CN216015992U

CN216015992U - 一种激光器

Info

Publication number: CN216015992U
Application number: CN202121753891.XU
Authority: CN
Inventors: 戴震飞
Original assignee: Shanghai Kenaite Laser Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Kenaite Laser Technology Co ltd
Priority date: 2021-07-29
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2022-03-11
Anticipated expiration: 2031-07-29

Abstract

本实用新型公开了一种激光器，包括：激光泵浦源用于输出激光光束；激光光束经过第一分光器形成第一激光光束和第二激光光束；沿第一激光光束传输的光路上依次设置的第一波分复用器和DFB光纤光栅，DFB光纤光栅产生信号激光光束；沿信号激光光束传输的光路上依次设置的第一波分复用器、环形器、第二波分复用器、有源光纤、半导体光放大器和第二分光器；放大后的信号激光光束经过第二分光器之后形成第三激光光束和第四激光光束；沿第四激光光束传输的光路上依次设置有功率衰减器、环形器、第一波分复用器和DFB光纤光栅，该激光器使得DFB激光器在做到极窄线宽的基础上得到了优于半导体单频激光器的强度噪声，提高了光谱的信噪比。

Description

一种激光器

技术领域

本实用新型实施例涉及激光器技术领域，尤其涉及一种激光器。

背景技术

相干激光雷达(Coherent laser radar)是激光雷达的一个重要分支，相干激光雷达因其相干探测系统比直接探测具有更高的灵敏度、更好的性能和更高的测量精度等优点，使相干激光雷达在实际中得到了广泛的应用，例如大气风场测量、污染探测、目标跟踪、激光测速和激光成像等。

目前，窄线宽的单频激光器由于具有良好的相干性，成为相干激光雷达激光源的最佳之选。并且为了实现窄线宽单频光纤激光输出，可通过设计不同腔体结构来实现，其中，不同的腔结构一般包括环形腔、光纤DFB腔和高增益DBR腔这三种结构。由于有源DFB光纤光栅腔结构可以有效减短谐振腔长，扩大纵模间隔，可以实现稳定的单纵模运转；短腔结构变得相当紧凑，易于通过隔音隔振、温控封装来减小外界环境对激光器的影响，提高激光器的性能等优点被广泛应用。

但是，DFB激光器在制作时，会向某一噪声指标倾斜。甚至在一些应用中，被动控制激光器很难达到极低噪声需求，需要对该激光器做进一步的噪声抑制工作。

实用新型内容

本实用新型提供一种激光器，以实现通过半导体光放大器降低本身的强度噪声后，利用注入光再一次压窄线宽、抑制驰豫振荡峰，进一步降低单频激光器的强度噪声的峰值，使得DFB激光器在做到极窄线宽的基础上得到了优于半导体单频激光器的强度噪声，提高了光谱的信噪比。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种激光器，包括：

激光泵浦源，所述激光泵浦源用于输出激光光束；

第一分光器，所述激光光束经过所述第一分光器形成第一激光光束和第二激光光束；

沿所述第一激光光束传输的光路上依次设置的第一波分复用器和DFB光纤光栅；所述DFB光纤光栅产生信号激光光束；

沿所述信号激光光束传输的光路上依次设置的第一波分复用器、环形器、第二波分复用器、有源光纤、半导体光放大器和第二分光器；放大后的所述信号激光光束经过所述第二分光器之后，形成第三激光光束和第四激光光束；

