CN105305212A

CN105305212A - 一体化无源子腔模块和制造方法以及光纤激光器

Info

Publication number: CN105305212A
Application number: CN201510734214.6A
Authority: CN
Inventors: 冯亭; 姚晓天
Original assignee: Hebei University
Current assignee: Beijing Aoqi Technology Co., Ltd
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2035-11-02
Also published as: CN105305212B

Abstract

本发明提供了一种用于实现高稳定性超窄线宽光纤激光器的一体化无源子腔模块和制造方法以及光纤激光器。所述一体化无源子腔模块，包括：子腔光路子模块、子腔封装子模块；所述子腔封装子模块包括：真空室；所述子腔光路子模块包括：第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、多芯光纤、法布里珀罗波长选择滤波器FFPF、光纤输入端口、光纤输出端口、FFPF驱动信号输入端口；第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、多芯光纤、所述法布里珀罗波长选择滤波器FFPF设置在所述真空室的腔体中；所述光纤输入端口、所述光纤输出端口、FFPF驱动信号输入端口设置在所述真空室的外壁上。本发明提供一种通用的一体化无源子腔模块，为超窄线宽光纤激光器的实用化提供低成本的实现方法。

Description

一体化无源子腔模块和制造方法以及光纤激光器

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，尤其涉及一种一体化无源子腔模块和制造方法以及光纤激光器。

背景技术

相比于其他类型激光器，光纤激光器具有结构简单、泵浦阈值低、散热性能好、转换效率高、预热时间短、受环境因素影响小、免维护、易传递、光束质量好等优点，而且光纤激光器在工作中产生更少的二氧化碳，能够降低能耗、减少浪费，这些优势都将提升光纤激光技术在激光领域的普及程度。现如今，光纤激光器已经在光纤通信、激光医疗、工业加工、激光雷达、激光测距、光纤传感等方面得到了广泛的应用，其每年的产值也呈直线上升，占据的市场份额也在不断扩大。

窄线宽光纤激光器作为光纤激光一个非常重要的研究方向，由于具有极好的时间相干性和极低的相位噪声，近年来，在多普勒激光雷达、超高精度分布式光纤传感、倍频频率转换、大气测量等方面表现出了极大的潜在应用价值。尤其是1.5μm波段窄线宽光纤激光器，其在自由空间激光通信、激光传感、激光雷达等很多领域的应用潜力是其他类型和其他波段窄线宽激光器望尘莫及的，而其自身线宽量级大小也直接决定了激光器在这些领域的应用。

目前，国内外可以实现1.5μm波段窄线宽激光输出的激光器类型主要包括：基于分布反馈型，基于超短腔分布布拉格反射型、基于光纤Bragg光栅超窄带滤波器型、基于饱和吸收体型和基于复合腔结构型等的光纤激光器。其中，后两种方法可用于在实现窄线宽的同时，达到宽波长可调谐范围，性能可拓展性好。但是，饱和吸收体的应用会增加激光腔损和严重影响激光输出功率。基于复合腔型的光纤激光器无论是在输出激光线宽方面，还是在操作灵活性上(实现宽带可调谐、波长扫描等)都具有一定的优势，而且其结构灵活、制作成本也低。所以，复合腔法是比较理想的高稳定性超窄线宽光纤激光器的实现方法。

虽然复合腔法在实现超窄线宽光纤激光器时表现出了种种优势，但是长期稳定性差(功率和频率稳定性)一直制约了其应用和发展。现有的复合腔结构类型不能克服稳定性差的弊端，已报道的基于复合腔类型的窄线宽光纤激光器的线宽量级尚有很大提升空间、长期稳定性尚不能满足某些特殊领域的实用需求。

发明内容

本发明的实施例提供了一种一体化无源子腔模块和制造方法以及光纤激光器，能够提供一种用于制作高稳定性超窄线宽光纤激光器的通用的一体化无源子腔模块及光纤激光器。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一方面，提供一种一体化无源子腔模块，包括：子腔光路子模块、子腔封装子模块；

