CN104733987A - 一种线性自动可调谐环形腔光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种线性自动可调谐环形腔光纤激光器，它包括利用光纤波分复用器2、第一光纤隔离器3、掺饵增益光纤4、光纤环形器5、光纤光栅6和光纤耦合器7组成可调谐光纤激光器的环形腔，可以输出窄线宽高功率单纵模的激光。利用贴附在压电陶瓷10上的应变式传感器12实时监测压电陶瓷6的伸长或缩短，结合压电陶瓷驱动源11中的恒流源13、锯齿波信号发生器14和位移补偿模块15，进行闭环控制，实现环形腔光纤激光器的线性自动可调谐。本发明可调谐环形腔光纤激光器工艺简单，成本低，线宽窄，调谐速度快，并且能实现自动调谐，可广泛应用于相干通信和光纤传感的各个领域。

Description

一种线性自动可调谐环形腔光纤激光器
技术领域
本发明涉及一种可调谐光纤激光器，特别是环形腔中光纤光栅由压电陶瓷闭环控制实现线性自动可调谐的光纤激光器。
背景技术
光纤激光器是激光领域的新型技术，成为近年来科学研究的热点，它的发展和应用得到了社会各方面的广泛重视。在光纤激光器中插入适当的波长选择器件，就得到可调谐光纤激光器。光纤激光器是在光放大器的技术基础上发展起来的，与光放大器类似，它的增益介质是一段掺饵光纤，和相应器件组合成有源谐振腔。而环形腔光纤激光器可以不使用反射镜而构成全光纤腔，并且由于环形腔具有较长的腔长，能够获得较窄的线宽和较高的输出功率。大范围波长可调谐环形腔光纤激光器是当今研究的主要方向，但大范围波长可调谐环形腔激光器制作成本高，工艺复杂，调谐线性度和重复性不易控制。而在相干通信系统和光频域光纤传感系统中，不需要光纤激光器的宽范围调谐，而对波长调谐的线性度、重复性和自动性有更高的要求。目前用于实现波长可调谐环形腔光纤激光器主要有两种：(a) 在环形腔内加入滤波器件，如F-P滤波器，马赫-曾德干涉仪，声光滤波器、分光镜等，实现可调谐激光输出。(b) 用可调谐光纤光栅提供光反馈，与其他器件结合实现可调谐激光输出。其中 (a) 所述光纤激光器所用器件价格昂贵，属于非光纤器件，与光纤耦合损耗大，使激光器的斜率效率变低，阈值增大。而 (b) 所述光纤激光器所用光纤光栅作为调谐装置能克服其它调谐装置的插入损耗问题，因为光纤光栅是全光纤器件，体积小，可与其它光纤器件兼容成一体，被广泛应用于光纤激光器的调谐。
发明内容
本发明的目的是提供一种线性自动可调谐环形腔光纤激光器，该可调谐环形腔光纤激光器的调谐器件为光纤光栅。光纤光栅固定在压电陶瓷上，压电陶瓷驱动源利用锯齿波闭环控制压电陶瓷伸长或缩短，对光纤光栅进行调谐，从而实现环形腔光纤激光器的线性自动调谐。
本发明是一种线性自动可调谐环形腔光纤激光器，泵浦光源输出的泵浦光经光纤波分复用器的C端进入，经光纤波分复用器的A端和第一光纤隔离器，传输给掺饵增益光纤，掺饵增益光纤吸收泵浦光后会产生辐射光，辐射光进入光纤环形器的A端，从光纤环形器的B端入射到光纤光栅，反射回来的光经过光纤环形器的C端进入光纤耦合器A端，分成两路，一路从光纤耦合器的C端顺时针与光纤波分复用器的D端相连，组成光纤激光器的环形腔，经过重复震荡，另一路激光会从光纤耦合器的D端经第二光纤隔离器进入激光输出端输出。
