CN106207723A - 一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，包括：泵浦源、光纤合束器、第一反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅、第三反射型光纤布拉格光栅、第四反射型光纤布拉格光栅、第五反射型光纤布拉格光栅、第六反射型光纤布拉格光栅、第一增益光纤、第二增益光纤、第三增益光纤以及光隔离器，或包括：泵浦源、波分复用器、第一反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅、第四反射型光纤布拉格光栅、第五反射型光纤布拉格光栅、第六反射型光纤布拉格光栅、第一增益光纤、第二增益光纤、第三增益光纤、光隔离器以及环形器。采用本发明的技术方案，具有结构紧凑、能有效提高激光效率及输出稳定性的特点。

Description

一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器

技术领域

本发明属于激光技术与非线性光学领域，尤其涉及一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器。

背景技术

光纤激光器具有光束质量好、效率高、稳定性好、结构紧凑、成本低廉、易于散热、易于实现高功率、易维护多种特点，受到人们的广泛关注。尤其是具有高光束质量、高输出功率、高稳定性的调Q、锁模脉冲光纤激光器，在生物医疗、激光通信、激光测距、激光武器、激光加工等多种领域有着广阔的应用前景。

2μm波段激光属于人眼安全波段，占据大气窗口多个有利波长，广泛应用于工业加工、激光医疗、科学研究和国防军事等众多领域，具有其他波段激光器不可替代的作用。此外，2μm波段高功率短脉冲光纤激光器是产生2～5μm波段高功率中红外激光首选的泵浦源之一。目前获得2μm波段纳秒脉冲激光的重要技术主要有调Q技术、锁模技术和增益开关技术。锁模技术可以实现高峰值功率的飞秒或皮秒量级的脉冲输出，调Q技术可以产生高能量的纳秒或亚毫秒脉宽的激光(巨脉冲)输出，增益开关作为产生激光巨脉冲的有效方法，是调Q技术的有效补充。传统的调Q技术是通过在腔内加入声光、电光调制器或固态可饱和吸收体等自由空间元件实现，抗环境干扰能力差，而光纤与非光纤器件的熔接会增加谐振腔的损耗、降低系统的稳定性，不利于系统集成设计及产业化推广应用。

发明内容

为了获得脉冲激光的连续稳定输出，实现出射波长的多次变换且能够覆盖近红外及中红外波段，同时为了解决主动调Q的系统损耗和成本问题及基于传统可饱和吸收体(半导体可饱和吸收镜、新型纳米材料等)用于被动调Q存在的制作工艺难、生产成本高、调节步骤繁琐等问题，本发明利用光纤的可饱和吸收特性和独特的多谐振腔全光纤设计，采用掺杂光纤作为增益介质的同时作为可饱和吸收体，结合多谐振腔耦合的新型全光纤设计，整个工作过程包括一次被动调Q、两次增益开关过程。通过多谐振腔耦合实现窄脉宽输出，同时可以实现工作波长的多次选择和变换。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器包括：泵浦源、光纤合束器、第一反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅、第三反射型光纤布拉格光栅、第四反射型光纤布拉格光栅、第五反射型光纤布拉格光栅、第六反射型光纤布拉格光栅、第一增益光纤、第二增益光纤、第三增益光纤以及光隔离器，其中，

泵浦源连接光纤合束器的泵浦输入端，光纤合束器的信号端连接第一反射型光纤布拉格光栅的一端，第一反射型光纤布拉格光栅的另一端依次连接第一增益光纤、第二反射型光纤布拉格光栅、第三反射型光纤布拉格光栅；光纤合束器的公共端依次连接第二增益光纤、第四反射型光纤布拉格光栅、第三增益光纤、第五反射型光纤布拉格光栅、第六光纤布拉格光栅以及光隔离器；

第三反射型光纤布拉格光栅与第五反射型光纤布拉格光栅构成第一谐振腔；第一反射型光纤布拉格光栅与第二反射型光纤布拉格光栅构成第二谐振腔；第四反射型光纤布拉格光栅与第六反射型光纤布拉格光栅构成第三谐振腔；

