CN220527387U - 一种单频光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于单频光纤激光器技术领域，其目的在于提供一种单频光纤激光器。所采用的技术方案是：一种单频光纤激光器，包括单频激光器主光路和单频激光器噪声抑制光路；单频激光器主光路包括泵浦源、第一波分复用器、谐振腔、第二波分复用器和分光器，泵浦源的输出端与第一波分复用器的第一输入端连接，第一波分复用器的输出端通过谐振腔与第二波分复用器的输入端连接，第二波分复用器的输出端与分光器的第一输入端连接，分光器的第一输出端作为单频光纤激光器的输出端，分光器的第二输出端通过单频激光器噪声抑制光路与第一波分复用器的第二输入端连接。本实用新型可实现噪声抑制，利于降低相对强度噪声，提高信噪比，同时稳定激光器输出波长。
Description
技术领域
本实用新型属于单频光纤激光器技术领域，具体涉及一种单频光纤激光器。
背景技术
单频光纤激光器(Single-Frequency Fiber Laser，SFFL)在精密测量、相干通信、激光雷达和光学传感等领域有越来越广泛的应用。其中的单频指的是输出激光的线宽在百KHz量级及以下。
线性腔SFFL一般可分为布拉格反射型单频光纤激光器(Distributed BraggReflector Single-Frequency Fiber Laser，DBR SFFL)和分布反馈型单频光纤激光器(Distributed Feed Back Single-Frequency Fiber Laser，DFB SFFL)。具体地，DBR SFFL和DFB SFFL都属于短直腔设计的驻波腔光纤激光器，其谐振腔都具有两个反射腔镜，DBRSFFL的设计属于典型的F-P腔结构，一般采用两个中心波长一致的光纤布拉格光栅作为谐振腔的前后腔镜，而DFB SFFL一般采用一只刻写在掺杂光纤上的π相移光栅作为谐振腔的前后腔镜。
单频光纤激光器的强度噪声描述的是激光器输出光强度的波动，主要通过相对强度噪声(Relative Intensity Noise，RIN)来衡量。
根据频段不同，单频光纤激光器的强度噪声可以分成以下三类：
1)低频段的技术噪声：主要来源于单频光纤激光器本身的噪声，也可以来自外部环境的干扰等。
2)中频段的驰豫振荡：根本来源是激光器腔内的辐射和增益介质的相互作用，对单频光纤激光器而言，泵浦源的波动是导致驰豫振荡现象的主要原因。
3)高频段的量子噪声：也叫散粒噪声，主要来自于和频率不相关的光量子波动。
现实中，泵浦激光器的功率波动来源于其驱动电流的波动和电路噪声，目前业界高端的激光器驱动芯片也不能避免输出电流波动和电路噪声。现有技术中，采用隔音隔振材料结构的设计，使单频光纤激光器的噪声进一步降低，但也不能完全消除外部环境的干扰。而在一些相干探测，分布式光纤传感、相干LiDAR、相干检测等领域都需要低相对强度噪声(RIN)及高信噪比的单频光纤激光器。
为此，有必要研究一种具有噪声抑制回路的单频光纤激光器，其RIN和边带噪声可通过噪声抑制回路得到有效抑制，同时具有稳定输出激光中心波长的作用。
实用新型内容
为了至少在一定程度上解决上述技术问题，本实用新型提供了一种单频光纤激光器。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种单频光纤激光器，包括单频激光器主光路和单频激光器噪声抑制光路；所述单频激光器主光路包括泵浦源、第一波分复用器、谐振腔、第二波分复用器和分光器，所述泵浦源的输出端与所述第一波分复用器的第一输入端连接，所述第一波分复用器的输出端通过所述谐振腔与所述第二波分复用器的输入端连接，所述第二波分复用器的输出端与所述分光器的第一输入端连接，所述分光器的第一输出端作为所述单频光纤激光器的输出端，所述分光器的第二输出端通过所述单频激光器噪声抑制光路与所述第一波分复用器的第二输入端连接。
