本实用新型属于激光技术与非线性光学领域,尤其涉及一种全光纤脉冲复合双腔激光器
背景技术：
高功率、高能量的脉冲光纤激光器以其诸多优点被认为是未来脉冲激光器的发展趋势，目前在很多领域已经开始逐渐取代传统激光器。高能量纳秒脉冲光纤激光器广泛应用于激光加工、光时域反射计(OTDR)、二次谐波的产生、军事等领域。
目前在光纤激光器中，获得脉冲输出的方法大体有两种：一种是锁模光纤激光器，其输出脉宽较窄，一般在皮秒甚至飞秒量级；第二种为调Q光纤激光器，可以实现纳秒或亚毫秒脉宽的激光(巨脉冲)输出。一般来说，传统的调Q方法是加入声光、电光调制器或固态可饱和吸收体实现，然而光纤与非光纤器件结合会增加系统复杂性，影响系统稳定性和抗环境干扰能力，不利于产业化和实用推广，因此全光纤化的高能量、高能量的纳秒脉冲光纤激光器的实现具有重要的意义。
技术实现要素：
本实用新型要解决的问题是，为了获得高功率、高能量、高光束质量的纳秒脉冲输出，同时避免空间元件或额外调制器的使用，提供一种全光纤脉冲复合双腔激光器，利用小芯径增益光纤作为脉冲产生的核心并且保证单模运转，大芯径增益光纤作为功率放大器，可以降低非线性效应的影响，小芯径和大芯径光纤通过过渡光纤实现模场适配熔接易于漂白内腔获得窄脉冲输出。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种全光纤脉冲复合双腔激光器，包括：泵浦源、光纤合束器、第一增益光纤、第二增益光纤、过渡光纤、第一反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅、第三反射型光纤布拉格光栅、第四反射型光纤布拉格光栅、光隔离器；其中，所述泵浦源连接光纤合束器的泵浦输入端；光纤合束器的信号端连接过渡光纤的一端；过渡光纤的另一端连接第一反射型光纤光栅布拉格光栅的一端；第一反射型光纤布拉格光栅的另一端连接第一增益光纤的一端；第一增益光纤的另一端连接第二反射型光纤布拉格光栅的一端；第二反射型光纤布拉格光栅的另一端连接第三反射型光纤布拉格光栅的一端；光纤合束器的公共端连接第二增益光纤的一端；第二增益光纤的另一端连接第四反射型光纤布拉格光栅的一端；第三反射型光纤布拉格光栅与第四反射型光纤布拉格光栅构成第一谐振腔；第一反射型光纤布拉格光栅与第二反射型光纤布拉格光栅构成第二谐振腔；泵浦源产生的泵浦光通过光纤合束器的泵浦输入端进入到第一谐振腔内，对第二增益光纤进行泵浦，形成的激光经光纤合束器、第一反射型光纤布拉格光栅进入第二谐振腔内，对第一增益光纤进行泵浦产生另一个波长激光，第二谐振腔产生的另一个波长激光依次经光纤合束器、第二增益光纤、第四反射型光纤布拉格光栅、光隔离器输出。
作为优选，所述的第一反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅、第三反射型光纤布拉格光栅、第四反射型光纤布拉格光栅的反射率均为R，其中，0<R<1。
作为优选，所述的光纤合束器可以放在第四反射型光纤布拉格光栅和光隔离器之间。
