CN118054293A - 一种基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤激光技术领域，尤其涉及一种基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器，包括高反射率光纤光栅、高增益掺杂光纤、第一低反射率光纤光栅、波分复用器、泵浦激光器、低增益掺杂光纤、第二低反射率光纤光栅和隔离器，其中高反射率光纤光栅、高增益掺杂光纤和第一低反射率光纤光栅首尾相连依次熔接形成光纤激光器的谐振腔，再通过波分复用器信号光输出端依次熔接低增益掺杂光纤、第二低反射率光纤光栅和隔离器形成可饱和吸收体和自注入结构，依靠饱和吸收体实现自注入锁定，使得信号光在多谐振腔中多次振荡后可输出稳定的单纵模激光。相较现有技术，本发明具有高稳定、单纵模、光束质量好、结构紧凑的优势。
Description
技术领域
本发明涉及光纤激光技术领域，尤其涉及一种基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器。
背景技术
单纵模光纤激光器具有输出光束质量高、输出噪声低以及输出线宽窄的优点，在微波光子学、光通信以及光纤探测等领域中拥有非常出色的应用前景近年来得到了快速的发展，其中DBR结构的单纵模光纤激光器因其结构简单易于实现成为研究的热点，DBR结构单纵模光纤激光器是由一对中心波长匹配的光纤布拉格光栅和一段增益光纤组成的线形腔结构光纤激光器，激光器的高反端是宽带高反射率光纤光栅，激光器的耦合输出端为窄带宽、低反射率光纤布拉格光栅。由于谐振腔的长度决定了输出激光的自由光谱范围(FSR)，因此减小增益光纤的长度，可以减少腔内振荡的纵模个数，进而可以获得DBR单纵模光纤激光器的单纵模输出。但由于增益光纤的掺杂浓度和光纤光栅的有限长度限制，使得有效腔长还不够窄，而相对短的有效腔长使得腔内光子寿命短输出激光线宽较宽。
然而，过于简单的腔型结构会带来泵浦吸收和稳定单纵模运转之间的矛盾，难以实现单纵模激光器的稳定运转。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器，依靠饱和吸收体实现自注入锁定，使信号光在多谐振腔中多次振荡后可输出稳定的单纵模激光。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器，包括高反射率光纤光栅、高增益掺杂光纤、第一低反射率光纤光栅、波分复用器、泵浦激光器、低增益掺杂光纤、第二低反射率光纤光栅和隔离器；
所述高反射率光纤光栅、所述高增益掺杂光纤和所述第一低反射率光纤光栅首尾相连依次熔接形成光纤激光器的谐振腔，然后与所述波分复用器的公共端熔接，所述波分复用器信号光输出端依次熔接低增益掺杂光纤、第二低反射率光纤光栅和隔离器，形成可饱和吸收体和自注入结构；所述波分复用器泵浦输入端熔接泵浦激光器；
所述高反射率光纤光栅的输出端采用8°角切割。
其中，所述高反射率光纤光栅对信号光波长高反，反射率为80％-99％；所述第一低反射率光纤光栅和第二低反射率光纤光栅对信号光波长低反，反射率为30％-80％，第一低反射率光纤光栅和第二低反射率光纤光栅的反射率可以相同也可以不同；
所述高反射率光纤光栅可选择双色镜、半导体可饱和吸收镜、法拉第旋转镜或反射镜进行替换。
其中，所述低增益光纤是一段未泵浦的掺杂光纤，未泵浦的掺杂光纤作为饱和吸收体，一端与所述波分复用器相连，另一端接入光纤布拉格光栅作为反射镜，反射光与入射光在饱和吸收体中发生干涉，形成动态光栅起到稳定纵模压窄激光线宽的作用，同时后向反射光形成自注入结构进一步压窄激光线宽。
其中，所述低增益掺杂光纤的吸收峰与所述高增益掺杂光纤的发射峰相匹配。
其中，所述高反射率光纤光栅的中心波长分别与第一低反射率光纤光栅以及第二低反射率光纤光栅的中心波长相近。
其中，所述泵浦激光器的激光波长的波段范围无特别限制，所述泵浦激光器可选用固体激光器或者光纤激光器替换。
其中，所述波分复用器的波长范围与所述泵浦激光器所选波段相匹配。
其中，所述隔离器用于防止输出激光后向散射。
其中，所述基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器中可使用保偏器件或非保偏器件。
