基于动态折射率光栅调控的瓦级线型腔单频光纤振荡器

本发明涉及单频光纤激光领域，尤其涉及一种基于动态折射率光栅调控的瓦级线型腔单频光纤振荡器。

背景技术：

1、单频光纤振荡器因其具有良好的单色性、较长的相干长度、较低的噪声特性等诸多优良性能，成为了科研、探测、通信等应用领域中重要的激光光源。单频光纤振荡器的主要特征是单纵模运转，这对振荡器的设计提出了较大的挑战，这也限制了单频光纤激光器的输出功率，目前大部分的单频光纤激光器的输出功率大多为百毫瓦量级，较少的可达到数百毫瓦或瓦级，其主要原因是随着功率水平的提高，无法继续保持较好的选频性能。

2、目前在振荡器中选频方式包括：超短线型腔、级联子腔、复合线型腔、可饱和吸收体等。其中超短线型腔对频率的选择是依靠较短的腔长保证了较大的自由光谱范围，虽然有着紧凑的结构和优越的抑制跳模的性能，但较短的腔长也极大限制了增益介质的长度，为了获得较高的输出功率一般采用高掺杂有源光纤作为增益介质，但随着激光功率的提高，增益介质的温度变化导致的腔长的微小改变会严重削弱振荡器对频率的选择能力；因此基于低掺杂光纤振荡器的选频方式同样被广泛研究，其中级联子腔和复合线型腔的原理均是基于游标效应从而增大了振荡器的自由光谱范围，这两种方法一方面增加了系统的复杂程度，另一方面对腔长的精度要求较高；可饱和吸收体(sa)选频方法，普遍采用未泵浦的有源光纤来实现，对向传播的两束激光在可饱和吸收体中形成的驻波场对光纤折射率实现周期性调制获得窄带的折射率调制光栅，进而达到选频的目的，是一种可靠的单纵模实现方式，常见于环型腔结构中，采用能够实现瓦级的单频激光输出，但是在较高的泵浦功率下，可饱和吸收体的选频作用被漂白，因此激光的单纵模运转会被破坏，利用该方法能够实现单纵模运转最高输出功率仅为百毫瓦量级。

3、综上所述，目前的单频激光选频方式在高功率运转下均无法保持在较高输出功率下对激光的有效选频，为了获得更高的单频激光输出功率，亟需发展更为有效的选频方式，以保证在瓦级输出功率之上稳定的单频激光输出。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于动态折射率光栅调控的瓦级线型腔单频光纤振荡器，本发明在不增加特殊器件的条件下，提高单频激光器中的频率选择性能，保证高功率条件下的单纵模运转，详见下文描述：

2、一种基于动态折射率光栅调控的瓦级线型腔单频光纤振荡器，所述振荡器中包含两段有源光纤，并被两个泵浦源分别泵浦，

3、两段有源光纤在吸收泵浦功率的同时，仍保留有未被泵浦的部分；

4、线型腔激光器内存在的驻波效应在两段有源光纤的未泵浦部分中产生窄带折射率调制光栅产生选频效果；两段有源光纤中的窄带折射率调制光栅形成游标效应进一步加强选频效果。

5、进一步地，所述振荡器包括四种腔型结构。

6、第一种方案，所述两段有源光纤为：

7、第一有源光纤位于第一高反光纤光栅一侧，第二有源光纤位于第一低反光纤光栅一侧；第一高反光纤光栅和第一低反光纤光栅提供激光反馈；第一有源光纤、第二有源光纤分别被第一泵浦源和第二泵浦源反向泵浦；第一泵浦源输出的泵浦激光通过第一泵浦耦合器件耦合注入第一有源光纤中；第二泵浦源输出的泵浦激光通过第二泵浦耦合器件耦合注入第二有源光纤中。

