构保偏光纤光栅的典型梳状反射谱示意图。
[0024]图2为本实用新型实施例中可调谐窄线宽单频线偏振激光器的原理示意图，其中激光后腔镜使用镜片镀膜方式，激光前腔镜使用超结构保偏光纤光栅，泵浦方式是前向泵浦。
[0025]图3为本实用新型实施例中TEC温控方式与封装示意图。
[0026]图中:I一泵浦源，2—第一热电制冷器TEC，3—第一准直透镜，4一激光后腔镜，5—热光可调滤波器，6—第二热电制冷器TEC，7—第二准直透镜，8—铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤，9一超结构保偏光纤光栅，10—第三热电制冷器TEC，11一保偏光隔离器，12—保偏光纤，13一热沉。
【具体实施方式】
[0027]下面结合具体的实施例及附图，对本实用新型作进一步的说明阐释，但不限于该实施方式。
[0028]如图1所示，为本实用新型中超结构保偏光纤光栅的典型梳状反射谱峰示意图。其反射峰之间间隔窄、分布均匀、具有高的反射率等特点。
[0029]如图2所示，本实例的可调谐窄线宽单频线偏振激光器中，泵浦源1、第一准直透镜3、激光后腔镜4、热光可调滤波器5、第二准直透镜7、稀土离子高掺杂多组分玻璃光纤8、超结构保偏光纤光栅9、保偏光隔离器11、保偏光纤12从左至右排布，泵浦源1、热光可调滤波器5、超结构保偏光纤光栅9均各自安装在一个热电制冷器TEC上。上述整体光路和所有的光器件固定封装在一金属材质的热沉之中，以便散热。
[0030]本实用新型中的单频激光谐振腔由后腔镜、热光可调滤波器、准直透镜与超结构保偏光纤光栅一起构成，其中超结构保偏光纤光栅起到前腔镜的作用。使用泵浦源对单频激光谐振腔进行泵浦抽运，由于泵浦源输出的泵浦激光呈发散状，需要通过准直透镜对光束进行准直，再与后腔镜低损耗耦合连接。
[0031]本实例的热光可调滤波器是一种F-P型薄膜滤波器，根据所需的梳状透射峰波长分布，可以设计其薄膜的层数和光学厚度参数。热光可调滤波器5由独立的第二热电制冷器TEC6进行精密温度控制，通过温度控制调节导致热光效应，使得其多层介质薄膜材料的折射率发生改变，从而达到对梳状透射波长的可调谐。
[0032]稀土离子高掺杂多组分玻璃光纤作为激光的增益介质，一般使用长度为0.5~50cm，在该范围内具体长度可根据激光输出功率大小、线宽大小的要求进行相应选择。多组分玻璃光纤的纤芯为高掺杂浓度的稀土发光离子(镧系离子、碱土金属离子、过渡金属离子中的一种或几种的组合情况)，其中稀土发光离子的掺杂浓度要求大于lX102°1ns/cm3。其纤芯形状为圆形，纤芯直径一般为3~50 μπι ;包层形状为圆形、D形、六边形、八边形等，包层直径或边到边距离一般为80~900 μπι。多组分玻璃光纤的一端镀上多层增透膜，所述薄膜膜层对激光信号波长高透，透射率大于90%，用于抑制光纤端面的光反射。
[0033]本实例中，泵浦源I输出波长为980nm，泵浦功率为750mW ;其中热光可调滤波器5通过精密温度调节，其热光效应可以调谐其梳状最大透射峰分布；激光后腔镜4的镜片端面镀上薄膜，薄膜膜层对激光信号波长反射率为99% ;对泵浦光波长透射率99%。激光增益工作由铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤8与超结构保偏光纤光栅9 一起完成。当透射光经过准直透镜7之后准直親合进入铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤8，铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤8的一端端面镀有多层增透膜。铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤8的另一端与超结构保偏光纤光栅9熔融连接，超结构保偏光纤光栅9通过第三热电制冷器TEClO进行精密温度调节可以调谐其梳状最大反射峰分布，使其与热光可调滤波器5的最大透射峰在某一波长位置处产生重叠，形成激光波长反馈，最终激光经过保偏光隔离器11与保偏光纤12的尾纤稳定输出。
[0034]其中铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤8作为激光的增益介质，本例使用长度为1.5cm。其纤芯主要成分为磷酸盐玻璃组分(组成:65P205-10Al203-20Ba0-3La203-2Nd203)。其纤芯均匀掺杂高浓度的稀土发光离子铒和镱，其掺杂浓度分别为2.5X 10201ns/cm\5.0X 1201ns/cm3,其纤芯直径为6Mm和包层直径为125Mm，形状均为圆形。铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤8 —端端面镀上多层增透膜，薄膜膜层对激光信号波长透射率为99.9% ;其中超结构保偏光纤光栅9的中心反射波长位于激光增益介质的增益谱内，其反射率为70%。
