CN116231427A - 一种1.5um脉冲光纤激光器光源 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种1.5um脉冲光纤激光器光源，包括，依次连接的种子源、在线隔离器、环形器、第一波分复用器、有源光纤、信号反射器、滤光装置、光电探测器；所述第一波分复用器连接有第一泵浦源；所述光电探测器连接有主控制器，其中所述主控制器还与种子源连接；所述第一泵浦源与所述主控制器连接，其中所述主控制器还连接有第一泵浦温度探测器；其中通过主控制器接收并基于种子源的发光功率及光电探测器产生的输出电流分别对所述第一泵浦源及种子源进行功率调节，接收并根据第一泵浦源及种子源的温度信号分别对第一泵浦源及种子源进行温控调节；所述环形器连接有输出光纤，通过输出光纤输出1.5um脉冲。

Description

一种1.5um脉冲光纤激光器光源

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种1.5um脉冲光纤激光器光源。

背景技术

当前技术DFB半导体激光器，输出功率比较小(5mW～100mW)，影响测距量程，需要对DFB半导体激光器发出的信号光进行放大。现有的技术，在脉冲条件下，通过一级放大的1.5um脉冲光纤激光器光源平均输出功率约为1W甚至更小，电光转换效率低下(约为10％)。为了得到更大的输出功率，实现长距离的探测，需要增加有源光纤、混合器件及泵浦源等元件，对DFB半导体激光器发出的信号光进行二级甚至多级放大才能实现更高功率的输出。

对当前技术1.5um脉冲光纤激光器光源介绍：种子源发出的信号光依次经过在线隔离器进入一级有源光纤，一级泵浦源发出泵浦光经过一级放大混合器件反射端进入一级有源光纤，一级有源光纤吸收能量后将种子源信号光进行一级放大，通过一级混合器件输出端输出，进入二级有源光纤，二级泵浦源发出泵浦光能量经二级混合器件反射后进入二级有源光纤，二级有源光纤对种子源信号光做二级放大，依次通过二级混合器件、在线隔离器，最后通过输出光纤10输出放大后的种子源信号光。

当前的1.5um光纤激光器光源的缺点是电光效率低、功耗高、体积大、成本过高、未集成主控制器电路对种子源、泵浦源工作状态进行监控、调整以保证预期输出功率。

发明内容

为解决上述现有技术中所存在的问题，本发明提供一种1.5um脉冲光纤激光器光源，能够满足1.5um光纤激光器光源高的电光效率、小体积、低功耗、输出功率稳定及有效的控制成本。

为了实现上述技术目的，本发明提供了如下技术方案：一种1.5um脉冲光纤激光器光源，包括：

依次连接的种子源、在线隔离器、环形器、第一波分复用器、有源光纤、信号反射器、滤光装置、光电探测器；

所述第一波分复用器连接有第一泵浦源；所述光电探测器连接有主控制器，其中所述主控制器还与种子源连接；所述第一泵浦源与所述主控制器连接，其中所述主控制器还连接有第一泵浦温度探测器；

其中通过主控制器接收并基于种子源的发光功率及光电探测器产生的输出电流分别对所述第一泵浦源及种子源进行功率调节，接收并根据第一泵浦源及种子源的温度信号分别对第一泵浦源及种子源进行温控调节；

所述环形器连接有输出光纤，通过输出光纤输出1.5um脉冲。

可选的，所述种子源为DFB半导体激光器，其中所述DFB半导体激光器设置有半导体制冷器。

可选的，所述第一波分复用器包括依次连接的单光纤准直器、分波片及双光纤准直器，其中所述分波片包括ASE滤波片和泵浦光反射膜片。

可选的，所述有源光纤采用双包层铒镱共掺光纤。

可选的，所述信号光反射器采用Bragg光纤光栅。

可选的，所述滤光装置采用ASE滤光片或信号光透射型光纤光栅。

可选的，还包括第二波分复用器，其中所述第二波分复用器连接于所述有源光纤及信号光反射器之间，所述第二波分复用器连接有第二泵浦源，其中所述第二泵浦源与主控制器连接，所述主控制器还连接有第二泵浦温度探测器，其中所述主控制器还用于获取并根据第二泵浦源的温度信号，对第二泵浦源进行温控调节，并基于光电探测器产生的输出电流，对第二泵浦源进行功率调节。