一种全光纤脉冲复合双腔激光器，其特征在于，包括：泵浦源、光纤合束器、第一增益光纤、第二增益光纤、过渡光纤、第一反射型光纤布拉格光栅、激光分束器、第四反射型光纤布拉格光栅、光隔离器；其中，所述泵浦源连接光纤合束器的泵浦输入端；光纤合束器的信号端连接过渡光纤的一端；过渡光纤的另一端连接第一增益光纤的一端；第一增益光纤的另一端连接激光分束器的一端；激光分束器的另一端两个输出端直接相连形成光环；光纤合束器的公共端连接第二增益光纤的一端；第二增益光纤的另一端连接第四反射型光纤布拉格光栅的一端；激光分束器与第四反射型光纤布拉格光栅构成第一谐振腔；第一反射型光纤布拉格光栅与激光分束器构成第二谐振腔；泵浦源产生的泵浦光通过光纤合束器的泵浦输入端进入到第一谐振腔内，对第二增益光纤进行泵浦，形成的激光经光纤合束器、第一反射型光纤布拉格光栅进入第二谐振腔内，对第一增益光纤进行泵浦产生另一个波长激光，第二谐振腔产生的另一个波长激光依次经光纤合束器、第二增益光纤、第四反射型光纤布拉格光栅、光隔离器输出。
作为优选，所述的第一反射型光纤布拉格光栅、第四反射型光纤布拉格光栅的反射率均为R，其中，0<R<1。
作为优选，所述的光纤合束器可以放在第四反射型光纤布拉格光栅和光隔离器之间。
作为优选，所述的泵浦源为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器、拉曼激光器其中的一种，输出泵浦光的中心波长的范围为：700nm≤λ≤2000nm，所述的泵浦方式为纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦、包层双端泵浦其中的一种。
作为优选，所述的光纤合束器为(2+1)×1光纤合束器或(6+1)×1光纤合束器。
作为优选，所述的第一增益光纤、第二增益光纤为掺有稀土元素的保偏光纤或光子晶体保偏光纤，所述掺杂的稀土元素为镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钕(Nd)、铬(Cr)、钐(Sm)、铋(Bi)其中的一种或几种。
作为优选，第一增益光纤的纤芯直径＜过渡光纤的纤芯直径＜第二增益光纤的纤芯直径。
有益效果
本实用新型谐振腔交叉调制的全光纤脉冲激光器具有以下优点：
1、本实用新型利用掺杂稀土元素的光纤作为增益介质和可饱和吸收体，不需要外界附加的调制源，全光纤结构，设计简单，成本低廉；
2、本实用新型利用谐振腔的交叉调制作用，相对于传统的调Q激光器，具有更高的输出功率和系统稳定性；
3、本实用新型设计简单、结构紧凑，同时可以输出稳定性高、脉冲能量大的超短脉冲激光，易于实现产业化。
4、本实用新型利用不同芯径的掺杂光纤以及过渡光纤匹配，具有更大能量和更高功率输出。
附图说明：
图1为实施例1全光纤脉冲复合双腔激光器基本原理图；
图2为实施例2全光纤脉冲复合双腔激光器基本原理图；
图3为实施例3全光纤脉冲复合双腔激光器基本原理图；
图4为实施例4全光纤脉冲复合双腔激光器基本原理图；
图中：1、泵浦源；2、光纤合束器；3第一增益光纤；4、第二增益光纤；5、过渡光纤；6、第一反射型光纤布拉格光栅；7、第二反射型光纤布拉格光栅；8、第三反射型光纤布拉格光栅；9、第四反射型光纤布拉格光栅；10、光隔离器；0、激光分束器；
具体实施方式
下面结合图示1、2、3、4对本实用新型作进一步说明，但不仅限于以下几种实施例。
实施例1
一种全光纤脉冲复合双腔激光器结构如图1所示。图中1为泵浦源，可选用中心波长为976nm的半导体激光二极管；2为光纤合束器，可以选用(2+1)×1泵浦信号合束器，如20/125型；3是掺稀土光纤，可选用美国Nufern公司生产的纤芯直径为10微米的掺镱光纤；4是掺稀土光纤，可选用美国Nufern公司生产的纤芯直径为20微米的掺镱光纤；5是过渡光纤，可选用加拿大CoActive公司生产的纤芯直径为15微米的传输光纤；6、7、8、9是反射型光纤布拉格光栅，可选高反型和部分反射型光栅，反射率为R，其中0<R<1；10是光隔离器，可选偏振无关光隔离器。
