CN103972772A - 一种单频可调谐2微米脉冲光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单频可调谐2微米脉冲光纤激光器，包括脉冲泵浦源、第一光纤光栅、掺杂光纤、第二光纤光栅、环形器、单模无源光纤、偏振控制器和输出耦合器。本发明可获得接近傅里叶变换极限的单频2微米纳秒脉冲，其波长可通过更换光纤光栅实现从1.8微米到2.2微米的调谐输出。本发明在遥感、激光雷达等方面具有广阔应用前景。

Description

一种单频可调谐2微米脉冲光纤激光器

技术领域

本发明涉及光纤激光器技术领域，特别是一种单频可调谐2微米脉冲光纤激光器。

背景技术

2微米光纤激光器具有光纤激光器光束质量好、紧凑等优点，同时由于其特殊的输出波长，在医疗、军事等领域被广泛应用。对于一些具体应用如激光雷达，除了上述结构、波长方面的要求，还需要激光具有极好的单色性——单一频率，因而也推动的单频2微米光纤激光器的发展。但到目前为止，发展只是局限在连续光方面。通过构建分布式反馈谐振腔、利用光纤中的受激布里渊散射效应等技术，直接振荡输出的单频2微米连续光已达到瓦级。

在脉冲激光领域，由于上述应用于连续光的技术的难以直接移植利用，使获得单频2微米脉冲光极为困难。通过文献检索，我们仅发现一篇这方面的报道：“Single-frequency gain-switched Ho-doped fiber laser”，发表在Optics Letter的第37册第18期。在这篇文献中，这些作者用掺铥调Q脉冲激光器来泵浦自制的掺钬光纤，由于采用了极高的掺杂浓度，所以可以采用极短的激光谐振腔，以实现接近单纵模的运转。这一方法尽管可获得单频2微米脉冲输出，但对元器件及运行环境的要求都较高，不利于被广泛采用也很难实现激光器的商业化。因此，发展其它更为简便易于实施的方法成为了目前激光器领域的迫切需要。

发明内容

为解决上述提到的单频2微米脉冲激光难以获得，利用增益开关脉冲产生技术和光纤中极窄的受激布里渊散射增益谱，本发明提出了一种单频可调谐2微米脉冲光纤激光器。

本发明的技术解决方案如下：

一种单频可调谐2微米脉冲光纤激光器，特点在于其构成包括脉冲泵浦源、第一光纤光栅、掺杂光纤、第二光纤光栅、环形器、单模无源光纤、偏振控制器和输出耦合器；

上述各部件的连接关系如下：

沿光路依次连接所述的脉冲泵浦源、第一光纤光栅、掺杂光纤、第二光纤光栅，该第二光纤光栅的输出端与所述的环形器的第一端口连接，该环形器的第二端口经所述的单模无源光纤和偏振控制器与所述的输出耦合器的第一输入端连接，所述的环形器的第三端口与所述的输出耦合器的第二输入端连接。

在所述的第二光纤光栅的输出端与所述的环形器的第一端口之间还连接有至少一个第一光纤放大器，在所述的输出耦合器的输入端连接有至少一个第二光纤放大器。

所述的脉冲泵浦源的输出脉宽大于等于1纳秒。

所述的第一光纤光栅和第二光纤光栅的中心波长须保持一致。

所述的第一光纤光栅和第二光纤光栅的反射带宽小于0.1纳米。

所述的掺杂光纤为掺铥石英光纤，或掺钬石英光纤。

所述的掺杂光纤若为掺铥石英光纤，则脉冲泵浦源的输出波长范围为1.4微米到1.95微米，同时第一光纤光栅和第二光纤光栅的中心波长在1.6微米到2.2微米内。

所述的掺杂光纤，若为掺钬石英光纤，则脉冲泵浦源的输出波长范围为1.7微米到2.15微米，同时第一光纤光栅和第二光纤光栅的中心波长在1.9微米到2.2微米内。

与现有技术先比，本发明的有益效果是：

对所使用的元器件性能要求较低，易于获得和实施。同时由于是全光纤连接以及元器件对温度的不敏感性，本发明结构紧凑且可以在各种环境中运行。基于以上优点和在军事、环境检测等领域的广泛应用前景，本发明具有很高的商品化价值。

附图说明

图1为本发明单频可调谐2微米脉冲光纤激光器的结构示意图。

图2为本发明的第二种实施方案的结构示意图。此种实施方案是为了获得更高脉冲能量和峰值功率的单频2微米激光脉冲输出。

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，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

请先参阅图1，图1为单频可调谐2微米脉冲光纤激光器的结构示意图，如图所示，一种单频可调谐2微米脉冲光纤激光器，包括脉冲泵浦源1、第一光纤光栅2、掺杂光纤3、第二光纤光栅4、环形器5、单模无源光纤6、偏振控制器7和输出耦合器8；

上述各部件的连接关系如下：

沿光路依次连接所述的脉冲泵浦源1、第一光纤光栅2、掺杂光纤3、第二光纤光栅4，该第二光纤光栅4的输出端与所述的环形器5的第一端口连接，该环形器5的第二端口经所述的单模无源光纤6和偏振控制器7与所述的输出耦合器8的第一输入端连接，所述的环形器5的第三端口与所述的输出耦合器8的第二输入端连接。

