CN103730820A - 高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器，包括半导体激光器、半导体激光器驱动电流源、光纤耦合器、光纤隔离器、光纤波分复用器、增益光纤、抽运半导体激光器以及输出端接头；半导体激光器驱动电流源与半导体激光器相连，半导体激光器接入光纤耦合器；光纤耦合器依次通过光纤隔离器、光纤波分复用器、增益光纤以及光纤耦合器接入输出端接头；抽运半导体激光器接入光纤波分复用器。本发明提供了一种扫频带宽宽、速度高、线宽窄以及功率稳定的高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器。

Description

高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器

技术领域

本发明属于光纤激光器领域，涉及一种全光纤激光器，尤其涉及一种能够在较宽带宽范围内实现窄线宽高速频率扫描并且保持功率恒定输出的全光纤激光器。 

背景技术

扫频激光器是一种可调谐激光器，通过对输出激光波长的控制实现激光频率的连续或步进扫描输出。窄线宽扫频激光器可以用于高精度距离测量、激光传感、激光成像等领域，被认为是一种非常有潜力的高精度测量激光光源。在测量应用中，扫频带宽决定测量的精度，带宽越宽，精度越高；频率扫描速度决定测量的速度，扫频速度越快，测量速度越快；激光器的线宽决定相干距离，相干距离决定测量距离；激光功率决定回波的功率和误码率，回波功率决定接收系统的宽容度，误码率决定测量数据的准确度。因此，一种具有宽带宽、扫频速度快、窄线宽、功率稳定的扫频激光光源才能真正实现高精度、高准确度的激光测量。 

目前成熟的扫频激光器包括：复合腔半导体激光器、温度调谐半导体激光器、压力调谐短腔光纤激光器、温度调谐短腔光纤激光器、环行腔可调谐固体激光器。这些激光器里复合腔半导体激光器和环行腔可调谐固体激光器采用光栅或FP干涉仪作为选频和调谐元件，可实现窄线宽输出，但属于机械扫描式装置，扫频速度过慢；温度调谐半导体激光器和温度调谐短腔光纤激光器也可以实现窄线宽输出，但属于温度控制式装置，扫频速度慢，频率重复性差；压力调谐短腔光纤激光器可实现窄线宽输出和快速扫频，但其是通过外界压力改变腔的参数，扫频带宽较窄。上述的激光器都不能同时实现宽带、高速、窄线宽的激光输出。 

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种扫频带宽宽、 速度高、线宽窄以及功率稳定的高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器。 

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器，其特殊之处在于：所述高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器包括半导体激光器、半导体激光器驱动电流源、光纤耦合器、光纤隔离器、光纤波分复用器、增益光纤、抽运半导体激光器以及输出端接头；所述半导体激光器驱动电流源与半导体激光器相连，所述半导体激光器接入光纤耦合器；所述光纤耦合器依次通过光纤隔离器、光纤波分复用器、增益光纤以及光纤耦合器接入输出端接头；所述抽运半导体激光器接入光纤波分复用器。 

上述光纤耦合器是2×2光纤耦合器。 

上述2×2光纤耦合器包括两个输入端口以及两个输出端口；所述半导体激光器以及增益光纤分别接入2×2光纤耦合器的两个输入端口；所述2×2光纤耦合器的两个输出端口分别接入输出端接头以及光纤隔离器。 

上述增益光纤是单模单包层掺杂光纤。 

上述单模单包层掺杂光纤的吸收谱与抽运半导体激光器的输出波长是相匹配的。 

上述单模单包层掺杂光纤的发射谱与半导体激光器的输出波长是相匹配的。 

上述半导体激光器是DFB窄线宽半导体激光器。 

上述半导体激光器是光纤耦合输出的DFB窄线宽半导体激光器。 

上述输出端接头是FC-APC接头或FC-PC接头。 

本发明的优点是： 

本发明提供了一种高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器，该激光器包括DFB窄线宽半导体激光器及其驱动电流源、光纤耦合器、光纤隔离器、抽运光源、增益光纤和输出端接头；其中，光纤耦合器、光纤隔离器、增益光纤依序连接组成环路，通过光纤耦合器分光输出激光，形成环形腔全光纤激光器。本发明采用三角波脉冲电流驱动DFB窄线宽半导体激光器实现激光频率的高速扫描输出，并将产生的扫频激光注入到全光纤环形腔激光器中进行频率锁定，从而获得输出功率稳定的高速扫频激光输出，解决了背景技术中的提及的激光器不能 同时实现这些参数的难题，为高精度、高速、远距离、高准确度的激光测量提供了解决方案。 

