CN102185240A - 高功率低噪声单频光纤激光器 - Google Patents

Abstract

一种高功率低噪声单频光纤激光器，包括：一半导体激光器；一有源相移光栅，该有源相移光栅的一端与半导体激光器的输出端连接；一具有波长选择性的光隔离器，该具有波长选择性的光隔离器的输入端与有源相移光栅的另一端连接；一有源光纤，该有源光纤的一端与具有波长选择性的光隔离器的输出端连接；一具有光隔离作用的带通滤波器，该具有光隔离作用的带通滤波器的输入端与有源光纤的另一端连接。

Description

高功率低噪声单频光纤激光器

技术领域：

本发明涉及光纤激光器领域，特别涉及高功率低噪声单频光纤激光器领域。

技术背景

光纤激光器具有窄线宽，噪声低，光束质量好，与光纤兼容等优点，广泛应用于光学测量，光纤通信和光纤传感领域。在各种类型的光纤激光器中，高功率低噪声单频光纤激光器具有重要的应用价值，它可以作为干涉式水听器、激光测风雷达、谐振型光纤陀螺、高精度应变/应力传感器等的激光光源，其线宽、功率、频率噪声等指标可以和价格昂贵的全固态环形腔激光器相媲美，成为了具有高性价比低噪声单频激光器的一个重要技术途径。

在现有光纤激光器的技术中，实现高功率低噪声单频输出的方法主要有两种：带有窄带选频器件的环形腔光纤激光器和采用短腔长的线型腔光纤激光器。前者通常采用在环形腔内部加入F-P腔等滤波器或者在腔外引入饱和吸收体作为窄带滤波器来实现单频窄线宽低噪声输出，这种结构有源光纤长度较长，这通常会导致了激光器的频率稳定性较差，存在模式跳变问题。在短线型腔激光器中有分布反射(DBR)和分布反馈(DFB)两种不同类型。DBR结构中，谐振腔由两个接在有源光纤两端的光纤光栅组成，为了实现高功率单频低噪声输出，需要长度只有几厘米的高掺杂浓度的有源光纤，如NP公司申请的高功率窄线宽单频光纤激光器专利(US2004/0240508A1)和华南理工申请的专利(200810220661.X)。该DBR结构对有源光纤有着非常高的要求，而研制高增益光纤上费用十分昂贵。DFB结构中，谐振腔是直接写制在有源光纤上的相移光栅，特殊的结构保证了激光器低噪声单频输出，由于高增益有源光纤难以写制光栅，所以该结构中使用的有源光纤通常增益系数较低，输出功率有限。为了实现提高输出功率，通常采用的办法是在激光器输出后面再连接一个光放大器，该光放大器有自己独立的光隔离器和泵浦源。由于DFB光纤激光器(种子激光器)和光放大器是分离的，所以尺寸较大，能源利用率低，器件冗余、从而导致成本较高，难以实用化。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高功率低噪声单频光纤激光器，其可克服种子激光器和放大器相分离的不足，具有尺寸小，能源利用率高和成本较低的优点。

本发明提供一种高功率低噪声单频光纤激光器，包括：

一半导体激光器；

一有源相移光栅，该有源相移光栅的一端与半导体激光器的输出端连接；

一具有波长选择性的光隔离器，该具有波长选择性的光隔离器的输入端与有源相移光栅的另一端连接；

一有源光纤，该有源光纤的一端与具有波长选择性的光隔离器的输出端连接；

一具有光隔离作用的带通滤波器，该具有光隔离作用的带通滤波器的输入端与有源光纤的另一端连接。

其中具有波长选择性的光隔离由波分复用器和信号光隔离器组成，能够通过泵浦光和信号光，但只对信号光具有反向隔离作用。

其中具有光隔离作用的带通滤波器由环行器和光纤光栅组成，只让信号光通过，且对信号光具有反向隔离作用。

其中半导体激光器发射的泵浦光波长在976nm，输出功率为50-400mW。

其中有源相移光栅的长度为4-10cm。

其中具有波长选择性的光隔离器对泵浦光的***损耗小于1.5dB。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例和附图对本发明作一详细的描述，其中：

