CN103490272A

CN103490272A - 振幅调制频率可调2um单频脉冲光纤激光器

Info

Publication number: CN103490272A
Application number: CN201310413511.1A
Authority: CN
Inventors: 徐剑秋; 罗永锋; 唐玉龙; 杨建龙
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2033-09-11
Also published as: CN103490272B

Abstract

一种振幅调制频率可调的2um单频脉冲光纤激光器，包括：种子光源、第一光纤隔离器、第一光纤合束器、第一泵浦光、第一掺铥光纤、第二光纤隔离器、第二光纤合束器、第二泵浦光、第二掺铥光纤、环形器、单模光纤、偏振控制器、振幅调制器、相位调制器和耦合器。本发明基于受激布里渊及环形腔产生超窄线宽激光，利用振幅调制器对泵浦光振幅进行调制，使最终输出为脉冲单频激光器，系统同时实现了超窄线宽、高信噪比频率可调等应用要求。

Description

振幅调制频率可调2um单频脉冲光纤激光器

技术领域

本发明属于中红外激光器，特别是一种振幅调制频率可调2μm单频脉冲光纤激光器。

背景技术

中红外激光器广泛应用于激光测距，激光遥感，激光成像，光电对抗，医学诊断和治疗，材料处理，光学信号处理，数据处理等领域。在一些领域中，需要达到高峰值功率，高光束质量，高重复频率，窄线宽技术，单纵模，信噪比高和频率可调等要求。基于振幅调制及相位调制的布里渊激光器单频脉冲光纤激光器相对于其他种类的激光器更容易满足上述要求，可做成轻型，紧凑，高效器件，能够满足各个领域对技术指标的要求。

国内外学者对于中红外激光器进行了大量的理论和实践工作，现在产生2μm光纤单频脉冲激光的技术正趋于成熟。已有获得2μm单频脉冲光纤激光的主要方法是用MOPA方式对种子脉冲光进行放大，由于受种子光线宽的限制，线宽要求在某些领域很难达到要求，同时受自发幅射及种子源本身信噪比的影响，输出光信噪比较低，由于某些应用对输出频率也有所要求，当前技术也无法满足频率可调的要求。为满足在某些领域需要的窄线宽，频率可调，结构简单，稳定性好，成本比较低的中红外激光器，可以利用振幅调制器调制布里渊激光器环形腔内泵浦光振幅，利用相位调制器调制布里渊环形腔stokes光相位实现这一目的。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种振幅调制频率可调的2um单频脉冲光纤激光器，该激光器具有结构简单、稳定性好、光束质量高、整机成本较低的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种振幅调制频率可调的2um单频脉冲光纤激光器，特点在于其构成包括：种子光源、第一光纤隔离器、第一光纤合束器、第一泵浦光、第一掺铥光纤、第二光纤隔离器、第二光纤合束器、第二泵浦光、第二掺铥光纤、环形器、单模光纤、偏振控制器、振幅调制器、相位调制器、耦合器，所述的种子光源与所述的第一光纤隔离器的输入端相连，该第一光纤隔离器的输出端与所述的第一光纤合束器的第一输入端相连，第一泵浦光与所述的第一光纤合束器的第二输入端相连，该第一光纤合束器的输出端经第一掺铥光纤与所述的第二光纤隔离器的输入端相连，该第二光纤隔离器的输出端接所述的第二光纤合束器的第一输入端，所述的第二泵浦光与所述的第二光纤合束器的第二输入端相连，该第二光纤合束器的输出端经第二掺铥光纤接所述的环形器的第一端口，该环形器的第二端口依次经所述的振幅调制器、相位调制器、偏振控制器、单模光纤、耦合器的第一端口、耦合器的第三端口与所述的环形器的第三端口相连构成激光环形腔，该耦合器的第二端口为激光器的输出端。

所述的种子光源是带尾纤2μm DFB固体激光器。

所述泵浦光1中心波长为793±3nm,光纤芯径105/125μm，最大输出功率12W.

所述第一掺铥光纤为双包层光纤,10/130NA=0.15/0.46，吸收系数3dB/m793nm，长度4m.

所述泵浦光2中心波长为793±3nm,光纤芯径105/125μm，最大输出功率12W.

所述第二掺铥光纤为双包层光纤,10/130NA=0.15/0.46，吸收系数3dB/m793nm，长度4m.