泵浦源产生的泵浦光，通过光纤合束器，耦合进入第一谐振腔中，在第二增益光纤的作用下产生第一波长激光，之后进入第二谐振腔中泵浦第一增益光纤，产生第二波长激光，之后进入第三谐振腔泵浦第三增益光纤，最终产生的第三波长激光通过光隔离器输出高功率、高稳定性的脉冲激光。

作为优选，所述第一反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅、第三反射型光纤布拉格光栅、第四反射型光纤布拉格光栅、第五反射型光纤布拉格光栅、第六反射型光纤布拉格光栅的反射率为R，其中0<R<1。

作为优选，所述泵浦源为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器、拉曼激光器其中的一种，输出泵浦光的中心波长λ的范围为：800nm≤λ≤2000nm；所述的泵浦方式是纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦或包层双端泵浦。

作为优选，所述光纤合束器为(2+1)x1合束器或(6+1)合束器。

作为优选，所述第一增益光纤、第二增益光纤、第三增益光纤为掺稀土元素的光纤或光子晶体光纤，掺杂的稀土元素为镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钕(Nd)、铬(Cr)、钐(Sm)、铋(Bi)其中的一种或几种。

一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器包括：泵浦源、波分复用器、第一反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅、第四反射型光纤布拉格光栅、第五反射型光纤布拉格光栅、第六反射型光纤布拉格光栅、第一增益光纤、第二增益光纤、第三增益光纤、光隔离器以及环形器，其中，

泵浦源连接波分复用器的泵浦输入端，波分复用器的公共端连接第二增益光纤的一端，第二增益光纤的另一端连接环形器的入射端；环形器的出射端依次连接第一反射型光纤布拉格光栅、第一增益光纤和第二反射型光纤布拉格光栅的一端，第二反射型光纤布拉格光栅的另一端连接波分复用器的信号端；环形器的公共端依次连接第四反射型光纤布拉格光栅、第三增益光纤、第五反射型光纤布拉格光栅、第六反射型光纤布拉格光栅及隔离器；

泵浦源产生的泵浦光通过波分复用器的泵浦输入端进入到第二增益光纤，再通过环形器、第四反射型光纤布拉格光栅、第三增益光纤到达第五反射型光纤布拉格光栅，第五反射型光纤布拉格光栅为全反型光栅，第五反射型光纤布拉格光栅将光反射回去，依次通过第三增益光纤、第四反射型光纤布拉格光栅、环形器、第一反射型光纤布拉格光栅、第一增益光纤和第二反射型光纤布拉格光栅，到达波分复用器的信号端返回形成环形腔，所述环形腔的作用与上述直线型调制结构的全光纤脉冲激光器中第一谐振腔的作用一样；第一反射型光纤布拉格光栅与第二反射型光纤布拉格光栅构成第二谐振腔；第四反射型光纤布拉格光栅与第六反射型光纤布拉格光栅构成第三谐振腔。

泵浦源产生的泵浦光经过波分复用器的泵浦输入端进入到环形腔内，泵浦第二增益光纤产生第一波长激光，环形腔产生的第一波长激光进入第二谐振腔内，泵浦第一增益光纤产生第二波长激光，该第二波长的激光由波分复用器的信号端进入经公共端输出，通过第二增益光纤由环形器的入射端进入经环形器的公共端输出，进入第三谐振腔内，泵浦第三增益光纤，产生第三波长的激光，经隔离器输出腔外。

作为优选，所述第一反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅、第四反射型光纤布拉格光栅、第五反射型光纤布拉格光栅、第六反射型光纤布拉格光栅的反射率为R，其中0<R<1。

作为优选，所述泵浦源为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器、拉曼激光器其中的一种，输出泵浦光的中心波长λ的范围为：800nm≤λ≤2000nm；所述的泵浦方式是纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦或包层双端泵浦。

作为优选，所述第一增益光纤、第二增益光纤、第三增益光纤为掺稀土元素的光纤或光子晶体光纤，掺杂的稀土元素为镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钕(Nd)、铬(Cr)、钐(Sm)、铋(Bi)其中的一种或几种。

本发明多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器具有以下优点：

1、本发明利用掺稀土元素的光纤作为增益介质的同时作为可饱和吸收体，无需额外增加调制器件，全光纤结构，效率高，抗环境干扰能力强，设计灵活，成本低廉。

2、本发明利用多谐振腔的耦合作用，整个工作过程包括一次被动调Q、两次增益开关，可以实现窄脉宽输出同时可以实现工作波长的多次选择和变换。输出功率、光束质量和系统稳定性较传统调Q技术得到进一步提高。

