CN216413497U - 激光器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种激光器，激光器包括泵浦源、第一光栅、第一有源光纤、第二光栅、偏振控制器以及第二有源光纤，第一光栅与泵浦源连接，第一有源光纤的一端与第一光栅连接，第二光栅与第一有源光纤的另一端连接。偏振控制器与第二光栅远离第一有源光纤的一端连接，第二有源光纤与偏振控制器远离第二光栅的一端连接。第一光栅、第一有源光纤以及第二光栅形成谐振腔，以产生激光。相关技术中，通常在第二光栅后面连接放大光路，以对激光进行功率放大。本申请实施例中，利用偏振控制器将激光调制为单频偏振激光，剩余的泵浦光和单频偏振激光进入第二光纤，实现单频偏振激光的放大输出。去掉了放大光路，可以简化光路结构。

Description

激光器

技术领域

本申请属于激光器技术领域，尤其涉及一种激光器。

背景技术

单频光纤激光器具有工作阈值低，转化效率高，光束质量好，结构紧凑等优点。单频光纤激光器在光纤传感、激光雷达、测距、遥感、相干光通信、激光光谱学、气体吸收测量等领域有不可替代的作用。特别在某些重要应用中，如水下通信，光学数据存储，彩色显示，医学诊断和原子/分子光谱学等，单频激光器具有重要的应用价值。相关技术中，分布布拉格反射型单频激光器(DBR型光纤激光器)使用常规的光路结构设计，存在光路结构复杂的问题。

实用新型内容

本申请实施例提供一种激光器，可以简化光路结构。

本申请实施例提供一种激光器，包括：

泵浦源；

第一光栅，与所述泵浦源连接；

第一有源光纤，所述第一有源光纤的一端与所述第一光栅连接；

第二光栅，与所述第一有源光纤的另一端连接；

偏振控制器，与所述第二光栅远离所述第一有源光纤的一端连接；

第二有源光纤，与所述偏振控制器远离所述第二光栅的一端连接。

可选的，所述第一光栅为高反射率宽带光纤布拉格光栅，所述第二光栅为低反射率窄带光纤布拉格光栅。

可选的，所述偏振控制器内的光纤为保偏光纤，所述第二有源光纤为保偏光纤。

可选的，所述偏振控制器为法拉第旋转器光纤偏振控制器或者光纤在线起偏器。

可选的，所述激光器还包括：

波分复用器，设置于所述泵浦源和所述第一光栅之间，所述波分复用器的一端与所述泵浦源连接，所述波分复用器的另一端与所述第一光栅连接。

可选的，所述泵浦源包括至少一个单模泵浦激光器。

可选的，所述波分复用器包括多个输入端，每一所述单模泵浦激光器的输出端与所述波分复用器的一所述输入端连接。

可选的，所述激光器还包括：

隔离器，设置于所述第二有源光纤远离所述偏振控制器的一端，所述隔离器与所述第二有源光纤连接。

可选的，所述隔离器内的光纤为保偏光纤。

可选的，所述第一有源光纤为掺铒光纤、铒镱共掺光纤或掺镱光纤；所述第二有源光纤为掺铒光纤、铒镱共掺光纤或掺镱光纤。

本申请实施例中，激光器包括泵浦源、第一光栅、第一有源光纤、第二光栅、偏振控制器以及第二有源光纤，第一光栅与泵浦源连接，第一有源光纤的一端与第一光栅连接，第二光栅与第一有源光纤的另一端连接。偏振控制器与第二光栅远离第一有源光纤的一端连接，第二有源光纤与偏振控制器远离第二光栅的一端连接。其中，第一光栅、第一有源光纤以及第二光栅形成谐振腔，以产生激光。相关技术中，通常在第二光栅后面连接放大光路，以对激光进行功率放大。本申请实施例中，利用偏振控制器将激光调制为单频偏振激光，剩余的泵浦光和单频偏振激光进入第二光纤，实现单频偏振激光的放大输出。在不影响激光器单频性能的前提下，去掉了放大光路，可以简化光路结构。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其有益效果显而易见。

