CN102157888A - 一种被动调q全光纤激光器 - Google Patents

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杜卫冲
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Abstract

本发明公开了一种被动调Q全光纤激光器，其包括振荡级，该振荡级包括泵浦源、耦合器、第一光栅、第一掺杂纤、调Q元件和第二光栅，所述调Q元件为Sm3+饱和可吸收体光纤，该调Q元件紧邻在所述第一掺杂纤之前或之后。本发明的被动调Q全光纤激光器，采用Sm3+饱和可吸收体光纤作为被动调Q元件，与AOM的主动调Q方案相比，本发明的被动调Q全光纤激光器不仅去除了AOM中的射频驱动，降低了系统的复杂性，减少了由AOM元器件引入的高损耗，同时大大降低了成本，简化了系统结构，提高了系统的稳定性，更有利于实现产品化。

Description

一种被动调Q全光纤激光器
技术领域
本发明涉及一种激光器，尤其是一种被动调Q全光纤激光器。
背景技术
目前，高功率的脉冲光纤激光器主要是将低功率的脉冲光信号进行后续的光路放大，脉冲信号光的产生主要大多利用主动声光调制（AOM）完成。主动声光调制是利用声光晶体改变腔内的增益，把连续光转换成脉冲光输出。由于采用了声光器件，需配备相应的射频驱动电路，由此增加了系统损耗和复杂度，也增加了系统成本及能耗。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、稳定性高、成本低廉、易于维护的被动调Q全光纤激光器。
本发明的一种被动调Q全光纤激光器，其包括振荡级，该振荡级包括泵浦源、耦合器、第一光栅、第一掺杂纤、调Q元件和第二光栅，所述调Q元件为Sm3+饱和可吸收体光纤，该调Q元件紧邻在所述第一掺杂纤之后或之前。
优选地，所述振荡级还包括泵浦保护器，该泵浦保护器设于所述泵浦源与所述耦合器之间。
优选地，所述泵浦保护器为Sm3+饱和可吸收体光纤。
优选地，所述第一光栅和所述第二光栅均为FBG光纤光栅（即光纤布拉格光栅）。
优选地，所述第一掺杂光纤为掺镱、掺铒及镱铒共掺的单模光纤、双包层光纤或LMA光纤（即大模场面积光纤）。
优选地，所述被动调Q全光纤激光器还包括用于将所述振荡级输出的脉冲激光进行功率放大后输出的功率放大级，该功率放大级包括顺次设置的泵浦源组、合束器和第二掺杂纤。
优选地，在所述振荡级与所述功率放大级之间设有光纤隔离器。
与现有技术相比，本发明的优点是：
（1）本发明的被动调Q全光纤激光器采用Sm3+饱和可吸收体光纤作为被动调Q元件，由于Sm3+饱和可吸收体光纤在腔内起饱和可吸收体作用，其能吸收掺杂纤的ASE光，使谐振腔处于高损耗状态，此时腔内损耗大于增益，不能形成激光输出；而当Sm3+饱和可吸收体光纤吸收达到饱和状态时，其对光透明，此时谐振腔内增益大于损耗，形成巨脉冲输出，因此，可以通过调节Sm3+饱和可吸收体光纤的长度、位置以及泵浦功率，实现脉冲信号的频率和脉宽的调节，最后可得到脉冲重复频率可达数十万赫兹、脉冲宽度在几百纳秒至几微秒之间的高信噪比脉冲信号。它们之间的对应关系如下：Sm3+饱和可吸收体光纤的长度越长，则脉冲信号的输出功率越小、周期越长；Sm3+饱和可吸收体光纤位于掺杂纤之后，则脉冲信号的脉冲宽度较小、频率较高、功率较大；泵浦功率越大，则脉冲信号的输出功率也越高、脉冲频率越高、输出能量越大。与AOM的主动调Q方案相比，本发明的被动调Q全光纤激光器不仅去除了AOM中的射频驱动，降低了系统的复杂性，减少了由AOM元器件引入的高损耗，同时大大降低了成本，简化了系统结构，提高了系统的稳定性，更有利于实现产品化；
（2）本发明的被动调Q全光纤激光器，在泵浦源与耦合器之间设置Sm3+饱和可吸收体光纤泵浦保护器，利用Sm3+的吸收特性滤除谐振腔中掺杂纤所产生的ASE光，实现对泵浦源的保护；
（3）本发明的被动调Q全光纤激光器，在振荡级后连接功率放大级，用于对脉冲激光的功率进行放大后输出。
附图说明
图1是本发明实施例1的被动调Q全光纤激光器的结构示意图。
图2是本发明实施例2的被动调Q全光纤激光器的结构示意图。
图3是本发明实施例3的被动调Q全光纤激光器的结构示意图。
图4是本发明实施例4的被动调Q全光纤激光器的结构示意图。
附图标记说明：10、振荡级；11、泵浦源；12、泵浦保护器；13、耦合器；14、第一光栅；15、调Q元件；16、第一掺杂纤；17、第二光栅；18、隔离器；20、放大级；21、泵浦源组；22、合束器；23、第二掺杂纤；24、隔离器；准直器30。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：
实施例1