所述子腔封装子模块包括：真空室401；

所述子腔光路子模块包括：第一光纤耦合器101、第二光纤耦合器102、多芯光纤103、法布里珀罗波长选择滤波器FFPF104、光纤输入端口105、光纤输出端口106、FFPF驱动信号输入端口107；

其中，所述第一光纤耦合器101、所述第二光纤耦合器102、所述多芯光纤103、所述法布里珀罗波长选择滤波器FFPF104设置在所述真空室401的腔体中；

所述光纤输入端口105、所述光纤输出端口106、所述FFPF驱动信号输入端口107设置在所述真空室的外壁上。

所述第一光纤耦合器101的第一端口与所述光纤输入端口105连接；所述第一光纤耦合器101的第二端口与所述多芯光纤103的第一端口连接，所述第一光纤耦合器101的第三端口空置，所述第一光纤耦合器的第四端口与所述第二光纤耦合器102的第四端口相连接；

所述第二光纤耦合器102的第一端口与所述FFPF104的第一端口相连接,所述第二光纤耦合器102的第二端口与所述多芯光纤103的第二端口相连接,所述第二光纤耦合器102的第三端口空置；

所述FFPF104的第二端口与光纤输出端口106相连接，所述FFPF的第三端口与所述FFPF驱动信号输入端107相连接；

所述第一光纤耦合器101、所述第二光纤耦合器102、所述多芯光纤103用于，构成激光谐振子腔；

所述法布里珀罗波长选择滤波器FFPF104用于，根据输入的驱动信号，确定使用所述一体化无源子腔模块构成的光纤激光器的工作波长。

所述真空室401的底部为：恒温板402，所述子腔光路子模块设置在所述恒温板402上；

所述恒温板402上设置有温度控制信号输入端口407；

所述恒温板402用于，根据所述温度控制信号输入端口407输入的温度控制指令，控制所述真空室401的温度。

所述子腔封装子模块还包括：铁磁不锈钢基座403，放置在所述恒温板402的下方；所述铁磁不锈钢基座403下方设置有橡胶地脚406；

所述真空室的腔壁上设置有抽气孔404、所述抽气孔处装有阀门405。

所述的一体化无源子腔模块，还包括：FFPF驱动电路控制器；

所述FFPF驱动电路控制器包括：FFPF驱动信号输出端口501、波长选择指令输入端口504、波长扫描控制指令输入端口505；

所述FFPF驱动信号输出端口501与所述FFPF的驱动信号输入端107电连接；所述FFPF驱动电路控制器用于，根据所述波长选择指令输入端口504、所述波长扫描控制指令输入端口505输入的指令，输出相应的指令，以控制所述FFPF工作。

所述的一体化无源子腔模块，还包括：温度控制器；

所述温度控制器包括：温度控制信号输出端口502、温度控制指令输入端口503；

所述温度控制信号输出端口502与所述温度控制信号输入端口407电连接；

所述温度控制器用于，根据所述温度控制指令输入端口503输入的温度控制指令，输出相应的指令，以控制所述恒温板的温度。

另一方面，提供一种光纤激光器，包括：主腔和所述的一体化无源子腔模块。

另一方面，提供一种一体化无源子腔模块的制造方法，包括：

设置多芯光纤103的长度；

设置第一光纤耦合器101和第二光纤耦合器102的分光比大小；

按照所述多芯光纤103的长度、和所述分光比大小，在真空室中封装子腔光路子模块；该步骤包括：将第一光纤耦合器101、第二光纤耦合器102、多芯光纤103、所述法布里珀罗波长选择滤波器FFPF104设置在所述真空室401的腔体中；且将光纤输入端口105、光纤输出端口106、FFPF驱动信号输入端口107设置在所述真空室401的外壁上；

