[發明專利]一種單頻光纖激光器專用波長快速調制系統

在審

• 申請號: 201410807371.0
• 申請日: 2014-12-23
• 公開（公告）號: CN105790058A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 張啟航
• 申請（專利權）人: 山東海富光子科技股份有限公司
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 于濤

技術領域

本發明涉及光纖及激光技術領域,具體的說是一種結構簡單，設計靈活，調制特性在不同頻率下恒定，可靠性高的單頻光纖激光器專用波長快速調制系統。

背景技術

單頻光纖激光器由于特殊的設計，在光纖激光器中具有相干長度長，單色性好，譜線寬度窄等優點；連續可調單頻光纖激光器在很多領域有獨特的應用，例如：光纖傳感，激光指示和遠距離測距，多普勒激光雷達等。研制單頻連續可調光纖激光器并將其產業化具有重要的科研，經濟及社會效益。

以往用壓電元件調制波長的系統往往將振蕩腔的一部分，如高摻雜增益光纖或低反射率光纖布拉格光柵直接固定在壓電元件上進行拉伸，結果是系統的機械特性非常復雜，尤其在高調制頻率下，不僅結構復雜，可靠性也較差。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種結構簡單，設計靈活，調制特性在不同頻率下恒定，可靠性高的單頻光纖激光器專用波長快速調制系統。

本發明可以通過如下措施達到：

一種單頻光纖激光器專用波長快速調制系統，包括激光器底座、壓電元件和壓電元件控制系統，其特征在于激光器底座上設有兩根對稱的拉伸桿，壓電元件上下兩側分別與上下兩個拉伸桿相連，壓電元件的伸縮方向為水平方向，拉伸桿與壓電元件伸縮的方向平行，在壓電元件伸長時拉伸桿活動端被推開，從而實現對拉伸桿的拉伸。壓電元件4與激光器底座8的結合必須做到無縫隙，并且在完成組裝時拉伸桿要處于預定的被拉伸狀態，從而對壓電元件實現定量的預壓。波長調制系統組裝完成后，振蕩腔被用強力粘合劑固定在一根拉伸桿上預先加工的U型槽中。保證在在拉伸桿被拉伸（或壓縮）時，振蕩腔經歷同樣的拉伸（或壓縮）。

以往用壓電元件調制波長的系統往往將振蕩腔的一部分，如高摻雜增益光纖或低反射率光纖布拉格光柵直接固定在壓電元件上進行拉伸，結果是系統的機械特性非常復雜，尤其在高調制頻率下。為實現高頻穩定調制，本發明將以往復雜的機械系統變為簡單的彈簧-質量系統。其中質量對應拉伸桿活動端，其質量為，彈簧對應拉伸桿，其彈性系數為。壓電元件的效果被簡化為按正玄方程周期變化的力，其共振頻率的計算公式為：

,

其中為彈簧的彈性系數，為質量。

由此可見在設計中要提高共振頻率需要增加彈性系數，減少質量。本發明的頻率調制是在相對不變的低頻區域完成。可以看出在這一區域在驅動幅度相同時，位移幅度不隨調制頻率變化。本裝置可用調制頻率范圍為0~6000Hz。共振頻率為大約10000Hz。如上所述，本發明可以通過改變壓電元件和機械設計調節共振頻率和調制范圍。本發明的優點在于它應用于實現單頻全光纖激光器的無跳模波長調制，結構簡單，設計靈活，調制特性在不同頻率下恒定，可靠性高等優點。

附圖說明

圖1是本發明的一種示意圖。

圖2是解釋本發明原理的彈簧-質量系統示意圖。

圖3是彈簧-質量系統的特性曲線示意圖。

圖4是波長調制-頻率特性曲線示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步描述。

一種單頻光纖激光器專用波長快速調制系統，包括激光器底座1、壓電元件4和壓電元件控制系統5，其特征在于激光器底座上設有兩根對稱的拉伸桿3，壓電元件4上下兩側分別與上下兩個拉伸桿3相連，壓電元件4的伸縮方向為水平方向，拉伸桿3與壓電元件4伸縮的方向平行，在壓電元件4伸長時拉伸桿3活動端被推開，從而實現對拉伸桿3的拉伸。壓電元件4與激光器底座1的結合必須做到無縫隙，并且在完成組裝時拉伸桿3要處于預定的被拉伸狀態，從而對壓電元件實現定量的預壓。波長調制系統組裝完成后，振蕩腔2被用強力粘合劑固定在一根拉伸桿上預先加工的U型槽中。保證在在拉伸桿被拉伸（或壓縮）時，振蕩腔2經歷同樣的拉伸（或壓縮）。

以往用壓電元件調制波長的系統往往將振蕩腔2的一部分，如高摻雜增益光纖或低反射率光纖布拉格光柵直接固定在壓電元件上進行拉伸，結果是系統的機械特性非常復雜，尤其在高調制頻率下。為實現高頻穩定調制，本發明將以往復雜的機械系統變為簡單的彈簧-質量系統。其中質量對應拉伸桿活動端6，其質量為，彈簧對應拉伸桿3，其彈性系數為。壓電元件的效果被簡化為按正玄方程周期變化的力，其共振頻率的計算公式為：

,

其中為彈簧的彈性系數，為質量。

由此可見在設計中要提高共振頻率需要增加彈性系數，減少質量。本發明的頻率調制是在相對不變的低頻區域完成。可以看出在這一區域在驅動幅度相同時，位移幅度不隨調制頻率變化。本裝置可用調制頻率范圍為0~6000Hz。共振頻率為大約10000Hz。如上所述，本發明可以通過改變壓電元件和機械設計調節共振頻率和調制范圍。本發明的優點在于它應用于實現單頻全光纖激光器的無跳模波長調制，結構簡單，設計靈活，調制特性在不同頻率下恒定，可靠性高等優點。