CN206340823U - 带有功率反馈机制的2μm波段线偏振单频光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型为带有功率反馈机制的2μm波段线偏振单频光纤激光器，包含主振荡器、预放大器、功率放大器和激光输出头，主振荡器为工作于2μm波段的单频半导体激光器；预放大器包括第一光纤合束器、第一光纤隔离器、第一多模半导体激光泵浦和第一双包层掺铥光纤，功率放大器包括第二光纤合束器、第二光纤隔离器、第二双包层掺铥光纤、光纤分束器、第二多模半导体激光泵浦和反馈单元组成，主振荡器的输出端与第一光纤合束器的信号端相接，第一光纤隔离器输出端与第二光纤合束器的信号端相接，功率放大器的输出激光经激光输出头输出，反馈激光与反馈单元输入端相接，反馈单元输出端与第二多模半导体激光泵浦相接，具有稳定性高、无跳模等优点。

Description

带有功率反馈机制的2μm波段线偏振单频光纤激光器

技术领域

本实用新型涉及光纤及激光技术领域，具体的说是一种带有功率反馈机制的2μm波段线偏振单频光纤激光器。

背景技术

光纤激光器/放大器是以掺杂稀土元素的光纤为增益介质的激光器/放大器，通过掺杂不同的稀土元素，如饵（Er），镒（Yb），铥（Tm），钬（Ho），钕（Nd）等，光纤激光器/放大器的工作波段覆盖了从紫外到中红外。与其他激光器/放大器相比，光纤激光器/放大器具有能量转化率高、输出光束质量好、结构紧凑稳定、无需光路调整、散热性能好、寿命长和无需维护等鲜明特点，因此得到快速发展以及广泛地应用。

单频光纤激光器具有单色性好，相干性优等优秀特质，可广泛应用于量子通信，相干探测等高端应用领域，然而这些高端应用领域对单频激光器提出了更高的要求：在不同的环境温度下，单频激光器的输出功率要保持稳定，比如0℃-30℃下功率不稳定度要保持在3%以下。现有的单频激光器在0℃-30℃下功率不稳定度基本在25%以上，很难在量子通信，相干探测等高端领域有所应用。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本实用新型旨在提供一种稳定性高、功率强、无跳模的带有功率反馈机制的2μm波段线偏振单频光纤激光器。

为了实现上述功能，本实用新型将采取以下技术方案：

一种带有功率反馈机制的2μm波段线偏振单频光纤激光器，包括主振荡器、预放大器、带有功率反馈机制的功率放大器和激光输出头，其特征在于

主振荡器为工作于2μm波段的单频半导体激光器；预放大器由第一光纤合束器、第一光纤隔离器、第一多模半导体激光泵浦和第一双包层掺铥光纤组成，预放大器（2）并不限于一级光纤放大级，可以增加光纤放大级以实现更高功率的激光，预放大器可以为前向泵浦，也可以为后向泵浦。当预放大器为前向泵浦时，主振荡器的输出端与预放大器的第一光纤合束器的信号端相接，第一光纤合束器的泵浦端与第一多模半导体激光泵浦相接，第一光纤合束器的输出端与第一双包层掺铥光纤一端相接，第一双包层掺铥光纤另一端与第一光纤隔离器相接；功率放大器的输出激光经激光输出头输出；当预放大器为后向泵浦时，主振荡器的输出端与第一双包层掺铥光纤一端另一端相接，第一双包层掺铥光纤一端与第一光纤合数器信号端相连，第一光纤合束器的泵浦端与第一多模半导体激光泵浦相接，第一光纤合束器的输出端与第一光纤隔离器相接。此外，功率放大器可以为前向泵浦，也可以为后向泵浦，当功率放大器为前向泵浦时，功率放大器由第二光纤合束器、第二光纤隔离器、第二双包层掺铥光纤、光纤分束器、第二多模半导体激光泵浦和反馈单元组成，预放大器的第一光纤隔离器输出端与功率放大器的第二光纤合束器的信号端相接，第二光纤合束器的输出端与第二双包层掺铥光纤一端相接，第二双包层掺铥光纤另一端与第二光纤隔离器相接，第二光纤隔离器的输出端与光纤分束器的输入端相连，光纤分束器将激光分为输出激光和反馈激光，输出激光和反馈激光的功率之比不小于99:1，输出激光经激光输出头输出，反馈激光与反馈单元输入端相接，反馈单元输出端与第二多模半导体激光泵浦相接；当功率放大器为后向泵浦时，功率放大器由第二光纤合束器、第二光纤隔离器、第二双包层掺铥光纤、光纤分束器、第二多模半导体激光泵浦和反馈单元组成，预放大器的第一光纤隔离器输出端与功率放大器的第二双包层掺铥光纤相接，第二双包层掺铥光纤另一端与第二光纤合束器的信号端相接，第二光纤合束器的另一个信号端与第二光纤隔离器相接，第二光纤隔离器输出端与光纤分束器的输入端相连，光纤分束器将激光分为输出激光和反馈激光，输出激光和反馈激光的功率之比不小于99:1，输出激光经激光输出头输出，反馈激光与反馈单元输入端相接，反馈单元输出端与第二多模半导体激光泵浦相接。

