专利名称：单纵模窄线宽光纤激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光纤激光器，尤其涉及一种全光纤的具有单纵模、窄线宽的激光器。
背景技术：
窄线宽光纤激光器是指激光以单一腔内振动纵模的形式输出的光纤激光器，其主要特征是输出激光谱线宽度非常窄，比现有窄线宽DFB半导体激光器的线宽还要窄两个数量级，比目前光通信网络中DWDM信号光源的线宽要窄5 6个数量级。窄线宽单纵模光纤激光器输出的极窄的光谱线宽使得激光光束具有极好的相干特性，其相干长度可达100百公里以上。窄线宽光纤激光器在超高精度和超远距离激光测距(高精度激光雷达)、卫星间通信与航天器对接、大气环境检测与研究、分布式光纤传感、石油天然气勘探和生产、基础科研、安保与军事等领域具有极其广泛的应用。由于2微米波长激光是中红外波长，高性能单纵模、超窄光谱线宽光纤激光器在安保、防务军事等领域具有十分重要的应用，研究发展具有单纵模、窄线宽光纤激光器及设备生产线具有极其重要的意义。根据激光技术基本理论，短达数cm的谐振腔腔长能够产生超高稳定性和无跳模的单频激光工作，使得输出光纤激光可以达到几百到千赫兹量级的光谱线宽。显然，普通掺杂光纤由于掺杂铥离子的浓度很低，单位长度掺铥离子光纤产生的增益远远达不到激光器所需要的增益，而为达到激光输出所需要的增益必须使用比较长的增益光纤，这使得激光器纵模间距大为减小，从而不利于产生结构紧凑和高稳定性能单纵模的窄线宽激光输出。 从上述超窄线宽光纤激光理论可以看出，高浓度高效率掺杂铥离子玻璃光纤的研发制造对单纵模、极窄线宽、高功率光纤激光器具有决定意义。尽管国内对窄线宽光纤激光器的研发一直非常重视，也取得了一些进展。但目前市场上商用窄线宽光纤激光器主要为1. 06微米和1. 55微米两种波长。本专利提出一种基于超高浓度高效率掺铥离子和铥与钬混合掺杂硅酸盐玻璃光纤的具有近2微米波长输出的单纵模、极窄光谱线宽、波长调谐、高功率光纤激光器的设计结构。
发明内容本实用新型的发明目的是提供一种单纵模、极窄光谱线宽、1. 8到2. 2微米波长调谐激光输出的全光纤激光器。为达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是—种单纵模窄线宽光纤激光器，包括泵浦激光光源、光纤光栅第一腔体反射镜、增益介质激光谐振腔和输出光纤光栅第二腔体反射镜，其中，所述光纤光栅第一腔体反射镜为由非保偏光纤构成的高反射率光纤光栅，高反射率光纤光栅上设有第一温度控制器；所述输出光纤光栅第二腔体反射镜为由保偏光纤构成的低反射率光纤光栅，低反射率光纤光栅上设有第二温度控制器；所述增益介质激光谐振腔为长度小于IOcm的超高浓度有源掺杂稀土增益光纤，增益介质激光谐振腔处设有压电器件构成的压电腔长调节器；输出激光
3波长为1. 8微米到2. 2微米，激光光谱线宽小于100kHz。上文中，所述泵浦激光光源由一个或多个半导体激光二极管构成，其发出的泵浦激光经泵浦结构耦合入作为增益介质的掺杂稀土增益光纤，泵浦波长上的光子被掺杂稀土增益光纤介质吸收，形成粒子数反转，受激发射的光波经谐振腔两端的反射镜的反馈和振荡形成激光输出。光纤光栅第一腔体反射镜、增益介质激光谐振腔和输出光纤光栅第二腔体反射镜构成全光纤激光腔，产生单纵模、极窄光谱线宽、2微米(1. 8到2. 2微米)波长激光输出。所述超高浓度有源掺杂稀土增益光纤为掺铥(Tm3+)或铥/钬(Tm3+Ato3+)共掺硅酸盐玻璃光纤，可以是保偏或非保偏的单模或多模或多覆层泵浦的硅酸盐玻璃光纤，这种硅酸盐玻璃光纤可以在2微米附近具有大于0. 5分贝/厘米的增益；高反射率光纤光栅(HR) 为非保偏光纤光栅，低反射率光纤光栅(OC)为保偏光纤光栅，通过调节控制光纤光栅的温度实现腔内单纵模、窄线宽并波长调谐稳定输出工作；腔内插入压电器件改变腔长实现输出激光波长的调谐。上述技术方案中，所述光纤光栅第一腔体反射镜在信号激光波长处具有高反射率，所述输出光纤光栅第二腔体反射镜在信号激光波长处具有低反射率。上述技术方案中，全光纤激光腔可以采用不同的腔型结构，但其总体构思均属于上述技术方案的范围。