本发明提供了一种基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器，包括高反射率光纤光栅、高增益掺杂光纤、第一低反射率光纤光栅、波分复用器、泵浦激光器、低增益掺杂光纤、第二低反射率光纤光栅和隔离器，其中高反射率光纤光栅、高增益掺杂光纤和第一低反射率光纤光栅首尾相连依次熔接形成光纤激光器的谐振腔，再通过波分复用器信号光输出端依次熔接低增益掺杂光纤、第二低反射率光纤光栅和隔离器形成可饱和吸收体和自注入结构，依靠饱和吸收体实现自注入锁定，使得信号光在多谐振腔中多次振荡后可输出稳定的单纵模激光。由于具有高稳定、单纵模、光束质量好、结构紧凑的优势，本发明在相干光通信、激光雷达和光纤传感等领域有广泛应用前景。
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是本发明的一种基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器的结构示意图。
图2是本发明的具体实施例2的结构示意图。
图3是本发明的具体实施例3的结构示意图。
图4是本发明的具体实施例4的结构示意图。
1-高反射率光纤光栅、2-高增益掺杂光纤、3-第一低反射率光纤光栅、4-波分复用器、5-泵浦激光器、6-低增益掺杂光纤、7-第二低反射率光纤光栅、8-隔离器、9-50：50的2×2耦合器、10-50：50的1×2耦合器、11-第二高反射率光纤光栅。
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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1，本发明提出了一种基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器，包括高反射率光纤光栅1、高增益掺杂光纤2、第一低反射率光纤光栅3、波分复用器4、泵浦激光器5、低增益掺杂光纤6、第二低反射率光纤光栅7和隔离器8；
所述高反射率光纤光栅1、所述高增益掺杂光纤2和所述第一低反射率光纤光栅3首尾相连依次熔接形成光纤激光器的谐振腔，然后与所述波分复用器4的公共端熔接，所述波分复用器4信号光输出端依次熔接低增益掺杂光纤6、第二低反射率光纤光栅7和隔离器8，形成可饱和吸收体和自注入结构；所述波分复用器4泵浦输入端熔接泵浦激光器5；
所述高反射率光纤光栅1的输出端采用8°角切割，以防止端面反射从而影响激光质量
具体的，所述基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器是线性腔结构，信号光在谐振腔中反复震荡输出。
进一步的，所述高反射率光纤光栅1对信号光波长高反，反射率为80％-99％；所述第一低反射率光纤光栅3和第二低反射率光纤光栅7对信号光波长低反，反射率为30％-80％，第一低反射率光纤光栅3和第二低反射率光纤光栅7的反射率可以相同也可以不同；
所述高反射率光纤光栅1也可以是双色镜、半导体可饱和吸收镜、法拉第旋转镜、反射镜等反射器件。
进一步的，所述高增益掺杂光纤2和所述低增益掺杂光纤6为高掺杂稀土发光离子的光纤，其离子类型包括Yb3+、Er3+、Tm3+、Ho3+、Dy3+的单掺、双掺和多掺，只要所述低增益掺杂光纤6的吸收峰与所述高增益掺杂光纤2的发射峰相匹配即可；所述低增益掺杂光纤6也可以是低掺杂光纤或其他可用于可饱和的材料或器件；
优选的，所述泵浦激光器5的激光波长是980nm，也可以是其他波段；所述泵浦激光器5的泵浦方式可以是正向泵浦也可以是反向泵浦；所述泵浦源可以是半导体激光器，也可以是固体激光器或者光纤激光器。
进一步的，所述波分复用器4可选980/1550nm波分复用器，也可以是其他波段的波分复用器，其波长范围须与泵浦激光器5所选波段相匹配。
优选的，隔离器8也可以是环形器等用于防止输出激光后向散射的器件。
优选的，所述基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器中可使用保偏器件或非保偏器件。
进一步的，本发明的提出了4个具体实施例进行辅助说明：
相应的附图1至图4分别对应4个不同的实施例：
如图1所示，泵浦激光器5的泵浦波长为980nm，采用反向泵浦；高反射率光纤光栅1对1550nm波长的泵浦光高反，反射率为80％-99％；高增益掺杂光纤2为掺饵光纤吸收泵浦激光器5发射的980nm泵浦光，提供1.5μm附近的激光增益；第一低反射率光纤光栅3和第二低反射率光纤光栅7对1550nm波长的泵浦光低反，反射率为30％-80％；低增益掺杂光纤6为未泵浦的掺饵光纤作饱和吸收体；
