CN102237633A

CN102237633A - 大功率窄脉冲激光光源

Info

Publication number: CN102237633A
Application number: CN2010101546537A
Authority: CN
Inventors: 杨斌; 皋魏; 席刚; 仝芳轩; 周正仙
Original assignee: Shanghai Boom Fiber Sensing Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Boom Fiber Sensing Technology Co Ltd
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2011-11-09

Abstract

本发明公开了一种能产生纳秒级大功率窄脉冲光，光峰值功率达100W脉冲激光光源，其特征在于，包括泵浦激光器，泵浦激光器恒流驱动模块，DFB激光器，DFB激光器、脉冲信号发生模块、窄脉冲驱动模块、光波分复用器(WDM)，掺饵光纤；所述光波分复用器(WDM)，连接DFB激光器输出端、泵浦激光器输出端和掺饵光纤一端，它的作用是将不同波长的光种子源(DFB激光器产生窄脉冲光)与泵浦光耦合进掺饵光纤；所述掺饵光纤，它的作用是当DFB激光与泵浦激光同时注入到掺饵光纤中时，铒离子在泵浦激光作用下激发到高能级上(三能级系统)，并很快衰变到亚稳态能级上，在DFB激光作用下回到基态时发射对应于DFB激光的光子，使DFB激光得到放大；本发明满足了分布式光纤温度传感系统的发展需要。

Description

大功率窄脉冲激光光源

技术领域

本发明涉及激光光源，具体地说是一种能产生纳秒级大功率窄脉冲光，光峰值功率达100W脉冲激光光源。

背景技术

随着光电产业迅速发展和广泛应用，人们对大功率窄脉冲激光光源的性能、设计指标要求越来越高。如从分布式光纤传感技术的角度来看，大功率光脉冲信号越窄，对提高传感性能越有利。传统的通过对半导体激光器进行各种调制实现的“窄脉冲”技术渐渐难以满足需求。在分布式光纤传感技术中，纳秒级大功率窄脉冲光的产生是一项关键技术。分布反馈式(DFB)激光器是一种适于超过170km距离的通信或电视电缆的激光器。

传统的窄脉冲大功率激光器的设计原理是同步信号触发大功率晶体管通断驱动大功率半导体激光器以控制光脉冲触发频率，并通过选择不同的储能电容C的大小控制半导体激光器的输出光脉冲宽度，存在着半导体激光器输出光脉冲宽度大，光峰值功率小(≤5W)，精度不高，稳定性差等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种大功率窄脉冲激光光源，它能输出可调的脉宽较小的窄脉冲光，能提供的光脉冲峰值功率达几十W，具有调节精度高，重复频率可调，工作稳定的特性。

本发明设计的用于分布式光纤温度传感系统的大功率窄脉冲激光光源采用如下技术方案：

一种大功率窄脉冲激光光源，其特征在于，包括泵浦激光器，泵浦激光器恒流驱动模块，DFB激光器，DFB激光器、脉冲信号发生模块、窄脉冲驱动模块、光波分复用器(WDM)，掺饵光纤；

所述光波分复用器(WDM)，连接DFB激光器输出端、泵浦激光器输出端和掺饵光纤一端，它的作用是将不同波长的光种子源(DFB激光器产生窄脉冲光)与泵浦光耦合进掺饵光纤；

所述掺饵光纤，它的作用是当DFB激光与泵浦激光同时注入到掺饵光纤中时，铒离子在泵浦激光作用下激发到高能级上(三能级系统)，并很快衰变到亚稳态能级上，在DFB激光作用下回到基态时发射对应于DFB激光的光子，使DFB激光得到放大；

所述脉冲信号发生模块与窄脉冲偏置驱动模块连接，窄脉冲偏置驱动模块与DFB激光器连接；

所述恒电流驱动模块与泵浦激光器连接，实现泵浦激光器的恒功率输出；

所述窄脉冲偏置驱动模块与DFB激光器连接，实现DFB激光器的窄脉冲光输出。

作为本发明的一种优选方案，在所述光波分复用器(WDM)与DFB激光器之间设置光隔离器，它的作用是防止光路中反向光对大功率窄脉冲激光光源的影响。

作为本发明的一种优选方案，在所述掺饵光纤另一端设置光隔离器，防止部分反射光返回掺饵光纤。

作为本发明的一种优选方案，在所述掺饵光纤光隔离器之间设置光纤滤波器，仅允许1550±2nm的光波输出，其他光波进行滤除。

作为本发明的一种优选方案，本光源还包括一微处理器(MCU)，其内部D/A输出模块连接泵浦激光器恒流驱动模块，设置和控制泵浦激光器的光输出功率。

作为本发明的一种优选方案，本光源还包括一微处理器(MCU)，微处理器内部D/A输出模块连接DFB激光器的窄脉冲偏置驱动模块，设置和控制DFB激光器的光输出光脉冲功率。

