CN105071207B - 基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器，所述激光器包括单模半导体泵浦光源、波分复用器、窄带布拉格光纤光栅、高增益稀土掺杂有源光纤、宽带布拉格光纤光栅、光纤拉伸装置、高反布拉格光纤光栅以及光纤隔离器。本发明在单频光纤激光器的自注入锁定结构基础上，采用光纤拉伸装置调制自注入锁定光路的长度来实现单频激光器纵模频率的调制，可实现高调制范围以及高调制带宽的超窄线宽调频光纤激光输出。该发明可应用于相干光通信、激光雷达、光频域反射计等超高精度和超远距离探测领域。

Description

基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器
技术领域
本发明涉及频率调制单频光纤激光器技术领域，具体涉及一种基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器。
背景技术
频率调制的单频光纤激光器在激光测距、光纤传感及光通信领域有着重要的应用。目前实现对单频激光进行调频的方式主要集中在对短线性腔进行直接调制，即使用PZT压电陶瓷对激光腔整体或部分进行调制。该方式的缺点是，由于激光腔由两个布拉格光纤光栅以及一段有源光纤组成，直接对其调制会使光栅的折射率周期性结构发生改变，使得频率调制过程变得更加复杂，而且还会出现跳模、模式竞争等现象。若只针对增益光纤进行调制，消除对光纤光栅的影响，则能保证调制过程中的单纵模运转，但对整个系统的封装难度加大[Laser Phys. Lett., 2013, 075106]。最近出现了对环形腔结构的布里渊掺铒光纤激光器进行频率调制的报导，但其调制范围被布里渊增益带宽限制在几十MHz内[Opt.Lett., 2014, 39: 689]。且环形腔结构的激光器可被直接调制的光纤占整个激光腔的比例较少，也在一定程度上限制了调制范围。
发明内容
本发明提出了一种基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器及其工作方法。利用布拉格光纤光栅实现对短腔单频光纤激光器实现自注入锁定，可获得低噪声窄线宽的单频激光输出。在此基础上，将实现自注入的光纤链路缠绕在光纤拉伸装置上，通过对其长度进行调制从而达到对激光腔纵模调制的目的。该结构方案最大限度的利用光纤拉伸装置的调制能力，且简单易行，可实现宽频率调制范围的超窄线宽单频光纤激光输出。本发明的目的通过如下技术方案实现。
本发明的具体技术解决方案如下。
一种基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器，包括单模半导体泵浦光源、波分复用器、窄带布拉格光纤光栅、高增益稀土掺杂有源光纤、宽带布拉格光纤光栅、光纤拉伸装置、高反布拉格光纤光栅、光纤隔离器；各部件的结构关系是：单模半导体泵浦光源与波分复用器的泵浦端连接，波分复用器的公共端与窄带布拉格光纤光栅的一端连接，窄带布拉格光纤光栅的另一端经高增益稀土掺杂有源光纤与宽带布拉格光纤光栅的一端连接，宽带布拉格光纤光栅的另一端与高反布拉格光纤光栅的一端连接，宽带布拉格光纤光栅与高反布拉格光纤光栅之间的光纤缠绕在光纤拉伸装置上，波分复用器的信号端与光纤隔离器连接。
上述基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器中，所述高增益稀土掺杂有源光纤的纤芯掺杂高浓度的发光离子，所述发光离子为镧系离子、过渡金属离子中一种或多种的组合体，且在纤芯中是均匀掺杂。
上述基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器中，所述激光器泵浦方式为后向泵浦。
上述基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器中，所述窄带布拉格光纤光栅的中心反射波长为激光输出波长，3 dB 反射谱宽小于0.5 nm，中心波长反射率为10-90%；宽带布拉格光纤光栅的3 dB 反射谱宽大于0.5 nm，且其对激光信号波长反射率为80%-99%；高反布拉格光纤光栅的3 dB 反射谱宽大于0.5 nm，且其对激光信号波长反射率大于99.95%。
上述基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器中，所述光纤拉伸装置包括但不限于PZT压电陶瓷或磁致伸缩材料。
上述基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器中，所述光纤拉伸装置上的驱动信号为正弦波、锯齿波或三角波。
上述基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器中，所述自注入锁定结构可在窄带布拉格光纤光栅与波分复用器之间连接低反布拉格光纤光栅实现，此时去掉高反布拉格光纤光栅，泵浦方式改为前向泵浦。并将窄带布拉格光纤光栅与低反布拉格光纤光栅之间的光纤缠绕在光纤拉伸装置上进行频率调制。
与现有技术相比，本发明的技术效果是：
在自注入锁定的基础上对单频光纤激光器进行频率调制，可实现低噪声的超窄线宽单频激光调频输出，该方法可进一步增加单频激光的频率调制带宽与调制范围，并且简单易行。本发明最大限度的利用光纤拉伸装置的调制能力，可实现宽频率调制范围的超窄线宽单频光纤激光输出。
附图说明
图1 为本发明实施例基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器一种原理示意图。
图2为本发明实施例基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器另一种原理示意图。
图中：1—单模半导体泵浦光源，2—波分复用器，3—窄带布拉格光纤光栅，4—高增益稀土掺杂有源光纤，5—宽带布拉格光纤光栅，6—光纤拉伸装置，7—高反布拉格光纤光栅，8—光纤隔离器，9—低反布拉格光纤光栅。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，需要说明的是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例1
图1为本发明实施例1的基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器原理示意图，其中光纤拉伸装置在宽带布拉格光纤光栅一侧进行频率调制，泵浦方式为后向泵浦。采用高增益的高增益稀土掺杂有源光纤4作为激光器的增益介质，由窄带布拉格光纤光栅3和宽带布拉格光纤光栅5组成短F-P腔结构的前后腔镜。单模半导体泵浦光源1通过波分复用器2对激光腔进行后向泵浦。其中高增益稀土掺杂有源光纤4的纤芯掺杂高浓度的发光离子，所述发光离子为镧系离子、过渡金属离子中一种或多种的组合体，且在纤芯中是均匀掺杂。窄带布拉格光纤光栅3的中心反射波长为激光输出波长，3 dB 反射谱宽小于0.5 nm，中心波长反射率为10-90%；宽带布拉格光纤光栅5的3 dB 反射谱宽大于0.5 nm，且其对激光信号波长反射率为80%-99%。高反布拉格光纤光栅7与宽带布拉格光纤光栅5的另一端连接形成自注入锁定结构，将两光栅之间的光纤缠绕在光纤拉伸装置6上进行频率调制，其光纤长度为0.5-100 m，可视具体光纤拉伸装置的直径以及调制范围而定。高反布拉格光纤光栅7的3dB 反射谱宽大于0.5 nm，且其对激光信号波长反射率大于99.95%。光纤拉伸装置上的驱动信号为正弦波、锯齿波或三角波。最终经频率调制后的超窄线宽单频激光通过光纤隔离器8输出。
实施例2
图2为本发明实施例2的基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器原理示意图，其中光纤拉伸装置在窄带布拉格光纤光栅一侧进行频率调制，泵浦方式为前向泵浦。该实施例采用低反布拉格光纤光栅9与窄带布拉格光纤光栅3连接，并将两光栅之间的光纤缠绕在光纤拉伸装置6上进行频率调制。低反布拉格光纤光栅的3 dB 反射谱宽大于0.5 nm，中心波长反射率为5-80%。此时，单模半导体泵浦光源1通过宽带布拉格光纤光栅5对激光腔进行前向泵浦。频率调制后的超窄线宽单频激光经由波分复用器2通过光纤隔离器8输出。该实施例中其他相关参数与实施例1中类似。
上述实例在自注入锁定的基础上对单频光纤激光器进行频率调制，可实现低噪声的超窄线宽单频激光调频输出，该方法可进一步增加单频激光的频率调制带宽与调制范围，并且简单易行。

