CN108649425A - 一种便携式多波段光学检测激光源系统 - Google Patents

一种便携式多波段光学检测激光源系统 Download PDF

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刘雪明
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Abstract

本发明公开了一种便携式多波段光学检测激光源系统，包括980nm波段的单模半导体激光器、三端口分束器、两个混合光器件；混合光器件由波分复用器、隔离器和耦合器集成为一体；单模半导体激光器与三端口分束器的输入端连接，三端口分束器的第一输出端直接输出980nm波段连续激光，第二输出端通过第一混合光器件和掺镱光纤输出1μm波段连续激光，第三输出端通过第二混合光器件和掺铒光纤输出1.5μm波段连续激光。本发明采用980nm激光分别泵浦掺镱光纤和掺铒光纤，构成谐振腔来实现980nm、1μm和1.5μm波段的激光同时输出，所得激光对环境不敏感，抗干扰能力强，维护简单；系统所用器件绝大部分采用光纤器件，使该系统易于调整，稳定性高。

Description

一种便携式多波段光学检测激光源系统
技术领域
本发明涉及一种激光源系统，尤其涉及一种便携式多波段光学检测激光源系统。
背景技术
随着光学设备在通信、医疗、工业加工、军事等领域的广泛应用，光学器件的需求量剧增。插入损耗是光学器件的一个重要指标，光学器件的成本部分取决于制造过程中对其参数的测试。只有实现对光器件的快速且准确的检测，才能使光器件具有最佳的质量和最低的成本，因此迫切需要实现高效经济的方法来测试并验证光学器件的参数指标。
光学检测的常用仪器有：稳定光源、光功率计、光万用表等。稳定光源是对光系统发射已知功率和波长的光。稳定光源与光功率计组合使用，可以测量光器件、光系统的光损耗，检验光系统的连续性，并帮助评估光器件、光系统的传输质量。光源要求在测量期间输出功率和频谱具有很高的时间和温度稳定性。但是，目前的光源主要有发光二极管(LED)和激光管(LD)。LED光源是非干涉光，输出功率较低。LD光源的波长带宽窄，其光谱带宽一般小于5nm。与LED光源相比，LD光源可以输出更大的功率，但价格昂贵。
发明内容
本发明提供一种结构简单、工作稳定、成本低廉和小型化的便携式多波段光学检测激光源系统，能够在980nm、1μm和1.5μm波段输出稳定的连续激光，可在光学器件的检测领域得到广泛应用。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种便携式多波段光学检测激光源系统，其特征在于，包括980nm波段的单模半导体激光器、三端口分束器、两个混合光器件；所述混合光器件由波分复用器、隔离器和耦合器集成为一体形成；所述980nm波段的单模半导体激光器与三端口分束器的输入端连接，所述三端口分束器的第一输出端直接输出980nm波段连续激光，第二输出端连接第一混合光器件的波分复用输入端口，波分复用输出端口通过掺镱光纤连接耦合器输入端口，形成闭环结构，耦合器输出端口直接输出1μm波段连续激光，第三输出端连接第二混合光器件的波分复用输入端口，波分复用输出端口通过掺铒光纤连接耦合器输入端口，形成闭环结构，耦合器输出端口直接输出1.5μm波段连续激光。
进一步地，第一混合光器件的波分复用输出端口和耦合器输入端口均通过Hi1060光纤连接掺镱光纤，构成谐振腔；第二混合光器件的波分复用输出端口和耦合器输入端口均通过SMF-28光纤连接掺铒光纤，构成谐振腔。
进一步地，所述三端口分束器将980nm波段的单模半导体激光器的输出激光三等分成a、b和c光束，其中b和c光束分别作为其他波段的泵浦光，a光束直接输出980nm波段连续激光。
进一步地，该系统为两层结构，第一层布置单模半导体激光器、三端口分束器、输出980nm波段连续激光的光纤跳线头；第二层为左右对称结构，一侧布置第一混合光器件、掺镱光纤、输出1μm波段连续激光的光纤跳线头，另一侧布置第二混合光器件、掺铒光纤、输出1.5μm波段连续激光的光纤跳线头。
进一步地，该激光源系统的光路部分均采用光纤结构器件。
进一步地，所述980nm波段的单模半导体激光器的最大输出功率为200mW。
进一步地，所述掺镱光纤的型号为Liekki Yb1200掺镱光纤，长度1m；所述掺铒光纤的型号为Liekki Er110掺铒光纤，长度3m。
进一步地，所述三端口分束器的工作波段为980nm。
进一步地，所述第一混合光器件工作波段为1μm，其中耦合器分束比为10/90，隔离器为单级隔离器，波分复用器为980nm/1060nm。
进一步地，所述第二混合光器件的工作波段为1.5μm，其中耦合器分束比为10/90，隔离器为单级隔离器，波分复用器为980nm/1550nm。
本发明的优点如下：
1、该光学检测激光源系统输出多波段激光，对环境不敏感，抗干扰能力强，维护简单。
2、该光学检测激光源系统具有结构简单、生产成本低、稳定性高等优点。
3、该光学检测激光源系统属于便携式系统，尺寸可设计为75×55×20mm3。
4、该光学检测激光源系统所用器件均为通用器件，可商品化，成本低廉。
5、该光学检测激光源系统输出高能量连续激光，可满足各种测试情况下对激光源的要求。