作为本发明的一种优选方案，本光源还包括一MCU微处理器内涵D/A输出模块连接相应自动温度控制模块对泵浦激光器的工作温度进行不间断地控制，使其工作温度恒定。

作为本发明的一种优选方案，本光源还包括一MCU微处理器内涵D/A输出模块连接相应自动温度控制模块对DFB激光器的工作温度进行不间断地控制，使其工作温度恒定。

作为本发明的一种优选方案，本光源的脉冲信号发生模块为可编程逻辑芯片(CPLD)作为主控芯片，输出纳秒级窄脉冲信号控制光脉冲触发频率和宽度。。

作为本发明的一种优选方案，所述窄脉冲偏置驱动模块，其电路采用高速MOSFET管及微带的匹配过渡技术进行设计，保证了各个电路模块的微波信号输入阻抗匹配，同时极大降低了反射损耗，从而实现DFB激光器的纳秒级光脉冲调制工作。

相较于现有技术，本发明的有益效果在于：

所述大功率窄脉冲激光光源，它能输出可调的脉宽达几个纳秒的窄脉冲光，能提供的光脉冲峰值功率达上百瓦，具有调节精度高，重复频率可调，工作稳定的特性，解决了传统的大功率半导体激光光源输出光脉冲宽度宽，光峰值功率小(≤5W)，精度不高，稳定性差等缺点，满足了分布式光纤温度传感系统的发展需要。

附图说明

图1是大功率窄脉冲激光光源的系统结构示意图。

图中标记说明：

1 MCU微处理器

21 CPLD脉冲脉冲信号发生模块

22 窄脉冲偏置驱动模块

23 DFB激光器

24 自动温度控制模块

33 恒电流驱动模块

34 泵浦激光器

35 自动温度控制模块

44 WDM耦合器

35 光隔离器

45 掺铒光纤

46 光纤滤波器

47 光隔离器

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施步骤。

本实施例中，大功率窄脉冲激光光源1的系统结构示意图如图1所示，包括CPLD脉冲信号发生模块21、MCU微处理器11、窄脉冲偏置驱动模块22、恒电流驱动模块33、DFB激光器23、自动温度控制模块24、泵浦激光器34、自动温度控制模块35、WDM耦合器44、光隔离器35、掺铒光纤45、光纤滤波器46、光隔离器47和通信接口组成。

大功率窄脉冲激光光源1包括一个双向通信接口，一个脉冲同步接口和光输出端。

所述激光光源包括光输出端，用于输出宽度为纳秒级的百瓦级大功率光脉冲。

所述激光光源包括一个双向通信接口，用于向分布式光纤温度传感系统通信输出泵浦激光器和DFB激光器的工作温度与功率状态信息数据，同时可输入数据调整光源的工作温度、光输出峰值功率、光脉宽和光脉冲重复频率等状态。

进一步地，所述激光器还包括同步信号输出端，用于输出同步信号，所述同步信号是与激光器输出的光脉冲同步输出的电脉冲信号。

所述DFB激光器23的输出端与光隔离器35的输入端相连接，防止光路中反向光对泵浦激光器的影响。

所述WDM耦合器为双波长WDM耦合器，工作波长为980nm/1550nm，包括二个输入端，一个输出端，所述光隔离器35的输出端与WDM耦合器的1550nm光输入端通过光纤相连接，DFB激光器23的输出端与WDM耦合器的980nm光输入端通过光纤相连接，所述WDM耦合器的输出端与掺铒光纤45相连，掺铒光纤45与光隔离器47相连，用于输出大功率窄脉冲光信号；

所述CPLD脉冲信号发生模块21与窄脉冲偏置驱动模块22连接，窄脉冲偏置驱动模块22与DFB激光器23连接，其电路采用高速MOSFET管及微带的匹配过渡技术进行设计，保证了各个电路模块的微波信号输入阻抗匹配，同时极大降低了反射损耗，从而实现DFB激光器23的纳秒级光脉冲调制工作。

所述CPLD脉冲信号发生模块21还包括同步信号输出端，同步信号经由光源外壳的同步信号输出口输出，用以输出光脉冲同步信号供外部设备使用，所述同步信号是与光源1输出的光脉冲同步输出的电脉冲信号。

所述恒电流驱动模块33与泵浦激光器34连接，从而实现泵浦激光器34的恒功率输出。

所述的自动温度控制模块24/35，分别用于将监测DFB激光器23和泵浦激光器34管芯温度的激光器内置集成温度敏感电阻输出的信号转换成控制激光器内置制冷器的电压信号，使DFB激光器23和泵浦激光器34的工作温度恒定；

