CN103944044A - 一种半导体泵浦掺镱石英光纤的1微米单频光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
一种半导体泵浦掺镱石英光纤的1微米单频光纤激光器。其包括：单个或多个975nm半导体泵浦激光器、光纤泵浦合束器、高反射率光纤布拉格光栅、掺镱石英光纤、低反射率光纤布拉格光栅和输出光纤；975nm半导体泵浦激光器尾端与光纤泵浦合束器的泵浦输入端口相连，光纤泵浦合束器的输出端口与高反射率光纤布拉格光栅一端相连接，高反射率光纤布拉格光栅另一端与掺镱石英光纤一端相连接，掺镱石英光纤的另一端与低反射率光纤布拉格光栅一端相连接，低反射率光纤布拉格光栅的另一端与输出光纤相连接，单频激光最终由输出光纤中输出。本发明具有结构简单、性能稳定及小型化等优点，并且便于制作且稳定性高。
Description
技术领域
本发明属于光纤及激光技术领域，特别是涉及一种半导体泵浦掺镱石英光纤的1微米单频光纤激光器。
背景技术
光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，通过掺杂不同稀土元素（如镱、铒、铥、钬等），光纤激光器的工作波段可拓展到从紫外到红外的各个波段，与其他激光器相比，光纤激光器具有激光工作阈值低，能量转化率高、输出光束质量好、结构紧凑稳定、无需光路调整、散热性能好、寿命长和无需维护等鲜明特点，因此得到快速发展以及广泛地应用。
在某些实际应用中,如光通信、激光全息、精密计量等领域,要求激光具有高单色性、高相干性,必须工作在单频状态下。因此单纵模输出的光纤激光器以其窄线宽单频输出、相干性好等特点一直是激光技术很活跃的研究领域。
1μm波段的单频光纤激光器用途广泛，在激光雷达、光纤传感、遥感、激光测距以及非线性频率变换等多个领域中都有重要应用，1μm波段的单频光纤激光器也一直是科研人员的研究热点，近年来越来越吸引人们的关注。采用石英光纤焊接损耗较小，便于与现有光纤焊接，同时机械性能也更好，石英光纤在通信领域得到了人们的广泛应用。因此研制一种使用掺饵石英光纤作增益介质的单频光纤激光器具有重要意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种半导体泵浦掺镱石英光纤的1微米单频光纤激光器。
为了达到上述目的，本发明提供的半导体泵浦掺镱石英光纤的1微米单频光纤激光器包括：单个或多个975nm半导体泵浦激光器、光纤泵浦合束器、高反射率光纤布拉格光栅、掺镱石英光纤、低反射率光纤布拉格光栅和输出光纤；其中975nm半导体泵浦激光器作为激光泵浦源，其尾端与光纤泵浦合束器的泵浦输入端口相连，975nm泵浦激光通过光纤泵浦合束器后，对掺镱石英光纤进行抽运，光纤泵浦合束器的输出端口与高反射率光纤布拉格光栅一端相连接，高反射率光纤布拉格光栅另一端与掺镱石英光纤一端相连接，掺镱石英光纤的另一端与低反射率光纤布拉格光栅一端相连接，低反射率光纤布拉格光栅的另一端与输出光纤相连接，单频激光最终由输出光纤中输出。
所述的高反射率光纤布拉格光栅和低反射率光纤布拉格光栅组成激光腔，两个光纤布拉格光栅的中心波长均大于975nm。
所述的光纤泵浦合束器与高反射率光纤布拉格光栅之间的连接、高反射率光纤布拉格光栅与掺镱石英光纤之间的连接、掺镱石英光纤与低反射率光纤布拉格光栅之间的连接以及低反射率光纤布拉格光栅与输出光纤之间的连接均采用焊接的方式。
所述的低反射率窄带光纤布拉格光栅输出的单频激光反射谱带宽控制在3-4GHz以下。
本发明提供的半导体泵浦掺镱石英光纤的1微米单频光纤激光器具有结构简单、性能稳定及小型化等优点，并且便于制作且稳定性高。
附图说明
图1为本发明提供的半导体泵浦掺镱石英光纤的1微米单频光纤激光器的结构示意图。
图中标记：1.975nm半导体泵浦激光器；2.光纤泵浦合束器；3.高反射率光纤布拉格光栅；4.掺镱石英光纤；5.低反射率光纤布拉格光栅；6.输出光纤。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的半导体泵浦掺镱石英光纤的1微米单频光纤激光器进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的半导体泵浦掺镱石英光纤的1微米单频光纤激光器包括：单个或多个975nm半导体泵浦激光器1、光纤泵浦合束器2、高反射率光纤布拉格光栅3、掺镱石英光纤4、
