CN106936064A - 一种基于连续光种子注入的单纵模脉冲激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于连续光种子注入的单纵模脉冲激光器，包括单频连续激光器、环形器、半导体脉冲激光器，利用单频连续激光器作为种子源、半导体脉冲激光器作为调制器，采用种子注入的方式对输入的单频连续种子光进行调制，最终获得单纵模脉冲输出。相对于传统的主动调Q、强度调制、增益开关方法，本发明具有结构简单、高稳定性、输出功率高的特点。

Description

一种基于连续光种子注入的单纵模脉冲激光器
技术领域
本发明属于激光技术与非线性光学领域，尤其涉及一种基于连续光种子注入的单纵模脉冲激光器。
背景技术
单频激光器一般指的是连续光输出的单纵模激光器，它的特点是输出的激光在频域上只有单一纵模，除了激光本身良好的单色性和方向性外，单频激光器还具有相干长度长、光谱线宽窄、噪声低等特点，在激光雷达、光谱学、激光加工和非线性光学频率变换等领域中具有广泛应用。
一般来说，光纤激光器、半导体激光、固体激光器均可以实现连续单频光输出，但在某些方面可能需要以脉冲形式输出的单频光，比如相干雷达、大气传感、地基天文观测领域。
为了实现单纵模脉冲激光输出，主要有腔内调制和腔外调制两种方法。腔内调制主要是在种子源部分使用压电陶瓷等器件，在腔内引入应力折射从而产生调Q的效果；或者应用增益开光技术，它不需要通过改变腔内损耗来实现上能级粒子数反转积累，而是通过在ns级别的泵浦脉冲作用时间内、在足够大泵浦功率下，迅速实现高增益，从而实现激光巨脉冲输出，在整个过程中腔内的损耗没有变化。腔外调制主要是运用声光调制器(AOM)或者电光调制器(EOM)对连续单频光进行调制，通过使用不同的脉冲驱动调制信号，从而将连续的单频信号调制成单纵模脉冲输出。
上述几种方法均可以实现单频激光器的脉冲输出，但在激光器的调制中，使用压电陶瓷等器件引入的应力折射或者使用增益调制技术将增加系统的复杂性，其输出稳定性容易受到外界震动等条件的干扰；腔外调制中，虽然可以使用双边带尾纤的AOM、EOM等集成器件，然而这也将不可避免得引入功率的损耗。比如，在光纤激光器中，AOM、EOM的使用将导致输出功率下降3dB，并且AOM、EOM的市场价格比较昂贵，增加了系统的成本。
发明内容
为了解决单频激光器以脉冲形式输出中系统结构复杂、成本高等问题，本发明提供一种单纵模脉冲激光器，将单频连续种子光注入至半导体脉冲激光器调制，实现了单频脉冲调制输出，降低了调制难度，同时，与其它方案相比提高了脉冲的输出功率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于连续光种子注入的单纵模脉冲激光器，包括：单频连续激光器、光纤环形器、半导体脉冲激光器；所述光纤环形器分别连接于单频连续激光器和半导体脉冲激光器，单频连续激光器用于输出连续单频激光，半导体脉冲激光器用于脉冲输出的半导体激光器，单频连续激光器和半导体脉冲激光器的输出波长相匹配，其中，单频连续激光器输出连续单频激光通过光纤环形器将其注入到半导体脉冲激光器中，半导体脉冲激光器将所述连续单频激光调制成与半导体脉冲激光器脉宽宽度相同的单纵模脉冲激光，并保证其原先的线宽特性基本不变，最后，调制后的单纵模脉冲激光再经过光纤环形器输出端口输出。
作为优选，所述单频连续激光器为单频连续光纤激光器、单频连续半导体激光、单频连续固体激光器其中的一种。
作为优选，单频连续光纤激光器为分布布拉格反射(DBR)线形腔光纤激光器、分布式反馈(DFB)线形腔光纤激光器、带有窄带滤波器的环形腔光纤激光器以及复合腔光纤激光器其中的一种。
作为优选，单频连续半导体激光器为分布布拉格反射(DBR)半导体激光器、分布式反馈(DFB)半导体激光器以及外腔半导体激光器其中的一种；
作为优选，单频连续固体激光器为短腔固体激光器、行波谐振腔固体激光器、扭转腔模固体激光器其中的一种。
