CN109038194B - 一种双端输出功率可调的线性腔全光纤激光振荡器 - Google Patents
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Abstract
一种双端输出功率可调的线性腔全光纤激光振荡器，包括后向光纤光栅、增益光纤、前向光纤光栅经信号传能光纤依次连接形成的激光谐振腔；还包括光纤耦合半导体激光器；泵浦信号合束器；信号传能光纤；泵浦传能光纤；前向、后向包层光滤除器；前向、后向输出光纤端帽。其中后向光纤光栅和/或前向输出光纤光栅的中心波长在线可调；光纤耦合半导体激光器输出泵浦光经泵浦传能光纤注入泵浦信号合束器，再经信号传能光纤注入激光谐振腔中；激光谐振腔产生的激光可以从前后两端输出，再分别经前、后包层光滤除器从光纤端帽扩束输出。通过对可调光纤光栅中心波长调节而改变前后向光栅在谐振腔中的有效反射率，可实现振荡器前后两端的输出功率在线可调。
Description
技术领域
本发明总体地涉及光纤激光器领域，尤其涉及一种双端输出功率可调的线性腔全光纤激光振荡器。
背景技术
光纤激光器一般包括基于单谐振腔的激光振荡器和基于主振荡功率放大结构的激光放大器两类。与主振荡功率放大结构光纤激光器相比，全光纤激光振荡器具有成本低廉、结构紧凑、控制逻辑简单、性能稳定、抗反射回光能力强等优点，在工业加工中有着广泛的应用。随着应用领域的扩展，各行各业对激光器的成本控制要求越来越高。当前，工业中使用的高功率光纤激光器，为了保证激光器的有效起振，一般都采用由高反射光栅和低反射光栅构成的谐振腔实现激光输出。高反射光栅端的激光全部被高反射光纤光栅反馈回振荡器中，该端口不能有激光输出。在许多对激光器输出功率不高的应用场合，若同时需要两路光源，那么则需要两台独立的包括光学模块、驱动电源、冷却模块和控制模块的激光器。如果能够在一套光学模块、驱动电源、冷却模块和控制模块实现两台激光器的功率输出的功能，那么能够极大地简化激光器体积重量、降低系统成本。
目前，也有部分公开报道的类似双端或者两端口输出的激光器。一类是在或化学固体激光器中，利用镜片镀膜实现不同端口的激光输出。专利CN1437288A和文献[一种泵浦双向输出固体环形激光器，光学技术，2005，第31卷，第1期，第44-47页]采用环形腔结构，激光在环形腔内双向传输，利用镀半透半反膜的镜片，将正反向传输的固体激光从不同角度入射到该镜片中，从一个镜片的两个方向输出。专利CN2398750Y同样利用镀半透半反膜的镜片，将二氧化碳激光从谐振腔的两个端面反射输出。一类是利用透镜耦合方式注入泵浦激光的空间结构光纤激光器，利用镜片镀膜实现不同端口的激光输出。主要包括CN201210454175、CN201210454271、CN201220597110、CN201220597341、CN201310467967、CN201310467970、CN201310467968、CN201310467991、CN201310467992、CN201310468010等专利，该类激光器中，主要是在聚焦镜上镀部分反射和部分透射模，使得左右两端都能有激光输出。该两类激光器中，都能一定程度实现两个端口激光输出，但是都采用空间镜片对激光进行反射和耦合，使用前需要对各个镜片进行精细调解，稳定性差，不适合鲁棒性要求高的工业激光应用领域。
专利CN201710869709公开了一种双向输出的光纤激光器。该专利中，采用的增益光纤为双芯光纤，几何结构上，传能光纤纤芯与增益光纤纤芯在光纤包层内非同轴平行设置，传能纤芯用于传输泵浦光，有源掺杂纤芯用于传输激光；泵浦光从传能光纤的纤芯注入，光纤光栅与增益光纤纤芯连接，信号光从增益光纤纤芯输出。该结构中，由于泵浦光纤和增益光纤需要分离，在分离位置，光纤的涂覆层不可避免会一定程度破坏，使得激光器难以承受高功率输出。此外，该结构中由于泵浦和信号激光不同轴芯，不能使用基于双包层光纤的高功率光纤合束器，限制了泵浦激光注入功率。
