CN117712817A - 单频激光系统及包含其的激光干涉仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种单频激光系统及包含其的激光干涉仪，该单频激光系统包括第一单频激光器、掺镱光纤放大模块、掺镱光纤放大模块、第二单频激光器、掺铒光纤放大模块、激光合束模块和和频模块，第一单频激光器用于输出第一单频激光，第一单频激光的波长范围为1066～1075nm范围内任意波长，功率大于10mW，输出激光为线偏振或圆偏振或椭圆偏振；第二单频激光器用于输出第二单频激光，第二单频激光的波长范围为1540～1560nm范围内任意波长，功率大于10mW，输出激光为线偏振或圆偏振或椭圆偏振。该单频激光系统的最终输出的输出激光的波长范围能稳定在630～635nm，可以使激光干涉仪的测量精度保持较高的水准。
Description
技术领域
本发明涉及一种单频激光系统及包含其的激光干涉仪。
背景技术
激光干涉仪是利用激光作为长度基准，对数控设备(加工中心、三座标测量机等)的位置精度(定位精度、重复定位精度等)、几何精度(俯仰扭摆角度、直线度、垂直度等)进行精密测量的精密测量仪器。
激光的波长范围、线宽、输出功率属于激光器的重要性能参数，这些参数是评估激光器性能和应用性能的重要指标。激光干涉仪所需要的激光波长范围为630～635nm；如何设计单频激光系统，使该单频激光系统的输出激光的波长稳定在630～635nm之间，输出功率达标，且线宽能适应不同类型的激光干涉仪的需求，是激光干涉仪研发过程中的难题。
发明内容
本发明为了解决如何使激光干涉仪的输出激光的波长稳定在630～635nm之间的技术问题，而提供一种单频激光系统及包含其的激光干涉仪。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：
本发明提供一种单频激光系统，包括第一单频激光器、掺镱光纤放大模块、第二单频激光器、掺铒光纤放大模块、激光合束模块和和频模块，所述第一单频激光器用于输出第一单频激光，所述第一单频激光的波长为1066～1075nm范围内任意波长，功率大于10mW，输出激光为线偏振或圆偏振或椭圆偏振；所述掺镱光纤放大模块用于接收所述第一单频激光并将所述第一单频激光的功率放大后形成第一放大激光；所述第二单频激光器用于输出第二单频激光，所述第二单频激光的波长为1540～1560nm范围内任意波长，功率大于10mW，输出激光为线偏振或圆偏振或椭圆偏振；所述掺铒光纤放大模块用于接收所述第二单频激光并将所述第二单频激光放大后形成第二放大激光；所述激光合束模块用于将所述第一放大激光、第二放大激光合束形成合束激光；所述和频模块用于将所述合束激光进行和频变换，形成向外输出的输出激光。
较佳地，所述第一单频激光器输出的第一单频激光的线宽小于20kHz，所述第一放大激光由所述掺镱光纤放大模块将所述第一单频激光的功率放大至10mW～300W形成；所述第二单频激光器输出的第二单频激光的线宽小于20kHz，所述第二放大激光由所述掺铒光纤放大模块将所述第二单频激光的功率放大至10mW～100W形成。
较佳地，所述第一单频激光器为单频掺镱分布反馈光纤激光器或单频固定外腔半导体激光器；所述第二单频激光器为单频掺铒分布反馈光纤激光器或单频固定外腔半导体激光器；所述单频掺镱分布反馈光纤激光器，通过直接在掺镱光纤上刻写带相移光纤布拉格光栅的方式产生单频激光；所述单频固定外腔半导体激光器，基于半导体增益芯片，通过外置反馈和滤波的方式实现单频激光输出；所述单频掺铒分布反馈光纤激光器，通过直接在掺铒光纤上刻写带相移光纤布拉格光栅的方式产生单频激光；所述单频固定外腔半导体激光器，基于半导体增益芯片，通过外置反馈和滤波的方式实现单频激光输出。
较佳地，所述第一单频激光器输出的第一单频激光的线宽小于20kHz，所述第一放大激光由所述掺镱光纤放大模块将所述第一单频激光的功率放大至10mW～300W形成；所述第二单频激光器输出的第二单频激光的线宽小于1000kHz，所述第二放大激光由所述掺铒光纤放大模块将所述第二单频激光的功率放大至10mW～100W形成。
