CN207021505U - 一种窄线宽线偏振掺铥光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及脉冲全光纤激光器技术领域，尤其涉及一种工作在2μm波段的窄线宽线偏振全光纤激光器，包括依次连接的2μm单频激光种子源、任意波形发生器、调制器、一级单模光纤放大器、一级10/130大模场双包层光纤放大器、偏振起偏器、一级10/130大模场双包层保偏光纤放大器和一级25/250大模场双包层保偏光纤放大器。实现稳定的2μm窄线宽线偏振激光输出。集成后的装置结构简单，可广泛应用于激光雷达探测等领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及脉冲全光纤激光器技术领域，具体涉及一种工作在2μm波段的窄线宽线偏振全光纤激光器。
背景技术
2μm波段单频光纤激光器以其线宽窄、相干长度长、大气透过率高、人眼安全等优点，能够广泛的应用于激光雷达、机场侧风、相干合成等领域。例如：在机场周边上，可用布置若干架激光雷达，测量机场周边风场，保障航班的安全起降，而一般的光纤激光器无法适应这种高精度和远距离的要求，从人眼安全的角度出发，采用2μm波段单频光纤激光器和相干探测几乎是最好的选择。
目前，获得2μm单频激光器的方法主要有以下几类：一是采用信号源直接调制；二是泵浦源控制增益开关；三是电光器件直接调制。三种技术路径各有优势，但由于保偏光纤器件及种子源价格高，本实用新型从稳定性和成本角度出发，在前级预放采用非保偏的光纤进行放大，通过级间起偏的方式，在最后两级放大中放大偏振信号光，既保证了偏振消光比，同时也节约了成本。
实用新型内容
针对上述内容，本实用新型提供了一种一种工作在2μm波段的窄线宽线偏振全光纤激光器，包括依次连接的2μm单频激光种子源、任意波形发生器、调制器、一级单模光纤放大器、一级10/130大模场双包层光纤放大器、偏振起偏器、一级10/130大模场双包层保偏光纤放大器和一级25/250大模场双包层保偏光纤放大器。实现稳定的2μm窄线宽线偏振激光输出。集成后的装置结构简单，可广泛应用于激光雷达探测等领域。
本实用新型的技术方案如下：
一种窄线宽线偏振掺铥光纤激光器，由2μm单频激光种子源、任意波形发生器、调制器、一级单模光纤放大器、一级10/130大模场双包层光纤放大器、偏振起偏器、一级10/130大模场双包层保偏光纤放大器和一级25/250大模场双包层保偏光纤放大器构成。
各组成部分的连接关系为：任意波形发生器连接调制器，对2μm单频激光种子源输出的光信号进行调制后，依次连接一级单模光纤放大器、一级10/130大模场双包层光纤放大器、偏振起偏器、一级10/130大模场双包层保偏光纤放大器和一级25/250大模场双包层保偏光纤放大器。各放大器模块采用光纤直接熔接的方式。
所述2μm单频激光种子源用于产生2μm单频连续激光，光谱线宽<50KHz；
任意信号发生器生成调制的电信号；
调制器将施加的电信号转化为光调制信号，将2μm单频连续激光调制成脉冲激光；
单模光纤放大器用于将所述脉冲激光进行预放大，增益>20dB；
10/130大模场双包层光纤放大器将单模光纤放大器放大后的信号进行再次放大，增益>20dB；
偏振起偏器用于将所述预放大自由偏振激光变为线偏振光，为光纤在线起偏器；
10/130大模场双包层保偏光纤放大器用于将偏振起偏器输出的线偏振光进行再次放大，增益>15dB；
25/250大模场双包层保偏光纤放大器用于将10/130大模场双包层保偏光纤放大器再次放大，增益>15dB。
单模光纤放大器包括依次连接的单模半导体泵浦源、波分复用器(WDM)、单模增益光纤和光栅带通滤波器；
所述波分复用器(WDM)为793/2040nm波分复用器，带宽为5nm；
所述单模增益光纤为掺铥单模非保偏增益光纤；
所述光纤带通滤波器中心波长为2040nm，带宽为2nm。
所述10/130大模场双包层光纤放大器包括依次连接的多模半导体泵浦源、(2+1)×1合束器、10/130大模场增益光纤、包层光剥离器、隔离器；
所述(2+1)×1合束器的信号端输入输出光纤均为10/130非保偏无源光纤，泵浦端为105/125，NA<0.15；
所述10/130大模场增益光纤为10/130掺铥大模场双包层非保偏增益光纤；