本实例中脉冲泵浦源1和掺杂光纤3的选择取决于所需输出激光的波长。若在1.4微米到1.95微米之间，则脉冲泵浦源1通常为掺铒脉冲光纤激光器或铒镱共掺脉冲光纤激光器，掺杂光纤3通常为掺铥石英光纤。若在1.7微米到2.15微米之间，则脉冲泵浦源1通常为掺铥脉冲光纤激光器，掺杂光纤3通常为掺钬石英光纤。由于增益开关技术中所需要的瞬间高增益，本发明中所采取的泵浦方式通常为端面纤芯泵浦，但在一些特殊情况，如采用高掺杂光纤，端面包层泵浦也可获得同样的效果。我们选用的脉冲激光器的输出通常为纳秒脉冲，这是因为增益开关技术的激光输出同时取决于泵浦脉冲能量和峰值功率。脉冲宽度过窄则容易激发非线性效应，造成泵浦能量的浪费。脉冲宽度过宽则对应的峰值功率通常较低，不利于产生较窄的增益开关脉冲，也不利于布里渊激光脉冲的产生。为使产生的脉冲能够激发较强的受激布里渊散射，第一光纤光栅2和第二光纤光栅4应采用较窄的反射带宽，如小于0.1纳米的。同时它们之间的反射中心波长也应该完全一致，以提供较强的选频反馈。产生的增益开关脉冲随后在由环形器5、单模无源光纤6和输出耦合器8构成的的环形腔中传输，激发产生受激布里渊散射进而产生反向的布里渊激光。这里用到的单模无源光纤6通常可以为普通的通讯用传输光纤。对于本发明中的环形腔，其长度的选择对出光阈值、斜效率等都有较大影响，需通过实验进行优化。此外，输出耦合器8反射率的选择也会对激光器的输出性能造成很大的影响。偏振控制器7则是用来控制腔内的偏振态以使得输出激光具有良好的稳定性。

输出的布里渊激光脉冲与泵浦增益开关脉冲的波长关系由光纤中的布里渊频移v_B决定

$v_B=\frac{2n{v}_L}{\mathrm{\λ}}$

其中，n是纤芯的折射率，v_L是光纤中的声波速度，λ是泵浦光波长。通常光纤中的布里渊频移约为10GHz。由于布里渊增益谱极窄，产生的激光线宽在连续光的情况下通常可小于10kHz。但在纳秒脉冲的情况下，受限于其多纵模运转，线宽通常会更宽。根据傅里叶变换极限，会大于MHz。

图2为本发明的第二种实施方案的结构示意图。此种实施方案是为了获得更高脉冲能量和峰值功率的单频2微米激光脉冲输出。若干第一光纤放大器9和第二光纤放大器10被加入光路。第一光纤放大器9是为了增加泵浦脉冲的能量以激发能量更高的单频2微米脉冲。第二光纤放大器10则是对产生的单频2微米脉冲进行放大。这两类光纤放大器可单独或结合使用。相较而言，前者可产生单色性更好的高能量脉冲，而后者由于放大的自发辐射、自相位调制等现象会发生光谱的展宽。但前者的放大受限于元器件的承受功率。因此，要获得最大输出的同时保持良好的激光单色性，需要对二者进行恰当的结合。

Claims (8)

1.一种单频可调谐2微米脉冲光纤激光器，特征在于其构成包括脉冲泵浦源(1)、第一光纤光栅(2)、掺杂光纤(3)、第二光纤光栅(4)、环形器(5)、单模无源光纤(6)、偏振控制器(7)和输出耦合器(8)；

上述各部件的连接关系如下：

沿光路依次连接所述的脉冲泵浦源(1)、第一光纤光栅(2)、掺杂光纤(3)、第二光纤光栅(4)，该第二光纤光栅(4)的输出端与所述的环形器(5)的第一端口连接，该环形器(5)的第二端口经所述的单模无源光纤(6)和偏振控制器(7)与所述的输出耦合器(8)的第一输入端连接，所述的环形器(5)的第三端口与所述的输出耦合器(8)的第二输入端连接。

2.根据权利要求1所述的单频可调谐2微米脉冲光纤激光器，其特征在于，在所述的第二光纤光栅(4)的输出端与所述的环形器(5)的第一端口之间还连接有至少一个第一光纤放大器(9)，在所述的输出耦合器(8)的输入端连接有至少一个第二光纤放大器(10)。

3.根据权利要求1或2所述的单频可调谐2微米脉冲光纤激光器，其特征在于，所述的脉冲泵浦源(1)的输出脉宽大于等于1纳秒。

4.根据权利要求1所述的单频可调谐2微米脉冲光纤激光器，其特征在于，所述的第一光纤光栅(2)和第二光纤光栅(4)的中心波长一致。

5.根据权利要求1所述的单频可调谐2微米脉冲光纤激光器，其特征在于，所述的第一光纤光栅(2)和第二光纤光栅(4)的反射带宽小于0.1纳米。

6.根据权利要求1所述的单频可调谐2微米脉冲光纤激光器，其特征在于，所述的掺杂光纤(3)为掺铥石英光纤，或掺钬石英光纤。

7.根据权利要求1所述的单频可调谐2微米脉冲光纤激光器，其特征在于，所述的掺杂光纤(3)若为掺铥石英光纤，则脉冲泵浦源(1)的输出波长范围为1.4微米到1.95微米，同时第一光纤光栅(2)和第二光纤光栅(4)的中心波长在1.6微米到2.2微米内。

8.根据权利要求1所述的单频可调谐2微米脉冲光纤激光器，其特征在于，所述的掺杂光纤(3)若为掺钬石英光纤，则脉冲泵浦源(1)的输出波长范围为1.7微米到2.15微米，同时第一光纤光栅(2)和第二光纤光栅(4)的中心波长在1.9微米到2.2微米内。