3、本发明设计灵活、结构紧凑。可以实现高功率、高光束质量、高效率、高稳定性的超短脉冲激光输出，全光纤化的设计减小了激光器体积，便于实现产业化。

附图说明：

图1为实施例1多谐振腔交叉调制的全光纤脉冲激光器基本原理图；

图2为实施例2多谐振腔交叉调制的全光纤脉冲激光器基本原理图；

图3为实施例3多谐振腔交叉调制的全光纤脉冲激光器基本原理图；

图4为实施例4多谐振腔交叉调制的全光纤脉冲激光器基本原理图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，其为直线型调制结构，其包括：泵浦源1、光纤合束器2、第一反射型光纤布拉格光栅6、第二反射型光纤布拉格光栅7、第三反射型光纤布拉格光栅8、第四反射型光纤布拉格光栅9、第五反射型光纤布拉格光栅10、第六反射型光纤布拉格光栅11、第一增益光纤3、第二增益光纤4、第三增益光纤5以及光隔离器12，其中，

泵浦源1连接光纤合束器2的泵浦输入端，光纤合束器2的信号端连接第一反射型光纤布拉格光栅6的一端，第一反射型光纤布拉格光栅6的另一端依次连接第一增益光纤3、第二反射型光纤布拉格光栅7、第三反射型光纤布拉格光栅8；光纤合束器2的公共端依次连接第二增益光纤4、第四反射型光纤布拉格光栅9、第三增益光纤5、第五反射型光纤布拉格光栅10、第六光纤布拉格光栅11以及光隔离器12；

第三反射型光纤布拉格光栅8与第五反射型光纤布拉格光栅10构成第一谐振腔；第一反射型光纤布拉格光栅6与第二反射型光纤布拉格光栅7构成第二谐振腔；第四反射型光纤布拉格光栅9与第六反射型光纤布拉格光栅11构成第三谐振腔；第一增益光纤3置于第二谐振腔内，第二增益光纤4置于第一谐振腔内，且置于第二谐振腔和第三谐振腔外，第三增益光纤5置于第三谐振腔内；

泵浦源1产生的泵浦光，通过光纤合束器2，耦合进入第一谐振腔中，在第二增益光纤4的作用下产生第一波长激光，之后进入第二谐振腔中泵浦第一增益光纤3，产生第二波长激光，之后进入第三谐振腔泵浦第三增益光纤5，最终产生的第三波长激光通过光隔离器12输出高功率、高稳定性的脉冲激光。

泵浦源1产生的泵浦光通过光纤合束器2的泵浦输入端进入到第二增益光纤4，再通过第四反射型光纤布拉格光栅9、第三增益光纤5到达第五反射型光纤布拉格光栅10，第五反射型光纤布拉格光栅10为全反型光栅，即反射率R≥99％，该中心波长处几乎所有的光会被反射回去，通过第三增益光纤5、第四反射型光纤布拉格光栅9、第二增益光纤4、光纤合束器2、第一反射型光纤布拉格光栅6、第一增益光纤3和第二反射型光纤布拉格光栅7，到达第三反射型光纤布拉格光栅8，第三反射型光纤布拉格光栅8、第五反射型光纤布拉格光栅10组成第一谐振腔；泵浦光通过泵浦第一谐振腔内第二增益光纤4产生的第一波长激光进入由第一反射型光纤布拉格光栅6和第二反射型光纤布拉格光栅7组成的第二谐振腔内，对第一增益光纤3进行泵浦产生第二波长激光；第二谐振腔产生的激光通过光纤合束器2、第二增益光纤4进入由第四反射型光纤布拉格光栅9和第六反射型光纤布拉格光栅11组成的第三谐振腔内，对第三增益光纤5进行泵浦产生第三波长的激光，然后经光隔离器12输出。