[0035]其中泵浦方式采用前向泵浦，泵浦源I注入泵浦光到铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤8的纤芯中，使其稀土发光离子发生粒子数反转，产生受激辐射的激光信号，信号光沿光路两端传输，一方面，光从铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤8的左端出射经过准直透镜7，再经热光可调滤波器5透射滤波形成梳状透射峰波长分布，然后由激光后腔镜片4将光沿相同的路径返回，并准直耦合进入铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤8的纤芯，形成光学反馈。另一方面，光从铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤8的右端出射经过超结构保偏光纤光栅9反射回来，呈现梳状反射峰波长分布，使其与热光可调滤波器的透射光谱耦合重叠产生相干相长，不断产生光学反馈作用。在调谐过程中，分别通过精密温控调节，可以连续改变超结构保偏光纤光栅的反射峰波长分布和改变热光可调滤波器的透射峰波长分布，使梳状最大反射峰与最大透射峰在另外某一波长位置进行重叠，即可以使波长重叠位置连续发生变化，获得不同波长处的最大反馈与激光激射，即实时与连续的变化激光的输出波长。再通过精确控制超结构保偏光纤光栅的反射谱、中心波长等光学参数，当热光可调滤波器和超结构光纤光栅重叠波长的光谱窄至一定程度，并将整个激光谐振腔腔长控制在一定长度以下，从而可以保证激光腔内只存在一个单纵模工作，且无跳模及模式竞争现象出现。当激光在反馈作用下，多次来回振荡并得到多次放大，在激光功率饱和前，随着泵浦功率的不断增强，单频激光线宽就会不断变窄，最终实现激光线宽小于10kHz、消光比大于25dB、输出功率大于10mW的可调谐窄线宽单频线偏振激光输出。泵浦源由独立的第一热电制冷器TEC 2进行温控，保障其输出波长与泵浦功率的稳定性。
[0036]如图3所示，为本实用新型实施例中TEC温控方式与封装示意图。将泵浦源I置于第一热电制冷器TEC2上面进行精密温度控制，保障泵浦激光器的工作中心波长与输出功率的稳定性。热光可调滤波器5置于第二热电制冷器TEC6上面，可以精密调节控制其温度。超结构保偏光纤光栅9置于第三热电制冷器TEClO上面，也可以精密调节控制其温度。上述所有光路和光器件固定封装在一金属热沉13上面，有效进行热耗散，保障单频线偏振激光输出功率、输出波长的工作稳定性与可靠性。
【主权项】
1.一种可调谐窄线宽单频线偏振激光器，其特征在于包括热沉(13)及封装在热沉(13)上的泵浦源(1)、第一准直透镜(3)、激光后腔镜(4)、热光可调滤波器(5)、第二准直透镜(7)、稀土离子高掺杂多组分玻璃光纤(8)、超结构保偏光纤光栅(9)、保偏光隔离器(11)、保偏光纤(12)和热电制冷器TEC;所述泵浦源(1)、第一准直透镜(3)、激光后腔镜(4)、热光可调滤波器(5)、第二准直透镜(7)、稀土离子高掺杂多组分玻璃光纤(8)、超结构保偏光纤光栅(9)、保偏光隔离器(11)、保偏光纤(12)顺次排布，泵浦源(1)、热光可调滤波器(5)、超结构保偏光纤光栅(9)均各自安装在一个热电制冷器TEC上； 所述泵浦源的输出端经第一准直透镜与激光后腔镜耦合连接，激光后腔镜与热光可调滤波器耦合连接，热光可调滤波器与第二准直透镜耦合连接，第二准直透镜与稀土离子高掺杂多组分玻璃光纤的输入端耦合连接，稀土离子高掺杂多组分玻璃光纤的输出端与超结构保偏光纤光栅的输入端親合连接，超结构保偏光纤光栅的输出端与与保偏光隔离器的输入端耦合连接，保偏光隔离器的输出端与保偏光纤的尾纤耦合连接。
2.如权利要求1所述的可调谐窄线宽单频线偏振激光器，其特征在于所述激光后腔镜(4)的镜片端面镀有薄膜层。
3.如权利要求1所述的可调谐窄线宽单频线偏振激光器，其特征在于所述热光可调滤波器(5)为F-P型薄膜可调滤波器。
4.如权利要求1所述的可调谐窄线宽单频线偏振激光器，其特征在于所述稀土离子高掺杂多组分玻璃光纤(8)的纤芯形状为圆形，纤芯直径为3~50μπι，包层形状为圆形、D形、六边形或八边形，其中圆形包层的直径或非圆形包层的边到边距离为80~900 μπι。
5.如权利要求1所述的可调谐窄线宽单频线偏振激光器，其特征在于所述稀土离子高掺杂多组分玻璃光纤(8)的一端镀有多层增透膜。
6.如权利要求1所述的可调谐窄线宽单频线偏振激光器，其特征在于所述泵浦源(I)为边发射结构的半导体激光器。
【专利摘要】本实用新型提供了一种可调谐窄线宽单频线偏振激光器，该激光器包括热沉及封装在热沉上的泵浦源、第一准直透镜、激光后腔镜、热光可调滤波器、第二准直透镜、稀土离子高掺杂多组分玻璃光纤、超结构保偏光纤光栅、保偏光隔离器、保偏光纤和热电制冷器。本实用新型采用短直单频谐振腔结构，利用多组分玻璃光纤的高掺杂和高增益特征，再利用热光可调滤波器与超结构保偏光纤光栅的选频作用与波长调谐功能，结合精密温度调节技术，通过实时调节其反射波长与透射波长的分布，致使改变其谱峰重叠位置，从而实现宽调谐范围、线宽极窄、高消光比、高输出功率的连续可调谐式单频线偏振激光的稳定输出。
【IPC分类】H01S3-16, H01S3-042, H01S3-13, H01S3-08, H01S3-067
【公开号】CN204290019
【申请号】CN201420032269
【发明人】徐善辉, 杨昌盛, 杨中民, 冯洲明, 张勤远, 姜中宏
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年1月17日