上述现有振荡器中，大部分振荡器都只有单端口功率输出功能；部分具有双端口输出功能的振荡器中，但是无法改变激光器两个端口输出功率的大小；实际应用中，可能存在激光功率有一定要求的场合，尤其是需要高于前后某一单端口输出功率时，现有方案则难以实现。
发明内容
针对上述已有技术的不足，本发明提供了一种双端输出功率可调的线性腔全光纤激光振荡器，利用具有部分反射和部分透射率的光纤光栅作为谐振腔的波长选择和功率输出器件，利用中心波长可调的光纤光栅实现谐振腔前后端口的在线输出功率调节，利用能够双向传输信号激光的泵浦信号合束器注入泵浦光并传输信号激光，实现振荡器的双端激光输出。利用该方案，能够在一套光学模块、驱动电源、冷却模块和控制模块构成的系统中实现两台激光振荡器的功率输出的功能，并可以对前后两个端口输出功率在线调节，极大地简化激光振荡器体积重量、降低系统成本。
本发明的技术方案是，一种双端输出功率可调的线性腔全光纤激光振荡器，它包括增益光纤、后向光纤光栅、前向光纤光栅、光纤耦合半导体激光器、泵浦信号合束器、信号传能光纤、泵浦传能光纤、前向包层光滤除器、前向输出光纤端帽、后向包层光滤除器、后向输出光纤端帽；所述后向光纤光栅、增益光纤、前向光纤光栅通过信号传能光纤依次连接，形成光纤激光谐振腔；所述信号传能光纤将前向光纤光栅、前向包层光滤除器和前向输出光纤端帽依次连接；所述信号传能光纤将后向光纤光栅、泵浦信号合束器、后向包层光滤除器和后向输出光纤端帽依次连接；所述泵浦信号合束器包括一个信号输入臂、一个信号输出臂、一个或多个泵浦输入臂，其信号输入臂与后向包层光滤除器通过信号传能光纤连接，信号输出臂与后向光纤光栅通过信号传能光纤连接，一个或多个泵浦输入臂通过泵浦传能光纤连接至光纤耦合半导体激光器的输出端；所述后向光纤光栅或/和前向光纤光栅为中心波长可调光纤光栅；振荡器工作过程为：多路泵浦光从所述光纤耦合半导体激光器的输出端输出经泵浦传能光纤注入泵浦信号合束器进行合束，然后经信号传能光纤注入到所述光纤激光谐振腔中，增益光纤在泵浦光的激励和谐振腔的反馈下，产生激光。激光分别从前向光纤光栅和后向光纤光栅输出；前向激光经过前向包层光滤除器后从前向光纤端帽输出，后向激光经后向包层光滤除器后从后向光纤端帽扩束输出，因为后向光纤光栅或/和前向光纤光栅为中心波长可调光纤光栅，使用过程中调谐前向光纤光栅和后向光纤光栅中一个的中心波长，或者同时调谐两者的中心波长，通过改变中心波长来改变光纤光栅的有效反射率，从而使得谐振腔反馈端反射率可调节，最终实现激光振荡器两端的输出功率在线可调。
下文以可调谐光纤光栅的光谱为高斯光谱为例，描述通过调谐前向光纤光栅和/或后向光纤光栅的中心波长实现谐振腔反馈端反射率和输出功率调节的基本原理：
假定前向可调谐光纤光栅反射率为：
其中，为中心波长，ΔλF为光栅的3dB线宽，中心波长/>在/>和/>之间可调谐，前向光纤光栅最大调谐范围为：
后向可调谐光纤光栅反射率为：
同样，为中心波长，ΔλB为光栅的3dB线宽，中心波长/>在/>和/>之间可调谐，前向光纤光栅最大调谐范围为：
根据(1)式和(3)式，当光纤光栅的中心波长和/>固定时，两个光栅在/>和/>处的反射率最高为1，在距离中心波长的短波和长波两边，光栅的反射率随着波长变化按照(1)式和(3)式决定的数值减小。
传统的激光振荡器中，高反射光纤光栅(一般对应本发明中的后向光纤光栅)的反射率大于99.9％，低反射光纤光栅(一般对应本发明中的前向光纤光栅)的反射率典型值在10％左右。
利用本发明实现上述传统的激光振荡器的基本原理和方法如下：保持后向可调谐光栅的中心波长不变，此时后向光纤光栅对于/>的反射率为100％(与99.9％基本一致)；根据(3)式计算中心波长调谐数值，调谐前向可调谐光纤光栅的中心波长/>使得调谐后，前向可调谐光栅在中心波长/>处的反射率为10％。如此，就实现了一个后向反射率99.9％，前向光栅反射率10％的传统激光振荡器。