图1为本申请实施例提供的第一种激光器的结构示意图。

图2为相关技术中单频光纤激光器的结构示意图。

图3为本申请实施例中提供的第二种激光器的结构示意图。

图4为本申请实施例中提供的第三种激光器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

单频光纤激光器具有工作阈值低，转化效率高，光束质量好，结构紧凑等优点。单频光纤激光器在光纤传感、激光雷达、测距、遥感、相干光通信、激光光谱学、气体吸收测量等领域有不可替代的作用。特别在某些重要应用中，如水下通信，光学数据存储，彩色显示，医学诊断和原子/分子光谱学等，单频激光器具有重要的应用价值。

相关技术中，DBR型单频激光器通常使用常规的增益光纤作为增益介质，存在直接输出功率不高的问题。需要对激光的输出功率进行放大，才能满足后续某些应用的需求。这导致了激光器中的器件繁多，光路复杂。

请参阅图1，图1为本申请实施例提供的第一种激光器的结构示意图。激光器包括泵浦源11、第一光栅12、第一有源光纤13、第二光栅14、偏振控制器15以及第二有源光纤19。第一光栅12与泵浦源11连接，第一有源光纤13的一端与第一光栅12连接，第二光栅14与第一有源光纤13的另一端连接。偏振控制器15与第二光栅14远离第一有源光纤13的一端连接，第二有源光纤19与偏振控制器15远离第二光栅14的一端连接。其中，第一光栅12、第一有源光纤13以及第二光栅14形成谐振腔，以产生激光。偏振控制器15接收该单频种子激光之后，偏振控制器15将单频种子激光调制为单频偏振激光，剩余的泵浦光和单频偏振激光进入第二有源光纤19，实现单频偏振激光的放大输出。

请参阅图2，图2为相关技术中单频光纤激光器的结构示意图。相关技术中，单频光纤激光器包括单模泵浦激光器211、分光器212、第一波分复用器221、高反射率宽带光栅222、增益光纤223、低反射率窄带光栅224、偏振控制器225、第一隔离器226、第二波分复用器231、有源光纤232以及第二隔离器233。其中，单模泵浦激光器211能够产生泵浦光，单模泵浦激光器211与分光器212连接，分光器212用于将单模泵浦激光器211分成多路。分光器212包括第一输出端口和第二输出端口，第一输出端口与第一波分复用器221连接，第二输出端口与第二波分复用器231连接。第一波分复用器221、高反射率宽带光栅222、增益光纤223、低反射率窄带光栅224、偏振控制器225以及第二波分复用器231依次连接。第二波分复用器231、有源光纤232以及第二隔离器233依次连接。

分光器212将泵浦光分为两路，示例性的，分光器212的分光比为3:7。其中，30％一路的泵浦光通过第一波分复用器221输入到高反射率宽带光栅222，高反射率宽带光栅222、增益光纤223、低反射率窄带光栅224共同构成激光谐振腔，泵浦光在激光谐振腔中受激产生单频种子激光。70％一路的泵浦光通过第二波分复用器231加载到有源光纤232，有源光纤232为保偏光纤，能够对单频种子激光进行功率放大。

低反射率窄带光栅224后面接一偏振控制器225，保证输出激光的偏振性。在单频种子激光和放大光路之间，以及最终输出端，分别接入第一隔离器226和第二隔离器233，避免回返光对激光器性能造成不利影响。

需要说明的是，接入放大光路虽然能够提高激光输出功率，但是放大光路的设置也会带来额外的噪声。放大光路通常使用保偏光器件，并且采用保偏熔接的处理，这会使激光的偏振性能降低。因此，该方案会使得输出激光的边模抑制比和偏振消光比的劣化，从而限制了激光器的应用。

本申请实施例提供的激光器，并未设置放大光路，而是在第二光栅14后面连接偏振控制器15和第二有源光纤19，以对激光进行功率放大。可以理解的是，本申请实施例中的激光器去掉了放大光路，可以简化光路结构。由于去掉了后级放大光路，可以减少原来方案中的分光器212、第二波分复用器231等器件，同时减少了保偏熔接点，可以有效降低成本。

需要说明的是，单频光纤激光器需要能输出频率稳定的激光，单纵模状态是否稳定是评价单频光纤激光器质量的重要指标。纵模的含义就是指激光光场沿谐振腔纵向分布的情况，通常用纵模来描述激光的频率特性。例如，单纵模是指单一频率激光输出，多纵模是指有多个频率(波长)的光输出，跳模是指激光频率发生了跳变。

