[實用新型]窄線寬單頻激光光源

有效

• 申請號: 201920180647.5
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN209448207U
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 文僑;孫志豪
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/08
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 李艷麗

本實用新型適用于光學技術領域，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傳輸；增益光纖用于吸收泵浦光并發出激發光；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形的諧振腔；濾波單元直接刻寫于增益光纖上。本實用新型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，該光源結構簡單，激光輸出穩定性好；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。

技術領域

本實用新型屬于光學技術領域，特別涉及一種窄線寬單頻激光光源。

背景技術

隨著激光技術的發展，其在精密干涉測量、激光傳感技術和光通信技術等領域得到了飛速的發展。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點，在精密和超精密測長領域獲得了廣泛的應用。

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

在激光傳感技術中由于深海油氣開發和國防發展的需要，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成的聲吶脈沖測距系統，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，隨著互聯網的普及，如何提高系統傳輸速率成為了光通信領域的重要研究目標。在高速傳輸速率的光通信系統中，為了滿足誤碼的要求，調制格式下，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，而且必須工作在穩定的單縱模狀態。而這也需要光纖激光器通過必要的模式選擇和控制措施，如諧振腔結構改進或利用非線性二波混頻等，使諧振腔內只存在一個縱模振蕩，即工作在單縱模或單頻運轉狀態。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狀態，光纖激光器就能獲得良好單色性、相干性，使光電系統的性能得到極大改善和提升，獲得極大的經濟效益和社會效益。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單縱模工作的，此時尚難避免多縱模出現，結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多腔縱模選擇。非線性二波混頻技術激光器，二波混頻是廣泛存在于非線性介質中的一種非線性效應，如光致折射率材料、克爾材料、激光增益介質中均存在非線性二波混頻現象。其基本原理是在這些介質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中產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，也可以在諧振腔內形成折射率光柵或增益光柵，實現縱模的有效選擇，使光纖激光器獲得單縱模運轉。

在上述三種單頻激光器中，共同的缺點為結構復雜，線寬與功率不能兼顧，線寬窄時功率低。對于傳統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中形成的空間燒孔，將導致激光器產生多模振蕩，輸出光譜線寬展寬。但在腔內激光傳播過程中，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，實現單頻窄線寬激光輸出，如圖1所示。