[發明專利]一種基于Er:YAG-SiO2光纖的可調諧單頻激光器及其工作方法

在審

• 申請號: 201811093256.6
• 申請日: 2018-09-19
• 公開（公告）號: CN108879307A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 劉兆軍;高悉寶;叢振華;謝永耀;王上;張行愚
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 葉亞林

本發明涉及一種基于Er:YAG?SiO₂光纖的可調諧單頻激光器及其工作方法。所述可調諧單頻激光器，包括光路依次設置的泵浦激光器、波分復用器、低反射率窄帶光纖布拉格光柵、Er:YAG?SiO₂光纖和高反射率寬帶光纖布拉格光柵；所述波分復用器還連接有光隔離器。本發明所述基于Er:YAG?SiO₂光纖的可調諧單頻激光器，設計簡單、結構緊湊,有利于提高單頻光纖激光器的功率、噪聲、線寬、穩定性運轉等輸出特性，可以輸出穩定性高的窄線寬單頻激光,易于實現產業化。

技術領域

本發明涉及一種基于Er:YAG-SiO₂光纖的可調諧單頻激光器及其工作方法，屬于光纖激光器的技術領域。

背景技術

單頻光纖激光器具有低噪聲，優異相干性，結構緊湊等優點。特別是工作于1.5μm的單頻摻鉺光纖激光器，對人眼額損傷閾值較高，具有人眼安全特性；同時該波段對于煙霧穿透能力較強，可廣泛用于光纖傳感、激光雷達/測距/遙感、相干光通信、激光光譜學、氣體吸收測量等領域。

單頻光纖激光器通常有兩種結構：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。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,其結構復雜，且采用的有源纖長度較長,導致腔內縱模間隔較小，易受環境影響，激光頻率穩定性變差,容易出現跳模現象。線型腔主要有分布式反射(DBR)和分布式反饋(DFB)兩種類型。DBR結構將高增益有源光纖的兩端連接一對光纖光柵,DFB結構將諧振腔直接刻寫在有源光纖上。相比于環形腔結構，超短線型腔結構簡單，且穩定性更高。

超短線型腔要求增益光纖長度很短,通常為幾個厘米。在如此短的腔內要實現有效激光輸出，需要增益光纖的摻雜濃度較高。目前常用的石英基質增益光纖受限于稀土離子的摻雜濃度水平，激光增益普遍偏低,意味著在較短的諧振腔內要實現有效的激光輸出，需要較大的泵浦功率，這對激光的低噪聲和穩定性均帶來不利影響。而磷酸鹽光纖盡管可以提升增益，但磷酸鹽光纖的熱性能不如石英光纖，且磷酸鹽光纖的機械性能較差，不易實現高強度熔接，諧振腔可靠性差，不利于單頻激光的穩定輸出，難以適應苛刻的工作環境。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于Er:YAG-SiO₂光纖的可調諧單頻激光器。

本發明還提供一種上述可調諧單頻激光器的工作方法。

發明概述：

本發明所述可調諧單頻激光器的增益光纖為Er:YAG-SiO₂光纖，其纖芯部分由Er:YAG晶體和SiO₂構成，該光纖引入的YAG可以降低稀土離子的濃度淬滅效應，因而可以實現較高濃度的稀土離子摻雜，提供更高的增益系數。本發明采用基于Er:YAG-SiO₂光纖和光纖布拉格光柵的超短線型腔方案,實現波長可調的高穩定性、高轉換效率、窄線寬的單頻激光輸出。

本發明的技術方案為：

一種基于Er:YAG-SiO₂光纖的可調諧單頻激光器，包括光路依次設置的泵浦激光器、波分復用器、低反射率窄帶光纖布拉格光柵、Er:YAG-SiO₂光纖和高反射率寬帶光纖布拉格光柵；所述波分復用器還連接有光隔離器。

根據本發明優選的，所述Er:YAG-SiO₂光纖的纖芯為Er³⁺摻雜的釔鋁石榴石和SiO₂混合構成，Er³⁺在纖芯中均勻摻雜,摻雜濃度為0.5wt.％～50wt.％，或者Er³⁺摻雜濃度大于1×10¹⁹ions/cm³。分別從質量比(宏觀)、單位體積中的粒子數限定(微觀)限定了稀土離子摻雜濃度。SiO₂與稀土離子摻雜的釔鋁石榴石混合比例大于90％。