单频光纤激光器可以分为线形腔和环形腔两种结构，环形腔是一种行波谐振腔，具有纵模间隔非常窄，本征线宽窄的优点。但是环形腔结构谐振腔长较长、器件较多，易受环境干扰，单纵模状态不稳定，容易发生跳模现象。

本申请实施例中，所述第一光栅12为高反射率宽带光纤布拉格光栅，所述第二光栅14为低反射率窄带光纤布拉格光栅。所述低反射率窄带光纤布拉格光栅和高反射率宽带光纤布拉格光栅构成线型腔结构，低反射率窄带光纤布拉格光栅为后腔镜，高反射率宽带光纤布拉格光栅为前腔镜。短线型腔结构使得激光的各相邻纵模间隔变大，便于有窄带光纤光栅选出单一纵模模式。

可以理解的是，通过泵浦源11提供产生激光所需的泵浦光，通过设计低反射率窄带光栅的带宽使得在增益带宽内仅存在一个纵模频率，从而产生单频种子激光。通过偏振控制器15将单频种子激光调制为单频偏振激光，剩余的泵浦光和单频偏振激光进入第二有源光纤19，实现单频偏振激光的放大输出，以实现在不影响激光器单频性能的前提下，简化了光路结构，减少了光纤器件的数量，输出激光的偏振性能得以提高，可以更好地满足实际应用的需求。另外，本申请实施例中的激光器输出激光的偏振性能以及信噪比性能方面也有大幅的提升，功率、噪声等方面输出更加稳定。

所述偏振控制器15内的光纤为保偏光纤，所述第二有源光纤19为保偏光纤，可以提高输出的单频激光的偏振性能，提高偏振消光比。

示例性的，偏振控制器15为法拉第旋转器光纤偏振控制器15或者光纤在线起偏器。其中，法拉第旋转器光纤偏振控制器15由两个旋转器和一个光纤线圈构成，在使用时通过调节两个旋转器的电流实现光纤中偏振态的控制。光纤在线光起偏器是将光信号按照特定的偏振方向输出的无源器件，它可以将非偏振光转换成高消光比的偏振光。

请参阅图3，图3为本申请实施例中提供的第二种激光器的结构示意图。激光器还包括隔离器18，隔离器18设置于所述第二有源光纤19远离所述偏振控制器15的一端，所述隔离器18与所述第二有源光纤19连接。隔离器18能够防止自发辐射、受激辐射光的回传，避免回反光对激光器性能产生不利影响。示例性的，所述隔离器18内的光纤为保偏光纤。

需要说明的是，所述激光器还包括波分复用器17，波分复用器17设置于所述泵浦源11和所述第一光栅12之间，所述波分复用器17的一端与所述泵浦源11连接，所述波分复用器17的另一端与所述第一光栅12连接。

请参阅图4，图4为本申请实施例中提供的第三种激光器的结构示意图。可以理解的是，单个泵浦源11通常难以满足高输出功率的要求。因此，所述泵浦源11可以包括至少一个单模泵浦激光器，所述波分复用器17包括多个泵浦输入端，每一所述单模泵浦激光器的输出端与所述波分复用器17的一个泵浦输入端连接。

示例性的，泵浦源11包括三个单模泵浦激光器(如第一单模泵浦激光器111、第二单模泵浦激光器112、第三单模泵浦激光器113)，波分复用器17包括多个泵浦输入端(如第一输入端、第二输入端以及第三输入端)，第一单模泵浦激光器111和第一输入端连接，第二单模泵浦激光器112和第二输入端连接，第三单模泵浦激光器113和第三输入端连接。

单模泵浦激光器可以为光纤输出的半导体激光器，波分复用器17可以包括公共输入端、泵浦输入端和输出端。其中，公共输入端空置，输出端与高反射率宽带光栅连接，泵浦输入端与泵浦源11连接，波分复用器17的各端口所用光纤为与相应传输波长匹配的单模光纤。

通过设置第一有源光纤13和第二有源光纤19为掺杂有相同的稀土元素的有源光纤，第二有源光纤19对种子激光产生有效放大，输出满足功率要求的单频激光。具体掺杂元素、掺杂浓度以及光纤长度可以根据实际需求选择，本发明实施例对此不作限定。

