[發明專利]基于全光纖慢光元件的窄線寬單頻光纖激光器

無效

• 申請號: 201310278506.4
• 申請日: 2013-07-04
• 公開（公告）號: CN103368045A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 潘政清;葉青;蔡海文;瞿榮輝;方祖捷
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/16;H01S3/081;H01S3/10
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及窄線寬激光，特別是一種基于全光纖慢光元件的窄線寬單頻光纖激光器。

背景技術

高光譜純度是激光的一個基本特性。基于激光的極窄光譜線寬，國內外發展了一系列具有重要意義和經濟價值的儀器裝備。在光學干涉測量中，窄線寬意味著高的干涉對比度，大的相干長度和工作距離。在激光光譜技術中，窄線寬是提高監測精度和靈敏度的基本保證。在多種光纖傳感器中，線寬大小決定了傳感器的靈敏度。比如在光纖水聽器中，窄線寬低噪聲的光源是傳感系統的核心。在冷原子物理中，窄線寬激光是實現原子冷卻、原子囚禁和凝聚的基本工具。在相干光通信方面，窄線寬光源大大提高了光信息傳輸的容量和速度。因此窄線寬單頻激光器一直是研究和開發的熱點。

根據肖洛－湯斯的基本理論，激光器的線寬決定于諧振腔的Q值，即腔內能量與輸出能量之比。要提高Q值，就必須延長腔內光子壽命。大的腔長是長的光子壽命的基本條件之一。然而，大的腔長意味著大的器件體積。這不僅不利于實際應用，而且由于震動、溫度變化等因素對腔長的影響，導致器件工作的不穩定性，大的強度噪聲和頻率噪聲。光纖激光器的激活區是可以彎曲纏繞的柔軟材料，有利于在延長腔長的同時縮小器件整體體積。但是，由于光纖的折射率對于溫度和應變的敏感性，過長的光纖也不利于器件的穩定性。隨著應用需求對窄線寬的要求越來越高，需要研究新的方法，在維持小的體積的同時，獲得大的等效腔長，也就是說要采用某種慢光元件。

現有技術之一是在腔內插入多層介質膜干涉濾波片[參見Y.Shevy等,Optical?Fiber?Communication?Conference2010,paper?OThQ6]，其典型結構是一個高精細度的法布里－珀羅(F-P)腔，如圖1所示。圖中11為有源光纖，12為由兩個高反射鏡構成的F-P腔，13為高反射率的光纖布拉格光柵(FBG)，14為中等反射率的光纖布拉格光柵，作為輸出鏡，15為泵浦光源，16為輸出光隔離器。根據F-P干涉儀的基本原理，在諧振峰波長上的光子在腔內多次來回傳輸，大大延長了在腔內的時間。理論推導表明，F-P腔產生的群時延可以表示為

τ=ndc1-R2(1-R)2+4Rsin2Δφ→Δφ=mπndc1+R1-R]]>

可見對于反射率R接近于1的高精細度F-P腔，群時延大大高于F-P腔介質厚度的傳輸時間。這一技術要求插入元件的諧振峰與激光器的縱模保持嚴格一致。這就帶來實際運行中激光器的穩定性問題。對于光纖激光器來說，需要采用帶尾纖的F-P元件，不可避免地引入一定的損耗；或者插入體光學元件，需要一系列準直耦合的元件，不利于器件的穩定性。