专利名称：一种波长和温度可调谐的倍频光纤激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及能源利用技术领域，特别是涉及一种波长和温度可调谐的倍频光 纤激光器。
背景技术：
随着新型优质非线性光学晶体和激光晶体的出现，激光倍频技术得到了 飞速发 展，成为拓宽激光波长最常用、最有效的方法，各种倍频激光器的产品化和广泛应用，对国 民经济和国防建设产生了巨大的推动作用。但是，对于其中常用的固体激光器倍频系统，由于固体激光器倍频系统的结构庞 大、所形成的光束质量欠佳，且输出的倍频光波长单一且不可调谐，基频光与倍频光之间的 转换效率低，因此无法实现广泛的应用，严重影响到倍频激光器的生产普及。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种波长和温度可调谐的倍频光纤激光器， 其输出的倍频光波长可调谐，且结构紧凑，能够胜任长时间稳定地工作，因此可以促进倍频 激光器的广泛生产普及，提高用户的产品使用感受，增强倍频激光器的市场应用前景，具有 重要的实际应用意义。为此，本实用新型提供了一种波长和温度可调谐的倍频光纤激光器，包括有掺铒 光纤激光器、铒镱共掺双包层光纤放大器和倍频系统；所述掺铒光纤激光器和铒镱共掺双包层光纤放大器相连接组成基频光源，所述基 频光源用于输入基频光，并对基频光的波长进行调谐而形成倍频光，然后将所形成的倍频 光和基频光一起输出给倍频系统；所述倍频系统，与铒镱共掺双包层光纤放大器相连接，然后将所接收到的基频光 和倍频光进行分离，最终输出波长可调谐的倍频光。优选地，所述掺铒光纤激光器为采用环形腔结构的掺铒光纤激光器，所述掺铒光 纤激光器内包括有偏振控制器1，所述偏振控制器1分别接可调谐光滤波器2、调制器6，所 述可调谐光滤波器2依次接掺铒光纤3、波分复用器4、半导体激光器5 ；所述调制器6依次接光隔离器7、光纤耦合器8，所述半导体激光器5通过波分复 用器5与光纤耦合器8相连接，所述光纤耦合器8上设置有第一激光输出端口 100。优选地，所述波分复用器4是中心波长为1480/1550nm的波分复用器，所述半导体 激光器5是输出激光波长为1480nm的半导体激光器5。 优选地，所述铒镱共掺双包层光纤放大器的左右两端分别具有第二激光输入端口 200和第二激光输出端口 300，所述第二激光输入端口 200与第一激光输出端口 100相熔 接； 所述铒镱共掺双包层光纤放大器包括有从左到右依次连接的输入端隔离器9、铒 镱共掺双包层光纤10、树杈形光纤耦合器11，所述激光输入端口 200与输入端隔离器9相接，所述树杈形光纤耦合器11依次接半导体激光器12、输出端隔离器13，所述输出端隔离 器13与第二激光输出端口 300相接。优选地，所述铒镱共掺双包层光纤10的长度为10m，它具有的内包层结构为梅花 形的结构，它的数值孔径为0. 45，它的光纤外径为125 μ m。优选地，所述倍频系统的左端具有第三激光输入端口 400，所述第三激光输入端口 400与铒镱共掺双包层光纤放大器的第二激光输出端口 300相连接；所述第三激光输入端口 400依次接渥拉斯顿棱镜14、短焦距准直透镜15、长焦距 透镜16、倍频晶体17、准直透镜20、滤光片21。优选地，所述倍频晶体17放置在一个控温盒19内，所述控温盒19放置在一个五 维调节架18上。优选地，所述倍频晶体17是周期极化铌酸锂晶体、周期极化磷酸钛氧钾晶体、周 期极化钽酸锂晶体、周期极化铌酸锂晶体光波导、周期极化磷酸钛氧钾晶体光波导、周期极 化钽酸锂晶体光波导中的任意一种。由以上本实用新型提供的技术方案可见，与现有技术相比，本实用新型提供了一 种波长和温度可调谐的倍频光纤激光器，其输出的倍频光波长可调谐，且结构紧凑，能够胜 任长时间稳定地工作，因此可以促进倍频激光器的广泛生产普及，提高用户的产品使用感 受，增强倍频激光器的市场应用前景，具有重要的实际应用意义。
