CN104009380A - 1.6μm波段脉冲型单频线偏振激光器 - Google Patents
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Abstract
一种1.6μm波段脉冲型单频线偏振激光器，其特点在于，包括依次连接的种子源激光器、种子隔离器、分束器、拉曼光纤放大器、放大级隔离器、准直器、耦合系统和固体激光放大器。本发明激光器无复杂的控制系统，具有结构紧凑、稳定性高、重复频率和脉宽可调等特点。
Description
技术领域
本发明涉及单频线偏振激光器，特别是一种应用于相干激光雷达的1.6μm波段脉冲型单频线偏振激光器。
背景技术
单频脉冲激光器由于具有相干长度长、谱线宽度窄、光束质量好等优点，在遥感技术、相干激光雷达探测和相干光通信等领域有着重要的应用前景。在这些领域中，往往要求激光线宽在10MHz以下，同时对脉冲重复频率也有不同的要求。实现1.5～1.6μm单频激光输出的主要方法包括光参量振荡器、固体激光器和光纤激光器。种子注入1.5μm波段光参量振荡器和种子注入1.6μm波段掺铒固体激光器可以获得高单脉冲激光能量，其脉宽一般较窄，重复频率较低，线宽在数十MHz至百MHz左右，特别是种子注入谐振腔的控制系统复杂，降低了系统的稳定性。Er-Yb共掺单频激光器是获得1.5μm波段单频输出的另一种重要技术手段。基于主振荡-功率放大结构的光纤激光器具有体积小、结构简单、稳定性高、散热性好等特点，但是受限于光纤中的非线性效应，输出单脉冲能量难以进一步提升。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的不足，提供一种1.6μm波段脉冲型单频线偏振激光器，该激光器无复杂的控制系统，具有结构紧凑、稳定性高、重复频率和脉宽可调等特点。
本发明的技术解决方案如下：
一种1.6μm波段脉冲型单频线偏振激光器，其特点在于，包括依次连接的种子源激光器、种子隔离器、分束器、拉曼光纤放大器、放大级隔离器、准直器、耦合系统和固体激光放大器。
所述的种子源激光器为1.6μm波段、尾纤输出的连续单频分布反馈式(DFB)半导体激光器或分布布拉格反射式(DBR)半导体激光器。
所述的拉曼光纤放大器包括依次连接的第一波分复用器、保偏拉曼增益光纤、第二波分复用器和第一泵浦源。
所述的拉曼光纤放大器的第一泵浦源为偏振输出的1.5μm波段脉冲光纤激光器，其重复频率、脉冲宽度及脉冲波形根据雷达系统的需要进行调整，第一泵浦源经第二波分复用器后向泵浦所述的保偏拉曼增益光纤。
所述的保偏拉曼增益光纤的基质材料为石英、磷酸盐、硅酸盐、碲酸盐或氟化物；所述的拉曼增益光纤为低布里渊散射光纤，或在光纤上施加应力或温度分布以抑制布里渊散射。
所述的固体激光放大器包括第二泵浦源、准直聚焦系统、双色耦合镜、1/4波片、增益介质、偏振分光镜、半波片构成，所述的耦合系统输出的线偏振激光经过半波片后偏振态调整为垂直方向的线偏振光，经偏振分光镜后入射到增益介质中放大，放大后的激光经过1/4波片、双色耦合镜反射后，再次经过1/4波片后偏振态变为水平方向的线偏振光，经增益介质第二次放大后，由偏振分光镜反射输出.
