CN103579893A - 一种单程后向多光栅复合控制掺铒光纤光源 - Google Patents

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吴衍记
李宗利
胡斌
张丽哲
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本发明属于掺铒光纤光源，具体涉及一种单程后向多光栅复合控制掺铒光纤光源。一种单程后向多光栅复合控制掺铒光纤光源，包括顺次设置的，且信号连接的无制冷泵浦激光器、聚焦镜、掺铒光纤，在无制冷泵浦激光器与聚焦镜之间设置选频光栅和温度补偿光栅，在掺铒光纤的正向输出端设置反射镜光栅，在掺铒光纤的反向输出端设置输出光谱滤波光栅，输出光谱滤波光栅的输出信号为整个装置的输出信号。本发明的有益效果是：本专利针对泵浦激光器输出中心波长漂移与输出光谱谱宽的变化，提出了采用多光栅复合控制方案，有效地控制了泵浦激光器的输出光谱谱宽变化和中心波长温度漂移。

Description

一种单程后向多光栅复合控制掺铒光纤光源
技术领域
本发明属于掺铒光纤光源，具体涉及一种单程后向多光栅复合控制掺铒光纤光源。
背景技术
目前光纤陀螺普遍采用两种光源：SLD与掺铒光纤光源，SLD光源温度性能较差，需要TEC（热电控制）降低其温度敏感性能，受限于TEC控制精度的影响，高精度光纤陀螺广泛采用掺铒光纤光源，掺铒光纤光源的关键部件是泵浦激光器，其主要作用是为掺铒光纤光源提供980nm或者是1480nm的泵浦光。在实际应用中，泵浦激光器的输出光会随着外界环境的变化而产生波动，主要是体现在中心波长的漂移和输出光谱的谱宽的变化，这两个因素的变化会对掺铒光纤光源性能造成很大的影响。需要采取措施对其进行有效的控制降低其影响。
具体的说，现有的掺铒光纤光源的结构一般分为如附图1～4所示的四种：单程前向、单程后向、双程前向、双程后向。四种结构的组成部件均由无制冷泵浦激光器、掺铒光纤、反射镜、聚焦透镜组成，但是器件的位置不同决定了光源的不同结构。总的来说在同等铒纤长度和泵浦激光器输出的条件下，由于单通结构仅利用掺铒光纤中的前向或者后向放大的自发辐射，而另一方向的自发辐射没有有效的利用，因此单通结构较双通结构输出光功率低。
单通结构中单通前向结构（如图1），若掺铒光纤长度较长时，光纤输出端的泵浦光差不多损耗殆尽，此时前向输出光强比较弱，加之泵浦激光器和光纤陀螺光信号之间都会产生光反馈，这两种光反馈会在掺铒光纤中形成谐振腔，使输出光谱变窄，因此在干涉式光纤陀螺一般不采用此结构。单通后向结构(如图2),此结构中掺铒光纤延前、后两个方向产生自发放大的自发辐射信号，此方案的特点是仅利用后向自发放大的自发辐射光，其优势之一是能够有效地避免光反馈引入的附加噪声，优势之二是此结构可以对大范围内的泵浦功率变化不敏感，呈现出高的稳定性。
双通结构中双通前向结构（如图3）,反射镜在泵浦光输入端，采用波分复用器将泵浦光注入掺铒光纤中，沿前向、后向两个方向产生放大的自发辐射信号，向后的ASE经反射镜反射后再次通过掺铒光纤放大并与前向ASE（自发放大辐射）叠加，形成更强的前向输出功率。双通后向结构（如图4），利用波分复用器将泵浦光注入掺饵光纤中，向前、向后两个方向产生自发辐射信号。向前的ASE经反射镜反射后再次通过掺饵光纤放大后并与向后ASE叠加，形成更强的后向输出功率。两种结构中双通后向结构比双通前向结构具有更好的波长稳定性。
总之这四种结构同样存在泵浦激光器的输出中心波长稳定问题，在实际应用中无法很好的满足需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种单程后向多光栅复合控制掺铒光纤光源。
本发明是这样实现的：一种单程后向多光栅复合控制掺铒光纤光源，包括顺次设置的，且信号连接的无制冷泵浦激光器、聚焦镜、掺铒光纤，在无制冷泵浦激光器与聚焦镜之间设置选频光栅和温度补偿光栅，在掺铒光纤的正向输出端设置反射镜光栅，在掺铒光纤的反向输出端设置输出光谱滤波光栅，输出光谱滤波光栅的输出信号为整个装置的输出信号。
如上所述的一种单程后向多光栅复合控制掺铒光纤光源，其中，设置顺序为无制冷泵浦激光器的输出信号发送给选频光栅，选频光栅的输出信号发送给温度补偿光栅，温度补偿光栅的输出信号发送给聚焦镜。
如上所述的一种单程后向多光栅复合控制掺铒光纤光源，其中，在该装置中选频光栅作用是激光器输出光的选频，温度补偿光栅主要作用是中心波长的温度变化补偿，输出光谱滤波光栅的作用是输出光谱滤波，进一步保证了输出光谱的稳定性能，反射镜光栅启反射镜作用。
本发明的有益效果是：本专利针对泵浦激光器输出中心波长漂移与输出光谱谱宽的变化，提出了采用多光栅复合控制方案，有效地控制了泵浦激光器的输出光谱谱宽变化和中心波长温度漂移。
附图说明
图1是传统技术中单程前向掺铒光纤光源的结构示意图；
图2是传统技术中单程后向掺铒光纤光源的结构示意图；
图3是传统技术中双程前向掺铒光纤光源的结构示意图；
图4是传统技术中双程后向掺铒光纤光源的结构示意图；
图5是本发明提供的单程前向多光栅复合控制掺铒光纤光源的结构示意图；
图6是本发明提供的单程后向多光栅复合控制掺铒光纤光源的结构示意图；
图7是本发明提供的双程前向多光栅复合控制掺铒光纤光源的结构示意图；
