CN113851916A - 激光雷达用光纤激光器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光雷达用光纤激光器装置，包括激光器种子光源，用于发射信号光；第一光纤隔离器，与激光器种子光源相连接；泵浦光剥离器，与第一光纤隔离器相连接；铒镱双包层有源光纤，与泵浦光剥离器相连接；有源光纤合束器，与铒镱双包层有源光纤相连接，用于将泵浦激光与信号光纤进行合束；多模泵浦激光器，与有源光纤合束器相连接，发射泵浦激光；第二光纤隔离器，与有源光纤合束器相连接。采用了本发明的激光雷达用光纤激光器装置，采用一级放大方案即可实现高信噪比、高功率的激光输出。本装置采用单级光路结构，简单易于集成且成本低，具有高可靠性，也具有高分线性阈值。
Description
技术领域
本发明涉及激光雷达领域，具体是指一种激光雷达用光纤激光器装置。
背景技术
随着自动驾驶及自动驾驶辅助系统的发展，激光雷达的需求日益增长。目前，激光雷达的光源波长主要采用905nm和1550nm。1550nm.具备人眼安全、测量距离远、精度高等优点而逐渐成为技术主流。
1550nm脉冲光纤激光器作为激光雷达的核心部件在整个雷达系统中扮演着非常关键的作用。
为获得更远的探测距离以及更清晰的图像，要求1550nm激光器需满足数千瓦的峰值功率以及超高的光信噪比。脉冲主震荡功率放大器(MOPA)光纤激光器由于具备峰值功率高、光束质量好等优点而被广泛应用。
传统MOPA光纤激光器通常采用掺铒光纤放大器作为预放+铒镱共掺光纤放大器做为功放来保证高的输出光功率及信噪比，然而采用双级光路意味着需要更多的光器件及硬件驱动，因此其具有更高的成本、更大的外形尺寸以及更高的功耗。这与激光雷达光源要求高输出功率及信噪比的同时满足低功耗，低成本，结构紧凑，高可靠性的要求相违背。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足低功耗、低成本、结构紧凑、高可靠性的激光雷达用光纤激光器装置。
为了实现上述目的，本发明的激光雷达用光纤激光器装置如下：
该激光雷达用光纤激光器装置，其主要特点是，所述的装置包括：
激光器种子光源，用于发射信号光；
第一光纤隔离器，与所述的激光器种子光源相连接，用于避免多模泵浦激光器工作过程中的自发辐射噪声进入激光器种子光源；
泵浦光剥离器，与所述的第一光纤隔离器相连接，用于剥离剩余泵浦激光；
铒镱双包层有源光纤，与所述的泵浦光剥离器相连接，用于放大信号光；
有源光纤合束器，与所述的铒镱双包层有源光纤相连接，用于将泵浦激光与信号光纤进行合束；
多模泵浦激光器，与所述的有源光纤合束器相连接，用于发射泵浦激光；
第二光纤隔离器，与所述的有源光纤合束器相连接，用于防止后向回光进入激光器种子光源。
较佳地，所述的激光器种子光源发出脉冲激光经过第一光纤隔离器和泵浦光剥离器后进入铒镱双包层有源光纤，多模泵浦激光器发出泵浦激光经过有源光纤合束器进入铒镱双包层有源光纤，吸收泵浦光能量，进行信号放大，将放大后的信号通过第二光纤隔离器输出。
较佳地，所述的装置还包括光纤连接器，与所述的第二光纤隔离器相连接，用于连接光纤。
较佳地，所述的装置还包括检耦合器和Pin光电探测器，所述的检耦合器连接与所述的第二光纤隔离器和光纤连接器之间，所述的Pin光电探测器与所述的检耦合器相连接，用于控制并调整输出功率。
较佳地，所述的铒镱双包层有源光纤包括外包层、内包层和纤芯，所述的内包层包裹在纤芯外，所述的外包层包裹在内包层外。
较佳地，所述的激光器种子光源发射的信号光为1550nm，所述的多模泵浦激光器发射的泵浦激光为940nm。
