線型腔光纖雷射器的製作方法

2023-08-10 11:32:11 1

專利名稱：線型腔光纖雷射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及雷射器技術領域，尤其涉及一種線型腔光纖雷射器。
背景技術：
可調諧光纖雷射器具有窄線寬，低噪聲，尺寸小，與光纖兼容等優點，不僅可用作光纖幹涉傳感系統(OFDR，B-0TDR)等長距離監測的光源、雷射指示、軍事測距和都卜勒雷射雷達中的種子雷射源，還可應用於如氣體傳感、振動傳感、周界安全等。可調諧光纖雷射器結合其他光學元器件，已實現了長達95Km的分布式測量。其中，採用光纖光柵作為選頻器件的線性腔光纖雷射器(如DBR型和DFB型)結構短小緊湊，輸出線寬窄，相干長度大，是 當前研究的重點。窄線寬可調諧光纖雷射器可滿足幹涉式水聽器對光源的要求，相比半導體雷射器最大的優勢其是調製幅度不隨調製頻率的升高而變化，具有高度的功率穩定性。圍繞線型腔光纖雷射器的波長調諧方法有機械調諧法、電磁調諧法、熱調諧法、壓電調諧法等。具體的機械拉壓法是最簡單易行的方法，將光纖光柵一端固定，另外一端施加壓力或者拉力，引起光纖光柵波長的漂移；結合機械結構，如懸臂梁結構、雙端簡支梁等，實現對光纖光柵更大範圍的拉壓作用。但該方法難以實現高精度、快速的調諧，且機械穩定性和重複性嚴格限制其實用。電磁調諧法是將光纖光柵(Fiber Gragg Grating, FBG)跟磁致伸縮材料材料I禹合到一起，磁致伸縮材料在磁(電)場作用下在光纖軸向方向產生應變，由於其調製幅度過小，限制其發展(I)磁致伸縮材料在使用中，容易受到電磁信號的幹擾而破壞光纖傳感先天的抗幹擾特性；(2)較大的調製電流對系統要求高，不易實現；大電流會引起螺旋管中大量發熱，不能準確控制波長的穩定性。壓電陶瓷法是當前商用技術，利用壓電陶瓷的電致伸縮效應，將固定在PZT上的光纖光柵施加應力調製。美國NPPhotonics公司的光纖雷射器的調諧方式採用熱調諧和壓電陶瓷調諧組合的形式。熱調諧速度慢，調諧範圍大約O. 8nm ;壓電陶瓷調諧速度快達ΙΟΟΚΗζ，波長調諧幅度為20pm，但調諧電壓過高(高達200V)。熱(溫度)調諧法利用熱膨脹係數較大的材料作為敏感元件，將溫度的變化轉化為在光纖光柵軸向應變，進而建立FBG的波長與溫度變化的對應關係，最後實現波長大範圍調諧。最常見的線型腔光纖雷射器如圖I所示。該線型腔光纖雷射器包括半導體雷射器10，有源諧振腔20，半導體雷射器驅動電源101，信號發生器102。其中，半導體雷射器10的出光端連接於有源諧振腔20，為有源諧振腔20提供泵浦光，其前端連接半導體雷射器驅動電源101。具體實現方法是利用信號發生器102改變半導體雷射器驅動電源101的電流大小，實現系統的靜態調諧；利用信號發生器102調製半導體雷射器驅動電源101的輸出功率，實現系統的動態調諧。現有技術的上述線型腔光纖雷射器雖然在一定程度上降低了光纖雷射器波長調諧系統的複雜性，實現了動態調諧，但是難以避免由系統泵浦源自調節造成的雷射輸出功率波動問題。

發明內容
(一 )要解決的技術問題為解決上述的一個或多個問題，本發明提供了一種線型腔光纖雷射器，以避免由系統泵浦源自調節造成的雷射輸出功率波動問題。( 二 )技術方案根據本發明的一個方面，提供了一種線型腔光纖雷射器。該線型腔光纖雷射器包括泵浦雷射器，用於產生泵浦雷射；光熱光源，用於產生加熱光；信號發生器，用於產生控制信號；強度調製器，其控制端與信號發生器相連接，其輸入端與光熱光源相連接，用於依照控制信號對加熱光進行強度調製；合波器，其第一波長輸入端連接至半導體雷射器，其第二波長輸入端連接至強度調製器，用於將泵浦雷射和進行強度調製後的加熱光合波；有源諧振腔，其輸入端與合波器相連接，用於利用泵浦雷射泵浦產生與其有源區折射率和/或周期長度相關的激發雷射，其中，該折射率和/或周期長度受加熱光的加熱作用調製；波分 復用器，與有源諧振腔相連接，用於對有源諧振腔射出的光進行波分復用，其中，激發雷射從其第一波長端輸出。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發明線型腔光纖雷射器具有以下有益效果(I)引入光熱光源11，通過強度調製器111實現對光熱光源11輸出功率的調諧，進而實現對光纖雷射器有源諧振腔20受光強度的調諧，諧振腔20吸收光而發熱，通過諧振腔20溫度的變化最終實現對輸出雷射波長的調諧，該方法通過將泵浦光源10和熱光源11的分離，避免了現有技術中雷射輸出功率波動問題，在該系統中採用控制雷射器溫度的方法，確保雷射器輸出功率的穩定性，保證了光纖雷射器波長的快速大範圍動態調諧；(2)系統泵浦源10與光熱調諧光源11相互獨立，互不影響，而從根本上解決了雷射輸出功率波動的問題。