在一个可能的设计中，所述单频激光器噪声抑制光路包括第一光放大器、第一滤波器和第一可调光衰减器；所述第一光放大器的输入端与所述分光器的第二输出端连接，所述第一光放大器的输出端依次通过所述第一滤波器和所述第一可调光衰减器与所述第一波分复用器的第二输入端连接。
在一个可能的设计中，所述单频激光器噪声抑制光路包括第二滤波器、第二可调光衰减器、光环形器和第二光放大器；所述分光器的第二输出端依次通过所述第二滤波器和所述第二可调光衰减器与所述光环形器输入端连接，所述光环形器的第一输出端与所述第一波分复用器的第二输入端连接，所述光环形器的第二输出端与所述第二光放大器的输入端连接，所述第二光放大器的输出端与所述分光器的第二输入端连接。
在一个可能的设计中，所述谐振腔包括第一光纤光栅、第一掺杂光纤和第二光纤光栅，所述第一波分复用器的输出端依次通过所述第一光纤光栅、所述第一掺杂光纤和所述第二光纤光栅与所述第二波分复用器的输入端连接。
在一个可能的设计中，所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅均采用均匀布拉格光纤光栅，所述第一光纤光栅的反射率大于所述第二光纤光栅的反射率，所述第一光纤光栅的带宽大于所述第二光纤光栅的带宽。
在一个可能的设计中，所述谐振腔包括第二掺杂光纤，所述第一波分复用器的输出端通过所述第二掺杂光纤与所述第二波分复用器的输入端连接，所述第二掺杂光纤上刻写有相移光栅。
在一个可能的设计中，所述泵浦源包括泵浦激光器和偏振合束器，所述泵浦激光器设置有多个，多个所述泵浦激光器的输出端均与偏振合束器的输入端连接，所述偏振合束器的输出端与所述第一波分复用器的第一输入端连接。
在一个可能的设计中，所述第一波分复用器和所述第二波分复用器均采用拉锥型波分复用器或者波片型波分复用器。
本实用新型的有益效果集中体现在，可实现噪声抑制，利于降低相对强度噪声，提高信噪比，同时稳定激光器输出波长。具体地，本实施例在实施过程中，泵浦源输出激光，第一波分复用器将泵浦源输出的激光耦合进谐振腔内，谐振腔内产生振荡形成激光后，通过第二波分复用器耦合进分光器内，与此同时，分光器的第二输出端将部分激光输入单频激光器噪声抑制光路进行处理，单频激光器噪声抑制光路可对该部分激光进行噪声抑制处理，最后将噪声抑制处理后激光反馈至谐振腔内对其光输出特性进行锁定，以降低输出激光的纵模模式跳变及波长漂移程度，同时带通滤波器以一定消光比滤除一部分边带噪声，以便分光器通过其第一输出端输出降噪后激光。在此过程中，本实施例中由于单频激光器噪声抑制光路的设置，可实现对激光的噪声抑制，进而利于降低噪声，提高信噪比，同时稳定输出波长，具备推广应用的价值。
附图说明
图1是实施例1或2中一种单频光纤激光器的结构示意图；
图2是实施例1或2中另一种单频光纤激光器的结构示意图；
图3是实施例3中单频激光器噪声抑制光路的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本实用新型作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供了一种单频光纤激光器，包括单频激光器主光路和单频激光器噪声抑制光路；所述单频激光器主光路包括泵浦源1、第一波分复用器2、谐振腔3、第二波分复用器4和分光器5，所述泵浦源1的输出端与所述第一波分复用器2的第一输入端连接，所述第一波分复用器2的输出端通过所述谐振腔3与所述第二波分复用器4的输入端连接，所述第二波分复用器4的输出端与所述分光器5的第一输入端连接，所述分光器5的第一输出端作为所述单频光纤激光器的输出端，所述分光器5的第二输出端通过所述单频激光器噪声抑制光路与所述第一波分复用器2的第二输入端连接。
本实施例中，第一波分复用器2用于将泵浦源1输出的激光耦合进本实施例的谐振腔3内，并且防止谐振腔3的激光返回泵浦源1中的泵浦激光器。第二波分复用器4还设置有另一输出端用于输出残余泵浦。
本实施例中，各个光器件之间通过光纤连接器或者光纤熔接的方式连接。具体地，光线连接器如采用光纤法兰，此处不予限制。本实施例中，优选采用光纤熔接的方式连接，由此可具有更低的插入损耗。