低反射率光纤布拉格光栅5和输出光纤6；其中单个或多个975nm半导体泵浦激光器1作为激光泵浦源，其尾端与光纤泵浦合束器2的泵浦输入端口相连，975nm泵浦激光通过光纤泵浦合束器2后，对掺镱石英光纤进行抽运，光纤泵浦合束器2的输出端口与高反射率光纤布拉格光栅3一端相连接，高反射率光纤布拉格光栅3另一端与掺镱石英光纤4一端相连接，掺镱石英光纤4的另一端与低反射率光纤布拉格光栅5一端相连接，低反射率光纤布拉格光栅5的另一端与输出光纤6相连接，单频激光最终由输出光纤6中输出。
所述的光纤泵浦合束器2与高反射率光纤布拉格光栅3之间的连接、高反射率光纤布拉格光栅3与掺镱石英光纤4之间的连接、掺镱石英光纤4与低反射率光纤布拉格光栅5之间的连接以及低反射率光纤布拉格光栅5与输出光纤6之间的连接均采用焊接的方式。
所述的高反射率光纤布拉格光栅3和低反射率光纤布拉格光栅5组成激光腔，两个光纤布拉格光栅的中心波长均大于975nm，比如1010nm。
所述的激光输出为单频激光，是通过减小激光腔腔长和使用窄带光纤布拉格光栅获得的，由于激光纵模间距可表示为其中c是光波在真空中的传播速度，n是光纤纤芯的折射率，L是激光腔腔长，从该表达式可以看出，减少激光腔长可以增大激光纵模间距，进而获得单频激光输出。本发明中通过使用长度很短的高掺杂的掺镱光纤4（1-2cm），以及减小光栅尾纤长度，将激光腔腔长控制到2.5-3cm；低反射率光纤布拉格光栅5为窄带光纤布拉格光栅，其反射谱带宽一般需要控制在3-4GHz以下，通过该光栅可以实现激光单频输出。
本发明提供的半导体泵浦掺镱石英光纤的1微米单频光纤激光器的工作原理如下：
单个或多个975nm半导体泵浦激光器作为1微米单频光纤激光器泵浦源，通过光纤泵浦合束器2耦合进入掺镱石英光纤4，基态能级吸收975nm泵浦从最低能级2F7/2跃迁至高能级2F5/2，从激发态2F5/2跃迁至2F7/2的过程中辐射波长在1微米附近的光子。两个光纤布拉格光栅组成谐振腔形成正反馈系统，这种辐射不断加强最终产生1微米激光。单频激光的产生是通过使用长度很短的高掺杂的掺镱光纤和窄带光纤布拉格光栅实现的，由于激光纵模间距与激光腔腔长相关，减少激光腔长可以增大激光纵模间距，利于单纵模的选取，而窄带光纤布拉格光栅可以进一步限制输出激光的波长范围，最终获得窄线宽单频激光输出。
Claims (4)
1.一种半导体泵浦掺镱石英光纤的1微米单频光纤激光器，其特征在于：其包括单个或多个975nm半导体泵浦激光器（1）、光纤泵浦合束器（2）、高反射率光纤布拉格光栅（3）、掺镱石英光纤（4）、低反射率光纤布拉格光栅（5）和输出光纤（6）；其中975nm半导体泵浦激光器（1）作为激光泵浦源，其尾端与光纤泵浦合束器（2）的泵浦输入端口相连，975nm泵浦激光通过光纤泵浦合束器（2）后，对掺镱石英光纤进行抽运，光纤泵浦合束器（2）的输出端口与高反射率光纤布拉格光栅（3）一端相连接，高反射率光纤布拉格光栅（3）另一端与掺镱石英光纤（4）一端相连接，掺镱石英光纤（4）的另一端与低反射率光纤布拉格光栅（5）一端相连接，低反射率光纤布拉格光栅（5）的另一端与输出光纤（6）相连接，单频激光最终由输出光纤（6）中输出。
2.根据权利要求1所述的半导体泵浦掺镱石英光纤的1微米单频光纤激光器，其特征在于：所述的高反射率光纤布拉格光栅（3）和低反射率光纤布拉格光栅（5）组成激光腔，两个光纤布拉格光栅的中心波长均大于975nm。
3.根据权利要求1所述的半导体泵浦掺镱石英光纤的1微米单频光纤激光器，其特征在于：所述的光纤泵浦合束器（2）与高反射率光纤布拉格光栅（3）之间的连接、高反射率光纤布拉格光栅（3）与掺镱石英光纤（4）之间的连接、掺镱石英光纤（4）与低反射率光纤布拉格光栅（5）之间的连接以及低反射率光纤布拉格光栅（5）与输出光纤（6）之间的连接均采用焊接的方式。
4.根据权利要求1所述的半导体泵浦掺镱石英光纤的1微米单频光纤激光器，其特征在于：所述的低反射率窄带光纤布拉格光栅（5）输出的单频激光反射谱带宽控制在3-4GHz以下。
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