所述包层光剥离器的输入输出光纤均为10/130非保偏无源光纤；
所述隔离器为2W/2kW非保偏隔离器，中心波长为2040nm，出入尾纤均为10/130无源光纤。
所述10/130大模场双包层保偏光纤放大器包括依次连接的多模泵浦LD、保偏(2+1)×1合束器、10/130保偏增益光纤、保偏包层光剥离器、保偏隔离器；
所述保偏(2+1)×1合束器的输入输出尾纤均为10/130保偏无源光纤；
所述保偏隔离器为2W/2kW保偏隔离器，中心波长为2040nm，输入输出尾纤均为10/130保偏无源光纤；
所述包层光剥离器的输入输出光纤均为10/130保偏无源光纤；
所述10/130保偏增益光纤为10/130掺铥大模场双包层保偏增益光纤。
所述25/250大模场双包层保偏光纤放大器包括依次连接的多模泵浦LD、保偏(6+1)×1合束器、25/250保偏增益光纤、保偏包层光剥离器；
所述保偏(6+1)×1合束器的输入尾纤为10/130保偏无源光纤，输出尾纤为25/250保偏无源光纤；
所述包层光剥离器的输入输出光纤均为25/250保偏无源光纤；
所述25/250保偏增益光纤为25/250掺铥大模场双包层保偏增益光纤。
所述2μm单频激光种子源的中心波长为1950nm或2040nm。
所述调制器为电光强度调制器，实现重复频率从1kHz到100kHz的调制。
附图说明
图1为窄线宽线偏振掺铥光纤激光器的光路结构图
图2单模光纤放大器光路结构图
图3 10/130大模场双包层保偏光纤放大器光路结构图
图4 25/250大模场双包层保偏光纤放大器光路结构图
10 2μm单频激光种子源
20 调制器
30 任意波形发生器
40 单模光纤放大器
41 10/130大模场双包层光纤放大器
50 偏振起偏器
60 10/130大模场双包层保偏光纤放大器
70 25/250大模场双包层保偏光纤放大器
401 单模半导体泵浦源
402 波分复用器
403 单模增益光纤
404 光纤带通滤波器
405 非保偏模光纤隔离器
601 多模半导体泵浦源
602 保偏(2+1)×1合束器
603 10/130保偏增益光纤
604 10/130保偏包层光剥离器
605 保偏隔离器
702 保偏(6+1)×1合束器
703 25/250保偏增益光纤
704 25/250保偏包层光剥离器
具体实施方式
实施例1
一种窄线宽线偏振掺铥光纤激光器，一种窄线宽线偏振掺铥光纤激光器，由2μm单频激光种子源、任意波形发生器、调制器、一级单模光纤放大器、一级10/130大模场双包层光纤放大器、偏振起偏器、一级10/130大模场双包层保偏光纤放大器和一级25/250大模场双包层保偏光纤放大器构成。
其中，2μm单频激光种子源用于产生2μm单频连续激光，光谱线宽<50KHz；任意信号发生器生成调制的电信号传递给调制器；调制器将施加的电信号转化为光调制信号，将2μm单频连续激光调制成脉冲激光；单模光纤放大器用于将所述脉冲激光进行预放大，增益>20dB；10/130大模场双包层光纤放大器将单模光纤放大器放大后的信号进行再次放大，增益>20dB；偏振起偏器用于将所述预放大自由偏振激光变为线偏振光，为光纤在线起偏器；10/130大模场双包层保偏光纤放大器用于将偏振起偏器输出的线偏振光进行再次放大，增益>15dB；25/250大模场双包层保偏光纤放大器用于将10/130大模场双包层保偏光纤放大器再次放大，增益>15dB。
2μm单频激光种子源的线宽小于100kHz，中心波长为2040nm，输出功率为15mW。调制器选用电光强度调制器，实现重频从1kHz到100kHz的调制。起偏器6为光纤在线起偏器，起偏器的输入和输出尾纤均为10/130掺铥保偏光纤。通过将非保偏光纤放大器和保偏光纤放大器相结合，实现了稳定的高功率输出又解决了全保偏光纤放大器成本过高的问题，满足实际应用的需求，装置结构简单，转换效率高，稳定性好、噪声小。
单模光纤放大器包括依次连接的单模半导体泵浦源、波分复用器、单模增益纤和带通滤波器。波分复用器为793/2040nm波分复用器，带宽为5nm；单模增益纤为掺铥单模非保偏增益纤；带通滤波器中心波长为2040nm，带宽为2nm。