所述第一、第二、第三谐振腔的各对反射型光纤布拉格光栅间置有增益光纤，第一谐振腔内的增益光纤作为增益介质，第二、第三谐振腔内的增益光纤起到可饱和吸收体的作用，实现脉冲输出。泵浦光首先进入第一谐振腔中的增益光纤产生自发辐射放大，该过程为被动调Q过程；产生的第一波长激光进入第二谐振腔,对第二谐振腔的增益光纤进行泵浦，产生第二波长激光，该过程为增益开关过程；该第二波长激光再进入第一谐振腔得到放大，之后进入第三谐振腔,对第三谐振腔进行泵浦输出第三波长激光，该过程为增益开关过程；然后经光隔离器输出。

作为优选，所述第一反射型光纤布拉格光栅6、第二反射型光纤布拉格光栅7、第三反射型光纤布拉格光栅8、第四反射型光纤布拉格光栅9、第五反射型光纤布拉格光栅10、第六反射型光纤布拉格光栅11的反射率为R，其中0<R<1。

作为优选，所述泵浦源1为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器、拉曼激光器其中的一种，输出泵浦光的中心波长λ的范围为：800nm≤λ≤2000nm；所述的泵浦方式是纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦或包层双端泵浦。

作为优选，所述光纤合束器2为(2+1)x1合束器或(6+1)合束器。

作为优选，所述第一增益光纤3、第二增益光纤4、第三增益光纤5为掺稀土元素的光纤或光子晶体光纤，掺杂的稀土元素为镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钕(Nd)、铬(Cr)、钐(Sm)、铋(Bi)其中的一种或几种。

如图3所示，本发明还提供一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，其为环型调制结构，其包括：泵浦源1、波分复用器2’、第一反射型光纤布拉格光栅6、第二反射型光纤布拉格光栅7、第四反射型光纤布拉格光栅9、第五反射型光纤布拉格光栅10、第六反射型光纤布拉格光栅11、第一增益光纤3、第二增益光纤4、第三增益光纤5、光隔离器12以及环形器13，其中，

泵浦源1连接波分复用器2’的泵浦输入端，波分复用器2’的公共端连接第二增益光纤4的一端，第二增益光纤4的另一端连接环形器13的入射端；环形器13的出射端依次连接第一反射型光纤布拉格光栅6、第一增益光纤3和第二反射型光纤布拉格光栅7的一端，第二反射型光纤布拉格光栅7的另一端连接波分复用器2’的信号端；环形器13的公共端依次连接第四反射型光纤布拉格光栅9、第三增益光纤5、第五反射型光纤布拉格光栅10、第六反射型光纤布拉格光栅11及隔离器12；

泵浦源1产生的泵浦光通过波分复用器2’的泵浦输入端进入到第二增益光纤4，再通过环形器13、第四反射型光纤布拉格光栅9、第三增益光纤5到达第五反射型光纤布拉格光栅10，第五反射型光纤布拉格光栅10为全反型光栅，即反射率R≥99％，第五反射型光纤布拉格光栅(10)将光反射回去，依次通过第三增益光纤5、第四反射型光纤布拉格光栅9、环形器13、第一反射型光纤布拉格光栅6、第一增益光纤3和第二反射型光纤布拉格光栅7，到达复用器2’的信号端返回形成环形腔，所述环形腔的作用与上述直线型调制结构的全光纤脉冲激光器中第一谐振腔的作用一样；第一反射型光纤布拉格光栅6与第二反射型光纤布拉格光栅7构成第二谐振腔；第四反射型光纤布拉格光栅9与第六反射型光纤布拉格光栅11构成第三谐振腔。

泵浦源1产生的泵浦光经过波分复用器2’的泵浦输入端进入到环形腔内，泵浦第二增益光纤4产生第一波长激光，环形腔产生的第一波长激光进入第二谐振腔内，泵浦第一增益光纤3产生第二波长激光，该第二波长的激光由波分复用器2’的信号端进入经公共端输出，通过第二增益光纤4由环形器的入射端进入经环形器的公共端输出，进入第三谐振腔内，泵浦第三增益光纤5，产生第三波长的激光，经隔离器12输出腔外。

作为优选，所述第一反射型光纤布拉格光栅6、第二反射型光纤布拉格光栅7、第四反射型光纤布拉格光栅9、第五反射型光纤布拉格光栅10、第六反射型光纤布拉格光栅11的反射率为R，其中0<R<1。

