CN116565678B - 一种激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种激光器，包括外腔和半导体光源，外腔包括非保偏光纤、耦合透镜、双折射材料、起偏器和外腔镜；半导体光源用于光的输入；非保偏光纤具有双折射效应，会改变光的偏振状态；耦合透镜用于耦合非保偏光纤和双折射材料之间的光；双折射材料用于补偿非保偏光纤的双折射效应，将部分波长的光转换成具有与起偏器的偏振化方向相一致的偏振状态；起偏器用于被光透过后按照偏振化方向产生线偏振光；外腔镜用于使光在外腔内折返振荡，并被部分光透过，输出线偏振光。本发明激光器用普通光纤和双折射材料取代原先的保偏光纤，进而降低了激光器的制造成本,降低光纤的传输损耗。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种激光器。
背景技术
光信号的偏振控制和转换在实际应用有很重要的意义，在光纤通信等领域具有广泛的应用。在实际中，常规光纤在生产过程中，会受到外力作用等原因，使光纤粗细不均匀或弯曲等，就会使其产生双折射现象。当光纤受到任何外部干扰，例如波长、弯曲度、温度等的影响因素时，光的偏振态在常规光纤中传输时就会变得杂乱无章。
现有技术中，参照图1所示，为了使光纤输出线偏振光，光纤激光器的外腔即第一外腔镜4.1和第二外腔镜4.2之间安装有保偏光纤7。保偏光纤7可以保持某一方向线偏振的入射光束的偏振态。因此可以通过保偏光纤传输线偏振光。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：保偏光纤往往具有特殊的结构，成本较高，使用时必须严格对准偏振方向，制造过程比较复杂，并且保偏光纤传输损耗比普通光纤高。
发明内容
本发明旨至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种无需使用保偏光纤、成本较低的可以输出线偏振光的激光器。
为达到上述目的，本发明提出的一种激光器，包括外腔和半导体光源，所述外腔包括非保偏光纤、耦合透镜、双折射材料、起偏器和外腔镜；
所述半导体光源用于光的输入；
所述非保偏光纤具有双折射效应，会改变所述光的偏振状态；
所述耦合透镜用于耦合所述非保偏光纤和所述双折射材料之间的所述光；
所述双折射材料用于补偿所述非保偏光纤的双折射效应，将部分波长的所述光转换成具有与所述起偏器的偏振化方向相一致的偏振状态；
所述起偏器用于被所述光透过后按照偏振化方向产生线偏振光；
所述外腔镜用于使所述光在所述外腔内折返振荡，并被部分所述光透过，输出线偏振光。
根据本发明的激光器，在激光器设置非保偏光纤和双折射材料，双折射材料的双折射效应与非保偏光纤本身的双折射效应结合后，会使一部分波长的光能够在经过双折射材料后具有与起偏器的偏振化方向相符的偏振状态，从而输出所需的线偏振光，因此可以取代原先的保偏光纤，进而降低了激光器的制造成本, 降低光纤的传输损耗。
根据本发明的一个实施例，所述半导体光源为半导体激光器（11）, 或者所述半导体光源被配置用于泵浦光纤激光器或固体激光器的泵浦源（1）。
根据本发明的一个实施例，所述非保偏光纤为有源光纤或无源光纤。
根据本发明的一个实施例，所述外腔镜的数量为1个或2个。
根据本发明的一个实施例，所述外腔包括所述半导体光源。
根据本发明的一个实施例，所述耦合透镜的数量为1个或2个，所述耦合透镜临近设置在所述非保偏光纤的端面。
根据本发明的一个实施例，还包括准直透镜，所述准直透镜设置在所述泵浦源出光面的前方，用于对所述泵浦源射出的光束准直。
根据本发明的一个实施例，所述外腔还包括激光晶体，所述激光晶体被配置用于增益介质。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分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
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中：
图1是现有技术中光纤激光器的示意图。
图2是本发明第一实施例提出的激光器的结构示意图。
图3是本发明第一实施例激光器中的有源光纤变化前的光谱图。
图4是本发明第一实施例激光器中的有源光纤变化后的光谱图。
图5是本发明第二实施例提出的激光器的结构示意图。
图6是本发明第二实施例激光器中的无源光纤变化前的光谱图。
图7是本发明第二实施例激光器中的无源光纤变化后的光谱图。
图8是本发明第三实施例提出的激光器的结构示意图。
附图标记说明：
1-泵浦源，2-泵浦光束，3-准直透镜，4.1-第一外腔镜，4.2-第二外腔镜，5-激光，6.1-第一耦合透镜，6.2-第二耦合透镜，7-保偏光纤，8-双折射材料，9-起偏器，10-无源光纤，11-半导体激光器，12-激光晶体，13-有源光纤。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例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例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