可选的，所述主控制器中，对所述第一泵浦源及种子源进行功率调节的过程包括：

对所述输出电流进行判断，若所述输出电流小于第一标定值，优先调节所述第一泵浦源的工作电流，当所述输出电流还小于标定值，则调节种子源的工作电流以使输出电流达到标定值；当所述种子源的发光功率大于第二标定值，则调节种子源的工作电流，并对所述输出电流进行判断以实现对所述第一泵浦源及种子源进行功率调节。

可选的，当添加所述第二泵浦源时，主控制器中，若所述输出电流小于第一标定值，优先调节优先调节所述第一泵浦源及第二泵浦源的工作电流，当所述输出电流还小于标定值，则调节种子源的工作电流以使输出电流达到标定值。

本发明具有如下技术效果：

本发明基于反射器反射信号光，利用有源光纤残余的泵浦能量，对信号光进行二次放大，最终由环形器回路接收、输出，其优点在于：

(1)在种子源信号光一级放大基础上，不增加泵浦源、波分复用器、有源光纤等元件的前提下，信号光反射器对种子源信号光反射回有源光纤，充分利用泵浦光的残余能量，对种子源信号光进行二次放大，提高1.5um光纤激光器的输出功率；

(2)反射器及环形器具有技术成熟、尺寸小优点，较传统技术二次放大所需要增加的泵浦源、有源光纤、波分复用器件，本发明有效降低1.5um光纤激光器光源体积；

(3)本发明较当前1.5um光纤激光器光源成本更低；

利用主控制器电路对种子源及信号光功率的监控，可实现自动调节种子源及泵浦的参数设置，提高输出功率稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，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1提供的装置结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的环形器结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的第一波分复用器件结构示意图；

图4为本发明实施例1提供的主控制器电路结构示意图；

图5为本发明实施例2提供的装置结构示意图；

图6为本发明实施例2提供的第二波分复用器件结构示意图；

图7为本发明实施例2提供的主控制器电路结构示意图；

其中，1-种子源、2-在线隔离器、3-环形器、4-1.5um脉冲光纤激光器光源输出光纤、5-波分复用器、6-第一泵浦源、7-有源光纤、8-信号光反射器、9-滤光装置、10-光电探测器、11-第一泵浦温度探测器、12-主控制器、

13-第二波分复用器、14-第二泵浦源、15第二泵浦温度探测器；

31-第一传输光纤、32-第二传输光纤、33-第一双光纤准直器、34-法拉第旋转器、35-第一单纤准直器、36-输出端传输光纤；

51-第三传输光纤、52-第一泵浦源传输光纤、53-第二双光纤准直器、54-第一分波片、55-第二单光纤准直器、56-第四传输光纤；

121-光电探测器电流接收线路、122-第一泵浦温度探测电流接收线路、123-种子源背光电流接收线路、124-种子源TEC电流接收线路、125-种子源TEC回馈电流线路、126-种子源芯片回馈电流线路、127-第一泵浦源回馈电流线路、128-第二泵浦源回馈电流线路，129-第二泵浦温度探测电流接收线路。

131-第五传输光纤、132-第二泵浦源传输光纤、133-第三双光纤准直器、134-第二分波片、135-第三单光纤准直器、136-第六传输光纤。

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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

鉴于现有的1.5um光纤激光器光源为了实现更高的输出功率所带来的功耗高、体积大、成本高及电光转换效率低下问题，本发明的目的在于提供一种1.5um脉冲激光光源及其控制方法。通过反射器对放大的种子源信号光反射回有源光纤，实现对种子源信号光的二次放大。二次放大的种子源信号光，通过环形器回路实现输出。其次，在电路上增加对种子源背光电流、种子源TEC温度及1.5um光纤激光器输出功率的探测监控，用户根据需求设定输出功率后，如主控制器12探测到1.5um光纤激光器输出功率发生变化，通过电路回路，主控制器12对种子源1及泵浦源输出电流进行调节，从而获得稳定的输出功率。该发明输出效果，可以同时满足高的电光效率、小体积、低功耗、输出功率稳定及有效的控制成本。

一种1.5um脉冲激光光源，包括种子源1、在线隔离器2、环形器3、波分复用器，有源光纤7、信号反射器8、、滤光装置9(采用ASE滤光片或者信号光透射型光纤光栅)、光电探测器10、主控制器12和1.5um脉冲激光光源输出光纤4；所述1.5um脉冲激光光源还包括一个泵浦光源或两个泵浦光源；所述泵浦光源为一个时，所述种子光源1、在线隔离器2、环形器3、波分复用器件5、有源光纤7、信号光反射器8、滤光装置9、光电探测器10依次连接；所述1.5um脉冲激光光源输出光纤4与环形器3连接；所述第一泵浦源6与第一波分复用器5连接；所述主控制器12在电路上与种子源1、第一泵浦源6、第一泵浦温度探测器11相连接。所述泵浦光源为两个时，种子光源1、在线隔离器2、环形器3、第一波分复用器件5、有源光纤7、第二波分复用器13、信号光反射器8、滤光装置9和光电探测器10依次连接；所述1.5um脉冲激光光源输出光纤4与环形器3连接；所述泵浦光源均与波分复用器件连接；所述主控制器12在电路上与种子源1、两个泵浦源、两个泵浦温度监控传感器相连接。