对所述真空室401进行真空处理，制造出一体化无源子腔模块。

所述的方法，还包括：

在所述真空室401的底部下方放置铁磁不锈钢基座403；

在所述铁磁不锈钢基座403下方设置橡胶地脚406；

确定温度控制器和FFPF驱动电路控制器的工作参数；

按照所述工作参数，在所述一体化无源子腔模块中设置所述温度控制器和所述FFPF驱动电路控制器，且将所述温度控制器与所述恒温板402电连接；将所述FFPF驱动电路控制器与所述子腔光路子模块电连接；

其中，所述真空室401的底部为恒温板402；所述子腔光路子模块设置在所述恒温板402上。

所述设置多芯光纤103的长度的步骤包括：

根据所述FFPF104的通带3dB带宽、所述多芯光纤103的纤芯个数和各纤芯的折射率大小、所述第一光纤耦合器101、所述第二光纤耦合器102、所述多芯光纤103构成的激光谐振子腔总腔长中除所述多芯光纤103的长度以外的剩余长度，结合游标效应，确定多芯光纤103的长度；

所述设置第一光纤耦合器101和第二光纤耦合器102的分光比大小的步骤包括：

根据待制造的光纤激光器的主腔腔长、无源腔谱线宽度计算公式、单模光纤与多芯光纤的耦合损耗值,确定第一光纤耦合器101和第二光纤耦合器102的分光比大小。

上述实施例中，复合腔结构的敏感区域都集中在子腔部分，将子腔部分进行一体化封装后作为通用模块来配合有源主腔使用，降低了未来高稳定性超窄线宽光纤激光器的制作难度，将为此类光纤激光器的实用化提供方法。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的一体化无源子腔模块的子腔光路子模块的连接示意图；

图2为本发明所述的一体化无源子腔模块的子腔封装子模块的结构示意图

图3为本发明所述的一体化无源子腔模块的温度控制器和FFPF驱动电路控制器的示意图；

图4为本发明中多芯光纤为无耦合异芯双芯光纤的示意图；

图5为本发明中多芯光纤为无耦合异芯三芯光纤的示意图；

图6为本发明所述的一体化无源子腔模块的制造方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明所述的一体化无源子腔模块的子腔光路子模块的连接示意图；图2为本发明所述的一体化无源子腔模块的子腔封装子模块的结构示意图；图3为本发明所述的一体化无源子腔模块的温度控制器和FFPF驱动电路控制器的示意图。以下结合图1-图3来描述本发明。

本发明提供一种一体化无源子腔模块，包括：子腔光路子模块、子腔封装子模块；

如图1所示，所述子腔光路子模块包括：第一光纤耦合器101、第二光纤耦合器102、多芯光纤103、法布里珀罗波长选择滤波器FFPF104、光纤输入端口105、光纤输出端口106、FFPF驱动信号输入端口107；

如图2所示，所述子腔封装子模块包括：真空室401；

如图2所示，所述真空室401的底部为：恒温板402，所述子腔光路子模块设置在所述恒温板402上；

所述恒温板402上设置有温度控制信号输入端口407；

所述的一体化无源子腔模块，还包括：FFPF驱动电路控制器；

如图3所示，所述FFPF驱动电路控制器包括：FFPF驱动信号输出端口501、波长选择指令输入端口504、波长扫描控制指令输入端口505；

所述的一体化无源子腔模块，还包括：温度控制器；

如图3所示，所述温度控制器包括：温度控制信号输出端口502、温度控制指令输入端口503；

以下描述本发明的应用场景。

本发明公开了一种用于实现高稳定性超窄线宽光纤激光器的一体化无源子腔模块，其包括：子腔光路子模块、子腔封装子模块、温度和FFPF驱动电路控制器。

如图1所示，子腔光路子模块包括：第一光纤耦合器101、第二光纤耦合器102、多芯光纤103、法布里珀罗波长选择滤波器(FFPF)104、光纤输入端口105、光纤输出端口106、FFPF驱动信号输入端口107。