类似地，为了在谐振腔的前后输出端光纤端帽处获得基本一致的输出功率，可设定激光器中心波长同时调谐前后向光纤光栅的中心波长，使得由(1)和(3)式决定的在波长/>处前后向光纤光栅的反射率相当(比如都为20％)，那么根据激光原理，可以实现前后两端口输出功率基本一致的振荡器。
类似地，如果需要在谐振腔的前后输出端光纤端帽处获得给定功率比例输出，可以根据激光速率仿真给定前后向光栅的反射率，通过调谐前后向光纤光栅的中心波长，使得由(1)和(3)式决定的在波长处前后向光纤光栅的反射率与需求设定的反射率相等。
进一步的，本发明的全光纤激光振荡器还包括后向第二泵浦信号合束器和第二组光纤耦合半导体激光器。所述后向泵浦信号合束器设置在前向光纤光栅和前向包层光滤除器之间；所述第二泵浦信号合束器包括一个信号输入臂、一个信号输出臂，一个或多个泵浦输入臂；所述第二泵浦信号合束器的信号输出臂与前向光纤光栅通过信号传能光纤连接，其信号输入臂与前向包层光滤除器通过信号传能光纤连接，其泵浦输入臂与第二光纤耦合半导体激光器的输出端通过泵浦传能光纤连接。
包括后向第二泵浦信号合束器和第二组光纤耦合半导体激光器的本发明全光纤激光振荡器即为双端泵浦方式的全光纤激光振荡器，采用双端泵浦方式，可以进一步提高泵浦功率；同时，信号激光能够在泵浦信号合束器中正反两个方向低损耗地传输，泵浦光能够在泵浦信号合束器中单向低损耗地传输。
进一步的，上述前向光纤光栅和后向光纤光栅的反射率将激光部分反射回谐振腔内、部分从谐振腔透射输出，是激光谐振腔的反射器件和输出耦合器件。
进一步的，上述增益光纤为泵浦光和信号光在其中同轴传输的单芯多包层光纤，用于激光的产生和传输。更优选地，增益光纤为掺稀土离子的光纤；其横截面结构选自双包层或三包层结构的光纤横截面结构中的一种；纤芯中掺杂稀土离子，用于产生激光，包层中不掺稀土离子，用于传输泵浦光；当所述增益光纤的横截面结构为双包层结构时，内包层直径或外接圆直径在100-1000微米之间，外包层的直径在250-2000微米之间。
进一步的，上述光纤耦合半导体激光器是增益光纤产生上能级粒子的激励源，它包括与增益光纤吸收峰匹配的各个波段的半导体激光器，所述各个波段的半导体激光器选自波段为808纳米、915纳米、940纳米、976纳米、1550纳米中的一个或多个的组合。
进一步的，上述信号传能光纤为用于激光传输的非掺稀土离子光纤，其横截面结构为双包层或三包层结构，纤芯直径在10-1000微米范围内，内包层直径在100-2000微米范围内，外包层直径在250-3000微米之间。
进一步的，上述泵浦传能光纤为用于泵浦激光传输的非掺稀土离子光纤，其横截面结构为单包层结构，纤芯直径在10-1000微米，包层直径在100-2000微米之间。
进一步的，上述前向包层光滤除器和后向包层光滤除器用于滤除信号光纤中的残留泵浦光和高阶模式，两者的几何尺寸与信号传能光纤的几何尺寸相同；上述前向光纤端帽、后向光纤端帽用于将信号传能光纤中的信号光扩束输出，降低输出端面的功率密度，提高激光器的可靠性。
采用本发明可以达到以下技术效果：
1、在全光纤激光振荡器的两个端口实现激光输出：通过利用前向光纤光栅和后向光纤光栅这两个部分反射率的光纤光栅和双向信号传输的泵浦信号合束器，同时实现激光从振荡器的两个端口输出；
2、本发明的一台全光纤激光振荡器起到传统两台激光振荡器的作用，降低激光器体积、重量和成本：由于本发明全光纤激光振荡器双端输出方式，即在一套光学模块、驱动电源、冷却模块和控制模块构成的全光纤激光振荡器系统中实现了两台传统激光振荡器的功率输出的功能，因此可以利用一台激光器输出两路光束同时满足不同的工作需求，由于极大地简化激光振荡器体积重量、降低系统成本；
3、本发明装置中使用了光纤端帽，可以降低输出端面功率密度，保证输出保证稳定性；
