CN116914540A - 一种特殊波长的光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种特殊波长的光纤激光器，包括生成种子光信号并进行信号放大的第一放大器单元；拉曼谐振腔单元设置在第一放大器单元输出端一侧的种子光信号的传输路径上，用于产生拉曼激光谐振，并输出拉曼光；第二放大器单元设置在拉曼谐振腔单元输出端一侧的种子光信号的传输路径上，用于对种子光信号和拉曼光进行增益放大；输出单元设置在第二放大器单元的输出端一侧，用于输出拉曼光；若干隔离器沿着种子光信号的传输路径，分别设置在光纤端帽与第一放大器单元之间、第一放大器与拉曼谐振腔单元之间或者拉曼谐振腔单元与第二放大器单元之间，使送入所述若干隔离器内的种子光信号或者拉曼光单向通过。
Description
技术领域
本发明涉及光纤激光器设备技术领域，尤其涉及一种特殊波长的光纤激光器。
背景技术
通常，光纤激光器输出激光的波长为稀土增益介质可增益的光谱范围，最常见的是1018-1080nm，1530-1620nm和1940-2060nm范围，这主要是由于在此波段的激光容易被增益光纤放大。但是要在光纤中产生其他光谱范围的激光就比较困难，尤其是高功率的特殊波长激光器。
公开号为CN101771238A的中国发明专利申请公开了一种用于拉曼光谱分析的脉冲激光器，通过配置激光谐振腔，实现一种染料用激光器。以实现体积小、质量轻、稳定可靠的染料分析需求。但是该方案提供的激光较微弱，适用范围也较小，不适用于激光加工、测距以及传感检测领域。因此，提供一种较高功率、纯净拉曼光谱输出的光纤激光器，是非常有必要的。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种可以输出特殊波长的激光光源的光纤激光器。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种特殊波长的光纤激光器，包括
第一放大器单元(2)，设置在种子光信号的传输路径上，用于生成种子光信号并对种子光信号进行信号放大；
光纤端帽(1)，与第一放大器单元(2)的一个输入端光路连接，用于隔离反射激光并阻止种子光信号发生谐振；
拉曼谐振腔单元(3)，设置在第一放大器单元(2)输出端一侧的种子光信号的传输路径上，用于产生拉曼激光谐振，并输出拉曼光；
第二放大器单元(4)，设置在拉曼谐振腔单元(3)输出端一侧的种子光信号的传输路径上，用于对种子光信号和拉曼光进行增益放大；
输出单元(5)，设置在第二放大器单元(4)的输出端一侧，并与第二放大器单元(4)连接，用于输出增益放大后的拉曼光；
若干隔离器，沿着种子光信号的传输路径，设置在光纤端帽(1)与第一放大器单元(2)之间、第一放大器与拉曼谐振腔单元(3)之间或者拉曼谐振腔单元(3)与第二放大器单元(4)之间，使送入所述若干隔离器内的种子光信号或者拉曼光单向通过。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述第一放大器单元(2)包括第一增益光纤(21)、第一合束器(22)和第一泵浦LD(23)；第一增益光纤(21)的输入端与光纤端帽(1)的输出端连接，第一增益光纤(21)的输出端与第一合束器(22)的第一输入端连接，第一泵浦LD(23)的输出端与第一合束器(22)的第二输入端连接，第一合束器(22)的输出端与拉曼谐振腔单元(3)的输入端连接。
优选的，所述拉曼谐振腔单元(3)包括高反光栅(31)、有源光纤(32)和低反光栅(33)；高反光栅(31)、有源光纤(32)和低反光栅(33)顺次间隔设置；高反光栅(31)的输入端与第一合束器(22)的输出端连接，高反光栅(31)的输出端与有源光纤(32)的输入端连接，有源光纤(32)的输出端与低反光栅(33)的输入端连接，低反光栅(33)的输出端与第二放大器单元(4)的输入端连接。
进一步优选的，所述第二放大器单元(4)包括第二增益光纤(41)、第二合束器(42)、第二泵浦LD(43)和第二无源光纤(44)；第二增益光纤(41)的输入端与低反光栅(33)的输出端连接，第二增益光纤(41)的输出端与第二合束器(42)的第一输入端连接，第二泵浦LD(43)的输出端与第二合束器(42)的第二输入端连接，第二合束器(42)的输出端与第二无源光纤(44)的输入端连接，第二无源光纤(44)的输出端与输出单元(5)的输入端连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述第一泵浦LD(23)为自发辐射光源、光栅振荡器谐振光源，半导体LD光源或者调Q脉冲光源中的一种。
