专利名称：声光调q掺镱全光纤激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光器件领域，尤其涉及声光调Q掺镱全光纤激光器。
背景技术：
光纤激光器具有效率高、结构紧凑和携带方便等优点，在军事、工业、生物医学、非线 性频率变换、遥感和空间通讯等领域有广阔的应用前景，它的研究己成为激光器件领域内非 常活跃的方向。从目前情况看，调Q的光纤激光器的研究中，Q开关大致分为非光纤型Q开 关和光纤型Q开关两类。非光纤型主要有声光Q开关，电光Q开关，被动可饱和吸收体Q 开关和转镜Q开光等，非光纤型Q开关均为体Q开关，用于调Q光纤激光器时，谐振腔和 其他光学组件多数是分立的，需要透镜和双色镜等元件辅助，由于体Q开关与光纤以及腔镜 的耦合效率低，并且耦合时需要光学透镜，这样的调Q光纤激光器的实验装置比较复杂，光 路对准误差敏感，系统的失调灵敏度相对较高。
全光纤化的调Q光纤激光器利用光纤型Q开关，是避免以上这些问题的根本途径。目前， 光纤型Q开关主要又基于受激布里渊散射(SBS)效应的被动光纤Q开关，基于可饱和吸收 光纤的被动光纤Q开关，基于光纤布拉格光栅(FBG)的调节耦合效率的光纤型Q开关和基 于FBG磁弹性的光纤型Q开关。全光纤激光器的研究集中于SBS效应的被动调Q或者基于 双光束干涉原理的主动调Q方面。但是，基于SBS效应或可饱和吸收光纤的被动调Q全光 纤激光器存在重复频率不稳且不容易调节等缺点；基于双光束干涉原理全光纤激光器的Q开 关仍然属于慢Q开关，因为它必须通过压电陶瓷改变两干涉臂的光程差实现谐振腔损耗的周 期性调制，其调制电压相对较高，开关时间较长。其它主动调Q全光纤激光器的研究还处于 探索阶段，主动光纤型Q开关的技术还很不成熟。
就目前情况看，主动调Q全光纤激光器的发展并不完善；所以，研究开发高性能的主动 调Q全光纤激光器已成为调Q全光纤激光器发展的必然要求。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于，解决调Q开关光纤激光器中分立的组件结 构带来的耦合效率低，失调灵敏度高，实验装置复杂等问题，提供一种实现全光纤化的声光 调Q掺镱全光纤激光器。本发明采用的技术方案是， 一种声光调Q掺镱全光纤激光器，包括 光纤光栅FBG、带尾纤的声光调制器AOM、多模耦合器、两个泵浦发光二极管LD、掺镱双 包层光纤和输出尾纤；两个泵浦发光二极管LD分别通过多模耦合器的泵浦输入端、多模耦 合器的输出端，将泵浦光耦合到掺镱双包层光纤中；多模耦合器的输出端和输出尾纤间接有 掺镱双包层光纤;光纤光栅FBG通过带尾纤的声光调制器AOM连接到多模耦合器的信号端， 并且和输出尾纤端面形成谐振腔；有交变的电压施加在声光调制器AOM上。
两个泵浦LD分别通过多模耦合器的泵浦输入端、多模耦合器的输出端，直接和掺镱双 包层光纤相接，声光调Q掺镱全光纤激光器所有部件全为光纤部件。
带尾纤的声光调制器AOM的尾纤和多模耦合器的信号端焊接，多模耦合器输出端和掺镱双包层光纤相连接，实现全光纤结构。
带尾纤的声光调制器AOM为带尾纤的声光Q开关。
掺镱双包层光纤和输出尾纤之间接有一段单模光纤，用于实现声光Q开关和单模光纤中 SBS效应进行混合调Q的掺镱光纤激光器的稳定脉冲输出，SBS是受激布里渊散射。 本发明可以带來以下效果
在连续掺镱全光纤激光器基础上，利用带尾纤的声光Q开关，将调Q器件和光纤激光器 整合，实现调Q掺镱激光器的全光纤化，提高了耦合效率，降低了光路对准误差的敏感性。 并且，本发明利用声光Q开关上升下降时间均比较短，需要的调制电压低，脉冲周期稳定， 衍射效率高的优点，大大提高了光纤激光器的稳定性及整体性能。
