CN103296565B - 一种带通滤波的光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带通滤波的光纤激光器，包括种子源、与种子源光耦合的放大器，还包括光子晶体光纤，所述放大器包括多级，所述光子晶体光纤连接在最后一级放大器之前、次后级放大器之后，所述光子晶体光纤透过谱波长在A纳米至B纳米之间，用于抑制放大器产生的低于A纳米或高于B纳米的频谱展宽噪声。所述光子晶体光纤包括端部熔接的两段，一段的透过谱波长在850纳米至1063.5纳米之间，另一段的透过谱波长在1060纳米至1292纳米之间。本发明采用两段或多段具有不同导光波长的带隙型光子晶体光纤熔接而成，可以实现对即将进入高功率放大的信号的噪声去除，从而增大激光器经过放大后的峰值功率。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤激光器，具体是涉及一种带通滤波的光纤激光器。
背景技术
近年来光纤激光器的技术逐渐成熟，在市场应用上开始逐步取代部分的气体激光器和固体激光器。光纤激光器的优点在于全光纤结构的腔体，激光波长、功率等参数稳定，后期使用和维护成本很低。
相对于气体激光器而言，光纤激光器的输出激光波长比较宽。气体激光器的波长通常小于1nm，而且不会在激光腔内展宽。气体激光器通常是连续型激光输出，因此，其峰值功率一般比较小。例如，He—Ne激光器，通常是毫瓦级的连续激光输出，通常激光波长在632.8nm。而Ar+激光器可以单波长输出，也可以多波长输出。单波长可以选择488nm或514nm，功率在几毫瓦到几瓦之间。而多波长同时输出，功率可以达到20W。由于气体激光利用镀膜的腔镜选频输出，因此气体激光器基本上无需专门的带通滤波器件。
固体激光器由于采用晶体作为激光介质，其激光波长一般较气体激光器宽。由于晶体长度有限，因此，固体激光器中的非线性较小，而且固体激光器中的选频都是由镀膜的激光腔镜来实现。无论是连续型还是脉冲型的固体激光器，无论其峰值功率的高低，基本上无需专门的带通滤波器件。
光纤激光器由于光纤介质的特点，又长又细，其芯区掺杂稀土离子。在光纤腔内，由于存在ASE（AmplifiedSpontaneousEmission，放大自发辐射）和非线性效应，尤其是脉冲型光纤激光器，常常导致激光频谱展宽。因此，实践中为克服这个问题，需要多次试验确定最合适的光纤参数来获得输出功率稳定、光谱参数稳定的光纤激光器，导致制作复杂不稳定。在光纤激光器中，种子源可以通过在主振荡源中用光纤光栅来进行选频。但是对于后一级放大产生的频谱展宽光纤光栅就无能为力了。由于光纤激光器是全焊接结构，也不可能采用自由空间激光器技术中用光学元件来进行选频。这样，有可能带来光纤激光器的输出不稳定。另外，由于掺杂稀土光纤本身并没有标准化，因此，按照同样参数制造出来的光纤激光器的性能并不一定稳定。由此可见，光纤激光器中存在的频谱展宽噪声的固有缺陷一定程度上抵消了光纤激光器产品高稳定度的优点。为了克服这个问题，并且同时保留高功率光纤激光器全焊接结构的高稳定特性，是本发明的主要目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种带通滤波的光纤激光器，具有选频作用，可以克服光纤激光器中存在的频谱展宽噪声的问题，其结构简单，输出稳定性好。
本发明的要解决的技术问题是通过以下技术问题实现的。
一种带通滤波的光纤激光器，包括种子源、与种子源光耦合的放大器，还包括光子晶体光纤，所述放大器包括多级，所述光子晶体光纤连接在最后一级放大器之前、次后级放大器之后，所述光子晶体光纤透过谱波长在A纳米至B纳米之间，用于抑制放大器产生的低于A纳米或高于B纳米的频谱展宽噪声。
所述种子源为1微米～1.1微米的脉冲种子光源。
所述A和B至少有一个的数值范围是1030～1090nm。
所述光子晶体光纤为带隙型光子晶体光纤。
所述光子晶体光纤包括端部熔接的两段，其中一段的透过谱波长在A纳米至B纳米之间，另一段的透过谱波长在C纳米至D纳米之间，其中B>C，其B-C的差值为该光纤的透过光谱宽度。
所述B和C的数值范围是1030～1090nm。
所述透过光谱宽度范围为1～3纳米。
所述光子晶体光纤一段的透过谱波长在850纳米至1063.5纳米之间，另一段的透过谱波长在1060纳米至1292纳米之间。
所述光子晶体光纤为7芯缺陷，毛细管层数为至少5层。
本发明与现有技术对比具有的有益效果是：本发明采用带隙型光子晶体光纤对激光放大器次后级之前的激光进行降噪，可以抑制光纤激光器的短波长ASE或长波长ASE现象，保证最后高功率级放大后激光输出的良好信噪比。采用两段具有不同导光波长的带隙型光子晶体光纤熔接而成，可以实现对激光输出的选频功能。本发明采用的带隙型光子晶体光纤的导光波长范围是可以通过精确设计光纤参数、控制制造工艺参数进行调节、选定的，因而其用作选频作用或抑制频谱展宽噪声作用时的波长和宽度范围都是可以调节的，可以应用在不同波长及不同3dB带宽的1微米光纤激光器上。