10/130大模场双包层光纤放大器包括依次连接的多模半导体泵浦源、(2+1)×1合束器、10/130大模场增益光纤、包层光剥离器、隔离器。(2+1)×1合束器的信号端输入输出光纤均为10/130非保偏无源光纤，泵浦端为105/125，NA<0.15；10/130大模场增益光纤为10/130掺铥大模场双包层非保偏增益光纤；包层光剥离器的输入输出光纤均为10/130非保偏无源光纤；隔离器为2W/2kW非保偏隔离器，中心波长为2040nm，输出输出尾纤均为10/130无源光纤。
偏振起偏器用于将所述预放大自由偏振激光变为线偏振光，为光纤在线起偏器。
10/130大模场双包层保偏光纤放大器包括依次连接的多模泵浦LD、保偏(2+1)×1合束器、10/130保偏增益光纤、保偏包层光剥离器、保偏隔离器。保偏(2+1)×1合束器的输入输出尾纤均为10/130保偏无源光纤；保偏隔离器为2W/2kW保偏隔离器，中心波长为2040nm，输入输出尾纤均为10/130保偏无源光纤；包层光剥离器的输入输出光纤均为10/130保偏无源光纤；10/130保偏增益光纤为10/130掺铥大模场双包层保偏增益光纤。
25/250大模场双包层保偏光纤放大器包括依次连接的多模泵浦LD、保偏(6+1)×1合束器、25/250保偏增益光纤、保偏包层光剥离器。保偏(6+1)×1合束器的输入尾纤为10/130保偏无源光纤，输出尾纤为25/250保偏无源光纤；包层光剥离器的输入输出光纤均为25/250保偏无源光纤；25/250保偏增益光纤为25/250掺铥大模场双包层保偏增益光纤。
具体使用时：
2μm单频激光种子源输出的单频连续激光首先进入电光调制器，调制的结果由电光调制器的调制深度、调制脉宽以及任意信号发生器对其施加的信号共同决定，调制成脉宽为8-10ns的脉冲激光后。调制后的脉冲激光经过单模光纤放大器和10/130大模场双包层光纤放大器后输出的功率被放大至百毫瓦量级。
起偏器将预放大脉冲激光变为线偏振光。起偏后的线偏振光再经过10/130大模场双包层保偏光纤放大器和25/250大模场双包层保偏光纤放大器进行放大后输出。放大的过程中在25/250保偏增益纤的不同部位施加不同的温度梯度和压力梯度，进一步增加放大过程中受激布里渊的阈值。在重频为10kHz和1kHz时，分别获得了平均功率为35W和17W的稳定的线偏振激光输出。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种窄线宽线偏振掺铥光纤激光器，由2μm单频激光种子源、任意波形发生器、调制器、一级单模光纤放大器、一级10/130大模场双包层光纤放大器、偏振起偏器、一级10/130大模场双包层保偏光纤放大器和一级25/250大模场双包层保偏光纤放大器构成；任意波形发生器连接调制器，对2μm单频激光种子源输出的光信号进行调制后，依次连接一级单模光纤放大器、一级10/130大模场双包层光纤放大器、偏振起偏器、一级10/130大模场双包层保偏光纤放大器和一级25/250大模场双包层保偏光纤放大器；各放大器模块采用光纤直接熔接的方式；
所述2μm单频激光种子源用于产生2μm单频连续激光，光谱线宽<50KHz；
任意信号发生器生成调制的电信号；
调制器将施加的电信号转化为光调制信号，将2μm单频连续激光调制成脉冲激光；
单模光纤放大器用于将所述脉冲激光进行预放大，增益>20dB；
10/130大模场双包层光纤放大器将单模光纤放大器放大后的信号进行再次放大，增益>20dB；
偏振起偏器用于将所述预放大自由偏振激光变为线偏振光，为光纤在线起偏器；
10/130大模场双包层保偏光纤放大器用于将偏振起偏器输出的线偏振光进行再次放大，增益>15dB；
25/250大模场双包层保偏光纤放大器用于将10/130大模场双包层保偏光纤放大器再次放大，增益>15dB。
2.根据权利要求1所述的一种窄线宽线偏振掺铥光纤激光器，其特征在于：单模光纤放大器包括依次连接的单模半导体泵浦源、波分复用器、单模增益光纤和光栅带通滤波器；
所述波分复用器为793/2040nm波分复用器，带宽为5nm；
所述单模增益光纤为掺铥单模非保偏增益光纤；
所述光纤带通滤波器中心波长为2040nm，带宽为2nm。
3.根据权利要求1所述的一种窄线宽线偏振掺铥光纤激光器，其特征在于：所述10/130大模场双包层光纤放大器包括依次连接的多模半导体泵浦源、(2+1)×1合束器、10/130大模场增益光纤、包层光剥离器、隔离器；
