[發(fā)明專利]窄線寬單頻激光光源

在審

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• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN111509534A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 文僑;孫志豪
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/08
• 代理公司: 深圳中一聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44414
• 代理人: 李艷麗

本發(fā)明適用于光學技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種窄線寬單頻激光光源，包括泵浦單元；諧振腔，用于吸收泵浦光并獲得窄線寬單頻激光；諧振腔包括耦合單元，用于將泵浦光輸入所述諧振腔，并且透射激光以使激光在諧振腔內(nèi)傳輸；增益光纖用于吸收泵浦光并發(fā)出激發(fā)光；濾波單元用于對激光進行濾波以獲得窄帶激光，濾波單元的帶寬小于諧振腔的縱模間隔，以獲得窄線寬單頻激光；耦合單元、增益光纖和濾波單元形成閉合環(huán)形的諧振腔；濾波單元直接刻寫于增益光纖上。本發(fā)明直接在增益光纖上刻寫濾波單元，縮短了腔長，進而增大縱模間隔，利于獲得單縱模，該光源結(jié)構(gòu)簡單，激光輸出穩(wěn)定性好；并且增加了有效增益腔長，解決了線寬與功率不得兼顧的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種窄線寬單頻激光光源。

背景技術(shù)

隨著激光技術(shù)的發(fā)展，其在精密干涉測量、激光傳感技術(shù)和光通信技術(shù)等領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展。精密干涉測量主要以激光波長作為“尺子”，利用干涉原理來測定各種參量，如加速度、位移、角位移等等。由于光波長為nm數(shù)量級，因此其分辨精度是電學、磁學元件無法比擬的。激光干涉儀以其特有的大測量范圍、高分辨率和高測量精度等優(yōu)點，在精密和超精密測長領(lǐng)域獲得了廣泛的應用。

而精密干涉測量的距離和干涉質(zhì)量與激光的線寬緊密相關(guān)。實際設(shè)計中為了進一步增加測量精度，要求激光線寬要小于lkHz。

在激光傳感技術(shù)中由于深海油氣開發(fā)和國防發(fā)展的需要，水聲探測裝備越來越得到了世界各國的重視。由光纖激光水聽器陣列構(gòu)成的聲吶脈沖測距系統(tǒng)，己進入工程試驗階段，光纖激光水聽器是水聲探測裝備的核心設(shè)備，其最小可分辨縱向應變量由光纖激光器的線寬決定，激光器線寬越窄，水聽器的聲壓分辨率就越高，就更能滿足對微弱信號的探測。

而對于光通信，隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，如何提高系統(tǒng)傳輸速率成為了光通信領(lǐng)域的重要研究目標。在高速傳輸速率的光通信系統(tǒng)中，為了滿足誤碼的要求，調(diào)制格式下，激光線寬需要縮窄，甚至小于1.2KHz。

從以上的分析可知，高單色性、高相干性的激光光源擁有極大的需求，這也要求激光器輸出的單模光譜線寬要窄，而且必須工作在穩(wěn)定的單縱模狀態(tài)。而這也需要光纖激光器通過必要的模式選擇和控制措施，如諧振腔結(jié)構(gòu)改進或利用非線性二波混頻等，使諧振腔內(nèi)只存在一個縱模振蕩，即工作在單縱模或單頻運轉(zhuǎn)狀態(tài)。由于光纖激光器諧振腔長通常會達到幾十厘米甚至米量級，其輸出的單模光譜線寬非常窄，只要能保證工作在單頻運轉(zhuǎn)狀態(tài)，光纖激光器就能獲得良好單色性、相干性，使光電系統(tǒng)的性能得到極大改善和提升，獲得極大的經(jīng)濟效益和社會效益。因此單頻窄線寬光纖激光器具有非常高的實用價值。

目前使用的單頻激光器主要有：直腔激光器，通過縮短腔長加大縱模間隔來實現(xiàn)單縱模工作的，此時尚難避免多縱模出現(xiàn)，結(jié)合腔兩端的光纖光柵作為諧振腔的反射腔鏡，增加其濾波性獲得單頻光源。復合腔激光器，通過外腔、腐蝕腔或解理耦合腔實現(xiàn)多腔縱模選擇。非線性二波混頻技術(shù)激光器，二波混頻是廣泛存在于非線性介質(zhì)中的一種非線性效應，如光致折射率材料、克爾材料、激光增益介質(zhì)中均存在非線性二波混頻現(xiàn)象。其基本原理是在這些介質(zhì)中傳播的兩相干光束，因干涉形成光強周期性變化的空間分布，并通過非線性響應在介質(zhì)中產(chǎn)生周期性變化的折射率和增益空間分布，通常將這種周期性變化的折射率和增益的空間分布稱為折射率光柵和增益光柵，這種折射率光柵和增益光柵具有極其良好的濾波特性。利用光纖激光器摻雜光纖中的二波混頻效應，也可以在諧振腔內(nèi)形成折射率光柵或增益光柵，實現(xiàn)縱模的有效選擇，使光纖激光器獲得單縱模運轉(zhuǎn)。

在上述三種單頻激光器中，共同的缺點為結(jié)構(gòu)復雜，線寬與功率不能兼顧，線寬窄時功率低。對于傳統(tǒng)的直腔單頻光纖激光器，短、長線形腔由于駐波效應在增益介質(zhì)中形成的空間燒孔，將導致激光器產(chǎn)生多模振蕩，輸出光譜線寬展寬。但在腔內(nèi)激光傳播過程中，腔長同縱模間隔成反比，隨著諧振腔長變短，腔內(nèi)縱模間隔加大，當相鄰縱模間隔大于腔鏡的反射光譜帶寬或有源光纖的增益譜寬時，激光器就可獲得單頻運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)單頻窄線寬激光輸出，如圖1所示。