附图说明
图1为具体实施方式中光纤激光器的连接图；
图2为具体实施方式光子晶体光纤的透过谱图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的一种具有带通滤波功能的光纤激光器，种子源光源10经过隔离器20、一级放大器30、隔离器、二级放大器40、隔离器后耦合进入带通滤波的光子晶体光纤器件50中，滤除频谱中由非线性效应产生的噪声，在进入最后一级放大器60放大输出，得到高功率的脉冲激光输出。
其中，种子源激光10可以是gain-switch原理的种子激光器，也可以是用AOM调Q的种子源激光器，波长为1063nm。
带通滤波的光子晶体光纤器件50由两段或多段带隙型光子晶体光纤组成。光子晶体光纤和常规的通信光纤的区别在于光纤的导光机理不同。常规光纤的芯层相对折射率通常比包层大，例如，G.652光纤的芯层和包层的相对折射率差为0.35%；而这种光子晶体光纤的芯层折射率为1（空气），包层材料的折射率为1.4571（石英）。按照传统的全内反射理论，该光纤将完全不导光。根据TimBirks等的理论工作表明，该光纤包层为周期性排列的空气孔形成一种类似于二维光子晶体的结构，这种结构具有光子带隙，因此对应光子带隙波长的光被囚禁在光纤纤芯，只能沿着纤芯传播。该光纤通过改变光纤的外径来改变导光波长范围。因此，我们可以在拉丝时控制参数变化得到带隙型光子晶体光纤的不同的透过谱。然后利用熔接机将两段或多段带隙型光子晶体光纤连接起来，形成一个无源光纤器件。
本实施例中，带隙型光子晶体光纤是具有单一旋转对称结构的含7芯缺陷的7层毛细管组成的预制棒拉丝而成。首先将该7芯缺陷的7层毛细管堆叠成的光子晶体光纤预制棒，拉制成外径125微米的光纤，该光纤的导光波段为1060nm到1292nm，如图2中曲线2所示，其损耗可以到达130dB/km的水平。然后改变光纤外径为105微米，该光纤的导光波段为850nm到1063.5nm，如图2中曲线1所示，其损耗可以到达160dB/km的水平。由这两种光纤组合成的带通滤波的光子晶体光纤器件具有在1060nm到1063.5nm的高透过特性，3dB带宽大约为3nm，如附图2所示，曲线1和曲线2重叠部分为该器件的透过窗口，对非透过波长的抑制作用大于10dB。采用2段每段5米长的光纤熔接后再和前级二级放大级连接，抑制由于ASE或非线性效应造成的激光频谱展宽。带通滤波的光子晶体光纤器件熔接在最后一级放大器60之前，可以稳定整个光纤激光器的性能，包括输出波长稳定和功率稳定。光纤的损耗小于0.3dB，熔接损耗小于0.9dB，器件的整体插入损耗小于1.2dB。
实施例2
如实施例1不同的是，带通滤波的光子晶体光纤器件50采用单根带隙型光子晶体光纤，由一根7芯缺陷的7层毛细管堆叠成的光子晶体光纤预制棒，拉制成外径125微米的光纤，该光纤的导光波段为1060nm到1292nm，如图2中曲线2所示。带通滤波的光子晶体光纤器件熔接在最后一级放大器之前，利用带隙型光子晶体光纤的单侧滤波性能，可以抑制光纤激光器的短波长ASE问题。器件的整体插入损耗小于0.7dB。
实施例3
如实施例1不同的是，带通滤波的光子晶体光纤器件50采用单根带隙型光子晶体光纤，由一个7芯缺陷的7层毛细管堆叠成的光子晶体光纤预制棒，拉制成外径105微米的光纤，该光纤的导光波段为850nm到1063.5nm，如图2中曲线1所示。带通滤波的光子晶体光纤器件熔接在最后一级放大器之前，利用带隙型光子晶体光纤的单侧滤波性能，可以抑制光纤激光器的长波长ASE问题。器件的整体插入损耗小于0.7dB。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种带通滤波的光纤激光器，包括种子源、与种子源光耦合的多级放大器，其特征在于：还包括带隙型光子晶体光纤，所述带隙型光子晶体光纤连接在最后一级放大器之前、次后级放大器之后，所述带隙型光子晶体光纤为7芯缺陷，毛细管层数为至少5层，所述带隙型光子晶体光纤包括端部熔接的两段，其中一段的外径125为微米，透过谱波长在1060纳米至1292纳米之间，另一段的外径为105微米，透过谱波长在850纳米至1063.5纳米之间。
2.如权利要求1所述的带通滤波的光纤激光器，其特征在于：所述种子源为1微米～1.1微米的脉冲种子光源。
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