8、第二种方案，所述两段有源光纤为：

9、第三有源光纤和第四有源光纤均分别被第三泵浦源和第四泵浦源经第三泵浦耦合器件和第四泵浦耦合器件正向泵浦。

10、第三种方案，所述两段有源光纤为：

11、第五有源光纤被第五泵浦源经第五泵浦耦合器件反向泵浦，第六有源光纤被第六泵浦源经第六泵浦耦合器件正向泵浦。

12、第四种方案，所述两段有源光纤为：

13、第七有源光纤被第七泵浦源经第七泵浦耦合器件正向泵浦，第八有源光纤被第八泵浦源经第八泵浦耦合器件反向泵浦；

14、在第七有源光纤和第八有源光纤之间加入一段尺寸匹配的无源光纤，无源光纤用于隔离第七有源光纤和第八有源光纤中形成的窄带折射率调制光栅，以此形成游标效应。

15、其中，所述两段有源光纤为同种或不同种稀土离子掺杂的有源光纤；两段有源光纤满足在高反光纤光栅和低反光纤光栅的中心波长处既有发射截面，也有吸收截面。

16、所述有源光纤为单包层光纤、双包层光纤或三包层光纤；高反光纤光栅和低反光纤光栅的中心波长一致。

17、优选地，二个泵浦源是固体激光器、光纤激光器、或半导体激光器；二个泵浦源是单纵模激光或多纵模激光；二个泵浦源是单横模激光或高阶横模激光。

18、本发明提供的技术方案的有益效果是：

19、1、基于该技术手段，可以在不增加特殊器件的条件下，提高单频激光器中的选频性能，保证高功率条件下的单纵模运转；

20、2、基于该技术手段，为特殊波段，即在该波段没有较强吸收的有源光纤作为sa，提供了可行的单频运转方案；

21、3、该方案中sa对信号光的吸收截面要求较低，可扩展sa的应用波段；基于动态折射率调制光栅的调控实现对单纵模性能的优化，结构简单、紧凑，激光纵模稳定性强；

22、4、该方案不依赖于高掺杂的有源光纤即可实现高功率单频光纤激光器，应用范围广。

技术特征：

1.一种基于动态折射率光栅调控的瓦级线型腔单频光纤振荡器，其特征在于，所述振荡器中包含两段有源光纤，并被两个泵浦源分别泵浦，

2.根据权利要求1所述的一种基于动态折射率光栅调控的瓦级线型腔单频光纤振荡器，其特征在于，控制两个泵浦源的功率比例以调控两段有源光纤中的折射率调制光栅，在不同的功率水平下实现最优的选频效果，以保证稳定的单频运转。

3.根据权利要求1所述的一种基于动态折射率光栅调控的瓦级线型腔单频光纤振荡器，其特征在于，所述振荡器包括四种腔型结构。

4.根据权利要求3所述的一种基于动态折射率光栅调控的瓦级线型腔单频光纤振荡器，其特征在于，所述两段有源光纤为：

5.根据权利要求3所述的一种基于动态折射率光栅调控的瓦级线型腔单频光纤振荡器，其特征在于，所述两段有源光纤为：

6.根据权利要求3所述的一种基于动态折射率光栅调控的瓦级线型腔单频光纤振荡器，其特征在于，所述两段有源光纤为：

7.根据权利要求3所述的一种基于动态折射率光栅调控的瓦级线型腔单频光纤振荡器，其特征在于，所述两段有源光纤为：

8.根据权利要求4-7中任一权利要求所述的一种基于动态折射率光栅调控的瓦级线型腔单频光纤振荡器，其特征在于，

9.根据权利要求4-7中任一权利要求所述的一种基于动态折射率光栅调控的瓦级线型腔单频光纤振荡器，其特征在于，

10.根据权利要求4-7中任一权利要求所述的一种基于动态折射率光栅调控的瓦级线型腔单频光纤振荡器，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种基于动态折射率光栅调控的瓦级线型腔单频光纤振荡器，振荡器中的包含两段有源光纤，并被两个泵浦源分别泵浦，两段有源光纤在满足完全吸收泵浦功率的同时，仍保留有未被泵浦的部分；线型腔激光器内存在的驻波效应会在两段有源光纤的未泵浦部分中产生窄带折射率调制光栅，因此这两段有源光纤一方面作为增益介质提供激光增益，另一方面作为可饱和吸收体产生选频效果；利用两段有源光纤中的窄带折射率调制光栅形成游标效应，加强选频，可以保证单频光纤振荡器的功率输出水平达到瓦级。

技术研发人员：史伟,史朝督,付士杰,蒋培恒,盛泉,姚建铨
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12