CN106768898B - 一种基于掺铒光纤激光器的调q特性的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于掺铒光纤激光器的调Q特性的检测方法，包括：调节980nm泵浦光源，使其输出功率达到270mW；在光谱仪上面获取此时从波分复用器一端输出的光信号，并调节光谱仪的分辨率，以便能够清晰地看到光谱图，同时计算此时的信噪比以及20dB带宽；在与光电转换器输出端相连的示波器上面进行微调，使得示波器上可以清晰地显示至少10个周期的连续脉冲序列，并计算出此时的脉冲周期与脉冲的重复率，从而检测出此调Q脉冲的稳定性；在示波器上面调节旋钮，使得示波器显示屏上面只出现一个脉冲，此时可以精确地测得每个脉冲的脉宽，从而检测出此调Q脉冲输出信号所具有的窄带宽性。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤激光器的调Q特性的检测方法，属于光纤通信领域。
背景技术
调Q是用开关积聚和抽取激光腔内光子获取高峰值功率大能量激光脉冲的技术，调激光脉冲在测距、加工、通信、医疗以及国防军工等领域具有极其重要的应用。迄今，人们已能在众多种类激光器中获得调激光脉冲，输出脉冲宽度和重复率分别在ns至us量级、Hz至MHz量级，单脉冲能量已高达焦耳量级。
但是，在涉及光与物质相互作用的光谱分析与基于相干原理的传感检测等精密测量应用中，不仅要求调激光脉冲具有大能量，同时还要求调激光脉冲具有单纵模窄线宽特性，即单纵模单频调激光脉冲。
光纤激光器是新一代固体激光器，以稀土掺杂玻璃光纤作为增益介质，使得其增益谱比传统块状掺杂晶体的增益谱要宽得多，这大大提高了激光波长选择的灵活性。并且，掺杂光纤的比表面积大，利于散热，避免了传统固体激光器所需的复杂热管理系统。此外，光纤的波导传输特点还使光纤激光器具有光束质量好、转换效率高等一系列优势，正因为如此，光纤激光器巳成为当今和未来激光技术的一个重要研究方向，而单纵模调光纤激光器则因调激光脉冲的重大应用需求而倍受关注。
发明内容
本发明的目的在于提供一种检测掺铒光纤激光器的输出光信号的调Q特性的方法，能够在不加任何外部的声光调制器的情况下检测包括调Q脉冲输出信号的稳定性、窄线宽性、单纵模性以及随泵浦功率变化的特性。技术要点如下：
一种基于掺铒光纤激光器的调Q特性的检测方法，采用的装置包括980nm泵浦光源、波分复用器、光隔离器、偏振控制器、起偏器、光电转换器、频谱分析仪、示波器以及光谱仪和掺铒光纤激光器，泵浦光源为980nm的半导体激光器，其生成的泵浦光，由波分复用器的980nm端口进入到980nm/1550nm波分复用器，再由波分复用器的公共端口进入到掺铒光纤激光器中，1550nm附近的激光由掺铒光纤激光器的布拉格光栅末端射出，返回波分复用器的1550nm端口后输出到光隔离器，通过调整偏振控制器和起偏器，使两组激光信号具有相同的偏振方向，获得的较强的激光信号由光谱仪进行数据的采集，此两组激光信号进入光电转换器中完成光电转换，并进行拍频，并由射频频谱分析仪和示波器记录拍频信号的变化。此检测方法包括下面的步骤：
(1)调节980nm泵浦光源，使其输出功率达到270mW；
(2)在光谱仪上面获取此时从波分复用器一端输出的光信号，并调节光谱仪的分辨率，以便能够清晰地看到光谱图，同时计算此时的信噪比以及20dB带宽；
(3)在与光电转换器输出端相连的示波器上面进行微调，使得示波器上可以清晰地显示至少10个周期的连续脉冲序列，并计算出此时的脉冲周期与脉冲的重复率，从而检测出此调Q脉冲的稳定性；
(4)在示波器上面调节旋钮，使得示波器显示屏上面只出现一个脉冲，此时可以精确地测得每个脉冲的脉宽，从而检测出此调Q脉冲输出信号所具有的窄带宽性；
(5)在与光电转换器输出端相连的射频频谱分析仪上面进行微调，使得频谱仪显示屏上面可以清晰地显示此时输出光信号的频谱特性，包括此时的信噪比以及整个频域内的频带的个数，从而检测出此调Q脉冲输出的单纵模性；
(6)返回(1)步，分别调节980nm泵浦光源，使其输出功率分别达到不同的泵浦功率，并分别重复进行(2)到(5)的步骤对输出光信号进行采集与处理；
(7)对(6)中所获得的一系列数据进行绘图可得到输出光信号随泵浦功率的变化而产生变化的图形；
(8)利用公式：脉冲能量＝输出功率/脉冲重复率，峰值功率＝脉冲能量/脉冲宽度计算出在上述不同的泵浦功率下输出光信号的脉冲能量以及峰值功率，从而可以检测出调Q脉冲输出信号随泵浦功率变化的特性。
附图说明
图1用于本发明的掺铒光纤激光器结构图，图中，1为包层，2为掺铒光纤1护套3光纤布拉格光栅4
图2用于本发明的实验装置搭建图
图3本发明检测到的输出调Q光信号的射频频谱图
图4本发明检测到的调Q输出光信号的连续脉冲图
图5本发明检测到的调Q输出信号的单个脉冲图
图6本发明检测到的调Q输出脉冲的光谱图
图7本发明检测到的输出光信号调Q脉冲随不同泵浦功率的变化图
图8本发明检测到的的输出光信号的调Q脉冲宽度和脉冲重复率图
图9本发明检测到的输出光信号的调Q脉冲能量和峰值功率图