较佳地，所述第一单频激光器为单频掺镱分布反馈光纤激光器或单频固定外腔半导体激光器；所述第二单频激光器为单频分布反馈半导体激光器；所述单频掺镱分布反馈光纤激光器，通过直接在掺镱光纤上刻写带相移光纤布拉格光栅的方式产生单频激光；所述单频固定外腔半导体激光器，基于半导体增益芯片，通过外置反馈和滤波的方式实现单频激光输出；所述单频分布反馈半导体激光器，基于半导体增益芯片，通过在所述增益芯片中写入布拉格光栅的方式实现单频激光输出。
较佳地，所述第一单频激光器输出的第一单频激光的线宽小于5000kHz，所述第一放大激光由所述掺镱光纤放大模块将所述第一单频激光的功率放大至10mW～300W形成；所述第二单频激光器输出的第二单频激光的线宽小于20kHz，所述第二放大激光由所述掺铒光纤放大模块将所述第二单频激光的功率放大至10mW～100W形成。
较佳地，所述第一单频激光器为单频分布反馈半导体激光器；所述第二单频激光器为单频掺铒分布反馈光纤激光器或单频固定外腔半导体激光器；所述单频分布反馈半导体激光器，基于半导体增益芯片，通过在所述增益芯片中写入布拉格光栅的方式实现单频激光输出；所述单频掺铒分布反馈光纤激光器，通过直接在掺铒光纤上刻写带相移光纤布拉格光栅的方式产生单频激光；所述单频固定外腔半导体激光器，基于半导体增益芯片，通过外置反馈和滤波的方式实现单频激光输出。
较佳地，所述第一单频激光器输出的第一单频激光的线宽小于5000kHz，所述第一放大激光由所述掺镱光纤放大模块将所述第一单频激光的功率放大至10mW～300W形成；所述第二单频激光器输出的第二单频激光的线宽小于1000kHz，所述第二放大激光由所述掺铒光纤放大模块将所述第二单频激光的功率放大至10mW～100W形成。
较佳地，所述第一单频激光器为单频分布反馈半导体激光器；所述第二单频激光器为单频分布反馈半导体激光器；所述单频分布反馈半导体激光器，基于半导体增益芯片，通过在所述增益芯片中写入布拉格光栅的方式实现单频激光输出。
本发明还提供一种激光干涉仪，包括上述单频激光系统。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
上述单频激光系统的光路设计，可以使该单频激光系统的最终输出的输出激光的波长范围能稳定在630～635nm。630～635nm波长范围的单频激光系统，应用于激光干涉仪，可以使激光干涉仪的测量精度保持较高的水准。
附图说明
图1为本发明单频激光系统的结构示意图。
图2为本发明单频激光系统的单频分布反馈光纤激光器的结构示意图。
图3为本发明单频激光系统的单频固定外腔半导体激光器的结构示意图。
图4为本发明单频激光系统的光纤放大模块的单级放大结构的结构示意图。
图5为本发明单频激光系统的单频分布反馈半导体激光器的结构示意图。
附图标记说明
第一单频激光器1
掺镱光纤放大模块2
第二单频激光器3
掺铒光纤放大模块4
激光合束模块5
和频模块6
第一泵浦二极管71
波分复用器72
相移光纤光栅73
隔离器74
第一增益芯片81
高反膜82
滤波部件83
输出部件84
第二泵浦二极管91
合束器92
增益光纤93
泵浦滤除器94
第二增益芯片101
光栅102
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1所示，本发明的单频激光系统，包括第一单频激光器1、掺镱光纤放大模块2、第二单频激光器3、掺铒光纤放大模块4、激光合束模块5以及和频模块6，第一单频激光器1用于输出第一单频激光，第一单频激光的波长范围为1066～1075nm范围内任意波长，功率大于10mW，输出激光为线偏振或圆偏振或椭圆偏振；掺镱光纤放大模块2用于接收第一单频激光并将第一单频激光的功率放大后形成第一放大激光；第二单频激光器3用于输出第二单频激光，第二单频激光的波长范围为1540～1560nm范围内任意波长，功率大于10mW，输出激光为线偏振或圆偏振或椭圆偏振；掺铒光纤放大模块4用于接收第二单频激光并将第二单频激光放大后形成第二放大激光；激光合束模块5用于将第一放大激光、第二放大激光合束形成合束激光；和频模块6用于将合束激光进行和频变换，形成向外输出的输出激光。