Claims (6)

1.基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器，其特征在于包括单模半导体泵浦光源（1）、波分复用器（2）、窄带布拉格光纤光栅（3）、高增益稀土掺杂有源光纤（4）、宽带布拉格光纤光栅（5）、光纤拉伸装置（6）、高反布拉格光纤光栅（7）、光纤隔离器（8）；各部件的结构关系是：单模半导体泵浦光源（1）与波分复用器（2）的泵浦端连接，波分复用器（2）的公共端与窄带布拉格光纤光栅（3）的一端连接，窄带布拉格光纤光栅（3）的另一端经高增益稀土掺杂有源光纤（4）与宽带布拉格光纤光栅（5）的一端连接，宽带布拉格光纤光栅（5）的另一端与高反布拉格光纤光栅（7）的一端连接形成自注入锁定结构；宽带布拉格光纤光栅（5）与高反布拉格光纤光栅（7）之间的光纤缠绕在光纤拉伸装置（6）上进行频率调制，波分复用器（2）的信号端与光纤隔离器（8）连接；所述高增益稀土掺杂有源光纤（4）的纤芯掺杂高浓度的发光离子，所述发光离子为镧系离子、过渡金属离子中一种或多种的组合体，且在纤芯中是均匀掺杂。
2.如权利要求1所述的基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器，其特征在于激光器泵浦方式为后向泵浦。
3.如权利要求1所述的基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器，其特征在于所述窄带布拉格光纤光栅（3）的中心反射波长为激光输出波长，3 dB 反射谱宽小于0.5 nm，中心波长反射率为10-90%；宽带布拉格光纤光栅（5）的3 dB 反射谱宽大于0.5 nm，且其对激光信号波长反射率为80%-99%；高反布拉格光纤光栅（7）的3 dB 反射谱宽大于0.5 nm，且其对激光信号波长反射率大于99.95%。
4.如权利要求1所述的基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器，其特征在于所述光纤拉伸装置（6）为PZT压电陶瓷或磁致伸缩材料。
5.如权利要求1所述的基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器，其特征在于施加于所述光纤拉伸装置（6）上的驱动信号为正弦波、锯齿波或三角波。
6.如权利要求1所述的基于自注入锁定的频率调制单频光纤激光器，其特征在于所述自注入锁定结构可在窄带布拉格光纤光栅（3）与波分复用器（2）之间连接低反布拉格光纤光栅实现，此时去掉高反布拉格光纤光栅（7），泵浦方式改为前向泵浦；并将窄带布拉格光纤光栅（3）与低反布拉格光纤光栅之间的光纤缠绕在光纤拉伸装置（6）上进行频率调制。
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