。

3、根据权利要求1所述的调Q光纤激光装置，其特征在于，所述致动器为压电陶瓷致动器或者磁致伸缩器件、声光器件。

4、一种光纤激光器调Q的方法，其特征在于，采用第一光纤光栅、致动器、有源光纤、输出耦合器和泵浦耦合器、第二光纤光栅和第三光纤光栅、环形器，所述第一光纤光栅与环形器相连接，所述第三光纤光栅与致动器相连接，所述第三光纤光栅、第二光纤光栅、环形器、有源光纤、泵浦耦合器和输出耦合器依次相互连接形成回路，所述第三光纤光栅的两端设置在一夹具的槽中并通过环氧树脂固定，所述第三光纤光栅为拉紧状态，所述夹具与致动器相连，所述第一光纤光栅为宽带反射型光纤光栅，第二光纤光栅为相移光纤光栅，第三光纤光栅为法布里-珀罗光纤光栅对，包括如下步骤：

A1）输入泵浦光，再通过第一光纤光栅和第二光纤光栅调节波长；

A1.1）将所述第二光纤光栅、第三光纤光栅、环形器、有源光纤、输出耦合器和泵浦耦合器相互连接形成回路； 

A1.2）输入泵浦光，确保所述光纤激光器有连续光输出，然后调节第一光纤光栅中心反射波长和第二光纤光栅中心透射波长得到激光输出的中心波长；

A2）将第三光纤光栅与致动器连接，调节致动器对第三光纤光栅进行周期性调制，直致获得设定的调Q脉冲输出；

A2.1）关闭泵浦激光器，将第三光纤光栅固定在致动器上，然后安装在光纤激光器上，打开泵浦光输入；

A2.2）通过调节致动器来实现对安装在该致动器上面的第三光纤光栅的周期性调制，检测光纤激光器的脉冲信号输出，然后改变输入致动器上的信号的频率和幅度；

A2.3）逐渐加大输入致动器上的信号幅度，增加致动器的伸缩长度，直至获得设定的更高频率的调Q脉冲输出。

5、根据权利要求4所述的光纤激光器调Q的方法，其特征在于，所述步骤A2）中，将第三光纤光栅与致动器连接包括如下步骤：

放置在一带有 “V”型槽光纤夹具上，先施加一定的应力在第三光纤光栅上，使第三光纤光栅呈拉紧状态，然后用环氧树脂胶固定住第三光纤光栅，再将夹具与致动器相连接。

6、根据权利要求4所述的光纤激光器调Q的方法，其特征在于，在步骤A2中，调Q频率取决于致动器的调制频率，不超过20kHz；

在步骤A2.3中，获得的脉冲频率为致动器调制频率2～6倍的稳定脉冲激光输出。

Images