4、利用可调谐光纤光栅，使用过程中通过调谐前向光纤光栅和/或后向光纤光栅的中心波长，可改变光纤光栅的有效反射率，使得激光振荡器的前后输出端光纤端帽处的输出功率在线可调，满足不同用途的需求，比如调节前向端口(基于前向输出端帽)输出激光的功率：当应用环境需要前向功率较低时，可以通过对中心波长调谐提高前向纤光栅的激光反射率，降低前向输出激光功率；当应用环境需要前向功率高功率时，可以通过对中心波长调谐提高前向纤光栅的激光反射率，提高前向输出激光功率；极端情况，若调节前向(或后向)光纤光栅反射率接近0％，调节后向(或前向)光纤光栅反射率为100％，使得前向(或后向)光纤端帽对应端口输出激光功率可达到最大；
5、本发明的增益光纤采用泵浦光和信号光同轴传输的单芯双包层或者多包层光纤，最终实现泵浦光与信号光本质上在一根光纤中传输，不需要分离光纤，使传输更加稳定可靠。
附图说明
从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
图1是本发明实施例的一种双端输出功率可调的线性腔全光纤振荡器的结构示意图；
图2是本发明实施例的一种双端输出功率可调的线性腔全光纤振荡器的中心波长调谐与中心波长对应激光反射率关系的结构示意图。
图3是本发明实施例的一种双端泵浦、双端输出功率可调的线性腔全光纤振荡器的结构示意图；
图4是本发明实施例的一种基于前向光纤光栅可调谐的双端输出功率可调的线性腔全光纤振荡器的结构示意图。
图5是本发明实施例的一种基于后向光纤光栅可调谐的双端输出功率可调的线性腔全光纤振荡器的结构示意图。
图6是本发明实施例的一种基于双端泵浦、前向光纤光栅可调谐的双端输出功率可调的线性腔全光纤振荡器的结构示意图。
图7是本发明实施例的一种基于双端泵浦、后向可调谐光栅的双端输出功率可调的线性腔光纤振荡器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种双端输出功率可调的线性腔全光纤激光振荡器，结构示意图如图1所示，它包括增益光纤1、后向光纤光栅2、前向光纤光栅3、光纤耦合半导体激光器4、泵浦信号合束器5、信号传能光纤6、泵浦传能光纤7、前向包层光滤除器8、前向输出光纤端帽9、后向包层光滤除器10、后向输出光纤端帽11；后向光纤光栅2、增益光纤1、前向光纤光栅3通过信号传能光纤6依次连接，形成光纤激光谐振腔；后向光纤光栅2、增益光纤1、前向光纤光栅3通过信号传能光纤6依次连接，形成光纤激光谐振腔；信号传能光纤6将前向光纤光栅3、前向包层光滤除器8和前向输出光纤端帽9依次连接；信号传能光纤6将后向光纤光栅2、泵浦信号合束器5、后向包层光滤除器10和后向输出光纤端帽11依次连接；所述泵浦信号合束器5包括一个信号输入臂、一个信号输出臂、一个或多个泵浦输入臂，其信号输入臂与后向包层光滤除器10通过信号传能光纤6连接，信号输出臂与后向光纤光栅2通过信号传能光纤6连接，一个或多个泵浦输入臂通过泵浦传能光纤7连接至光纤耦合半导体激光器的输出端，以使光纤耦合半导体激光器4发出的泵浦光通过泵浦臂耦合到泵浦信号合束器5的信号输出臂的光纤内包层中，最终实现泵浦光在泵浦信号合束器5中传输；后向光纤光栅(2)或/和前向光纤光栅(3)为中心波长可调光纤光栅。本发明振荡器的大致工作过程：光纤耦合半导体激光器4的输出端输出的泵浦光经泵浦传能光纤7注入泵浦信号合束器5进行合束，然后经信号传能光纤6注入到光纤激光谐振腔中，增益光纤在泵浦光的激励和谐振腔的反馈下，产生激光，激光分别从前向光纤光栅3和后向光纤光栅2输出；输出的前向激光经过前向包层光滤除器8后从前向光纤端帽9输出，后向激光经后向包层光滤除器10后从后向光纤端帽11扩束输出。