优选的，所述种子光信号的中心波长为1064nm±16nm、1550nm±20nm或者2000nm±60nm。
优选的，所述高反光栅(31)或者低反光栅(33)的中心波长在其所对应的波段的拉曼增益峰处。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述输出单元(5)为准直隔离器。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括滤波器，滤波器设置在第二放大器单元(4)的输出端与输出单元(5)的输入端之间，滤波器的输入端与第二放大器单元(4)的输出端连接，滤波器的输出端与输出单元(5)的输入端连接；所述滤波器用于滤除种子光信号，输出拉曼光。
本发明提供的一种特殊波长的光纤激光器，相对于现有技术，具有以下有益效果：
(1)本方案相对于现有增益介质产生的激光器，光谱成分选择更加灵活，可通过调节增益光纤长度、无源光纤长度配比、注入激光峰值功率、种子光成分等各种手段，获得所需要的特殊波长，实现多样化的输出，满足激光加工、测距以及传感检测领域的需求。
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，下面将对实施例或现有技术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为本发明一种特殊波长的光纤激光器的结构框图；
图2为本发明一种特殊波长的光纤激光器的另一种结构框图。
附图标记：1、光纤端帽；2、第一放大器单元；3、拉曼谐振腔单元；4、第二放大器单元；5、输出单元；21、第一增益光纤；22、第一合束器；23、第一泵浦LD；31、高反光栅；32、有源光纤；33、低反光栅；41、第二增益光纤；42、第二合束器；43、第二泵浦LD；44、第二无源光纤；6、第一隔离器；7、第二隔离器；8、第三隔离器；9、滤波器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
本发明的技术方案是这样实现的：如图1所示，本发明提供了一种特殊波长的光纤激光器，包括光纤端帽1、第一放大器单元2、拉曼谐振腔单元3、第二放大器单元4、输出单元5和若干隔离器。具体的：
第一放大器单元2设置在种子光信号的传输路径上，用于生成种子光并对种子光信号进行信号放大；第一放大器单元2的作用是对种子光信号进行增益放大。
第一放大器单元2用于输出连续形式或者脉冲形式的种子光信号；种子光信号既可以是连续激光信号，也可以是脉冲激光信号。本方案中，种子光信号的发生源，即第一泵浦LD23为自发辐射光源、光栅振荡器谐振光源，半导体LD光源或者调Q脉冲光源中的任一种，本方案优选为半导体LD来生成高功率自发辐射光ASE。
作为进一步的有效的内容，种子光信号的中心波长为1064nm±16nm、1550nm±20nm或者2000nm±60nm，这种选择的目的是使种子光的波长位于拉曼光谱范围内。激光中心波长是在一定温度时，额定功率下测得的光谱半高全宽中心位置所对应的波长，半高全宽是指光谱峰值两侧强度下降到峰值一半时所对应的波长差。一般情况中心波长由半导体的材料决定。
拉曼谐振腔单元3设置在第一放大器单元2输出端一侧的种子光信号的传输路径上，用于产生拉曼激光谐振，并输出拉曼光；拉曼谐振腔单元3包括谐振腔，谐振腔内具有拉曼光栅结构，实现激光的谐振和特定频段的拉曼光的输出功能。拉曼光栅结构是为了输出拉曼光谱范围内的拉曼光。
第二放大器单元4设置在拉曼谐振腔单元3输出端一侧的种子光信号的传输路径上，用于对种子光信号和拉曼光进行增益放大；拉曼谐振腔单元3输出的光包括部分种子光信号和微弱的拉曼光，需要对拉曼光进行增益放大。
输出单元5设置在第二放大器单元4的输出端一侧，并与第二放大器单元4连接，用于输出增益放大后的拉曼光；种子光信号在输出之前则被滤除掉。
若干隔离器，即图1中的附图标记6、7和8，为了便于区分用第一隔离器、第二隔离器和第三隔离器表示。各隔离器沿着种子光信号的传输路径，设置在光纤端帽1与第一放大器单元2之间、第一放大器与拉曼谐振腔单元3之间或者拉曼谐振腔单元3与第二放大器单元4之间，使送入所述若干隔离器内的种子光信号或者拉曼光单向通过。隔离器类似于一个单向光阀，在正向提供高透射率，并强烈衰减任何反向传播的光的线性偏振，有效保护第一放大器单元2或者第二放大器单元4受到反射光的有害影响。