结合图2至图8所示，本实施例提出一种激光器，包括外腔和半导体光源，其中外腔包括非保偏光纤、耦合透镜、双折射材料8、起偏器9和外腔镜。
光入射到各向异性晶体中时，折射光将分开为两束，它们的折射程度不同，这种现象成为双折射。具有双折射现象的材料为双折射材料。双折射材料一般为晶体。双折射材料可以制作成波片。波片的制作材料多种多样，例如石英石、方解石、电气石等。
半导体光源用于光的输入。半导体光源能够向非保偏光纤输入光。非保偏光纤具有双折射效应，会改变光的偏振状态。非保偏光纤是常规光纤。从理论上来说，常规光纤是圆芯的应该不会产生双折射，并且常规光纤的偏振态在传播过程中是不会改变的。然而，在实际中，常规光纤在生产过程中，会受到外力作用等原因，使常规光纤粗细不均匀或弯曲等，就会使其产生双折射现象。当常规光纤受到任何外部干扰，例如波长、弯曲度、温度等的影响因素时，光的偏振态在常规光纤中传输时就会变得杂乱无章。
耦合透镜用于耦合非保偏光纤和双折射材料8之间的光。双折射材料8用于补偿非保偏光纤的双折射效应，将部分波长的光转换成具有与起偏器9的偏振化方向相一致的偏振状态。起偏器9用于被光透过后按照偏振化方向产生线偏振光。外腔镜用于使光在外腔内折返振荡，并被部分光透过，输出线偏振光。
进一步，起偏器9的数量可以为一个或多个，被配置用于使s偏振光反射而使p偏振光通过。
由于非保偏光纤的双折射效应，非保偏光纤射出的激光5的两个偏振方向间具有一定的光程差，偏振方向与起偏器9的偏振化方向不符。在经过双折射材料8之前，不同的波长在两个偏振方向间会产生不同的光程差。一部分波长的激光5会在经过双折射材料8后，具有与起偏器9偏振化方向相符的偏振方向。这部分波长的光经过外腔镜反射后，在外腔内折返振荡，最终透过外腔镜输出与起偏器9相符的偏振方向的线偏振光。
根据本发明实施例的激光器，在激光器设置非保偏光纤和双折射材料，双折射材料的双折射效应与非保偏光纤本身的双折射效应结合后，会使一部分波长的光能够在经过双折射材料后具有与起偏器的偏振化方向相符的偏振状态，从而输出所需的线偏振光，因此可以取代原先的保偏光纤，进而降低了激光器的制造成本, 降低光纤的传输损耗。
在一个实施方式中，半导体光源为半导体激光器11, 或者所述半导体光源被配置用于泵浦光纤激光器或固体激光器的泵浦源1。非保偏光纤为有源光纤13或无源光纤10。换言之，在不同增益介质的激光器中，半导体光源和非保偏光纤的类型可以根据实际需要进行选择。可以理解的是，半导体激光器用于泵浦光纤激光器或固体激光器时可以称为泵浦源，如果不用于泵浦就不称为泵浦源。
在一个实施方式中，参照图5，外腔包括半导体光源，半导体光源可以对外腔内的光进行反射，因此只需额外配置一个第二外腔镜4.2。在另一些实施方式中，参照图2、图8，外腔镜的数量为2个，分别为第一外腔镜4.1和第二外腔镜4.2。根据激光器类型的不同，外腔镜的数量有所不同。同样，耦合透镜的数量为1个或2个，耦合透镜临近设置在非保偏光纤的端面。根据激光器类型的不同，耦合透镜的数量也有所不同。
在一些实施方式中，结合图2、图8所示，泵浦源1射出的光需要经过准直透镜3，准直透镜3设置在泵浦源1出光面的前方，用于对泵浦源1射出的光束准直。如果是固体激光器，参照图8所示，外腔内还设置有激光晶体12，激光晶体12被配置用于增益介质。
以下给出三个实施例对上述实施方式做进一步说明。为便于对比，三个实施例中的双折射材料8均由石英石制作而成。
实施例一
如图2所示，实施例一提出一种光纤激光器，按光传播的一个方向依序包括泵浦源1、准直透镜3、第一外腔镜4.1、第一耦合透镜6.1、有源光纤13、第二耦合透镜6.2、双折射材料8、起偏器9和第二外腔镜4.2。
参照图3，当有源光纤13未受到干扰之前，泵浦源1射出的泵浦光束2进入准直透镜3，被准直后的光束通过第一外腔镜4.1进入外腔，外腔内的光即激光5经过第一耦合透镜6.1耦合进入有源光纤13，由于有源光纤13的双折射效应，有源光纤13射出的激光5在两个偏振方向间具有一定的光程差，偏振方向与起偏器9的偏振化方向不符。当激光5通过第二耦合透镜6.2后，一部分波长的激光5在经过双折射材料8后，具有与起偏器9偏振化方向相符的偏振方向。这部分波长的激光5穿过起偏器9，激光5被第二外腔镜4.2部分透过，形成线偏振光，同时激光5被第二外腔镜4.2部分反射，沿相反方向传播，反馈回有源光纤13得到放大。从而激光5在这部分波长折返振荡，输出与起偏器9偏振化方向相符的线偏振光。
参照图4，光纤受到外部干扰后，有源光纤13射出的激光5的两个偏振方向间的光程差有所变化。这里的干扰包括但不限于光纤自身弯曲使双折射效应稍有变化的情形。有源光纤13受到外部干扰后双折射效应造成的偏振态变化会稍有改变。激光5经过双折射材料8后，另一部分的波长的激光5具有与起偏器9偏振化方向相符的偏振方向，激光在这另一部分的波长在外腔折返振荡，仍然可以透过第二外腔镜4.2输出线偏振光。
实施例二
