CN113054519A - 超窄线宽单频光纤激光器 - Google Patents

超窄线宽单频光纤激光器 Download PDF

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杨远洪
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Abstract

本发明提供了一种超窄线宽单频光纤激光器。由直接刻在掺稀土光纤上的对称变波纹周期光栅、波分复用器、泵浦激光和光纤隔离器组成，刻在掺稀土光纤上的对称变波纹周期光栅与波分复用器的信号端熔接，形成超窄线宽光纤激光谐振腔，泵浦激光器与波分复用器的泵浦端熔接，光纤隔离器的输入端与波分复用器的另一信号端连接；泵浦激光通过光纤波分复用器对刻有对称变波纹周期光栅的掺铒光纤的光纤激光腔进行泵浦，超窄线宽激光从波分复用器的另一信号端输出到光纤隔离器的输入端，通过光纤隔离器的输出端单向输出。本发明的超窄线宽光纤激光器可以有效抑制或消除环境变化对激光输出参数的影响。具有结构简单，性能稳定，输出单频激光线宽超窄的优点。

Description

超窄线宽单频光纤激光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器技术领域，尤其涉及一种超窄线宽单频光纤激光器。
背景技术
目前，窄线宽单频光纤激光器采用的主要腔型有线型腔和环形腔。线型腔的结构简单、腔短和工作稳定，基本不存在跳模的问题；环形腔的腔体较长，增益较高，而且可在腔内加入各种滤波器件来获得窄线宽或波长调谐，但会出现随机的跳模现象。为了解决这个问题，一般在光波传输的环路设置饱和吸收体或复合环实现单频输出，但这样设计增加了光路的复杂性，直接导致光纤激光器体积大、对环境(温度、震动、声波等)敏感。实际上，线型腔和环型腔产生单频激光的核心都依赖于窄谱光谱滤波器，如果能获得超窄谱的光谱滤波器，线型腔将能实现高Q值和抑制烧孔效应，而环型腔将不再需要饱和吸收体或复合环。所以，获得超窄谱的光谱滤波器一直是实现高品质、高可靠单频光纤激光器的核心和基础。
基于光纤的法布里珀罗(FP)滤波器和基于光纤光栅的光谱滤波器是实现光纤激光的主流方案，已能实现kHz量级窄线宽单频激光输出。但由于在超窄谱光纤光栅滤波器等方面没有实质性进展，单频光纤激光器的线宽一直停留在kHz量级，很长时间没有突破。
发明内容
本发明的实施例提供了一种结构简单的超窄线宽单频光纤激光器，易于集成封装，可以抑制或消除环境(温度、震动、声波等)变化对激光输出参数的影响。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种超窄线宽单频光纤激光器，由直接刻在掺稀土光纤上的对称变波纹周期光栅、波分复用器、泵浦激光和光纤隔离器组成，刻在掺稀土光纤上的对称变波纹周期光栅与波分复用器的信号端熔接，形成超窄线宽光纤激光谐振腔，泵浦激光器与波分复用器的泵浦端熔接，形成后向激光泵浦，光纤隔离器的输入端与波分复用器的另一信号端连接；
所述泵浦激光通过光纤波分复用器对刻有对称变波纹周期光栅的掺铒光纤的光纤激光腔进行泵浦，超窄线宽激光从波分复用器的另一信号端输出到光纤隔离器的输入端，通过光纤隔离器的输出端单向输出。
优选地，对称变波纹周期光栅通过对称变波纹周期光纤光栅模板和紫外激光刻在掺铒光纤的中部位置；
或者，
对称变波纹周期光栅采用氩离子紫外激光通过微位移控制刻在掺铒光纤的中部位置。
优选地，所述掺铒光纤长度为10米长，所述对称变波纹周期光栅的栅区长度为1～5cm。
优选地，直接刻写在掺稀土光纤上的对称变波纹周期光栅为超窄线宽光纤激光器的激光腔。
优选地，所述掺稀土光纤为掺铒光纤、铒镱共掺光纤。
优选地，所述泵浦激光器波长为808nm、980nm和1480nm波段。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的超窄线宽光纤激光器，由于采用直接制作在掺铒光纤中(一般为厘米量级)的对称变波纹周期光栅作为激光腔，结构简单、长度短，易于集成奋战，可以有效抑制或消除环境(温度、震动、声波等)变化对激光输出参数的影响。具有结构简单，性能稳定，输出单频激光线宽超窄的优点。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明实施例提供的一种超窄线宽单频光纤激光器的光路结构图；
图2为本发明实施例提供的一种对称变波纹周期光栅的折射率分布曲线示意图；
图3为本发明实施例提供的一种超窄线宽单频光纤激光器的典型输出光谱曲线。
图中：1、刻写在掺铒光纤中的对称变波纹周期光栅；2、光纤波分复用器；3、泵浦激光器；4、光纤隔离器；5、对称变波纹周期光栅的折射率分布示意图；6、典型输出光谱曲线。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