可以采用的线性腔型结构列举如下一段长度小于IOcm的掺杂稀土增益光纤的一端与高反射率光纤光栅的一端通过低损耗光纤熔接联接；掺杂稀土增益光纤吸收通过高反射率光纤光栅的近793纳米泵浦激光或者1550纳米泵浦激光产生信号激光波长的激光增益；掺杂稀土增益光纤粘在一个压电器件构成的压电腔长调节器上；通过调节电压实现腔长调节进而实现输出激光波长调谐；掺杂稀土增益光纤的另一端与低反射率光纤光栅的一端通过低损耗光纤熔接联接；低反射率光纤光栅的功能是提供光纤激光器第二反射腔体并通过温度控制调谐实现稳定波长调谐输出激光；低反射率光纤光栅的另一端与一个光纤隔离器的输入端通过低损耗光纤熔接联接；光纤隔离器防止反馈激光对激光系统的影响，有时也可以清除未吸收泵浦激光；光纤隔离器的另一端为单纵模窄线宽激光的输出端。由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点1.本实用新型是采用超短长度(小于IOcm)超高浓度掺铥和铥-钬混合掺杂硅酸盐玻璃光纤，具有腔体长度短、增益高、损耗小的优点，从而输出光谱稳定性好，光谱线宽窄；输出激光波长为1. 8微米到2. 2微米，激光光谱线宽小于100kHz。2.采用输出低反射率保偏光纤光栅OC可以实现偏振稳定的单纵模、窄线宽激光输出，可以通过对保偏光纤光栅OC的温度控制调谐实现稳定单纵模、窄线宽、波长调谐激光输出；3.腔内引入压电腔长调节器件可以通过调节电压实现腔长调节进而实现稳定的单纵模、窄线宽、激光波长调谐输出；4.激光系统造价更为低廉。由于采用极短的腔长(小于IOcm)，从而输出激光的光谱稳定性好，光谱线宽窄。避免了采用复杂的腔体设计；5.系统的可靠性更高。采用超高浓度掺铥和铥-钬混合掺杂硅酸盐玻璃光纤，系统的结构大为简化，可靠性更高，适合作为商业光纤激光器的腔体设计。
图1是本实用新型实施例一的结构示意图。其中1、泵浦激光光源；2、高反射率光纤光栅；3、掺杂稀土增益光纤；4、压电腔长调节器；5、低反射率光纤光栅；6、光纤隔离器；7第一温度控制器；8、第二温度控制器。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述实施例一参见附图1，一种单纵模、极窄光谱线宽、2微米(1. 8到2. 2微米)波长激光输出的全光纤激光器是采用超短长度(小于10厘米)超高浓度掺铥硅酸盐玻璃光纤产生单纵模、极窄光谱线宽、高功率、2微米波长调谐激光输出，采用高反射率和低反射率的保偏光纤光栅对作为线性腔光纤激光器腔体反射镜和输出耦合器。泵浦激光通过在信号激光波长处高反射率的光纤光栅进入到超短长度超高浓度掺铥硅酸盐玻璃光纤中；超短长度 (小于IOcm)超高浓度掺铥硅酸盐玻璃光纤吸收泵浦激光在信号激光波长处产生上能级离子数反转形成激光增益；超短长度(小于IOcm)超高浓度掺铥硅酸盐玻璃光纤构成的腔体大的纵模间隔有利于单纵模激光产生，通过对输出低反射率保偏光纤光栅(OC)的温度调谐控制和压电腔长控制可以实现稳定激光波长的调谐输出。如图1所示其具体连接关系是 在信号激光波长(1. 8到2. 2微米)处具有高反射率的光纤光栅2的一端与泵浦激光光源 1的输出光纤端通过光纤熔接连接；高反射率光纤光栅2的另一端与一段超短长度(小于 IOcm)超高浓度掺铥硅酸盐玻璃光纤(掺杂稀土增益光纤3)的一端通过熔接连接，泵浦激光通过高反射率光纤光栅2后进入超短长度(小于IOcm)超高浓度掺铥硅酸盐玻璃光纤中； 超短长度(小于IOcm)超高浓度掺铥硅酸盐玻璃光纤吸收泵浦激光后在信号激光波长处产生激光增益；超短长度(小于IOcm)超高浓度掺铥硅酸盐玻璃光纤3粘在一个压电腔长调节器4上，通过电压调节激光器腔长实现输出激光波长调节；超短长度(小于IOcm)超高浓度掺铥硅酸盐玻璃光纤的另一端与一个低反射率的保偏光纤光栅5通过光纤熔接连接，低反射率保偏光纤光栅5与高反射率光纤光栅2形成光纤激光反射腔体，通过对高反射率光纤光栅2的第一温度控制器7和低反射率保偏光纤光栅5的第二温度控制器8的控制调谐实现输出激光的波长调谐；未被掺铥硅酸盐玻璃光纤吸收的泵浦激光经过泵浦激光清除器和光纤隔离器6后被清除，激光器腔内产生的单纵模、窄线宽、波长调谐的高功率2微米激光通过清除器和光纤隔离器6输出。