性能上，使用最高输出功率为4.5W的LD (4.5W-LD)和最高输出功率为25W的 LD(25W-LD)同时泵浦，电流分别控制为5A和25A，总泵浦功率为8.47W,声光调Q重复频 率为500Hz时，脉冲宽度为3 u s，脉冲能量达到2.94mJ，并且实现了 10Hz到100kHz范围 内的可调节。优化了声光调Q掺镱全光纤激光器。
同时，本发明同时首次实现了光纤型声光Q开光和单模光纤中SBS效应进行混合调Q
的掺镱光纤激光器。在谐振腔高反端串接一个带尾纤的声光Q开关的同时，在输出端接入一 段单模光纤(如图2)，在重复频率为50kHz时候，获得了脉冲宽度150ns的稳定脉冲输出。
图1是声光调Q的掺镱全光纤激光器结构示意图。
图2是光纤型声光调Q开光和SBS效应混合调Q的掺镱光纤激光器结构示意图。 图3是多模耦合器的结构示意图，DCF端为多模耦合器的输出端。
图l中l.FBG 2.带尾纤的AOM 3.多模耦合器信号端4丄D 5.多模耦合器泵浦输入 端6.多模耦合器7.掺镱双包层光纤8.光纤激光器输出尾纤。
图2中LFBG 2.带尾纤的AOM 3.多模耦合器信号端4丄D 5.多模耦合器泵浦输入 端6.多模耦合器7.掺镱双包层光纤8.光纤激光器输出尾纤9.单模光纤。
具体实施例方式
声光调Q掺镱全光纤激光器的结构如图l所示。其构成为FBG光纤光栅1，带尾纤的 声光调制器AOM声光Q开关2，多模耦合器6，两个激光二极管LD泵浦源4， D型双包层 掺镱光纤7和激光器输出尾纤8。 2个LD半导体激光器4通过多模耦合器6，将泵浦光耦合 到掺镱增益光纤7中，实现对增益光纤7的泵浦。FBG1通过AOM声光Q开关2连接到多 模耦合器的信号端3，并且FBG光纤光栅1和输出尾纤8的端面形成谐振腔，当有交变的电 压施加在声光调制器上时，声光调制器周期性调节谐振腔内的损耗，实现全光纤激光器的脉 冲输出。
Q的意思就是激光器中的损耗，带尾纤的声光Q开关，就是原来的体型声光Q开关在输 出端上接上尾纤。
下面结合附图和实施例进一步详细说明本发明。
全光纤掺镱光纤激光器基本结构如图1所示，在技术上，为实现光纤激光器处于最佳状 态运转，要求各个部件参数选择需要综合衡量各个参数对激光器性能的影响。具体参数选择方案如下
(1) FBG通过光纤多模耦合器连接，实现光纤激光器的全光纤化，选择反射线宽较窄 的FBG以获得较窄的线宽的激光输出。
(2) 增益光纤参数选择增益光纤的各个参数需兼顾脉宽和能量之间的关系，但小范围
内不容易兼顾。调Q光纤激光器中，选取适中的光纤长度，减小脉冲能量的不必要的浪费， 并压窄脉宽；同时，增益光纤的纤芯直径要求适中，避免芯径过大造成的损耗增大，控制芯 径以便在一定程度上不但增大输出脉冲的能量，而且脉宽展宽不多，但选择大的纤芯直径必 然带来增益光纤和激光器其他部件之间的熔接困难，造成腔内端面反射严重，不利于积累足 够的反转粒子数，降低增益水平，必须综合以上条件选择增益光纤芯径；最后，要求选取比 较高吸收系数的增益光纤，高的吸收系数易于吸收泵浦光并且可以有效的减少光纤长度，从 而压縮脉冲宽度。
(3) 光纤激光器之间各个部件熔接中尽量降低熔接损耗。由于尺寸或者熔接技术的问题， 会使得接头处出现较大的损耗，从而降低光纤激光器的工作性能。
(4) 光纤激光器输出端反射率存在最优数值。在输出反射端仅用Fresnel反射率时，输 出端透射率较高，输出谱线将比较宽。若将输出透过率进一步降低，可以进一步降低脉冲宽 度。但考虑到激光腔内反转粒子数的积累，输出透射率不能太低，要求兼顾输出脉冲能量和 脉冲宽度两个方面。 一种具体的实现方案如下
本发明中具体的参数的选择-
FBG中心波长为1083nm，在中心波长处的反射率大约98%，反射带宽0.7nm，纤芯直径 7um，包层125um，数值孔径0.22;
两个LD泵浦源分别为4.5W-LD和25W-LD，
