基于体布拉格光栅的波长可调谐被动锁模掺镱光纤激光器的制作方法

本发明涉及超短脉冲光纤激光器技术领域，尤其涉及一种基于体布拉格光栅的波长可调谐的被动锁模掺镱光纤激光器。

背景技术：

光纤激光器具有许多优良特性。与传统的固体激光器相比较，光纤激光器输出的光束质量好，具有极好的单色性、方向性和稳定性；增益高，泵浦阈值低；转换效率高；具有更好的热稳定性，散热快；结构简单紧凑体积小巧，易于调节和维护，而且光纤激光器系统具有较好的稳定性和抗干扰能力；可实现多波长输出，波长可在较宽的范围内调谐；性价比高。因为具备上述优势，光纤激光器已经广泛应用于通信、工业和医疗等领域。其中，输出波长能够连续调谐的光源可以应用于高速波分复用/光时分复用(dwdm/otdm)通信系统、光纤传感、光学相干层析光源以及计量测试等众多领域。近年来，波长可调谐的光纤激光器已成为研究热点。

现有波长可调谐的光纤激光器存在如下缺点：有些激光器调节腔内的偏振控制器实现波长调谐，但是调谐范围窄，并且此种调谐是随机的，不可重复的。有些激光器在腔内插入额外的可调滤波器或其他调谐器件，增大了腔内损耗，不利于提高输出激光的功率。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于体布拉格光栅的波长可调谐被动锁模掺镱光纤激光器，本发明实现了激光波长连续、定性定量地调谐，并减小激光腔内损耗，进而大幅提高掺镱光纤激光器输出激光的功率，详见下文描述：

一种基于体布拉格光栅的波长可调谐被动锁模掺镱光纤激光器，所述激光器包括：

高反射率平面镜、聚焦透镜、第一光纤准直器、10％光纤输出耦合器的一个输入端、掺镱光纤、980/1030nmwdm、第二光纤准直器、体布拉格光栅依次顺序连接；

其中，10％光纤输出耦合器的另一个输入端通过3db光纤耦合器分别连接光谱仪、以及光电探测器；光电探测器连接示波器；980/1030nmwdm与第二光纤准直器之间通过光纤单模跳线连接；980/1030nmwdm通过泵浦保护器连接976nm泵浦源；

所述高反射率平面镜和所述体布拉格光栅作为激光器的腔镜，在该线型腔掺镱光纤激光器中实现激光振荡，进而输出激光；

入射到体布拉格光栅端面的光发生色散，当体布拉格光栅旋转至不同的角度，则对应不同波长的激光反射回到光纤准直器，在线型腔内往返传输，振荡输出该波长的激光。

具体实现时，所述高反射率平面镜、聚焦透镜、第一光纤准直器、泵浦保护器、以及第二光纤准直器均由五维调整架夹持固定。

优选地，所述第一光纤准直器、10％光纤输出耦合器、掺镱光纤、976nm泵浦源、泵浦保护器、第二光纤准直器的尾纤之间的光纤熔接损耗最小。

优选地，所述高反射率平面镜、聚焦透镜、第一光纤准直器，第二光纤准直器、体布拉格光栅之间的空间光路部分，调节准直至损耗最小。

具体实现时，顺时针调节体布拉格光栅，控制中心波长向长波长方向调谐；通过逆时针调节体布拉格光栅，控制中心波长向短波长方向调谐。

其中，所述激光器能实现中心波长在1011.9～1050.6nm连续调谐，调谐范围达38.7nm。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、本发明采用体布拉格光栅，既起到色散调谐波长作用，又充当激光器的谐振腔，克服了波长调谐的随机性和不可重复性，具备了定性的、可重复可操控的连续波长调谐；

2、本发明基于体布拉格光栅的波长可调谐的被动锁模掺镱光纤激光器，在激光腔内没有额外插入波长调谐器件，可减小腔内损耗，进而大幅提高输出激光功率；

3、本发明的市场前景好，实现方式简单，输出激光参数稳定，可被广泛应用于光纤通信领域、oct(光学相干层析成像)光源和光纤传感领域；

4、本产品可以推动光纤激光器的推广，实现广泛的社会效益。

附图说明

图1为输出波长可连续调谐的线型腔掺镱光纤激光器的结构示意图；

图2为体布拉格光栅剖面示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：高反射率平面镜；2：聚焦透镜；

3：第一光纤准直器；4：10％光纤输出耦合器；

5：掺镱光纤；6：976nm泵浦源；

7：泵浦保护器；8：第二光纤准直器；

9：体布拉格光栅；10：980/1030nmwdm；

11：光纤单模跳线；12：3db光纤耦合器；

13：光谱仪；14：光电探测器；

15：示波器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

体布拉格光栅是一种新型光栅元件，体积小，结构简单，功能灵活。本发明实施例设计了一套基于体布拉格光栅的波长可调谐的被动锁模掺镱光纤激光器，采用一块反射型体布拉格光栅作为腔镜和波长调谐器件，可以进行定性定量的波长调谐，简化了装置结构，减小了激光腔损耗。该激光器输出单波长时，因其波长可连续调谐的特性，可用作高速波分复用/光时分复用通信系统的光源，亦可用作光学相干层析的调谐光源。