所述的自动温度控制模块24/35采用专用的控温集成电路实现，可靠性高，电路简单。第一步，先从MCU微处理器11通过D/A输出模块1和D/A输出模块4分别设置DFB激光器23和泵浦激光器34的工作温度，再由激光器内置集成温度敏感电阻采集表征DFB激光器23和泵浦激光器34管芯的温度信号的电平信号并读入芯片，接着芯片内部的PID控制芯片对两者进行比较；第二步，根据比较出来的数据一方面通过脉冲宽度的调节来调整激光器内置制冷器两端的电脉冲宽度从而调整其工作参数(既控制其制冷或加热的功率)，以此来实现激光器的工作温度控制。

所述光隔离器35/47，它的作用是防止光路中反向光对大功率窄脉冲激光光源的影响；

所述掺饵光纤45，它的作用是当DFB激光与泵浦激光同时注入到掺饵光纤中时，铒离子在泵浦激光作用下激发到高能级上(三能级系统)，并很快衰变到亚稳态能级上，在DFB激光作用下回到基态时发射对应于DFB激光的光子，使DFB激光得到放大；光源中一般用几十米左右长的掺饵单模石英光纤，掺杂浓度(500～1000)×10-6)。

进一步地，所述光隔离器35/47，它的作用是防止光路中反向光对大功率窄脉冲激光光源的影响。

本发明公开了一种用于分布式光纤温度传感系统的大功率窄脉冲激光光源，该光源包括增益介质和泵浦系统，但没有光学谐振腔.主要由掺饵光纤，泵浦激光器，泵浦激光器恒流驱动模块，光波分复用器(WDM)，光隔离器，DFB激光器，DFB激光器窄脉冲驱动模块，自动温度控制单元，MCU微处理器，CPLD脉冲信号发生模块和通信接口这十一个部分组成。该光源能输出可调的脉宽光脉冲宽度在5ns-25ns之间，可根据不同需要调节，调节精度为5ns能提供的光脉冲，峰值功率达百瓦，重复频率1kHz-10kHz内可调，调节精度为1kHz，具有调节精度高，重复频率可调，工作稳定等特点。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其他变形和改变。

Claims

1.一种大功率窄脉冲激光光源，其特征在于，包括泵浦激光器，泵浦激光器恒流驱动模块，DFB激光器，DFB激光器、脉冲信号发生模块、窄脉冲驱动模块、光波分复用器(WDM)，掺饵光纤；

2.根据权利要求1所述的大功率窄脉冲激光光源，在所述光波分复用器(WDM)与DFB激光器之间设置光隔离器，它的作用是防止光路中反向光对大功率窄脉冲激光光源的影响。

3.根据权利要求1所述的大功率窄脉冲激光光源，在所述掺饵光纤另一端设置光隔离器，防止部分反射光返回掺饵光纤。

4.根据权利要求3所述的大功率窄脉冲激光光源，在所述掺饵光纤光隔离器之间设置光纤滤波器，仅允许1550±2nm的光波输出，其他光波进行滤除。

5.根据权利要求1所述的大功率窄脉冲激光光源，其还包括一微处理器(MCU)，其内部D/A输出模块连接泵浦激光器恒流驱动模块，设置和控制泵浦激光器的光输出功率。

6.根据权利要求1所述的大功率窄脉冲激光光源，其还包括一微处理器(MCU)，微处理器内部D/A输出模块连接DFB激光器的窄脉冲偏置驱动模块，设置和控制DFB激光器的光输出光脉冲功率。

7.根据权利要求1所述的大功率窄脉冲激光光源，其还包括一MCU微处理器内涵D/A输出模块连接相应自动温度控制模块对泵浦激光器的工作温度进行不间断地控制，使其工作温度恒定。

8.根据权利要求1所述的大功率窄脉冲激光光源，其还包括一MCU微处理器内涵D/A输出模块连接相应自动温度控制模块对DFB激光器的工作温度进行不间断地控制，使其工作温度恒定。

9.根据权利要求1所述的大功率窄脉冲激光光源，脉冲信号发生模块为可编程逻辑芯片(CPLD)作为主控芯片，输出纳秒级窄脉冲信号控制光脉冲触发频率和宽度。

10.根据权利要求9所述的大功率窄脉冲激光光源，所述窄脉冲偏置驱动模块，其电路采用高速MOSFET管及微带的匹配过渡技术进行设计，保证了各个电路模块的微波信号输入阻抗匹配，同时极大降低了反射损耗，从而实现DFB激光器的纳秒级光脉冲调制工作。