图1是本实用新型提供的一种波长和温度可调谐的倍频光纤激光器所具有的掺 铒光纤激光器的结构示意图；图2为本实用新型提供的一种波长和温度可调谐的倍频光纤激光器所具有的铒 镱共掺双包层光纤放大器的结构示意图；图3为本实用新型提供的一种波长和温度可调谐的倍频光纤激光器所具有的倍 频系统的结构示意图；图4为在本实用新型中，用高分辨率光谱仪测量的倍频光波长调谐的光谱图；图5为本实用新型在连续激光运转时倍频光输出功率的曲线图；图6为倍频晶体温度的调谐曲线图；图中，1为偏振控制器，2为可调谐光滤波器，3为掺铒光纤，4为波分复用器，5为半 导体激光器，6为调制器，7为光隔离器，8为光纤耦合器，9为输入端隔离器，10为铒镱共掺 双包层光纤，11为树杈形光纤耦合器，12为半导体激光器，13为输出端隔离器，14为渥拉斯 顿棱镜，15为短焦距准直透镜，16为长聚焦透镜，17为倍频晶体，18为五维调节架，19为控 温盒，20为准直透镜，21为滤光片，100为第一激光输出端口，200为第二激光输入端口，300 为第二激光输出端口，400为第三激光输入端口。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，
以下结合附图和实施方式 对本实用新型作进一步的详细说明。参见图1至图3，本实用新型提供的一种波长和温度可调谐的倍频光纤激光器，包括有掺铒光纤激光器、铒镱共掺双包层光纤放大器、倍频系统；所述掺铒光纤激光器和铒镱共掺双包层光纤放大器相连接组成基频光源，所述基 频光源用于输入基频光，并对基频光的波长进行调谐而形成倍频光，然后将所形成的倍频 光和基频光一起输出给倍频系统；所述倍频系统，与铒镱共掺双包层光纤放大器相连接，用 于将所接收到的基频光和倍频光进行分离，最终输出波长可调谐的倍频光。其中掺铒光纤激光器，采用环形腔结构，该环形腔结构的掺铒光纤激光器内包括有偏 振控制器1，所述偏振控制器1分别接可调谐光滤波器2、调制器6，所述可调谐光滤波器2 依次接掺铒光纤3、波分复用器4、 半导体激光器5 ；所述调制器6依次接光隔离器7、光纤耦合器8，所述半导体激光器5通过波分复 用器5与光纤耦合器8相连接，所述光纤耦合器8上设置有第一激光输出端口 100 ；在本实用新型中，所述波分复用器4是中心波长为1480/1550nm的波分复用器；所 述半导体激光器5是输出激光波长为1480nm的半导体激光器5，掺铒光纤激光器的第一激 光输出端口 100可以输出波长为1550nm的激光；需要说明的是，可调谐光滤波器2作为环形腔内的选频器件，可以改变基频光的 波长，可在1528-1570nm范围内实现连续波长可调，3dB的带宽约为0. 19nm，使掺铒光纤激 光器具有在增益带宽内连续波长可调谐的功能，实现倍频光波长在一定范围内可调谐。本 实用新型的掺铒光纤激光器可以在连续脉冲和短脉冲两种模式下工作，且在每一种模式下 都能够实现倍频光的连续可调谐。在短脉冲模式下，需要加入调制器6进行主动锁模。铒镱共掺双包层光纤放大器用于对掺铒光纤激光器具有的第一激光输出端口 100 输出的基频光功率进行放大；具体为铒镱共掺双包层光纤放大器的左右两端分别具有第二激光输入端口 200 和第二激光输出端口 300，所述第二激光输入端口 200与第一激光输出端口 100相熔接；所述铒镱共掺双包层光纤放大器包括有从左到右依次连接的输入端隔离器9、铒 镱共掺双包层光纤10、树杈形光纤耦合器11，所述激光输入端口 200与输入端隔离器9相 接，所述树杈形光纤耦合器11依次接半导体激光器12、输出端隔离器13，所述输出端隔离 器13与第二激光输出端口 300相接；在本实用新型中，具体实现上，所述铒镱共掺双包层光纤10的长度优选为10m，其 内包层结构优选为梅花形的结构，数值孔径优选为0. 45，光纤外径优选为125 μ m。在本实用新型中，所述半导体激光器12具体包括有六个多模半导体激光器；这六 个多模半导体激光器所输出的激光波长是976nm，每个半导体激光器的最大输出功率约为 1W，这六个多模半导体激光器的尾纤为与六个多模光纤数值孔径相匹配的多模光纤。需要说明的是，鉴于所述铒镱共掺双包层光纤放大器采用的结构是后向泵浦方 式，从而可以保证具有较大的输出功率。其中，输入端隔离器9和输出端隔离器13用来抑 制由于端面反射引起的激光振荡，从而增加该铒镱共掺双包层光纤放大器的工作稳定性。