一种可切换单纵模光纤激光器的制作方法

本发明涉及红外激光器，尤其涉及一种可切换单纵模光纤激光器。

背景技术：

1、单波长/多波长可切换/连续可调谐单纵模光纤激光器在整个光纤激光器领域中占据着极其重要的地位，它们除了具有普通光纤激光器的所有优点之外，还具有非常优秀的相干性及单色性。这类激光器一般作为高质量相干光源或高质量种子源进一步注入后续光纤放大级以达到高功率窄线宽的输出。2μm波段单纵模掺铥光纤激光器的人眼安全、强大气分子与水分子吸收性及高大气透射率等特性，使其不但具有单纵模光纤激光器的普遍优点，相对于其他波段单纵模光纤激光器还具有无可匹敌的应用优势，在工业、科学研究及民用等领域至关重要，其主要应用有相干光通信、相干多普勒激光雷达、超长距离光纤传感、光载无线通信系统等。

2、根据光纤激光器的腔长，实现单纵模输出的光纤激光器的腔结构一般分为两种，一种是短腔结构，包括分布式反馈光纤激光器和分布式布拉格反射光纤激光器。另一种是具有适当的模式选择机制的长腔结构。到目前为止，单纵模掺铥光纤激光器的短腔结构及长腔结构均有大量报道，但大多数2μm波段的掺铥光纤激光器工作都集中在1900-2000nm区域，也就是掺铥光纤的高增益区域。面向更长的波段，如2050nm波段的单纵模掺铥光纤激光器却鲜有报道。由于2050nm的激光波长位于掺铥光纤的低增益区域，这使得搭建短线腔结构2050nm波段的单纵模掺铥光纤激光器非常具有挑战性。除了采用掺钬光纤替代掺铥光纤之外，则需要通过长腔结构来延长腔内掺铥光纤的长度来提供在2050nm波段足够的增益，再配合其他选模机制来实现2050nm波段的单纵模输出。对比几种长腔结构单纵模选模方案，环形复合腔结构更具优势，由光纤耦合器组合搭建的复合子环成本低，易于实现且灵活性高，更适用于2μm这一缺少优化器件的波段。并且复合环腔结构搭配其他多波长通道滤波器，实现每个通道都处于单纵模状态的多波长可切换2050nm掺铥光纤激光器，非常有望用于下一代激光雷达及波分复用自由空间光通信。

3、掺铥光纤在2050nm附近增益较低,因此在该波段范围搭建单纵模掺铥光纤激光器具有一定的挑战性。现已提出的在2050nm波段的单纵模激光器均采用铥钬共掺光纤作为增益光纤的短腔结构或商用分布反馈型半导体激光器,其他结构的激光器还鲜有报道。采用长腔结构增长掺铥光纤的长度来提供足够的增益也是一种解决方案,与短腔结构的单纵模激光器相比,长腔结构由于允许加入调节器件,因而更具有灵活性和性能拓展性。但是,长腔结构导致了更小的纵模间隔,需要可靠的机制来抑制多纵模振荡，比如利用超窄带滤波器进行纵模选择，然而相对于1μm及1.5μm波段的掺镱光纤激光器及掺铒光纤激光器，目前2050nm波段单纵模光纤激光器的搭建仍受限于缺少优化的光纤元件及有效的测量手段。而且，相比于1μm波段及1.5μm波段，2μm波段的激光对腔内的损耗更敏感，在单纵模掺镱光纤激光器或单纵模掺铒光纤激光器的腔内使用低透射率的滤波器件可能对其输出性能没有显着影响，但对单纵模掺铥光纤激光器则极为不利，因为2μm波段的光具有更高的传输损耗。这种由低透射率滤波器件引入的大腔内损耗会导致单纵模掺铥光纤激光器输出激光不稳定，甚至无法产生激光。因此，对于单纵模掺铥光纤激光器必须提高所使用的滤光器的透射率，并且避免引入其他损耗。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，如何提高单纵模掺铥光纤激光器所使用的滤光器的透射率，并且避免引入其他损耗。有鉴于此，本发明提供一种可切换单纵模光纤激光器。

