CN102904151B - 线型腔光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种线型腔光纤激光器，包括：泵浦激光器，用于产生泵浦激光；光热光源，用于产生加热光；信号发生器，用于产生控制信号；强度调制器，用于依照控制信号对加热光进行强度调制；合波器，用于将泵浦激光和进行强度调制后的加热光合波；有源谐振腔，用于利用泵浦激光泵浦产生与其有源区折射率和/或周期长度相关的激发激光，其中，该折射率和/或周期长度受加热光的加热作用调制；波分复用器，与有源谐振腔相连接，用于对有源谐振腔射出的光进行波分复用，其中，激发激光从其第一波长端输出。本发明的方法避免了现有技术中线型腔光纤激光器的激光输出功率波动问题。

Description

线型腔光纤激光器

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种线型腔光纤激光器。

背景技术

可调谐光纤激光器具有窄线宽，低噪声，尺寸小，与光纤兼容等优点，不仅可用作光纤干涉传感系统（OFDR，B-OTDR）等长距离监测的光源、激光指示、军事测距和多普勒激光雷达中的种子激光源，还可应用于如气体传感、振动传感、周界安全等。可调谐光纤激光器结合其他光学元器件，已实现了长达95Km的分布式测量。其中，采用光纤光栅作为选频器件的线性腔光纤激光器（如DBR型和DFB型）结构短小紧凑，输出线宽窄，相干长度大，是当前研究的重点。窄线宽可调谐光纤激光器可满足干涉式水听器对光源的要求，相比半导体激光器最大的优势其是调制幅度不随调制频率的升高而变化，具有高度的功率稳定性。

围绕线型腔光纤激光器的波长调谐方法有机械调谐法、电磁调谐法、热调谐法、压电调谐法等。具体的：机械拉压法是最简单易行的方法，将光纤光栅一端固定，另外一端施加压力或者拉力，引起光纤光栅波长的漂移；结合机械结构，如悬臂梁结构、双端简支梁等，实现对光纤光栅更大范围的拉压作用。但该方法难以实现高精度、快速的调谐，且机械稳定性和重复性严格限制其实用。电磁调谐法是将光纤光栅（Fiber Gragg Grating,FBG）跟磁致伸缩材料材料耦合到一起，磁致伸缩材料在磁（电）场作用下在光纤轴向方向产生应变，由于其调制幅度过小，限制其发展：（1）磁致伸缩材料在使用中，容易受到电磁信号的干扰而破坏光纤传感先天的抗干扰特性；（2）较大的调制电流对系统要求高，不易实现；（3）大电流会引起螺旋管中大量发热，不能准确控制波长的稳定性。压电陶瓷法是当前商用技术，利用压电陶瓷的电致伸缩效应，将固定在PZT上的光纤光栅施加应力调制。美国NP Photonics公司的光纤激光器的调谐方式采用热调谐和压电陶瓷调谐组合的形式。热调谐速度慢，调谐范围大约0.8nm；压电陶瓷调谐速度快达100KHz，波长调谐幅度为20pm，但调谐电压过高（高达200V）。热（温度）调谐法利用热膨胀系数较大的材料作为敏感元件，将温度的变化转化为在光纤光栅轴向应变，进而建立FBG的波长与温度变化的对应关系，最后实现波长大范围调谐。

最常见的线型腔光纤激光器如图1所示。该线型腔光纤激光器包括：半导体激光器10，有源谐振腔20，半导体激光器驱动电源101，信号发生器102。其中，半导体激光器10的出光端连接于有源谐振腔20，为有源谐振腔20提供泵浦光，其前端连接半导体激光器驱动电源101。具体实现方法是：利用信号发生器102改变半导体激光器驱动电源101的电流大小，实现系统的静态调谐；利用信号发生器102调制半导体激光器驱动电源101的输出功率，实现系统的动态调谐。

现有技术的上述线型腔光纤激光器虽然在一定程度上降低了光纤激光器波长调谐系统的复杂性，实现了动态调谐，但是难以避免由系统泵浦源自调节造成的激光输出功率波动问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种线型腔光纤激光器，以避免由系统泵浦源自调节造成的激光输出功率波动问题。

（二）技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种线型腔光纤激光器。该线型腔光纤激光器包括：泵浦激光器，用于产生泵浦激光；光热光源，用于产生加热光；信号发生器，用于产生控制信号；强度调制器，其控制端与信号发生器相连接，其输入端与光热光源相连接，用于依照控制信号对加热光进行强度调制；合波器，其第一波长输入端连接至半导体激光器，其第二波长输入端连接至强度调制器，用于将泵浦激光和进行强度调制后的加热光合波；有源谐振腔，其输入端与合波器相连接，用于利用泵浦激光泵浦产生与其有源区折射率和/或周期长度相关的激发激光，其中，该折射率和/或周期长度受加热光的加热作用调制；波分复用器，与有源谐振腔相连接，用于对有源谐振腔射出的光进行波分复用，其中，激发激光从其第一波长端输出。

（三）有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明线型腔光纤激光器具有以下有益效果：

（1）引入光热光源11，通过强度调制器111实现对光热光源11输出功率的调谐，进而实现对光纤激光器有源谐振腔20受光强度的调谐，谐振腔20吸收光而发热，通过谐振腔20温度的变化最终实现对输出激光波长的调谐，该方法通过将泵浦光源10和热光源11的分离，避免了现有技术中激光输出功率波动问题，在该系统中采用控制激光器温度的方法，确保激光器输出功率的稳定性，保证了光纤激光器波长的快速大范围动态调谐；