实施例二 一种单纵模、极窄光谱线宽、2微米(1. 8到2. 2微米)波长调谐激光输出的全光纤激光器是采用超短长度(小于IOcm)超高浓度铥-钬混合掺杂硅酸盐玻璃光纤产生单纵模、极窄光谱线宽、波长调谐的高功率2微米激光输出，采用高反射率和低反射率的保偏光纤光栅对作为线性腔光纤激光器腔体反射镜和输出耦合器。泵浦激光通过在信号激光波长处高反射率的光纤光栅进入到超短长度(小于IOcm)超高浓度铥-钬混合掺杂硅酸盐玻璃光纤中；超短长度(小于IOcm)超高浓度铥-钬混合掺杂硅酸盐玻璃光纤吸收泵浦激光在信号激光波长处产生上能级离子数反转形成激光增益；超短长度(小于IOcm)超高浓度铥-钬混合掺杂硅酸盐玻璃光纤构成的腔体大的纵模间隔有利于单纵模激光产生，通
5过对低反射率保偏光纤光栅的温度控制调谐和电压调节激光器腔长实现输出激光波长调节。其具体连接关系是在信号激光波长(1. 8到2. 2微米)处具有高反射率的光纤光栅的一端与泵浦激光的输出光纤端通过光纤熔接连接；高反射率光纤光栅的另一端与一段超短长度(小于IOcm)超高浓度铥-钬混合掺杂硅酸盐玻璃光纤的一端通过熔接连接，泵浦激光通过高反射率光纤光栅后进入超短长度超高浓度铥-钬混合掺杂硅酸盐玻璃光纤中；超短长度(小于IOcm)超高浓度铥-钬混合掺杂硅酸盐玻璃光纤吸收泵浦激光后在信号激光波长处产生激光增益；超短长度(小于IOcm)超高浓度铥-钬混合掺杂硅酸盐玻璃光纤粘在一个压电腔长调节器上，通过电压调节激光器腔长实现输出激光波长调节；超短长度(小于 IOcm)超高浓度铥-钬混合掺杂硅酸盐玻璃光纤的另一端与一个低反射率的保偏光纤光栅通过光纤熔接连接，低反射率保偏光纤光栅与高反射率光纤光栅形成光纤激光反射腔体， 未被超短长度(小于IOcm)超高浓度铥-钬混合掺杂硅酸盐玻璃光纤吸收的泵浦激光经过清除器和光纤隔离器后被清除，激光器腔内产生的单纵模、极窄光谱线宽、波长调谐、高功率微米激光通过清除器和光纤隔离器输出。
权利要求1.一种单纵模窄线宽光纤激光器，包括泵浦激光光源(1)、光纤光栅第一腔体反射镜、 增益介质激光谐振腔和输出光纤光栅第二腔体反射镜，其特征在于所述光纤光栅第一腔体反射镜为由非保偏光纤构成的高反射率光纤光栅O)，高反射率光纤光栅(2)上设有第一温度控制器(7)；所述输出光纤光栅第二腔体反射镜为由保偏光纤构成的低反射率光纤光栅(5)，低反射率光纤光栅( 上设有第二温度控制器(8)；所述增益介质激光谐振腔为长度小于IOcm有源掺杂稀土增益光纤(3)，增益介质激光谐振腔处设有压电器件构成的压电腔长调节器；输出激光波长为1. 8微米到2. 2微米，激光光谱线宽小于100kHz。
2.根据权利要求1所述的单纵模窄线宽光纤激光器，其特征在于具体腔体结构包括一段长度小于IOcm的掺杂稀土增益光纤(3)的一端与高反射率光纤光栅O)的一端通过低损耗光纤熔接联接；掺杂稀土增益光纤( 粘在一个压电器件构成的压电腔长调节器(4)上； 掺杂稀土增益光纤( 的另一端与低反射率光纤光栅( 的一端通过低损耗光纤熔接联接；低反射率光纤光栅( 的另一端与一个光纤隔离器(6)的输入端通过低损耗光纤熔接联接；光纤隔离器(6)的另一端为单纵模窄线宽激光的输出端。
专利摘要本实用新型公开了一种单纵模窄线宽光纤激光器，包括泵浦激光光源、光纤光栅第一腔体反射镜、增益介质激光谐振腔和输出光纤光栅第二腔体反射镜，其特征在于光纤光栅第一腔体反射镜为由非保偏光纤构成的高反射率光纤光栅，其上设有第一温度控制器；输出光纤光栅第二腔体反射镜为由保偏光纤构成的低反射率光纤光栅，其上设有第二温度控制器；增益介质激光谐振腔为长度小于10cm的超高浓度有源掺杂稀土增益光纤，设有压电器件构成的腔长调节器；输出激光波长为1.8微米到2.2微米，激光光谱线宽小于100kHz。本实用新型具有系统设计简单、造价低廉、可靠性高等优点，是一种具有实用价值的单纵模、极窄光谱线宽、波长调谐、高功率激光输出的全光纤激光器。
文档编号H01S3/098GK202183551SQ201120330348
公开日2012年4月4日 申请日期2011年9月5日 优先权日2011年9月5日
发明者刘东峰, 罗涛, 耿纪宏, 蒋仕彬 申请人:苏州图森激光有限公司