示例性的，第一有源光纤13为掺镱光纤、铒镱共掺光纤或掺铒光纤。第二有源光纤19为掺镱光纤、铒镱共掺光纤或掺铒光纤。如，第一有源光纤13为掺铒光纤或铒镱共掺光纤，第二有源光纤19为掺铒光纤或铒镱共掺光纤，激光器的输出波长范围为1528纳米～1561纳米。

需要说明的是，线形腔激光器又包括分布反馈(DFB)和分布布拉格反射(DBR)两种技术方案。

DFB型单频光纤激光器通常是在有源光纤上直接刻写相移光栅，同时实现激光的反馈和模式的选择。相移光栅的制作是在刻写光纤光栅的过程中，控制光栅的纵向折射率调制在光栅的中间位置产生一个π相位突变，在光栅反射谱阻带中心处引入在一个线宽极窄的透射窗口。相移光栅的窄带透射窗口的波长取决于相移量的大小，当相移为π时，窄带透射波长为布拉格波长，当泵浦光激励超过阈值时就会在该波长处激射出激光。DFB激光腔实现了增益与反馈一体，这种结构避免了光纤与光栅的熔接问题。DFB型单频光纤激光器的缺点是由于纤芯含锗少或没有，造成增益光纤光敏性差，所以要对DFB型光纤激光器进行紫外刻蚀制作并不容易。此外，激光的产生造成光栅热量的积累会对DFB激光器的最大输出功率产生限制，并且环境噪声对其线宽有着很大的影响。同时，光栅制作时的紫外照射所引起的增益光纤性能化将会直接影响输出激光的线宽、噪声等特性。

相比于DFB型单频光纤激光器，本申请实施例中的激光器为DBR型光纤激光器，通常是将增益光纤的两端分别与刻写好的光纤布拉格光栅熔接，宽带和窄带光纤光栅作为谐振腔的反射镜，单频激光经过反馈由窄带布拉格光栅端输出。窄带布拉格光栅的带宽决定了单频激光的性能，且窄带光栅是单独刻写在石英光纤上的，因此增益光纤上因能量转换产生的热量对输出激光的性能影响较小。激光器的输出功率不会因增益光纤的热效应受限，因此噪声水平相对较低，能够输出较为稳定且光束质量较高的单频激光

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本申请实施例所提供的激光器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种激光器，其特征在于，包括：

泵浦源；

第一光栅，与所述泵浦源连接；

第一有源光纤，所述第一有源光纤的一端与所述第一光栅连接；

第二光栅，与所述第一有源光纤的另一端连接；

偏振控制器，与所述第二光栅远离所述第一有源光纤的一端连接；

第二有源光纤，与所述偏振控制器远离所述第二光栅的一端连接。

2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述第一光栅为高反射率宽带光纤布拉格光栅，所述第二光栅为低反射率窄带光纤布拉格光栅。

3.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，所述偏振控制器内的光纤为保偏光纤，所述第二有源光纤为保偏光纤。

4.根据权利要求3所述的激光器，其特征在于，所述偏振控制器为法拉第旋转器光纤偏振控制器或者光纤在线起偏器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光器，其特征在于，所述激光器还包括：

波分复用器，设置于所述泵浦源和所述第一光栅之间，所述波分复用器的一端与所述泵浦源连接，所述波分复用器的另一端与所述第一光栅连接。

6.根据权利要求5所述的激光器，其特征在于，所述泵浦源包括至少一个单模泵浦激光器。

7.根据权利要求6所述的激光器，其特征在于，所述波分复用器包括多个输入端，每一所述单模泵浦激光器的输出端与所述波分复用器的一所述输入端连接。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的激光器，其特征在于，所述激光器还包括：

隔离器，设置于所述第二有源光纤远离所述偏振控制器的一端，所述隔离器与所述第二有源光纤连接。

9.根据权利要求8所述的激光器，其特征在于，所述隔离器内的光纤为保偏光纤。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的激光器，其特征在于，所述第一有源光纤为掺铒光纤、铒镱共掺光纤或掺镱光纤；所述第二有源光纤为掺铒光纤、铒镱共掺光纤或掺镱光纤。

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