（2）系统泵浦源10与光热调谐光源11相互独立，互不影响，而从根本上解决了激光输出功率波动的问题。

附图说明

图1为现有技术线型腔光纤激光器的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的线型腔光纤激光器的结构示意图。

【主要元件符号说明】

10-半导体激光器； 20-有源谐振腔；

30-合波器；       101-半导体激光器驱动电源；

102-信号发生器；  11-光热光源；

111-强度调制器；  31-波分复用器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明针对自身系统泵浦源调谐方案中存在的问题，在传统的光纤激光器系统中引入光热光源11，不但能够实现自身系统泵浦源调谐方案的全部功能，而且通过将泵浦光源10和热光源11分离的方式，从根本上解决了热光调谐造成的激光输出功率波动问题。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种线型腔光纤激光器。如图2所示，该线型腔光纤激光器：泵浦激光器10，用于产生泵浦激光；光热光源11，用于产生其波长不同于泵浦激光的加热光；信号发生器102，用于产生控制信号；强度调制器111，其控制端与信号发生器102相连接，其输入端与光热光源11相连接，用于依照控制信号对加热光进行强度调制；合波器30，其第一波长输入端连接至半导体激光器10，其第二波长输入端连接至强度调制器111，用于将泵浦激光和进行强度调制后的加热光合波；有源谐振腔20，其输入端与合波器30相连接，用于利用泵浦激光泵浦产生与其有源区折射率和/或周期长度相关的激发激光，其中，该折射率和/或周期长度受加热光的加热作用调制；波分复用器31，与有源谐振腔20相连接，用于对有源谐振腔射出的光进行波分复用，其中，激发激光从其第一波长端输出。

本实施例中，有源谐振腔20可以吸收光热光源11发出的光，并转化成热量，造成有源腔温度随光热光源11的输出功率和频率而快速变化。温度的变化又能引起光纤激光器有源区FBG的折射率和周期长度的改变，FBG纤芯折射率和周期长度的改变最终引起谐振波长的变化，满足以下关系：

λ=2n_coreΛ （1）

其中，λ为FBG的谐振波长；n_core为纤芯折射率；Λ为FBG周期长度。总的来说，就是要建立光热光源11输出光与激光器输出波长之间的对应关系，通过改变光热光源11的输出功率和频率，最终实现对激光波长的光热调谐。

对于图2所示的泵浦光源和光热光源：光热光源可以为激光光源或者汞灯等，其波长可以为不同于泵浦激光的其他波长，所选波长主要由有源区材料对该波段的吸收效率决定，原则上吸收效率越高越好；功率也应尽可能的高，但受到光纤激光器损伤阈值的限制。在利用本发明所制备的一线型腔光纤激光器中，泵浦光源的发射波长为980nm，光热光源的发射波长为1064nm，最大输出功率为20mW。当然，也可以选用其他类型的激光器，但最大输出功率优选大于10mW。

对于图2所示的信号发生器（型号：GW SFG-2104）和强度调制器，在上述利用本发明所制备的一线型腔光纤激光器中，强度调制器111的工作带宽为2.5GHz，通过信号发生器102和强度调制器111实现了对光热光源11发出的1064nm光的动态调谐。因后端解调仪仅能解调2KHz以下的信号，受此限制，信号发生器102的工作频率也应在2KHz以下。此外，也可以灵活设置强度调制器111的工作带宽，但其工作带宽优选大于1GHz。

对于图2所示的有源谐振腔20和波分复用器，在上述利用本发明所制备的一线型腔光纤激光器中，其在980nm泵浦激光的泵浦下，产生1550nm的激发激光。在所述波分复用器中，1550nm的激发激光从第一波长端输出，980nm的泵浦激光和1064nm的加热光从另一端输出。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种线型腔光纤激光器，其特征在于，包括：

泵浦激光器，用于产生泵浦激光；

光热光源，用于产生加热光；

信号发生器，用于产生控制信号；

强度调制器，其控制端与所述信号发生器相连接，其输入端与所述光热光源相连接，用于依照所述控制信号对所述加热光进行强度调制；

合波器，其第一波长输入端连接至所述泵浦激光器，所述泵浦激光器为半导体激光器，其第二波长输入端连接至所述强度调制器，用于将所述泵浦激光和所述进行强度调制后的加热光合波；

有源谐振腔，其输入端与所述合波器相连接，用于利用所述泵浦激光泵浦产生与其有源区折射率和/或周期长度相关的激发激光，其中，该折射率和/或周期长度受所述加热光的加热作用调制；

波分复用器，与所述有源谐振腔相连接，用于对有源谐振腔射出的光进行波分复用，其中，所述激发激光从其第一波长端输出；

其中，所述泵浦激光器与光热光源分离，且所述泵浦激光器产生的泵浦激光的波谱与所述光热光源产生的加热光的波谱不重合。

2.根据权利要求1所述的线型腔光纤激光器，其特征在于，所述的光热光源为激光器，所述加热光为激光。

3.根据权利要求2所述的线型腔光纤激光器，其特征在于，所述作为光热光源的激光器的功率大于10mW。

4.根据权利要求3所述的线型腔光纤激光器，其特征在于，所述作为光热光源的激光器的输出波长为1064nm，所述泵浦激光的波长为980nm。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的线型腔光纤激光器，其特征在于，所述强度调制器的工作带宽大于1GHz。

6.根据权利要求5所述的线型腔光纤激光器，其特征在于，所述强度调制器的工作带宽为2.5GHz。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的线型腔光纤激光器，其特征在于，所述信号发生器的工作频率低于2KHz。