后向光纤光栅2或/和前向光纤光栅3作为中心波长可调光纤光栅，当两者均为中心波长可调光纤光栅，假设前向光纤光栅3的中心波长不变、后向光纤光栅2的中心波长被调谐时，后向光纤光栅2中心波长处的有效反射率被改变，两者的变化过程关系如图2(a)至图2(f)所示。图2(a)描述的是后向可调谐光纤光栅2的反射光谱在调谐过程中的五个典型光谱形态，分别对应于图(b)、(c)、(d)、(e)、(f)中的光谱形态；图2(b)描述的是前向光纤光栅3的中心波长固定在1070nm，其在1070nm处的反射率为100％。图2(c)中，后向光纤光栅2向短波方向调谐2nm后，其在1070nm处的反射率为25％；图2(d)中，后向光纤光栅2向短波方向调谐1nm后，其在1070nm处的反射率约为70％；图2(e)中，后向光纤光栅2向长波方向调谐1nm后，其在1070nm处的反射率为70％；图2(f)中，后向光纤光栅2向长波方向调谐2nm后，其在1070nm处的反射率为25％。那么，在实际激光器中，固定后向光纤光栅2中心波长后，调谐前向光纤光栅3中心波长，可以改变前后向光栅的在激光输出波长的有效反射率，从而改变前向和后向输出端口(即前向和后向光纤端帽对应的输出端口)的激光功率大小。从而改变谐振腔两端的输出激光功率，最终实现激光振荡器两端的输出功率在线可调。
本发明双端输出的线性腔全光纤激光振荡器的组成部件的优选结构、功能如下。
增益光纤1为掺稀土离子的增益光纤，用于激光产生和传输的光纤；增益光纤1的横截面结构选自双包层或三包层结构的光纤横截面结构中的一种；纤芯中掺杂稀土离子，用于产生激光，包层中不掺稀土离子，用于传输泵浦光；当增益光纤1的横截面结构为双包层结构时，内包层的直径或外接圆直径在100-1000微米之间，外包层的直径在250-2000微米之间。
光纤耦合半导体激光器4是增益光纤1产生上能级粒子的激励源，它包括与增益光纤1吸收峰匹配的各个波段的半导体激光器，各个波段的半导体激光器选自波段为808纳米、915纳米、940纳米、976纳米、1550纳米中的一个或多个的组合。
信号传能光纤6为用于激光传输的非掺稀土离子光纤，其横截面结构为双包层或三包层结构，纤芯直径在10-1000微米范围内，内包层直径在100-2000微米范围内，外包层直径在250-3000微米之间；泵浦传能光纤7为用于泵浦激光传输的非掺稀土子光纤，其横截面结构为单包层结构，纤芯直径在10-1000微米，包层直径在100-2000微米之间。
泵浦信号合束器5中，信号激光能够在正反两个方向低损耗地传输，泵浦光能够在正向低损耗地传输。
前向包层光滤除器8和后向包层光滤除器10用于滤除信号光纤中的残留泵浦光和高阶模式，两者的几何尺寸与信号传能光纤6的几何尺寸相同，例如，都为纤芯直径为30微米，内包层直径为900微米的双包层光纤；前向光纤端帽9、后向光纤端帽11用于将信号传能光纤6中的信号光扩束输出，降低输出端面的功率密度，提高激光器的可靠性。
实施例2
一种双端泵浦、双端输出功率可调的线性腔全光纤振荡器，其结构示意图如图3所示，在实施例1的基础上，增加了第二泵浦信号合束器12和对应的第二光纤耦合半导体激光器13，构成双端泵浦光纤激光振荡器，提高注入谐振腔的泵浦功率。第二泵浦信号合束器12设置在前向光纤光栅3和前向包层光滤除器8之间；第二泵浦信号合束器12包括一个信号输入臂、一个信号输出臂，一个或多个泵浦输入臂；第二泵浦信号合束器12的信号输出臂与前向光纤光栅3通过信号传能光纤6连接，其信号输入臂与前向层光滤除器8通过信号传能光纤6连接，其泵浦输入臂与第二光纤耦合半导体激光器13的另一输出端或者第二光纤耦合半导体激光器的输出端通过泵浦传能光纤7连接。
本实施例结构实现了双端泵浦，可以进一步提高泵浦功率；同时，信号激光能够在泵浦信号合束器中正反两个方向低损耗地传输，泵浦光能够在泵浦信号合束器中单向低损耗地传输。
实施例3
一种基于前向光纤光栅可调谐的双端输出功率可调的线性腔全光纤振荡器，选择实施例1中的前向光纤光栅3为中心波长可调谐光纤光栅，后向光纤光栅2为中心波长固定的光纤光栅，结构如图4所示，使用过程中，可通过中心波长调谐改变前向光纤光栅3的反射率；在激光振荡器工作过程中，前向光纤光栅3的中心波长可被调谐；后向光纤光栅2的反射率是固定的，但是可以根据需要固定为5-95％之间。