其中，第一路激光，由第一单频激光器1输出的第一单频激光，经掺镱光纤放大模块2变换为第一放大激光；第二路激光，由第二单频激光器3输出的第二单频激光，经掺铒光纤放大模块4变换为第二放大激光；再将第一放大激光、第二放大激光合束后再进行和频变换，形成向外输出的输出激光。上述单频激光系统的光路设计，可以使该单频激光系统的最终输出的输出激光的波长范围能稳定在630～635nm。630～635nm波长范围的单频激光系统，应用于激光干涉仪，可以使激光干涉仪的测量精度保持较高的水准。
实施例1
在本实施例中，第一单频激光器1输出的第一单频激光，波长范围为1066～1075nm，线宽小于20kHz，功率大于10mW，输出激光为线偏振或圆偏振或椭圆偏振；掺镱光纤放大模块2接收第一单频激光并将第一单频激光的功率放大至10mW～300W形成第一放大激光；第二单频激光器3输出第二单频激光，第二单频激光的波长范围为1540～1560nm，线宽小于20kHz，功率大于10mW，输出激光为线偏振或圆偏振或椭圆偏振；掺铒光纤放大模块4接收第二单频激光并将第二单频激光放大至10mW～100W后形成第二放大激光；激光合束模块5将第一放大激光、第二放大激光合束形成合束激光；和频模块6将合束激光进行和频变换，形成向外输出的输出激光。
上述单频激光系统的光路设计，可以使该单频激光系统的最终输出的输出激光的波长范围能稳定在630～635nm。630～635nm波长范围的单频激光系统，应用于激光干涉仪，可以使激光干涉仪的测量精度保持较高的水准。
其中，第一单频激光器1可为单频掺镱分布反馈光纤激光器或单频固定外腔半导体激光器。
单频分布反馈光纤激光器，为全光纤结构，通过直接在增益光纤上刻写带相移光纤布拉格光栅的方式产生单频激光。光纤布拉格光栅的工作原理为通过在光纤纤芯中引入折射率周期性调制的方式形成的，光栅所反射的波长由纤芯中折射率调制的周期和光纤的折射率决定，即满足λ＝2neffΛ(其中λ为激光波长，neff为光纤纤芯的有效折射率，Λ为纤芯中折射率调制的周期)的光通过光栅时便会被分布式反射，在相邻的折射率调制周期被反射的光的相位差为2π，可实现相干相长，当折射率调制周期足够多时便可实现对光的有效反射。光栅中相移的引入可以在光栅反射谱中引入窄带透射峰，从而实现单频激光输出。
单频分布反馈光纤激光器的结构如图2所示。第一泵浦二极管71输出的泵浦光经过波分复用器72输入到相移光纤光栅73中，相移光纤光栅73中产生的单频激光经过波分复用器72再经过隔离器74实现输出，波分复用器72用于实现泵浦光和单频激光的合束和分束，隔离器74用于防止反向光输入到激光器中损坏激光器或影响输出性能。
当第一单频激光器1为单频掺镱分布反馈光纤激光器，增益光纤为掺镱增益光纤。相移光纤光栅中的纤芯折射率调制周期和光纤折射率决定了产生激光的精确波长，增益光纤的掺杂元素决定了可以产生激光的波段。光纤中增益元素的掺杂浓度、泵浦二极管功率、光栅栅区长度和相移在光栅中的位置决定输出单频激光的功率；泵浦光的强度和频率噪声以及光栅的各项参数决定输出单频激光的线宽。
在本实施例中，当第一单频激光器1为单频掺镱分布反馈光纤激光器时，相移光纤光栅的长度25～60mm，相移值0～2π，相移位置位于相移光纤光栅的中心向两边偏移光栅长度的0～30％的范围内，掺镱增益光纤的纤芯折射率调制周期范围为730.1～757.1nm，掺镱增益光纤的折射率范围为1.42～1.46；掺镱增益光纤在915nm的纤芯吸收系数大于等于20dB/m；第一泵浦二极管71的功率小于等于1W。上述参数设置的单频掺镱分布反馈光纤激光器所输出的激光的波长范围为1066～1075nm，线宽小于20kHz，功率大于10mW。
单频固定外腔半导体激光器，基于半导体增益芯片，通过外置反馈和滤波的方式实现单频激光输出。单频固定外腔半导体激光器，利用半导体激光器腔长短的特点，使得相邻纵模的频率间隔较大，在增益芯片外的腔内位置加入滤波部件，减小可以产生激光的频率范围，从而实现单频激光输出。