参照图5，实施例二提出一种半导体激光器，按光传播的一个方向依序包括半导体激光器11、无源光纤10、第二耦合透镜6.2、双折射材料8、起偏器9和第二外腔镜4.2。实施例二的半导体激光器不作为泵浦源。
结合图6、图7所示，实施例二的半导体激光器输出线偏振光的原理与实施例一的光纤激光器输出线偏振光的原理相同，在此不再赘述。
实施例二中，外腔包括半导体激光器11，外腔中的光即激光5的放大是在半导体激光器11中的增益介质完成的。
实施例二与实施例一相比，半导体激光器11比有源光纤13具有更宽的光谱，因此输出的线偏振光的波长范围大于实施例一输出的线偏振光的波长范围。
实施例三
参照图8，实施例二提出一种固体激光器，按光传播的一个方向依序包括泵浦源1、准直透镜3、第一外腔镜4.1、激光晶体12、第一耦合透镜6.1、无源光纤10、第二耦合透镜6.2、双折射材料8、起偏器9和第二外腔镜4.2。
实施例三的固体激光器输出线偏振光的原理与实施例一的光纤激光器输出线偏振光的原理相同，在此不再赘述。
实施例三中，外腔中的光即激光5的放大是在激光晶体12中完成的。
综上所述，上述三个实施例中的激光器均不是保偏光纤，而是采用常规的有源或无源光纤，因此降低了光纤输出线偏振光的成本。现有技术采用光栅锁定的线偏振光波长范围在一纳米以下，而本发明实施例中波长锁定范围在几纳米至十几纳米，更适用于需要这个范围的波长锁定的应用，本发明实施例中的光路结构也更加简单。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的描述中，术语“左”、“右”、“前”、“后”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，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。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种激光器，其特征在于，按光传播的一个方向依序包括：泵浦源（1）、第一外腔镜（4.1）、第一耦合透镜（6.1）、非保偏光纤、第二耦合透镜（6.2）、双折射材料（8）、起偏器（9）和第二外腔镜（4.2）；
所述泵浦源（1）用于泵浦光的输入；
所述第一耦合透镜（6.1）用于耦合第一外腔镜（4.1）和所述非保偏光纤之间的激光（5）；
所述非保偏光纤具有双折射效应，会改变所述激光（5）的偏振状态；
所述第二耦合透镜（6.2）用于耦合所述非保偏光纤和所述双折射材料（8）之间的所述激光（5）；
所述双折射材料（8）用于补偿所述非保偏光纤的双折射效应，将部分波长的所述激光（5）转换成具有与所述起偏器（9）的偏振化方向相一致的偏振状态；
所述起偏器（9）用于被所述激光（5）透过后按照偏振化方向产生线偏振光；
所述第二外腔镜（4.2），用于使所述激光（5）在外腔内折返振荡，并被部分所述激光（5）透过，输出线偏振光，其中所述外腔包括所述第一外腔镜（4.1）、所述第一耦合透镜（6.1）、所述非保偏光纤、所述第二耦合透镜（6.2）、所述双折射材料（8）、所述起偏器（9）和所述第二外腔镜（4.2）。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述非保偏光纤为有源光纤（13）或无源光纤（10）。
3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述第一耦合透镜（6.1）和所述第二耦合透镜（6.2）分别临近设置在所述非保偏光纤的两个端面。
4.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，还包括准直透镜（3），所述准直透镜（3）设置在所述泵浦源（1）出光面的前方，用于对所述泵浦源（1）射出的光束准直。
5.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述外腔还包括激光晶体（12），所述激光晶体（12）被配置用于增益介质。
6.一种激光器，其特征在于，按光传播的一个方向依序包括半导体光源、非保偏光纤、第二耦合透镜（6.2）、双折射材料（8）、起偏器（9）和第二外腔镜（4.2）；
所述半导体光源用于光的输入以及反射；
所述非保偏光纤具有双折射效应，会改变所述光的偏振状态；
所述第二耦合透镜（6.2）用于耦合所述非保偏光纤和所述双折射材料（8）之间的所述光；
所述双折射材料（8）用于补偿所述非保偏光纤的双折射效应，将部分波长的所述光转换成具有与所述起偏器（9）的偏振化方向相一致的偏振状态；
所述起偏器（9）用于被所述光透过后按照偏振化方向产生线偏振光；
所述第二外腔镜（4.2），用于使所述光在外腔内折返振荡，并被部分所述光透过，输出线偏振光，其中所述外腔包括所述半导体光源、 所述非保偏光纤、所述第二耦合透镜（6.2）、所述双折射材料（8）、所述起偏器（9）和所述第二外腔镜（4.2）。
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