作为优选，半导体脉冲激光器为分布布拉格反射(DBR)脉冲半导体激光器、分布式反馈(DFB)脉冲半导体激光器其中的一种。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
1、本发明利用了半导体脉冲激光器输出方式对连续单频光的调制效果，在保证种子光线宽性质基本不变的情况下实现单纵模脉冲输出。同时，由于半导体激光器中的谐振腔和泵浦方式具有放大作用，因此可以实现高功率的单纵模脉冲激光输出。
2、本发明结构简单，连续单频激光器与半导体脉冲激光器之间用光纤环形器连接，整个系统的全光纤化有利于提高整体的稳定性。
3、本发明对种子源连续单频激光器的类型要求较低、应用范围广，种子源只需是单频连续光纤激光器、单频连续半导体激光、单频连续固体激光器中的一种，便于实现单频激光器在连续输出与脉冲输出之间的切换。
附图说明
图1为基于连续光种子注入的单纵模脉冲激光器的结构示意图；
图2为DBR结构单频光纤激光器与DFB结构脉冲半导体激光器获得单纵模脉冲输出示意图，图中：1、泵浦源，2、波分复用耦合器，3、第一反射型(低反射率)光纤布拉格光栅，4、增益光纤，5、第二反射型(高反射率)光纤布拉格光栅，6、光隔离器，7、光纤环形器，8、分布式反馈(DFB)脉冲半导体激光器。
具体实施方式
下面结合图示和实例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明提供一种基于连续光种子注入的单纵模脉冲激光器，包括：单频连续激光器、光纤环形器、半导体脉冲激光器；所述光纤环形器分别连接于单频连续激光器和半导体脉冲激光器，单频连续激光器用于输出连续单频激光，半导体脉冲激光器用于脉冲输出的半导体激光器，单频连续激光器和半导体脉冲激光器的输出波长相匹配，其中，单频连续激光器输出连续单频激光通过光纤环形器将其注入到半导体脉冲激光器中，半导体脉冲激光器将所述连续单频激光调制成与半导体脉冲激光器脉宽宽度相同的单纵模脉冲激光，并保证其原先的线宽特性基本不变，最后，调制后的单纵模脉冲激光再经过光纤环形器输出端口输出。
作为优选，所述单频连续激光器为单频连续光纤激光器、单频连续半导体激光、单频连续固体激光器其中的一种。
作为优选，单频连续光纤激光器为分布布拉格反射(DBR)线形腔光纤激光器、分布式反馈(DFB)线形腔光纤激光器、带有窄带滤波器的环形腔光纤激光器以及复合腔光纤激光器其中的一种。
作为优选，单频连续半导体激光器为分布布拉格反射(DBR)半导体激光器、分布式反馈(DFB)半导体激光器以及外腔半导体激光器其中的一种；
作为优选，单频连续固体激光器为短腔固体激光器、行波谐振腔固体激光器、扭转腔模固体激光器其中的一种。
作为优选，半导体脉冲激光器为分布布拉格反射(DBR)脉冲半导体激光器、分布式反馈(DFB)脉冲半导体激光器其中的一种。
实施实例1
如图2所示，本发明实施例提供一种基于连续光种子注入的单纵模脉冲激光器，包括：单频连续光纤激光器、光纤环形器7、半导体脉冲激光器8，其中，单频连续光纤激光器为分布布拉格反射(DBR)线形腔光纤激光器，半导体脉冲激光器8为分布式反馈(DFB)脉冲半导体激光器。
所述分布布拉格反射(DBR)线形腔光纤激光器包括：泵浦源1、波分复用耦合器2、第一反射型光纤布拉格光栅3、增益光纤4、第二反射型光纤布拉格光栅5、第一光隔离器6。
泵浦源1选用中心波长为976nm的半导体激光二极管；波分复用耦合器2选用(2+1)×1泵浦信号耦合器，如6/125型号；第一反射型光纤布拉格光栅3为低反射率的光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅5为高反射率的光纤布拉格光栅，中心波长均为1064nm，反射率为R，其中0<R<1；增益光纤4可选美国Nufern公司生产的高性能掺镱光纤；第一光隔离器6选偏振无关光隔离器；光纤环形器7选偏振无关光纤环形器；分布式反馈(DFB)脉冲半导体激光器8,输出激光中心波长为1064nm。
