CN103500912B - 基于受激布里渊散射的全光纤化调q光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于受激布里渊散射的全光纤化调Q光纤激光器，它包括低反射率光纤光栅、激光合束器、掺镱双包层有源光纤、掺Sm³⁺单模光纤、高反射率光纤光栅和多个泵浦源，并且掺Sm³⁺单模光纤的芯径比掺镱双包层有源光纤的芯径小，激光合束器具有第一合束连接端、第二合束连接端和泵浦输入端。第一合束连接端与低反射率光纤光栅相连接，泵浦输入端分别与多个泵浦源的输入端相连接，第二合束连接端与掺镱双包层有源光纤的一端相连接，掺镱双包层有源光纤的另一端与掺Sm³⁺单模光纤的一端相熔接，掺Sm³⁺单模光纤的另一端与高反射率光纤光栅相连接。本发明具有被动调Q功能，而且自调Q稳定性好，提高脉冲峰值功率及减小脉冲宽度。

Description

基于受激布里渊散射的全光纤化调Q光纤激光器

技术领域

本发明涉及一种基于受激布里渊散射的全光纤化调Q光纤激光器，属于激光技术领域。

背景技术

目前，包层抽运技术是在20世纪80年代后期出现的，这一技术的出现使光纤激光器的功率水平有了巨大的提高，目前连续激光功率最高已达10 kW( IPG 公司)。采用包层抽运技术构成的光纤激光器，其结构紧凑、效率高、可广泛应用于医学、激光测距、遥感技术、工业加工和参量振荡等，特别是要求使用高功率光源的众多领域。所以光纤激光器在最近几年倍受青睐。

对于许多应用来说，需要有高峰值功率的脉冲光源，Q 开关技术是获得高峰值功率的有效方法。通常的调Q 激光器，光脉冲宽度与腔长成正比，要获得较短脉冲，需要减少光纤长度, 这势必降低了腔内能量的储存；增加稀土离子的掺杂浓度，原则上可以增大脉冲峰值功率，但是这受到粒子猝灭的限制。

调Q技术分为主动调Q和被动调Q方式，前者是通过外加一些器件，通过器件的开关两种状态来改变激光器的Q值达到输出脉冲光束的目的；后者是通过储能的方式来改变激光器的Q值达到输出脉冲光束的目的，和主动调Q技术相比，被动调Q不需要外加器件，所以其成本较低，结构简单，体积较小，易于设计和生产。

光纤中的受激布里渊散射(SBS) 可使光纤激光器实现自调Q运转，也即被动调Q方式，这种自调Q 产生的激光脉冲宽度与腔内光子寿命无关, 而是依赖于SBS 的动态特征。与常规的调Q 光纤激光器相比, 基于SBS 过程的自调Q 光纤激光器可将峰值功率提高一个量级。然而, 自调Q 也存在在一些缺陷，例如运转稳定性欠佳。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于受激布里渊散射的全光纤化调Q光纤激光器，它具有被动调Q功能，而且自调Q稳定性好，提高了脉冲峰值功率及减小了脉冲宽度。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：一种基于受激布里渊散射的全光纤化调Q光纤激光器，它包括低反射率光纤光栅、激光合束器、掺镱双包层有源光纤、掺Sm³⁺单模光纤、高反射率光纤光栅和多个泵浦源，并且掺Sm³⁺单模光纤的芯径比掺镱双包层有源光纤的芯径小；激光合束器具有第一合束连接端、第二合束连接端和泵浦输入端，第一合束连接端与低反射率光纤光栅相连接，泵浦输入端分别与多个泵浦源的输入端相连接，第二合束连接端与掺镱双包层有源光纤的一端相连接，掺镱双包层有源光纤的另一端与掺Sm³⁺单模光纤的一端相熔接，掺Sm³⁺单模光纤的另一端与高反射率光纤光栅相连接，所述的高反射率光纤光栅、掺Sm³⁺单模光纤以及掺镱双包层有源光纤和掺Sm³⁺单模光纤的熔接处构成一调Q谐振腔；所述的低反射率光纤光栅、掺镱双包层有源光纤和掺镱双包层有源光纤和掺Sm³⁺单模光纤的熔接处构成一放大谐振腔。

进一步，所述的掺镱双包层有源光纤和掺Sm³⁺单模光纤的熔接处外套有熔接头。

采用了上述技术方案后，本发明使用了被动调Q机制，不需要外加调Q装置，没有复杂的电路调制部分，既节约了生产成本，又简化了结构。此被动调Q方式可利用1064纳米的泵浦光形成的超声衍射光栅，此超声衍射光栅比声光调Q开关的超声光栅频率高一个数量级，提高了脉冲峰值功率及减小了脉冲宽度，再加上可饱和吸收体（掺Sm³⁺单模光纤）的调Q机制，所以性能更加优越和稳定。因为采用了全光纤化的结构，没有引入任何块状器件，所以能够充分体现第三代激光器免维护的优势，使其性能更加稳定，结构更加紧凑；另外，由于SBS调Q受多种因素影响，频率抖动比较大，所以本发明中应用了掺Sm³⁺单模光纤，因为掺Sm³⁺单模光纤可以作为一种可饱和吸收体，当SBS的泵浦光（1064纳米）较弱时，可饱和吸收体透过率很小，损耗较大，不能形成1064纳米的激光，但是当粒子数反转到达到某一阈值时，可饱和吸收体的透过率突然增大，形成1064纳米的激光作为泵浦光，从而激发了掺Sm³⁺单模光纤的反向SBS激光，这就稳定了SBS激光的频率。