如图3所示，第一增益芯片81为增益介质，通过电泵实现粒子数反转，其中一端设置高反膜82，形成谐振腔腔镜，提供反馈。外腔部分有滤波部件83和输出部件84组成，其中滤波部件83用于减小可以产生激光的频率范围，输出部件84为谐振腔的另一个腔镜，为部分透射部分反射，透射部分作为单频激光输出，反射部分提供腔内反馈。滤波部件83的透射频率和第一增益芯片81的增益波段决定了产生激光的精确波长，第一增益芯片81的PN结结构和所加电流以及谐振腔结构决定输出单频激光的功率。第一增益芯片81的结构参数和滤波部件83的透射峰宽度决定单频激光的线宽，总的腔长小于20mm。
在本实施例中，当第一单频激光器1为单频固定外腔半导体激光器，第一增益芯片81在电流300mA时输出功率大于0.5mW；第一增益芯片81的高反膜82的反射率大于90％；滤波部件83的单个透射峰透射带宽小于0.5nm；输出部件84的反射率为1～99％。上述参数设置的单频固定外腔半导体激光器所输出的激光的波长范围为1066～1075nm，线宽小于20kHz，功率大于10mW。
掺镱光纤放大模块2接收第一单频激光并将第一单频激光的功率放大至150W形成第一放大激光。
光纤放大模块的单级放大结构如图4所示。第二泵浦二极管91发出泵浦光，合束器92用于将泵浦光和信号光耦合到同一个光纤中进入增益光纤93，单频激光在增益光纤93中被放大，泵浦滤除器94用于滤除过增益光纤后剩余泵浦光。
掺镱光纤放大模块2的增益光纤为掺镱增益光纤，若需要获得10mW～300W的放大功率，需要使用一级或多级如图4所示的单级放大结构。其中，单级放大结构的增益光纤93的长度≤20m；增益光纤93在915nm包层吸收＞0.1dB/m；第二泵浦二极管91的功率≥500mW；合束器92的泵浦光透过率大于80％，信号光(第一单频激光器1输出的第一单频激光)的透过率大于80％。
其中，第二单频激光器3为单频掺铒分布反馈光纤激光器或单频固定外腔半导体激光器。
单频掺铒分布反馈光纤激光器的结构，如图2所示的单频分布反馈光纤激光器。在本实施例中，当第二单频激光器3为单频掺铒分布反馈光纤激光器，增益光纤为掺铒增益光纤，相移光纤光栅的长度25～60mm，相移值0～2π，相移位置位于相移光纤光栅的中心向两边偏移光栅长度的0～30％的范围内，掺铒增益光纤的纤芯折射率调制周期范围为1054.7～1098.6nm，掺铒增益光纤折射率范围1.42～1.46；掺铒增益光纤在1530nm的纤芯吸收系数大于等于3dB/m；第一泵浦二极管71的功率小于等于1W。上述参数设置的单频掺铒分布反馈光纤激光器所输出的激光的波长范围为1540～1560nm，线宽小于20kHz，功率大于10mW。
在本实施例中，当第二单频激光器3为单频固定外腔半导体激光器，其结构如图3所示。第一增益芯片81在电流300mA时输出功率大于0.5mW；第一增益芯片81的高反膜反射率大于90％；滤波部件83的单个透射峰透射带宽小于0.5nm；输出部件84的反射率为1～99％。上述参数设置的单频固定外腔半导体激光器所输出的激光的波长范围为1540～1560nm，线宽小于20kHz，功率大于10mW。
掺铒光纤放大模块4的增益光纤为掺铒增益光纤，若需要获得10mW～100W的放大功率，需要使用一级或多级如图4所示的单级放大结构。其中，单级放大结构的增益光纤93的长度≤25m；增益光纤93在1530nm包层吸收＞0.15dB/m；第二泵浦二极管91的功率≥800mW；合束器92的泵浦光透过率大于80％，信号光(第二单频激光器3输出的第二单频激光)的透过率大于80％。
激光合束模块5用于将第一放大激光、第二放大激光合束形成合束激光。激光合束模块5，可以为波分复用器或空间二向色镜。
和频模块6用于将合束激光进行和频变换，形成向外输出的输出激光。该和频模块6基于非线性效应，通过和频方式将合束激光进行频率变换，该和频模块6的结构为和频晶体加温控模块，或波导加温控模块。