泵浦光通过光纤合束器2的泵浦端进入到第二增益光纤4，然后到达第四反射型光纤布拉格光栅9，该光纤布拉格光栅为高反型光栅，即反射率R，R≥99％，该中心波长处几乎所有的光会被反射回去，通过第二增益光纤4、光纤合束器2、过渡光纤5、第一反射型光纤布拉格光纤6、第一增益光纤3和第二反射型光纤布拉格光栅7，到达第三反射型光纤布拉格光栅8，该光纤布拉格光栅为全反型光栅，即反射率R，R≥99％，该中心波长处几乎所有的光会被反射回去。第三反射型光纤布拉格光栅8、第四反射型光纤布拉格光栅9组成第一谐振腔。第一谐振腔产生的激光通过第二反射型光纤布拉格光栅7进入到第一增益光纤3，然后到达第一反射型光纤布拉格光栅6，第一反射型光纤布拉格光栅7和第二反射型光纤布拉格光栅6组成第二谐振腔。而在泵浦源1的激励下第一谐振腔先形成激光振荡，然后对第二谐振腔进行泵浦，输出另一波长的激光，依次通过过渡光纤(5)、光纤合束器(2)、第二增益光纤(4)、第四反射型光纤布拉格光栅(9)、光隔离器(10)输出。
实施例2
一种全光纤脉冲复合双腔激光器结构如图2所示，基本结构与图1相近，将泵浦源(1)和光纤合束器(2)放在第四反射型光纤布拉格光栅(9)和光隔离器(10)之间。
实施例3
一种全光纤脉冲复合双腔激光器结构如图3所示。图中3为泵浦源，可选用中心波长为976nm的半导体激光二极管；2为光纤合束器，可以选用(2+1)×1泵浦信号合束器，如20/125型；3是掺稀土光纤，可选用美国Nufern公司生产的纤芯直径为10微米的掺镱光纤；4是掺稀土光纤，可选用美国Nufern公司生产的纤芯直径为20微米的掺镱光纤；5是过渡光纤，可选用加拿大CoActive公司生产的纤芯直径为15微米的传输光纤；0是激光分束器，可选用2×1的50:50分束比的分束器，将一端两个输出端相连，可以达到全反镜的作用；6、9是反射型光纤布拉格光栅，可选高反型和部分反射型光栅，反射率为R，其中0<R<1；10是光隔离器，可选偏振无关光隔离器。
泵浦光通过光纤合束器2的泵浦端进入到第二增益光纤4，然后到达第四反射型光纤布拉格光栅9，该光纤布拉格光栅为高反型光栅，即反射率R，R≥99％，该中心波长处几乎所有的光会被反射回去，通过第二增益光纤4、光纤合束器2、过渡光纤5、第一反射型光纤布拉格光纤6、到达激光分束器0，该光纤布拉格光栅为全反型光栅，即反射率R，R≥99％，该中心波长处几乎所有的光会被反射回去。激光分束器0、第四反射型光纤布拉格光栅9组成第一谐振腔。第一谐振腔产生的激光进入到第一增益光纤3，然后到达第一反射型光纤布拉格光栅6，激光分束器和第二反射型光纤布拉格光栅6组成第二谐振腔。而在泵浦源1的激励下第一谐振腔先形成激光振荡，然后对第二谐振腔进行泵浦，输出另一波长的激光，依次通过过渡光纤(5)、光纤合束器(2)、第二增益光纤(4)、第四反射型光纤布拉格光栅(9)、光隔离器(10)输出。
实施例4
一种全光纤脉冲复合双腔激光器结构如图4所示，基本结构与图3相近，将泵浦源(1)和光纤合束器(2)放在第四反射型光纤布拉格光栅(9)和光隔离器(10)之间。