作为一些实施例，所述种子源1为DFB半导体激光器，带TEC(Thermo ElectricCooler)半导体制冷器控制，所述种子源1输出光波长范围：1530nm～1565nm，功率范围：10～100mW，输出光纤为单模；

作为一些实施例，所述环形器3为单模光纤，3端口器件；

作为一些实施例，所述波分复用器包括分波片(采用ASE滤波片或泵浦光反射膜片)、单光纤准直器和双光纤准直器；

作为一些实施例，所述双光纤准直器包括两根光纤，一根光纤为双包层无源光纤其芯径为9um，内包层直接为125um，另一根光纤为多模泵浦光纤，芯径为105um；

作为一些实施例，所述有源光纤7采用双包层铒镱共掺光纤。

作为一些实施例，所述信号光反射器8为Bragg光纤光栅，反射波长为信号光中心波长+/-3nm。信号光可以是1530-1565nm，发射率>99％，同时带有0.02％～1％TAP输出端，输出信号光。

作为一些实施例，所述光电探测器10为InGaAs材料的光电二极管(Photo-Diode)

进一步的，所述主控制器12，能够探测种子源1背光功率、种子源1温度、光电探测器10接收光功率及泵浦源工作温度，并根据接收到的信号进行反馈、调整种子源1、泵浦源工作参数，实现用户需求的1.5um脉冲激光光源输出功率。

本发明光束的传输路径为：种子光源1产生信号光，依次经过在线隔离器2、环形器3、波分复用器件，同时泵浦源产生泵浦能量光经波分复用器反射端反射与信号光均进入有源光纤7，信号光经有源光纤7放大后，进入Bragg光纤，主信号光经光栅反射器将进行反射，反射后的信号光依次进入有源光纤7、波分复用器、环形器3，最后由1.5um光纤激光器光源输出光纤4出光；Bragg光纤反射器TAP端的小功率信号光经过ASE滤波片或者信号光透射式的Bragg光纤光栅过滤掉ASE光后进入光电探测器10，转换为电流，对放大后的信号光光功率进行探测并输出给电路主控制器12。

本发明电路部分的传输路径为：种子源背光电流、TEC电流、光电探测器电流及监控泵浦温度传感器电流传输给主控制器12，主控制器12根据接收到的电流信号向种子源1、泵浦源输出反馈电流进行工作参数调节。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

同等泵浦数量情况下，Bragg光纤光栅信号光反射器8对信号光反射回有源光纤，利用泵浦光在有源光纤7残余能量对反射的信号光再次放大，从而达到信号光放大和输出效果，双程放大减少对有源光纤长度的需求；提高了电光转换效率，降低了体积、功耗和成本，较现有技术相比，能够输出更高的信号光功率。同时，利用主控制器12电路对种子源1及信号光功率的监控，可实现自动调节种子源1及泵浦的参数设置，提高输出功率稳定性。

以下结合附图和实施例1对本发发明作进一步说明。

实施例1：

参照图1，本实施例的1.5um脉冲激光光源，包括种子源1、在线隔离器2、环形器3、1.5um脉冲光纤激光器光源输出光纤4、第一波分复用器件5、第一泵浦源6、双包层铒镱共掺有源光纤7、信号光反射器8、采用ASE滤光片或者信号光透射型光纤光栅的滤光装置9、光电探测器10、第一泵浦温度探测器11、主控制器12；

参照图2，环形器3，由第一传输光纤31、第二传输光纤32、输出端传输光纤36、第一双光纤准直器33、法拉第旋转器34和第一单纤准直器35组成。其中第一传输光纤31、32-第二传输光纤32、输出端传输光纤36均为单模光纤；

参照图3，波分复用器件5，由第三传输光纤51、第一泵浦源传输光纤52、第二双光纤准直器53、第一分波片54(包括泵浦反射和ASE滤波片)、第二单光纤准直器55和第四传输光纤56组成。其中第四传输光纤26为单模芯径为8um，双光纤端一根为双包层无源的第三传输光纤51，另一根为模泵浦光多模光纤的第一泵浦源传输光纤52，芯径为105um；

