CN106356705A - 基于d型光纤的正交偏振拍频激光器及传感器 - Google Patents

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梁家伟
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Abstract

本发明提供了基于D型光纤的正交偏振拍频激光器及传感器，激光器包括：泵浦激光器；与所述泵浦激光器连接的波分复用器；一端与所述波分复用器连接的第一光纤布拉格光栅；一端与输出光纤连接的第二光纤布拉格光栅；封装在所述第一光纤布拉格光栅的另一端和第二光纤布拉格光栅的另一端之间的掺铒D型光纤，所述第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅和掺铒D型光纤集成于一根光纤上。采用分布式光纤光栅作为反射镜构成超短谐振腔，有效缩短腔长，使激光器运转在单纵模状态，产生的激光相干性好。D型光纤作为谐振腔的腔体，使其对光的束缚性降低，传输光的一部分会从一侧泄露形成渐逝场，对外界环境变化敏感，由此可实现特定参量的传感。

Description

基于D型光纤的正交偏振拍频激光器及传感器
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体而言，涉及基于D型光纤的正交偏振拍频激光器及传感器。
背景技术
光纤激光器(Fiber Laser)是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路(构成谐振腔)便可形成激光振荡输出。
光纤激光器作为一种具有广阔应用前景的激光光源，具有宽带可调谐、较高的信噪比、较窄的输出激光线宽等优势，可广泛地应用于光纤传感、光纤通信、光学加工等领域。光纤激光器由泵浦源、谐振腔和增益介质三部分构成。光纤激光器的腔长越长，光纤的非线性效应就越明显，因此有必要缩短光纤的长度，同时短腔也是光纤激光器实现单纵模运作的重要条件。
由于短腔式光纤激光器的纵模输出可以应用于传感系统，特别是利用正交偏振模式的拍频信号，可实现多种物理量的传感应用。但是，普通光纤由于双折射很低，而保偏掺铒光纤成本高昂，制作复杂。因此，需要开发一种能利用实现短腔式光纤激光器的结构或者技术。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于D型光纤的正交偏振拍频激光器，可以实现对特定参量的传感测量。
本发明提供的技术方案如下：
一种基于D型光纤的正交偏振拍频激光器，包括：
泵浦激光器；
与所述泵浦激光器连接的波分复用器；
一端与所述波分复用器连接的第一光纤布拉格光栅；
一端与输出光纤连接的第二光纤布拉格光栅；
封装在所述第一光纤布拉格光栅的另一端和第二光纤布拉格光栅的另一端之间的掺铒D型光纤，所述第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅和掺铒D型光纤集成于一根光纤上。
优选地，所述泵浦激光器生成的激光的波长为980nm。
优选地，所述第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅的间距小于或等于20mm。
优选地，所述波分复用器的通道为980nm和1550nm。
优选地，所述掺铒D型光纤的磨抛面上镀有折射率敏感薄膜。
优选地，所述掺铒D型光纤包括纤芯，所述纤芯与外部环境的距离为1um至2um。
优选地，所述泵浦激光器为半导体激光器或全固态激光器。
优选地，所述波分复用器与所述第一光纤布拉格光栅之间采用焊接连接。
优选地，所述第一光纤布拉格光栅、所述第二光纤布拉格光栅均刻写于一根掺铒光纤上，最终将所述掺铒光纤磨抛至D型，构成所述基于D型光纤的正交偏振拍频激光器的谐振腔。
本发明实施例还提供了一种传感器，包括上述基于D型光纤的短腔光纤激光器。
在本申请实施例中，采用分布式光纤光栅作为反射镜构成超短谐振腔，有效缩短腔长，使激光器运转在单纵模状态，产生的激光相干性好。掺铒D型光纤作为谐振腔的腔体，该结构使得其对光的束缚性降低，传输光的一部分会从一侧泄露形成渐逝场，对外界环境变化敏感，由此可实现特定参量的传感。掺铒D型光纤的不对称结构使得其对不同方向的变化响应不同，通过对掺铒D型光纤抛磨侧进行特定处理，可以实现其对测定物理量变化的方向性鉴别。该激光器中谐振腔、反射镜和增益介质集成于一根光纤上，实现了全光纤化，集成度高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的基于D型光纤的正交偏振拍频激光器的示意图。
图2为本发明实施例提供的D型光纤的示意图。
图标：100-基于D型光纤的正交偏振拍频激光器；101-泵浦激光器；102-波分复用器；103-第一光纤布拉格光栅；104-第二光纤布拉格光栅；105-掺铒D型光纤；106-输出光纤。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本申请实施例提供了一种基于D型光纤的正交偏振拍频激光器100，如图1和图2所示，包括：泵浦激光器101、波分复用器102、第一光纤布拉格光栅103、第二光纤布拉格光栅104和掺铒D型光纤105。
