CN1186861C - 掺镱可调谐光纤激光器 - Google Patents

Abstract

一种掺镱可调谐光纤激光器，其结构是：一个2×2波分复用器，其一端口连接半导体激光器的尾纤，另一端口与具有一定长度的掺镱光纤的一端相连，该掺镱光纤的另一端装在五维光纤调架上并对准同时装在该调整架上的反射腔镜，该波分复用器的第三端口与作为输出腔镜的光纤圈反射器相连接，所述的反射腔镜在波长1100nm-1200nm范围的反射率为99%，其倾角是可调的。本发明掺镱可调谐光纤激光器，具有功率大、调谐范围广、操作方便和多用途的特点。

Description

掺镱可调谐光纤激光器

技术领域：

本发明是一种掺镱(Yb)可调谐光纤激光器。它主要是利用调节腔镜与光纤端面间的耦合状态(如倾角和距离)和改变光纤长度来选择激光器的激射波长。具有调节方法简便且调谐范围广的优点。主要可作为光纤光栅的监控光源，也可用于测量光纤的损耗及测量光纤的掺杂浓度。

背景技术：

我们在制作光纤光栅的过程中需要对光纤光栅的生长过程进行实时监控。目前制作光纤光栅的监控手段一般采用荧光源作为监控光源。但是荧光源的功率比较低，一般小于-50dBm。当所要制作的光纤光栅反射率要求在30dB以上时，那么观察范围就延伸至-80dBm以下。目前光谱仪在约-75dBm时就较难分辨光谱细节。尤其是制作相移光纤光栅时，很难观测相移的生长过程。因此，很需要一种功率更高的光源作光纤光栅制作过程中的监控光源。而一般固定波长激光器，功率虽能满足要求，但很难与要制作的光纤光栅的光谱相匹配。

发明内容：

本发明要解决的技术问题在于首先为制作相移光纤光栅提供一种掺镱可调谐光纤激光器，以作为光纤光栅制作的监控光源，有利于分辨光纤光栅的光谱细节。

本发明的技术解决方案如下：

一种掺镱可调谐光纤激光器，其特征在于它包括：

一个2×2波分复用器，其一端口连接半导体激光器的尾纤，另一端口与具有一定长度的掺镱光纤的一端相连，该掺镱光纤的另一端装在五维光纤调架上并对准同时装在该调整架上的反射腔镜，该波分复用器的第三端口与作为输出腔镜的光纤圈反射器相连接，所述的反射腔镜在波长1100nm-1200nm范围的反射率为99％，其倾角是可调的。

所述的掺镱光纤的长度为5米，掺镱浓度为1800ppm。

所述光纤圈反射器在1020nm-1070nm范围内的反射率约为97％。

本发明的理论依据就是利用了光纤激光器的损耗与激射波长具有对应关系特性。其原理是我们根据一系列的公式推导得出激射波长与阈值之间的关系式为：

$1+\frac{Z_l}{Z_u}\exp \left[\frac{E_{\mathrm{zl}}-\mathrm{hc}{\mathrm{\λ}}^{-1}}{\mathrm{KT}}\right]=\exp [\mathrm{lN}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{ap}}-\ln \left({\mathrm{\β}}_{\min }\frac{{p_p}^{\mathrm{th}}\left(0\right)}{p_c}\right)-\frac{{p_p}^{\mathrm{th}}\left(0\right)}{p_c}]$

式中，λ是激射波长，l及N分别为掺Yb光纤的长度和浓度，p_p ^th(0)为阈值功率，其它物理量为常数。由上述公式可看出：

1.当损耗引起阈值改变时，将引起激射波长的变化。损耗越大阈值越高，激射波长越短；

2.而且光纤长度l也可以改变激射波长，激射波长随着光纤长度的增加而增加。

与以往的光纤光栅监控光源相比，本发明掺镱可调谐光纤激光器的特点是：

①可监控多种不同波长的光纤光栅，激射波长调谐范围可达到30nm(1038-1073nm)以上。其中包括了惯性约束核聚变激光驱动器前端系统中需使用的1053nm激光波长及掺Nd光纤激光器的1064nm激光波长等。

