[發明專利]一種混合型高功率單頻激光器

有效

• 申請號: 202011494276.1
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112636184B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 高俊;陳新文;毛海岑;王斌;程俊
• 申請（專利權）人: 華中光電技術研究所（中國船舶重工集團公司第七一七研究所）
• 主分類號: H01S5/50
• 分類號: H01S5/50;H01S3/109
• 代理公司: 武漢藍寶石專利代理事務所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 高蘭

本發明涉及一種混合型高功率單頻激光器，包括光纖種子源單元、半導體光放大單元、780nm單模保偏光纖；所述光纖種子源單元和半導體光放大單元通過780nm單模保偏光纖連接；所述的混合型單頻激光器通過780nm單模保偏光纖輸出高功率線偏振單頻激光。本發明兼具高功率單頻光纖激光器和單頻半導體激光器的優勢，在不影響激光器單頻性能的前提下，簡化光路結構，降低有源光器件數量，同時降低系統功耗和系統復雜度，可以更好地滿足工程化應用的需求。

技術領域

本發明涉及激光技術領域，具體涉及一種采用單頻光纖種子源和半導體光放大器的混合型高功率單頻激光器，特別針對冷原子干涉儀的應用。

背景技術

基于物質波干涉的冷原子干涉儀(冷原子陀螺、原子重力儀、重力梯度儀)的測量精度均已達到或超過傳統體制同類儀器，驗證了其高精度敏感測量能力，在高精度自主導航能力和國家重力場建設等方面具有極高的應用價值。冷原子干涉儀正朝著進一步提升精度和商品化的方向邁進。

單頻激光參與冷原子干涉儀中原子操控的所有物理過程，是對原子進行精密操控的必備工作。目前商用⁸⁷Rb原子干涉儀采用的780nm高功率單頻激光器為MOPA體制，具體分為光纖和半導體兩種。

780nm高功率單頻光纖激光器采用1560nm低功率低相噪種子源，通過光纖放大器產生高功率1560nm基頻光，再通過倍頻過程獲得780nm瓦級單頻激光輸出，如圖1所示。該方式很好地利用了1560nm單頻光纖激光種子源的超低噪聲的優點，但存在以下問題：受限于倍頻效率和對基頻光強的要求，功率放大級需要采用多級放大以達到十瓦級1560nm輸出，整個系統復雜且功耗較大；倍頻過程中熱載大，780nm激光功率穩定性易受環境溫度影響(倍頻晶體直接影響倍頻效率)；倍頻后仍有較多的基頻光(1560nm)剩余。

780nm高功率單頻半導體激光器采用780nm低功率半導體激光種子源，直接通過半導體光放大器獲得780nm瓦級單頻激光輸出，如圖2所示。該方式中僅需利用2個有源光器件和少數無源光器件，系統復雜度低，且直接采用電光轉化實現功率放大，系統功耗較低。但是，即使采用780nm外腔種子源，780nm半導體激光種子源的相位噪聲仍然高于1560nm光纖種子源，不利于冷原子干涉儀系統精度的進一步提升。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的技術問題，提供一種將光纖種子源與半導體光放大相結合的混合型高功率單頻激光器，兼顧高功率單頻光纖激光器和單頻半導體激光器的優勢，在不影響激光器單頻性能的前提下，簡化光路結構，降低有源光器件數量，同時降低系統功耗和系統復雜度，可以更好地滿足實際應用的需求。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種混合型單頻激光器，包括光纖種子源單元、半導體光放大單元兩部分，光纖種子源單元和半導體光放大單元通過780nm單模保偏光纖連接。激光器通過780nm單模保偏光纖輸出高功率線偏振單頻激光。

通過腔內共振倍頻獲得低相噪的780nm光纖種子源，通過不同類型的半導體光放大器進行放大，降低系統復雜度和功耗，提升功率穩定性。

利用半導體光放大單元，通過直接電光轉化對種子光進行功率放大，降低系統功耗。

進一步的，所述光纖種子源單元包括：1560nm單頻激光種子源、1560nm光隔離器、1560nm光纖耦合鏡、第一凹面鏡、周期性極化鈮酸鋰(Periodically Poled LithiumNiobate，PPLN)倍頻晶體，第二凹面鏡、雙色鏡、吸光板、780nm半波片、780nm光纖耦合鏡和用于對倍頻組件進行高精度溫控的半導體制冷片(Thermo Electric Cooler，TEC)。

其中，1560nm單頻激光種子源與1560nm光隔離器之間、1560nm光隔離器和1560nm光纖耦合鏡之間通過1560nm單模保偏光纖進行保偏熔接處理；780nm光纖耦合鏡通過780nm單模保偏光纖與半導體光放大單元連接。