[發(fā)明專利]頻率調制單頻光纖激光器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310255204.5
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN103337778A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設計）人: 徐善輝;楊中民;李燦;馮洲明;張勤遠;姜中宏
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/08;H01S3/139;H01S3/16
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發(fā)明涉及單縱模（或稱單頻）光纖激光器，具體涉及頻率調制單頻光纖激光器。

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背景技術

單縱模（或稱單頻）光纖激光器是指激光以腔內振動單一縱模的形式輸出，其特征為激光光譜線寬非常窄，最高可達到10^-8nm，比現(xiàn)有最好窄線寬DFB激光器的線寬還要窄兩個數(shù)量級，比目前光通信網(wǎng)絡中DWDM信號光源的線寬要窄5～6個數(shù)量級。窄的線寬可以保證激光具有非常好的相干特性，其相干長度可達數(shù)百公里。窄線寬光纖激光器之所以受到重視，是因為其在激光測距、光纖傳感及通信領域有著及其廣泛的應用。如目前大多數(shù)激光測距儀是基于脈沖激光的光時域反射原理，即通過測量激光脈沖發(fā)射和經(jīng)目標反射回接收器的時間差進行測距，這種測量的精度一般為1-10米，測量距離（軍用）也只有10-20公里。如果利用頻率調制單頻激光器作為探測光源，基于頻率調制連續(xù)波技術和光波相干原理，則能實現(xiàn)幾百公里、精度小于1米的探測。

目前研究頻率調制單頻光纖激光器，只能在短直腔結構上采用PZT壓電陶瓷進行內調制，當采用稀土離子摻雜的石英光纖作為激光介質時，最大只能輸出幾mW單頻激光，一般需要通過激光放大。而采用多組分玻璃光纖作為單頻激光的增益介質，則可實現(xiàn)輸出功率達幾百mW、線寬小于2?KHz的單頻光纖激光，而且激光腔長更短，更易于實現(xiàn)大的頻率調制范圍，同時短的諧振腔長能保證調頻過程中不會出現(xiàn)跳模、模式競爭等現(xiàn)象。如采用2cm長的鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖構成短F-P腔，實現(xiàn)了輸出功率20mW，頻率調制范圍達到27?MHz/V[IEEE?Photon.?Technol.?Lett.,?2005,?17:?1827]。另外，目前的內調制方案都是采用PZT壓電陶瓷對包括布拉格光柵在內的整個激光腔進行調制，這樣會使光柵的折射率周期性結構發(fā)生改變，使得頻率調制過程變得更加復雜，而且還會出現(xiàn)跳模、模式競爭等現(xiàn)象。若只針對增益光纖進行調制，則其調制范圍隨所施加電壓呈線性變化，而且更易在調制過程中保持單頻運轉。

結合稀土摻雜磷酸鹽單模玻璃光纖的高增益特性，以及短直F-P腔及窄帶布拉格光纖光柵的選頻特性，為實現(xiàn)高功率窄線寬的單頻光纖激光輸出提供了保障。同時，通過設計制作腔內固定PZT壓電陶瓷及相應激光腔封裝的工藝，可最終實現(xiàn)寬頻率調制范圍的高功率、窄線寬單頻光纖激光。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種頻率調制單頻光纖激光器，其利用稀土摻雜磷酸鹽單模玻璃光纖的高增益特性，利用短F-P腔結構，以及窄線寬光纖光柵的選頻作用，在泵浦光源的持續(xù)抽運下，可實現(xiàn)高功率窄線寬的單頻激光輸出。同時，利用PZT壓電陶瓷隨加載電壓變化而收縮的特性，將其固定于諧振腔上而對腔長進行調制，最終可實現(xiàn)寬頻率調制范圍的高功率、窄線寬單頻光纖激光輸出。本發(fā)明的目的通過如下技術方案實現(xiàn)。

本發(fā)明的具體技術解決方案是：

一種頻率調制單頻光纖激光器，其特征在于包括單模半導體激光泵浦源、波分復用器、窄帶布拉格光纖光柵、稀土摻雜磷酸鹽單模玻璃光纖、寬帶布拉格光纖光柵、光纖隔離器、PZT壓電陶瓷和主動溫度控制的熱沉；各部件的結構關系是：波分復用器的公共端與窄帶布拉格光纖光柵的一端連接，窄帶布拉格光纖光柵的另一端經(jīng)稀土摻雜磷酸鹽單模玻璃光纖與寬帶光纖布拉格光柵的一端連接，波分復用器的信號端與光纖隔離器連接，稀土摻雜磷酸鹽單模玻璃光纖、窄帶布拉格光纖光柵以及寬帶光纖布拉格光柵固定封裝在自動溫度控制的熱沉中，?PZT壓電陶瓷固定在稀土摻雜磷酸鹽單模玻璃光纖上；單模半導體激光泵浦源的泵浦方式采用如下三種方式之一：

方式一、單模半導體激光泵浦源與波分復用器的泵浦輸入端連接，所述寬帶光纖布拉格光柵的另一端被研磨拋光成斜面以防止端面反射，單模半導體激光泵浦源經(jīng)由波分復用器耦合進窄帶布拉格光纖光柵進行前向泵浦；

方式二、單模半導體激光泵浦源直接接入寬帶布拉格光纖光柵的另一端進行后向泵浦，此時波分復用器的泵浦輸入端被研磨拋光成斜面以防止端面反射；

方式三、同時采用方式一的前向泵浦和方式二的后向泵浦進行雙向泵浦，單模半導體激光泵浦源同時與波分復用器的泵浦輸入端和寬帶布拉格光纖光柵的另一端連接。