参照图4，主控制器12，其电路由光电探测器电流接收线路121、第一泵浦温度探测电流接收线路122、种子源背光电流接收线路123、种子源TEC电流接收线路124、种子源TEC回馈电流线路125、种子源芯片回馈电流线路126、第一泵浦源回馈电流线路127组成；

在本实施例中，种子源1输出单模信号光，从左向右依次传输，通过在线隔离器2输出，进入环形器第一传输光纤31，由环形器输出端传输光纤36输出，进入第一波分复用器5的第四传输光纤56，通过第一分波片54进入传输光纤51。同时，泵浦源6发出泵浦光，进入第一波分复用器件5的第一泵浦源传输光纤52，经过包含有泵浦反射和ASE滤波片的第一分波片54反射后，进入第三传输光纤51。种子源信号光与泵浦光均进入有源光纤7。种子源信号光在有源光纤7被放大，放大的信号光到达最右端信号光反射器8被分成两路，其中一路大信号光由输入端被反射回有源光纤7，有源光纤利用残余泵浦光能量对种子源信号光再次放大并伴随着ASE光产生，再次放大的信号光及ASE光通过第三光纤传输51进入第一波分复用器件5的包含有ASE滤波片第一分波片54，ASE光被过滤掉，信号光则正常通过进入第一波分复用器5透射端传输光纤5.6，到达环形器3的第二传输光纤32，经过1.5um脉冲光纤激光器光源输出光纤4输出二次放大的信号光。进入信号光反射器8的另一路小功率信号光由TAP端输出，经过采用ASE滤波片或者信号光透射型光纤光栅的滤光装置9过滤后，进入光电探测器10，将光转换为电流，主控制器12通过光电探测器电流接收线路121接收光电探测器10输出电流，如果探测到输出电流不在标定范围值内，则主控制器12优先通过泵浦源回馈电流线路127向第一泵浦源6调节输出电流，如果还未达到预期输出功率，则继续通过种子源芯片回馈电流线路126调节种子源1输出电流最终达到预期输出功率；主控制器12通过第一泵浦温度探测电流接收线路122接收第一泵浦温度探测器11的温度信号，如果第一泵浦源6温度过高，则发出超温报警或者关闭电源保护泵浦源；主控制器12通过种子源背光电流接收线路123探测种子源1芯片发光功率，如果探测到芯片输出功率变化超过标定值，则通过种子源芯片回馈电流线路126调节种子源1工作电流；主控制器12通过种子源TEC电流接收线路124探测种子源温度，并通过种子源TEC回馈电流线路12.5调整TEC电流，实现对种子源1进行温控。该方案可以提高泵浦光利用率，提高电光转换效率，减少功耗，增大输出功率，降低成本，通过主控制器12对反射器TAP输出端功率、种子源1、第一泵浦源6的温度及功率探测、回馈，能够实时的调整各部件工作条件，达到稳定的信号光输出功率。

实施例2：

参照图5，另一本实施例的1.5um脉冲激光光源，包括种子源1、在线隔离器2、环形器3、1.5um脉冲光纤激光器光源输出光纤4、第一波分复用器件5、第二波分复用器件13、第一泵浦源6、第二泵浦源14、双包层铒镱共掺有源光纤7、信号光反射器8、采用ASE滤光片或者信号光透射型光纤光栅的滤光装置9、光电探测器10、主控制器12、第一泵浦温度探测器11和第二泵浦温度探测器15；

参照图6，第二波分复用器件13，由第五传输光纤131、第二泵浦源传输光纤132、第三双光纤准直器133、包括泵浦反射和ASE滤波片的第二分波片134、第三单光纤准直器135和第六传输光纤136组成。其中第六传输光纤136为单模芯径为8um，双光纤端一根为双包层无源光纤的第五传输光纤131，另一根为模泵浦光多模光纤的第二泵浦传输光纤132，芯径为105um；

参照图7，主控制器12，其电路由光电探测器电流接收线路121、第一泵浦温度探测电流接收线路122和第二泵浦温度探测电流接收线路129、种子源背光电流接收线路123、种子源TEC电流接收线路124、种子源TEC回馈电流线路125、种子源芯片回馈电流线路126、第一泵浦源回馈电流线路127、第二泵浦源回馈电流线路128组成。