图1是本发明的结构示意图。

其中：1.为半导体激光器，2.为有源相移光栅，3.为具有波长选择性的光隔离器，4.为有源光纤，5.为具有光隔离作用的带通滤波器。

具体实施方式

请参照图1，图1是本发明提供的单纤多波长光纤激光器的结构示意图，该光纤激光器包括：半导体激光器1、有源相移光栅2、具有波长选择性的光隔离器3、有源光纤4和具有光隔离作用的带通滤波器5，其中，该半导体激光器1连接有源相移光栅2的一端，有源相移光栅2的另一端连接具有波长选择性的光隔离器3的输入端，具有波长选择性的光隔离器3的输出端连接有源光纤4的一端，有源光纤4的另一端接具有光隔离作用的带通滤波器5的输入端。

其中具有波长选择性的光隔离器3由波分复用器和信号光隔离器组成，能够通过泵浦光和信号光，但只对信号光具有反向隔离作用。

其中具有光隔离作用的带通滤波器5由环行器和光纤光栅组成，只让信号光通过，且对信号光具有反向隔离作用。

在本实施例中，半导体激光器1发射的泵浦光波长在976nm，输出功率为100mW。有源相移光栅2的长度为4-10cm(本实施例为5cm)，掺铒光纤作为有源介质，中心波长在1535nm附近，在50-400mW(本实施例为100mW)泵浦光作用下，输出单频低噪声的前向信号光，功率约为100μW，边模抑制比约为55dB。前向信号光和剩余的泵浦光经具有波长选择性的光隔离器3进入掺铒光纤4。该具有波长选择性的光隔离器3能够同时通过泵浦光和信号光，但只对信号光有隔离作用，防止反向信号光进入有源相移光栅而导致的模式跳变和噪声增加问题。具有波长选择性的光隔离器3由波分复用器和信号光隔离器组成，对泵浦光的***损耗小于1.5dB，克服了普通信号光隔离器难以通过泵浦光的问题。剩余泵浦光进入4米长的掺铒光纤4，使得铒离子发生粒子数反转，进而放大信号光的功率至20mW左右。然后放大后的信号光、少量残余泵浦光以及放大的自发辐射光进入具有隔离作用的带通滤波器5。该滤波器5由环行器和光纤光栅组成，环行器对信号光的反向传输具有隔离作用，光纤光栅是用来对信号光进行带通滤波，保证滤波器的输出端只存在信号光，无残余泵浦光和其它波长的自发辐射光。经滤波器后的信号光输出功率约为10mW，边模抑制比可达60dB，信号光噪声水平不变且保持单频输出特性。该新型的高功率低噪声单频光纤激光器采用单一半导体激光器对有源相移光栅和掺铒光纤进行泵浦，种子激光器和光放大器融合在一起，充分利用了泵浦光，提高了能量利用率。另外，整体结构简单，无冗余的光器件。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高功率低噪声单频光纤激光器，包括：

一半导体激光器；

一有源相移光栅，该有源相移光栅的一端与半导体激光器的输出端连接；

一具有波长选择性的光隔离器，该具有波长选择性的光隔离器的输入端与有源相移光栅的另一端连接；

一有源光纤，该有源光纤的一端与具有波长选择性的光隔离器的输出端连接；

一具有光隔离作用的带通滤波器，该具有光隔离作用的带通滤波器的输入端与有源光纤的另一端连接。

2.根据权利要求1所述的高功率低噪声单频光纤激光器，其中具有波长选择性的光隔离由波分复用器和信号光隔离器组成，能够通过泵浦光和信号光，但只对信号光具有反向隔离作用。

3.根据权利要求1所述的高功率低噪声单频光纤激光器，其中具有光隔离作用的带通滤波器由环行器和光纤光栅组成，只让信号光通过，且对信号光具有反向隔离作用。

4.根据权利要求1所述的高功率低噪声单频光纤激光器，其中半导体激光器发射的泵浦光波长在976nm，输出功率为50-400mW。

5.根据权利要求1所述的高功率低噪声单频光纤激光器，其中有源相移光栅的长度为4-10cm。

6.根据权利要求1所述的高功率低噪声单频光纤激光器，其中具有波长选择性的光隔离器对泵浦光的***损耗小于1.5dB。

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