集成化掺铒光纤放大自发辐射光源的制作方法

本发明涉及一种自发辐射光源，尤其涉及一种集成化掺铒光纤放大自发辐射光源。

背景技术：

掺铒光纤放大自发辐射光源是一种现有的光源提供装置，其原理是利用泵浦激光对铒离子的激励作用使掺铒光纤中的铒离子从基态跃迁到上能级，形成粒子数反转，从而使自发辐射光在掺铒光纤中获得放大，形成放大自发辐射光输出；掺铒光纤放大自发辐射光源在分布式光纤传感、光纤陀螺、光纤电流传感器等领域应用广泛；

现有技术在实现前述的掺铒光纤放大自发辐射光源时，通常采用分立光学元件构成，典型结构如图1所示，其主要构成部分包括：具有光纤Bragg光栅稳频的泵浦激光器、波分复用器、掺铒光纤、光纤隔离器、光谱整形滤光器和光纤反射镜；这种现有的掺铒光纤放大自发辐射光源存在以下缺点：1)分立元件数量较多、体积较大，光源装置难以实现小型化；2)由于分立元件数量较多，光源装置易受机械冲击、振动影响，导致光源装置性能劣化；3）由于分立元件较为离散，整个光源装置的环境温度不易控制，影响光源装置性能。

技术实现要素：

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种集成化掺铒光纤放大自发辐射光源，其创新在于：所述集成化掺铒光纤放大自发辐射光源由外壳、半导体激光器芯片、热沉、底座、半导体致冷器、准直透镜、波分复用滤光片、聚焦透镜、传输光纤、掺铒光纤、光纤反射器、光隔离器、光谱整形滤光片、耦合透镜、输出光纤和反射片组成；

所述外壳的内腔形成安装腔，安装腔的侧壁上设置多个引脚孔，多根引脚一一对应地套接在多个引脚孔中，引脚的内端位于安装腔内，引脚的外端位于外壳外部，引脚中部与引脚孔固定连接；

所述半导体致冷器设置在安装腔底部，半导体致冷器的下端面与安装腔底面连接；

所述底座为板状结构体，底座的下端面与半导体致冷器的上端面连接，底座的上端面形成安装面；

所述热沉的下端面与安装面连接；

所述半导体激光器芯片设置在热沉的上端面上；所述准直透镜设置在安装面上靠近热沉的位置处；所述半导体激光器芯片的输出端朝向准直透镜，半导体激光器芯片的输出轴向与准直透镜的光轴同轴，准直透镜的光轴与安装面平行；

所述波分复用滤光片设置在安装面上，准直透镜位于热沉和波分复用滤光片之间，波分复用滤光片的端面所在平面与安装面垂直，波分复用滤光片的端面所在平面与准直透镜光轴的夹角为45度，准直透镜的光轴从波分复用滤光片中穿过；所述波分复用滤光片能将从准直透镜射来的光透射至聚焦透镜；

所述聚焦透镜设置在安装面上靠近波分复用滤光片的位置处，波分复用滤光片位于聚焦透镜和准直透镜之间，聚焦透镜的光轴与准直透镜的光轴同轴；

所述外壳上设置有与传输光纤匹配的第一光纤连接管，传输光纤中部套接在第一光纤连接管内，传输光纤内端延伸至安装面上靠近聚焦透镜的位置处，传输光纤内端通过连接件与安装面连接，传输光纤内端端面与聚焦透镜耦合，传输光纤的外端位于外壳外部，传输光纤的外端与掺铒光纤的一端连接，掺铒光纤的另一端与光纤反射器光路连接；

所述准直透镜和聚焦透镜之间的光路记为第一光路，所述光隔离器设置在安装面上靠近波分复用滤光片的位置处，光隔离器位于第一光路轴向的一侧；所述波分复用滤光片能将从聚焦透镜射来的光反射至光隔离器，从聚焦透镜射向波分复用滤光片的光被波分复用滤光片反射后形成第一反射光，所述第一反射光能垂直地照射到光隔离器的输入端面上，光隔离器的输出轴向与第一反射光同轴；

所述反射片设置在安装面上靠近光隔离器的位置处，光隔离器位于反射片和波分复用滤光片之间，光隔离器输出的光被反射片反射后形成第二反射光；

所述耦合透镜设置在安装面上靠近反射片的位置处，第二反射光的轴向与耦合透镜的光轴同轴，耦合透镜的输入面朝向反射片；

所述外壳上设置有与输出光纤匹配的第二光纤连接管，输出光纤中部套接在第二光纤连接管内，输出光纤内端延伸至安装面上靠近耦合透镜的位置处，输出光纤内端通过连接件与安装面连接，输出光纤内端端面与耦合透镜耦合，输出光纤的外端位于外壳外部，输出光纤的外端形成集成化掺铒光纤放大自发辐射光源的输出端；