本实用新型所述反馈单元包括光电探测器、光电探测电路模块、功率反馈主控模块和泵浦驱动器，反馈激光通过光纤耦合进入光电探测器，光电探测电路模块接受光电探测器输出的电信号并进行处理后输入给功率反馈主控模块，功率反馈主控模块控制泵浦驱动器输出相应的电流以驱动第二多模半导体激光泵浦。

本实用新型所述主振荡器包括第三半导体激光驱动器、2μm波段单频半导体激光器和第三光纤隔离器，其中第三半导体激光驱动器驱动一个光纤耦合的2μm波段单频半导体激光器（6）输出激光，单频半导体激光器的输出光纤与第三光纤隔离器（7-1）的输入光纤焊接在一起，第三光纤隔离器（7-1）的输入端与第一光纤合束器的信号端相连。

本实用新型所述工作于2μm波段单频半导体激光器波长位于1850nm-2050nm，单频半导体激光器的耦合光纤为保偏光纤，以通过光纤输出连续型、单纵模、线偏振激光。

本实用新型所述第一光纤合束器为（1+1）×1光纤合束器。

第二光纤合束器为（2+1）×1光纤合束器，也可以为（6+1）×1光纤合束器或（18+1）×1光纤合束器。

本实用新型所述光纤分束器将激光分为输出激光和反馈激光，输出激光和反馈激光的功率之比最好为99.5:0.5.

本实用新型所述第一双包层掺铥光纤、第二双包层掺铥光纤、第一光纤隔离器、第二光纤隔离器、第三光纤隔离器、激光输出头均为保偏器件，以实现偏振光。

本实用新型所述第一双包层掺铥光纤、第二双包层掺铥光纤的芯径/内包层均为10μm/130μm，纤芯NA均为0.15，对793nm处激光的吸收系数约为4.7dB/m。

本实用新型所述第一多模半导体激光泵浦为光纤耦合多模半导体激光器，工作波长位于793nm，输出光纤为105μm/125μm光纤，纤芯NA为0.22，输出功率约4W；第二多模半导体激光泵浦为光纤耦合多模半导体激光器，工作波长位于793nm，输出光纤为105μm/125μm光纤，纤芯NA为0.22，输出功率约8W。

本实用新型以2μm波段单频半导体激光器用作种子源，利用光纤放大级将其功率有效放大，实现了高功率的单频激光器，通过在功率放大级加上反馈机制，保证了激光器输出功率的稳定性，使本实用新型在在0℃-40℃范围内工作于单纵模状态且不稳定度均保持在3%以下。由于采用上述结构，本实用新型具有稳定性高、功率强、无跳模等优点。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构图示图。