图8是本发明提供的双程后向多光栅复合控制掺铒光纤光源的结构示意图；
图中：1.无制冷泵浦激光器、2.聚焦镜、3.掺铒光纤、4.信号输出、5.选频光栅、6.温度补偿光栅、7.输出光谱滤波光栅、8.反射镜光栅。
具体实施方式
实例一
如附图5所示，一种单程前向多光栅复合控制掺铒光纤光源，包括顺次设置的，且信号连接的无制冷泵浦激光器1、聚焦镜2、掺铒光纤3，与传统技术方案不同的是，在无制冷泵浦激光器1与聚焦镜2之间设置选频光栅5和温度补偿光栅6，设置顺序为无制冷泵浦激光器1的输出信号发送给选频光栅5，选频光栅5的输出信号发送给温度补偿光栅6，温度补偿光栅6的输出信号发送给聚焦镜2。在掺铒光纤3的输出端设置输出光谱滤波光栅7。输出光谱滤波光栅7的输出信号为整个装置的输出信号。
在该装置中选频光栅5作用是激光器输出光的选频（即中心波长选择），温度补偿光栅6主要作用是中心波长的温度变化补偿，输出光谱滤波光栅7的作用是输出光谱滤波，进一步保证了输出光谱的稳定性能。
该装置的工作过程大致为：无制冷泵浦激光器1产生原始信号，该原始信号经过选频光栅5的选频和温度补偿光栅6的温度补偿后，发送给聚焦镜2，经过聚焦镜2的聚焦后信号被发送给掺铒光纤3，经过掺铒光纤3的处理，信号被发送给输出光谱滤波光栅7，经过该输出光谱滤波光栅7的再次滤波后生成最终的输出信号。
实施例二
如附图6所示，一种单程后向多光栅复合控制掺铒光纤光源，包括顺次设置的，且信号连接的无制冷泵浦激光器1、聚焦镜2、掺铒光纤3，与传统技术方案不同的是，在无制冷泵浦激光器1与聚焦镜2之间设置选频光栅5和温度补偿光栅6，设置顺序为无制冷泵浦激光器1的输出信号发送给选频光栅5，选频光栅5的输出信号发送给温度补偿光栅6，温度补偿光栅6的输出信号发送给聚焦镜2。在掺铒光纤3的正向输出端设置反射镜光栅8，在掺铒光纤3的反向输出端设置输出光谱滤波光栅7。输出光谱滤波光栅7的输出信号为整个装置的输出信号。
在该装置中选频光栅5作用是激光器输出光的选频（即中心波长选择），温度补偿光栅6主要作用是中心波长的温度变化补偿，输出光谱滤波光栅7的作用是输出光谱滤波，进一步保证了输出光谱的稳定性能，反射镜光栅8启反射镜作用。
该装置的工作过程大致为：无制冷泵浦激光器1产生原始信号，该原始信号经过选频光栅5的选频和温度补偿光栅6的温度补偿后，发送给聚焦镜2，经过聚焦镜2的聚焦后信号被发送给掺铒光纤3，经过掺铒光纤3的处理，信号被发送给反射镜光栅8，经过反射，信号再次进入掺铒光纤3，经过掺铒光纤3的处理，信号被发送给输出光谱滤波光栅7，经过该输出光谱滤波光栅7的再次滤波后生成最终的输出信号。
实施例三
如附图7所示，一种双程前向多光栅复合控制掺铒光纤光源，包括顺次设置的，且信号连接的无制冷泵浦激光器1、聚焦镜2、掺铒光纤3，与传统技术方案不同的是，在无制冷泵浦激光器1与聚焦镜2之间设置选频光栅5和温度补偿光栅6，设置顺序为无制冷泵浦激光器1的输出信号发送给选频光栅5，选频光栅5的输出信号发送给温度补偿光栅6，温度补偿光栅6的输出信号发送给聚焦镜2。在聚焦镜2和掺铒光纤3之间设置反射镜光栅8，并且反射镜光栅8的反射面朝向掺铒光纤3，在掺铒光纤3的反向输出端设置输出光谱滤波光栅7。输出光谱滤波光栅7的输出信号为整个装置的输出信号。
在该装置中选频光栅5作用是激光器输出光的选频（即中心波长选择），温度补偿光栅6主要作用是中心波长的温度变化补偿，输出光谱滤波光栅7的作用是输出光谱滤波，进一步保证了输出光谱的稳定性能，反射镜光栅8启反射镜作用。
该装置的工作过程大致为：无制冷泵浦激光器1产生原始信号，该原始信号经过选频光栅5的选频和温度补偿光栅6的温度补偿后，发送给聚焦镜2，经过聚焦镜2的聚焦后信号被发送给掺铒光纤3，掺铒光纤3，经过掺铒光纤3的处理，信号被发送给反射镜光栅8，经过反射，信号再次进入掺铒光纤3，经过掺铒光纤3的处理，信号被发送给输出光谱滤波光栅7，经过该输出光谱滤波光栅7的再次滤波后生成最终的输出信号。
实施例四
如附图8所示，一种双程后向多光栅复合控制掺铒光纤光源，包括顺次设置的，且信号连接的无制冷泵浦激光器1、聚焦镜2、掺铒光纤3，与传统技术方案不同的是，在无制冷泵浦激光器1与聚焦镜2之间设置选频光栅5和温度补偿光栅6，设置顺序为无制冷泵浦激光器1的输出信号发送给选频光栅5，选频光栅5的输出信号发送给温度补偿光栅6，温度补偿光栅6的输出信号发送给聚焦镜2。聚焦镜2的输出信号发送给掺铒光纤3。掺铒光纤3的正向输出端与反射镜光栅8信号连接，信号经过反射镜光栅8的反射后再次返回掺铒光纤3。掺铒光纤3反向输出端设置输出光谱滤波光栅7。输出光谱滤波光栅7的输出信号为整个装置的输出信号。
在该装置中选频光栅5作用是激光器输出光的选频（即中心波长选择），温度补偿光栅6主要作用是中心波长的温度变化补偿，输出光谱滤波光栅7的作用是输出光谱滤波，进一步保证了输出光谱的稳定性能，反射镜光栅8启反射镜作用。
该装置的工作过程大致为：无制冷泵浦激光器1产生原始信号，该原始信号经过选频光栅5的选频和温度补偿光栅6的温度补偿后，发送给聚焦镜2，经过聚焦镜2的聚焦后信号被发送给掺铒光纤3，掺铒光纤3，经过掺铒光纤3的处理，信号被发送给反射镜光栅8，经过反射，信号再次进入掺铒光纤3，经过掺铒光纤3的处理，信号被发送给输出光谱滤波光栅7，经过该输出光谱滤波光栅7的再次滤波后生成最终的输出信号。