声光Q开关AOM，其插入损耗2dB，尾纤直径9um，数值孔径0.14，工作电压20V， 重复频率在10Hz-100Hz范围内可调；
增益光纤为D型双包层掺镱光纤，长度llm，对975nm泵浦光吸收系数为1.2dB/m，纤 芯直径30um，数值孔径0.07，内包层直径为350/400Pm，内包层数值孔径0.49。
多模输出耦合器为(6+1) Xl多模光纤耦合器，型号为MMC06113320型，六个泵浦输 入， 一个信号端和一个连接增益光纤的DCF端，输入端纤芯直径200ixm，数值孔径0.22， 可承受最大功率为25W，信号端纤芯直径20 u m，数值孔径0.06， DCF端纤芯直径为20 u m， 数值孔径0.06，内包层直径400ym，数值孔径0.46。信号光最大插损为0.5 dB，泵浦光最大 插损为0.3dB;
输出反射端利用端面Fresnel反射，反射率约为4%，
当调节总泵浦功率为8.47W，声光开关为500Hz时，脉冲宽度3us，平均功率1.47W， 单脉冲能量2.94mJ，峰值功率980W的稳定脉冲波形输出。
当输出端接一段2km的单模光纤，总泵浦功率调节为6.25W，得到稳定的调Q脉冲序列， 脉冲宽度为150ns，重复频率为50kHz，激光器的平均功率为1.02W，单冲的能量为0.02mJ， 峰值功率为B3W。
权利要求
1、一种声光调Q掺镱全光纤激光器，其特征是，包括光纤光栅FBG、带尾纤的声光调制器AOM、多模耦合器、两个泵浦发光二极管LD、掺镱双包层光纤和输出尾纤；两个泵浦发光二极管LD分别通过多模耦合器的泵浦输入端、多模耦合器的输出端，将泵浦光耦合到掺镱双包层光纤中；多模耦合器的输出端和输出尾纤间接有掺镱双包层光纤；光纤光栅FBG通过带尾纤的声光调制器AOM连接到多模耦合器的信号端，并且和输出尾纤端面形成谐振腔；有交变的电压施加在声光调制器AOM上。
2、 根据权利要求1所述的一种声光调Q掺镱全光纤激光器，其特征是，两个泵浦LD分别通 过多模耦合器的泵浦输入端、多模耦合器的输出端，直接和掺镱双包层光纤相接，声光调 Q掺镱全光纤激光器所有部件全为光纤部件。
3、 根据权利要求1所述的一种声光调Q掺镱全光纤激光器，其特征是，带尾纤的声光调制 器AOM的尾纤和多模耦合器的信号端焊接，多模耦合器输出端和掺镱双包层光纤相连接， 实现全光纤结构。
4、 根据权利要求1所述的一种声光调Q掺镱全光纤激光器，其特征是，带尾纤的声光调制 器AOM为带尾纤的声光Q开关。
5、 根据权利要求4所述的一种声光调Q掺镱全光纤激光器，其特征是，惨镱双包层光纤和 输出尾纤之间接有一段单模光纤，用于实现声光Q开关和单模光纤中SBS效应进行混合 调Q的掺镱光纤激光器的稳定脉冲输出，SBS是受激布里渊散射。
全文摘要
本发明属激光器件领域，尤其涉及声光调Q掺镱全光纤激光器。为解决调Q开关光纤激光器中分立的组件结构带来的耦合效率低，失调灵敏度高，实验装置复杂等问题，本发明采用的技术方案是，声光调Q掺镱全光纤激光器，包括光纤光栅FBG、带尾纤的声光调制器AOM、多模耦合器、两个泵浦发光二极管LD、掺镱双包层光纤和输出尾纤；两个泵浦发光二极管LD分别通过多模耦合器将泵浦光耦合到掺镱双包层光纤中；多模耦合器的输出端和输出尾纤间接有掺镱双包层光纤；光纤光栅FBG通过带尾纤的声光调制器AOM连接到多模耦合器的信号端，并且和输出尾纤端面形成谐振腔；有交变的电压施加在声光调制器AOM上。本发明主要用于激光器的设计制造。
文档编号H01S3/117GK101557070SQ200910068939
公开日2009年10月14日 申请日期2009年5月19日 优先权日2009年5月19日
发明者宁继平, 尚连聚, 白晓磊, 范国芳, 群 韩 申请人:天津大学