如图2所示，第一放大器单元2包括第一增益光纤21、第一合束器22和第一泵浦LD23；第一增益光纤21的输入端与光纤端帽1的输出端连接，第一增益光纤21的输出端与第一合束器22的第一输入端连接，第一泵浦LD23的输出端与第一合束器22的第二输入端连接，第一合束器22的输出端与拉曼谐振腔单元3的输入端连接。第一泵浦LD23输出泵浦光与第一增益光纤21增益放大后的种子光信号在第一合束器22处进行合束进一步进行功率放大，第一合束器可以采用市售产品，也可以采用参考本公司已经公开的专利CN209674038U的结构。第一泵浦LD23可以选用激光二极管。光纤端帽1和隔离器6能够防止第一合束器22两侧的反射激光形成谐振产生窄光谱激光，对种子光产生不利影响。第一泵浦LD23形成宽光谱ASE自发辐射光源，随着泵浦功率的提高，可以得到瓦级高功率ASE光。此光源的好处在于ASE光源具备连续稳定的功率输出，在第一合束器22处没有脉冲激光，不会形成时域上所谓的脉冲毛刺，是一个实心的连续光。
如图2所示，拉曼谐振腔单元3包括高反光栅31、有源光纤32和低反光栅33；高反光栅31、有源光纤32和低反光栅33顺次间隔设置；高反光栅31的输入端与第一合束器22的输出端连接，高反光栅31的输出端与有源光纤32的输入端连接，有源光纤32的输出端与低反光栅33的输入端连接，低反光栅33的输出端与第二放大器单元4的输入端连接。顺次设置的高反光栅31、有源光纤32和低反光栅33，构成了拉曼光栅对结构，部分增益放大的后的种子光经过拉曼谐振腔直接输出，另一部分增益放大后的种子光经过拉曼谐振腔输出谐振信号，拉曼光栅结构还可以对谐振信号进行放大，输出微弱的拉曼光。需要说明的是，此处的有源光纤32是单模光纤。
高反光栅31、有源光纤32和低反光栅33共同构成了拉曼光栅对结构，由于ASE激光的注入，在此谐振腔中形成拉曼激光放大，短波的光经增益光纤吸收后，通过光栅对谐振，将对应的拉曼光谱的谱成分激光放大，形成连续的拉曼种子光源，再进入到可进一步设置在谐振腔中的声光调制器中，进行脉冲斩波，则此时可以获得频率、脉宽受声光调制器控制的脉冲激光。声光调制器可设置在低反光栅33的输出端一侧，如图2中的虚线框所示，声光调制器可根据需要进入连续工作模式或者脉冲工作模式。
作为一种优选的实施方式，高反光栅31或者低反光栅33的中心波长在其所对应的波段的拉曼增益峰处，拉曼增益峰可以是一阶拉曼增益峰、二阶拉曼增益峰或者三阶拉曼增益峰中的任一种。
如图2所示，第二放大器单元4包括第二增益光纤41、第二合束器42、第二泵浦LD43和第二无源光纤44；第二增益光纤41的输入端与低反光栅33的输出端连接，第二增益光纤41的输出端与第二合束器42的第一输入端连接，第二泵浦LD43的输出端与第二合束器42的第二输入端连接，第二合束器42的输出端与第二无源光纤44的输入端连接，第二无源光纤44的输出端与输出单元5的输入端连接。送入第二放大器单元4的增益放大的后的种子光与拉曼光，在第二增益光纤41处进行二次增益放大；第二泵浦LD43输出泵浦光与第二增益光纤41的二次增益放大后的种子光信号在第二合束器42处进行合束再一步进行功率放大，拉曼光则在第二无源光纤44处进一步被种子光放大后输出。
本方案中，第二泵浦LD43选用短波长脉冲激光器，是使用常规mopa激光器放大产生的短波脉冲激光，此激光较容易获得。此激光一般为与拉曼种子光频率相同，宽度相同，相位同步的激光，通过高功率波分复用器/第二合束器42合束两路激光，一起进入到第二无源光纤44中，此时第二无源光纤44中既存在短波长激光，同时也存在长波拉曼种子光，在无源光纤中，由于拉曼效应，形成拉曼放大，放大了拉曼种子光，短波激光逐步被第二无源光纤44消耗完毕，最后经过输出单元5输出拉曼激光。
如图2所示，本方案的输出单元5为准直隔离器，准直隔离器同样能够起到抑制反向光，保护谐振腔和系统稳定的效果。
作为本方案的进一步的改进，本方案还包括滤波器9，滤波器9设置在第二放大器单元4的输出端与输出单元5的输入端之间，滤波器9的输入端与第二放大器单元4的输出端连接，滤波器的输出端与输出单元5的输入端连接；所述滤波器用于滤除种子光信号，输出拉曼光。滤波器9用于消除种子光，输出单纯的拉曼光。
本方案的优点在于：本方案分别使用了稳定可靠的ASE光源、短波激光和长波的拉曼种子，容易在拉曼光栅对中形成拉曼光谱谐振；声光调制器可通过电路控制产生毫秒、微秒或者纳秒级别的脉冲激光，频率可以是单发到高频率10MHz以上可调，自由方便；第二泵浦LD43即短波泵浦激光器，与拉曼激光同步，同时也可以参与放大选择，如果第二泵浦LD43输出皮秒激光作为泵浦光，受放大的激光将得到皮秒拉曼光，使得拉曼放大的变化更加自由。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种特殊波长的光纤激光器，其特征在于，包括