所述的线性自动可调谐环形腔光纤激光器，其光纤波分复用器，第一光纤隔离器、掺饵增益光纤、光纤环形器，光纤光栅和光纤耦合器共同组成一个有源环形腔。
所述的线性自动可调谐环形腔光纤激光器，其光纤光栅、压电陶瓷、压电陶瓷驱动源组成可调谐环形腔光纤激光器的调谐装置。
所述的线性自动可调谐环形腔光纤激光器，其光纤光栅、压电陶瓷、应变式传感器、压电陶瓷驱动源中恒流源、锯齿波发生器和位移补偿模块可以实现可调谐环形腔光纤激光器的线性自动可调谐。
本发明线性自动可调谐环形腔光纤激光器的优点在于：（1）基于环形腔的光纤激光器能够获得较窄的线宽和较高的输出功率，线宽可以达到20KHz；（2）基于压电陶瓷调谐的可调谐环形腔光纤激光器，调谐速度快，调谐频率可达1KHz以上；（3）基于压电陶瓷闭环控制的可调谐环形腔光纤激光器，输出波长调谐线性度好，调谐范围1nm以上。
附图说明
图1线性自动可调谐环形腔光纤激光器基本组成结构图  
图2 可调谐环形腔光纤激光器调谐装置结构图
图中：1. 泵浦光源；2. 光纤波分复用器；3. 第一光纤隔离器；4. 掺饵增益光纤；5. 光纤环形器；6. 光纤光栅；7. 光纤耦合器；8. 第二光纤隔离器；9. 激光输出端；10. 压电陶瓷；11. 压电陶瓷驱动源；12. 应变式传感器；13. 恒流源；14. 锯齿波发生器；15. 位移补偿模块。
具体实施方式
本发明公开了一种新型线性自动可调谐环形腔光纤激光器，用简单的结构实现了线性自动可调谐、单纵模激光输出的功能。
请参见图1所示，本发明是一种线性自动可调谐环形腔光纤激光器，泵浦光源1熔接在光纤波分复用器2的C端上，光纤波分复用器2的A端与第一光纤隔离器3一端熔接，第一光纤隔离器3另一端与掺饵增益光纤4一端熔接，掺饵增益光纤4另一端与光纤环形器5的A端熔接，光纤环形器5的B端与光纤光栅6熔接，光纤环形器5的C端与光纤耦合器7的A端熔接，光纤耦合器7的C端与光纤波分复用器2的D端熔接，光纤耦合器7的D端与第二光纤隔离器8的一端熔接，第二光纤隔离器8的另一端熔接在激光输出端9上。
 请参见图2所示，本发明一种线性自动可调谐环形腔光纤激光器的调谐装置主要由光纤光栅6、压电陶瓷10和压电陶瓷驱动源11组成。光纤光栅6固定在压电陶瓷10上，压电陶瓷驱动源11中恒流源13、锯齿波发生器14与压电陶瓷10连接，而应变式传感器12粘贴在压电陶瓷10上，与压电陶瓷驱动源11中位移补偿模块15连接在一起。
请参见图1所示，本发明是一种线性自动可调谐环形腔光纤激光器，泵浦光源1采用980nm半导体激光器；泵浦光源1输出的泵浦光经光纤波分复用器2的C端进入，经光纤波分复用器2的A端和第一光纤隔离器3传输给掺饵增益光纤4，掺饵增益光纤4吸收泵浦光后会产生辐射光，所述辐射光进入光纤环形器5的A端，由光纤环形器5的B端出射，入射到光纤光栅6上，根据光栅反射原理，满足布拉格条件的反射光会从光纤环形器的C端出射，进入光纤耦合器7的A端然后分为两路，一路从光纤耦合器7的C端出射，进入光纤波分复用器的D端，顺时针传播。另一路从光纤耦合器7的D端经第二光纤隔离器8和激光输出端9输出激光。在本发明中，光纤波分复用器2、第一光纤隔离器3、掺饵增益光纤4、光纤环形器5、光纤光栅6和光纤耦合器7形成可调谐光纤激光器的环形腔。