本发明的工作情况如下：

种子光源为2μm DFB带尾纤固体激光器，将种子光经过两级光纤放大器后作为泵浦光通过环形器进入腔长较短的环形腔，基于受激布里渊激光器产生超窄线宽激光，利用振幅调制器对泵浦光的振幅进行调制，使最终输出为脉冲单频激光器，利用相位调制对stokes光相位进行调制，实现激光器的频率可调。这种激光器优点在于利用受激布里渊散激光器可以产生超窄线宽激光。由于自发幅射光、泵浦光与受激布渊散射光方向相反，同时环形腔的选频特性使得输出光信噪比相当高。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明基于受激布里渊及环形腔产生超窄线宽激光，利用振幅调制器对泵浦光振幅进行调制，使最终输出为脉冲单频激光器，系统同时实现了超窄线宽、高信噪比频率可调等应用要求。

附图说明

图1为本发明振幅调制频率可调的2um单频脉冲光纤激光器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做详细的说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明实施例包括种子光功率放大和布里渊激光器两部分组成。更具体的说，本发明由如下器件构成：

种子光源1是DFB固体激光器，线宽小于1MHz，尾纤熔接到第一光纤隔离器2，该第一光纤隔离器工作波长为2μm，承受功率200mW,隔离度30dB,防止回返光对DFB固体激光器的光学损伤。第一光纤合束器3将种子光及第一泵浦光4耦合进第一掺铥光纤5，对种子光进行放大。为了减小自发辐射的影响采用两级放大，第一级为小功率放大器，第一掺铥光纤5熔接第二光纤隔离器6，该第二光纤隔离器承受功率5W，隔离度50dB。第二光纤合束器7将第一级放大信号光和第二泵浦光8耦合进入第二掺铥光纤9，该第二掺铥光纤连接环形器10的第一端口，环形器10的第二端口连接振幅控制器13，振幅控制器13连接CorningSMF-28e标准光纤11,光纤长度使腔长达到单频输出要求，相位调制器14由压电陶瓷缠绕多圈光纤11构成，偏振控制器12扭挤部分光纤11达到偏振控制。Corning SMF-28e光纤11连接2um耦合器16，分光比为40：60，耦合器再连接环行器的第三端口。

所述带尾纤2μm DFB固体激光器，线宽小于1MHz，输出功率为2mW,输出尾纤为Corning SM-28e.

所述第一光纤隔离器，隔离度30dB,承受功率200mW,中心波长2μm，带宽±10nm，插入损耗1.3dB.

所述第一合束器1为（2+1）：1型，阈值功率20W，泵浦端光纤芯径105/125μm，信号端光纤芯径9/125μm,信号光损耗0.23dB.输出光纤为10/125μm.

所述第二光纤隔离器2，隔离度50dB,承受功率5W,中心波长2μm，带宽±10nm，插入损耗1.3dB.

所述第二合束器与第一合束器相同，所述第二泵浦光与第一泵浦光相同，所述第二掺铥光纤与第一掺铥光纤相同。

所述环形器工作波长2μm,1→2插入损耗1.05dB,2→3插入损耗1.14dB,2→1隔离度20dB,3→2隔离度20dB，尾纤类型Corning SMF-28e.

所述振幅调制器为photline公司1GHz振幅调制器，型号MX2000-LN-01，工作波长2um。由photline公司相对应的外置RF驱动器DR-GA-BT、偏置控制器MBC-1000控制。

所述相位调制器由压电陶瓷伸缩挤压光纤对相位进行控制。由信号发生器AWG-50产生对其控制。

所述偏振控制器为thorlabs微型偏振控制器FPC020。

所述单模光纤类型为Corning SMF-28e,长度10m。

所述耦合器工作波长2μm，带宽±10nm，分光比40：60，尾纤CorningSMF-28e。

本发明的工作原理如下：

DFB固体激光器功率2mW，线宽小于1MHz经过第一级放大后为150mW,经过第二级放大后光功率可以达到5W，环形器最大承受功率为5W，因此可以通过控制泵浦功率将功率控制在5W以内，经过放大后的2μm单频光作为泵浦光通过环形器进入环形腔,逆时针方向传播。泵浦光逆时针经过振幅调制器14、相位调制器13、偏振控制器12、Corning SMF-28e光纤11、2um耦合器16，回到环形器10时，由于环形器10的隔离，被环形器10吸收，泵浦光不形成谐振。