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，用于本发明的掺铒光纤激光器结构图。它主要由一段掺铒光纤芯层和包层组成，另外在掺铒光纤中加入了两个光纤布拉格光栅，还在最外层添加一层护套用于保护此掺铒光纤激光器。980nm的泵浦光经由波分复用器进入到DBR光纤激光器中，反向输出的激光再经过波分复用器和光隔离器输出。
参见图2，用于本发明的实验装置搭建图。980nm的半导体激光器作为泵浦光源，由波分复用器的980nm端口进入到980nm/1550nm波分复用器，再由波分复用器的公共端口进入到掺铒光纤激光器中。1550nm附近的激光由低反射率的布拉格光栅末端射出，直接进入到波分复用器的1550nm端口中。在偏振控制器前放置的光隔离器可以有效的防止反射的光返回到激光器中，实现激光信号的单向传输。通过调整偏振控制器和起偏器，可以使两组激光信号具有相同的偏振方向，以获得较强的激光信号并由光谱仪进行数据的采集。然后这两组激光信号进入光电探测器中完成光电转换，并进行拍频，最后由射频频谱分析仪和示波器记录拍频信号的变化。
参见图3，本发明的输出光信号的射频频谱图。当把光电转换器末端的射频频谱仪的分辨率带宽调节到100kHz时，可以得到输出光信号在频域内的清晰的图像，此时信噪比为33.84dB，且在整个频域内只可以观察得到一个频带，从而检测出此调Q输出脉冲信号具有单纵模性。
参见图4，本发明的输出光信号的连续脉冲图。此时通过调节示波器使得屏幕上显示了12个脉冲周期，并且测得脉冲的周期为8us，从而脉冲重复率为125kHz，从而检测出此调Q输出脉冲信号具有很强的稳定性。
参见图5，本发明的输出光信号的单个脉冲图。此时通过调节示波器使得屏幕上只显示了1个脉冲信号，并测得脉冲宽度为0.57us,从而检测出调Q输出脉冲信号的窄线宽性。
参见图6，本发明的输出光信号的光谱图。通过调节与起偏器末端相连的光谱仪，可以得到清晰的输出光信号的光谱图，此时信噪比达到了55dB,而线宽也达到了0.56nm，从而检测出调Q输出脉冲信号的窄线宽性。
参见图7，本发明的输出光信号随不同泵浦功率的变化图。当通过调节980nm泵浦光源的输出功率时，会得到不同情况下的输出光信号。可以看到，随着泵浦功率的增大，脉冲幅度和脉冲重复率在增加，而脉冲宽度和脉冲周期却在减小，这样就成功地检测出调Q脉冲输出信号随泵浦功率的变化情况。也可以通过图8所描绘的曲线看出来。
参见图9，本发明的输出光信号的脉冲能量和峰值功率图。经过公式脉冲能量＝输出功率/脉冲重复率
峰值功率＝脉冲能量/脉冲宽度的计算，可以得到输出光信号脉冲的脉冲能量以及其峰值功率。可以从图9所描绘的曲线中看出，随着泵浦功率的增大，输出光信号脉冲的脉冲能量和峰值功率都在讯速地增加。
Claims (1)
1.一种基于掺铒光纤激光器的调Q特性的检测方法，采用的装置包括980nm泵浦光源、波分复用器、光隔离器、偏振控制器、起偏器、光电探测器、频谱分析仪、示波器以及光谱仪和掺铒光纤激光器，泵浦光源为980nm的半导体激光器，其生成的泵浦光，由波分复用器的980nm端口进入到980nm/1550nm波分复用器，再由波分复用器的公共端口进入到掺铒光纤激光器中，1550nm附近的激光由掺铒光纤激光器的布拉格光栅末端射出，返回波分复用器的1550nm端口后输出到光隔离器，通过调整偏振控制器和起偏器，使两组激光信号具有相同的偏振方向，获得的较强的激光信号由光谱仪进行数据的采集，此两组激光信号进入光电探测器中完成光电转换，并进行拍频，并由频谱分析仪和示波器记录拍频信号的变化，此检测方法包括下面的步骤：
（1）调节980nm泵浦光源，使其输出功率达到270mW；
（2）在光谱仪上面获取此时从波分复用器一端输出的光信号，并调节光谱仪的分辨率，以便能够清晰地看到光谱图，同时计算此时的信噪比以及20dB带宽；
（3）在与光电探测器输出端相连的示波器上面进行微调，使得示波器上清晰地显示至少10个周期的连续脉冲序列，并计算出此时的脉冲周期与脉冲的重复率，从而检测出此调Q脉冲的稳定性；
（4）在示波器上面调节旋钮，使得示波器显示屏上面只出现一个脉冲，此时精确地测得每个脉冲的脉宽，从而检测出此调Q脉冲输出信号所具有的窄带宽性；
（5）在与光电探测器输出端相连的频谱分析仪上面进行微调，使得频谱分析仪显示屏上面清晰地显示此时输出光信号的频谱特性，包括此时的信噪比以及整个频域内的频带的个数，从而检测出此调Q脉冲输出的单纵模性；
（6）返回（1）步，分别调节980nm泵浦光源，使其输出功率分别达到不同的泵浦功率，并分别重复进行（2）到（5）的步骤对输出光信号进行采集与处理；
（7）对（6）中所获得的一系列数据进行绘图可得到输出光信号随泵浦功率的变化而产生变化的图形；
（8）利用公式：脉冲能量=输出功率/脉冲重复率，峰值功率=脉冲能量/脉冲宽度计算出在上述不同的泵浦功率下输出光信号的脉冲能量以及峰值功率，从而检测出调Q脉冲输出信号随泵浦功率变化的特性。
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