图2为本实用新型的另一种结构示意图。

图中标记：

主振荡器1、预放大器2、带有功率反馈机制的功率放大器3、激光输出头4、第三半导体激光驱动器5、2μm波段单频半导体激光器6、第三光纤隔离器7、第一光纤合束器9、第一光纤隔离器10、第一多模半导体激光泵浦8和第一双包层掺铥光纤11、第二光纤合束器12、第二光纤隔离器13、第二双包层掺铥光纤14、光纤分束器15、第二多模半导体激光泵浦16、光电探测器17、光电探测电路模块18、功率反馈主控模块19、泵浦驱动器20。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步的说明：

如图所示，一种带有功率反馈机制的2μm波段线偏振单频光纤激光器，包括主振荡器1、预放大器2、带有功率反馈机制的功率放大器3和激光输出头4。

主振荡器1为工作于2μm波段的单频半导体激光器，工作于2μm波段单频半导体激光器波长位于1850nm-2050nm，单频半导体激光器的耦合光纤为保偏光纤，以通过光纤输出连续型、单纵模、线偏振激光，主振荡器包括第三半导体激光驱动器5、2μm波段单频半导体激光器6和第三光纤隔离器7，其中第三半导体激光驱动器5驱动一个光纤耦合的2μm波段单频半导体激光器6输出激光，单频半导体激光器6的输出光纤与第三光纤隔离器7的输入光纤焊接在一起。

预放大器由第一光纤合束器9、第一光纤隔离器10、第一多模半导体激光泵浦8和第一双包层掺铥光纤11组成，其中，第一多模半导体激光泵浦8为光纤耦合多模半导体激光器，工作波长位于793nm，输出光纤为105μm/125μm光纤，纤芯NA为0.22，输出功率约4W；第一光纤合束器9为（1+1）×1光纤合束器，预放大器（2）并不限于一级光纤放大级，可以增加光纤放大级以实现更高功率的激光，预放大器可以为前向泵浦，也可以为后向泵浦。当预放大器为前向泵浦时，主振荡器的输出端与预放大器的第一光纤合束器的信号端相接，第一光纤合束器的泵浦端与第一多模半导体激光泵浦相接，第一光纤合束器的输出端与第一双包层掺铥光纤一端相接，第一双包层掺铥光纤另一端与第一光纤隔离器相接；功率放大器的输出激光经激光输出头输出；当预放大器为后向泵浦时，主振荡器的输出端与第一双包层掺铥光纤一端另一端相接，第一双包层掺铥光纤一端与第一光纤合数器信号端相连，第一光纤合束器的泵浦端与第一多模半导体激光泵浦相接，第一光纤合束器的输出端与第一光纤隔离器相接。

功率放大器由第二光纤合束器12、第二光纤隔离器13、第二双包层掺铥光纤14、光纤分束器15、第二多模半导体激光泵浦16和反馈单元组成。其中，第二多模半导体激光泵浦为光纤耦合多模半导体激光器，工作波长位于793nm，输出光纤为105μm/125μm光纤，纤芯NA为0.22，输出功率约8W；第二光纤合束器为（2+1）×1光纤合束器，也可以为（（6+1）×1光纤合束器或（18+1）×1光纤合束器。功率放大器可以为前向泵浦，也可以为向后泵浦，当功率放大器为前向泵浦时，预放大器的第一光纤隔离器输出端与功率放大器的第二光纤合束器的信号端相接，第二光纤合束器的输出端与第二双包层掺铥光纤一端相接，第二双包层掺铥光纤另一端与第二光纤隔离器相接，第二光纤隔离器的输出端与光纤分束器的输入端相连，光纤分束器将激光分为输出激光和反馈激光，输出激光和反馈激光的功率之比不小于99:1，输出激光和反馈激光的功率之比最好为99.5:0.5，输出激光经激光输出头输出，反馈激光与反馈单元输入端相接，反馈单元输出端与第二多模半导体激光泵浦相接；当功率放大器为后向泵浦时，功率放大器由第二光纤合束器、第二光纤隔离器、第二双包层掺铥光纤、光纤分束器、第二多模半导体激光泵浦和反馈单元组成，预放大器的第一光纤隔离器输出端与功率放大器的第二双包层掺铥光纤相接，第二双包层掺铥光纤另一端与第二光纤合束器的信号端相接，第二光纤合束器的另一个信号端与第二光纤隔离器相接，第二光纤隔离器输出端与光纤分束器的输入端相连，光纤分束器将激光分为输出激光和反馈激光，输出激光和反馈激光的功率之比不小于99:1，输出激光经激光输出头输出，反馈激光与反馈单元输入端相接，反馈单元输出端与第二多模半导体激光泵浦相接。所述反馈单元包括光电探测器17、光电探测电路模块18、功率反馈主控模块19和泵浦驱动器20，反馈激光通过光纤耦合进入光电探测器17，光电探测电路模块18接受光电探测器17输出的电信号并进行处理后输入给功率反馈主控模块19，功率反馈主控模块19控制泵浦驱动器输出相应的电流以驱动第二多模半导体激光泵浦20。本实用新型所述第一双包层掺铥光纤、第二双包层掺铥光纤、第一光纤隔离器、第二光纤隔离器、第三光纤隔离器、激光输出头均为保偏器件，以实现偏振光。第一双包层掺铥光纤、第二双包层掺铥光纤的芯径/内包层均为10μm/130μm，纤芯NA均为0.15，对793nm处激光的吸收系数约为4.7dB/m。