所述光谱整形滤光片的安装方式在如下两种方式中择一采用：

方式一：光谱整形滤光片设置在安装面上反射片和光隔离器之间的位置处，光隔离器的输出光能垂直地照射在光谱整形滤光片上；

方式二：光谱整形滤光片设置在安装面上反射片和耦合透镜之间的位置处，第二反射光能垂直地照射在光谱整形滤光片上。

本发明产生放大自发辐射光的原理与现有技术完全相同，本发明与现有技术的不同之处在于，本发明通过精巧的结构设计，将各个元件集成在较小的空间内，从而使光源装置的体积大幅缩减，在较小的空间内，多个元件的环境温度可控性较高，通过半导体致冷器来统一控制，可有效提高装置性能，另外，本发明中采用半导体激光器芯片来替代光纤Bragg光栅泵浦激光器，可有效抑制冲击、振动对装置的影响；

本发明的具体工作过程为：

半导体激光器芯片用于提供泵浦激光输出，半导体激光器芯片输出的泵浦激光经准直透镜进行准直处理后照射在波分复用滤光片上，波分复用滤光片直接将泵浦激光透射至聚焦透镜上，聚焦透镜将泵浦激光聚焦并耦合至传输光纤内，泵浦激光通过传输光纤进入掺铒光纤内并激发出放大自发辐射光，放大自发辐射光通过光纤反射器反射后又反向传输至聚焦透镜，放大自发辐射光在聚焦透镜的作用下被还原为准直状态并射向波分复用滤光片，由于放大自发辐射光的波长已不同于泵浦激光波长，利用波分复用滤光片的选择作用，放大自发辐射光就会被反射至光隔离器上，通过光隔离器的隔离作用，就能阻挡住后续光路中的反射光，使之不能回到掺铒光纤中，从光隔离器输出的光经光谱整形滤光片处理后照射到耦合透镜上，由耦合透镜将光耦合至输出光纤内并形成放大自发辐射光输出；反射片用于调整光传输方向，以使光谱整形滤光片、耦合透镜和输出光纤内端分布得更为集中，以便于装置体积的缩减；热沉和底座用于传导热量，半导体致冷器用于对底座上的各个元件进行控温；外壳上的多根引脚用于将外部电气线路引入壳体内，引脚内端再通过引线与相应元件连接；

从前述方案中不难看出，本发明中用于实现掺铒光纤放大自发辐射光源的多个元件十分集中地分布在较小的区域范围内，结构十分紧凑，相比于现有技术中采用分立光学元件的实现方式，整个光源装置体积十分小巧，抗冲击和振动的能力较强，并且由于多个元件十分集中，光源装置工作温度控制十分容易，且温控效果较好，使光源装置的性能可以进一步得到提高。

优选地，所述半导体激光器芯片采用分布反馈式半导体激光器芯片。

优选地，所述半导体激光器芯片能产生峰值波长为975nm±5nm的窄光谱激光。

优选地，所述准直透镜、聚焦透镜和耦合透镜的表面均镀有增透膜。

优选地，所述传输光纤和输出光纤均采用单模光纤。

优选地，所述第一光纤连接管和第二光纤连接管位于外壳的同侧。

本发明的有益技术效果是：提供了一种集成化掺铒光纤放大自发辐射光源，该光源的体积小巧，抗冲击和振动的能力较强，温度控制效果较好。

附图说明

图1、现有的掺铒光纤放大自发辐射光源原理示意图；

图2、本发明的结构示意图；

图3、本发明的结构顶视图；

图4、热沉位置处的断面结构示意图；

图中各个标记所对应的名称分别为：外壳1、半导体激光器芯片2、热沉3、底座4、半导体致冷器5、准直透镜6、波分复用滤光片7、聚焦透镜8、传输光纤9、掺铒光纤10、光纤反射器11、光隔离器12、光谱整形滤光片13、耦合透镜14、输出光纤15、反射片16。

