[發明專利]一種可調諧單頻脈沖光纖激光器

在審

• 申請號: 202110566563.7
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113410736A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 楊昌盛;徐善輝;黃麟桓;楊中民;馮洲明
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/11
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種可調諧單頻脈沖光纖激光器，所述激光器包括高反射率啁啾光纖光柵、高增益光纖、低反射率啁啾光纖光柵、泵浦激光器、光波分復用器、光環形器、可調諧光濾波器組件、調Q元器件和光耦合器；所述光纖激光器是復合腔結構，其中由高反射率啁啾光纖光柵、高增益光纖和低反射率啁啾光纖光柵共同構成線型腔部分；由光環形器、可調諧光濾波器組件、調Q元器件和光耦合器共同構成環形腔部分。該光纖激光器結合復合腔的結構優勢，具有波長調諧范圍大、脈沖參數易于控制、光束質量好、相干性高等優點，可應用于雷達系統、醫藥、光譜學、傳感、太赫茲生成、非線性頻率轉換等領域。

技術領域

本發明屬于光纖激光器技術領域，具體涉及一種寬調諧范圍、單頻、脈沖輸出形式的光纖激光器。

背景技術

脈沖單頻光纖激光器具有良好的光束質量和高的相干性等優點，在雷達系統、醫藥、光譜學、傳感、太赫茲生成、非線性頻率轉換等領域有較大的需求。對于以脈沖形式工作的單頻激光器而言，即在諧振腔中插入調Q元器件，通過輸入調制信號調節激光諧振腔的損耗來實現脈沖輸出。常用的調制方式有主動調Q和被動調Q。主動調Q的優勢在于脈沖重復頻率和脈沖寬度可以獨立調節，但是需要復雜的電子控制設備；被動調Q的優勢在于調Q元件體積小、靈活性好，但是對脈沖的控制具有局限性，不能獨立控制每個脈沖參數。

然而，一些應用場合要求脈沖單頻光纖激光器的工作波長大范圍可調，即對其調諧性能提出了強烈要求。例如，在雷達系統方面，將波長調諧至氣體的吸收峰值對應的波長，可以產生顯著的反射信號，從而得到氣體的具體含量；在醫學方面，可調諧單頻脈沖光纖激光器可用于光聲成像技術，在不同的波長條件下，通過光學方法生成組織的高空間分辨率圖像；在光譜學方面，當激光波長被調諧到與樣品的紅外振動吸收峰相匹配時，樣品在一定時間內發熱，產生光熱誘導共振，從而確定樣品的光譜特征。目前，可調諧單頻脈沖激光光源主要通過環形腔內插入可調諧元器件來實現可調諧操作，但存在容易跳模和輸出功率不穩定的現象。另外，可調諧濾波器件難以應用在結構緊湊的線型單頻諧振腔中，盡管采用加載應力或調節溫度的方式可以使得線型諧振腔的中心波長發生改變，但此種調諧方法只能實現窄范圍的波長調諧，通常小于2nm。

現有相關專利有：(1)2014年，中國電子科技集團公司第二十六研究所申請了一種MOPA結構的聲光調Q脈沖光纖激光器，通過控制腔內的光纖聲光調制器，實現了重復頻率連續可調的脈沖激光輸出[公開號：CN103944056]，但是該專利并非單頻脈沖激光輸出，且沒有實現波長調諧；(2)2014年，中國科學院上海光學精密機械研究所申請了一種1.6μm波段脈沖型單頻線偏振激光器，將1.5μm波段的脈沖進行泵浦，同時注入1.6μm保偏單頻種子脈沖，通過放大實現了1.6μm保偏單頻脈沖輸出(公開號：CN103944056)，但是該專利并非全光纖結構，且沒有實現波長調諧。相關論文有：(1)2011年，Y M Chang等人利用超快可變光衰減器作為Q開關插入到諧振腔中，通過對光衰減器加入調制信號，獲得了最小脈寬為86ns的單頻脈沖輸出(Opt.Express,2011,19:26911)，但是并沒有實現波長調諧；(2)2018年，X Xu等人通過RbTiOPO₄標準具和壓電陶瓷的同步調節進行粗調頻和細調頻，實現了頻率調諧范圍為14GHz的1064nm單頻激光輸出(Appl.Opt.,2018,57:2287)，但是其激光輸出的調諧能力有限，無法實現更大的調諧范圍。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，公開了一種波長可調諧的單頻脈沖光纖激光器，首先通過高反射率啁啾光纖光柵、高增益光纖和低反射率啁啾光纖光柵構成線型腔部分；然后通過光環形器、可調諧光濾波器組件、調Q元器件和光耦合器共同構成環形腔部分；通過自注入鎖定方式，將線型腔和環形腔組合為復合腔結構，一起實現全光纖化、單縱模、寬調諧范圍、脈沖輸出形式的光纖激光輸出。

為了達到上述目的，本發明的目的至少通過如下技術方案之一實現。