本实施例的被动调Q全光纤激光器的结构示意图如图1所示，被动调Q全光纤激光器仅由振荡级10组成，振荡级10由顺次设置的泵浦源11、泵浦保护器12、耦合器13、第一光栅14、第一掺杂纤16、调Q元件15、第二光栅17及隔离器18构成，其中，泵浦源11为带尾纤输出的单模半导体激光器。泵浦保护器12为Sm3+饱和可吸收体光纤，利用Sm3+的吸收特性滤除谐振腔中第一掺杂纤16所产生的ASE光，完成对泵浦源11的保护。耦合器13用于将单模信号光耦合入谐振腔。第一光栅14为FBG光栅，其具有对泵浦光高透信号光高反的特性。调Q元件15为Sm3+饱和可吸收体光纤，连接于第一掺杂纤16之后，可以获得相对高输出功率和更短的脉冲周期。紧接在第二光栅17之后是具有低反特性的谐振腔输出端，此输出端后连接一光纤型隔离器17，可防止后续器件反射光的影响。
采用Sm3+饱和可吸收体光纤作为被动调Q元件，由于Sm3+饱和可吸收体光纤在腔内起饱和可吸收体作用，其能吸收掺杂纤的ASE光，使谐振腔处于高损耗状态，此时腔内损耗大于增益，不能形成激光输出；而当Sm3+饱和可吸收体光纤吸收达到饱和状态时，其对光透明，此时谐振腔内增益大于损耗，形成巨脉冲输出，因此，可以通过调节Sm3+饱和可吸收体光纤的长度、位置以及泵浦功率，即可实现脉冲信号的频率和脉宽的调节，最后可得到脉冲重复频率可达数十万赫兹、脉冲宽度在几百纳秒至几微秒之间的高信噪比脉冲信号。它们之间的对应关系如下：Sm3+饱和可吸收体光纤的长度越长，则脉冲信号的输出功率越小、周期越长；Sm3+饱和可吸收体光纤位于掺杂纤之后，则脉冲信号的脉冲宽度较小、频率较高、功率较大；泵浦功率越大，则脉冲信号的输出功率也越高、脉冲频率越高、输出能量越大。与AOM的主动调Q方案相比，本发明的被动调Q全光纤激光器不仅去除了AOM中的射频驱动，降低了系统的复杂性，减少了由AOM元器件引入的高损耗，同时大大降低了成本，简化了系统结构，提高了系统的稳定性，更有利于实现产品化。
实施例2
如图2所示，与实施例1不同的是，调Q元件紧邻在第一掺杂纤之前。与实施例1相比，本实施例所得到的脉冲信号的输出功率较小，脉冲周期较长。
实施例3
如图3所示，与实施例1不同的是，在振荡级之后设置功率放大级20，用于将振荡级输出的脉冲激光进行功率放大后输出。功率放大级20由泵浦源组21、合束器22、第二掺杂纤23及隔离器24构成，其中，泵浦源组21可采用带尾出的激光二极管，其选择主要考虑第二掺杂纤的吸收特性和系统的稳定性。合束器22为（n+1）﹡1合束器包括（1+1）﹡1、（2+1）﹡1、（6+1）﹡1等，其泵浦端光纤与泵浦源组21的尾纤匹配，信号输入端需与振荡级的输出纤匹配，而信号输出端光纤需与第二掺杂纤23匹配，以使系统得到最佳的传输特性。第二掺杂纤23可采用双包层光纤，包括掺镱光纤，掺铒光纤及镱铒共掺光纤。经过光纤23后，脉冲信号被有效放大，再经光纤型隔离器24输出至准直器30。
实施例4
如图4所示，与实施例3不同的是，功率放大级20采用两级放大，当然还可以采用多级放大。多级放大有利于得到高信噪比脉冲信号。各放大级间通过隔离器连接，放大的脉冲信号最后经准直后输出。
本发明为全光纤型器，除了准直器外，均为带尾纤的光纤型器件，各元器的连接采用光纤熔接方法，同时需注意各元器件的光纤型，以达到高佳匹配，降低光纤熔接引入的损耗，提高系统性能。
以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种被动调Q全光纤激光器，其包括振荡级，该振荡级包括泵浦源、耦合器、第一光栅、第一掺杂纤、调Q元件和第二光栅，其特征在于：所述调Q元件为Sm3+饱和可吸收体光纤，该调Q元件紧邻在所述第一掺杂纤之后或之前。
2.根据权利要求1所述的被动调Q全光纤激光器，其特征在于：所述振荡级还包括泵浦保护器，该泵浦保护器设于所述泵浦源与所述耦合器之间。
3.根据权利要求2所述的被动调Q全光纤激光器，其特征在于：所述泵浦保护器为Sm3+饱和可吸收体光纤。
4.根据权利要求1所述的被动调Q全光纤激光器，其特征在于：所述第一光栅和所述第二光栅均为FBG光纤光栅。
5.根据权利要求1所述的被动调Q全光纤激光器，其特征在于：所述第一掺杂光纤为掺镱、掺铒及镱铒共掺的单模光纤、双包层光纤或LMA光纤。
6.根据权利要求1至5任一项所述的被动调Q全光纤激光器，其特征在于：所述激光器还包括用于将所述振荡级输出的脉冲激光进行功率放大后输出的功率放大级，该功率放大级包括泵浦源组、合束器和第二掺杂纤。
7.根据权利要求6所述的被动调Q全光纤激光器，其特征在于：在所述振荡级与所述功率放大级之间设有光纤隔离器。
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