CN220753998U - 一种dfb型光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种DFB型光纤激光器；种子激光器包括第一单模泵浦、第一波分复用器、隔离器、DFB光栅；预放大器包括第二单模泵浦、第二波分复用器、第一增益光纤、第一环形器和第一保偏光栅；第一波分复用器的泵浦端与第一单模泵浦的一端连接，第一波分复用器的公共端与DFB光栅的一端连接，DFB光栅的另一端与隔离器的一端连接，隔离器的另一端与第二波分复用器的信号端连接；种子激光器输出的激光波长小于1020nm，第一增益光纤为掺镱光纤，长度小于或等于1.0米。本实用新型通过选择合适长度的增益光纤，能够解决激光波长<1020nm的激光器中ASE的增益竞争问题。

Description

一种DFB型光纤激光器

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DFB型光纤激光器。

背景技术

光纤激光器除了向着高功率发展外，在中低功率领域，具备单纵模运转的单频光纤激光器因其具有较高的光谱信噪比、窄线宽(kHz量级)、较高的偏振消光比、低噪声等优势，还可以用于光纤传感、光纤通信、激光雷达、引力波探测、高分辨率光谱探测等领域。

目前大部分激光器为工作在1060-1090nm千瓦级窄线宽光纤激光器，但是实现激光波长<1020nm的高功率窄线宽单频光纤激光器是非常困难的，这是因为在掺镱增益光纤中，增益光纤越长，长波段ASE强度越高，而波长短于1020nm的激光自身增益较低，随着光纤长度的逐渐增长，长波段的ASE强度也在不断增大且峰值ASE强度往长波方向移动。

实用新型内容

本实用新型提供了一种DFB型光纤激光器，通过选择合适的增益光纤的长度来有效解决激光波长<1020nm的激光器中ASE的增益竞争问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种DFB型光纤激光器，所述激光器包括种子激光器和预放大器；所述种子激光器包括第一单模泵浦、第一波分复用器、隔离器、DFB光栅；所述预放大器包括第二单模泵浦、第二波分复用器、第一增益光纤、第一环形器和第一保偏光栅；

所述第一波分复用器的泵浦端与所述第一单模泵浦的一端连接，所述第一波分复用器的公共端与所述DFB光栅的一端连接，所述DFB光栅的另一端与所述隔离器的一端连接，所述隔离器的另一端与所述第二波分复用器的信号端连接；所述第二波分复用器的泵浦端与所述第二单模泵浦的一端连接，所述第二波分复用器的公共端与所述第一增益光纤的一端连接；所述第一增益光纤的另一端与所述第一环形器的第一端口连接，所述第一环形器的第二端口与所述第一保偏光栅连接；

所述种子激光器输出的激光波长小于1020nm，所述第一增益光纤为掺镱光纤，其长度小于或等于1.0米。

可选地，所述第一单模泵浦为980nm单模泵浦、所述第一波分复用器型号为980/1064nm、所述DFB光栅的中心波长为1012nm；

所述第二单模泵浦为980nm单模泵浦、所述第二波分复用器型号为980/1064nm、所述第一环形器为高功率1012nm环形器、所述第一保偏光栅中心波长为1012nm；

所述第一增益光纤的长度范围为0.8米-1.0米。

可选地，光纤激光器还包括放大器，所述放大器的输入端与所述第一环形器的第三端口连接。

可选地，所述放大器包括第一多模泵浦、第二多模泵浦、合束器和第二增益光纤；

所述合束器的第一端与所述第一多模泵浦的一端连接，所述合束器的第二端与所述第二多模泵浦的一端连接，所述合束器的第三端与所述第一环形器的第三端口连接，所述合束器的第四端与所述第二增益光纤的一端连接；

所述第二增益光纤为掺镱光纤，其长度小于或等于0.9米，和/或，所述第二增益光纤的纤芯包层参数大于或等于14/125。

可选地，所述放大器还包括包层光功率剥除器、第二环形器和第二保偏光栅；

所述第二增益光纤的另一端与所述包层光功率剥除器的一端连接，所述包层光功率剥除器的另一端与所述第二环形器的第一端连接，所述第二环形器的第二端与所述第二保偏光栅连接。

可选地，所述第一多模泵浦为975nm多模泵浦、所述第二多模泵浦为975nm多模泵浦、所述第二环形器为高功率保偏1012nm环形器、所述第二保偏光栅的中心波长为1012nm，反射率为99.9％；