沿所述第四激光光束传输的光路上依次设置有功率衰减器、环形器、第一波分复用器和DFB光纤光栅。

具体地，所述激光器还包括：第一隔离器，所述第一隔离器位于所述有源光纤和所述半导体光放大器之间。

具体地，所述激光器还包括：滤波器和第二隔离器，所述滤波器和所述第二隔离器位于所述半导体光放大器和第二分光器之间。

具体地，所述激光泵浦源为980nm单模激光泵浦源。

具体地，所述第一分光器为40/60的分光器，所述第一激光光束占比60％，所述第二激光光束占比40％。

具体地，所述第二分光器为10/90的分光器，所述第三激光光束占比90％，所述第四激光光束占比10％。

具体地，所述有源光纤为掺铒有源光纤。

具体地，所述掺铒有源光纤为2.2m长度7/125um的光纤。

具体地，所述DFB光纤光栅为铒镱共掺光纤。

具体地，所述第一波分复用器包括反向泵浦源，所述第二波分复用器包括正向泵浦源。

根据本实用新型提出的激光器，包括：激光泵浦源，所述激光泵浦源用于输出激光光束；第一分光器，所述激光光束经过所述第一分光器形成第一激光光束和第二激光光束；沿所述第一激光光束传输的光路上依次设置的第一波分复用器和DFB光纤光栅，DFB光纤光栅产生信号激光光束；沿所述信号激光光束传输的光路上依次设置的第一波分复用器、环形器、第二波分复用器、有源光纤、半导体光放大器和第二分光器；放大后的所述信号激光光束经过所述第二分光器之后，形成第三激光光束和第四激光光束；沿所述第四激光光束传输的光路上依次设置有功率衰减器、环形器、第一波分复用器和DFB光纤光栅，该激光器以实现通过半导体光放大器降低本身的强度噪声后，利用注入光再一次压窄线宽、抑制驰豫振荡峰，进一步降低单频激光器的强度噪声的峰值，使得DFB激光器在做到极窄线宽的基础上得到了优于半导体单频激光器的强度噪声，提高了光谱的信噪比。

附图说明

图1是本实用新型实施例提出的激光器的结构示意图；

图2是本实用新型一个实施例提出的激光器的结构示意图；

图3是本实用新型另一个实施例提出的激光器的结构示意图；

图4是本实用新型一个实施例提出的激光器未注入光之前第三激光光束的强度噪声和频率的关系图；

图5是本实用新型一个实施例提出的激光器未注入光之前第三激光光束的光谱图；

图6是本实用新型一个实施例提出的激光器未注入光之前第三激光光束的线宽图；

图7是本实用新型一个实施例提出的激光器未注入光之后第三激光光束的线宽图；

图8是本实用新型一个实施例提出的激光器未注入光之后第三激光光束的光谱图；

图9是本实用新型一个实施例提出的激光器未注入光之后第三激光光束的强度噪声和频率的关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

目前，CO₂气体激光器、半导体泵浦技术的固体激光器应用于相干激光雷达的研究已经很成熟了，然而在这些雷达中回波信号光与本振光在空间会实现混频，混频效率受到相干光束波前误差的影响较大。由于相干激光雷达要求激光器必须具有良好的相干性，因此窄线宽的单频激光器成为相干激光雷达激光源的最佳之选。而近年来，单频光纤激光器的研究趋向成熟，采用单频光纤激光器为光源的相干激光雷达成为研发的重点。

由于相干激光雷达分为连续和脉冲两种工作方式，窄线宽的连续单频光纤激光器和脉冲单频光纤激光器受到了相干激光雷达的青睐。1.5μm波段作为大气传输窗口，是电磁辐射在大气中传输损耗很小的波段，因此，相干激光雷达的工作波长多为1.5μm。所以，对备受相干激光雷达激光器青睐的1.5μm窄线宽单频光纤激光器和脉冲单频光纤激光器的研究是非常必要的。

实现窄线宽单频光纤激光输出，可通过设计不同腔结构，主要有∶环形腔、光纤DFB腔和高增益DBR腔这三种结构。

环形腔结构因为谐振腔长较长、光纤器件较多等原因，易受外界环境振动、温度扰动等影响因素干扰，从而造成激光器中心波长漂移、输出模式跳变等性能不稳定的一系列问题，影响其获得广泛的应用。

有源DFB光纤光栅腔结构和短DBR激光腔结构可以有效减短谐振腔长，从而扩大了纵模间隔，进而可以实现稳定的单纵模运转；短腔结构变得相当紧凑，易于通过隔音隔振、温控封装来减小外界环境对激光器的影响，提高激光器的性能。

短腔DBR单频光纤激光器将激光增益部分和控制激光的中心波长的光栅部分分开，可以在一定程度上减弱有源光纤上的热效应对激光性能的影响。然而，通信应用的以石英基质的有源光纤的增益系数较低，需要较长的长度才能提高足够的增益，产生激光输出；这样影响了形成短腔单纵模。

针对应用需求，DFB激光器在制作时，会向某一噪声指标倾斜。甚至在一些应用中，被动控制激光器很难达到极低噪声需求，需要对该激光器做进一步的噪声抑制工作。

图1是本实用新型实施例提出的激光器的结构示意图。如图1所示，该激光器100包括：激光泵浦源101、第一分光器102、第一波分复用器103、DFB光纤光栅104、第二波分复用器105、有源光纤106、半导体光放大器107、第二分光器108、环形器109和功率衰减器110。