泵浦源1连接波分复用耦合器2的泵浦输出端；波分复用耦合器2的公共端连接第一反射型光纤布拉格光栅3；第一反射型光纤布拉格光栅3的另一端连接增益光纤4；增益光纤4的另一端连接第二反射型光纤布拉格光栅5；波分复用耦合器2的信号端与光隔离器6的输入端相连，此结构即为DBR线形腔。将光隔离器6的输出端与光纤环形器7的1端口相连；光纤环形器7的2端口与分布式反馈(DFB)脉冲半导体激光器8相连；光纤环形器7的3端口连接第二光隔离器9(第二光隔离器9选偏振无关光隔离器)的输入端，第二光隔离器9的输出端作为激光输出端，即可得到中心波长为1064nm的单纵模脉冲激光输出。
在整个系统中，半导体激光二极管输出976nm泵浦光经WDM的泵浦端耦合至公共端，之后，泵浦光无损耗得通过第一反射型(1064nm的低反射率)光纤布拉格光栅至增益光纤中，未吸收的泵浦光经之后的第二反射型(1064nm的高反射率)光纤布拉格光栅输出。增益光纤中被吸收的泵浦光激发出包括1064nm波长在内的宽带增益谱，增益谱经过第一反射型(1064nm的低反射率)光纤布拉格光栅以及第二反射型(1064nm的高反射率)光纤布拉格光栅的反射，从而获得波长为1064nm的窄线宽单频激光。之后，获得的1064nm窄线宽单频激光经第一反射型(1064nm的低反射率)光纤布拉格光栅输出至第一光隔离器，防止后续的信号光反射至谐振腔而影响输出性能的稳定性。第一光隔离器输出端连接环形器的1端口，信号光经环形器的2端口输入至分布式反馈(DFB)脉冲半导体激光器。由于分布式反馈(DFB)脉冲半导体激光器的输出波长同光纤激光器相同，因此，光纤激光器的信号光可以在半导体激光器的调制下获得脉冲增益从而被放大，放大的信号光经半导体激光器输出，输出的放大信号光经环形器的2端口输入，通过3端口输出，最后再经第二光隔离器输出，最终获得与半导体激光器调制脉冲宽度相同并且线宽特性基本不变的单纵模脉冲输出。

Claims (6)

1.一种基于连续光种子注入的单纵模脉冲激光器，其特征在于，续激光器、光纤环形器、半导体脉冲激光器；所述光纤环形器分别连接于单频连续激光器和半导体脉冲激光器，单频连续激光器用于输出连续单频激光，半导体脉冲激光器用于脉冲输出的半导体激光器，单频连续激光器和半导体脉冲激光器的输出波长相匹配，其中，单频连续激光器输出连续单频激光通过光纤环形器将其注入到半导体脉冲激光器中，半导体脉冲激光器将所述连续单频激光调制成与半导体脉冲激光器脉宽宽度相同的单纵模脉冲激光，并保证其原先的线宽特性基本不变，最后，调制后的单纵模脉冲激光再经过光纤环形器输出端口输出。
2.如权利要求1所述的基于连续光种子注入的单纵模脉冲激光器，其特征在于，所述单频连续激光器为单频连续光纤激光器、单频连续半导体激光、单频连续固体激光器其中的一种。
3.如权利要求2所述的基于连续光种子注入的单纵模脉冲激光器，其特征在于，单频连续光纤激光器为分布布拉格反射(DBR)线形腔光纤激光器、分布式反馈(DFB)线形腔光纤激光器、带有窄带滤波器的环形腔光纤激光器以及复合腔光纤激光器其中的一种。
4.如权利要求2所述的基于连续光种子注入的单纵模脉冲激光器，其特征在于，单频连续半导体激光器为分布布拉格反射(DBR)半导体激光器、分布式反馈(DFB)半导体激光器以及外腔半导体激光器其中的一种。
5.如权利要求2所述的基于连续光种子注入的单纵模脉冲激光器，其特征在于，单频连续固体激光器为短腔固体激光器、行波谐振腔固体激光器、扭转腔模固体激光器其中的一种。
6.如权利要求1所述的基于连续光种子注入的单纵模脉冲激光器，其特征在于，半导体脉冲激光器为分布布拉格反射(DBR)脉冲半导体激光器、分布式反馈(DFB)脉冲半导体激光器其中的一种。
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