本实施例的光路设计，可以使该单频激光系统的最终输出的输出激光的波长范围为630～635nm，输出功率可达20W以上，线宽小于40kHz。
实施例2
实施例2的单频激光系统的结构与实施例1基本一致，不同之处在于：第一单频激光器1输出的第一单频激光、掺镱光纤放大模块2的放大功率、第二单频激光器3输出的第二单频激光、掺铒光纤放大模块4的放大功率。
在本实施例中，第一单频激光器1输出的第一单频激光的波长范围为1066～1075nm，线宽小于20kHz，功率大于10mW；第一放大激光由掺镱光纤放大模块2将第一单频激光的功率放大至10mW～300W形成；第二单频激光器3输出的第二单频激光的波长范围为1540～1560nm，线宽小于1000kHz，功率大于10mW；第二放大激光由掺铒光纤放大模块4将第二单频激光的功率放大至10mW～100W形成。
上述单频激光系统的光路设计，可以使该单频激光系统的最终输出的输出激光的波长范围能稳定在630～635nm。630～635nm波长范围的单频激光系统，应用于激光干涉仪，可以使激光干涉仪的测量精度保持较高的水准。
其中，第一单频激光器1为单频掺镱分布反馈光纤激光器或单频固定外腔半导体激光器。
在本实施例中，当第一单频激光器1为单频掺镱分布反馈光纤激光器，增益光纤为掺镱增益光纤，相移光纤光栅的长度25～60mm，相移值0～2π，相移位置位于相移光纤光栅的中心向两边偏移光栅长度的0～30％的范围内，掺镱增益光纤的纤芯折射率调制周期范围为730.1～757.1nm，掺镱增益光纤的折射率范围为1.42～1.46；掺镱增益光纤在915nm的纤芯吸收系数大于等于20dB/m；第一泵浦二极管71的功率小于等于1W。上述参数设置的单频掺镱分布反馈光纤激光器所输出的激光的波长范围为1066～1075nm，线宽小于20kHz，功率大于10mW。
在本实施例中，当第一单频激光器1为单频固定外腔半导体激光器，第一增益芯片81在电流300mA时输出功率大于0.5mW；第一增益芯片81的高反膜82的反射率大于90％；滤波部件83的单个透射峰透射带宽小于0.5nm；输出部件84的反射率为1～99％。上述参数设置的单频固定外腔半导体激光器所输出的激光的波长范围为1066～1075nm，线宽小于20kHz，功率大于10mW。
掺镱光纤放大模块2的增益光纤为掺镱增益光纤，若需要获得10mW～300W的放大功率，需要使用一级或多级如图4所示的单级放大结构。其中，单级放大结构的增益光纤93的长度≤20m；增益光纤93在915nm包层吸收＞0.1dB/m；第二泵浦二极管91的功率≥500mW；合束器92的泵浦光透过率大于80％，信号光(第一单频激光器1输出的第一单频激光)的透过率大于80％。
其中，第二单频激光器3为单频分布反馈半导体激光器。单频分布反馈半导体激光器的结构，如图5所示。单频分布反馈半导体激光器，基于半导体增益分布反馈半导体激光器利用半导体激光器腔长短的特点，使得相邻纵模的频率间隔较大，在第二增益芯片101中引入折射率调制，形成光栅102，实现增益和反馈一体化，最终实现单频激光输出。光栅102的折射率调制周期，第二增益芯片101的折射率和增益波段决定了产生激光的精确波长，第二增益芯片101的PN结结构和光栅结构参数(反射率等)决定输出单频激光的功率；第二增益芯片101的结构参数(长度)和光栅结构参数(长度和反射率等)决定单频激光的线宽，总的腔长小于5mm，所以线宽相对较宽。
在本实施例中，单频分布反馈半导体激光器的第二增益芯片101在电流300mA时输出功率大于0.5mW，光栅102的长度小于5mm，光栅102的反射率大于30％。上述参数设置的单频分布反馈半导体激光器所输出的激光的波长范围为1540～1560nm，线宽小于1000kHz，功率大于10mW。
掺铒光纤放大模块4的增益光纤为掺铒增益光纤，若需要获得10mW～100W的放大功率，需要使用一级或多级如图4所示的单级放大结构。其中，单级放大结构的增益光纤93的长度≤25m；增益光纤93在1530nm包层吸收＞0.15dB/m；第二泵浦二极管91的功率≥800mW；合束器92的泵浦光透过率大于80％，信号光(第二单频激光器3输出的第二单频激光)的透过率大于80％。
