[發明專利]一種雙諧振腔全光纖單頻激光器

有效

• 申請號: 201310703342.5
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103746279A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 王璞;侯玉斌;金東臣
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/082;H01S3/083
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明公開了一種雙諧振腔全光纖單頻激光器，屬于激光技術與非線性光學領域。

背景技術

光纖激光器由于具有體積小、成本低、光束質量好、效率高等優點，在通信、醫學、生物以及雷達等領域有著廣泛且重要的應用，已經成為激光器家族中的重要一員。特別是單頻光纖激光器因其線寬窄、低噪聲、抗電磁干擾等特性，廣泛應用于光纖通信、光纖傳感、光纖遙感、材料技術以及高精度光譜等領域。

對于單頻光纖激光器的產生主要有兩種方法：超短線型腔光纖激光器和帶有窄帶選頻器件的環形腔光纖激光器。前者主要有分布式反射（DBR）和分布式反饋（DFB）兩種類型。DFB結構：將高增益有源光纖的兩端連接一對光纖光柵，為了實現低噪聲單頻輸出，增益有源光纖一般只有幾個cm長。DFB結構，將諧振腔直接刻寫在有源光纖上，由于有源光纖的增益比較低，所以輸出功率有限，但是這種結構輸出穩定性更高。環形腔單頻光纖激光器：在環形腔中加入一個窄帶的濾波器實現單頻輸出，由于這種結構中采用的有源纖長度較長，這會導致激光頻率穩定性變差，容易出現跳模現象。

發明內容

對于采用超短線性腔的單頻激光技術，無論是分布式反射（DBR）或分布式反饋（DFB）其中的任何一種方式，由于采用超短結構，增益光纖長度很短，輸出功率會很低，為了實現高功率的輸出就必須在腔外增加一個放大器，這不但使結構更復雜，而且放大過程可能會引入噪聲，使得激光線寬展寬，增加頻率不穩定性。對于采用環形腔的單頻激光技術，由于環形腔的腔長很長，這會使得激光頻率穩定性變差，而且容易出現跳?，F象。本發明的目的在于提供了一種雙諧振腔全光纖單頻激光器，其采用一種基于摻稀土光纖和光纖布拉格光柵的方案，實現高功率單頻激光器的全光纖化，無需額外的放大結構，大大降低結構的復雜性，實現高穩定性、高功率、高效率、結構緊湊的單頻激光輸出。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為一種雙諧振腔全光纖單頻激光器，該激光器包括泵浦及相關裝置、激光諧振腔、增益光纖、激光輸出裝置和其它輔助裝置。

整個激光諧振腔的工作原理為激光諧振腔可以為線性或者環形結構；整個激光器的諧振腔分為諧振腔Ⅰ和諧振腔Ⅱ兩部分，其中諧振腔Ⅰ為激光器的外腔，諧振腔Ⅱ為激光器的內腔；諧振腔Ⅰ由線性諧振腔或者環形諧振腔組成；諧振腔Ⅱ由超短線性諧振腔組成；諧振腔Ⅰ與諧振腔Ⅱ的各對反射型光纖布拉格光柵間置有增益光纖；泵浦光首先射入諧振腔Ⅰ的增益光纖中，產生的激光進入諧振腔Ⅱ中，諧振腔Ⅰ產生的激光泵浦諧振腔Ⅱ的增益光纖，諧振腔Ⅱ產生單頻激光，之后進入諧振腔Ⅰ中得到放大，最終輸出高功率單頻激光。

泵浦及相關裝置包括泵浦源、光纖合束器或波分復用器；激光諧振腔內的反射型光纖布拉格光柵包括第一反射型光纖布拉格光柵、第二反射型光纖布拉格光柵、第三反射型光纖布拉格光柵、第四反射型光纖布拉格光柵或全反鏡。

增益光纖包括增益光纖包括第一增益光纖、第二增益光纖、第三增益光纖；其中，第一增益光纖置于諧振腔Ⅱ中，第二增益光纖或第二、三增益光纖置于諧振腔Ⅰ中；激光輸出裝置包括光隔離器、環形器或分束器；其它輔助裝置為濾波器。

當為線形諧振腔結構時，第一反射型光纖布拉格光柵、第二反射型光纖布拉格光柵以及第一增益光纖構成諧振腔Ⅱ；第三反射型光纖布拉格光柵、第四反射型光纖布拉格光柵、第二增益光纖以及第三增益光纖構成諧振腔Ⅰ；或者，諧振腔內的第二反射型光纖布拉格光柵、第三反射型光纖布拉格光柵可以由全反鏡代替作為諧振腔Ⅰ和諧振腔Ⅱ的公共反射鏡。

當為環形諧振腔結構時，第二增益光纖、第三反射型布拉格光纖光柵、波分復用器以及環形器或者分束器組成環形腔，即諧振腔Ⅰ；第一反射型光纖布拉格光柵、第二反射型光纖布拉格光柵以及第一增益光纖構成諧振腔Ⅱ。

泵浦源產生泵浦光，通過合束器或者波分復用器耦合進入諧振腔Ⅰ中，諧振腔Ⅰ產生的激光對諧振腔Ⅱ進行泵浦，由于諧振腔Ⅱ為超短線性諧振腔，諧振腔Ⅱ產生的穩定單頻激光進入諧振腔Ⅰ，經過諧振腔Ⅰ的放大，最終實現高功率單頻激光輸出。

所述泵浦源是半導體激光器、固體激光器、氣體激光器、光纖激光器或拉曼激光器，輸出泵浦光的中心波長范圍為：700nm-2000nm。

所述的第一增益光纖、第二增益光纖、第三增益光纖是摻有稀土元素的光纖或光子晶體光纖，其中摻雜的稀土元素是鐿（Yb）、鉺(Er)、鈥(Ho)、銩(Tm)、釹（Nd）、鉻（Cr）、釤(Sm)、鉍(Bi)中的一種或幾種。