其中，第一光纤耦合器101的第一端口与光纤输入端口105相连接，第一光纤耦合器101的第二端口与多芯光纤103的一端连接，第一光纤耦合器101的第三端口空置，第一光纤耦合器101的第四端口与第二光纤耦合器102的第四端口相连接；

第二光纤耦合器102的第三端口空置，第二光纤耦合器102的第二端口与多芯光纤103的另一端相连接，第二光纤耦合器102的第一端口与FFPF104的一端相连接；

FFPF104的另一端与光纤输出端口106相连接，FFPF104同时具有驱动信号输入端口107。

第一光纤耦合器101的第二端口和第二光纤耦合器102的第二端口分别与多芯光纤103的两端采用熔融拉锥法连接，来保证最小的熔接损耗。

其中，多芯光纤103的类型有两种，分别是无耦合异芯双芯光纤201和无耦合异芯三芯光纤301，其与子腔的连接方式如图4、图5所示。当然，本领域技术人员明白，多芯光纤103可以为无耦合异芯四芯光纤、五芯双纤等。

所述无耦合异芯多芯光纤是指：光纤各个芯子具有不同的折射率且互相之间无光功率耦合，例如：无耦合异芯双芯或者三芯光纤中，各纤芯具有不同的折射率。接入图1的子腔A后，相当于每个芯子都独立存在于不同的次子谐振腔中，且各个次子谐振腔之间的腔长差为所接入的双芯光纤201或三芯光纤301各个纤芯的光学长度差，非常微小。

多芯光纤103的纤芯尺寸和光纤外径大小需要通过实际需要和实验确定，以确保最低的熔接损耗和单模光纤到多芯光纤各个芯子的等量分光。

相应的，第一光纤耦合器101的第二端口单模光纤和第二光纤耦合器102的第二端口单模光纤，分别与双芯光纤201或三芯光纤301的两端连接，连接方式为熔融拉锥法，此方法需要使用可以进行光纤熔接和进行长距离拉锥的光纤熔接机实现，通过实验确定最佳熔接机电弧放电时间和电流大小等参数，以确保最低的熔接损耗和单模光纤到多芯光纤各个芯子的等量耦合分光。

一体化封装模块12包括：真空室401、恒温板402、铁磁不锈钢基座403、抽气孔404、阀门405、橡胶地脚406、光纤输入端口105、光纤输出端口106、FFPF驱动信号输入线107、温度控制信号输入线407。

在一个实施例中，其中，真空室401、恒温板402、铁磁不锈钢基座403依次由下往下排列组装。真空室401顶部装有抽气孔404用于抽真空，抽气孔处装有阀门405，真空室401的底面使用良好的导热材料制作，恒温板402内部具有升降温电路和温度敏感元件以精确控制温度，恒温板402的温度控制信号由温度控制信号输入线407输入。上述的图1中的子腔光路子模块合理地排布和固定在图2中真空室401的内部底面上，其光纤输入端口105和光纤输出端口106通过真空室401上的两孔露出，FFPF驱动信号输入线107通过真空室401上的另一孔露出；真空室401和恒温板402之间涂以导热硅胶；铁磁不锈钢基座403下方安装四个橡胶地脚406，以用于稳定放置和隔振。整个一体化封装模块的各部分尺寸通过精确计算，组装时紧密贴合，缝隙处装有密封条，通过螺丝拧紧后再涂以密封胶，最后做抽真空处理，以达到良好的隔振效果。

在另一个实施例中，真空室401的底部为：恒温板402，所述子腔光路子模块设置在所述恒温板402上。铁磁不锈钢基座403放置在所述恒温板402的下方。

如图3所示，所述的温度和FFPF驱动电路控制器包括：FFPF驱动信号输出端口501、温度控制信号输出端口502、温度控制旋钮503、波长选择旋钮504、波长扫描控制旋钮505、以及控制信息显示屏506(均安装在控制面板上)。其中，FFPF驱动信号输出端口501与所述的FFPF驱动信号输入线107连接，温度控制信号输出端口502与所述温度控制信号输入线407连接。