所述合束器的信号光纤的纤芯和包层是10/125um，泵浦光纤是105/125um；所述第二增益光纤的长度范围为0.7米-0.9米，纤芯包层参数范围为14/125-20/125；所述第二环形器光纤的纤芯和包层为10/125um。

可选地，所述隔离器为1012nm双极隔离器，其隔离度＞60dB。

本实用新型实施例提供了一种DFB型光纤激光器，激光器包括种子激光器和预放大器；种子激光器包括第一单模泵浦、第一波分复用器、隔离器、DFB光栅；预放大器包括第二单模泵浦、第二波分复用器、第一增益光纤、第一环形器和第一保偏光栅；第一波分复用器的泵浦端与第一单模泵浦的一端连接，第一波分复用器的公共端与DFB光栅的一端连接，DFB光栅的另一端与隔离器的一端连接，隔离器的另一端与第二波分复用器的信号端连接；第二波分复用器的泵浦端与第二单模泵浦的一端连接，第二波分复用器的公共端与第一增益光纤的一端连接；第一增益光纤的另一端与第一环形器的第一端口连接，第一环形器的第二端口与第一保偏光栅连接；种子激光器输出的激光波长小于1020nm，第一增益光纤为掺镱光纤，第一增益光纤的长度上限为1.0米。本实用新型的技术方案，通过选择合适的增益光纤的长度来有效抑制ASE，解决了激光波长<1020nm的激光器中因增益光纤过长导致的ASE的增益竞争问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种DFB型光纤激光器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种第二环形器的第二端口输出激光的光谱图；

图3是本实用新型实施例提供的一种第二环形器的第三端口输出激光的光谱图；

图4是本实用新型实施例提供的一种激光实测输出线宽示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种激光实测输出RIN示意图。

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。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。需要注意的是，本实用新型实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本实用新型实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”。

需要注意，本实用新型中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对相应内容进行区分，并非用于限定顺序或者相互依存关系。

需要注意，本实用新型中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

图1是本实用新型实施例提供的一种DFB型光纤激光器的结构示意图，参考图1，激光器包括种子激光器10和预放大器20；种子激光器10包括第一单模泵浦11、第一波分复用器12、DFB光栅13和隔离器14；预放大器20包括第二单模泵浦21、第二波分复用器22、第一增益光纤23、第一环形器24和第一保偏光栅25；第一波分复用器12的泵浦端121与第一单模泵浦11的一端连接，第一波分复用器12的公共端122与DFB光栅13的一端连接，DFB光栅13的另一端与隔离器14的一端连接，隔离器14的另一端与第二波分复用器22的信号端连接。第二波分复用器22的泵浦端222与第二单模泵浦21的一端连接，第二波分复用器22的公共端223与第一增益光纤23的一端连接；第一增益光纤23的另一端与第一环形器24的第一端口连接，第一环形器24的第二端口与第一保偏光栅25连接；第一增益光纤23的长度上限为1.0米。

具体的，参考图1，第一单模泵浦11提供光纤激光器的泵浦能量，第一波分复用器12将泵浦光耦合到DFB光栅13，DFB光栅13实现特定的波长选择后，将激光输入至预放大器20进行放大，DFB光栅13的另一端与隔离器14的一端连接，隔离器14的另一端与第二波分复用器22的信号端连接_，隔离器14为1012nm双极隔离器。具体的，激光经过中心波长为1012nm的DFB光栅后，波长为1012nm的激光被选择输出至隔离器14，同时隔离掉预放大器20光路产生的回光，让回光不影响DFB光栅13的单频性能。因此也要求这个隔离器的隔离度尽可能高，设置其隔离度＞60dB。第二波分复用器22将特定波长的激光耦合至第一增益光纤23进行放大，同时由于增益光纤的长度会影响ASE，增益光纤越长，长波段ASE强度越高，本实施例针对于此，设置第一增益光纤23的长度小于或等于1.0米，进而减小ASE。在本实用新型一个实施例中，第一单模泵浦为980nm单模泵浦、第一波分复用器型号为980/1064nm、DFB光栅的中心波长为1012nm；第一增益光纤23是掺镱光纤，其在976nm的吸收为250dB/m，由于此款光纤的主要发射波长在1030-1090nm，因此放大1012nm波长的激光需要很短的掺镱光纤，而且在1030附近波段会有很高的ASE能量，因此需要的第一增益光纤23的长度为0.9米，通过合适长度的增益光纤可以减小ASE，最后输出1012nm的窄线宽激光。第一环形器为高功率1012nm环形器、第一保偏光栅中心波长为1012nm。具体的，被第一增益光纤23放大后的激光从第一环形器24的第一端口241进入第一环形器24后，又通过第一环形器24的第二端口242进入到第一保偏光栅25，第一保偏光栅25滤除自发辐射噪声后，将激光反射回第一环形器24，并通过第一环形器24的第三端口243输出窄线宽、低噪声的1012nm激光。