②该激光器功率(约-20dBm)比荧光功率(约-50dBm)高约30dB，便于用光谱仪观测光纤光栅的光谱细节。

③调谐方法简单。

④用途广泛，还可以用来测量用于传输1038-1072nm波段激光的无源光纤的损耗及掺Yb光纤和掺Nd光纤的掺杂浓度。

因此，该激光器具有方便、功率大、调谐范围广、多用途等特性。是一种全新的掺Yb可调谐光纤激光器。

附图说明：

图1是本发明掺镱可调谐光纤激光器的结构示意图。

图2是本发明激光器调谐过程激射波长光谱图之一。

图3是本发明激光器调谐过程激射波长光谱图之二。

图4是本发明激光器调谐过程激射波长光谱图之三。

图5是本发明激光器调谐过程激射波长光谱图之四。

图6是本发明激光器监控光纤光栅时的光谱图。

图1中：

1-波分复用器(WDM)    11、12、13、14-波分复用器的端口

2-掺镱光纤    3-光纤调整架

4-反射腔镜    5-光纤圈反射器    6-半导体激光器

具体实施方式：

请参阅图1，图1是本发明掺镱可调谐光纤激光器的结构示意图，由图可见，本发明掺镱可调谐光纤激光器的构成包括：半导体激光器6(LD)的尾纤与波分复用器(WDM)1的一端口11相连接。一段5米长、掺杂浓度1800ppm的掺Yb光纤2的一端与WDM1的另一端口13相连，该掺Yb光纤的另一端装在五维光纤调整架3上。之后为一镀介质膜的反射腔镜4，其在波长1100nm-1200nm范围的反射率为99％，该反射腔镜4也装在该五维调整架3上。WDM1的端口12与一光纤圈反射器5相连接，该光纤圈反射器5用作输出耦合腔镜，其反射率约97％(在1020nm-1070nm)。由图1可以看出，当调节该激光器光纤端面和反射腔镜4的耦合状况时，可改变该激光器的损耗，因此，根据前述公式可调谐激光输出波长。实验表明该激光器，可调谐范围为1038.2nm～1073nm。

图2至图5就是用光谱仪记录该激光器调谐过程中，激射波长的光谱图，也就是说，我们只要调节反射腔镜4与光纤端面3的倾角或距离就可以实现该激光器的调谐输出。用光谱仪就可观察到该激光器所输出的不同激射波长。在激光器与光谱仪之间接入待刻写的光纤光栅就可用来监控光栅的刻写，或接入已刻写的光纤光栅就可测出光栅的光谱结构。图6就是用该激光器监控光纤光栅时，用光谱仪记录下来的光谱图。

综上所述，本发明掺镱可调谐光纤激光器具有功率大、调谐范围广、操作方便和多用途的特点。

Claims (3)

1、一种掺镱可调谐光纤激光器，其特征在于它包括：

一个2×2波分复用器(1)，其一端口(11)连接一半导体激光器(6)的尾纤，另一端口(13)与具有一定长度的掺镱光纤(2)的一端相连，该掺镱光纤(2)的另一端装在五维光纤调架(3)上并对准同时装在该调整架(3)上的反射腔镜(4)，该波分复用器(1)的第三端口(12)与作为输出腔镜的光纤圈反射器(5)相连接，所述的反射腔镜(4)在波长1100nm-1200nm范围的反射率为99％，其倾角是可调的。

2、根据权利要求1所述的掺镱可调谐光纤激光器，其特征在于所述的掺镱光纤(2)的长度为5米，掺镱浓度为1800ppm。

3、根据权利要求1所述的掺镱可调谐光纤激光器，其特征在于所述光纤圈反射器(5)在1020nm-1070nm范围内的反射率为97％。

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