CN102185246B - 一种单频光纤激光谐振腔 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单频光纤激光谐振腔，包括金属块（6）、半导体制冷器TEC以及由窄带光纤光栅（2）、增益光纤（4）、宽带光纤光栅（5）依次连接构成的激光腔，还包括隔热材料密封盖（8）、隔热孔板（7）与金属基板（9）；所述金属块（6）内部设有V型槽，激光腔固定于V型槽中，金属块（6）被隔热材料（3）隔开三段，每一段分别放置窄带光纤光栅（2）、增益光纤（4）和宽带光纤光栅（5），金属块（6）下方的隔热孔板（7）设有放置半导体制冷器TEC的孔，隔热孔板（7）与下方的金属基板（9）固定，金属基板与隔热材料密封盖（8）将金属块（6）封装形成密封腔，宽带光纤光栅（5）的尾纤和窄带光纤光栅（2）的尾纤（1）从密封腔伸出。本发明提供的单频光纤激光谐振腔可对温度进行精密调协、控制，隔离外界环境对激光性能的影响。

Description

一种单频光纤激光谐振腔
技术领域
本发明为一种单频光纤激光谐振腔，可用于相干通讯、光纤传感、激光测距等领域。
背景技术
单频光纤激光是指激光以腔内振动单一纵模的形式输出，其特征是激光光谱线宽非常狭窄，最高可达到10-8 nm，比现有窄线宽DFB激光器的线宽还要窄两个数量级，比目前光通信网络中DWDM信号光源的线宽要窄5～6个数量级。窄线宽单频光纤激光器可以保证激光具有极好的相干特性，其相干长度可达数百公里。单频光纤激光器可望在超高精度和超远距离激光测距、光纤传感及光纤通信领域具有极其广泛的应用前景：如，（1）目前大多数激光测距仪是基于脉冲激光的光时域反射原理，即通过测量激光脉冲发射和经目标反射回接收器的时间差进行测距，这种测量的精度一般为1-10米，测量距离（军用）仅有10-20公里。这主要受限于激光的脉冲宽度，激光脉冲越短，测量精度就越高，但同时激光线宽也大大增加，增大了探测的噪声，迅速降低了动态探测距离。如果利用单频光纤激光器作为探测光源，基于频率调制连续波技术和光波相干原理，则能实现几百公里、精度小于1米的探测；（2）对于光纤传感，同样可以利用频率调制连续波技术和光波相干原理，实现超高精度、超远距离以及微弱信号的测量。
由于光纤增益介质存在较宽的增益谱，随着单频激光频谱带宽的变窄，其频率稳定性变差，对外界环境的敏感性增强，另外光纤激光的噪声，尤其是低频噪声严重受外界环境的影响，为了有效解决这些问题，需要对单频光纤激光谐振腔进行有效封装以隔离外部环境的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种不受外界环境扰动影响的单频光纤激光谐振腔。
本发明目的通过以下技术方案来实现。
一种单频光纤激光谐振腔，包括金属块6、半导体制冷器TEC以及由窄带光纤光栅2、增益光纤4、宽带光纤光栅5依次连接构成的激光腔，还包括隔热材料密封盖8、隔热孔板7与金属基板9；所述金属块6内部设有V型槽，激光腔固定于V型槽中，金属块6被隔热材料3隔开三段，每一段分别放置窄带光纤光栅2、增益光纤4和宽带光纤光栅5，金属块6下方的隔热孔板7设有放置半导体制冷器TEC的孔，隔热孔板7与下方的金属基板9固定，金属基板9与隔热材料密封盖8将金属块6封装形成密封腔，窄带光纤光栅2的尾纤1和宽带光纤光栅5的尾纤从密封腔伸出。
所述激光腔固定是采用环氧树脂或焊接将窄带光纤光栅2、增益光纤4和宽带光纤光栅5固定在V型槽中。
通过导热硅脂将所述半导体制冷器TEC的工作面与金属块6紧贴，反面紧贴在金属基板9上。
所述隔热材料密封盖8与底部的金属基板9固定。
所述窄带光纤光栅2和宽带光纤光栅5均可以由反射镜取代。
所述密封腔内的气体排出，使内部的光学元件处于小于1个标准大气压中工作。
所述密封腔填充保护气体，使内部的光学元件处于保护气氛中工作。
本发明激光腔采用现有技术已有的增益光纤4、窄带光纤光栅2和宽带光纤光栅5通过对接、机械连接和熔接连接。
所述隔热材料密封盖8与隔热孔板7是由隔热材料制成。
本发明有益效果是：将激光腔有效封装以隔离外部环境，使光纤激光谐振腔避免外界环境（如温度、震动、噪声等）的影响，实现单频激光稳定和低噪声输出。
附图说明
图1 为单频光纤激光谐振腔的俯视结构示意图。
图2 为单频光纤激光谐振腔的正视剖面图。
图3 为隔热孔板7的平面图。
图4 不同温度下单频激光输出的F-P扫描干涉图。
图5不同温度下单频激光输出的F-P扫描干涉图。
图中：1、尾纤；2、窄带光纤光栅；3、隔热材料；4、增益光纤；5、宽带光纤光栅；6、金属块；7、隔热孔板；8、隔热材料密封盖；9、金属基板。
具体实施方式
如图1和图 2所示，一种单频光纤激光谐振腔，包括金属块6、半导体制冷器TEC以及由窄带光纤光栅2、增益光纤4、宽带光纤光栅5依次连接构成的激光腔，还包括隔热材料密封盖8、隔热孔板7与金属基板9；所述金属块6内部设有V型槽，激光腔固定于V型槽中，金属块6被隔热材料3隔开三段，每一段分别放置窄带光纤光栅2、增益光纤4和宽带光纤光栅5，如图3所示，金属块6下方的隔热孔板7设有放置半导体制冷器TEC的孔，隔热孔板7与下方的金属基板9固定，金属基板9与隔热材料密封盖8将金属块6封装形成密封腔，窄带光纤光栅2的尾纤和宽带光纤光栅5的尾纤1从密封腔伸出。密封腔的侧壁和上底面为隔热材料密封盖8。
金属基板9具有散热作用。所述激光腔固定是采用环氧树脂或焊接将窄带光纤光栅2、增益光纤4和宽带光纤光栅5固定在V型槽中。
半导体制冷器TEC放置在隔热孔板7的孔中，通过导热硅脂将半导体制冷器TEC的工作面与金属块6紧贴，反面紧贴在金属基板9上。隔热材料密封盖8与底部的金属基板9固定，增益光纤4、窄带光纤光栅2和宽带光纤光栅5通过熔接连接。
作为其中一种较佳的实施方式：增益光纤4采用高浓度稀土离子Er3+/Yb3+共掺增益光纤，窄带光纤光栅2采用1.5mm波段0.06nm窄带光纤光栅、宽带光纤光栅5采用1.5mm波段0.2nm宽带光纤光栅，由隔热有机玻璃（PMMA）制作隔热材料密封盖8，采用976nm带尾纤半导体激光器作为泵浦源，泵浦激光通过波分复用器（WDM）复用到窄带光纤光栅2的尾纤1中，经过窄带光纤光栅2耦合到增益光纤4中，激发Er3+发射出1.5mm的荧光，经宽带光纤光栅5反射后，形成激光振荡，在窄带光纤光栅2端形成单频激光输出，振动、噪声等对激光输出无影响。通过调节增益光纤4的温度可以实现单频激光的稳定输出，图4为不同温度下单频激光输出的F-P扫描干涉图，在一定温度范围内（本例中20－28℃），激光呈现单频运转，超出此温度范围后，激光出现多频率输出，如图5所示。