所述(2+1)×1合束器的信号端输入输出光纤均为10/130非保偏无源光纤，泵浦端为105/125，NA<0.15；
所述10/130大模场增益光纤为10/130掺铥大模场双包层非保偏增益光纤；
所述包层光剥离器的输入输出光纤均为10/130非保偏无源光纤；
所述隔离器为2W/2kW非保偏隔离器，中心波长为2040nm，出入尾纤均为10/130无源光纤。
4.根据权利要求1所述的一种窄线宽线偏振掺铥光纤激光器，其特征在于：所述10/130大模场双包层保偏光纤放大器包括依次连接的多模泵浦LD、保偏(2+1)×1合束器、10/130保偏增益光纤、保偏包层光剥离器、保偏隔离器；
所述保偏(2+1)×1合束器的输入输出尾纤均为10/130保偏无源光纤；
所述保偏隔离器为2W/2kW保偏隔离器，中心波长为2040nm，输入输出尾纤均为10/130保偏无源光纤；
所述包层光剥离器的输入输出光纤均为10/130保偏无源光纤；
所述10/130保偏增益光纤为10/130掺铥大模场双包层保偏增益光纤。
5.根据权利要求1所述的一种窄线宽线偏振掺铥光纤激光器，其特征在于：所述25/250大模场双包层保偏光纤放大器包括依次连接的多模泵浦LD、保偏(6+1)×1合束器、25/250保偏增益光纤、保偏包层光剥离器；
所述保偏(6+1)×1合束器的输入尾纤为10/130保偏无源光纤，输出尾纤为25/250保偏无源光纤；
所述包层光剥离器的输入输出光纤均为25/250保偏无源光纤；
所述25/250保偏增益光纤为25/250掺铥大模场双包层保偏增益光纤。
6.根据权利要求1所述的一种窄线宽线偏振掺铥光纤激光器，其特征在于：所述2μm单频激光种子源的中心波长为1950nm或2040nm。
7.根据权利要求1所述的一种窄线宽线偏振掺铥光纤激光器，其特征在于：所述调制器为电光强度调制器，实现重复频率从1kHz到100kHz的调制。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201720945965.7U CN207021505U (zh) | 2017-07-31 | 2017-07-31 | 一种窄线宽线偏振掺铥光纤激光器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201720945965.7U CN207021505U (zh) | 2017-07-31 | 2017-07-31 | 一种窄线宽线偏振掺铥光纤激光器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN207021505U true CN207021505U (zh) | 2018-02-16 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN201720945965.7U Active CN207021505U (zh) | 2017-07-31 | 2017-07-31 | 一种窄线宽线偏振掺铥光纤激光器 |
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|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN108649415A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-10-12 | 深圳大学 | 一种掺铥光纤激光放大器 |
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| CN113406603A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-09-17 | 武汉镭晟科技有限公司 | 一种用于相干激光雷达的激光器模块 |
-
2017
- 2017-07-31 CN CN201720945965.7U patent/CN207021505U/zh active Active
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