本实施例可实现噪声抑制，利于降低相对强度噪声，提高信噪比，同时稳定激光器输出波长。具体地，本实施例在实施过程中，泵浦源1输出激光，第一波分复用器2将泵浦源1输出的激光耦合进谐振腔3内，谐振腔3内产生振荡形成激光后，通过第二波分复用器4耦合进分光器5内，与此同时，分光器5的第二输出端将部分激光输入单频激光器噪声抑制光路进行处理，单频激光器噪声抑制光路可对该部分激光进行噪声抑制处理，最后将噪声抑制处理后激光反馈至谐振腔3内对其光输出特性进行锁定，以降低输出激光的纵模模式跳变及波长漂移程度，同时带通滤波器以一定消光比滤除一部分边带噪声，以便分光器5通过其第一输出端输出降噪后激光。在此过程中，本实施例中由于单频激光器噪声抑制光路的设置，可实现对激光的噪声抑制，进而利于降低噪声，提高信噪比，同时稳定输出波长，具备推广应用的价值。
本实施例中，谐振腔3可采用以下两种形式：
1)所述谐振腔3包括第一光纤光栅311、第一掺杂光纤312和第二光纤光栅313，所述第一波分复用器2的输出端依次通过所述第一光纤光栅311、所述第一掺杂光纤312和所述第二光纤光栅313与所述第二波分复用器4的输入端连接。需要说明的是，采用此谐振腔3的设置，单频激光器主光路为DBR SFFL结构。
本实施例中，所述第一光纤光栅311和所述第二光纤光栅313均采用均匀布拉格光纤光栅，所述第一光纤光栅311的反射率大于所述第二光纤光栅313的反射率，所述第一光纤光栅311的带宽大于所述第二光纤光栅313的带宽。需要说明的是，所述第一光纤光栅311和所述第二光纤光栅313用于对泵浦源1波长透射，其中心波长和带宽可根据实际需求定制，其中心波长即对应了本实施例中单频光纤激光器输出激光的波长。
本实施例中，所述第一保偏掺杂光纤的掺杂离子可以是铒、镱、钕、铥，所述第一保偏掺杂光纤可以是保偏掺杂光纤或非保偏掺杂光纤，此处不予限制。需要说明的是，所述第一保偏掺杂光纤是本实施例中单频光纤激光器的增益介质，其可以吸收泵浦光，并基于受激辐射效应产生特定波长的激光。
2)所述谐振腔3包括第二掺杂光纤321，所述第一波分复用器2的输出端通过所述第二掺杂光纤321与所述第二波分复用器4的输入端连接，所述第二掺杂光纤321上刻写有相移光栅322。需要说明的是，采用此谐振腔3的设置，单频激光器主光路为DFB SFFL结构。
本实施例中，所述第二保偏掺杂光纤的掺杂离子可以是铒、镱、钕、铥，所述第二保偏掺杂光纤可以是保偏掺杂光纤或非保偏掺杂光纤，此处不予限制。需要说明的是，所述第二保偏掺杂光纤是本实施例中单频光纤激光器的增益介质，其可以吸收泵浦光，并基于受激辐射效应产生特定波长的激光。
本实施例中，所述泵浦源1包括泵浦激光器和偏振合束器，所述泵浦激光器设置有多个，多个所述泵浦激光器的输出端均与偏振合束器的输入端连接，所述偏振合束器的输出端与所述第一波分复用器2的第一输入端连接。需要说明的是，泵浦源1是本实施例中单频光纤激光器的能量源，本实施例中，其由两个泵浦激光器与偏振合束器合束组成，其中的泵浦激光器图采用线偏振泵浦激光器，偏振合束器可将两个偏振正交的泵浦激光器合束。当然，本实施例中，泵浦源1也可仅设置单个泵浦激光器，该单个泵浦激光器直接与所述第一波分复用器2的第一输入端连接。
本实施例中，所述第一波分复用器2和所述第二波分复用器4均采用拉锥型波分复用器或者波片型波分复用器。需要说明的是，拉锥型波分复用器或者波片型波分复用器都为三端口器件。
实施例2：
本实施例中，如图1和2所示，所述单频激光器噪声抑制光路包括第一光放大器6、第一滤波器7和第一可调光衰减器8；所述第一光放大器6的输入端与所述分光器5的第二输出端连接，所述第一光放大器6的输出端依次通过所述第一滤波器7和所述第一可调光衰减器8与所述第一波分复用器2的第二输入端连接。
本实施例中，第一光放大器6可以为低噪声掺杂光纤放大器、半导体放大器或者基于光纤非线性效应的放大器，第一光放大器6的作用为放大低功率的激光信号。