倍频系统的左端具有第三激光输入端口 400，所述第三激光输入端口 400与铒镱 共掺双包层光纤放大器的第二激光输出端口 300相连接；所述第三激光输入端口 400依次接渥拉斯顿棱镜14、短焦距准直透镜15、长焦距 透镜16、倍频晶体17、准直透镜20、滤光片21，基频光经过渥拉斯顿棱镜14进行偏振选择 后，通过长焦距透镜16将基频光聚焦至倍频晶体17的中心位置，然后经过准直透镜20后，由滤光片21将基频光和倍频光分离，实现倍频光输出。在本实用新型中，所述倍频系统的倍频晶体17是采用准相位匹配技术的周期极 化铌酸锂晶体，也可以是周期极化磷酸钛氧钾晶体或者周期极化钽酸锂晶体，也可以是周 期极化铌酸锂晶体光波导、周期极化磷酸钛氧钾晶体光波导或者周期极化钽酸锂晶体光波导。参见图3，在本实用新型中，所述倍频晶体17放置在一个控温盒19内，所述控温 盒19放置在一个五维调节架18上，从而通过倍频晶体17温度的控制实现最佳的倍频光输出。参见图1至图3，把掺铒光纤激光器的第一激光输出端口 100和镱共掺双包层光纤 放大器的第二激光输入端口 200进行熔接，就构成了本实用新型的基频光源部分，该基频 光源部分所输出的基频光可以接入分辨率为0. Oinm、型号是AQ6317B的光谱分析仪进行观 测分析。在本实用新型中，本实用新型的基频光源部分输出的基频光经过渥拉斯顿棱镜14 来调节入射基频光的偏振态。图4给出了用高分辨率光谱仪(Ocean Optics, HR400)测量的倍频光波长调谐的 光谱图。从图4可以看出，通过调谐基频光波长，本实用新型可以实现在1548 1555nm调 谐范围内的倍频光输出，基频光输出的中心波长在1551. 9nm,波长匹配带宽为2. lnm。图5给出了在连续激光运转时倍频光输出功率的曲线图。从图5的功率曲线可以 看出，倍频光输出功率随着基频光功率的增加而增加，呈近似线性变化趋势。参见图5所 示，当基频光功率为616mW时，获得了 90. 6mW的倍频光功率，基频光与倍频光之间的转化效 率为14.7%。由于连续激光运转时基频光的功率密度较低，如果使用锁模技术提高基频光 的峰值功率，可以进一步提高倍频光的转换效率。图6给出了倍频晶体的温度调谐曲线图。在倍频系统的中心波长1551. 9nm处，调 节控温盒中周期极化铌酸锂晶体的温度，可以测量不同晶体温度下的倍频光功率，晶体中 心温度在150. 6°C，温度调谐带宽约为1. 7°C。对于本实用新型，其可以利用可调谐滤波器改变基频光波长，实现倍频光波长在 一定范围内调谐。并且利用渥拉斯顿棱镜选择入射基频光的偏振态，对于周期极化铌酸锂 晶体，通常选择e光偏振，以利用晶体的最大非线性系数。此外，通过倍频晶体温度的控制， 实现倍频光在特定波长的最优功率输出。由上述的特性可知，本实用新型提供的光纤激光 器输出的基频光经过可调谐光滤波器2改变输出波长，然后通过渥拉斯顿棱镜14进行偏振 态选择，长聚焦透镜16将基频光聚焦至倍频晶体17的中心位置，经过准直透镜20后由滤 光片21将基频光和倍频光分离，即可输出倍频光。在本实用新型中，放置倍频晶体17的控温盒19放置在五维调节架18上，用于调 节基频光入射晶体的位置。对于本实用新型，由于光纤激光器具有阈值低、结构紧凑和高性能价格比等众多 优点，另一方面基于铁电晶体(如铌酸锂晶体，磷酸钛氧钾等晶体)的光子学微结构来补 偿基频光波和倍频光波间相位失配，可以实现高效率的倍频转换。本实用新型结合光纤激 光器和准相位匹配倍频技术是获得结构紧凑、高功率、可调谐、波长稳定倍频激光的有效方 法。[0051]因此，本发明提供的倍频光纤激光器具有结构紧凑、光束质量好、工作稳定、易实 现高功率输出等特点，可实现全光纤化，同时克服了通常的倍频激光器输出波长单一、转换 效率低等关键问题。本实用新型对连续激光和脉冲激光都能实现高效的倍频输出，且光纤 激光器工作在1550nm波段，其倍频光在许多领域具有潜在的应用，如激光微细加工等。综上所述，与现有技术相比，本实用新型提供了一种波长和温度可调谐的倍频光 纤激光器，其输出的倍频光波长可调谐，且结构紧凑，能够胜任长时间稳定地工作，因此可 以促进倍频激光器的广泛生产普及，提高用户的产品使用感受，增强倍频激光器的市场应 用前景，具有重要的实际应用意义。