[發明專利]一種基于光纖耦合型雙微腔選模的單縱模窄帶光纖激光器

在審

• 申請號: 201710244443.9
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN106953226A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 張祖興;萬洪丹;劉琳倩;丁佐芹;汪杰;孫兵;張琳
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/098;H01S3/08
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 李湘群

技術領域

本發明屬于光纖激光器技術領域，具體涉及一種基于光纖耦合型雙微腔選模的單縱模窄帶光纖激光器。

背景技術

單縱模窄帶寬光纖激光器由于其閾值低、效率高、相干性好、輸出波長靈活、結構簡單等優點,被廣泛用于光纖傳感和通信、激光雷達、高精度光譜測試等眾多前沿科學研究領域。目前，實現單縱模窄帶激光輸出主要通過線性短腔或者環形光纖諧振腔內加入窄帶濾波器選模來實現。線性腔結構通常采用光纖光柵作為其反饋單元，主要包括分布式反饋(DFB)和分布式布拉格反射(DBR)兩種。2010年，上海光機所的孟莉等研究了短直腔磷酸鹽光纖激光器，激光器腔長1cm，輸出功率79mW，由于線性腔腔長較短，短腔結構的光纖激光器的激光功率相對較低,并且增益光纖長度受到限制，對光柵的制作具有較高的要求。環形光纖諧振腔實現單縱模窄帶激光輸出，需要在系統中加入可飽和吸收體、FP腔、光纖光柵等濾波器件。2005年，S.Huang等人研究了一種光纖可飽和吸收體結合光纖環形鏡相的結構，線寬小于1.5kHz，但是由于現有濾波器帶寬通常在GHz以上，限制了激光器線寬的進一步壓縮,并且仍然存在致跳模及頻率漂移等不穩定現象。

隨著人類探索領域的不斷擴展，相關應用對光纖激光器的單色性、穩定性提出了更高的要求，如何在確保單縱模輸出的前提下，將激光器帶寬進一步壓縮，以獲得滿足光纖通信及傳感領域應用需求的、高度相干和高度穩定的窄帶光纖激光器具有重要研究意義，是光纖激光器發展的重要方向。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出了基于光纖耦合型雙微腔選模的單縱模窄帶光纖激光器，通過兩個微腔并聯構成雙微腔，利用錐形光纖耦合接入光纖激光器諧振腔進行選模，基于光纖耦合型雙微腔內的窄帶回音壁模共振譜，實現單縱模窄帶光纖激光輸出。該光纖激光器具有單色性好、穩定性高、結構緊湊等優點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為一種基于光纖耦合型雙微腔選模的單縱模窄帶光纖激光器，該激光器包括：半導體激光泵浦源、波分復用器、稀土摻雜光纖、光纖隔離器、N*N端口光纖耦合器、偏振控制器和光纖耦合型雙微腔，上述部件通過全光纖耦合的方式相連，其中，所述半導體激光泵浦源的輸出端與波分復用器輸入端相連，波分復用器的輸出端依次經由隔離器、耦合器、偏振控制器、光纖耦合型雙微腔、光纖耦合器、稀土摻雜光纖與波分復用器相連，構成光纖諧振腔，光纖耦合器將環形光纖諧振腔主腔與N-1個光纖諧振子腔相連，光纖耦合型雙微腔通過錐形光纖與其中一個光纖諧振子腔耦合連接，整個激光器諧振腔內通過多個光纖子腔級聯的方式產生游標效應，實現單縱模窄帶激光輸出。

進一步，上述光纖耦合型雙微腔的微腔形狀可以為環形、球形、盤形或者柱形，光經錐形光纖一端進入雙微腔，以全反射的方式在微腔內傳輸，形成窄帶回音壁模式共振，再從錐形光纖的另一端輸出連接至光纖諧振子腔。

上述光纖耦合型雙微腔的兩個微腔以并聯方式分別置于錐形光纖的兩側。

上述N為大于1的整數。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1、本發明采用光纖耦合型雙微腔實現選模，兩個微腔并聯后產生游標效應，相比于單個微腔，其獲得的回音壁模共振譜邊模抑制比更高、帶寬更窄、自由光譜范圍(FSR，Free Spectral Range)更大，單縱模窄帶激光選模能力更強。

2、采用多個光纖子腔和雙微腔并聯結構，進一步增加了整個激光器諧振腔模式選擇的精細度，壓縮了激光器帶寬、提高了激光器邊模抑制比和穩定性。

3、采用全光纖腔結構，耦合損耗小，結構緊湊，輸出效率高，對外界環境抗干擾能力強。

附圖說明

圖1為本發明基于光纖耦合型雙微腔選模的單縱模窄帶光纖激光器結構示意圖。

圖2為光纖耦合型雙微腔結構和光場傳輸示意圖。

圖3為雙微球耦合實驗系統實物圖。

圖4為時域有限差分算法獲得的雙微球腔內回音壁模光場分布圖。(a-單微球，b-雙微球)

圖5所示為時域有限差分算法獲得的單微球和雙微球回音壁模透射譜對比。

圖6所示為實驗測得的單微球和雙微球回音壁模透射譜對比。

圖7為基于光纖耦合型雙微腔、光纖耦合型單微腔、自由運轉的光纖激光器光譜實驗測試結果對比。

圖8為本發明不同幾何形狀的微腔示意圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發明的技術方案進行詳細說明。