实施例一

一种带有功率反馈机制的2μm波段线偏振单频光纤激光器，包括主振荡器、预放大器、带有功率反馈机制的功率放大器和激光输出头。主振荡器为工作于2μm波段的单频半导体激光器，工作于2μm波段单频半导体激光器波长位于1850nm-2050nm，单频半导体激光器的耦合光纤为保偏光纤，主振荡器包括第三半导体激光驱动器、2μm波段单频半导体激光器和第三光纤隔离器，其中第三半导体激光驱动器驱动一个光纤耦合的2μm波段单频半导体激光器（6）输出激光，单频半导体激光器的输出光纤与第三光纤隔离器（7-1）的输入光纤焊接在一起。预放大器由第一光纤合束器、第一光纤隔离器、第一793nm多模半导体激光泵浦和第一双包层掺铥光纤组成，其中，第一793nm多模半导体激光泵浦为光纤耦合多模半导体激光器，工作波长位于793nm，输出光纤为105μm/125μm光纤，纤芯NA为0.22，输出功率约4W；第一光纤合束器为（1+1）×1光纤合束器，预放大器为一级光纤放大级，可以增加光纤放大级以实现更高功率的激光，预放大器为前向泵浦。功率放大器由第二光纤合束器、第二光纤隔离器、第二双包层掺铥光纤、光纤分束器、第二793nm多模半导体激光泵浦和反馈单元组成。其中，第二793nm多模半导体激光泵浦为光纤耦合多模半导体激光器，工作波长位于793nm，输出光纤为105μm/125μm光纤，纤芯NA为0.22，输出功率约8W；第二光纤合束器为（2+1）×1光纤合束器，功率放大器为前向泵浦，预放大器的第一光纤隔离器输出端与功率放大器的第二光纤合束器的信号端相接，第二光纤合束器的输出端与第二双包层掺铥光纤一端相接，第二双包层掺铥光纤另一端与第二光纤隔离器相接，第二光纤隔离器的输出端与光纤分束器的输入端相连，光纤分束器将激光分为输出激光和反馈激光，输出激光和反馈激光的功率之比不小于99:1，输出激光和反馈激光的功率之比最好为99.5:0.5，输出激光经激光输出头输出，反馈激光与反馈单元输入端相接，反馈单元输出端与第二793nm多模半导体激光泵浦相接；所述反馈单元包括光电探测器、光电探测电路模块、功率反馈主控模块和泵浦驱动器，反馈激光通过光纤耦合进入光电探测器，光电探测电路模块接受光电探测器输出的电信号并进行处理后输入给功率反馈主控模块，功率反馈主控模块控制泵浦驱动器输出相应的电流以驱动第二793nm多模半导体激光泵浦。所述第一双包层掺铥光纤、第二双包层掺铥光纤、第一光纤隔离器、第二光纤隔离器、第三光纤隔离器、激光输出头均为保偏器件，用于防止方向光进入，以实现偏振光。第一双包层掺铥光纤、第二双包层掺铥光纤的芯径/内包层均为10μm/130μm，纤芯NA均为0.15，对793nm处激光的吸收系数约为4.7dB/m。