实施例4
一种基于后向光纤光栅可调谐的双端输出功率可调的线性腔全光纤振荡器，选择实施例1中的后向光纤光栅2为中心波长可调谐光纤光栅，前向光纤光栅3为中心波长固定的光纤光栅，结构如图5所示，使用过程中，可通过中心波长调谐改变后向光纤光栅2的反射率；在激光振荡器工作过程中，后向光纤光栅2的中心波长可被调谐；前向光纤光栅3的反射率是固定的，但是可以根据需要固定为5-95％之间。
实施例5
一种基于双端泵浦、前向光纤光栅可调谐的双端输出功率可调的线性腔全光纤振荡器，选择实施例2中的前向光纤光栅3为中心波长可调谐光纤光栅，后向光纤光栅2为中心波长固定的光纤光栅，结构如图6所示，使用过程中，可通过中心波长调谐改变前向光纤光栅3的反射率；在激光振荡器工作过程中，前向光纤光栅3的中心波长可被调谐；后向光纤光栅2的反射率是固定的，但是可以根据需要固定为5-95％之间。
实施例6
一种基于双端泵浦、后向可调谐光栅的双端输出功率可调的线性腔光纤振荡器，选择实施例2中的后向光纤光栅2为中心波长可调谐光纤光栅，前向光纤光栅3为中心波长固定的光纤光栅，结构如图7所示，使用过程中，可通过中心波长调谐改变后向光纤光栅2的反射率；在激光振荡器工作过程中，后向光纤光栅2的中心波长可被调谐；前向光纤光栅3的反射率是固定的，但是可以根据需要固定为5-95％之间。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种双端输出功率可调的线性腔全光纤激光振荡器，其特征在于，它包括增益光纤(1)、后向光纤光栅(2)、前向光纤光栅(3)、光纤耦合半导体激光器(4)、泵浦信号合束器(5)、信号传能光纤(6)、泵浦传能光纤(7)、前向包层光滤除器(8)、前向输出光纤端帽(9)、后向包层光滤除器(10)、后向输出光纤端帽(11)；
所述后向光纤光栅(2)、增益光纤(1)、前向光纤光栅(3)通过信号传能光纤(6)依次连接，形成光纤激光谐振腔；
所述信号传能光纤(6)将前向光纤光栅(3)、前向包层光滤除器(8)和前向输出光纤端帽(9)依次连接；
所述信号传能光纤(6)将后向光纤光栅(2)、泵浦信号合束器(5)、后向包层光滤除器(10)和后向输出光纤端帽(11)依次连接；
所述泵浦信号合束器(5)包括一个信号输入臂、一个信号输出臂、一个或多个泵浦输入臂；其信号输入臂与后向包层光滤除器(10)通过信号传能光纤(6)连接，信号输出臂与后向光纤光栅(2)通过信号传能光纤(6)连接，一个或多个泵浦输入臂通过泵浦传能光纤(7)连接至光纤耦合半导体激光器(4)的一个或多个输出端；
所述后向光纤光栅(2)或/和前向光纤光栅(3)为中心波长可调光纤光栅。
2.根据权利要求1所述的双端输出功率可调的线性腔全光纤激光振荡器，其特征在于，还包括后向第二泵浦信号合束器(12)和第二光纤耦合半导体激光器(13)，所述后向第二泵浦信号合束器(12)设置在前向光纤光栅(3)和前向包层光滤除器(8)之间；所述后向第二泵浦信号合束器(12)包括一个信号输入臂、一个信号输出臂，一个或多个泵浦输入臂；所述后向第二泵浦信号合束器(12)的信号输出臂与前向光纤光栅(3)通过信号传能光纤(6)连接，其信号输入臂与前向包层光滤除器(8)通过信号传能光纤(6)连接，其泵浦输入臂与第二光纤耦合半导体激光器(13)的输出端通过泵浦传能光纤(7)连接。
3.如权利要求1或2所述的双端输出功率可调的线性腔全光纤激光振荡器，其特征在于，所述前向光纤光栅(3)和后向光纤光栅(2)用于将信号激光部分反射回谐振腔内、部分从谐振腔透射输出，是激光谐振腔的反射器件和输出耦合器件。
4.根据权利要求1或2所述的双端输出功率可调的线性腔全光纤激光振荡器，其特征在于，所述增益光纤(1)为泵浦光和激光在其中同轴传输的单芯多包层光纤，用于激光的产生和传输。