作为优选，所述泵浦源为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器、拉曼激光器其中的一种，输出泵浦光的中心波长λ的范围为：800nm≤λ≤2000nm；所述的泵浦方式是纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦或包层双端泵浦。

作为优选，所述第一增益光纤、第二增益光纤、第三增益光纤为掺稀土元素的光纤或光子晶体光纤，掺杂的稀土元素为镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钕(Nd)、铬(Cr)、钐(Sm)、铋(Bi)其中的一种或几种。

本发明利用光纤的可饱和吸收特性和独特的多谐振腔全光纤设计，采用掺杂光纤作为增益介质的同时作为可饱和吸收体，通过多谐振腔耦合实现窄脉冲输出，同时可以实现工作波长的多次选择和变换。整个工作过程包括一次被动调Q、两次增益开关过程，同时涉及多谐振腔间的交叉调制。该激光器设计灵活、结构紧凑、成本低廉，能有效提高激光效率及输出稳定性。

实施例1

一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器结构如图1所示。图中1为泵浦源，可选用中心波长为976nm的半导体激光二极管；2为光纤合束器，可以选用(2+1)×1泵浦信号合束器，如6/125型或20/125型；3、4、5是第一、第二、第三增益光纤，可选用美国Nufern公司生产的高性能掺镱光纤；6、7、8、9、10、11是第一、第二、第三、第四、第五、第六反射型光纤布拉格光栅，可选高反型和部分反射型光栅，反射率为R，其中0<R<1；12是光隔离器，可选偏振无关光隔离器。

泵浦源1连接光纤合束器2的泵浦输入端，光纤合束器2的信号端连接第一反射型光纤布拉格光栅6，第一反射型光纤布拉格光栅6的另一端依次连接第一增益光纤3、第二反射型光纤布拉格光栅7、第三反射型光纤布拉格光栅8；光纤合束器2的公共端依次连接第二增益光纤4、第四反射型光纤布拉格光栅9、第三增益光纤5、第五反射型光纤布拉格光栅10，到达第六光纤布拉格光栅11；第三反射型光纤布拉格光栅8与第五反射型光纤布拉格光栅10为全反型光栅，即反射率R，R≥99％，该中心波长处几乎所有的光会被反射回去。

泵浦源1产生的泵浦光通过光纤合束器2的泵浦输入端进入到第二增益光纤4，再通过到达第五反射型光纤布拉格光栅10，第五反射型光纤布拉格光栅10为全反型光栅，即反射率R≥99％，第五反射型光纤布拉格光栅10将光反射回去，依次通过第三增益光纤5、第四反射型光纤布拉格光栅9、第二增益光纤4、光纤合束器2、第一反射型光纤布拉格光栅6、第一增益光纤3和第二反射型光纤布拉格光栅7，到达第三反射型光纤布拉格光栅8。第三反射型光纤布拉格光栅8、第五反射型光纤布拉格光栅10组成第一谐振腔；泵浦光通过泵浦第一谐振腔内第二增益光纤4产生的第一波长激光进入由第一反射型光纤布拉格光栅6和第二反射型光纤布拉格光栅7组成的第二谐振腔内，对第一增益光纤3进行泵浦产生第二波长激光；第二谐振腔产生的第二波长激光通过光纤合束器2、第二增益光纤4进入由第四反射型光纤布拉格光栅9和第六反射型光纤布拉格光栅11组成的第三谐振腔内，对第三增益光纤5进行泵浦产生第三波长激光，然后经光隔离器12输出。

实施例2

一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器结构如图2所示。图中1为泵浦源，可选用中心波长为976nm的半导体激光二极管；2为光纤合束器，可以选用(2+1)×1泵浦信号合束器，如6/125型或20/125型；3、4、5是第一、第二、第三增益光纤，可选用美国Nufern公司生产的高性能掺镱光纤；6、9、10、11是第一、第四、第五、第六反射型光纤布拉格光栅，可选高反型和部分反射型光栅，反射率为R，其中0<R<1；12是光隔离器，可选偏振无关光隔离器，0是全反镜，可选金镜。