所述的温度和FFPF驱动电路控制器，温度控制可调谐范围设计为20～100℃可调，以探索配合不同主腔工作时所需子腔恒温板工作温度。FFPF驱动电路设计为直流和交流电压可切换，以实现固定波长可调和波长扫描两种模式，电压可调范围为0～70V，可以实现电压工作范围可调，波长扫描时电压扫描函数为三角波或锯齿波，扫描频率为10～800Hz可调。

本发明的有益效果如下：

本发明使用多芯光纤制作复合腔，可最大程度地避免一般多子腔复合腔的稳定性差的弊病；

本发明可同时实现固定波长宽带可调谐和宽带波长扫描激光输出；

本发明采用了独特的隔振和温控封装方法实现模块化，进一步提高了新型无源子腔的抗干扰能力。此无源子腔模块，将为高稳定性宽带可调以及宽带波长扫描超窄线宽光纤激光器的制作提供简单和低成本的制作方法。

本发明中，将复合腔结构的敏感区域都集中在子腔部分，然后将子腔部分进行一体化封装后作为通用模块来配合有源主腔使用，降低了未来高稳定性超窄线宽光纤激光器的制作难度，将为此类光纤激光器的实用化和国产化提供方法。

本发明提供一种简单实现光纤激光器(例如，可以为1550nm波段)高稳定性和超窄线宽激光输出的一体化无源子腔方案，利用多芯光纤设计复合腔的子腔部分，可以有效的减小环境扰动引起的腔长差量级，达到抑制频率抖动和漂移的目的，而且集成波长选择滤波器，可以人为根据需要设定工作波长或者进行波长扫描。另外，将无源子腔进行一体化隔振和温控封装，进一步减小外界环境扰动；封装后的无源子腔可以作为通用模块使用，只要加入泵浦的增益介质主腔且主腔腔长符合一定长度条件，就可以实现高稳定性窄线宽激光输出，为高性能超窄线宽光纤激光器的制作提供了简单低成本的方法。

高稳定性超窄线宽光纤激光器由主腔和本发明提出的一体化无源子腔模块构成，本发明无源子腔模块需要从主腔的密集纵模中选出单纵模，这就对集成FFPF的一体化无源子腔模块提出要求：其有效通带3dB带宽须为主腔纵模间隔的1～1.5倍，自由光谱范围大于增益介质光纤自发辐射谱宽度，这样组成激光器时即可以实现单纵模窄线宽输出，又可以实现波长的连续调节。

本发明还提供一种光纤激光器，包括：主腔和所述的一体化无源子腔模块。

如图6所示，为本发明所示的一种一体化无源子腔模块的制造方法，包括：

步骤61，设置多芯光纤103的长度；

步骤62，设置第一光纤耦合器101和第二光纤耦合器102的分光比大小；

步骤63，按照所述多芯光纤103的长度、和所述分光比大小，根据设计的子腔光路子模块结构，在真空室401中封装子腔光路子模块；该步骤包括：将第一光纤耦合器101、第二光纤耦合器102、多芯光纤103、所述法布里珀罗波长选择滤波器FFPF104设置在所述真空室401的腔体中；且将光纤输入端口105、光纤输出端口106、FFPF驱动信号输入端口107设置在所述真空室401的外壁上；

步骤64，对所述真空室401进行真空处理，制造出一体化无源子腔模块。

所述的方法，还包括：

步骤65，在所述真空室401的底部下方放置铁磁不锈钢基座403；

步骤66，在所述铁磁不锈钢基座403下方设置橡胶地脚406；

步骤67，确定温度控制器和FFPF驱动电路控制器的工作参数；

步骤68，按照所述工作参数，在所述一体化无源子腔模块中设置所述温度控制器和所述FFPF驱动电路控制器，且将所述温度控制器与所述恒温板402电连接；将所述FFPF驱动电路控制器与所述子腔光路子模块电连接；