本实施例的光路设计，可以使该单频激光系统的最终输出的输出激光的波长范围为630～635nm，输出功率可达20W以上，线宽小于1020kHz。
实施例3
实施例3的单频激光系统的结构与实施例1基本一致，不同之处在于：第一单频激光器1输出的第一单频激光、掺镱光纤放大模块2的放大功率、第二单频激光器3输出的第二单频激光、掺铒光纤放大模块4的放大功率。
在本实施例中，第一单频激光器1输出的第一单频激光的波长范围为1066～1075nm，线宽小于5000kHz，功率大于10mW；第一放大激光由掺镱光纤放大模块2将第一单频激光的功率放大至10mW～300W形成；第二单频激光器3输出的第二单频激光的波长范围为1540～1560nm，线宽小于20kHz，功率大于10mW；第二放大激光由掺铒光纤放大模块4将第二单频激光的功率放大至10mW～100W形成。
上述单频激光系统的光路设计，可以使该单频激光系统的最终输出的输出激光的波长范围能稳定在630～635nm。630～635nm波长范围的单频激光系统，应用于激光干涉仪，可以使激光干涉仪的测量精度保持较高的水准。
其中，第一单频激光器1为单频分布反馈半导体激光器。
单频分布反馈半导体激光器的结构如图5所示。在本实施例中，单频分布反馈半导体激光器的第二增益芯片101在电流300mA时输出功率大于0.5mW，光栅102的长度小于5mm，光栅102的反射率大于30％。上述参数设置的单频分布反馈半导体激光器所输出的激光的波长范围为1066～1075nm，线宽小于5000kHz，功率大于10mW。
掺镱光纤放大模块2的增益光纤为掺镱增益光纤，若需要获得10mW～300W的放大功率，需要使用一级或多级如图4所示的单级放大结构。其中，单级放大结构的增益光纤93的长度≤20m；增益光纤93在915nm包层吸收＞0.1dB/m；第二泵浦二极管91的功率≥500mW；合束器92的泵浦光透过率大于80％，信号光(第一单频激光器1输出的第一单频激光)的透过率大于80％。
其中，第二单频激光器3为单频掺铒分布反馈光纤激光器或单频固定外腔半导体激光器。
单频掺铒分布反馈光纤激光器的结构，如图2所示的单频分布反馈光纤激光器。在本实施例中，当第二单频激光器3为单频掺铒分布反馈光纤激光器，增益光纤为掺铒增益光纤，相移光纤光栅的长度25～60mm，相移值0～2π，相移位置位于相移光纤光栅的中心向两边偏移光栅长度的0～30％的范围内，掺铒增益光纤的纤芯折射率调制周期范围为1054.7～1098.6nm，掺铒增益光纤折射率范围1.42～1.46；掺铒增益光纤在1530nm的纤芯吸收系数大于等于3dB/m；第一泵浦二极管71的功率小于等于1W。上述参数设置的单频掺铒分布反馈光纤激光器所输出的激光的波长范围为1540～1560nm，线宽小于20kHz，功率大于10mW。
在本实施例中，当第二单频激光器3为单频固定外腔半导体激光器，第一增益芯片81在电流300mA时输出功率大于0.5mW；第一增益芯片81的高反膜82的反射率大于90％；滤波部件83的单个透射峰透射带宽小于0.5nm；输出部件84的反射率为1～99％。上述参数设置的单频固定外腔半导体激光器所输出的激光的波长范围为1540～1560nm，线宽小于20kHz，功率大于10mW。
掺铒光纤放大模块4的增益光纤为掺铒增益光纤，若需要获得10mW～100W的放大功率，需要使用一级或多级如图4所示的单级放大结构。其中，单级放大结构的增益光纤93的长度≤25m；增益光纤93在1530nm包层吸收＞0.15dB/m；第二泵浦二极管91的功率≥800mW；合束器92的泵浦光透过率大于80％，信号光(第二单频激光器3输出的第二单频激光)的透过率大于80％。
本实施例的光路设计，可以使该单频激光系统的最终输出的输出激光的波长范围为630～635nm，输出功率可达20W以上，线宽小于5020kHz。
