CN113131325B - 一种主动调q分布反馈光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种主动调Q分布反馈光纤激光器，单模半导体泵浦激光器与波分复用器的泵浦端相连，光纤隔离器与波分复用器的信号端相连，有源相移光纤光栅与波分复用器的公共端相连，以上构成分布反馈光纤激光器；有源相移光纤光栅固定在有源相移光纤光栅固定装置上，压力装置在驱动器控制下周期性挤压有源相移光纤光栅相移点，改变光纤光栅有效相移量，从而改变激光器阈值，实现主动调Q激光过程。本发明的有益效果为，充分利用了分布反馈光纤激光器的性能优点，简单的增加通过改变光栅相移量来调制激光腔Q的装置，实现激光的脉冲发射控制，达到了窄线宽和脉冲工作的目的。

Description

一种主动调Q分布反馈光纤激光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器技术领域，特别涉及一种主动调Q分布反馈光纤激光器。
背景技术
在分布式光纤传感和激光雷达等应用技术中，为了同时获得测量量和事件位置信息，往往要求光源具有窄线宽和短脉冲的性能。目前常用的技术手段是对连续波运转的窄线宽光源进行开关斩波而实现，如通过声光调制器或电光调制器等调制产生激光脉冲。但这样一方面增加了系统复杂性和成本，另一方面这种方法降低了激光能量的利用率。
脉冲型光纤激光器主要采用锁模和调Q方案，而调Q光纤激光器一般采用腔内插入调Q器件的主动调Q和利用可饱和吸收体的被动调Q等方案。如专利201320246806.X采用的是利用压电陶瓷或磁致伸缩器控制构成激光谐振腔的其中一个光栅波长，打破光纤光栅对的匹配特性，实现激光谐振腔的主动调Q；专利202010906261.5是一种短直腔自调Q单频脉冲光纤激光器，利用高掺杂增益光纤的可饱和吸收特性作为调Q元件，实现激光调Q和脉冲输出。
在窄线宽激光器中，分布反馈光纤激光器是一种固有单频激光器，具有最稳定的单模运转和最低的噪声性能，值得深入研究和推广应用。分布反馈光纤激光器以单一的有源相移光纤光栅作为谐振腔，谐振腔Q值取决于光栅相移量，当相移量为π时，激光器Q值最高，阈值最低，易于发射，而当相移量偏离π时，Q值变低，激光阈值变高，难以起振。
为此，申请人设计了一种实现分布反馈光纤激光器主动调Q脉冲输出的方法，通过应力扰动的方式改变分布反馈光纤激光器的有源相移光纤光栅的相移量，进而调节激光腔Q值，使得激光发射过程可以开关控制，获得脉冲窄线宽激光输出。
发明内容
本发明为了弥补现有技术中的不足，提供了一种分布反馈光纤激光器实现调Q输出的方法及装置。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种主动调Q分布反馈光纤激光器，包括单模半导体泵浦激光器、波分复用器、光纤隔离器、有源相移光纤光栅、有源相移光纤光栅固定装置、压力装置和驱动器，其特征在于：
所述单模半导体泵浦激光器与波分复用器的泵浦端相连，光纤隔离器与波分复用器的信号端相连，有源相移光纤光栅与波分复用器的公共端相连，以上构成分布反馈光纤激光器；
所述有源相移光纤光栅固定在有源相移光纤光栅固定装置上，压力装置在驱动器控制下周期性挤压有源相移光纤光栅相移点，改变光纤光栅有效相移量，从而改变激光器阈值，实现主动调Q激光过程。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述有源相移光纤光栅刻写在稀土杂光纤上，包括掺镱、掺铒、铒镱共掺光纤；所述有源相移光纤光栅原始相移量为π，有源相移光纤光栅相移点在光栅中间或偏向一侧。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述单模半导体泵浦激光器的工作波长与稀土掺杂光纤匹配，如掺镱光纤选择915nm或976nm波长，掺铒光纤选择976nm或1480nm波长；
所述波分复用器的工作波长与稀土掺杂光纤和单模半导体泵浦激光器匹配；
所述光纤隔离器的工作波长与稀土掺杂光纤和波分复用器匹配。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述有源相移光纤光栅固定装置由塑性材料制作，具有圆弧形表面，有源相移光纤光栅两侧粘接在源相移光纤光栅固定装置上。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述压力装置由压电陶瓷或磁致伸缩材料制成，在驱动器控制下可周期性伸缩运动。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述驱动器控制压力装置的伸缩频率低于分布反馈光纤激光器的驰豫振荡频率，频率小于100kHz。
本发明的有益效果是：
分布反馈光纤激光器本身是一种性能优良的窄线宽激光器，具有低噪声、稳定单频、低阈值等优点，但它是连续输出工作的。在某些要求脉冲激光信号的应用中，就必须由声光调制器或电光调制器等配合实现脉冲激光输出。现有的脉冲窄线宽光源，采用的方案往往难以保证稳定单频性能，或者在实现脉冲调制的过程中会导致线宽、噪声等的劣化。本发明充分利用了分布反馈光纤激光器的性能优点，简单的增加通过改变光栅相移量来调制激光腔Q的装置，实现激光的脉冲发射控制，达到了窄线宽和脉冲工作的目的。