6、该光学检测激光源系统采用980nm激光分别泵浦掺镱光纤和掺铒光纤，构成谐振腔来实现980nm、1μm和1.5μm波段的激光同时输出，在光通信和光学器件的检测领域有很大的应用前景。
7、该光学检测激光源系统的光路部分均采用光纤结构器件，使该系统易于调整，稳定性好。
附图说明
图1为本发明光学检测激光源系统第一层的俯视图；
图2为本发明光学检测激光源系统第二层的俯视图；
图3为本发明光学检测激光源系统的侧视图；
图4为980nm波段的连续激光，中心波长为976.25nm；
图5为1μm波段的连续激光，中心波长为1054nm；
图6为1.5μm波段的连续激光，中心波长为1561nm；
图7为本发明光学检测激光源系统附加部件的俯视图；
图8为本发明光学检测激光源系统附加部件的侧视图；
图中，980nm波段的单模半导体激光器1、三端口分束器2、第一光纤跳线头3、单模半导体激光器开关4、第一混合光器件5、第二混合光器件6、掺镱光纤7、掺铒光纤8、第二光纤跳线头9、第三光纤跳线头10、50/50分束器11、激光输入端口12、第一待测部件接入端口13、第二待测部件接入端口14、第一功率计接入端口15、第二功率计接入端口16。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-3所示，本发明提供的一种便携式多波段光学检测激光源系统，包括980nm波段的单模半导体激光器(LD)1、三端口分束器2、两个混合光器件；所述混合光器件由波分复用器、隔离器和耦合器集成为一体形成，极大的简化了光路的结构；所述980nm波段的单模半导体激光器1与三端口分束器2的输入端连接，所述三端口分束器2的工作波段为980nm，三端口分束器2将980nm波段的单模半导体激光器1的输出激光三等分成a、b和c光束，其中b和c光束分别作为其他波段的泵浦光，a光束通过第一光纤跳线头3直接输出980nm波段连续激光，如图4所示；b光束接入第一混合光器件5的波分复用输入端口，波分复用输出端口通过掺镱光纤7连接耦合器输入端口，形成闭环结构，耦合器输出端口通过第二光纤跳线头9直接输出1μm波段连续激光，如图5所示；c光束接入第二混合光器件6的波分复用输入端口，波分复用输出端口通过掺铒光纤8连接耦合器输入端口，形成闭环结构，耦合器输出端口通过第三光纤跳线头10直接输出1.5μm波段连续激光，如图6所示。
进一步地，第一混合光器件5的波分复用输出端口和耦合器输入端口均通过Hi1060光纤连接掺镱光纤，构成谐振腔；第二混合光器件6的波分复用输出端口和耦合器输入端口均通过SMF-28光纤连接掺铒光纤，构成谐振腔。
进一步地，该系统为两层结构，如图1所示，第一层布置单模半导体激光器1、三端口分束器2、第一光纤跳线头3、单模半导体激光器开关4；如图2所示，第二层为左右对称结构，一侧布置第一混合光器件5、掺镱光纤7、第二光纤跳线头9，另一侧布置第二混合光器件6、掺铒光纤8、第三光纤跳线头10。
进一步地，所述980nm波段的单模半导体激光器1体积小、重量轻、耐机械冲击，最大输出功率为200mW。所述掺镱光纤7的型号为Liekki Yb1200掺镱光纤，长度1m，但不限于此；所述掺铒光纤8的型号为Liekki Er110掺铒光纤，长度3m，但不限于此。
进一步地，所述第一混合光器件5工作波段为1μm，其中耦合器分束比为10/90，隔离器为单级隔离器，波分复用器为980nm/1060nm；所述第二混合光器件6工作波段为1.5μm，其中耦合器分束比为10/90，隔离器为单级隔离器，波分复用器为980nm/1550nm。
实验中使用光谱分析仪(YOKOGAWA-6370B)来监测输出激光的光谱特性，使用JDSU功率计来测量输出激光的功率强度，并监测输出激光的稳定性。
本发明工作原理如下：
本发明提供的多波段光学检测激光源系统采用980nm激光泵浦掺镱光纤和掺铒光纤来实现1μm波段和1.5μm波段的激光输出。光纤激光的本质为波长转换，增益光纤可将泵浦波长转换为特定波长的光并以激光的形式输出。掺杂增益光纤使光纤由被动的传输介质转换为具有放大能力的主动介质，当处于激发态的电子，受到外来光子作用时，电子向低能级跃迁而发出光子。在室温下，Yb离子的吸收峰对应波长976nm(谱宽大约为10nm)，发射峰对应于1036nm(谱宽大约为50nm)。采用980nm的LD泵浦时，可以有效地抑制975nm处很强的放大自发辐射(ASE)效应。当光在谐振腔内往返一次因放大所得的光能密度大于因腔内损耗而降低的能量时，谐振腔内就会建立稳定且持续的光受激辐射状态，从而产生1μm的激光。同理，980nm的泵浦光对应于掺铒光纤的吸收波长，受到外来光子泵浦时，可产生1.5μm的激光。
如图7、8所示，通过将光源与激光输入端口12连接，50/50分束器11将光源激光分成50/50两束光，第一待测部件接入端口13和第二待测部件接入端口14将待测目标接入光路，经过待测器件的输出功率由第一功率计接入端口15测得，未经过待测器件的输出功率由第二功率计接入端口16测得，二者的差值即为目标损耗。
综上所述，本发明提供的光学检测激光源系统具有结构简单、成本低、稳定性高和输出能量高的优点，其输出980nm、1μm和1.5μm三波段的激光，对环境不敏感，抗干扰能力强，维护简单。该系统属于便携式系统，尺寸可设置仅为75×55×20mm3，系统器件绝大部分采用光纤器件，使该系统易于调整，稳定性好。