步骤61包括：

步骤62包括：

以下描述本发明的一体化无源子腔的制造方法，包含以下步骤：

步骤1，计算所需的多芯光纤长度。

根据掺铒光纤发光谱所处波段，选择自由光谱范围(FSR)大于其增益谱范围且通带3dB带宽尽可能小的光纤法布里珀罗波长选择滤波器(FFPF)，则未集成FFPF前，无源子腔有效通带间隔Δλq须为FFPF的通带3dB带宽的0.5～1倍，以保证连续可调。而无源子腔有效通带间隔Δλq由子腔中各个次子腔的通带间隔决定，根据游标效应，是所有次子腔的通带间隔的最小公倍数。由于无源子腔中用到了无耦合异芯多芯光纤，各纤芯具有不同的折射率，则多芯光纤的纤芯个数即为次子腔的个数。因此，根据无源子腔有效通带间隔Δλq、多芯光纤各纤芯的折射率大小、除多芯光纤外部分子腔腔长，共同计算所需的多芯光纤的长度。

例如，多芯光纤103采用无耦合异芯双芯光纤104，在1550nm波段处两个芯子的折射率分别为n₁＝1.46和n₂＝1.48。选择MICRONOPTICSCOR.生产的FFP-TP2型FFPF进行波长选择，其自由光谱范围为107nm(大于掺铒光纤增益谱宽度)、通带3dB带宽为0.16nm。如要实现激光输出的连续可调，无源子腔有效通带间隔Δλq须为FFPF通带3dB带宽的0.5～1倍，此处选择1倍，即Δλq＝0.16nm(相当于20GHz)。又Δλq由子腔中各个次子腔的通带间隔决定，其是所有次子腔的通带间隔的最小公倍数。每个次子腔的腔长由腔A除双芯光纤外部分L’＝L1+L2+L3和双芯光纤104两个芯子L4、L5决定。腔A除双芯光纤104外部分长度为L’＝L1+L2+L3＝0.5cm，双芯光纤长度设为L(有L4＝n₁L、L5＝n₂L)，则两个次子腔的通带间隔分别为Δλ_q1＝c/(nL’+n₁L)、Δλ_q2＝c/(nL’+n₂L)，c为光速，n为单模光纤纤芯折射率。以上需要满足Δλ_q1和Δλ_q2的最小公倍数等于20GHz，于是，得出所需双芯光纤201的长度为L≈0.95m。

步骤2，计算所需第一光纤耦合器和第二光纤耦合器的分光比大小。

本发明为长为L₀的有源环形主腔设计一体化无源子腔，则主腔对应的纵模间隔为Δλ_q＝c/nL₀，其中，c为光速，n为单模光纤纤芯折射率，于是一体化无源子腔有效通带3dB带宽须为主腔纵模间隔的1～1.5倍，即Δv_c＝(1～1.5)×Δv_q。Δv_c可以根据无源腔的谱线宽度公式计算：Δv_c＝cδ/(2πl)(其中，δ为无源腔单程损耗，l为腔的光纤长度)，据此可计算出无源子腔的最小单程损耗。于是，根据主腔腔长、无源腔的谱线宽度公式、单模光纤与多芯光纤的耦合损耗值,计算出第一光纤耦合器和第二光纤耦合器的分光比大小。