为在不增加系统复杂度的情况下，获得超窄线宽激光输出，本发明实施例提出了一种采用直接刻写在掺铒光纤上的对称变波纹周期光栅为激光腔的超窄线宽光纤激光器。
基于光纤的法布里珀罗(FP)滤波器和基于光纤光栅的光谱滤波器的光纤激光器很难进一步压窄线宽，而且结构相对复杂、体积较大，而且对环境(温度、震动和声波等)敏感。针对上述问题，本发明实施例提出了一种采用直接刻写在掺铒光纤上的对称变波纹周期光栅为激光腔的超窄线宽单频光纤激光器。
本发明实施例提出的一种超窄线宽单频光纤激光器的光路结构如图1所示，由直接刻在掺铒光纤上的对称变波纹周期光栅1、波分复用器2、泵浦激光器3和光纤隔离器4组成。刻在掺稀土光纤上的对称变波纹周期光栅与波分复用器的信号端熔接，形成超窄线宽光纤激光谐振腔；泵浦激光器与波分复用器的泵浦端熔接，形成高效的后向激光泵浦；光纤隔离器的输入端与波分复用器的另一信号端连接，保证激光从光纤隔离器的输出端单向输出，避免后向反射光对激光器激发状态的影响。
具体地，对称变波纹周期光栅刻在掺铒光纤中部位置，可以通过定制的对称变波纹周期光纤光栅模板和紫外激光来刻写，也可采用氩离子紫外激光通过精密控制的微位移控制刻写在掺铒光纤。掺铒光纤长度约10米长，对称变波纹周期光栅的栅区长度一般为1～5cm。
直接刻写在掺稀土光纤上的对称变波纹周期光栅可以为超窄线宽光纤激光器的激光腔。掺稀土光纤可以为掺铒光纤、铒镱共掺光纤。泵浦激光器波长可以为808nm、980nm和1480nm波段。
泵浦激光3通过光纤波分复用器2对刻有对称变波纹周期光栅1的掺铒光纤的光纤激光腔进行泵浦，超窄线宽激光从波分复用器的另一信号端输出到光纤隔离器的输入端，通过光纤隔离器的输出端单向输出。
具体地，本发明实施例所述超窄线宽单频光纤激光器采用直接刻写在掺铒光纤上的对称变波纹周期光栅1为激光腔。对称变波纹周期光栅1为一种连续变相的相移光纤光栅，它不同于普通的周期均匀的相移光栅，而是折射率周期调制的相移光栅，图2为本发明实施例提供的一种对称变波纹周期光栅的折射率分布曲线示意图。对称变波纹周期光栅的折射率调制曲线，具有特殊的啁啾调制特性，在掺铒光纤中刻入对称变波纹周期光栅结构，将在有源光纤中形成一种特殊分布反馈效果，具备压缩线宽、降低了噪声和抑制了烧孔效应等特性，而且还能保证了激光输出参数的稳定性。
图3为本发明实施例提供的一种超窄线宽单频光纤激光器的典型输出光谱曲线，线宽小于100Hz。研究表明，通过优化，输出激光的线宽可以压缩到Hz量级。
综上所述，本发明实施例提供了一种结构简单的超窄线宽光纤激光器。具有结构简单，性能稳定，输出单频激光线宽超窄的优点。
本发明实施例采用直接刻写在掺铒光纤上的对称变波纹周期光栅为激光腔，在掺铒光纤中形成一种特殊分布反馈效果，具备压缩线宽、降低了噪声、抑制了烧孔效应等特性，能很好保证了激光输出参数的稳定性。由于这种直接制作在掺铒光纤中的激光腔长度较短(一般为厘米量级)，通过集成和密封封装，可以有效抑制或消除环境(温度、震动、声波等)变化对激光输出参数的影响，这对于形成适合现场应用的窄线宽光纤激光器是非常重要的。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种超窄线宽单频光纤激光器，其特征在于，由直接刻在掺稀土光纤上的对称变波纹周期光栅、波分复用器、泵浦激光和光纤隔离器组成，刻在掺稀土光纤上的对称变波纹周期光栅与波分复用器的信号端熔接，形成超窄线宽光纤激光谐振腔，泵浦激光器与波分复用器的泵浦端熔接，形成后向激光泵浦，光纤隔离器的输入端与波分复用器的另一信号端连接；
所述泵浦激光通过光纤波分复用器对刻有对称变波纹周期光栅的掺铒光纤的光纤激光腔进行泵浦，超窄线宽激光从波分复用器的另一信号端输出到光纤隔离器的输入端，通过光纤隔离器的输出端单向输出。
2.根据权利要求1所述的超窄线宽单频光纤激光器，其特征在于，对称变波纹周期光栅通过对称变波纹周期光纤光栅模板和紫外激光刻在掺铒光纤的中部位置；
或者，
对称变波纹周期光栅采用氩离子紫外激光通过微位移控制刻在掺铒光纤的中部位置。
3.根据权利要求1所述的超窄线宽单频光纤激光器，其特征在于，所述掺铒光纤长度为10米长，所述对称变波纹周期光栅的栅区长度为1～5cm。
4.根据权利要求1所述的超窄线宽单频光纤激光器，其特征在于，直接刻写在掺稀土光纤上的对称变波纹周期光栅为超窄线宽光纤激光器的激光腔。
5.根据权利要求1所述的超窄线宽单频光纤激光器，其特征在于，所述掺稀土光纤为掺铒光纤、铒镱共掺光纤。
6.根据权利要求1所述的超窄线宽单频光纤激光器，其特征在于，所述泵浦激光器波长为808nm、980nm和1480nm波段。
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