实施例4
实施例4的单频激光系统的结构与实施例1基本一致，不同之处在于：第一单频激光器1输出的第一单频激光、掺镱光纤放大模块2的放大功率、第二单频激光器3输出的第二单频激光、掺铒光纤放大模块4的放大功率。
在本实施例中，第一单频激光器1输出的第一单频激光的波长范围为1066～1075nm，线宽小于5000kHz，功率大于10mW；第一放大激光由掺镱光纤放大模块2将第一单频激光的功率放大至150W以上形成；第二单频激光器3输出的第二单频激光的波长范围为1540～1560nm，线宽小于1000kHz，功率大于10mW；第二放大激光由掺铒光纤放大模块4将第二单频激光的功率放大至50W以上形成。
上述单频激光系统的光路设计，可以使该单频激光系统的最终输出的输出激光的波长范围能稳定在630～635nm。630～635nm波长范围的单频激光系统，应用于激光干涉仪，可以使激光干涉仪的测量精度保持较高的水准。
其中，第一单频激光器1为单频分布反馈半导体激光器。
单频分布反馈半导体激光器的结构如图5所示。在本实施例中，单频分布反馈半导体激光器的第二增益芯片101在电流300mA时输出功率大于0.5mW，光栅102的长度小于5mm，光栅102的反射率大于30％。上述参数设置的单频分布反馈半导体激光器所输出的激光的波长范围为1066～1075nm，线宽小于5000kHz，功率大于10mW。
掺镱光纤放大模块2的增益光纤为掺镱增益光纤，若需要获得10mW～300W的放大功率，需要使用一级或多级如图4所示的单级放大结构。其中，单级放大结构的增益光纤93的长度≤20m；增益光纤93在915nm包层吸收＞0.1dB/m；第二泵浦二极管91的功率≥500mW；合束器92的泵浦光透过率大于80％，信号光(第一单频激光器1输出的第一单频激光)的透过率大于80％。
其中，第二单频激光器3为单频分布反馈半导体激光器。
单频分布反馈半导体激光器的结构如图5所示。在本实施例中，单频分布反馈半导体激光器的增益芯片在电流300mA时输出功率大于0.5mW，光栅102的长度小于5mm，光栅102的反射率大于30％。上述参数设置的单频分布反馈半导体激光器所输出的激光的的波长范围为1540～1560nm，线宽小于1000kHz，功率大于10mW。
掺铒光纤放大模块4的增益光纤为掺铒增益光纤，若需要获得10mW～100W的放大功率，需要使用一级或多级如图4所示的单级放大结构。其中，单级放大结构的增益光纤93的长度≤25m；增益光纤93在1530nm包层吸收＞0.15dB/m；第二泵浦二极管91的功率≥800mW；合束器92的泵浦光透过率大于80％，信号光(第二单频激光器3输出的第二单频激光)的透过率大于80％。
本实施例的光路设计，可以使该单频激光系统的最终输出的输出激光的波长范围为630～635nm，输出功率可达20W以上，线宽小于6000kHz。
本发明不局限于上述实施方式，不论在其形状或结构上作任何变化，均落在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的，本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种单频激光系统，其特征在于，包括：
第一单频激光器，所述第一单频激光器用于输出第一单频激光，所述第一单频激光的波长为1066～1075nm范围内任意波长，功率大于10mW，输出激光为线偏振或圆偏振或椭圆偏振；
掺镱光纤放大模块，所述掺镱光纤放大模块用于接收所述第一单频激光并将所述第一单频激光的功率放大后形成第一放大激光；
第二单频激光器，所述第二单频激光器用于输出第二单频激光，所述第二单频激光的波长为1540～1560nm范围内任意波长，功率大于10mW，输出激光为线偏振或圆偏振或椭圆偏振；
掺铒光纤放大模块，所述掺铒光纤放大模块用于接收所述第二单频激光并将所述第二单频激光放大后形成第二放大激光；
激光合束模块，所述激光合束模块用于将所述第一放大激光、第二放大激光合束形成合束激光；
