[發(fā)明專利]一種納秒脈沖光纖激光器及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010103002.5
• 申請(qǐng)日: 2010-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN101771234A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐海峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 奇瑞汽車股份有限公司
• 主分類號(hào): H01S3/067
• 分類號(hào): H01S3/067;H01S3/083;H01S3/06;H01S3/1055;H01S3/102;H01S3/131
• 代理公司: 廣州中瀚專利商標(biāo)事務(wù)所 44239
• 代理人: 黃洋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光器的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到納秒脈沖光纖激光器及其控制方法。

背景技術(shù)

長(zhǎng)距離光纖拉曼傳感器要求傳感激光器光源的脈沖寬度在納秒量級(jí)(幾個(gè)納秒到幾十個(gè)納秒)，脈沖峰值功率能達(dá)到數(shù)十瓦甚至上百瓦，脈沖重復(fù)頻率達(dá)到幾千赫茲到幾十千赫茲，因此需要采用具有高峰值功率的納秒脈沖光纖激光器作為其光源。目前市場(chǎng)上的納秒脈沖光纖激光器沒有對(duì)光纖放大系統(tǒng)中的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)進(jìn)行有效控制，使得產(chǎn)生的脈沖激光存在背景ASE(放大自發(fā)輻射)噪聲大、脈沖峰值功率低、脈沖不平坦等問題，另外目前的脈沖光纖激光器在不發(fā)光時(shí)，激光器驅(qū)動(dòng)電流為零，使得激光器使用壽命短，上述原因?qū)е履壳暗拿}沖光纖激光器不適合用于長(zhǎng)距離拉曼分布式光纖傳感系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一個(gè)目的是提出一種背景ASE噪聲小、脈沖峰值功率高、信噪比高、脈沖平坦、使用壽命長(zhǎng)的納秒脈沖光纖激光器。

本發(fā)明的納秒脈沖光纖激光器關(guān)鍵在于包括控制單元、源激光器、噪聲抑制激光器、光纖耦合器、第一波分復(fù)用器、第二波分復(fù)用器、第一泵浦激光二極管、第二泵浦激光二極管、第一摻雜光纖、第二摻雜光纖、第一光纖光柵、第二光纖光柵、第三光纖光柵、第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器、第三光電探測(cè)器和四端口光纖環(huán)形器；所述四端口光纖環(huán)形器具有輸入端口、輸出端口和第二端口、第三端口；所述源激光器的激光中心波長(zhǎng)在第一光纖光柵和第二光纖光柵的反射帶內(nèi)，所述噪聲抑制激光器的激光中心波長(zhǎng)在第三光纖光柵的反射帶內(nèi)；所述源激光器和噪聲抑制激光器的輸出端通過光纖耦合器與四端口光纖環(huán)形器的輸入端口相連；所述第一泵浦激光二極管、四端口光纖環(huán)形器的第二端口分別與第一波分復(fù)用器相連，所述第一波分復(fù)用器依次與第一摻雜光纖、第一光纖光柵、第三光纖光柵、第一光電探測(cè)器串接；所述第二泵浦激光二極管、四端口光纖環(huán)形器的第三端口分別與第二波分復(fù)用器相連，所述第二波分復(fù)用器依次與第二摻雜光纖、第二光纖光柵、第二光電探測(cè)器串接；所述光纖耦合器還與第三光電探測(cè)器相連；所述控制單元分別與第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器、第三光電探測(cè)器、源激光器、噪聲抑制激光器、第一泵浦激光二極管和第二泵浦激光二極管相連。

為了在兩段摻雜光纖內(nèi)實(shí)現(xiàn)四級(jí)光脈沖放大，所述源激光器中心波長(zhǎng)在第一光纖光柵和第二光纖光柵反射帶內(nèi)。

為了在兩段摻雜光纖內(nèi)實(shí)現(xiàn)四級(jí)光脈沖放大，所述源激光器和噪聲抑制激光器中心波長(zhǎng)在第一摻雜光纖和第二摻雜光纖的增益譜范圍之內(nèi)，源激光器中心波長(zhǎng)為通信C波段1550nm。

為了在兩段摻雜光纖內(nèi)實(shí)現(xiàn)增益鉗制，所述第一光纖光柵和第二光纖光柵與第三光纖光柵的反射帶不重疊。

所述第一光纖光柵和第二光纖光柵為寬帶高反射率光纖光柵，所述第三光纖光柵為寬帶弱反射率光纖光柵。

所述光纖耦合器、波分復(fù)用器、四端口光纖環(huán)形器、第一摻雜光纖、第二摻雜光纖均采用光通信用單模光器件。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是提出上述納秒脈沖光纖激光器的控制方法。

本發(fā)明的納秒脈沖光纖激光器的控制方法：控制單元接收第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器和第三光電探測(cè)器的信號(hào)，并發(fā)出信號(hào)控制源激光器、噪聲抑制激光器、第一泵浦激光二極管和第二泵浦激光二極管的工作，關(guān)鍵在于包括如下循環(huán)步驟：控制單元控制源激光器發(fā)出一個(gè)寬度為T0的光脈沖，經(jīng)過T1時(shí)間間隔后，控制噪聲抑制激光器發(fā)出一個(gè)寬度為T2的光脈沖；然后再經(jīng)過T3時(shí)間間隔后，源激光器發(fā)出下一個(gè)光脈沖。

在T3這段時(shí)間里，將彌補(bǔ)前一段時(shí)間內(nèi)噪聲抑制激光器產(chǎn)生的脈沖激光對(duì)第一摻雜光纖和第二摻雜光纖中的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)過多的消耗，使第一摻雜光纖和第二摻雜光纖中的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)恢復(fù)到較高的水平，從而保證了源激光器產(chǎn)生的光脈沖在第一摻雜光纖和第二摻雜光纖中能夠產(chǎn)生足夠高的增益。同時(shí)，T3不能太長(zhǎng)，以免在T3時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大的ASE脈沖噪聲。

控制單元根據(jù)第一光電探測(cè)器的信號(hào)來控制第一泵浦激光二極管的泵浦功率；控制單元根據(jù)第二光電探測(cè)器的信號(hào)來控制第二泵浦激光二極管的泵浦功率；控制單元根據(jù)第三光電探測(cè)器的信號(hào)來控制源激光器及噪聲抑制激光器的輸出脈沖光功率，穩(wěn)定納秒脈沖光纖激光器的輸出激光功率。

所述源激光器和噪聲抑制激光器在未發(fā)出光脈沖的時(shí)候工作在閾值電流，可以延長(zhǎng)激光器使用壽命。

本發(fā)明的納秒脈沖光纖激光器的具體的工作原理如下：