Claims (9)

1.一种单频光纤激光谐振腔，包括金属块（6）、半导体制冷器TEC以及由窄带光纤光栅（2）、增益光纤（4）、宽带光纤光栅（5）依次连接构成的激光腔，其特征在于，还包括隔热材料密封盖（8）、隔热孔板（7）与 金属基板（9）；所述金属块（6）内部设有V型槽，激光腔固定于V型槽中，金属块（6）被隔热材料（3）隔开三段，每一段分别放置窄带光纤光栅（2）、增益光纤（4）和宽带光纤光栅（5），金属块（6）下方的隔热孔板（7）设有放置半导体制冷器TEC的孔，隔热孔板（7）与下方的金属基板（9）固定，金属基板（9）与隔热材料密封盖（8）将金属块（6）封装形成密封腔，宽带光纤光栅（5）的尾纤和窄带光纤光栅（2）的尾纤（1）从密封腔伸出。
2.根据权利要求1所述的单频光纤激光谐振腔，其特征在于，所述激光腔固定是采用环氧树脂或焊接将窄带光纤光栅（2）、增益光纤（4）和宽带光纤光栅（5）固定在V型槽中。
3.根据权利要求1所述的单频光纤激光谐振腔，其特征在于，通过导热硅脂将所述半导体制冷器TEC的工作面与金属块（6）紧贴，反面紧贴在金属基板（9）上。
4.根据权利要求1所述的单频光纤激光谐振腔，其特征在于，所述隔热材料密封盖（8）与底部的金属基板（9）固定。
5.根据权利要求1所述的单频光纤激光谐振腔，其特征在于，所述窄带光纤光栅（2）和宽带光纤光栅（5）由反射镜取代。
6.根据权利要求1所述的单频光纤激光谐振腔，其特征在于，所述密封腔内的气体排出，使内部的光学元件处于低气压中工作。
7.根据权利要求1所述的单频光纤激光谐振腔，其特征在于，所述密封腔填充保护气体，使内部的光学元件处于保护气氛中工作。
8.根据权利要求1所述的单频光纤激光谐振腔，其特征在于，所述窄带光纤光栅（2）、增益光纤（4）和宽带光纤光栅（5）通过机械连接或熔接相连。
9.根据权利要求1所述的单频光纤激光谐振腔，其特征在于，所述隔热材料密封盖（8）与隔热孔板（7）是由隔热材料制成。
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