CN109256663A - 一种基于双光纤环形滤波器的光纤激光器噪声抑制装置 - Google Patents

一种基于双光纤环形滤波器的光纤激光器噪声抑制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于双光纤环形滤波器的光纤激光器噪声抑制装置，包括恒温隔震外壳和放置于所述恒温隔震外壳内的光纤激光器、双光纤环形滤波器、布拉格光栅以及光栅耦合器；所述双光纤环形滤波器由第一光纤环和第二光纤环通过光栅耦合器进行耦合成双光纤环形结构，所述双光纤环形滤波器的第一光纤环包括第一端口和第二端口，所述第一端口与光纤激光器连接，第二端口为经本装置处理后的低噪声激光的输出口；所述布拉格光栅由一段在光纤上光刻的布拉格光栅构成，其熔接于所述双光纤环形滤波器的第二光纤环上；本发明通过双光纤环形滤波器的慢光效应增加腔内光子寿命实现激光器噪声抑制，整体结构简单且无光电转换模块，整体抑制带宽大幅提高。

Description

一种基于双光纤环形滤波器的光纤激光器噪声抑制装置
技术领域
本发明涉及光纤激光器，具体涉及一种基于双光纤环形滤波器的光纤激光器噪声抑制装置。
背景技术
近年来光纤激光器技术迅猛发展，光纤激光器的性能不断提高，应用越来越广泛。由于其体积小、线宽窄、使用方便等优点，光纤激光器广泛应用于光纤传感，激光雷达，高分辨率激光光谱等领域。这些应用领域对于光纤激光器的可靠性，噪声特性要求很高。一般的光纤激光器中的自由出光噪声水平难以满足相关高技术领域应用的需求。因此采取进一步的技术手段对光纤激光器中的输出激光噪声进行抑制，对相关的技术及装置的滤波，慢光等特性进行研究具有重要的意义。
对于光纤激光器的噪声抑制技术，通常是采用对其泵浦激光器的驱动电流进行电学反馈的方法进行噪声抑制（参见在先技术[1]：“Shot-noise-limited laser powerstabilization with a high-power photodiode array”, Optics Letters .Vol 34 ,No19 ,October 2009）。基本原理是通过探测器对激光输出强度和频率波动进行探测，再通过带宽增益经过合适设计的电学反馈回路，产生闭环控制，对泵浦激光器的电流进行负反馈调制来抑制光纤激光器的噪声。但是依靠电学信号反馈调制的强度噪声抑制技术会产生一系列的问题：
1.由于反馈由电学信号完成，电信号的响应比光信号慢得多，受限于反馈响应带宽，无法实现激光器高频噪声的抑制。
2.需要复杂的反馈电路以及各种伺服反馈电学元件。这些都限制了激光器噪声性能的进一步提高，并给应用带来不便。
为了克服上述封装技术的缺点，Pan Zhengqing等人提出了一种光纤环形滤波器的光纤激光器噪声抑制技术（参见在先技术[2]: “Fiber Ring With Long Delay Used asa Cavity Mirror for Narrowing Fiber Laser”, IEEE Photonics Technology Letters.Vol 26 ,No 16 ,2014）。其基本原理是由于单环滤波器的反射光谱，具有梳状滤波作用，相比于单个FBG，进一步提高了反射率、压窄线宽和增大群时延，具有良好的慢光效应，能有效增加激光腔内光子寿命，抑制激光噪声。但这种基于单环滤波器的光纤激光器噪声抑制技术受限于方案自身的原理，其滤波器本身是多模运转的，因此将它用于光纤激光器抑噪时，容易使得出射激光产生跳模，影响其在相关领域的应用。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于双光纤环形滤波器的光纤激光器噪声抑制装置。
技术方案：本发明所述一种基于双光纤环形滤波器的光纤激光器噪声抑制装置，包括光纤激光器、双光纤环形滤波器、布拉格光栅、光栅耦合器和恒温隔震外壳；
所述双光纤环形滤波器由第一光纤环和第二光纤环通过光栅耦合器进行耦合成双光纤环形结构，所述双光纤环形滤波器的第一光纤环包括第一端口和第二端口，所述第一端口与光纤激光器连接，第二端口为经本装置处理后的低噪声激光的输出口；所述布拉格光栅由一段在光纤上光刻的布拉格光栅构成，其熔接于所述双光纤环形滤波器的第二光纤环上，所述恒温隔震外壳内部放置本装置所述光电子器件。
本发明的进一步的优选技术方案为，所述光纤激光器的泵浦源为泵浦激光器提供的泵浦源。
优选地，所述光纤激光器的待抑制噪声的源激光器为DFB光纤激光器或DBR光纤激光器。
优选地，所述恒温隔震外壳为消除外部环境噪声对内部光电子器件干扰的结构外壳。
根据以上所述的一种基于双光纤环形滤波器的光纤激光器噪声抑制装置，具体操作步骤如下：
1)通过调节光纤激光器的工作温度，调节光纤激光器的出光中心频率，使得中心频率与所用布拉格光栅的透射频率相一致；
2)仔细调节第一光纤环和第二光纤环的长度，得到最大的边模抑制比和自由光谱范围；
3)双光纤环形滤波器的第一端口与光纤激光器相连，第二端口作为经本装置处理后的低噪声激光的输出口；
4)仔细调整恒温隔震外壳的状态，使得环境噪声的干扰对内部光电子器件的干扰降至最低，此时最终输出的低噪声激光从双光纤环形滤波器的第二端口输出。
本发明结合了双光纤环形滤波器的慢光效应与游标效应，利用慢光效应有限抑制光纤激光器噪声的同时，通过游标效应实现得到更大的自由光谱范围和边模抑制比，可以有效避免光纤激光器的跳模，进一步提升光纤激光器的性能，更好的满足相关科研领域及工程应用的需要。
有益效果：（1）本发明所述光纤激光器噪声抑制装置通过双光纤环形滤波器的慢光效应增加腔内光子寿命实现光纤激光器噪声抑制，整体结构简单且无光电转换模块，整体抑制带宽大幅提高；（2）本发明所述光纤激光器噪声抑制装置通过双光纤环形滤波器的设计，从而产生游标效应，实现得到更大的自由光谱范围和边模抑制比，可以形成双光纤环形滤波器的单模运转，可以抑制光纤激光器噪声的同时有效避免光纤激光器的跳模，更好的满足相关科研领域及工程应用的需要。
附图说明
图1为本发明所述光纤激光器噪声抑制装置的结构示意图。
图中，1-光纤激光器；2-双光纤环形滤波器；21-第一端口；22第二端口；3-布拉格光栅；4-光纤耦合器；5-泵浦激光器；6-恒温隔震外壳。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：一种基于双光纤环形滤波器的光纤激光器噪声抑制装置，包括恒温隔震外壳6和放置于恒温隔震外壳6内的光纤激光器1、双光纤环形滤波器2、布拉格光栅3以及光栅耦合器；光纤激光器1的泵浦源为泵浦激光器5提供的泵浦源，光纤激光器1的待抑制噪声的源激光器为DFB光纤激光器1或DBR光纤激光器1。
双光纤环形滤波器2由第一光纤环和第二光纤环通过光栅耦合器进行耦合成双光纤环形结构，双光纤环形滤波器2的第一光纤环包括第一端口21和第二端口22，第一端口21与光纤激光器1连接，第二端口22为经本装置处理后的低噪声激光的输出口；布拉格光栅3由一段在光纤上光刻的布拉格光栅3构成，其熔接于双光纤环形滤波器2的第二光纤环上，恒温隔震外壳6用于内部放置本装置光电子器件；恒温隔震外壳6为消除外部环境噪声对内部光电子器件干扰的结构外壳。
根据以上所述的一种基于双光纤环形滤波器的光纤激光器噪声抑制装置，具体操作步骤如下：
1)通过调节光纤激光器的工作温度，调节光纤激光器的出光中心频率，使得中心频率与所用布拉格光栅的透射频率相一致；
2)仔细调节第一光纤环和第二光纤环的长度，得到最大的边模抑制比和自由光谱范围；
3)双光纤环形滤波器的第一端口与光纤激光器相连，第二端口作为经本装置处理后的低噪声激光的输出口；
4)仔细调整恒温隔震外壳的状态，使得环境噪声的干扰对内部光电子器件的干扰降至最低，此时最终输出的低噪声激光从双光纤环形滤波器的第二端口输出。
本发明将待抑制噪声的源激光器的激光经过双光纤环形滤波器的处理，得到低噪声激光；本发明结合了双光纤环形滤波器的慢光效应和游标效应，利用慢光效应有限抑制光纤激光器噪声的同时，通过游标效应实现得到更大的自由光谱范围和边模抑制比，可以有效避免激光器的跳模，进一步提升光纤激光器的性能，更好的满足相关科研领域及工程应用的需要。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (5)

