双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器及其调整方法
【专利摘要】本发明涉及一种双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器，包括激光器谐振腔、增益介质和抽运源；所述的激光器谐振腔包括双色镜和保偏布拉格光栅；所述增益介质包括保偏掺镱双包层光纤；所述抽运源为中心波长915nm或976nm的多模半导体激光器；光在经过保偏布拉格光栅之后会有部分光延原光路返回，(2+1)×1的光纤合束器中的单模光纤与单模光纤准直器相熔接，输出的准直光垂直地照射到双色镜。抽运光完全透射出去，而大于97%的1微米波段的光被发射回原光路继续传播。因此激光就会在双色镜和保偏布拉格光栅组成的谐振腔内振荡产生，最终在光栅另一端输出。本发明采用双色镜和保偏布拉格光栅构成激光器的谐振腔，具有结构简单、成本低廉的优势。
【专利说明】双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器及其调整方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器及其调整方法，属于光纤激光器的【技术领域】。
【背景技术】
[0002]与传统高功率激光器相比，双包层掺镱光纤激光器具有维护简便、可靠性高、工作寿命长和光光转换效率高等优点。因此，掺镱双包层光纤(YDCF)激光器是目前国内外广泛研究的一种激光器。其中，全光纤的双波长激光器在波分复用系统，微波信号产生，高分辨力光谱仪、光纤传感和MOPA种子源等领域有着极为重要的用途。但是目前国内外的研究主要存在以下问题:
[0003]I目前国内外报道的双波长掺镱激光器存在稳定性差、输出功率低以及结构复杂等问题。
[0004]2有关掺铒双波长线偏振光纤激光器的研究成果较多，而掺镱的双波长线偏振激光器却较少。
【发明内容】
[0005]针对现有的技术不足，本发明提供一种双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器。本发明具有单双波长可切换、稳定性好以及结构简单紧凑等优点。
[0006]本发明还涉及一种上述激光器的调整方法。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]一种双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器，包括激光器谐振腔、增益介质和抽运源；
[0009]所述的激光器谐振腔包括双色镜和保偏布拉格光栅；
[0010]所述增益介质包括保偏掺镱双包层光纤；
[0011]所述抽运源为中心波长915nm或976nm的多模半导体激光器；
[0012]所述双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器包括依次设置的双色镜、立方体偏振分束器、单模光纤准直器、(2+1) Xl的光纤合束器、保偏掺镱双包层光纤和保偏布拉格光栅。
[0013]所述中心波长915nm或976nm的多模半导体激光器通过(2+1) X I的光纤合束器与保偏掺镱双包层光纤相连；抽运光经(2+1) Xl的光纤合束器稱合到保偏掺镱双包层光纤中，保偏掺镱双包层光纤的另一端与保偏布拉格光栅相连，光在经过保偏布拉格光栅之后会有部分光延原光路返回，(2+1) Xl的光纤合束器中的单模光纤与单模光纤准直器相熔接，输出的准直光垂直地照射到双色镜。抽运光完全透射出去，而大于97%的I微米波段的光被发射回原光路继续传播。因此激光就会在双色镜和保偏布拉格光栅组成的谐振腔内振荡产生，最终在光栅另一端输出。[0014]根据本发明优选的，所述保偏掺镱双包层光纤为Nufern公司生产的保偏掺镱双包层光纤。
[0015]根据本发明优选的，在双色镜和单模光纤准直器之间的立方体偏振分束器沿垂直于光路的方向上转动设置。
[0016]根据本发明优选的，所述双包层保偏单模掺镱光纤的参数:长度为13.6m ;几何尺寸为6/130 μ m ;纤芯数值孔径(NA)为0.13，内包层数值孔径为0.46，对抽运光的吸收系数为 0.6dB/m。
[0017]根据本发明优选的，所述的双色镜为对波长为I μ m光波段高反射的双色镜。所述的高反射率>96%。
[0018]一种上述激光器的光路调节方法:
[0019](I)以红光标定仪发出的准直光入射到所述单模光纤准直器上，调整单模光纤准直器准直；以红光标定仪(红光LD)发出的准直光入射到所述单模光纤准直器上，调节五维调节架直到保偏布拉格光栅输出端能看到最亮的红光，表明单模光纤准直器已经准直；
[0020](2)再放置双色镜并调节双色镜和单模光纤准直器，使单模光纤准直器的准输出端的输出功率达到最大值；为了使单模光纤准直器的准输出端的输出功率达到最大值，需要将上述双色镜和单模光纤准直器调节为严格平行；
[0021](3)进而实现所述激光器双波长激光运转；
[0022](4)在所述双色镜和单模光纤准直器之间插入立方体偏振分束器，通过立方体偏振分束器的旋转，使得激光器谐振腔内相互垂直的双波长偏振激光振荡与立方体偏振分束器的主轴的夹角发生变化。以光谱仪可以观察激光光谱的变化，即可观察到单、双波长激光的转换。