本实用新型实施例提供了一种DFB型光纤激光器，激光器包括种子激光器和预放大器；种子激光器包括第一单模泵浦、第一波分复用器、隔离器、DFB光栅；预放大器包括第二单模泵浦、第二波分复用器、第一增益光纤、第一环形器和第一保偏光栅；第一波分复用器的泵浦端与第一单模泵浦的一端连接，第一波分复用器的公共端与DFB光栅的一端连接，DFB光栅的另一端与隔离器的一端连接，隔离器的另一端与第二波分复用器的信号端连接；第二波分复用器的泵浦端与第二单模泵浦的一端连接，第二波分复用器的公共端与第一增益光纤的一端连接；第一增益光纤的另一端与第一环形器的第一端口连接，第一环形器的第二端口与第一保偏光栅连接；第一增益光纤为掺镱光纤，长度上限为1.0米。本实用新型的技术方案，通过选择合适的增益光纤的长度来有效抑制ASE，解决了激光波长<1020nm的激光器中因增益光纤过长导致的ASE的增益竞争问题。

可选地，参考图1，DFB型光纤激光器还包括放大器30，放大器30的输入端与第一环形器24的第三端口243连接。其中，放大器30包括：第一多模泵浦31、第二多模泵浦32、合束器33、第二增益光纤34；合束器33的第一端口331与第一多模泵浦31的一端连接，合束器33的第二端口332与第二多模泵浦32的一端连接，合束器33的第三端口333与第一环形器24的第三端口243连接，合束器33的第四端口334与第二增益光纤34的一端连接；第二增益光纤34的长度小于或等于0.9米，和/或，第二增益光纤34的纤芯包层参数大于或等于14/125。

具体的，第一多模泵浦31与合束器33的第一端口连接、第二多模泵浦32与合束器33的第二端口332连接，为放大器30供能；激光通过第一环形器24输出至合束器33后，从合束器33的第四端口334输入至第二增益光纤34，对激光进行增益放大；由于增益光纤越长，长波段ASE强度越高，短波长激光激射受限，长波长激光可以获取较多的增益起振，很有可能出现寄生振荡，随着光纤长度的逐渐增长，长波段的ASE强度也在不断增大且峰值ASE强度往长波方向移动，因此需限制第二增益光纤34的长度小于或等于为0.9米；同时当芯包比越大，抑制ASE能力越强，因此第二增益光纤34的纤芯包层参数大于或等于14/125。在本实用新型一实施例中，第一多模泵浦31为975nm多模泵浦、第二多模泵浦32为975nm多模泵浦，相比915nm的多模泵浦，选择975nm多模泵浦对第二增益光纤34进行放大供能，能够减少量子亏损，从而获得更高的放大效率，同时第二增益光纤34为掺镱光纤，对975nm的吸收是915nm的3倍，因此可以使用更短的光纤长度，示例性的，可以为0.8米。第二增益光纤34的纤芯包层参数是14/125；相应的，合束器33的信号光纤的纤芯和包层是10/125um，泵浦光纤是105/125um；第二环形器36光纤的纤芯和包层为10/125um，如此，当包层尺寸不变时，增大光纤芯径有利于抑制ASE。此时预放大器将种子功率预放到300mW。

可选地，放大器还30包括：包层光功率剥除器35、第二环形器36、第二保偏光栅37；第二增益光纤34的另一端与包层光功率剥除器35的一端连接，包层光功率剥除器35的另一端与第二环形器36的第一端连接，第二环形器36的第二端与第二保偏光栅37连接。