1.一种基于双光纤环形滤波器的光纤激光器噪声抑制装置，其特征在于：包括恒温隔震外壳和放置于所述恒温隔震外壳内的光纤激光器、双光纤环形滤波器、布拉格光栅以及光栅耦合器；
所述双光纤环形滤波器由第一光纤环和第二光纤环通过光栅耦合器进行耦合成双光纤环形结构，所述双光纤环形滤波器的第一光纤环包括第一端口和第二端口，所述第一端口与光纤激光器连接，第二端口为经本装置处理后的低噪声激光的输出口；所述布拉格光栅由一段在光纤上光刻的布拉格光栅构成，其熔接于所述双光纤环形滤波器的第二光纤环上。
2.根据权利要求1所述的一种基于双光纤环形滤波器的光纤激光器噪声抑制装置，其特征在于：所述光纤激光器的泵浦源为泵浦激光器提供的泵浦源。
3.根据权利要求1所述的一种基于双光纤环形滤波器的光纤激光器噪声抑制装置，其特征在于：所述光纤激光器的待抑制噪声的源激光器为DFB光纤激光器或DBR光纤激光器。
4.根据权利要求1所述的一种基于双光纤环形滤波器的光纤激光器噪声抑制装置，其特征在于：所述恒温隔震外壳为消除外部环境噪声对内部光电子器件干扰的结构外壳。
5.利用权利要求1所述的光纤激光器噪声抑制装置进行噪声抑制的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)通过调节光纤激光器的工作温度，调节光纤激光器的出光中心频率，使得中心频率与所用布拉格光栅的透射频率相一致；
2)仔细调节第一光纤环和第二光纤环的长度，得到最大的边模抑制比和自由光谱范围；
3)双光纤环形滤波器的第一端口与光纤激光器相连，第二端口作为经本装置处理后的低噪声激光的输出口；
4)仔细调整恒温隔震外壳的状态，使得环境噪声的干扰对内部光电子器件的干扰降至最低，此时最终输出的低噪声激光从双光纤环形滤波器的第二端口输出。
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