第一放大器单元(2)，设置在种子光信号的传输路径上，用于生成种子光信号并对种子光信号进行信号放大；
光纤端帽(1)，与第一放大器单元(2)的一个输入端光路连接，用于隔离反射激光并阻止种子光信号发生谐振；
拉曼谐振腔单元(3)，设置在第一放大器单元(2)输出端一侧的种子光信号的传输路径上，用于产生拉曼激光谐振，并输出拉曼光；
第二放大器单元(4)，设置在拉曼谐振腔单元(3)输出端一侧的种子光信号的传输路径上，用于对种子光信号和拉曼光进行增益放大；
输出单元(5)，设置在第二放大器单元(4)的输出端一侧，并与第二放大器单元(4)连接，用于输出增益放大后的拉曼光；
若干隔离器，沿着种子光信号的传输路径，设置在光纤端帽(1)与第一放大器单元(2)之间、第一放大器与拉曼谐振腔单元(3)之间或者拉曼谐振腔单元(3)与第二放大器单元(4)之间，使送入所述若干隔离器内的种子光信号或者拉曼光单向通过。
2.根据权利要求1所述的一种特殊波长的光纤激光器，其特征在于，所述第一放大器单元(2)包括第一增益光纤(21)、第一合束器(22)和第一泵浦LD(23)；第一增益光纤(21)的输入端与光纤端帽(1)的输出端连接，第一增益光纤(21)的输出端与第一合束器(22)的第一输入端连接，第一泵浦LD(23)的输出端与第一合束器(22)的第二输入端连接，第一合束器(22)的输出端与拉曼谐振腔单元(3)的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种特殊波长的光纤激光器，其特征在于，所述拉曼谐振腔单元(3)包括高反光栅(31)、有源光纤(32)和低反光栅(33)；高反光栅(31)、有源光纤(32)和低反光栅(33)顺次间隔设置；高反光栅(31)的输入端与第一合束器(22)的输出端连接，高反光栅(31)的输出端与有源光纤(32)的输入端连接，有源光纤(32)的输出端与低反光栅(33)的输入端连接，低反光栅(33)的输出端与第二放大器单元(4)的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的一种特殊波长的光纤激光器，其特征在于，所述第二放大器单元(4)包括第二增益光纤(41)、第二合束器(42)、第二泵浦LD(43)和第二无源光纤(44)；第二增益光纤(41)的输入端与低反光栅(33)的输出端连接，第二增益光纤(41)的输出端与第二合束器(42)的第一输入端连接，第二泵浦LD(43)的输出端与第二合束器(42)的第二输入端连接，第二合束器(42)的输出端与第二无源光纤(44)的输入端连接，第二无源光纤(44)的输出端与输出单元(5)的输入端连接。
5.根据权利要求2所述的一种特殊波长的光纤激光器，其特征在于，所述第一泵浦LD(23)为自发辐射光源、光栅振荡器谐振光源，半导体LD光源或者调Q脉冲光源中的一种。
6.根据权利要求5所述的一种特殊波长的光纤激光器，其特征在于，所述种子光信号的中心波长为1064nm±16nm、1550nm±20nm或者2000nm±60nm。
7.根据权利要求6所述的一种特殊波长的光纤激光器，其特征在于，所述高反光栅(31)或者低反光栅(33)的中心波长在其所对应的波段的拉曼增益峰处。
8.根据权利要求1所述的一种特殊波长的光纤激光器，其特征在于，所述输出单元(5)为准直隔离器。
9.根据权利要求1所述的一种特殊波长的光纤激光器，其特征在于，还包括滤波器，滤波器设置在第二放大器单元(4)的输出端与输出单元(5)的输入端之间，滤波器的输入端与第二放大器单元(4)的输出端连接，滤波器的输出端与输出单元(5)的输入端连接；所述滤波器用于滤除种子光信号，输出拉曼光。
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| CN211700915U (zh) * | 2020-04-16 | 2020-10-16 | 武汉光至科技有限公司 | 一种非相干窄线宽光源 |
-
2023
- 2023-07-21 CN CN202310908100.3A patent/CN116914540B/zh active Active
Patent Citations (3)
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