其中，所述激光泵浦源101用于输出激光光束111；所述激光光束111经过所述第一分光器102形成第一激光光束112和第二激光光束113；沿所述第一激光光束112传输的光路上依次设置的第一波分复用器103和DFB光纤光栅104，所述DFB光纤光栅产生信号激光光束；沿所述信号激光光束传输的光路上依次设置的第一波分复用器103、环形器109、第二波分复用器105、有源光纤106、半导体光放大器107和第二分光器108；放大后的所述信号激光光束经过所述第二分光器108之后，形成第三激光光束114和第四激光光束115；所述第一波分复用器103和所述第二波分复用器105之间连接有环形器109，在所述第四激光光束115传输的光路上依次设置有功率衰减器110、环形器109、第一波分复用器103和DFB光纤光栅104。其中，第二激光光束113作为第二波分复用器105的泵浦源。

需要说明的是，所述激光泵浦源101为980nm单模激光泵浦源。所述第一分光器102为40/60的分光器，所述第一激光光束112占比60％，所述第二激光光束113占比40％。所述第二分光器108为10/90的分光器，所述第三激光光束114占比90％，所述第四激光光束115占比10％。所述有源光纤106为掺铒有源光纤，所述掺铒有源光纤为2.2m长度7/125um的光纤。所述DFB光纤光栅104为铒镱共掺光纤。所述第一波分复用器103包括反向泵浦源(即第一激光光束112)，所述第二波分复用器105包括正向泵浦源(即第二激光光束113)。

可以理解的是，980nm的单模激光泵浦源输出的激光光束经过40/60的第一分光器102之后，占比60％的第一激光光束112通过第一波分复用器103反向进入DFB光纤光栅104，受激辐射射出的光进入环形器109的二端口，从环形器109的三端口出射。出射的光束与占比40％的第二激光光束113通过第二波分复用器105的耦合进入掺铒有源光纤106(PM-ESF-7/125)进行放大，进入半导体光放大器107中，对放大后激光的强度噪声进行抑制，输出接10/90的第二分光器108，占比10％的第四激光光束115经过功率衰减器110，再经过环形器109的一端口，反向注入DFB光纤光栅104中，起到压窄线宽，抑制强度噪声，占比90％的第三激光光束114最终以25mW，线宽3kHz以内，强度噪声峰值低于-145dBc/Hz输出。

具体地，如图2所示，所述激光器100还包括：第一隔离器116，所述第一隔离器116位于所述有源光纤106和所述半导体光放大器107之间。其中，第一隔离器116用于隔离从有源光纤106输出的光束的杂光。

可以理解的是，980nm的单模激光泵浦源输出的激光光束经过40/60的第一分光器102之后，占比60％的第一激光光束112通过第一波分复用器103反向进入DFB光纤光栅104，受激辐射射出的光进入环形器109的二端口，从环形器109的三端口出射。出射的光束与占比40％的第二激光光束113通过第二波分复用器105的耦合进入掺铒有源光纤106(PM-ESF-7/125)进行放大，通过第一隔离器116之后，进入半导体光放大器107中，对放大后激光的强度噪声进行抑制，输出接10/90的第二分光器108，占比10％的第四激光光束115经过功率衰减器110，再经过环形器109的一端口，反向注入DFB光纤光栅104中，起到压窄线宽，抑制强度噪声，占比90％的第三激光光束114最终以25mW，线宽3kHz以内，强度噪声峰值低于-145dBc/Hz输出。

具体地，如图3所示，所述激光器100还包括：滤波器和第二隔离器117，所述滤波器和所述第二隔离器117位于所述半导体光放大器107和第二分光器108之间。其中，滤波器和第二隔离器117用于滤波和隔离经过半导体光放大器107之后的光束中的杂光。滤波器和第二隔离器117集成在一起。

可以理解的是，980nm的单模激光泵浦源输出的激光光束经过40/60的第一分光器102之后，占比60％的第一激光光束112通过第一波分复用器103反向进入DFB光纤光栅104，受激辐射射出的光进入环形器109的二端口，从环形器109的三端口出射。出射的光束与占比40％的第二激光光束113通过第二波分复用器105的耦合进入掺铒有源光纤106(PM-ESF-7/125)进行放大，通过第一隔离器116之后，进入半导体光放大器107中，对放大后激光的强度噪声进行抑制，通过100G的滤波加隔离器件，抑制ASE提升光信噪比，最后输出接10/90的第二分光器108，占比10％的第四激光光束115经过功率衰减器110，再经过环形器109的一端口，反向注入DFB光纤光栅104中，起到压窄线宽，抑制强度噪声，占比90％的第三激光光束114最终以25mW，线宽3kHz以内，强度噪声峰值低于-145dBc/Hz输出。

