CN104993361B - 一种线形单纵模单偏振光纤激光器的制作方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种线形单纵模单偏振光纤激光器的制作方法，包含以下步骤：用紫外准分子激光器刻制一段增益光纤光栅，所述光纤光栅的反射率不低于99％；用CO2激光器对所述光纤光栅进行热处理，所述热处理点左右两边光纤光栅的长度比为1:1；在热处理过程中会在热处理位置引入一定的相移，从而产生激光；同时引入损耗，将其中一个偏振态损耗掉，产生单偏振激光输出。本发明的制作方法及装置所得到的激光器为全光纤结构，相比于普通的线性腔光纤激光器仅在腔中加入了相移，相比于以往的环形腔、复合腔结构单频激光器，实现难度低，输出信号稳定，能够产品化。

Description

一种线形单纵模单偏振光纤激光器的制作方法及装置
技术领域
本发明涉及光纤及激光技术领域，特别涉及一种线形单纵模单偏振光纤激光器的制作方法及装置。
技术背景
光纤在制作过程中，由于工艺水平造成的自身几何结构的缺陷以及光纤激光器在刻写过程中紫外曝光等原因，光纤激光器存在一定的双折射。由于光纤具有双折射，正交双频光纤激光器输出的激光具有两个正交偏振态模式，均为单频激光信号，由于这两个偏振态模式的工作频率不同，在高速光电探测器上混频之后会产生拍频信号，拍频信号的频率决定于腔内双折射，即光纤慢轴和光纤快轴的有效折射率之差。而单频光纤激光器是通过损耗其中一个偏振态，实现单纵模振荡，具有窄线宽、低噪声和相干性好等优点，普遍应用于光纤传感、光纤遥感、高精度光谱分析和光纤通信领域。
以往实现单频窄线宽激光输出的光纤激光器主要采用短腔法和环形腔法。其中短腔法一般采用窄线宽光纤光栅作为激光器腔镜，长度为几厘米的高掺杂浓度的掺Er3+光纤作为增益介质。W.Guan，J.R.Marcian在(A Single Frequency，2-cm，Yb-doped SilicaFiber Laser)其中高浓度掺镱的石英光纤长度仅为1.5cm，正是如此短的谐振腔长才得到了单频的频谱输出。此结构因为要采用两个波长一致、高反射率的光纤光栅，制作起来比较困难。短腔法常用的硅酸盐光纤中Er3+离子浓度不能太高，否则会产生浓度淬火现象，因此多采用磷酸盐玻璃光纤，但是其成本很高；环形腔法可以实现单频输出，但是其激光输出功率低，增加掺杂光纤长度可以提高输出功率但是会影响激光频率稳定性，很难产品化。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种线形单纵模单偏振光纤激光器的制作方法。
本发明的另一目的在于提供一种线形单纵模单偏振光纤激光器的制作装置。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种线形单纵模单偏振光纤激光器的制作方法，包括以下步骤：
S1.用紫外准分子激光器刻制一段增益光纤光栅，所述光纤光栅的反射率不低于99％，以保证能够有足够的反馈；
S2.用CO2激光器对所述光纤光栅进行热处理，所述热处理点左右两边光纤光栅的长度比为1:1；
S3.在热处理过程中会在热处理位置引入一定的相移，从而产生激光；
S4.在进行步骤S3的同时引入损耗，将其中一个偏振态损耗掉，从而对激光器拍频进行永久性改变，产生单偏振激光输出。
所述的步骤S1具体为：用紫外准分子激光侧向扫描法透过相位掩模板，在光纤上直接写制长为25mm，中心波长为1537nm的光纤光栅。
所述的步骤S2具体为：通过调节CO2激光器的三维平台将所述光纤光栅放置在所述CO2激光器的焦平面上，会聚光束横向扫过光纤光栅并且行进路径与光纤光栅垂直，从而完成对所述光纤光栅的热处理。
所述的光纤光栅所用的光纤可以为铒镱共掺光纤、掺铒光纤、掺镱光纤。
本发明的另一目的通过以下的技术方案来实现：
一种线形单纵模单偏振光纤激光器的制作装置，包括：泵浦光源、光隔离器一、光纤光栅、CO2激光器；所述光纤光栅的反射率不低于99％；其中泵浦光源产生的泵浦光通过光隔离器一进入光纤光栅，所述CO2激光器对所述光纤光栅的中间位置进行热处理，引入一定的相移，产生激光；同时引入损耗，将其中一个偏振态损耗掉，产生单偏振激光输出。
还包括：波分复用器、光谱仪、光隔离器二、光电探测器、频谱分析仪、光栅夹具，所述波分复用器的公共端口连接所述光纤光栅，激光通过波分复用器后被分为两路，一路激光输入到所述光谱仪，另一路激光通过光隔离器二在所述光电探测器内混频形成拍频信号，最后通过所述频谱分析仪进行信号解调。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