本发明可调谐环形腔光纤激光器调谐的基本原理是：光纤光栅6固定在压电陶瓷10上，压电陶瓷驱动源11中的恒流源13控制压电陶瓷10的伸长或缩短，从而控制光纤光栅6的伸长或缩短，通过调节光纤光栅6的反射峰波长来实现环形腔光纤激光器的调谐。由于压电陶瓷10本身固有的磁滞和蠕变特性，环形激光器的调谐线性度和重复性差。为了解决这一问题，在压电陶瓷10上贴附应变式传感器12，实时监测压电陶瓷10伸长或缩短的误差，将误差信息传送给压电陶瓷驱动源11中的位移补偿模块15，控制压电陶瓷10进行实时误差补偿，压电陶瓷的闭环控制保证了可调谐环形腔光纤激光器的线性度和重复性。压电陶瓷驱动源11中的锯齿波信号发生器14可以控制压电陶瓷10进行自动调谐，调谐频率可达1KHz以上。
本发明利用光纤波分复用器2、第一光纤隔离器3、掺饵增益光纤4、光纤环形器5、光纤光栅6和光纤耦合器7组成可调谐光纤激光器的环形腔，可以输出窄线宽高功率单纵模激光。利用贴附在压电陶瓷10上的应变式传感器12实时监测压电陶瓷6的伸长或缩短，结合压电陶瓷驱动源11中的恒流源13、锯齿波信号发生器14和位移补偿模块15，进行闭环控制，实现可调谐环形腔光纤激光器的线性自动可调谐。

Claims (5)

1.一种线性自动可调谐环形腔光纤激光器，该激光器包括：泵浦光源，光纤波分复用器，第一光纤隔离器，掺饵增益光纤，光纤环形器，光纤光栅，压电陶瓷，应变式传感器，压电陶瓷驱动源（恒流源、锯齿波信号发生器和位移补偿模块），光纤耦合器，第二光纤隔离器，激光输出端，其特征在于：泵浦光源（1）输出的泵浦光经光纤波分复用器（2）的C端进入，经光纤波分复用器（2）的A端和第一光纤隔离器（3）传输给掺饵增益光纤（4），掺饵增益光纤（4）吸收泵浦光后会产生辐射光，所述辐射光进入光纤环形器（5）的A端，从光纤环形器（5）的B端入射到光纤光栅（6），反射回来的辐射光经过光纤环形器（5）的C端进入光纤耦合器（7）A端，分成两路，一路从光纤耦合器（7）的C端顺时针与光纤波分复用器（2）的D端相连，另一路从光纤耦合器（7）的D端经第二光纤隔离器（8）进入激光输出端（9）输出。
2.根据权利要求1所述的自动可调谐环形腔光纤激光器，其特征在于：所述光纤波分复用器（2）、第一光纤隔离器（3）、掺饵增益光纤（4）、光纤环形器（5）和光纤耦合器（7）共同组成一个有源环形腔。
3.根据权利要求1所述的自动可调谐环形腔光纤激光器，其特征在于：光纤光栅（6）两端固定在压电陶瓷（10）上，由压电陶瓷驱动源（11）控制压电陶瓷（10）的伸长和缩短，完成光纤光栅（6）的调谐，从而实现环形腔光纤激光器的调谐。
4.根据权利要求1所述的自动可调谐环形腔光纤激光器，其特征在于：光纤光栅（6）、压电陶瓷（10）、应变式传感器（12）、压电陶瓷驱动源（11）共同组成环形腔的线性调谐装置。
5.根据权利要求1所述的自动可调谐环形腔光纤激光器，其特征在于：应变式传感器（12）贴附在压电陶瓷（10）上，压电陶瓷驱动源（11）中恒流源（13）、锯齿波发生器（14）和位移补偿模块（15）闭环控制压电陶瓷（10）的线性位移，从而实现环形腔光纤激光器的线性自动可调谐。
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