经过理论计算，布里渊泵浦光阈值在1W左右，当超过阈值后，产生顺时针的受激布里渊stokes光，stokes光在环形腔中形成谐振，最终一部分stokes光通过2um耦合器输出，一部分光经过2um耦合器16、Corning SMF-28e光纤11、偏振控制器12、相位调制器14、振幅调制器13回到环形器10时，与新产生的受激布里渊stokes光继续谐振。

当环形腔中振幅调制器开始工作后，泵浦光进入环形腔后，经过振幅调制器时泵浦光振幅受到调制，调制后的泵浦光达不到产生受激布里渊stokes光的阈值时，系统将没有激光输出，当振幅超过产生受激布里渊stokes光的阈值时，系统输出激光。因此，利用振幅调制可以实现脉冲激光输出。

某一频率的光受激布里渊stokes光，如果在环形腔中渡越一周的相位变化2π，将会在环形腔中形成谐振，输出超窄线宽激光。环形腔中相位制器工作后，附加相位可以使某一频率光渡越一周相位变化为2π，达到输出激光频率可调的目的。相位调制器由压电陶瓷挤压环形腔中的光纤实现。

泵浦光为线偏振光，在环形腔中传播会有一部分光耦合到垂直方向上，使环形腔的阈值进一步提高，降低激光器的效率。通过偏振控制器调整泵浦光的偏振态，理论上可以将阈值降低1/3.本实施例通过挤压环形腔中光纤实现。

腔长通过在10米左右，环形腔的自由光谱区为20MHzc/(NL),c=3*10^8m/s光速，N光纤折射率1.46，L=10m，与布里渊增益线宽20MHz，相当，被称为“布里渊镜”，具有单频输出特性。光路中corning smf-28e光纤起到控制腔长的作用。

系统利用两级放大器将种子光放大到布里渊环形激光器阈值之上，再利用受激布里渊激光器实现了超窄线宽输出，利用振幅调制器实现了脉冲光的输出，利用相位调制器控制stokes光的相位实现频率可调。系统同时实现了高功率、超窄线宽、高信噪比，频率可调等应用要求。

Claims

1.一种振幅调制频率可调的2um单频脉冲光纤激光器，特征在于其构成包括：种子光源（1）、第一光纤隔离器（2）、第一光纤合束器（3）、第一泵浦光（4）、第一掺铥光纤（5）、第二光纤隔离器（6）、第二光纤合束器（7）、第二泵浦光（8）、第二掺铥光纤（9）、环形器（10）、单模光纤（11）、偏振控制器（12）、振幅调制器（13）、相位调制器（14）、耦合器（16），上述部件的连接关系如下：

所述的种子光源与所述的第一光纤隔离器的输入端相连，该第一光纤隔离器的输出端与所述的第一光纤合束器的第一输入端相连，第一泵浦光与所述的第一光纤合束器的第二输入端相连，该第一光纤合束器的输出端经第一掺铥光纤与所述的第二光纤隔离器的输入端相连，该第二光纤隔离器的输出端接所述的第二光纤合束器的第一输入端，所述的第二泵浦光与所述的第二光纤合束器的第二输入端相连，该第二光纤合束器的输出端经第二掺铥光纤接所述的环形器的第一端口，该环形器的第二端口依次经所述的振幅调制器、相位调制器、偏振控制器、单模光纤、耦合器的第一端口、耦合器的第三端口与所述的环形器的第三端口相连构成激光环形腔，该耦合器的第二端口为激光器的输出端。

2.根据权利要求1所述的振幅调制频率可调的2um单频脉冲光纤激光器，其特征在于所述的种子光源是带尾纤2μm DFB固体激光器。

3.根据权利要求1所述的振幅调制频率可调的2um单频脉冲光纤激光器，其特征在于所述的第一泵浦光波长793nm，芯径为105/125。

4.根据权利要求1所述的振幅调制频率可调的2um单频脉冲光纤激光器，其特征在于所述的第二泵浦光波长793nm，芯径为105/125。

5.根据权利要求1所述的振幅调制频率可调的2um单频脉冲光纤激光器，其特征在于所述的第一掺铥光纤为双包层光纤,10/130NA=0.15/0.46，吸收系数3dB/m793nm，长度4m。

6.根据权利要求1所述的振幅调制频率可调的2um单频脉冲光纤激光器，其特征在于所述的第二掺铥光纤为双包层光纤,10/130NA =0.15/0.46，吸收系数3dB/m793nm，长度4m。