泵浦激光器101生成的激光波长可以是980nm，可以最大程度的激发三价铒离子到高能态。波分复用器102的输入端口与泵浦激光器101连接，可以包括两个光线通道，即980nm通道和1550nm通道。可以保证泵浦光能顺利通过波分复用器102，同时防止基于D型光纤的短腔光纤激光器产生的1550nm附近波段光返回泵浦对其造成损伤。波分复用器102的输出端口与第一光纤布拉格光栅103的一端连接，第二光纤布拉格光栅104的一端与输出光纤106连接。掺铒D型光纤105封装在两个光纤布拉格光栅之间。这样第一光纤布拉格光栅103、掺铒D型光纤105与第二光纤布拉格光栅104构成激光腔。在本申请实施例中，第一光纤布拉格光栅103、掺铒D型光纤105与第二光纤布拉格光栅104三者可基于同一掺铒D型光纤105制作，在一掺铒D型光纤105的两端进行刻写，形成第一光纤布拉格光栅103与第二光纤布拉格光栅104。在本申请实施例中所述第一光纤布拉格光栅103、所述第二光纤布拉格光栅104可以均刻写于一根掺铒光纤上，最终将所述掺铒光纤磨抛至D型，构成所述基于D型光纤的正交偏振拍频激光器的谐振腔。或者也可以直接在D型光纤上刻写形成布拉格光栅。
本申请实施例中的激光器结构简单，激光器的谐振腔和增益介质集成于一根光纤上，实现了全光纤化，集成度高。
采用光纤布拉格光栅作为反射镜构成超短腔，不仅使整个激光器更加微型化，同时由于激光器腔长度大大缩短，使得激光器纵模间隔增大，激光器运转在单纵模状态，避免了模式跳变，从而可以获得相干性更高的激光，也使后续解调的拍频结果更加稳定。
激光器谐振腔采用掺铒D型光纤105代替传统普通光纤，由于抛磨使得一侧包层变薄接近纤芯，对纤芯中传输光的束缚性降低，使得传输光更易从抛磨一侧泄露，从而对外界环境敏感。通过对掺铒D型光纤105进行相应处理，可以实现特定参量的检测，例如用作生化传感。
由于掺铒D型光纤105不对称的几何结构，使得采用掺铒D型光纤105的激光器对不同方向上的变化响应不同。通过对掺铒D型光纤105进行适当处理，可以实现对被测物理量的方向性鉴别。由于D型结构形成的光纤双折射，能在激光器输出中产生两个正交信号，利用PD上获得的正交拍频信号，可以做一系列传感应用。由于其不对称性，可用作方向敏感的超声波水听器及曲率传感。
优选的，所述第一光纤布拉格光栅103和第二光纤布拉格光栅104的间距小于或等于20mm。可以保证相邻纵模间隔大于5GHz。
此外，所述掺铒D型光纤105包括纤芯，所述纤芯与外部环境的距离为1um至2um。由于倏逝场作用，可以用来做折射率传感。
进一步的，所述掺铒D型光纤105的磨抛面上可以镀有折射率敏感薄膜。可通过调节折射率来调谐激光器输出的偏振拍频信号，作为可调的微波光子信号发生器。
本申请实施例还提供了一种传感器，包括上述基于D型光纤的正交偏振拍频激光器100。具体的，可以作为生化传感器、超声波水听器、曲率传感器和折射率传感器。实现基于D型光纤的正交偏振拍频激光器100的传感应用。
在本申请实施例中，采用分布式光纤光栅作为反射镜构成超短谐振腔，有效缩短腔长，使激光器运转在单纵模状态，产生的激光相干性好。掺铒D型光纤105作为谐振腔的腔体，该结构使得其对光的束缚性降低，传输光的一部分会从一侧泄露形成渐逝场，对外界环境变化敏感，由此可实现特定参量的传感。掺铒D型光纤105的不对称结构使得其对不同方向的变化响应不同，通过对掺铒D型光纤105抛磨侧进行特定处理，可以实现其对测定物理量变化的方向性鉴别。该激光器中谐振腔、反射镜和增益介质集成于一根光纤上，实现了全光纤化，集成度高。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于D型光纤的正交偏振拍频激光器，其特征在于，包括：
泵浦激光器；
与所述泵浦激光器连接的波分复用器；
一端与所述波分复用器连接的第一光纤布拉格光栅；
一端与输出光纤连接的第二光纤布拉格光栅；
封装在所述第一光纤布拉格光栅的另一端和第二光纤布拉格光栅的另一端之间的掺铒D型光纤，所述第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅和掺铒D型光纤集成于一根光纤上。
2.根据权利要求1所述的基于D型光纤的正交偏振拍频激光器，其特征在于，所述泵浦激光器生成的激光的波长为980nm。
3.根据权利要求1所述的基于D型光纤的正交偏振拍频激光器，其特征在于，所述第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅的间距小于或等于20mm。
4.根据权利要求1所述的基于D型光纤的正交偏振拍频激光器，其特征在于，所述波分复用器的通道为980nm和1550nm。
5.根据权利要求1所述的基于D型光纤的正交偏振拍频激光器，其特征在于，所述掺铒D型光纤的磨抛面上镀有折射率敏感薄膜。
6.根据权利要求1所述的基于D型光纤的正交偏振拍频激光器，其特征在于，所述掺铒D型光纤包括纤芯，所述纤芯与外部环境的距离为1μm至2μm。
7.根据权利要求1所述的基于D型光纤的正交偏振拍频激光器，其特征在于，所述泵浦激光器为半导体激光器或全固态激光器。
8.根据权利要求1所述的基于D型光纤的正交偏振拍频激光器，其特征在于，所述波分复用器与所述第一光纤布拉格光栅之间采用焊接连接。
9.根据权利要求1所述的基于D型光纤的正交偏振拍频激光器，其特征在于，所述第一光纤布拉格光栅、所述第二光纤布拉格光栅均刻写于一根掺铒光纤上，最终将所述掺铒光纤磨抛至D型，构成所述基于D型光纤的正交偏振拍频激光器的谐振腔。
10.一种传感器，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的基于D型光纤的正交偏振拍频激光器。
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