[發明專利]一種可調諧窄線寬單頻線偏振激光器

有效

• 申請號: 201410023920.5
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN103956638A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 徐善輝;楊昌盛;楊中民;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;H01S3/13;H01S3/042;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

本發明涉及到光纖遙感、相干光譜合束、引力波探測、激光雷達以及非線性頻率轉換等領域所用到的激光器光源，尤其是一種可調諧式、窄線寬、線偏振運轉的單頻激光器。

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背景技術

窄線寬單頻光纖激光器是激光器發展的一個重要分支，它具有極窄線寬、低噪聲、優異的相干特性。尤其是其光譜線寬極其狹窄（可達10^-8nm），比現有最好的窄線寬DFB激光器的線寬要窄2個數量級，比目前光通信網絡中DWDM信號光源的線寬還要窄5～6個數量級。在相干光譜合束、激光雷達、非線性頻率轉換等應用領域有著巨大的潛在價值，顯得十分重要。而這些領域一般要求激光器的光譜線寬極窄、線偏振運轉和可調諧（多信道或多波長工作），這些參數決定和影響了應用場合的分辨率、轉換效率、成本等諸多指標。因此，迫切需要發展一種簡單可靠的可調諧窄線寬單頻線偏振激光器。

目前研究報道的可調諧單頻激光器，一般是使用稀土離子摻雜石英光纖或者稀土離子摻雜固態晶體作為單頻激光的工作介質，在光路中插入可靠性低的塊體光學調制晶體（電光晶體、熱光晶體或F-P標準具等）用于維持單頻運轉或者調節激光頻率，但都存在摻雜稀土離子的濃度無法進一步提高、諧振腔腔長較長、容易跳模、可靠性較差等一系列問題，一般最大只能直接輸出幾十mW量級的可調單頻激光，而且最大難點是線寬較難做到10kHz以下，噪聲較大。

使用稀土離子高摻雜多組分玻璃光纖作為激光的增益介質，結合短直單頻激光諧振腔，可以有效實現輸出功率大于100mW、線寬小于2kHz的單頻激光輸出。與此相關的研究工作有：C.?Spiegelberg等人采用2cm長的鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖，實現了輸出功率大于200mW、線寬小于2kHz、波長為1.5μm的單頻光纖激光輸出報道[J.?Lightwave?Technol.,?2004,?22:?57]。?Z.?Feng等人采用0.8cm長的摻鐿磷酸鹽玻璃光纖，實現了輸出功率大于200mW、線寬小于2kHz、消光比大于30dB、波長為1.06μm的線偏振單頻光纖激光輸出報道[Appl.?Phys.?Express,?2013,?6:052701]。此外，2004年，美國亞歷山大大學和NP光子公司申請了高功率窄線寬單頻激光系統專利[公開號：US?2004/0240508?A1]，采用微片式激光諧振腔結構，但是其所要求的單頻激光器并未具有線偏振輸出、波長可調諧的特征。2011年，美國IPG公司申請了高功率窄線寬光纖激光器專利[公開號：US?7903696?B2]，采用2個超短單頻諧振腔輸出低功率窄線寬單頻激光信號，分別經過普通摻鉺光纖放大器和高功率雙包層光纖放大器進行激光功率放大，但是其所要求的光纖激光器也并未具有線偏振輸出、波長可調諧的特征。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術存在的上述不足，提供一種可調諧式的窄線寬單頻線偏振激光器，可以連續與選擇性的調諧激光的輸出波長，使其能夠覆蓋較寬的波長可調諧范圍。本發明采用短直單頻諧振腔結構，利用多組分玻璃光纖的高摻雜和高增益特征，再利用熱光可調濾波器與超結構保偏光纖光柵的選頻作用與波長調諧功能，結合精密溫度調節技術（熱電制冷器TEC），最終在泵浦源提供泵浦（抽運）能量的前提下，可以有效地實現可寬范圍調諧、kHz量級線寬、高消光比的單頻線偏振激光的穩定輸出。

本發明的目的通過如下技術方案實現。

一種可調諧窄線寬單頻線偏振激光器，其包括熱沉及封裝在熱沉上的泵浦源、第一準直透鏡、激光后腔鏡、熱光可調濾波器、第二準直透鏡、稀土離子高摻雜多組分玻璃光纖、超結構保偏光纖光柵、保偏光隔離器、保偏光纖和熱電制冷器TEC；所述泵浦源、第一準直透鏡、激光后腔鏡、熱光可調濾波器、第二準直透鏡、稀土離子高摻雜多組分玻璃光纖、超結構保偏光纖光柵、保偏光隔離器、保偏光纖順次排布，泵浦源、熱光可調濾波器、超結構保偏光纖光柵均各自安裝在一個熱電制冷器TEC上。?

進一步地，所述泵浦源的輸出端經第一準直透鏡與激光后腔鏡耦合連接，激光后腔鏡與熱光可調濾波器耦合連接，熱光可調濾波器與第二準直透鏡耦合連接，第二準直透鏡與稀土離子高摻雜多組分玻璃光纖的輸入端耦合連接，稀土離子高摻雜多組分玻璃光纖的輸出端與超結構保偏光纖光柵的輸入端耦合連接，超結構保偏光纖光柵的輸出端與與保偏光隔離器的輸入端耦合連接，保偏光隔離器的輸出端與保偏光纖的尾纖耦合連接。?

進一步地，所述激光后腔鏡的鏡片端面鍍有薄膜層，薄膜膜層對激光信號波長高反，反射率要求大于80%；對泵浦光波長高透，透射率要求大于80%。