泵浦源1连接光纤合束器2的泵浦输入端，光纤合束器2的信号端连接第一反射型光纤布拉格光栅6，第一反射型光纤布拉格光栅6的另一端依次连接第一增益光纤3和全反镜0；光纤合束器2的公共端依次连接第二增益光纤4、第四反射型光纤布拉格光栅9、第三增益光纤5、第五反射型光纤布拉格光栅10，到达第六光纤布拉格光栅11；第五反射型光纤布拉格光栅10为全反型光栅，即反射率R，R≥99％，该中心波长处几乎所有的光会被反射回去。

泵浦源1产生的泵浦光通过光纤合束器2的泵浦输入端进入，通过第二增益光纤4，到达第五反射型光纤布拉格光栅10，第五反射型光纤布拉格光栅10将光反射回去，依次经过第二增益光纤4、光纤合束器2、第一反射型光纤布拉格光栅6和第一增益光纤3达到全反镜0，该全反镜为金镜，其反射率为R，R≥99％，几乎所有的光会被反射回去，全反镜0与第五反射型光纤布拉格光栅10组成第一谐振腔，全反镜0与第一反射型光纤布拉格光栅6组成第二谐振腔；

泵浦源1的泵浦光通过第一谐振腔内第二增益光纤4产生的激光进入到第二谐振腔，泵浦第一增益光纤3输出另一个波长的激光，依次经过光纤合束器2、第二增益光纤4，进入由第四反射型光纤布拉格光栅9和第六反射型光纤布拉格光栅11组成的第三谐振腔内，泵浦第三增益光纤5输出最终的激光，然后经隔离器13输出。

实施例3

一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器结构如图3所示。图中1为泵浦源，可选用中心波长为976nm的半导体激光二极管；2’为波分复用器，可以选用(2+1)×1泵浦信号合束器，如6/125型或20/125型；3、4、5是第一、第二、第三增益光纤，可选用美国Nufern公司生产的高性能掺镱光纤；6、7、8、9、10、11是第一、第二、第三、第四、第五、第六反射型光纤布拉格光栅，可选高反型和部分反射型光栅，反射率为R，其中0<R<1；12是光隔离器，可选偏振无关光隔离器，13是环形器。

泵浦源1连接波分复用器2’的泵浦输入端，波分复用器2’的公共端连接第二增益光纤4，第二增益光纤4的另一端连接环形器13的入射端；环形器的出射端依次连接第一反射型光纤布拉格光栅6、第一增益光纤3和第二反射型光纤布拉格光栅7，第二反射型光纤布拉格光栅7的另一端连接波分复用器2’的信号端；环形器13的公共端依次连接第四反射型光纤布拉格光栅9、第三增益光纤5、第五反射型光纤布拉格光栅10、第六反射型光纤布拉格光栅11及隔离器12。第五反射型光纤布拉格光栅10为全反型，即反射率R，R≥99％，该中心波长处几乎所有的光会被反射回去。

泵浦源1产生的泵浦光通过复用器2’的泵浦输入端进入到第二增益光纤4，再通过环形器13、第四反射型光纤布拉格光栅9、第三增益光纤5到达第五反射型光纤布拉格光栅10，第五反射型光纤布拉格光栅10将光反射回去，依次通过第三增益光纤5、第四反射型光纤布拉格光栅9、环形器13、第一反射型光纤布拉格光栅6、第一增益光纤3和第二反射型光纤布拉格光栅7，到达波分复用器2’的信号端返回形成环形腔。

泵浦光经过波分复用器2’的泵浦输入端进入到环形腔内，泵浦第二增益光纤4产生第一波长激光，第一波长激光进入由第一反射型光纤布拉格光栅6和第二反射型光纤布拉格光栅7组成的第二谐振腔内，泵浦第一增益光纤3产生第二波长的激光，该波长的激光由波分复用器2’的信号端进入经公共端输出，通过第二增益光纤4由环形器的入射端进入经环形器的公共端输出，进入由第四反射型光纤布拉格光栅9和第六反射型光纤布拉格光栅11组成的第三谐振腔内，泵浦第三增益光纤5，产生第三波长的激光，经第六反射型光纤布拉格光栅11、隔离器12输出腔外。