基于本发明的制作方法及装置所制作的单纵模单偏振光纤激光器，为全光纤结构，相比于普通的线性腔光纤激光器仅在腔中加入了相移，相比于以往的环形腔、复合腔结构单频激光器，实现难度低，输出信号稳定，能够产品化。
附图说明
图1为本发明所述的单纵模单偏振光纤激光器的制作装置示意图；
图2为CO2激光器对光纤光栅进行热处理时的示意图；
图3为经过CO2激光器热处理后所得到的单纵模单偏振激光器输出激光的光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。首先对光纤光栅进行制作：利用相位掩模板，用紫外光侧向扫描法，在铒镱共掺光纤上直接写制长为25mm，中心波长为1537nm的光纤光栅，要求其反射率至少达到99％，保证提供足够的增益与反馈。
然后对光纤光栅进行热处理进而制作单纵模单偏振激光器。如图1所示，为制作单纵模单偏振光纤激光器的光路原理图。泵浦光源1产生的泵浦光经由光隔离器一2进入光纤光栅3，CO2激光器4对光纤光栅3进行热处理，在热处理过程引入相移，从而产生激光。在热处理过程中同时也引入损耗，使一个偏振方向的偏振态损耗掉，则产生单频激光。如图2所示为CO2激光器对光纤光栅进行热处理时的示意图，用光纤夹具10夹住光纤光栅3，通过调节CO2激光器的三维平台将光纤光栅3放置在CO2激光器4的焦平面上，如此处理可以使热处理效率最大；在进行热处理时，会聚光束横向扫过光纤光栅，行进路径与光纤光栅垂直，热处理点处于整根光纤光栅的中间位置，热处理点左右两边光纤光栅的长度比为1:1。
为了验证单纵模单偏振光纤激光器是否制作成功，如图1所示，在制作激光器的同时将光纤光栅的另一端接到波分复用器5的公共端口，激光通过波分复用器后被分为两路，一路激光输入到光谱仪6，一路激光通过光隔离器二7在光电探测器8内混频形成拍频信号，最后通过频谱分析仪9进行信号解调。若单纵模单偏振光纤激光器制作成功，则可以通过光谱仪6看到激光光谱图，同时由于只有一个偏振态，在频谱分析仪9处观察不到拍频信号。
如图3所示，为经过CO2激光器热处理后所得到的单纵模单偏振激光器输出激光的光谱图，中心波长为1537nm，并且激光功率比较稳定。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种线形单纵模单偏振光纤激光器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.用紫外准分子激光器刻制一段增益光纤光栅，所述光纤光栅的反射率不低于99％；
S2.用CO2激光器对所述光纤光栅进行热处理，所述热处理点左右两边光纤光栅的长度比为1:1；
S3.在热处理过程中会在热处理位置引入一定的相移，从而产生激光；
S4.在进行步骤S3的同时引入损耗，将其中一个偏振态损耗掉，产生单偏振激光输出。
2.根据权利要求1所述的线形单纵模单偏振光纤激光器的制作方法，其特征在于，所述的步骤S1具体为：用紫外准分子激光侧向扫描法透过相位掩模板，在光纤上直接写制长为25mm，中心波长为1537nm的光纤光栅。
3.根据权利要求1所述的线形单纵模单偏振光纤激光器的制作方法，其特征在于，所述的步骤S2具体为：通过调节CO2激光器的三维平台将所述光纤光栅放置在所述CO2激光器的焦平面上，会聚光束横向扫过光纤光栅并且行进路径与光纤光栅垂直，从而完成对所述光纤光栅的热处理。
4.根据权利要求2所述的线形单纵模单偏振光纤激光器的制作方法，其特征在于：制作所述光纤光栅所用的光纤为铒镱共掺光纤、掺铒光纤、掺镱光纤中的一种。
5.一种实现如权利要求1-4任一项所述线形单纵模单偏振光纤激光器的制作方法的制作装置，其特征在于包括：泵浦光源、光隔离器一、光纤光栅、CO2激光器；所述光纤光栅的反射率不低于99％；其中泵浦光源产生的泵浦光通过光隔离器一进入光纤光栅，所述CO2激光器对所述光纤光栅的中间位置进行热处理，引入一定的相移，产生激光；同时引入损耗，将其中一个偏振态损耗掉，产生单偏振激光输出。
6.根据权利要求5所述的制作装置，其特征在于还包括：波分复用器、光谱仪、光隔离器二、光电探测器、频谱分析仪、光栅夹具，所述波分复用器的公共端口连接所述光纤光栅，激光通过波分复用器后被分为两路，一路激光输入到所述光谱仪，另一路激光通过光隔离器二在所述光电探测器内混频形成拍频信号，最后通过所述频谱分析仪进行信号解调。
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