为了更加直观的了解反馈单元的作用，本实用新型将实施例去掉反馈单元后，形成了对比激光器一，具体如下：

一种2μm波段高功率线偏振单频光纤激光器，包括主振荡器、预放大器、功率放大器和激光输出头。主振荡器为工作于2μm波段的单频半导体激光器，工作于2μm波段单频半导体激光器波长位于1850nm-2050nm，单频半导体激光器的耦合光纤为保偏光纤，主振荡器包括第三半导体激光驱动器、2μm波段单频半导体激光器和第三光纤隔离器，其中第三半导体激光驱动器驱动一个光纤耦合的2μm波段单频半导体激光器（6）输出激光，单频半导体激光器的输出光纤与第三光纤隔离器（7-1）的输入光纤焊接在一起。预放大器由第一光纤合束器、第一光纤隔离器、第一793nm多模半导体激光泵浦和第一双包层掺铥光纤组成，其中，第一793nm多模半导体激光泵浦为光纤耦合多模半导体激光器，工作波长位于793nm，输出光纤为105μm/125μm光纤，纤芯NA为0.22，输出功率约4W；第一光纤合束器为（1+1）×1光纤合束器，预放大器为一级光纤放大级，可以增加光纤放大级以实现更高功率的激光，预放大器为前向泵浦。功率放大器由第二光纤合束器、第二光纤隔离器、第二双包层掺铥光纤、光纤分束器、第二793nm多模半导体激光泵浦组成。其中，第二793nm多模半导体激光泵浦为光纤耦合多模半导体激光器，工作波长位于793nm，输出光纤为105μm/125μm光纤，纤芯NA为0.22，输出功率约8W；第二光纤合束器为（2+1）×1光纤合束器，功率放大器为前向泵浦，预放大器的第一光纤隔离器输出端与功率放大器的第二光纤合束器的信号端相接，第二光纤合束器的输出端与第二双包层掺铥光纤一端相接，第二双包层掺铥光纤另一端与第二光纤隔离器相接，第二光纤隔离器的输出端与光纤分束器的输入端相连，光纤分束器经激光输出头输出激光。所述第一双包层掺铥光纤、第二双包层掺铥光纤、第一光纤隔离器、第二光纤隔离器、第三光纤隔离器、激光输出头均为保偏器件，以实现偏振光。第一双包层掺铥光纤、第二双包层掺铥光纤的芯径/内包层均为10μm/130μm，纤芯NA均为0.15，对793nm处激光的吸收系数约为4.7dB/m。

经过实验对比，当不加反馈时，对比激光器一在0℃、10℃、20℃、30℃、40℃时的输出功率分别为3.2W、3.11W、2.9W、2.65W和2.35W，而实施例一在0℃、10℃、20℃、30℃、40℃时的输出功率分别为3.2W、3.19W、3.2W、3.18W和3.16W，可以明显的看到实施例一的稳定度较没有加反馈的对比激光器一有显著提升，在0℃-40℃范围内功率不稳定度在3%以下。

本实用新型以2μm波段单频半导体激光器为种子源，利用光纤放大器将其功率有效放大，实现了高功率的单频激光器，通过在功率放大器加上反馈机制，保证了激光器输出功率的稳定性，使本实用新型在在0℃-40℃范围内工作于单纵模状态且不稳定度均保持在3%以下。由于采用上述结构，本实用新型具有稳定性高、功率强、无跳模等优点。

Claims (9)

1.一种带有功率反馈机制的2μm波段线偏振单频光纤激光器，包括主振荡器、预放大器、带有功率反馈机制的功率放大器和激光输出头，其特征在于

主振荡器为工作于2μm波段的单频半导体激光器；

预放大器由第一光纤合束器、第一光纤隔离器、第一多模半导体激光泵浦和第一双包层掺铥光纤组成，第一光纤合束器的泵浦端与第一多模半导体激光泵浦相接，第一光纤合束器的输出端与第一双包层掺铥光纤一端相接，第一双包层掺铥光纤另一端与第一光纤隔离器相接；