[0023]本发明的优势:
[0024](I)本发明采用双色镜和保偏布拉格光栅构成激光器的谐振腔，具有结构简单、成本低廉的优势；
[0025](2)本发明在激光器谐振腔内插入了垂直于光路方向转到的立方体偏振分束器，通过旋转立方体偏振分束器改变腔内的偏振态，又由于保偏光纤布拉格光栅的两个反射峰对应的不同激光波长在偏振态上是正交的，从而可以通过立方体偏振分束器的旋转来达到双波长选择输出的目的。此方案实现了 I微米波段的线偏振双波长激光输出，扩展了双波长输出的波长范围；
[0026](3)本发明采用双色镜和保偏布拉格光栅组成激光器谐振腔并利用光栅作为输出腔镜；
[0027](4)本发明采用Nufern公司生产的保偏掺镱双包层光纤作为增益光纤，增大了激光器输出的功率范围，从而具有输出功率高等优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本发明所述双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器的示意图；
[0029]图2是保偏光纤布拉格光栅的透射谱；
[0030]图3是掺镱双包层光纤激光器的输出激光谱,其中(a)表不的是双波长,(b)和(C)表不单波长；[0031]图4是激光器输出光谱随立方体偏振分束器角度的变化。
[0032]在图1中，1、双色镜；2、立方体偏振分束器；3、单模光纤准直器；4、中心波长915nm或976nm的多模半导体激光器；5、(2+1) X I的光纤合束器；6、保偏掺镱双包层光纤；
7、保偏布拉格光栅。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0034]实施例1、
[0035]如图1所示。
[0036]一种双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器，包括激光器谐振腔、增益介质和抽运源；
[0037]所述的激光器谐振腔包括双色镜和保偏布拉格光栅；
[0038]所述增益介质包括保偏掺镱双包层光纤；
[0039]所述抽运源为中心波长915nm或976nm的多模半导体激光器；
[0040]所述双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器包括依次设置的双色镜、立方体偏振分束器、单模光纤准直器、(2+1) Xl的光纤合束器、保偏掺镱双包层光纤和保偏布拉格光栅。
[0041]所述中心波长915nm或976nm的多模半导体激光器通过(2+1) X I的光纤合束器与保偏掺镱双包层光纤相连；抽运光经(2+1) Xl的光纤合束器稱合到保偏掺镱双包层光纤中，保偏掺镱双包层光纤的另一端与保偏布拉格光栅相连，光在经过保偏布拉格光栅之后会有部分光延原光路返回，(2+1) Xl的光纤合束器中的单模光纤与单模光纤准直器相熔接，输出的准直光垂直地照射到双色镜。抽运光完全透射出去，而大于97%的I微米波段的光被发射回原光路继续传播。因此激光就会在双色镜和保偏布拉格光栅组成的谐振腔内振荡产生，最终在光栅另一端输出。
[0042]根据本发明优选的，所述保偏掺镱双包层光纤为Nufern公司生产的保偏掺镱双包层光纤。
[0043]根据本发明优选的，在双色镜和单模光纤准直器之间的立方体偏振分束器沿垂直于光路的方向上转动设置。
[0044]根据本发明优选的，所述双包层保偏单模掺镱光纤的参数:长度为13.6m ;几何尺寸为6/130 μ m ;纤芯数值孔径(NA)为0.13，内包层数值孔径为0.46，对抽运光的吸收系数为 0.6dB/m。
[0045]根据本发明优选的，所述的双色镜为对波长为I μ m光波段高反射的双色镜。所述的高反射率>96%。
[0046]实施例2、
[0047]一种上述激光器的光路调节方法:
[0048]( I)以红光标定仪发出的准直光入射到所述单模光纤准直器上，调整单模光纤准直器准直；以红光标定仪(红光LD)发出的准直光入射到所述单模光纤准直器上，调节五维调节架直到保偏布拉格光栅输出端能看到最亮的红光，表明单模光纤准直器已经准直；
[0049](2)再放置双色镜并调节双色镜和单模光纤准直器，使单模光纤准直器的准输出端的输出功率达到最大值；为了使单模光纤准直器的准输出端的输出功率达到最大值，需要将上述双色镜和单模光纤准直器调节为严格平行；
[0050](3)进而实现所述激光器双波长激光运转；
[0051](4)在所述双色镜和单模光纤准直器之间插入立方体偏振分束器，通过立方体偏振分束器的旋转，使得激光器谐振腔内相互垂直的双波长偏振激光振荡与立方体偏振分束器的主轴的夹角发生变化。以光谱仪可以观察激光光谱的变化，即可观察到单、双波长激光的转换。
[0052]本发明的工作原理:抽运光经光纤合束器耦合到一段最佳长度约为13.6m的6/130 μ m的双包层保偏单模掺镱光纤中，纤芯数值孔径(NA)为0.13，内包层数值孔径为