采用了本发明的激光雷达用光纤激光器装置，采用一级放大方案即可实现高信噪比、高功率的激光输出。本装置采用单级光路结构，简单易于集成且成本低，具有高可靠性，也具有高分线性阈值，前端低信号功率时采用细心光纤，未引起非线性效应。后端采用粗芯光纤，有效避免非线性效应。
附图说明
图1为本发明的激光雷达用光纤激光器装置的光纤激光器示意图。
图2为本发明的激光雷达用光纤激光器装置的铒镱双包层有源光纤示意图。
图3为本发明的激光雷达用光纤激光器装置的完整的MOPA光纤激光器的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的该激光雷达用光纤激光器装置，其中包括：
激光器种子光源，用于发射信号光；
第一光纤隔离器，与所述的激光器种子光源相连接，用于避免多模泵浦激光器工作过程中的自发辐射噪声进入激光器种子光源；
泵浦光剥离器，与所述的第一光纤隔离器相连接，用于剥离剩余泵浦激光；
铒镱双包层有源光纤，与所述的泵浦光剥离器相连接，用于放大信号光；
有源光纤合束器，与所述的铒镱双包层有源光纤相连接，用于将泵浦激光与信号光纤进行合束；
多模泵浦激光器，与所述的有源光纤合束器相连接，用于发射泵浦激光；
第二光纤隔离器，与所述的有源光纤合束器相连接，用于防止后向回光进入激光器种子光源。
作为本发明的优选实施方式，所述的激光器种子光源发出脉冲激光经过第一光纤隔离器和泵浦光剥离器后进入铒镱双包层有源光纤，多模泵浦激光器发出泵浦激光经过有源光纤合束器进入铒镱双包层有源光纤，吸收泵浦光能量，进行信号放大，将放大后的信号通过第二光纤隔离器输出。
作为本发明的优选实施方式，所述的装置还包括光纤连接器，与所述的第二光纤隔离器相连接，用于连接光纤。
作为本发明的优选实施方式，所述的装置还包括检耦合器和Pin光电探测器，所述的检耦合器连接与所述的第二光纤隔离器和光纤连接器之间，所述的Pin光电探测器与所述的检耦合器相连接，用于控制并调整输出功率。
作为本发明的优选实施方式，所述的铒镱双包层有源光纤包括外包层、内包层和纤芯，所述的内包层包裹在纤芯外，所述的外包层包裹在内包层外。
作为本发明的优选实施方式，所述的激光器种子光源发射的信号光为1550nm，所述的多模泵浦激光器发射的泵浦激光为940nm。
本发明的具体实施方式中，提出一种基于掺杂浓度非均匀分布的铒镱双包层掺杂光纤的MOPA光纤激光器，其采用一级放大即可实现高输出功率及高信噪比输出。
本装置具有以下结构：
1550nm激光器种子光源Seed，为脉冲激光器提供信号光。
第一光纤隔离器ISO1，防止激光器工作过程中的自发辐射噪声ASE进入种子光源，发挥保护种子光源作用。
泵浦光剥离器Strriper，剥离剩余泵浦激光，以免泵浦光堆积而烧损熔接点。
铒镱双包层有源光纤EYDCF：铒镱双包层有源光纤，作为信号光放大的增益介质。
有源光纤合束器Combiner，将泵浦激光与信号光纤进行合束。
940nm多模泵浦激光器MM pump，为信号放大提供能量。
第二光纤隔离器ISO2，防止后向回光进入激光器。
光纤连接器Connector，FC/APC接口。
本装置的工作方式如下：
激光器种子光源发出脉冲激光经第一光纤隔离器及泵浦光剥离器后进入有源光纤，泵浦激光器发出泵浦激光经合束器进入有源光纤。增益介质吸收泵浦光能量，通过原子受激辐射实现信号放大。放大后的信号经iso2输出。
该设计的创新点在于光路中采用了一款掺杂浓度非均匀分布的铒镱双包层光纤，其掺杂浓度分布规律为随着长度的增加浓度近线性逐渐增大。
采用该光纤的原因：