附图说明

图1是本发明所提供的高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器的结构示意图； 

图2是半导体激光器驱动电流源输出的三角波电流波形图； 

其中： 

1-半导体激光器；2-半导体激光器驱动电流源；3-光纤耦合器；4-光纤隔离器；5-光纤波分复用器；6-增益光纤；7-抽运半导体激光器；8-输出端接头。 

具体实施方式

参见图1，本发明提供了一种高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器，该高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器包括半导体激光器1、半导体激光器驱动电流源2、光纤耦合器3、光纤隔离器4、光纤波分复用器5、增益光纤6、抽运半导体激光器7以及输出端接头8；半导体激光器驱动电流源2与半导体激光器1连接，半导体激光器1的输出端接入光纤耦合器3；光纤耦合器3依次通过光纤隔离器4、光纤波分复用器5、增益光纤6以及光纤耦合器3接入输出端接头8；抽运半导体激光器7接入光纤波分复用器5。 

半导体激光器1是光纤耦合输出的DFB窄线宽半导体激光器，该激光器的输出线宽很窄，小于100kHz。 

半导体激光器驱动电流源2输出的电流波形为三角波，如图2所示。对于DFB半导体激光器而言，注入电流和输出频率具有线性关系，注入如图2所示的三角波电流就可以使DFB半导体激光器1输出频率连续扫描的激光，激光扫描速度为微秒量级，激光的频率带宽可以大于1THz。由于注入电流和半导体激光器的输出功率成线性关系，因此注入三角波电流的半导体激光器的输出功率也为三角波形。 

光纤耦合器3是2×2光纤耦合器，2个输入端口和半导体激光器1、增益光纤6连接，2个输出端口分别和输出端接头8和光纤隔离器4连接，输入端口输入的激光通过光纤耦合器3后，光功率会按照耦合器的分光比分到输出端口。 

光纤隔离器4，和光纤耦合器3相连，用于隔离反向通过的激光，使得激光单向运行。 

光纤波分复用器5的输入端和光纤隔离器4和抽运半导体激光器7相连，从光纤隔离器4和抽运半导体激光器7输出的不同波长的激光通过光纤波分复用器5合波后，通过光纤波分复用器5的输出端输出至增益光纤6。 

增益光纤6，为单模单包层掺杂光纤，掺杂元素的发射谱和吸收谱要和半导体激光器1与抽运半导体激光器7的输出波长匹配。举例，当半导体激光器1为1064nm，抽运半导体激光器7为976nm或915nm时，增益光纤6为掺镱光纤；当半导体激光器1为1550nm，抽运半导体激光器7为976nm或1480nm时，增益光纤6为掺铒光纤。经过增益光纤6输出的激光通过光纤耦合器3后，从光纤耦合器3的输出端输出。 

抽运半导体激光器7的输出波长与增益光纤6的吸收谱匹配。 

输出端接头8可采用FC-APC接头或FC-PC接头。 

本发明的工作原理是： 

光纤耦合器3、光纤隔离器4、增益光纤6依序连接组成环路，通过光纤耦合器3分光输出激光，形成环形腔全光纤激光器。本发明采用三角波脉冲电流驱动DFB窄线宽半导体激光器实现激光频率的高速扫描输出，此时输出的激光功率为三角波分布，将产生的三角波扫频激光注入到全光纤环形腔激光器中进行频率注入锁定。整个系统输出激光的频率和注入的DFB窄线宽半导体激光器的频率一致，而输出激光的功率则由全光纤环形腔激光器的参数决定，输出功率非常稳定，和DFB窄线宽半导体激光的功率分布无关。最终获得输出功率稳定的高速扫频激光输出。 

Claims (9)

1.一种高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器，其特征在于：所述高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器包括半导体激光器、半导体激光器驱动电流源、光纤耦合器、光纤隔离器、光纤波分复用器、增益光纤、抽运半导体激光器以及输出端接头；所述半导体激光器驱动电流源与半导体激光器相连，所述半导体激光器接入光纤耦合器；所述光纤耦合器依次通过光纤隔离器、光纤波分复用器、增益光纤以及光纤耦合器接入输出端接头；所述抽运半导体激光器接入光纤波分复用器。

2.根据权利要求1所述的高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器，其特征在于：所述光纤耦合器是2×2光纤耦合器。

3.根据权利要求2所述的高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器，其特征在于：所述2×2光纤耦合器包括两个输入端口以及两个输出端口；所述半导体激光器以及增益光纤分别接入2×2光纤耦合器的两个输入端口；所述2×2光纤耦合器的两个输出端口分别接入输出端接头以及光纤隔离器。

4.根据权利要求1或2或3所述的高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器，其特征在于：所述增益光纤是单模单包层掺杂光纤。

5.根据权利要求4所述的高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器，其特征在于：所述单模单包层掺杂光纤的吸收谱与抽运半导体激光器的输出波长是相匹配的。

6.根据权利要求5所述的高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器，其特征在于：所述单模单包层掺杂光纤的发射谱与半导体激光器的输出波长是相匹配的。

7.根据权利要求4所述的高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器，其特征在于：所述半导体激光器是DFB窄线宽半导体激光器。

8.根据权利要求7所述的高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器，其特征在于：所述半导体激光器是光纤耦合输出的DFB窄线宽半导体激光器。

9.根据权利要求4所述的高速宽带窄线宽扫频全光纤激光器，其特征在于：所述输出端接头是FC-APC接头或FC-PC接头。

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