Claims (3)

1.一种单程后向多光栅复合控制掺铒光纤光源，包括顺次设置的，且信号连接的无制冷泵浦激光器（1）、聚焦镜（2）、掺铒光纤（3），其特征在于：在无制冷泵浦激光器（1）与聚焦镜（2）之间设置选频光栅（5）和温度补偿光栅（6），在掺铒光纤（3）的正向输出端设置反射镜光栅（8），在掺铒光纤（3）的反向输出端设置输出光谱滤波光栅（7），输出光谱滤波光栅（7）的输出信号为整个装置的输出信号。
2.如权利要求1所述的一种单程后向多光栅复合控制掺铒光纤光源，其特征在于：选频光栅（5）和温度补偿光栅（6）的设置顺序为无制冷泵浦激光器（1）的输出信号发送给选频光栅（5），选频光栅（5）的输出信号发送给温度补偿光栅（6），温度补偿光栅（6）的输出信号发送给聚焦镜（2）。
3.如权利要求2所述的一种单程后向多光栅复合控制掺铒光纤光源，其特征在于：在该装置中选频光栅（5）作用是激光器输出光的选频，温度补偿光栅（6）主要作用是中心波长的温度变化补偿，输出光谱滤波光栅（7）的作用是输出光谱滤波，进一步保证了输出光谱的稳定性能，反射镜光栅（8）启反射镜作用。
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