实施例4

一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器结构如图4所示。图中1为泵浦源，可选用中心波长为976nm的半导体激光二极管；2为光纤合束器，可以选用(2+1)×1泵浦信号合束器，如6/125型或20/125型；3、4、5是第一、第二、第三增益光纤，可选用美国Nufern公司生产的高性能掺镱光纤；6、7、9、11是第一、第二、第四、第六反射型光纤布拉格光栅，可选高反型和低反型光栅，反射率为R，其中0<R<1；12是光隔离器，可选偏振无关光隔离器，14是滤波器，可选1.5μm波段窄带滤波器；15是光纤耦合器，可选90/10分束器。

泵浦源1连接波分复用器2’的泵浦输入端，波分复用器2’的公共端依次连接第二增益光纤4、滤波器14、第二反射型光纤布拉格光栅7、第一增益光纤3和第一反射型光纤布拉格光栅6，第一反射型光纤布拉格光栅6的另一端连接光纤耦合器15的入射端进入，光纤耦合器15的10％端口作为输出，光纤耦合器15的90％端口依次连接第四反射型光纤布拉格光栅9、第三增益光纤5、第六反射型光纤布拉格光栅11、隔离器12，隔离器12的另一端连接波分复用器2’的信号端。

泵浦光通过波分复用器2’的泵浦输入端进入到由整个环型装置构成的环形腔内，泵浦第二增益光纤4，产生的激光经滤波器14滤波后进入由第一反射型光纤布拉格光栅6、第二反射型光纤布拉格光栅7组成的第二谐振腔，泵浦第一增益光纤3产生另一波长的激光，该波长的激光经光纤耦合器15进入由第四反射型光纤布拉格光栅9、第六反射型光纤布拉格光栅11组成的第三谐振腔，泵浦第三增益光纤5，产生最终的激光，该波长的激光经光隔离器12，波分复用器2’、第二增益光纤4、滤波器14、第二反射型光纤布拉格光栅7，第一增益光纤3、第一反射型光纤布拉格光栅6，由光纤耦合器15的10％端口输出。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，其特征在于，包括：泵浦源(1)、光纤合束器(2)、第一反射型光纤布拉格光栅(6)、第二反射型光纤布拉格光栅(7)、第三反射型光纤布拉格光栅(8)、第四反射型光纤布拉格光栅(9)、第五反射型光纤布拉格光栅(10)、第六反射型光纤布拉格光栅(11)、第一增益光纤(3)、第二增益光纤(4)、第三增益光纤(5)以及光隔离器(12)，其中，

泵浦源(1)连接光纤合束器(2)的泵浦输入端，光纤合束器(2)的信号端连接第一反射型光纤布拉格光栅(6)的一端，第一反射型光纤布拉格光栅(6)的另一端依次连接第一增益光纤(3)、第二反射型光纤布拉格光栅(7)、第三反射型光纤布拉格光栅(8)；光纤合束器(2)的公共端依次连接第二增益光纤(4)、第四反射型光纤布拉格光栅(9)、第三增益光纤(5)、第五反射型光纤布拉格光栅(10)、第六光纤布拉格光栅(11)以及光隔离器(12)；

第三反射型光纤布拉格光栅(8)与第五反射型光纤布拉格光栅(10)构成第一谐振腔；第一反射型光纤布拉格光栅(6)与第二反射型光纤布拉格光栅(7)构成第二谐振腔；第四反射型光纤布拉格光栅(9)与第六反射型光纤布拉格光栅(11)构成第三谐振腔；

泵浦源(1)产生的泵浦光，通过光纤合束器(2)，耦合进入第一谐振腔中，在第二增益光纤(4)的作用下产生第一波长激光，之后进入第二谐振腔中泵浦第一增益光纤(3)，产生第二波长激光，之后进入第三谐振腔泵浦第三增益光纤(5)，最终产生的第三波长激光通过光隔离器(12)输出高功率、高稳定性的脉冲激光。

2.根据权利要求1所述的多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，其特征在于，所述第一反射型光纤布拉格光栅(6)、第二反射型光纤布拉格光栅(7)、第三反射型光纤布拉格光栅(8)、第四反射型光纤布拉格光栅(9)、第五反射型光纤布拉格光栅(10)、第六反射型光纤布拉格光栅(11)的反射率为R，其中0<R<1。