本实施例中，第一滤波器7为带通滤波器，其通道带宽包含本实施例中单频光纤激光器的输出激光中心波长，作用为滤除激光信号的边带噪声。
本实施例中，第一可调光衰减器8永固调整反馈激光的功率。
本实施例中，分光器5的第一输出端，分光器5的第二输出端与第一光放大器6之间，以及第一光放大器6与第一滤波器7之间均设置有隔离器，隔离器用于防止光反向传输。
本实施例在实施过程中，一方面，分光器5的第二输出端分出的部分激光，经第一光放大器6和第一滤波器7后，通过第一波分复用器2反馈注入本实施例中的谐振腔3，以对单频激光输出特性进行锁定，降低输出激光的纵模模式跳变及波长漂移程度；另一方面，结合第一光放大器6的低噪声放大特性以及高带外抑制的第一滤波器7，可抑制激光的边带噪声，降低激光的全频带噪声，进而提高输出激光的信噪比。
基于此，本实施例提高了单频光纤激光器在复杂领域的应用价值，比如有效地提高了相干多普勒风激光雷达、高速相干光通信、精确相干绝对距离测量等相干光检测应用的测量灵敏度和信噪比。
实施例3：
本实施例中，如图3所示，所述单频激光器噪声抑制光路包括第二滤波器9、第二可调光衰减器10、光环形器11和第二光放大器12；所述分光器5的第二输出端依次通过所述第二滤波器9和所述第二可调光衰减器10与所述光环形器11输入端(即图中的标号1端)连接，所述光环形器11的第一输出端(即图中的标号2端)与所述第一波分复用器2的第二输入端连接，所述光环形器11的第二输出端(即图中的标号3端)与所述第二光放大器12的输入端连接，所述第二光放大器12的输出端与所述分光器5的第二输入端连接。具体地，本实施例中，所述光环形器11的信号流为其输入端、其第一输出端至其第二输出端。
本实施例中，分光器5的第一输出端，分光器5的第二输出端与第二可调光衰减器10之间，光环形器11与第二光放大器12之间，以及第二光放大器12与分光器5之间均设置有隔离器，隔离器用于防止光反向传输。
本实施例中，利用光环形器11构成自注入反馈回路，可一定程度上增加腔内光子寿命，降低驰豫振荡的峰的频率和幅度，即有效地降低了单频光纤激光器的RIN。
最后应说明的是，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的保护范围。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 (10)
1.一种单频光纤激光器，其特征在于：包括单频激光器主光路和单频激光器噪声抑制光路；所述单频激光器主光路包括泵浦源(1)、第一波分复用器(2)、谐振腔(3)、第二波分复用器(4)和分光器(5)，所述泵浦源(1)的输出端与所述第一波分复用器(2)的第一输入端连接，所述第一波分复用器(2)的输出端通过所述谐振腔(3)与所述第二波分复用器(4)的输入端连接，所述第二波分复用器(4)的输出端与所述分光器(5)的第一输入端连接，所述分光器(5)的第一输出端作为所述单频光纤激光器的输出端，所述分光器(5)的第二输出端通过所述单频激光器噪声抑制光路与所述第一波分复用器(2)的第二输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种单频光纤激光器，其特征在于：所述单频激光器噪声抑制光路包括第一光放大器(6)、第一滤波器(7)和第一可调光衰减器(8)；所述第一光放大器(6)的输入端与所述分光器(5)的第二输出端连接，所述第一光放大器(6)的输出端依次通过所述第一滤波器(7)和所述第一可调光衰减器(8)与所述第一波分复用器(2)的第二输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种单频光纤激光器，其特征在于：所述谐振腔(3)包括第一光纤光栅(311)、第一掺杂光纤(312)和第二光纤光栅(313)，所述第一波分复用器(2)的输出端依次通过所述第一光纤光栅(311)、所述第一掺杂光纤(312)和所述第二光纤光栅(313)与所述第二波分复用器(4)的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的一种单频光纤激光器，其特征在于：所述第一光纤光栅(311)和所述第二光纤光栅(313)均采用均匀布拉格光纤光栅，所述第一光纤光栅(311)的反射率大于所述第二光纤光栅(313)的反射率，所述第一光纤光栅(311)的带宽大于所述第二光纤光栅(313)的带宽。