Claims (10)

1.一种便携式多波段光学检测激光源系统，其特征在于，包括980nm波段的单模半导体激光器、三端口分束器、两个混合光器件；所述混合光器件由波分复用器、隔离器和耦合器集成为一体形成；所述980nm波段的单模半导体激光器与三端口分束器的输入端连接，所述三端口分束器的第一输出端直接输出980nm波段连续激光，第二输出端连接第一混合光器件的波分复用输入端口，波分复用输出端口通过掺镱光纤连接耦合器输入端口，形成闭环结构，耦合器输出端口直接输出1μm波段连续激光，第三输出端连接第二混合光器件的波分复用输入端口，波分复用输出端口通过掺铒光纤连接耦合器输入端口，形成闭环结构，耦合器输出端口直接输出1.5μm波段连续激光。
2.根据权利要求1所述的一种便携式多波段光学检测激光源系统，其特征在于，第一混合光器件的波分复用输出端口和耦合器输入端口均通过Hi1060光纤连接掺镱光纤，构成谐振腔；第二混合光器件的波分复用输出端口和耦合器输入端口均通过SMF-28光纤连接掺铒光纤，构成谐振腔。
3.根据权利要求1所述的一种便携式多波段光学检测激光源系统，其特征在于，所述三端口分束器将980nm波段的单模半导体激光器的输出激光三等分成a、b和c光束，其中b和c光束分别作为其他波段的泵浦光，a光束直接输出980nm波段连续激光。
4.根据权利要求1所述的一种便携式多波段光学检测激光源系统，其特征在于，该系统为两层结构，第一层布置单模半导体激光器、三端口分束器、输出980nm波段连续激光的光纤跳线头；第二层为左右对称结构，一侧布置第一混合光器件、掺镱光纤、输出1μm波段连续激光的光纤跳线头，另一侧布置第二混合光器件、掺铒光纤、输出1.5μm波段连续激光的光纤跳线头。
5.根据权利要求1所述的一种便携式多波段光学检测激光源系统，其特征在于，该激光源系统的光路部分均采用光纤结构器件。
6.根据权利要求1所述的一种便携式多波段光学检测激光源系统，其特征在于，所述980nm波段的单模半导体激光器的最大输出功率为200mW。
7.根据权利要求1所述的一种便携式多波段光学检测激光源系统，其特征在于，所述掺镱光纤的型号为Liekki Yb1200掺镱光纤，长度1m；所述掺铒光纤的型号为Liekki Er110掺铒光纤，长度3m。
8.根据权利要求1所述的一种便携式多波段光学检测激光源系统，其特征在于，所述三端口分束器的工作波段为980nm。
9.根据权利要求1所述的一种便携式多波段光学检测激光源系统，其特征在于，所述第一混合光器件工作波段为1μm，其中耦合器分束比为10/90，隔离器为单级隔离器，波分复用器为980nm/1060nm。
10.根据权利要求1所述的一种便携式多波段光学检测激光源系统，其特征在于，所述第二混合光器件的工作波段为1.5μm，其中耦合器分束比为10/90，隔离器为单级隔离器，波分复用器为980nm/1550nm。
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