3.根据权利要求1所述的多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，其特征在于，所述泵浦源(1)为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器、拉曼激光器其中的一种，输出泵浦光的中心波长λ的范围为：800nm≤λ≤2000nm；所述的泵浦方式是纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦或包层双端泵浦。

4.根据权利要求1所述的多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，其特征在于，所述的光纤合束器(2)为(2+1)x1合束器或(6+1)合束器。

5.根据权利要求1所述的多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，其特征在于，所述第一增益光纤(3)、第二增益光纤(4)、第三增益光纤(5)为掺稀土元素的光纤或光子晶体光纤，掺杂的稀土元素为镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钕(Nd)、铬(Cr)、钐(Sm)、铋(Bi)其中的一种或几种。

6.一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，其特征在于，包括：泵浦源(1)、波分复用器(2’)、第一反射型光纤布拉格光栅(6)、第二反射型光纤布拉格光栅(7)、第四反射型光纤布拉格光栅(9)、第五反射型光纤布拉格光栅(10)、第六反射型光纤布拉格光栅(11)、第一增益光纤(3)、第二增益光纤(4)、第三增益光纤(5)、光隔离器(12)以及环形器(13)，其中，

泵浦源(1)连接波分复用器(2’)的泵浦输入端，波分复用器(2’)的公共端连接第二增益光纤(4)的一端，第二增益光纤(4)的另一端连接环形器(13)的入射端；环形器(13)的出射端依次连接第一反射型光纤布拉格光栅(6)、第一增益光纤(3)和第二反射型光纤布拉格光栅(7)的一端，第二反射型光纤布拉格光栅(7)的另一端连接波分复用器(2’)的信号端；环形器(13)的公共端依次连接第四反射型光纤布拉格光栅(9)、第三增益光纤(5)、第五反射型光纤布拉格光栅(10)、第六反射型光纤布拉格光栅(11)以及隔离器(12)；

泵浦源(1)产生的泵浦光通过波分复用器(2’)的泵浦输入端进入到第二增益光纤(4)，再通过环形器(13)、第四反射型光纤布拉格光栅9、第三增益光纤(5)到达第五反射型光纤布拉格光栅(10)，第五反射型光纤布拉格光栅(10)为全反型光栅，第五反射型光纤布拉格光栅(10)将光反射回去，依次通过第三增益光纤(5)、第四反射型光纤布拉格光栅(9)、环形器(13)、第一反射型光纤布拉格光栅(6)、第一增益光纤(3)和第二反射型光纤布拉格光栅(7)，到达波分复用器(2’)的信号端返回形成环形腔；第一反射型光纤布拉格光栅(6)与第二反射型光纤布拉格光栅(7)构成第二谐振腔；第四反射型光纤布拉格光栅(9)与第六反射型光纤布拉格光栅(11)构成第三谐振腔；

泵浦源(1)产生的泵浦光经过波分复用器(2’)的泵浦输入端进入到环形腔内，泵浦第二增益光纤(4)产生第一波长激光，环形腔产生的第一波长激光进入第二谐振腔内，泵浦第一增益光纤(3)产生第二波长激光，该第二波长的激光由波分复用器(2’)的信号端进入经公共端输出，通过第二增益光纤(4)由环形器的入射端进入经环形器的公共端输出，进入第三谐振腔内，泵浦第三增益光纤(5)，产生第三波长的激光，经隔离器(12)输出腔外。

7.根据权利要求6所述的多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，其特征在于，所述第一反射型光纤布拉格光栅(6)、第二反射型光纤布拉格光栅(7)、第四反射型光纤布拉格光栅(9)、第五反射型光纤布拉格光栅(10)、第六反射型光纤布拉格光栅(11)的反射率为R，其中0<R<1。

8.根据权利要求6所述的多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，其特征在于，所述泵浦源(1)为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器、拉曼激光器其中的一种，输出泵浦光的中心波长λ的范围为：800nm≤λ≤2000nm；所述的泵浦方式是纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦或包层双端泵浦。

9.根据权利要求6所述的多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，其特征在于，所述第一增益光纤(3)、第二增益光纤(4)、第三增益光纤(5)为掺稀土元素的光纤或光子晶体光纤，掺杂的稀土元素为镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钕(Nd)、铬(Cr)、钐(Sm)、铋(Bi)其中的一种或几种。