由于种子光源输出功率仅为-10～-15dBm，受ASE影响，高掺杂浓度EYDCF并不适用于小信号放大，其过大的自发辐射效应带来了大量的噪声，将信号光埋没在噪声当中。且泵浦功率越高ASE越强。为在获得高输出功率的同时保证高OSNR。因此，EYDCF的掺杂浓度在其中起着非常关键的作用。一般而言，
低浓度掺杂光纤有益于小信号放大，但由于其吸收效率较低，无法实现高功率放大，然而高浓度掺杂光纤有益于实现高功率放大，但由于其吸收浓度高，微弱的输入信号在未实现放大时已经被其吸收，故无法实现小信号放大。基于此，该专利中采用掺杂浓度非均匀分布的有源光纤，其特点为掺杂浓度逐渐增大，在MOPA激光器放大过程中，微弱的种子光信号在掺杂浓度的光纤中被逐渐放大，随着光纤长度的增加信号逐渐变大，与此同时EYDCF的掺杂浓度逐渐变大，泵浦吸收效率逐渐提高，以至于在输出端获得1KW高输出功率的同时光信噪比>38dB，比传统单级放大方案提升约10dB。
此发明主光路设计，完整的MOPA光纤激光器的光路如图3所示，其中光纤激光器的主光路部分如图1所示，在主光路部分的输出端口增加检耦合器以及Pin光电探测器并与电路控制配合即可实现输出功率的控制及调整功能。
采用了本发明的激光雷达用光纤激光器装置，采用一级放大方案即可实现高信噪比、高功率的激光输出。本装置采用单级光路结构，简单易于集成且成本低，具有高可靠性，也具有高分线性阈值，前端低信号功率时采用细心光纤，未引起非线性效应。后端采用粗芯光纤，有效避免非线性效应。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (6)
1.一种激光雷达用光纤激光器装置，其特征在于，所述的装置包括：
激光器种子光源，用于发射信号光；
第一光纤隔离器，与所述的激光器种子光源相连接，用于避免多模泵浦激光器工作过程中的自发辐射噪声进入激光器种子光源；
泵浦光剥离器，与所述的第一光纤隔离器相连接，用于剥离剩余泵浦激光；
铒镱双包层有源光纤，与所述的泵浦光剥离器相连接，用于放大信号光；
有源光纤合束器，与所述的铒镱双包层有源光纤相连接，用于将泵浦激光与信号光纤进行合束；
多模泵浦激光器，与所述的有源光纤合束器相连接，用于发射泵浦激光；
第二光纤隔离器，与所述的有源光纤合束器相连接，用于防止后向回光进入激光器种子光源。
2.根据权利要求1所述的激光雷达用光纤激光器装置，其特征在于，所述的激光器种子光源发出脉冲激光经过第一光纤隔离器和泵浦光剥离器后进入铒镱双包层有源光纤，多模泵浦激光器发出泵浦激光经过有源光纤合束器进入铒镱双包层有源光纤，吸收泵浦光能量，进行信号放大，将放大后的信号通过第二光纤隔离器输出。
3.根据权利要求2所述的激光雷达用光纤激光器装置，其特征在于，所述的装置还包括光纤连接器，与所述的第二光纤隔离器相连接，用于连接光纤。
4.根据权利要求3所述的激光雷达用光纤激光器装置，其特征在于，所述的装置还包括检耦合器和Pin光电探测器，所述的检耦合器连接与所述的第二光纤隔离器和光纤连接器之间，所述的Pin光电探测器与所述的检耦合器相连接，用于控制并调整输出功率。
5.根据权利要求1所述的激光雷达用光纤激光器装置，其特征在于，所述的铒镱双包层有源光纤包括外包层、内包层和纤芯，所述的内包层包裹在纤芯外，所述的外包层包裹在内包层外。
6.根据权利要求1所述的激光雷达用光纤激光器装置，其特征在于，所述的激光器种子光源发射的信号光为1550nm，所述的多模泵浦激光器发射的泵浦激光为940nm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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