例如，设拟搭建激光器的有源主腔腔长L₀为10m，则根据公式Δv_q＝c/nL₀，可得主腔谐振纵模间隔Δv_q为20.5MHz。为有效选择出单纵模激光，需要满足一体化无源子腔有效通带3dB带宽Δv_c须为主腔纵模间隔Δv_q的1～1.5倍，即Δv_c＝(1～1.5)×Δv_q，此处选择1倍，则其有效通带3dB带宽Δv_c＝20.5MHz。又因Δv_c可以根据无源腔的谱线宽度公式计算：Δv_c＝cδ/(2πl)，l为无源腔的光纤长度，即l＝L’+L＝1.45m，δ为无源腔单程损耗，其包括第一光纤耦合器101、第二光纤耦合器102的耦合分光比损耗和单模光纤与双芯光纤的连接损耗。此处假设单模光纤与双芯光纤的连接损耗为2dB(损耗率0.37)，则可得第一光纤耦合器101、第二光纤耦合器102的耦合分光比需为0.77。

依据以上计算得到的所需双芯光纤104的长度、以及第一光纤耦合器101、第二光纤耦合器102的耦合分光比，即可制造无源子腔的光路子模块。

步骤3，制作温度和FFPF驱动电路控制器。

温度控制范围设计为20～100℃可调，以探索配合不同主腔工作时所需子腔恒温板最佳工作温度。FFPF驱动电路设计为直流和交流电压可切换，以实现固定波长可调和波长扫描两种模式，电压可调范围为0～70V，可以实现电压工作范围可调，波长扫描时电压扫描函数为三角波或锯齿波，扫描频率为10～800Hz可调。

然后，通过本发明提出的一体化封装方法封装后，得到通用化模块；

这样，就得到本发明提出的一体化无源子腔。

按照上述设计，只要满足采用的有源主腔腔长小于等于10m，配合使用本发明的新型一体化无源子腔模块，则可以实现高稳定超窄线宽激光输出。

本发明的一体化无源子腔，基于多芯光纤制作，可最大程度地避免一般多子腔复合腔的稳定性差的弊病，同时集成了波长选择滤波器件FFPF，可以同时实现固定波长宽带可调谐和宽带波长扫描激光输出，又采用了独特的隔振和温控封装方法实现模块化，进一步提高了新型无源子腔的抗干扰能力。此通用无源子腔模块的发明，将为高稳定性宽带可调以及宽带波长扫描超窄线宽光纤激光器的制作提供简单和低成本的制作方法。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种一体化无源子腔模块，其特征在于，包括：子腔光路子模块、子腔封装子模块；

所述子腔封装子模块包括：真空室(401)；

所述子腔光路子模块包括：第一光纤耦合器(101)、第二光纤耦合器(102)、多芯光纤(103、法布里珀罗波长选择滤波器FFPF(104)、光纤输入端口(105)、光纤输出端口(106)、FFPF驱动信号输入端口(107)；

其中，所述第一光纤耦合器(101)、所述第二光纤耦合器(102)、所述多芯光纤(103)、所述法布里珀罗波长选择滤波器FFPF(104)设置在所述真空室(401)的腔体中；

所述光纤输入端口(105)、所述光纤输出端口(106)、所述FFPF驱动信号输入端口(107)设置在所述真空室的外壁上。

2.根据权利要求1所述的一体化无源子腔模块，其特征在于，

所述第一光纤耦合器(101)的第一端口与所述光纤输入端口(105)连接；所述第一光纤耦合器(101)的第二端口与所述多芯光纤(103)的第一端口连接，所述第一光纤耦合器(101)的第三端口空置，所述第一光纤耦合器的第四端口与所述第二光纤耦合器(102)的第四端口相连接；

所述第二光纤耦合器(102)的第一端口与所述FFPF(104)的第一端口相连接,所述第二光纤耦合器(102)的第二端口与所述多芯光纤(103)的第二端口相连接,所述第二光纤耦合器(102)的第三端口空置；