具体来说，有源光纤106采用的是以Nufern公司生产的PM-ESF7/125光纤为增益介质，其长度为2.2米，利用360mW的980nm单模激光器做抽运泵浦源101，40％反向泵浦DFB光纤光栅104，出射光功率为1mw，经过1级60％LD980nm泵浦放大后输出25mw，利用半导体光放大器107饱和增益后抑制强度噪声的特性使DFB本身强度噪声得到抑制(如图4所示，其中，1线代表背景噪声，2线代表强度噪声)，输出光功率为28mw，经过100G滤波加隔离器后压制放大后的ASE噪声，提高光谱信噪比(如图5所示)，最终90％输出功率为23mw，线宽9kHz(如图6所示)。改变功率衰减器110，使10％端功率变为20uw，再通过环形器109一端口到二端口反向注入进DFB光纤光栅104中，注入的光信号与谐振腔中原有的本地信号在谐振腔中发生的相互作用，该作用导致了两种信号的频率噪声相消，为了使两种信号更好的相消，利用100G提高信噪比，防止ASE噪声干扰，最终使压窄线宽到3kHz(如图7所示)，输出功率变为26mw，光谱信噪比提升了2dB(如图8所示)。输出激光的强度噪声中弛豫振荡峰被抑制，强度噪声RIN峰值下降了10dB(如图9所示)。外界环境震动后对单频性能产生影响，在10S内快速恢复，进而在稳定环境中得到了即保证窄线宽，又低噪声的DFB单频激光器。

基于此，本实用新型采用铒镱共掺DFB光纤光栅，利用半导体光放大器降低本身的强度噪声后，利用注入光再一次压窄线宽、抑制弛豫振荡峰，从而进一步降低单频激光器的强度噪声RIN的峰值，使DFB激光器在做到极窄线宽的基础上得到了优于半导体单频激光器的强度噪声，并且提高本身光谱的信噪比。

综上所述，根据本实用新型提出的激光器，包括：激光泵浦源，所述激光泵浦源用于输出激光光束；第一分光器，所述激光光束经过所述第一分光器形成第一激光光束和第二激光光束；沿所述第一激光光束传输的光路上依次设置的第一波分复用器和DFB光纤光栅，所述DFB光纤光栅产生信号激光光束；沿所述信号激光光束传输的光路上依次设置的第一波分复用器、环形器、第二波分复用器、有源光纤、半导体光放大器和第二分光器；放大后的所述信号激光光束经过所述第二分光器之后，形成第三激光光束和第四激光光束；沿所述第四激光光束传输的光路上依次设置有功率衰减器、环形器、第一波分复用器和DFB光纤光栅，该激光器以实现通过半导体光放大器降低本身的强度噪声后，利用注入光再一次压窄线宽、抑制驰豫振荡峰，进一步降低单频激光器的强度噪声的峰值，使得DFB激光器在做到极窄线宽的基础上得到了优于半导体单频激光器的强度噪声，提高了光谱的信噪比。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种激光器，其特征在于，包括：

激光泵浦源，所述激光泵浦源用于输出激光光束；

2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，还包括：第一隔离器，所述第一隔离器位于所述有源光纤和所述半导体光放大器之间。

3.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，还包括：滤波器和第二隔离器，所述滤波器和所述第二隔离器位于所述半导体光放大器和第二分光器之间。

4.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光泵浦源为980nm单模激光泵浦源。

5.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述第一分光器为40/60的分光器，所述第一激光光束占比60％，所述第二激光光束占比40％。

6.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述第二分光器为10/90的分光器，所述第三激光光束占比90％，所述第四激光光束占比10％。

7.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述有源光纤为掺铒有源光纤。

8.根据权利要求7所述的激光器，其特征在于，所述掺铒有源光纤为2.2m长度7/125um的光纤。

9.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述DFB光纤光栅为铒镱共掺光纤。

10.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述第一波分复用器包括反向泵浦源，所述第二波分复用器包括正向泵浦源。