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领 域的普通技 术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和 润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求一种波长和温度可调谐的倍频光纤激光器，其特征在于，包括有掺铒光纤激光器、铒镱共掺双包层光纤放大器和倍频系统；所述掺铒光纤激光器和铒镱共掺双包层光纤放大器相连接组成基频光源，所述基频光源用于输入基频光，并对基频光的波长进行调谐而形成倍频光，然后将所形成的倍频光和基频光一起输出给倍频系统；所述倍频系统，与铒镱共掺双包层光纤放大器相连接，将所接收到的基频光和倍频光进行分离，最终输出波长可调谐的倍频光。
2.如权利要求1所述的倍频光纤激光器，其特征在于，所述掺铒光纤激光器为采用环 形腔结构的掺铒光纤激光器，所述掺铒光纤激光器内包括有偏振控制器(1)，所述偏振控制 器(1)分别接可调谐光滤波器(2)、调制器(6)，所述可调谐光滤波器(2)依次接掺铒光纤 (3)、波分复用器(4)、半导体激光器(5)；所述调制器(6)依次接光隔离器(7)、光纤耦合器(8)，所述半导体激光器(5)通过波 分复用器(5)与光纤耦合器(8)相连接，所述光纤耦合器(8)上设置有第一激光输出端口 (100)。
3.如权利要求2所述的倍频光纤激光器，其特征在于，所述波分复用器(4)是中心波长 为1480/1550nm的波分复用器，所述半导体激光器(5)是输出激光波长为1480nm的半导体 激光器(5)。
4.如权利要求2所述的倍频光纤激光器，其特征在于，所述铒镱共掺双包层光纤放大 器的左右两端分别具有第二激光输入端口(200)和第二激光输出端口(300)，所述第二激 光输入端口(200)与第一激光输出端口(100)相熔接；所述铒镱共掺双包层光纤放大器包括有从左到右依次连接的输入端隔离器(9)、铒镱 共掺双包层光纤(10)、树杈形光纤耦合器(11)，所述激光输入端口(200)与输入端隔离器 (9)相接，所述树杈形光纤耦合器(11)依次接半导体激光器(12)、输出端隔离器(13)，所述 输出端隔离器(13)与第二激光输出端口(300)相接。
5.如权利要求4所述的倍频光纤激光器，其特征在于，所述铒镱共掺双包层光纤(10) 的长度为10m，它具有的内包层结构为梅花形的结构，它的数值孔径为0. 45，它的光纤外径 为 125 μ m。
6.如权利要求4所述的倍频光纤激光器，其特征在于，所述倍频系统的左端具有第三 激光输入端口(400)，所述第三激光输入端口(400)与铒镱共掺双包层光纤放大器的第二 激光输出端口(300)相连接；所述第三激光输入端口(400)依次接渥拉斯顿棱镜(14)、短焦距准直透镜(15)、长焦 距透镜(16)、倍频晶体(17)、准直透镜(20)、滤光片(21)。
7.如权利要求6所述的倍频光纤激光器，其特征在于，所述倍频晶体(17)放置在一个 控温盒(19)内，所述控温盒(19)放置在一个五维调节架(18)上。
8.如权利要求6所述的倍频光纤激光器，其特征在于，所述倍频晶体(17)是周期极 化铌酸锂晶体、周期极化磷酸钛氧钾晶体、周期极化钽酸锂晶体、周期极化铌酸锂晶体光波 导、周期极化磷酸钛氧钾晶体光波导、周期极化钽酸锂晶体光波导中的任意一种。
专利摘要本实用新型公开了一种波长和温度可调谐的倍频光纤激光器，包括有掺铒光纤激光器、铒镱共掺双包层光纤放大器和倍频系统。本实用新型公开的一种波长和温度可调谐的倍频光纤激光器，其输出的倍频光波长可调谐，且结构紧凑，能够胜任长时间稳定地工作，因此可以促进倍频激光器的广泛生产普及，提高用户的产品使用感受，增强倍频激光器的市场应用前景，具有重要的实际应用意义。
文档编号H01S3/109GK201576883SQ20092025187
公开日2010年9月8日 申请日期2009年12月22日 优先权日2009年12月22日
发明者吕福云, 姚江宏, 张双根 申请人:天津理工大学