[發明專利]一種基于晶體光纖的綠光單頻光纖激光器及其工作方法

在審

• 申請號: 201811093666.0
• 申請日: 2018-09-19
• 公開（公告）號: CN108899752A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 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;H01S3/094;H01S3/16
• 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晶體光纖的綠光單頻光纖激光器及其工作方法。本發明所述激光器，相比常規單頻光纖激光器，該激光器的增益光纖為晶體光纖，其纖芯部分由稀土離子摻雜的YAG晶體構成，具有較高的稀土離子摻雜濃度，能夠提供更高的增益系數；晶體光纖的包層部分為熔融石英，YAG晶體或藍寶石晶體，有利于提高光纖散熱性能。

技術領域

本發明涉及一種基于晶體光纖的綠光單頻光纖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工作閾值低，轉化效率高，光束質量好，結構緊湊等優點在光纖傳感、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有不可替代的作用。特別在某些重要應用中，如水下通信，光學數據存儲，彩色顯示，醫學診斷和原子/分子光譜學等，低噪聲綠光單頻激光器具有重要的應用價值。

增益光纖是單頻光纖激光器的核心器件，其摻雜濃度，熱導率等參數直接影響上述單頻激光器性能。目前用做單頻光纖激光器的增益光纖主要為稀土摻雜的石英玻璃光纖和稀土摻雜的磷酸鹽光纖。其中石英光纖的導熱系數為0.33W·m^-1K^-1，而磷酸鹽光纖的導熱系數更低，僅為0.2W·m^-1K^-1。低導熱系數不利于激光器的散熱，會對激光諧振腔區域熱穩定性帶來不利影響，導致激光器發生跳模、線寬不穩定等現象出現。

此外，超短線性腔是單頻激光器常用的結構,該結構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，但如上所述，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晶體光纖的綠光單頻光纖激光器。

本發明提供一種上述基于晶體光纖的綠光單頻光纖激光器的工作方法。

發明概述：

本發明提供一種基于晶體光纖的綠光單頻光纖激光器，相比常規單頻光纖激光器，該激光器的增益光纖為晶體光纖，其纖芯部分由稀土離子摻雜的YAG晶體構成，具有較高的稀土離子摻雜濃度，能夠提供更高的增益系數；晶體光纖的包層部分為熔融石英，YAG晶體或藍寶石晶體，有利于提高光纖散熱性能。

本發明的技術方案為：

一種基于晶體光纖的綠光單頻光纖激光器，包括沿光路依次設置的泵浦激光器、波分復用器、低反射率窄帶寬光纖布拉格光柵、晶體光纖和高反射率寬帶光纖布拉格光柵；波分復用器的輸出端口還依次連接有半導體光放大器、保偏帶通濾波器和LiNbO₃波導；晶體光纖作為激光增益介質；所述低反射率窄帶光纖布拉格光柵和高反射率寬帶光纖布拉格光柵構成線型腔結構，低反射率窄帶光纖布拉格光柵為前腔鏡，高反射率寬帶光纖布拉格光柵為后腔鏡。線型腔結構使得激光的各相鄰縱模間隔變大，便于有窄帶光纖光柵選出單一縱模模式；結構簡單；功率、噪聲等方面表現的更加穩定。

根據本發明優選的，所述泵浦激光器與波分復用器的輸入端連接；所述低反射率窄帶寬光纖布拉格光柵與波分復用器的公共端連接。

根據本發明優選的，所述LiNbO₃波導為周期極化的MgO摻雜LiNbO₃波導；所述周期極化的MgO摻雜LiNbO₃波導長度為8mm，鈮酸鋰晶體極化周期為5μm，準相位匹配溫度為30～40℃。