在本实施例中，泵浦光源为多模半导体泵浦，波长915nm～976nm，输出功率5～10W。

如图5、图6、图7所示，本实施例提供另一种双泵浦放大方案，主信号光经信号反射器8反射后与泵浦光进入同一根有源光纤7的方案。和方案1类似，在此方案中，种子源信号光1依次通过在线隔离器2、环形器3、波分复用器件5、与第一泵浦源6和第二泵浦源10发出的泵浦光进入有源光纤7,放大的信号光进入第五传输光纤131，经过包含有ASE滤波片的第二分波片134后进入第六传输光纤136，到达最右端的信号光反射器8，经信号反射器8对主信号光进行反射后，通过第二波分复用器件第五传输光纤131，返回有源光纤7，对信号光进行再次放大，进入第一波分复用器件5，继续向环形器3传输，最终由1.5um光纤激光器光源输出光纤4实现信号光的输出。另一端小功率的信号光通过信号光反射器8TAP端输出,经采用ASE滤波片或者信号光透射型光纤光栅的滤光装置9过滤后，进入光电探测器10，光信号转换为电信号。主控制器12对种子源1、第一泵浦源6和第二泵浦源10及光电探测器10信号的接收与回馈与方案一相似，区别之处在于增加了一个泵浦温度探测器，从而实现对两个泵浦源进行温度监控。

本实施例2方案在实施例1的基础上，除了拥有实施例1的优点外，较实施例1进一步提高了输出功率，实现更远距离的探测。

以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种1.5um脉冲光纤激光器光源，其特征在于，包括：

依次连接的种子源、在线隔离器、环形器、第一波分复用器、有源光纤、信号反射器、滤光装置、光电探测器；

所述第一波分复用器连接有第一泵浦源；所述光电探测器连接有主控制器，其中所述主控制器还与种子源连接；所述第一泵浦源与所述主控制器连接，其中所述主控制器还连接有第一泵浦温度探测器；

其中通过主控制器接收并基于种子源的发光功率及光电探测器产生的输出电流分别对所述第一泵浦源及种子源进行功率调节，接收并根据第一泵浦源及种子源的温度信号分别对第一泵浦源及种子源进行温控调节；

所述环形器连接有输出光纤，通过输出光纤输出1.5um脉冲。

2.根据权利要求1所述的1.5um脉冲光纤激光器光源，其特征在于：

所述种子源为DFB半导体激光器，其中所述DFB半导体激光器设置有半导体制冷器。

3.根据权利要求1所述的1.5um脉冲光纤激光器光源，其特征在于：

所述第一波分复用器包括依次连接的单光纤准直器、分波片及双光纤准直器，其中所述分波片包括ASE滤波片和泵浦光反射膜片。

4.根据权利要求1所述的1.5um脉冲光纤激光器光源，其特征在于：

所述有源光纤采用双包层铒镱共掺光纤。

5.根据权利要求1所述的1.5um脉冲光纤激光器光源，其特征在于：

所述信号光反射器采用Bragg光纤光栅。

6.根据权利要求1所述的1.5um脉冲光纤激光器光源，其特征在于：

所述滤光装置采用ASE滤光片或信号光透射型光纤光栅。

7.根据权利要求1所述的1.5um脉冲光纤激光器光源，其特征在于：

还包括第二波分复用器，其中所述第二波分复用器连接于所述有源光纤及信号光反射器之间，所述第二波分复用器连接有第二泵浦源，其中所述第二泵浦源与主控制器连接，所述主控制器还连接有第二泵浦温度探测器，其中所述主控制器还用于获取并根据第二泵浦源的温度信号，对第二泵浦源进行温控调节，并基于光电探测器产生的输出电流，对第二泵浦源进行功率调节。

8.根据权利要求7所述的1.5um脉冲光纤激光器光源，其特征在于：

所述主控制器中，对所述第一泵浦源及种子源进行功率调节的过程包括：

对所述输出电流进行判断，若所述输出电流小于第一标定值，优先调节所述第一泵浦源的工作电流，当所述输出电流还小于标定值，则调节种子源的工作电流以使输出电流达到标定值；当所述种子源的发光功率大于第二标定值，则调节种子源的工作电流，并对所述输出电流进行判断以实现对所述第一泵浦源及种子源进行功率调节。

9.根据权利要求8所述的1.5um脉冲光纤激光器光源，其特征在于：

当添加所述第二泵浦源时，主控制器中，若所述输出电流小于第一标定值，优先调节优先调节所述第一泵浦源及第二泵浦源的工作电流，当所述输出电流还小于标定值，则调节种子源的工作电流以使输出电流达到标定值。

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