5.根据权利要求4所述的双端输出功率可调的线性腔全光纤激光振荡器，其特征在于，所述增益光纤(1)为掺稀土离子的增益光纤；其横截面结构选自双包层或三包层结构的光纤横截面结构中的一种，纤芯中掺杂稀土离子，用于产生激光，包层中不掺稀土离子，用于传输泵浦光；当所述增益光纤(1)的横截面结构为双包层结构时，内包层直径或外接圆直径在100-1000微米之间，外包层的直径在250-2000微米之间。
6.根据权利要求1或2所述的双端输出功率可调的线性腔全光纤激光振荡器，其特征在于，所述光纤耦合半导体激光器(4)包括与增益光纤(1)吸收峰匹配的各个波段的半导体激光器，所述各个波段的半导体激光器选自波段为808纳米、915纳米、940纳米、976纳米、1550纳米中的一个或多个的组合，用作增益光纤(1)产生上能级粒子的激励源。
7.根据权利要求1或2所述的双端输出功率可调的线性腔全光纤激光振荡器，其特征在于，所述信号传能光纤(6)为用于激光传输的非掺稀土离子光纤，其横截面结构为双包层或三包层结构，纤芯直径在10-1000微米范围内，内包层直径在100-2000微米范围内，外包层直径在250-3000微米之间。
8.根据权利要求1或2所述的双端输出功率可调的线性腔全光纤激光振荡器，其特征在于，所述泵浦传能光纤(7)为用于泵浦激光传输的非掺稀土离子光纤，其横截面结构为单包层结构，纤芯直径在10-1000微米，包层直径在100-2000微米之间。
9.根据权利要求1或2所述的双端输出功率可调的线性腔全光纤激光振荡器，其特征在于，所述前向包层光滤除器(8)和后向包层光滤除器(10)的几何尺寸均与信号传能光纤(6)的几何尺寸相同。
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Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101478110A (zh) * | 2009-01-06 | 2009-07-08 | 广州中国科学院工业技术研究院 | 全光纤激光器谐振腔及其制备方法 |
| WO2011120246A1 (zh) * | 2010-04-01 | 2011-10-06 | 天津奇谱光电技术有限公司 | 可调谐激光器 |
| CN202068086U (zh) * | 2011-04-12 | 2011-12-07 | 深圳大学 | 一种2.7微米光纤激光器的实现装置 |
| CN102738697A (zh) * | 2011-04-12 | 2012-10-17 | 深圳大学 | 一种2.7微米光纤激光器的实现方法和装置 |
| CN104466630A (zh) * | 2013-09-12 | 2015-03-25 | 中国兵器装备研究院 | 一种高功率光纤激光器 |
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Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101478110A (zh) * | 2009-01-06 | 2009-07-08 | 广州中国科学院工业技术研究院 | 全光纤激光器谐振腔及其制备方法 |
| WO2011120246A1 (zh) * | 2010-04-01 | 2011-10-06 | 天津奇谱光电技术有限公司 | 可调谐激光器 |
| CN202068086U (zh) * | 2011-04-12 | 2011-12-07 | 深圳大学 | 一种2.7微米光纤激光器的实现装置 |
| CN102738697A (zh) * | 2011-04-12 | 2012-10-17 | 深圳大学 | 一种2.7微米光纤激光器的实现方法和装置 |
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