实施例1

本发明实施例中的掺镱光纤激光器系统主要是利用体布拉格光栅的色散分光谱和选波长的功能，实现激光输出波长的定性定量的连续调谐。同时此体布拉格光栅亦作为线型腔的腔镜，可以简化光纤激光器结构，减小激光器系统的体积和减小激光腔内损耗，有效提高掺镱光纤激光器的输出功率。

本发明实施例是利用下述技术方案实现的：通过976nm泵浦源作为该激光器的泵浦源，掺镱光纤作为增益介质，高反射率平面镜和体布拉格光栅作为激光器的腔镜，在该线型腔掺镱光纤激光器中实现激光振荡，进而输出激光。

与此同时，作为腔镜的体布拉格光栅亦起到波长调谐选择的作用。入射到体布拉格光栅端面的光发生色散，当体布拉格光栅旋转至不同的角度，则对应不同波长的激光反射回到光纤准直器，在线型腔内往返传输，振荡输出该波长的激光。

实施例2

下面结合图1、图2、计算公式、以及实例对实施例1中的方案进行进一步地介绍，详见下文描述：

如图1所示，本发明实施例所述的基于体布拉格光栅的波长可调谐的被动锁模掺镱光纤激光器主要包括以下部分：高反射率平面镜1、聚焦透镜2、第一光纤准直器3、10％光纤输出耦合器4、掺镱光纤5、976nm泵浦源6、泵浦保护器7、第二光纤准直器8、体布拉格光栅9、980/1030nmwdm10、光纤单模跳线11、3db光纤耦合器12、光谱仪13、光电探测器14和示波器15。

高反射率平面镜1、聚焦透镜2、第一光纤准直器3、10％光纤输出耦合器4的一个输入端、掺镱光纤5、980/1030nmwdm10、第二光纤准直器8、体布拉格光栅9依次顺序连接；

其中，10％光纤输出耦合器4的另一个输入端通过3db光纤耦合器12分别连接光谱仪13、以及光电探测器14；光电探测器14连接示波器15。

其中，980/1030nmwdm10与第二光纤准直器8之间通过光纤单模跳线11连接；980/1030nmwdm10通过泵浦保护器连接976nm泵浦源6。

其中，高反射率平面镜1、聚焦透镜2、第一光纤准直器3、泵浦保护器7、以及第二光纤准直器8都是由五维调整架(该调整架采用市面上公知的结构即可，本发明实施例对此不做限制)夹持固定的。

上述器件的有机结合实现了本发明实施例提出的基于体布拉格光栅的波长可调谐的被动锁模掺镱光纤激光器。

本发明实施例中的激光器利用体布拉格光栅9的分光谱和选波长的特性实现激光器输出波长的连续调谐。

如图2所示，以反射式闪耀光栅模型来说明如何在该激光器中实现波长调谐。本发明实施例中，为使体布拉格光栅的衍射中央主极大同时为第1级干涉主极大方向，必须满足公式(1)，选择从第二准直器8出射的光经体布拉格光栅9衍射后的正一级光谱返回到腔内振荡，那么体布拉格光栅的衍射波长λ由下式决定：

2dsinθo×cosα＝λ(1)

其中，d为光栅常数，θo为锯齿形槽面与光栅平面的夹角，对于给定的光栅，d和θo为固定值；α为入射光方向与刻槽面法线的夹角；为入射光方向与光栅面法线的夹角。

该激光器运转时，首先使第二准直器8输出的近似平行光以一个极小的α角入射，反射光(即正一级光谱)沿着b方向出射。这正一级光谱具有微小的发散角，其中某一波长λo恰好能够返回第二准直器8，形成振荡，那么激光器将输出波长为λo的激光。

当调节体布拉格光栅9角度，改变α，能够改变体布拉格光栅9的衍射波长，使得正一级光谱中的各波长成分依次反馈回光腔，实现中心波长的连续调谐。

简言之，结合公式(1)和公式(2)，对于给定的光栅，d和θo为固定值；一个入射角α，就对应着一个波长λo振荡输出。不同的入射角，就对应着不同的波长振荡输出。振荡波长和体布拉格光栅9的倾斜角度(即入射角α)之间可以建立一一对应的关系，实现定量调谐。

本发明实施例利用体布拉格光栅9进行波长调谐的方案，能够克服随机性，具有可重复操作性，实现了对波长的定性和定量调谐，这是本发明实施例中波长调谐的一大优势。

为使得本发明实施例提出的光纤激光器输出波长的调谐范围达到最大，性能达到最优，在实施过程中需保证：

保证第一光纤准直器3、10％光纤输出耦合器4、掺镱光纤5、976nm泵浦源6、泵浦保护器7、第二光纤准直器8这些器件的尾纤之间的光纤熔接损耗最小，并且保证高反射率平面镜1、聚焦透镜2、第一光纤准直器3，第二光纤准直器8、体布拉格光栅9之间的空间光路部分，调节准直至损耗最小。

该激光器运转时，调节体布拉格光栅9的角度，也即改变激光入射到体布拉格光栅9的入射角，能够随之改变体布拉格光栅9的反射波长。

本发明实施例通过顺时针调节体布拉格光栅9，可以人为地控制中心波长向长波长方向调谐；通过逆时针调节体布拉格光栅9，可以人为地控制中心波长向短波长方向调谐。

本发明实施例设计的激光器能够实现中心波长在1011.9～1050.6nm连续调谐，调谐范围达38.7nm。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。