所述FFPF(104的第二端口与光纤输出端口(106)相连接，所述FFPF的第三端口与所述FFPF驱动信号输入端(107)相连接；

所述第一光纤耦合器(101)、所述第二光纤耦合器(102)、所述多芯光纤(103)用于，构成激光谐振子腔；

所述法布里珀罗波长选择滤波器FFPF(104)用于，根据输入的驱动信号，确定使用所述一体化无源子腔模块构成的光纤激光器的工作波长。

3.根据权利要求1所述的一体化无源子腔模块，其特征在于，

所述真空室(401)的底部为：恒温板(402)，所述子腔光路子模块设置在所述恒温板(402)上；

所述恒温板(402)上设置有温度控制信号输入端口(407)；

所述恒温板(402)用于，根据所述温度控制信号输入端口(407)输入的温度控制指令，控制所述真空室(401)的温度。

4.根据权利要求3所述的一体化无源子腔模块，其特征在于，所述子腔封装子模块还包括：铁磁不锈钢基座(403)，放置在所述恒温板(402)的下方；所述铁磁不锈钢基座(403)下方设置有橡胶地脚(406)；

所述真空室的腔壁上设置有抽气孔(404)、所述抽气孔处装有阀门(405)。

5.根据权利要求1所述的一体化无源子腔模块，其特征在于，还包括：FFPF驱动电路控制器；

所述FFPF驱动电路控制器包括：FFPF驱动信号输出端口(501)、波长选择指令输入端口(504)、波长扫描控制指令输入端口(505)；

所述FFPF驱动信号输出端口(501)与所述FFPF的驱动信号输入端(107)电连接；所述FFPF驱动电路控制器用于，根据所述波长选择指令输入端口(504)、所述波长扫描控制指令输入端口(505)输入的指令，输出相应的指令，以控制所述FFPF工作。

6.根据权利要求3所述的一体化无源子腔模块，其特征在于，还包括：温度控制器；

所述温度控制器包括：温度控制信号输出端口(502)、温度控制指令输入端口(503)；

所述温度控制信号输出端口(502)与所述温度控制信号输入端口(407)电连接；

所述温度控制器用于，根据所述温度控制指令输入端口(503)输入的温度控制指令，输出相应的指令，以控制所述恒温板的温度。

7.一种光纤激光器，其特征在于，包括：主腔和权利要求1-6任一权利要求所述的一体化无源子腔模块。

8.一种一体化无源子腔模块的制造方法，其特征在于，包括：

设置多芯光纤(103)的长度；

设置第一光纤耦合器(101)和第二光纤耦合器(102)的分光比大小；

按照所述多芯光纤(103)的长度、和所述分光比大小，在真空室中封装子腔光路子模块；该步骤包括：将第一光纤耦合器(101)、第二光纤耦合器(102)、多芯光纤(103)、所述法布里珀罗波长选择滤波器FFPF(104设置在所述真空室(401)的腔体中；且将光纤输入端口(105)、光纤输出端口(106)、FFPF驱动信号输入端口(107)设置在所述真空室(401)的外壁上；

对所述真空室(401)进行真空处理，制造出一体化无源子腔模块。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述真空室(401)的底部下方放置铁磁不锈钢基座(403)；

在所述铁磁不锈钢基座(403)下方设置橡胶地脚(406)；

确定温度控制器和FFPF驱动电路控制器的工作参数；

其中，所述真空室(401)的底部为恒温板(402)；所述子腔光路子模块设置在所述恒温板(402)上。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述设置多芯光纤103的长度的步骤包括：

根据所述FFPF(104)的通带3dB带宽、所述多芯光纤(103)的纤芯个数和各纤芯的折射率大小、所述第一光纤耦合器(101)、所述第二光纤耦合器(102)、所述多芯光纤(103)构成的激光谐振子腔总腔长中除所述多芯光纤(103)的长度以外的剩余长度，结合游标效应，确定多芯光纤(103)的长度；

所述设置第一光纤耦合器(101)和第二光纤耦合器(102)的分光比大小的步骤包括：

根据待制造的光纤激光器的主腔腔长、无源腔谱线宽度计算公式、单模光纤与多芯光纤的耦合损耗值,确定第一光纤耦合器(101)和第二光纤耦合器(102)的分光比大小。