5.根据权利要求1所述的一种单频光纤激光器，其特征在于：所述单频激光器噪声抑制光路包括第二滤波器(9)、第二可调光衰减器(10)、光环形器(11)和第二光放大器(12)；所述分光器(5)的第二输出端依次通过所述第二滤波器(9)和所述第二可调光衰减器(10)与所述光环形器(11)输入端连接，所述光环形器(11)的第一输出端与所述第一波分复用器(2)的第二输入端连接，所述光环形器(11)的第二输出端与所述第二光放大器(12)的输入端连接，所述第二光放大器(12)的输出端与所述分光器(5)的第二输入端连接。
6.根据权利要求5所述的一种单频光纤激光器，其特征在于：所述谐振腔(3)包括第一光纤光栅(311)、第一掺杂光纤(312)和第二光纤光栅(313)，所述第一波分复用器(2)的输出端依次通过所述第一光纤光栅(311)、所述第一掺杂光纤(312)和所述第二光纤光栅(313)与所述第二波分复用器(4)的输入端连接。
7.根据权利要求6所述的一种单频光纤激光器，其特征在于：所述第一光纤光栅(311)和所述第二光纤光栅(313)均采用均匀布拉格光纤光栅，所述第一光纤光栅(311)的反射率小于所述第二光纤光栅(313)的反射率，所述第一光纤光栅(311)的带宽小于所述第二光纤光栅(313)的带宽。
8.根据权利要求1所述的一种单频光纤激光器，其特征在于：所述谐振腔(3)包括第二掺杂光纤(321)，所述第一波分复用器(2)的输出端通过所述第二掺杂光纤(321)与所述第二波分复用器(4)的输入端连接，所述第二掺杂光纤(321)上刻写有相移光栅(322)。
9.根据权利要求1所述的一种单频光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源(1)包括泵浦激光器和偏振合束器，所述泵浦激光器设置有多个，多个所述泵浦激光器的输出端均与偏振合束器的输入端连接，所述偏振合束器的输出端与所述第一波分复用器(2)的第一输入端连接。
10.根据权利要求1所述的一种单频光纤激光器，其特征在于：所述第一波分复用器(2)和所述第二波分复用器(4)均采用拉锥型波分复用器或者波片型波分复用器。
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| CN202322259283.9U CN220527387U (zh) | 2023-08-22 | 2023-08-22 | 一种单频光纤激光器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN220527387U true CN220527387U (zh) | 2024-02-23 |
Family
ID=89939088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202322259283.9U Active CN220527387U (zh) | 2023-08-22 | 2023-08-22 | 一种单频光纤激光器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN220527387U (zh) |
-
2023
- 2023-08-22 CN CN202322259283.9U patent/CN220527387U/zh active Active
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |