CN110620323A - 一种钕掺杂1120nm单频光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钕掺杂1120 nm单频光纤激光器，所述激光器包括激光泵浦源、谐振腔、毛细血管封装材料、波分复用器、光隔离器和自动温度控制***；所述增益光纤为Nd3+掺杂光纤；激光泵浦源采用正向泵浦或反向泵浦方式，正向泵浦方式中，激光泵浦源的泵浦光直接通过谐振腔耦合进增益光纤进行抽运；反向泵浦方式中，激光泵浦源的泵浦光通过波分复用器的泵浦端耦合进增益光纤进行抽运。利用稀土Nd3+离子掺杂有源光纤1120 nm处发射截面大的优点，采用Nd3+离子掺杂有源光纤作为增益光纤，显著缩短DBR短直腔腔长，增大纵模间隔，在泵浦光的连续抽运下实现1120 nm低阈值低噪声窄线宽的单频激光输出。

Description

一种钕掺杂1120nm单频光纤激光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器技术领域，特别涉及一种钕掺杂1120nm单频光纤激光光器。
背景技术
1120nm波段单频光纤激光器，在众多领域内都有广泛应用；譬如，其可用来泵浦1178nm拉曼放大器，应用于激光导引星光学***；可用作光纤激光器及放大器的泵浦源，实现高效Tm3+掺杂中红外光纤激光及特殊波长激光的功率放大，如1180nm；另外，结合倍频技术，该波段激光产生的560nm可见光波段单频激光还可应用于生物检测及显示领域。目前1120nm波段光纤激光器主要基于Yb3+离子掺杂有源光纤，尽管Yb3+离子掺杂光纤的受激发射谱可以扩展到1200nm,但由于其在波长大于1100nm范围内发射截面较小，使得光纤在该波段增益较低。所以，为了保证足够增益，目前报道的大部分1120nm光纤激光器都是基于数米长Yb3+离子掺杂的增益光纤，在如此长的腔长下，由于纵模间隔非常小，很难实现1120nm单频激光输出。如何实现低阈值，低噪声窄线宽的1120nm单频光纤激光仍是目前研究的重点及难点。
发明内容
为了克服现有技术中的缺点与不足，本发明目的旨在利用稀土Nd3+离子掺杂有源光纤1120nm处发射截面大的优点，基于Nd3+离子掺杂有源光纤，缩短分布布拉格反射式(DBR)短直腔腔长，增大纵模间隔，在泵浦光的连续抽运下实现1120nm低阈值低噪声窄线宽的单频激光输出。
本发明的目的通过如下技术方案之一实现。
本发明提供了一种钕掺杂1120nm单频光纤激光器，所述激光器包括激光泵浦源、谐振腔、波分复用器、光隔离器和自动温度控制***；所述谐振腔包括依次相连的宽带光纤布拉格光栅、增益光纤和窄带光纤布拉格光栅，增益光纤作为激光增益介质；波分复用器的公共端和窄带光纤布拉格光栅的一端连接，谐振腔产生的激光经由波分复用器的信号端进入光隔离器，从光隔离器的输出端输出；谐振腔固定在自动温度控制***内；所述增益光纤为Nd3+掺杂光纤；激光泵浦源采用正向泵浦或反向泵浦方式，正向泵浦方式中，激光泵浦源的泵浦光直接通过谐振腔耦合进增益光纤进行抽运；反向泵浦方式中，激光泵浦源的泵浦光通过波分复用器的泵浦端耦合进增益光纤进行抽运。
优选地，宽带光纤布拉格光栅、增益光纤和窄带光纤布拉格光栅两两之间通过研磨抛光各自端面后直接对接耦合。
优选地，宽带光纤布拉格光栅、增益光纤和窄带光纤布拉格光栅两两之间通过光纤熔接机熔接耦合。
优选地，窄带光纤布拉格光栅的中心反射波长为激光输出波长，3dB反射谱带宽为0.02-0.06nm，对信号波长的反射率为70-95％。
优选地，宽带光纤布拉格光栅的3dB反射谱大于0.1nm，对信号波长的反射率大于95％，对泵浦光波长透过率大于90％。
优选地，所述激光器包括一个激光泵浦源，激光泵浦源为单模半导体激光泵浦源。
优选地，所述单模半导体激光泵浦源为808nm半导体激光泵浦源。
优选地，增益光纤的长度为1-2cm。
优选地，所述激光器还包括毛细血管封装材料，谐振腔被封装在毛细血管材料中，毛细血管材料固定在自动温度控制***内。
对于宽带光纤布拉格光栅、增益光纤和窄带光纤布拉格光栅两两之间通过光纤熔接机熔接耦合情况下，毛细血管可以保护熔接点，防止熔接点断裂。
对于宽带光纤布拉格光栅、增益光纤和窄带光纤布拉格光栅两两之间研磨抛光各自端面后直接对接耦合情况下，毛细血管材料起到支撑保护光纤的作用，实现光栅及增益光纤端面的抛光及直接对接耦合。
和现有技术相比，本发明具有以下技术效果和优点：
利用稀土Nd3+离子掺杂有源光纤1120nm处发射截面大的优点，采用Nd3+离子掺杂有源光纤作为增益光纤，显著缩短DBR短直腔腔长，增大纵模间隔，在泵浦光的连续抽运下实现1120nm低阈值低噪声窄线宽的单频激光输出。
附图说明
图1为本发明实施例1中反向泵浦时掺钕1120nm单频光纤激光的产生原理示意图；
图2为本发明实施例2中反向泵浦时掺钕1120nm单频光纤激光光谱图；
图3为本发明实施例中正向泵浦时掺钕1120nm单频光纤激光的产生原理示意图；
图中：1-单模半导体泵浦激光源；2-宽带光纤布拉格光栅；3-窄带光纤布拉格光栅；4-增益光纤；5-毛细血管封装材料；6-波分复用器；7-光隔离器；8-自动温度控制***。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例提供了一种钕掺杂1120nm单频光纤激光器，所述激光器包括激光泵浦源1、谐振腔、毛细血管封装材料5、波分复用器6、光隔离器7和自动温度控制***8；所述谐振腔包括依次相连的宽带光纤布拉格光栅2、增益光纤4和窄带光纤布拉格光栅3，增益光纤4作为激光增益介质；波分复用器6的公共端和窄带光纤布拉格光栅3的一端连接，谐振腔产生的激光经由波分复用器6的信号端进入光隔离器7，从光隔离器7的输出端输出；谐振腔被封装在毛细血管材料5中，毛细血管材料5固定在自动温度控制***8内；所述增益光纤4为Nd3+掺杂光纤；如图1所示，激光泵浦源1采用反向泵浦方式，激光泵浦源1的泵浦光通过波分复用器6的泵浦端耦合进增益光纤4进行抽运。
宽带光纤布拉格光栅2、增益光纤4和窄带光纤布拉格光栅3两两之间通过光纤熔接机熔接耦合。
窄带光纤布拉格光栅3的中心反射波长为激光输出波长1120nm，3dB反射谱带宽为0.06nm，对信号波长的反射率为95％。
宽带光纤布拉格光栅2的3dB反射谱为0.4nm，对信号波长的反射率为99％，对泵浦光波长透过率大于90％。
激光泵浦源1为单模半导体激光泵浦源。所述单模半导体激光泵浦源为808nm半导体激光泵浦源。增益光纤4的长度为1cm。
图2为本实施例中反向泵浦时掺钕1120nm单频光纤激光激光光谱，采用AQ6370C光纤光谱仪测试，光谱分辨率为0.1nm。
掺钕石英玻璃光纤1120nm低阈值单频光纤激光器，采用反向泵浦方式，将泵浦光耦合进入增益光纤中，掺钕石英增益光纤中的Nd3+离子在泵浦光的抽运下在4F3/2和4I11/2上下能级之间产生粒子数反转并产生受激发射，经过多次在谐振腔的来回振荡放大，最终产生1120nm波段的单频光纤激光。
根据DBR短直腔的选模原理，纵模间隔可由以下公式确定：ΔVq＝c/2nL，其中c为真空中的光速，n为纤芯折射率，L为谐振腔腔长；由该原理，缩短谐振腔腔长可增大纵模间隔；ΔVFWHM＝Δλ/λ2其中λ为激光波长，Δλ为窄带光纤布拉格光栅的3dB带宽；只要满足ΔVq>1/2ΔVFWHM即可使腔内单一纵模运转，从而实现单频光纤激光输出。本实施例中增益光纤长度,及窄带光纤布拉格光栅的3dB带宽可以保证腔内只存在单一纵模，且无模式竞争及跳模现象。
实施例2
本实施例提供了一种钕掺杂1120nm单频光纤激光器，所述激光器包括激光泵浦源1、谐振腔、毛细血管封装材料5、波分复用器6、光隔离器7和自动温度控制***8；所述谐振腔包括依次相连的宽带光纤布拉格光栅2、增益光纤4和窄带光纤布拉格光栅3，增益光纤4作为激光增益介质；波分复用器6的公共端和窄带光纤布拉格光栅3的一端连接，谐振腔产生的激光经由波分复用器6的信号端进入光隔离器7，从光隔离器7的输出端输出；谐振腔被封装在毛细血管材料5中，毛细血管材料5固定在自动温度控制***8内；所述增益光纤4为Nd3+掺杂光纤；如图3所示，激光泵浦源1采用正向泵浦方式，激光泵浦源1的泵浦光直接通过谐振腔耦合进增益光纤4进行抽运。
宽带光纤布拉格光栅2、增益光纤4和窄带光纤布拉格光栅3两两之间研磨抛光各自端面后直接对接耦合。
窄带光纤布拉格光栅3的中心反射波长为激光输出波长1120nm，3dB反射谱带宽为0.02nm，对信号波长的反射率为70％。
宽带光纤布拉格光栅2的3dB反射谱为0.3nm，对信号波长的反射率为95％，对泵浦光波长透过率大于90％。
激光泵浦源1为单模半导体激光泵浦源。所述单模半导体激光泵浦源为808nm半导体激光泵浦源。增益光纤4的长度为2cm。
所述的掺钕1120nm低阈值单频光纤激光器，采用正向泵浦方式，将泵浦光耦合进入增益光纤4中，掺钕石英玻璃光纤中的Nd3+离子在泵浦光的抽运下在4F3/2和4I11/2上下能级之间产生粒子数反转并产生受激发射，经过多次在谐振腔的来回振荡放大，最终产生1120nm波段的单频光纤激光。
根据DBR短直腔的选模原理，纵模间隔可由以下公式确定：ΔVq＝c/2nL，其中c为真空中的光速，n为纤芯折射率，L为谐振腔腔长；由该原理，缩短谐振腔腔长可增大纵模间隔；ΔVFWHM＝Δλ/λ2其中λ为激光波长，Δλ为窄带光纤布拉格光栅的3dB带宽；只要满足ΔVq>1/2ΔVFWHM即可使腔内单一纵模运转，从而实现单频光纤激光输出。本实施例中增益光纤长度,及窄带光纤布拉格光栅的3dB带宽可以保证腔内只存在单一纵模，且无模式竞争及跳模现象。
上述实施例为本发明较佳的实例方式，但本发明的实施方式不受所述实施例的限制，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 (9)

1.一种钕掺杂1120 nm单频光纤激光器，其特征在于，所述激光器包括激光泵浦源（1）、谐振腔、波分复用器（6）、光隔离器（7）和自动温度控制***（8）；所述谐振腔包括依次相连的宽带光纤布拉格光栅（2）、增益光纤（4）和窄带光纤布拉格光栅（3），增益光纤（4）作为激光增益介质；波分复用器（6）的公共端和窄带光纤布拉格光栅（3）的一端连接，谐振腔产生的激光经由波分复用器（6）的信号端进入光隔离器（7），从光隔离器（7）的输出端输出；谐振腔固定在自动温度控制***（8）内；所述增益光纤（4）为Nd3+掺杂光纤；激光泵浦源（1）采用正向泵浦或反向泵浦方式，正向泵浦方式中，激光泵浦源（1）的泵浦光直接通过谐振腔耦合进增益光纤（4）进行抽运；反向泵浦方式中，激光泵浦源（1）的泵浦光通过波分复用器（6）的泵浦端耦合进增益光纤（4）进行抽运。
2.根据权利要求1所述的钕掺杂1120 nm单频光纤激光器，其特征在于，宽带光纤布拉格光栅（2）、增益光纤（4）和窄带光纤布拉格光栅（3）两两之间通过研磨抛光各自端面后直接对接耦合。
3.根据权利要求1所述的钕掺杂1120 nm单频光纤激光器，其特征在于，宽带光纤布拉格光栅（2）、增益光纤（4）和窄带光纤布拉格光栅（3）两两之间通过光纤熔接机熔接耦合。
4.根据权利要求1所述的钕掺杂1120 nm单频光纤激光器，其特征在于，窄带光纤布拉格光栅（3）的中心反射波长为激光输出波长，3dB反射谱带宽为0.02-0.06 nm，对信号波长的反射率为70-95%。
5.根据权利要求1所述的钕掺杂1120 nm单频光纤激光器，其特征在于，宽带光纤布拉格光栅（2）的3dB反射谱大于0.1 nm，对信号波长的反射率大于95%，对泵浦光波长透过率大于90%。
6.根据权利要求1所述的钕掺杂1120 nm单频光纤激光器，其特征在于，所述激光器包括一个激光泵浦源（1），激光泵浦源（1）为单模半导体激光泵浦源。
7.根据权利要求6所述的钕掺杂1120 nm单频光纤激光器，其特征在于，所述单模半导体激光泵浦源为808 nm半导体激光泵浦源。
8.根据权利要求1所述的钕掺杂1120 nm单频光纤激光器，其特征在于，增益光纤（4）的长度为1-2 cm。
9.根据权利要求1所述的钕掺杂1120 nm单频光纤激光器，其特征在于，所述激光器还包括毛细血管封装材料（5），谐振腔被封装在毛细血管材料（5）中，毛细血管材料（5）固定在自动温度控制***（8）内。
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