所述的增益介质为低掺杂的Er:YAG激光晶体，所述的增益介质(85)的结构为圆棒、板条、波导或类光纤。
所述的第二泵浦源为带尾纤输出的窄线宽1532nm半导体激光器、1470nm半导体激光器或1532nm掺铒光纤激光器，采用端面同带泵浦技术，经过准直聚焦系统到增益介质中。
本发明的技术效果：
本发明利用1.5μm波段脉冲光纤激光器泵浦拉曼光纤放大器，同时注入对1.6μm波段单频线偏振种子光，得到一定单脉冲能量的1.6μm波段单频线偏振脉冲光，避免了种子注入激光器所需的复杂控制系统，使得系统结构紧凑、稳定性高。通过控制1.5μm波段脉冲光纤激光器的脉宽与重复频率，可以使输出脉冲的脉宽和重复频率可调。放大到一定单脉冲能量后采用固体激光器放大，得到更高单脉冲能量，从而避免了使用光纤放大器时非线性效应的限制。利用拉曼光纤激光器提供一种有效的前级放大的技术手段，为后续块状晶体的功率放大提供一定的功率输入。整个系统基于光纤-固体混合放大结构，稳定可靠，易于控制，适应不同应用场合。
附图说明
图1是本发明1.6μm波段脉冲型单频线偏振激光器结构示意图；
图2是本发明拉曼光纤放大器结构示意图
图3是本发明固体激光放大器的偏振控制双程放大结构示意图
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明进一步说明，图1为本发明1.6μm波段脉冲型单频线偏振激光器结构示意图，基于光纤-固体混合放大结构。由图可见，本发明1.6μm波段单频激光器，包括依次的种子源激光器1、种子隔离器2、分束器3、拉曼光纤放大器4、放大级隔离器5、准直器6、耦合系统7以及固体激光放大器8。所述的种子源激光器1的输出激光经种子隔离器2之后进入分束器3，分出部分光作为相干探测中的本振光，其余种子光作为信号光经拉曼光纤放大器4进行放大，然后依次经过放大级隔离器5、准直器6、耦合系统7，最终进入固体激光放大器8进一步放大，得到更高的单脉冲输出能量。
图2为本发明拉曼光纤放大器示意图，包括第一波分复用器41、第二波分复用器43、拉曼增益光纤42和第一泵浦源44。其特点在于种子光经过第一波分复用器41耦合入拉曼增益光纤42，泵浦源44通过第二波分复用器43后向耦合入拉曼增益光纤42)所述的拉曼增益光纤42的基质材料为石英、磷酸盐、硅酸盐、碲酸盐或氟化物；所述的拉曼放大增益光纤42为低布里渊散射光纤，或在光纤上施加应力或温度分布以抑制布里渊散射。第一泵浦源44的输出波长λp由所述的种子源激光器1的波长λs与所述的拉曼增益光纤42提供的拉曼增益峰值对应的频移量Δν决定：λp＝c/[(c/λs)+Δν]，这里c为光速。
本发明固体激光放大器采用偏振控制的双程放大结构，以得到高的增益倍数，其结构如图3所示，包括第二泵浦源81、准直聚焦系统82、双色耦合镜83、1/4波片84、增益介质85、偏振分光镜86、半波片87。耦合系统7输出的线偏振激光经过半波片87后，偏振态调整为垂直方向的线偏振光，经偏振分光镜86后入射到增益介质85中放大，放大后的激光经过1/4波片84、双色耦合镜83反射后，再次经过1/4波片84后偏振态变为水平方向的线偏振光，经增益介质85第二次放大后，由偏振分光镜86反射输出。所述的泵浦源81为带尾纤输出的窄线宽1532nm半导体激光器、1470nm半导体激光器或1532nm掺铒光纤激光器，采用端面同带泵浦技术，经过准直聚焦系统82耦合到增益介质85中。双色耦合镜83镀有对泵浦光高透且信号光高反的介质膜。
下面给出具体实施例：