2、本发明采用的技术方案是，所述一种可切换单纵模光纤激光器，包括：

3、主腔，无源眼型复合环腔滤波器模块；

4、其中，主腔包括：泵浦源、光纤合束器、掺铥光纤、光纤隔离器、光纤环形器、挤压式偏振控制器、取样光纤bragg光栅、起偏器、光纤耦合器、光纤激光器输出端口；

5、所述泵浦源与所述合束器的泵浦输入端口连接，所述合束器的信号臂输出端口与所述掺铥光纤连接，所述掺铥光纤的输出与所述光纤隔离器的输入臂连接，光纤隔离器的输出端与所述光纤环形器的输入第一端口相连接，所述光纤环形器的输出第二端口与所述挤压式偏振控制器的输出端口连接，所述挤压式偏振控制器的输出端口连接所述取样光纤bragg光栅，所述光纤环形器输出第三端口连接所述光纤起偏器的输入端口，所述光纤起偏器的输出端口与所述无源眼型复合环腔滤波器输入端口的连接，所述无源眼型复合环腔滤波器的输出端口与所述光纤耦合器的输入端口连接，所述光纤耦合器的输出臂与所述光纤合束器信号输入纤连接，所述光纤耦合器的输出臂作为可切换单纵模光纤激光器输出端。

6、在一个实施方式中，所述无源眼型复合环腔滤波器模块，包括；

7、第一光纤耦合器，第二光纤耦合器，第三光纤耦合器，第四光纤耦合器，光纤输入端口，光纤输出端口；

8、其中，所述第一光纤耦合器的第一端口与所述光纤输入端口连接，所述第一光纤耦合器的第三端口空置，所述第一光纤耦合器的第四端口与所述第二光纤耦合器的第五端口连接，所述第二光纤耦合器的第七端口与所述第三光纤耦合器的第十端口连接，所述第二光纤耦合器的第八端口与所述第四光纤耦合器的第十三端口连接，所述第三光纤耦合器第九端口空置，所述第三光纤耦合器的第十一端口与所述第四光纤耦合器的第十四端口连接，所述第四光纤耦合器的第十五端口与所述第二光纤耦合器的第六端口连接，所述第四光纤耦合器的第十六端口与所述第一光纤耦合器的第二端口连接，所述第三光纤耦合器的第十二端口与所述光纤输出端连接。

9、在一个实施方式中，所述第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器、第四光纤耦合器均为2x2光纤耦合器，其分光比依次为70:30、99.99:0.01、99.99:0.01、70:30。。

10、采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

11、本发明所述的一种可切换单纵模光纤激光器，无源眼型复合环腔滤波器模块需要从主腔的密集纵模中选出单纵模，这就对眼型复合环腔滤波器模块提出要求：其有效通带3db带宽须为主腔纵模间隔的1～1.5倍，其有效自由光谱范围须为波长选择通道带宽的0.5～1倍，这样组成激光器时即可以实现任意波长切换下单纵模激光输出。

技术特征：

1.一种可切换单纵模光纤激光器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的可切换单纵模光纤激光器，其特征在于，所述无源眼型复合环腔滤波器模块，包括；

3.根据权利要求2所述的可切换单纵模光纤激光器，其特征在于，所述第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器、第四光纤耦合器均为2x2光纤耦合器，其分光比依次为70:30、99.99:0.01、99.99:0.01、70:30。

技术总结
本发明提出了一种可切换单纵模光纤激光器，包括：主腔，无源眼型复合环腔滤波器模块。本发明提供的无源眼型复合环腔滤波器模块需要从主腔的密集纵模中选出单纵模，这就对眼型复合环腔滤波器模块提出要求：其有效通带3dB带宽须为主腔纵模间隔的1～1.5倍，其有效自由光谱范围须为波长选择通道带宽的0.5～1倍，这样组成激光器时即可以实现任意波长切换下单纵模激光输出。

技术研发人员：程丹,张昆,房一涛,张浩彬,吴佟,孙儒峰,余洋,李尧,宋奎岩,程昭晨,赵鸿,张大勇,朱辰,冯亭
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十一研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15