功率放大器由第二光纤合束器、第二光纤隔离器、第二双包层掺铥光纤、光纤分束器、第二多模半导体激光泵浦和反馈单元组成，第二光纤合束器的输出端与第二双包层掺铥光纤一端相接，第二双包层掺铥光纤另一端与第二光纤隔离器相接，第二光纤隔离器的输出端与光纤分束器的输入端相连，光纤分束器将激光分为输出激光和反馈激光，输出激光和反馈激光的功率之比不小于99:1，输出激光经激光输出头输出，反馈激光与反馈单元输入端相接，反馈单元输出端与第二多模半导体激光泵浦相接；

其中，主振荡器的输出端与预放大器的第一光纤合束器的信号端相接，预放大器的第一光纤隔离器输出端与功率放大器的第二光纤合束器的信号端相接，功率放大器的输出激光经激光输出头输出，反馈激光与反馈单元输入端相接，反馈单元输出端与第二多模半导体激光泵浦相接。

2.根据权利要求1所述的一种带有功率反馈机制的2μm波段线偏振单频光纤激光器，其特征在于反馈单元包括光电探测器、光电探测电路模块、功率反馈主控模块和泵浦驱动器，反馈激光通过光纤耦合进入光电探测器，光电探测电路模块接收光电探测器输出的电信号并进行处理后输入给功率反馈主控模块，功率反馈主控模块控制泵浦驱动器输出相应的电流以驱动第二多模半导体激光泵浦。

3.根据权利要求1所述的一种带有功率反馈机制的2μm波段线偏振单频光纤激光器，其特征在于主振荡器包括第三半导体激光驱动器、2μm波段单频半导体激光器和第三光纤隔离器，其中第三半导体激光驱动器驱动一个光纤耦合的2μm波段单频半导体激光器（6）输出激光，单频半导体激光器的输出光纤与第三光纤隔离器（7-1）的输入光纤焊接在一起，第三光纤隔离器（7-1）的输入端与第一光纤合束器的信号端相连。

4.根据权利要求1所述的一种带有功率反馈机制的2μm波段线偏振单频光纤激光器，其特征在于工作于2μm波段单频半导体激光器波长位于1850nm-2050nm，单频半导体激光器的耦合光纤为保偏光纤。

5.根据权利要求1所述的一种带有功率反馈机制的2μm波段线偏振单频光纤激光器，其特点在于第一光纤合束器为（1+1）×1光纤合束器，第二光纤合束器为（2+1）×1光纤合束器。

6.根据权利要求1所述的一种带有功率反馈机制的2μm波段线偏振单频光纤激光器，其特点在于光纤分束器将激光分为输出激光和反馈激光，输出激光和反馈激光的功率之比为99.5:0.5。

7.根据权利要求1所述的一种带有功率反馈机制的2μm波段线偏振单频光纤激光器，其特点在于第一双包层掺铥光纤、第二双包层掺铥光纤、第一光纤隔离器、第二光纤隔离器、第三光纤隔离器、激光输出头均为保偏器件。

8.根据权利要求1所述的一种带有功率反馈机制的2μm波段线偏振单频光纤激光器，其特点在于第一双包层掺铥光纤、第二双包层掺铥光纤的芯径/内包层均为10μm/130μm，纤芯NA均为0.15，对793nm处激光的吸收系数为4.7dB/m。

9.根据权利要求1所述的一种带有功率反馈机制的2μm波段线偏振单频光纤激光器，其特点在于第一多模半导体激光泵浦为光纤耦合多模半导体激光器，工作波长位于793nm，输出光纤为105μm/125μm光纤，纤芯NA为0.22，输出功率为4W；第二多模半导体激光泵浦为光纤耦合多模半导体激光器，工作波长位于793nm，输出光纤为105μm/125μm光纤，纤芯NA为0.22，输出功率为8W。