附图说明

图1为本发明的基于受激布里渊散射的全光纤化调Q光纤激光器的结构示意图；

图2为本发明的形成超声衍射光栅的掺Sm³⁺单模光纤的的内部状态图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种基于受激布里渊散射的全光纤化调Q光纤激光器，它包括低反射率光纤光栅1、激光合束器3、掺镱双包层有源光纤4、掺Sm³⁺单模光纤5、高反射率光纤光栅6和多个泵浦源2，并且掺Sm³⁺单模光纤5的芯径比掺镱双包层有源光纤4的芯径小；激光合束器3具有第一合束连接端、第二合束连接端和泵浦输入端，第一合束连接端与低反射率光纤光栅1相连接，泵浦输入端分别与多个泵浦源2的输入端相连接，第二合束连接端与掺镱双包层有源光纤4的一端相连接，掺镱双包层有源光纤4的另一端与掺Sm³⁺单模光纤5的一端相熔接，掺Sm³⁺单模光纤5的另一端与高反射率光纤光栅6相连接，高反射率光纤光栅6、掺Sm³⁺单模光纤5以及掺镱双包层有源光纤4和掺Sm³⁺单模光纤5的熔接处构成一调Q谐振腔；低反射率光纤光栅1、掺镱双包层有源光纤4和掺Sm³⁺单模光纤5以及掺镱双包层有源光纤4和掺Sm³⁺单模光纤5的熔接处构成一放大谐振腔。

掺镱双包层有源光纤4和掺Sm³⁺单模光纤5的熔接处外套有熔接头7。

低反射率光纤光栅1和高反射率光纤光栅6的反射率是相对于700nm-1200nm的激光来说的。

本发明的工作原理如下：

泵浦光泵入掺镱双包层有源光纤4后，经历两个阶段，第一个阶段，即低Q状态，此时泵浦光通常为976纳米，掺Sm³⁺单模光纤作为SBS介质，此时高反射率光纤光栅6、掺Sm³⁺单模光纤5和熔接处构成SBS的起始谐振腔，由于此时谐振腔内损耗大于增益，激光器处于低Q状态，所以不能形成激光振荡。当上能级粒子数不断增加，放大的自发辐射光不断增强，进而进入掺Sm³⁺单模光纤5的ASE不断增强，由于SBS的阈值与光纤芯面积成正比，所以随着泵浦光（ASE）的增强，掺Sm³⁺单模光纤5首先达到SBS阈值，掺Sm³⁺单模光纤5激发同向传播受激声波，这个受激声波可以引起掺Sm³⁺单模光纤5介质密度的周期性变化，产生超声衍射光栅（如图2所示）。然后进入第二个阶段，也就是高Q状态，超声衍射光栅相当于在掺Sm3+单模光纤5中置入了一个高反射镜，使大部分自发辐射光的能量由于受激声波形成的光栅而转移至有布里渊频移的后向斯托克斯散射光，且此散射光指数增强，形成的光脉冲宽度非常窄，宽度只与SBS动力学性质有关，而与光的来回传输时间无关。最后，后向斯托克斯散射光经由低反射率光纤光栅1、掺镱双包层有源光纤4和 熔接处7形成谐振腔放大后，由低反射率光纤光栅1输出，消耗了上能级粒子，输出一脉冲激光，完成整个调Q过程，在SBS调Q过程中，采用掺Sm³⁺单模光纤5，则掺Sm³⁺单模光纤5具有可饱和吸收功能，可以稳定SBS光脉冲频率。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、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 (1)

1.一种基于受激布里渊散射的全光纤化调Q光纤激光器，其特征在于：它包括低反射率光纤光栅(1)、激光合束器(3)、掺镱双包层有源光纤(4)、掺Sm³⁺单模光纤(5)、高反射率光纤光栅(6)和多个泵浦源(2)，并且掺Sm³⁺单模光纤(5)的芯径比掺镱双包层有源光纤(4)的芯径小；激光合束器(3)具有第一合束连接端、第二合束连接端和泵浦输入端，第一合束连接端与低反射率光纤光栅(1)相连接，泵浦输入端分别与多个泵浦源(2)的输入端相连接，第二合束连接端与掺镱双包层有源光纤(4)的一端相连接，掺镱双包层有源光纤(4)的另一端与掺Sm³⁺单模光纤(5)的一端相熔接，掺Sm³⁺单模光纤(5)的另一端与高反射率光纤光栅(6)相连接，所述的高反射率光纤光栅(6)、掺Sm³⁺单模光纤(5)以及掺镱双包层有源光纤(4)和掺Sm³⁺单模光纤(5)的熔接处构成一调Q谐振腔；所述的低反射率光纤光栅(1)、掺镱双包层有源光纤(4)以及掺镱双包层有源光纤(4)和掺Sm³⁺单模光纤(5)的熔接处构成一放大谐振腔，所述的掺镱双包层有源光纤(4)和掺Sm³⁺单模光纤(5)的熔接处外套有熔接头(7)。