如图2所示为实施例2，上述实施例1中，第二低反射率光纤光栅7连接低增益掺杂光纤6和隔离器8的部分可以是50：50的2×2耦合器9的一输出端连接低增益掺杂光纤6的一端，低增益掺杂光纤6的另一端再环回50：50的2×2耦合器9的另一输出端，也可以是连接未泵浦高增益光纤的其他自注入结构；50：50的2×2耦合器9也可以是90:10等其他输出比例；
如图3所示为实施例3，上述实施例1中的自注入结构也可以是低增益掺杂光纤6的一端连接1×2的50:50耦合器10的一端，低增益掺杂光纤12的另一端连接第二高反射率光纤光栅11，信号光再经过1×2的50:50耦合器10的另一端的50％端口回到谐振腔，另一端50％端口输出。所述1×2的50:50耦合器10的也可以是90:10等其他输出比例的1×2或2×2耦合器。第二高反射率光纤光栅11也可以是双色镜、半导体可饱和吸收镜、法拉第旋转镜、反射镜等反射器件；
如图4所示为实施例4，将上述实施例3中，输出激光可以经过耦合器正向输出，也可以反向输出。相应地，1×2的50:50耦合器的耦合比可以是50:50也可以是80:20等其他输出比例。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器，其特征在于，
包括高反射率光纤光栅、高增益掺杂光纤、第一低反射率光纤光栅、波分复用器、泵浦激光器、低增益掺杂光纤、第二低反射率光纤光栅和隔离器；
所述高反射率光纤光栅、所述高增益掺杂光纤和所述第一低反射率光纤光栅首尾相连依次熔接形成光纤激光器的谐振腔，然后与所述波分复用器的公共端熔接，所述波分复用器信号光输出端依次熔接低增益掺杂光纤、第二低反射率光纤光栅和隔离器，形成可饱和吸收体和自注入结构；所述波分复用器泵浦输入端熔接泵浦激光器；
所述高反射率光纤光栅的输出端采用8°角切割。
2.如权利要求1所述的基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器，其特征在于，
所述高反射率光纤光栅对信号光波长高反，反射率为80％-99％；所述第一低反射率光纤光栅和第二低反射率光纤光栅对信号光波长低反，反射率为30％-80％，第一低反射率光纤光栅和第二低反射率光纤光栅的反射率可以相同也可以不同；
所述高反射率光纤光栅可选择双色镜、半导体可饱和吸收镜、法拉第旋转镜或反射镜进行替换。
3.如权利要求2所述的基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器，其特征在于，
所述低增益光纤是一段未泵浦的掺杂光纤，未泵浦的掺杂光纤作为饱和吸收体，一端与所述波分复用器相连，另一端接入光纤布拉格光栅作为反射镜，反射光与入射光在饱和吸收体中发生干涉，形成动态光栅起到稳定纵模压窄激光线宽的作用，同时后向反射光形成自注入结构进一步压窄激光线宽。
4.如权利要求3所述的基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器，其特征在于，
所述低增益掺杂光纤的吸收峰与所述高增益掺杂光纤的发射峰相匹配。
5.如权利要求4所述的基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器，其特征在于，
所述高反射率光纤光栅的中心波长分别与第一低反射率光纤光栅以及第二低反射率光纤光栅的中心波长相近。
6.如权利要求5所述的基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器，其特征在于，
所述泵浦激光器的激光波长的波段范围无特别限制，所述泵浦激光器可选用固体激光器或者光纤激光器替换。
7.如权利要求6所述的基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器，其特征在于，
所述波分复用器的波长范围与所述泵浦激光器所选波段相匹配。
8.如权利要求7所述的基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器，其特征在于，
所述隔离器用于防止输出激光后向散射。
9.如权利要求8所述的基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器，其特征在于，
所述基于饱和吸收体的自注入单纵模光纤激光器中可使用保偏器件或非保偏器件。
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