0.46，对抽运光的吸收系数为0.6dB/m ;光纤合束器中的单模光纤和一个单模光纤准直器相熔接，输出的准直光垂直地照射到一个I μ m波段高反射(>96%@1 μ m)的双色镜上；而增益光纤右端熔接上一个保偏布拉格光栅作为谐振腔的输出腔镜，二者构成谐振腔。在双色镜和准直器之间插入一个可以在垂直于光路的方向上作转动的立方体偏振分束器。光路调节方法如下:首先以红光标定仪(红光LD)发出的准直光入射到准直器上，调节五维调节架直到光纤光栅输出端能看到最亮的红光，表明准直器已经准直，再放置双色镜并调节双色镜和准直器的严格平行，这时候能得到双波长激光运转。这时，再插入偏振分束器于二者之间，通过偏振分束器的旋转，腔内相互垂直的双波长偏振激光振荡与偏振分束器的主轴的夹角发生变化，以光谱仪可以观察激光光谱的变化，即可观察到单、双波长激光的转换，如图2所示。保偏布拉格光栅是采用相位掩模法由244nm的氩离子倍频激光器在载氢保偏光纤中写入，然后经过退火处理得到稳定光谱如图2所示。光栅长度为2cm，反射率为10.2%，FffHM为0.llnm，快慢轴对应的布拉格波长分别为1069.72和1069.97nm。
[0053]如图3所示，两个波长分别为1070.08nm和1070.39nm，波长较之光栅的布拉格波长大一些的原因在于固定光栅过程中的受到一定的预拉力，3dB带宽约为0.022nm,激光消光比为45dB，如果选用高性能的偏振分束器，激光的消光比可望进一步得到提高。
[0054]如图4所示，偏振分束器旋转到不同位置时，激光器可以实现双、单波长切换。图中λρ//和λ SI表不偏振正交的两个激光波长，λρ〃> λ s± ;虚线表不偏振分束器的主轴方向；角度表示偏振分束器在360旋转刻度盘的位置。当Θ = 222°和Θ =132°时，沿偏振分束器主轴方向的光会在λρ〃和Xs I两个方向具有相通的分量，因此形成双波长运转；当Θ由222°变化为177°时，光只有沿Xs I方向有分量，形成短波长线偏振激光，在此变化过程中间的200°位置则可看到较弱的长波长位置的激光。而在Θ =132°变化到Θ= 42°过程中，在Θ =87°产生长波长位置的线偏振激光。
[0055]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1.一种双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器，其特征在于，该激光器包括激光器谐振腔、增益介质和抽运源； 所述的激光器谐振腔包括双色镜和保偏布拉格光栅； 所述增益介质包括保偏掺镱双包层光纤； 所述抽运源为中心波长915nm或976nm的多模半导体激光器； 所述双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器包括依次设置的双色镜、立方体偏振分束器、单模光纤准直器、(2+1) Xl的光纤合束器、保偏掺镱双包层光纤和保偏布拉格光栅。
2.根据权利要求1所述的一种双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器，其特征在于，所述中心波长915nm或976nm的多模半导体激光器通过(2+1) X I的光纤合束器与保偏掺镱双包层光纤相连；抽运光经(2+1) Xl的光纤合束器耦合到保偏掺镱双包层光纤中，保偏掺镱双包层光纤的另一端与保偏布拉格光栅相连，(2+1) Xl的光纤合束器中的单模光纤与单模光纤准直器相熔接，输出的准直光垂直地照射到双色镜。
3.根据权利要求1所述的一种双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器，其特征在于，所述保偏掺镱双包层光纤为Nufern公司生产的保偏掺镱双包层光纤。
4.根据权利要求1所述的一种双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器，其特征在于，在双色镜和单模光纤准直器之间的立方体偏振分束器沿垂直于光路的方向上转动设置。
5.根据权利要求1所述的一种双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器，其特征在于，所述双包层保偏单模掺镱光纤的参数:长度为13.6m ;几何尺寸为6/130 μ m ;纤芯数值孔径(NA)为0.13，内包层数值孔径为0.46，对抽运光的吸收系数为0.6dB/m。
6.根据权利要求1所述的一种双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器，其特征在于，所述的双色镜为对波长为I μ m光波段高反射的双色镜。
7.—种如权利要求1所述激光器的光路调节方法，包括步骤如下: (1)以红光标定仪发出的准直光入射到所述单模光纤准直器上，调整单模光纤准直器准直； (2)再放置双色镜并调节双色镜和单模光纤准直器，使单模光纤准直器的准输出端的输出功率达到最大值； (3)进而实现所述激光器双波长激光运转； (4)在所述双色镜和单模光纤准直器之间插入立方体偏振分束器，通过立方体偏振分束器的旋转，使得激光器谐振腔内相互垂直的双波长偏振激光振荡与立方体偏振分束器的主轴的夹角发生变化。
【文档编号】H01S3/067GK103855597SQ201410074909
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月3日 优先权日:2014年3月3日
【发明者】冯德军, 张茂森, 刘希路, 刘冠秀 申请人:山东大学