具体实施方式

一种集成化掺铒光纤放大自发辐射光源，其创新在于：所述集成化掺铒光纤放大自发辐射光源由外壳1、半导体激光器芯片2、热沉3、底座4、半导体致冷器5、准直透镜6、波分复用滤光片7、聚焦透镜8、传输光纤9、掺铒光纤10、光纤反射器11、光隔离器12、光谱整形滤光片13、耦合透镜14、输出光纤15和反射片16组成；

所述外壳1的内腔形成安装腔，安装腔的侧壁上设置多个引脚孔，多根引脚一一对应地套接在多个引脚孔中，引脚的内端位于安装腔内，引脚的外端位于外壳1外部，引脚中部与引脚孔固定连接；

所述半导体致冷器5设置在安装腔底部，半导体致冷器5的下端面与安装腔底面连接；

所述底座4为板状结构体，底座4的下端面与半导体致冷器5的上端面连接，底座4的上端面形成安装面；

所述热沉3的下端面与安装面连接；

所述半导体激光器芯片2设置在热沉3的上端面上；所述准直透镜6设置在安装面上靠近热沉3的位置处；所述半导体激光器芯片2的输出端朝向准直透镜6，半导体激光器芯片2的输出轴向与准直透镜6的光轴同轴，准直透镜6的光轴与安装面平行；

所述波分复用滤光片7设置在安装面上，准直透镜6位于热沉3和波分复用滤光片7之间，波分复用滤光片7的端面所在平面与安装面垂直，波分复用滤光片7的端面所在平面与准直透镜6光轴的夹角为45度，准直透镜6的光轴从波分复用滤光片7中穿过；所述波分复用滤光片7能将从准直透镜6射来的光透射至聚焦透镜8；

所述聚焦透镜8设置在安装面上靠近波分复用滤光片7的位置处，波分复用滤光片7位于聚焦透镜8和准直透镜6之间，聚焦透镜8的光轴与准直透镜6的光轴同轴；

所述外壳1上设置有与传输光纤9匹配的第一光纤连接管，传输光纤9中部套接在第一光纤连接管内，传输光纤9内端延伸至安装面上靠近聚焦透镜8的位置处，传输光纤9内端通过连接件与安装面连接，传输光纤9内端端面与聚焦透镜8耦合，传输光纤9的外端位于外壳1外部，传输光纤9的外端与掺铒光纤10的一端连接，掺铒光纤10的另一端与光纤反射器11光路连接；

所述准直透镜6和聚焦透镜8之间的光路记为第一光路，所述光隔离器12设置在安装面上靠近波分复用滤光片7的位置处，光隔离器12位于第一光路轴向的一侧；所述波分复用滤光片7能将从聚焦透镜8射来的光反射至光隔离器12，从聚焦透镜8射向波分复用滤光片7的光被波分复用滤光片7反射后形成第一反射光，所述第一反射光能垂直地照射到光隔离器12的输入端面上，光隔离器12的输出轴向与第一反射光同轴；

所述反射片16设置在安装面上靠近光隔离器12的位置处，光隔离器12位于反射片16和波分复用滤光片7之间，光隔离器12输出的光被反射片16反射后形成第二反射光；

所述耦合透镜14设置在安装面上靠近反射片16的位置处，第二反射光的轴向与耦合透镜14的光轴同轴，耦合透镜14的输入面朝向反射片16；

所述外壳1上设置有与输出光纤15匹配的第二光纤连接管，输出光纤15中部套接在第二光纤连接管内，输出光纤15内端延伸至安装面上靠近耦合透镜14的位置处，输出光纤15内端通过连接件与安装面连接，输出光纤15内端端面与耦合透镜14耦合，输出光纤15的外端位于外壳1外部，输出光纤15的外端形成集成化掺铒光纤放大自发辐射光源的输出端；

所述光谱整形滤光片13的安装方式在如下两种方式中择一采用：

方式一：光谱整形滤光片13设置在安装面上反射片16和光隔离器12之间的位置处，光隔离器12的输出光能垂直地照射在光谱整形滤光片13上；

方式二：光谱整形滤光片13设置在安装面上反射片16和耦合透镜14之间的位置处，第二反射光能垂直地照射在光谱整形滤光片13上。

进一步地，所述半导体激光器芯片2采用分布反馈式半导体激光器芯片。

进一步地，所述半导体激光器芯片2能产生峰值波长为975nm±5nm的窄光谱激光。

进一步地，所述准直透镜6、聚焦透镜8和耦合透镜14的表面均镀有增透膜。

进一步地，所述传输光纤9和输出光纤15均采用单模光纤。

进一步地，所述第一光纤连接管和第二光纤连接管位于外壳1的同侧。