附图说明
图1为本发明的分布反馈光纤激光器基本光路示意图；
图2为本发明的调Q装置基本结构示意图。
图中，
1、单模半导体泵浦激光器，2、波分复用器，3、光纤隔离器，4、有源相移光纤光栅，401、光栅相移点，5、有源相移光纤光栅固定装置，6、压力装置，7、驱动器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电性连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1-图2为本发明的一种具体实施例，本实施例提供一种分布反馈光纤激光器实现主动调Q脉冲激光输出的方法和实现装置。在有源相移光纤光栅制作时，相移量严格控制在π，但当光纤光栅受温度或应力影响时，由于热光效应和弹光效应的存在，光纤折射率会发生变化，从而会使得光栅相移量也偏离π。因此，通过应力扰动或温度场扰动的方式改变分布反馈光纤激光器的有源相移光纤光栅的相移量，进而调节激光腔Q值，使得激光发射过程可以开关控制，获得脉冲激光输出。这种光源将有效地满足分布式光纤传感和激光雷达等应用对光源窄线宽和短脉冲性能的要求。
如图1所示，本实施例的一种掺铒的调Q分布反馈光纤激光器，其基本光路结构为，980nm单模半导体泵浦激光器1与980/1550波分复用器2泵浦端相连，光纤隔离器3与波分复用器2信号端相连，掺铒相移光纤光栅4与波分复用器2公共端相连，在980nm单模半导体泵浦激光器1的泵浦驱动下，连续工作的窄线宽激光由光纤隔离器3端输出。
如图2所示，掺铒相移光纤光栅4固定在有源相移光纤光栅固定装置5上，有源相移光纤光栅固定装置5由塑性材料制作，具有圆弧形表面，其曲率半径在10cm-100cm之间，掺铒相移光纤光栅4拉直后，将两侧粘接在源相移光纤光栅固定装置5上。
本实施例的掺铒相移光纤光栅4长度一般在20-100mm，有源相移光纤光栅固定装置5的弧面尺寸略大于掺铒相移光纤光栅4。
压力装置6由压电陶瓷或磁致伸缩材料等制成，其运动方向对准掺铒相移光纤光栅4相移点位置，其位置应以在伸长状态时能够对掺铒相移光纤光栅相移点401施加压力为宜。在分布反馈光纤激光器连续输出状态，驱动器7对压力装置6施加信号加力至掺铒相移光纤光栅相移点401，直至激光不能工作时，记作压力装置6的信号强度。
驱动器7施加10kHz-100kHz的周期信号给压力装置6，使其以10kHz-100kHz的频率对掺铒相移光纤光栅相移点401施加压力，周期性调制光纤光栅有效相移量，从而改变激光器阈值，实现主动调Q激光过程，获得10kHz-100kHz重复频率的激光脉冲信号。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种主动调Q分布反馈光纤激光器，包括单模半导体泵浦激光器（1）、波分复用器（2）、光纤隔离器（3）、有源相移光纤光栅（4）、有源相移光纤光栅固定装置（5）、压力装置（6）和驱动器（7），其特征在于：
所述单模半导体泵浦激光器（1）与波分复用器（2）的泵浦端相连，光纤隔离器（3）与波分复用器（2）的信号端相连，有源相移光纤光栅（4）与波分复用器（2）的公共端相连，以上构成分布反馈光纤激光器；
所述有源相移光纤光栅（4）固定在有源相移光纤光栅固定装置（5）上，压力装置（6）在驱动器（7）控制下周期性挤压有源相移光纤光栅相移点（401），改变光纤光栅有效相移量，从而改变激光器阈值，实现主动调Q激光过程；
所述有源相移光纤光栅（4）刻写在稀土杂光纤上，包括掺镱、掺铒、铒镱共掺光纤；所述有源相移光纤光栅（4）原始相移量为π，有源相移光纤光栅相移点（401）在光栅中间或偏向一侧。
2.根据权利要求1所述的主动调Q分布反馈光纤激光器，其特征在于：
所述单模半导体泵浦激光器（1）的工作波长与稀土掺杂光纤匹配，如掺镱光纤选择915nm或976nm波长，掺铒光纤选择976nm或1480nm波长；
所述波分复用器（2）的工作波长与稀土掺杂光纤和单模半导体泵浦激光器（1）匹配；
所述光纤隔离器（3）的工作波长与稀土掺杂光纤和波分复用器（2）匹配。
3.根据权利要求1所述的主动调Q分布反馈光纤激光器，其特征在于：
所述有源相移光纤光栅固定装置（5）由塑性材料制作，具有圆弧形表面，有源相移光纤光栅（4）两侧粘接在源相移光纤光栅固定装置（5）上。
4.根据权利要求1所述的主动调Q分布反馈光纤激光器，其特征在于：
所述压力装置（6）由压电陶瓷或磁致伸缩材料制成，在驱动器（7）控制下可周期性伸缩运动。
5.根据权利要求1所述的主动调Q分布反馈光纤激光器，其特征在于：
所述驱动器（7）控制压力装置（6）的伸缩频率低于分布反馈光纤激光器的驰豫振荡频率，频率小于100kHz。
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