种子源激光器1选用中心波长为1645nm、带尾纤输出的线偏振DFB激光器，经种子隔离器2之后由分束器3分出部分光作为相干探测中的本振光，其余种子光作为信号光经波分复用器41耦合入石英基质保偏拉曼增益光纤42。石英基质保偏拉曼增益光纤的拉曼增增益谱峰值约对应13.4THz，经计算得泵浦光波长为1532nm，因此第一泵浦源44选用中心波长为1532nm、重复频率与脉冲宽度可调、线偏振输出的保偏铒镱共掺脉冲光纤激光器，通过泵浦合束器43后向泵浦。保偏拉曼增益光纤42通过施加应力梯度的方式抑制激光放大过程中伴随的受激布里渊散射，并消耗泵浦光放大种子源激光器1产生的单频线偏振激光。放大后的1645nm单频线偏振脉冲激光通过泵浦合束器43的信号纤输出，经过放大级隔离器、准直器6后，通过耦合系统7耦合到偏振控制的多程固体放大器8。为有效抑制能量上转换和自吸收损耗，同时增加对泵浦光的吸收效率，固体放大器8的增益介质85选用直径2mm、长60mm、掺杂浓度为0.5at.％、侧面镀有SiO2膜的Er:YAG类光纤晶体。基于同带泵浦技术，第二泵浦源81选用带尾纤输出的窄线宽1532nm半导体激光器，纤芯直径为200 m，数值孔径为0.22，通过1:5的准直聚焦系统82耦合到增益介质85中。信号光经半波片87后偏振态调整为垂直方向的线偏振光，通过偏振分光镜86后，由增益介质85第一次放大，经过1/4波片84、双色耦合镜83反射，再次经过1/4波片84后，偏振方向与原偏振方向垂直，经增益介质85第二次放大后，由偏振分光镜86反射输出放大后的单频线偏振1645nm脉冲激光。
Claims (8)
1.一种6μm波段脉冲型单频线偏振激光器，其特征在于，包括依次连接的种子源激光器(1)、种子隔离器(2)、分束器(3)、拉曼光纤放大器(4)、放大级隔离器(5)、准直器(6)、耦合系统(7)和固体激光放大器(8)。
2.根据权利要求1所述的1.6μm波段脉冲型单频线偏振激光器，其特征在于所述的种子源激光器(1)为1.6μm波段、尾纤输出的连续单频分布反馈式(DFB)半导体激光器或分布布拉格反射式(DBR)半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的1.6μm波段脉冲型单频线偏振激光器，其特征在于所述的拉曼光纤放大器(4)包括依次连接的第一波分复用器(41)、保偏拉曼增益光纤(42)、第二波分复用器(43)和第一泵浦源(44)。
4.根据权利要求3所述的1.6μm波段脉冲型单频线偏振激光器，其特征在于所述的拉曼光纤放大器(4)的第一泵浦源(44)为偏振输出的1.5μm波段脉冲光纤激光器，其重复频率、脉冲宽度及脉冲波形根据雷达系统的需要进行调整，第一泵浦源(44)经第二波分复用器(43)后向泵浦所述的保偏拉曼增益光纤(42)。
5.根据权利要求1或3或4所述的1.6μm波段脉冲型单频线偏振激光器，其特征在于所述的保偏拉曼增益光纤(42)的基质材料为石英、磷酸盐、硅酸盐、碲酸盐或氟化物；所述的拉曼增益光纤(42)为低布里渊散射光纤，或在光纤上施加应力或温度分布以抑制布里渊散射。
6.根据权利要求1所述的1.6μm波段脉冲型单频线偏振激光器，其特征在于所述的固体激光放大器(8)包括第二泵浦源(81)、准直聚焦系统(82)、双色耦合镜(83)、1/4波片(84)、增益介质(85)、偏振分光镜(86)、半波片(87)构成，所述的耦合系统(7)输出的线偏振激光经过半波片(87)后偏振态调整为垂直方向的线偏振光，经偏振分光镜(86)后入射到增益介质(85)中放大，放大后的激光经过1/4 波片(84)、双色耦合镜(83)反射后，再次经过1/4波片(84)后偏振态变为水平方向的线偏振光，经增益介质(85)第二次放大后，由偏振分光镜(86)反射输出。
7.根据权利要求6所述的1.6μm波段脉冲型单频线偏振激光器，其特征在于所述的增益介质(85)为低掺杂的Er:YAG激光晶体，所述的增益介质(85)的结构为圆棒、板条、波导或类光纤。
8.根据权利要求6所述的1.6μm波段脉冲型单频线偏振激光器，其特征在于所述固体激光放大器(8)的泵浦源(81)为带尾纤输出的窄线宽1532nm半导体激光器、1470nm半导体激光器或1532nm掺铒光纤激光器，采用端面同带泵浦技术，经过准直聚焦系统(82)到增益介质(85)中。
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