具体的，放大后的激光从第二增益光纤34输出后，通过包层光功率剥除器35，其中，包层光功率剥除器35采用光纤腐蚀型工艺，能有效剥除未被第二增益光纤34吸收的多余975nm泵浦光以及小部分在包层的信号光，经过包层光功率剥除器35剥除的激光通过第二环形器36的第二端口362传输至第二保偏光栅37，第二保偏光栅37为中心波长为1012nm的高反光栅，反射率99.9％，带宽1nm，光纤的纤芯包层为10/125um，经过第二保偏光栅37对输入的激光滤除自发辐射噪声，并将激光反射通过第二环形器36的第三端口输出，图2是本实用新型实施例提供的一种第二环形器的第二端口输出激光的光谱图，图3是本实用新型实施例提供的一种第二环形器的第三端口输出激光的光谱图，图4是本实用新型实施例提供的一种激光实测输出线宽示意图，图5是本实用新型实施例提供的一种激光实测输出RIN示意图，参考图2-图5，本实用新型实施例自第二环形器36的第三端口可以输出边模抑制比大于60dB；线宽小于10kHz；功率稳定性好，小于2％；偏振消光比大于23dB；相对强度噪声小于-115dBc/Hz的1012nm激光。同时经过放大器放大的激光输出功率为10W，为实现1012nm百瓦级单频保偏光纤激光器提供了基础。

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、相互结合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 (7)

1.一种DFB型光纤激光器，其特征在于，所述激光器包括种子激光器和预放大器；所述种子激光器包括第一单模泵浦、第一波分复用器、隔离器、DFB光栅；所述预放大器包括第二单模泵浦、第二波分复用器、第一增益光纤、第一环形器和第一保偏光栅；

所述第一波分复用器的泵浦端与所述第一单模泵浦的一端连接，所述第一波分复用器的公共端与所述DFB光栅的一端连接，所述DFB光栅的另一端与所述隔离器的一端连接，所述隔离器的另一端与所述第二波分复用器的信号端连接；所述第二波分复用器的泵浦端与所述第二单模泵浦的一端连接，所述第二波分复用器的公共端与所述第一增益光纤的一端连接；所述第一增益光纤的另一端与所述第一环形器的第一端口连接，所述第一环形器的第二端口与所述第一保偏光栅连接；

所述种子激光器输出的激光波长小于1020nm，所述第一增益光纤为掺镱光纤，其长度小于或等于1.0米。

2.根据权利要求1所述的DFB型光纤激光器，其特征在于，所述第一单模泵浦为980nm单模泵浦、所述第一波分复用器型号为980/1064nm、所述DFB光栅的中心波长为1012nm；

所述第二单模泵浦为980nm单模泵浦、所述第二波分复用器型号为980/1064nm、所述第一环形器为高功率1012nm环形器、所述第一保偏光栅中心波长为1012nm；

所述第一增益光纤的长度范围为0.8米-1.0米。

3.根据权利要求1所述的DFB型光纤激光器，其特征在于，还包括放大器，所述放大器的输入端与所述第一环形器的第三端口连接。

4.根据权利要求3所述的DFB型光纤激光器，其特征在于，所述放大器包括第一多模泵浦、第二多模泵浦、合束器和第二增益光纤；

所述合束器的第一端口与所述第一多模泵浦的一端连接，所述合束器的第二端口与所述第二多模泵浦的一端连接，所述合束器的第三端口与所述第一环形器的第三端口连接，所述合束器的第四端口与所述第二增益光纤的一端连接；

所述第二增益光纤为掺镱光纤，其长度小于或等于0.9米，和/或，所述第二增益光纤的纤芯包层参数大于或等于14/125。

5.根据权利要求4所述的DFB型光纤激光器，其特征在于，所述放大器还包括：包层光功率剥除器、第二环形器、第二保偏光栅；

所述第二增益光纤的另一端与所述包层光功率剥除器的一端连接，所述包层光功率剥除器的另一端与所述第二环形器的第一端连接，所述第二环形器的第二端与所述第二保偏光栅连接。

6.根据权利要求5所述的DFB型光纤激光器，其特征在于，所述第一多模泵浦为975nm多模泵浦、所述第二多模泵浦为975nm多模泵浦、所述第二环形器为高功率保偏1012nm环形器、所述第二保偏光栅的中心波长为1012nm，反射率为99.9％；

所述合束器的信号光纤的纤芯和包层是10/125um，泵浦光纤是105/125um；所述第二增益光纤的长度范围为0.7米-0.9米，纤芯包层参数范围为14/125-20/125；所述第二环形器光纤的纤芯和包层为10/125um。

7.根据权利要求1所述的DFB型光纤激光器，其特征在于，所述隔离器为1012nm双极隔离器，其隔离度＞60dB。