和频模块，所述和频模块用于将所述合束激光进行和频变换，形成向外输出的输出激光。
2.如权利要求1所述的单频激光系统，其特征在于：所述第一单频激光器输出的第一单频激光的线宽小于20kHz，所述第一放大激光由所述掺镱光纤放大模块将所述第一单频激光的功率放大至10mW～300W形成；所述第二单频激光器输出的第二单频激光的线宽小于20kHz，所述第二放大激光由所述掺铒光纤放大模块将所述第二单频激光的功率放大至10mW～100W以上形成。
3.如权利要求1或2所述的单频激光系统，其特征在于：所述第一单频激光器为单频掺镱分布反馈光纤激光器或单频固定外腔半导体激光器；所述第二单频激光器为单频掺铒分布反馈光纤激光器或单频固定外腔半导体激光器；
所述单频掺镱分布反馈光纤激光器，通过直接在掺镱光纤上刻写带相移光纤布拉格光栅的方式产生单频激光；
所述单频固定外腔半导体激光器，基于半导体增益芯片，通过外置反馈和滤波的方式实现单频激光输出；
所述单频掺铒分布反馈光纤激光器，通过直接在掺铒光纤上刻写带相移光纤布拉格光栅的方式产生单频激光；
所述单频固定外腔半导体激光器，基于半导体增益芯片，通过外置反馈和滤波的方式实现单频激光输出。
4.如权利要求1所述的单频激光系统，其特征在于：所述第一单频激光器输出的第一单频激光的线宽小于20kHz，所述第一放大激光由所述掺镱光纤放大模块将所述第一单频激光的功率放大至10mW～300W形成；所述第二单频激光器输出的第二单频激光的线宽小于1000kHz，所述第二放大激光由所述掺铒光纤放大模块将所述第二单频激光的功率放大至10mW～100W形成。
5.如权利要求1或4所述的单频激光系统，其特征在于：所述第一单频激光器为单频掺镱分布反馈光纤激光器或单频固定外腔半导体激光器；所述第二单频激光器为单频分布反馈半导体激光器；
所述单频掺镱分布反馈光纤激光器，通过直接在掺镱光纤上刻写带相移光纤布拉格光栅的方式产生单频激光；
所述单频固定外腔半导体激光器，基于半导体增益芯片，通过外置反馈和滤波的方式实现单频激光输出；
所述单频分布反馈半导体激光器，基于半导体增益芯片，通过在所述增益芯片中写入布拉格光栅的方式实现单频激光输出。
6.如权利要求1所述的单频激光系统，其特征在于：所述第一单频激光器输出的第一单频激光的线宽小于5000kHz，所述第一放大激光由所述掺镱光纤放大模块将所述第一单频激光的功率放大至10mW～300W形成；所述第二单频激光器输出的第二单频激光的线宽小于20kHz，所述第二放大激光由所述掺铒光纤放大模块将所述第二单频激光的功率放大至10mW～100W形成。
7.如权利要求1或6所述的单频激光系统，其特征在于：所述第一单频激光器为单频分布反馈半导体激光器；所述第二单频激光器为单频掺铒分布反馈光纤激光器或单频固定外腔半导体激光器；
所述单频分布反馈半导体激光器，基于半导体增益芯片，通过在所述增益芯片中写入布拉格光栅的方式实现单频激光输出；
所述单频掺铒分布反馈光纤激光器，通过直接在掺铒光纤上刻写带相移光纤布拉格光栅的方式产生单频激光；
所述单频固定外腔半导体激光器，基于半导体增益芯片，通过外置反馈和滤波的方式实现单频激光输出。
8.如权利要求1所述的单频激光系统，其特征在于：所述第一单频激光器输出的第一单频激光的线宽小于5000kHz，所述第一放大激光由所述掺镱光纤放大模块将所述第一单频激光的功率放大至10mW～300W形成；所述第二单频激光器输出的第二单频激光的线宽小于1000kHz，所述第二放大激光由所述掺铒光纤放大模块将所述第二单频激光的功率放大至10mW～100W形成。
9.如权利要求1或8所述的单频激光系统，其特征在于：所述第一单频激光器为单频分布反馈半导体激光器；所述第二单频激光器为单频分布反馈半导体激光器；
所述单频分布反馈半导体激光器，基于半导体增益芯片，通过在所述增益芯片中写入布拉格光栅的方式实现单频激光输出。
10.一种激光干涉仪，其特征在于：包括权利要求1至9任一项所述的单频激光系统。
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