圖I為現有技術線型腔光纖雷射器的結構示意圖；圖2為根據本發明實施例的線型腔光纖雷射器的結構示意圖。主要元件符號說明10-半導體雷射器； 20-有源諧振腔；30-合波器；101-半導體雷射器驅動電源；102-信號發生器； 11-光熱光源；111-強度調製器； 31-波分復用器。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。本發明針對自身系統泵浦源調諧方案中存在的問題，在傳統的光纖雷射器系統中引入光熱光源11，不但能夠實現自身系統泵浦源調諧方案的全部功能，而且通過將泵浦光源10和熱光源11分離的方式，從根本上解決了熱光調諧造成的雷射輸出功率波動問題。
在本發明的一個示例性實施例中，提供了一種線型腔光纖雷射器。如圖2所示，該線型腔光纖雷射器泵浦雷射器10，用於產生泵浦雷射；光熱光源11，用於產生其波長不同於泵浦雷射的加熱光；信號發生器102，用於產生控制信號；強度調製器111，其控制端與信號發生器102相連接，其輸入端與光熱光源11相連接，用於依照控制信號對加熱光進行強度調製；合波器30，其第一波長輸入端連接至半導體雷射器10，其第二波長輸入端連接至強度調製器111，用於將泵浦雷射和進行強度調製後的加熱光合波；有源諧振腔20，其輸入端與合波器30相連接，用於利用泵浦雷射泵浦產生與其有源區折射率和/或周期長度相關的激發雷射，其中，該折射率和/或周期長度受加熱光的加熱作用調製；波分復用器31，與有源諧振腔20相連接，用於對有源諧振腔射出的光進行波分復用，其中，激發雷射從其第一波長端輸出。本實施例中，有源諧振腔20可以吸收光熱光源11發出的光，並轉化成熱量，造成有源腔溫度隨光熱光源11的輸出功率和頻率而快速變化。溫度的變化又能引起光纖雷射器有源區FBG的折射率和周期長度的改變，FBG纖芯折射率和周期長度的改變最終引起諧振波長的變化，滿足以下關係
·
A=2ncoreA (I)其中，λ為FBG的諧振波長；neOTe為纖芯折射率；Λ為FBG周期長度。總的來說，就是要建立光熱光源11輸出光與雷射器輸出波長之間的對應關係，通過改變光熱光源11的輸出功率和頻率，最終實現對雷射波長的光熱調諧。對於圖2所示的泵浦光源和光熱光源光熱光源可以為雷射光源或者汞燈等，其波長可以為不同於泵浦雷射的其他波長，所選波長主要由有源區材料對該波段的吸收效率決定，原則上吸收效率越高越好；功率也應儘可能的高，但受到光纖雷射器損傷閾值的限制。在利用本發明所製備的一線型腔光纖雷射器中，泵浦光源的發射波長為980nm，光熱光源的發射波長為1064nm,最大輸出功率為20mW。當然，也可以選用其他類型的雷射器,但最大輸出功率優選大於10mW。對於圖2所示的信號發生器(型號GW SFG-2104)和強度調製器，在上述利用本發明所製備的一線型腔光纖雷射器中，強度調製器111的工作帶寬為2. 5GHz，通過信號發生器102和強度調製器111實現了對光熱光源11發出的1064nm光的動態調諧。因後端解調儀僅能解調2KHz以下的信號，受此限制，信號發生器102的工作頻率也應在2KHz以下。此外，也可以靈活設置強度調製器111的工作帶寬，但其工作帶寬優選大於1GHz。對於圖2所示的有源諧振腔20和波分復用器，在上述利用本發明所製備的一線型腔光纖雷射器中，其在980nm泵浦雷射的泵浦下，產生1550nm的激發雷射。在所述波分復用器中，1550nm的激發雷射從第一波長端輸出，980nm的泵浦雷射和1064nm的加熱光從另一端輸出。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種線型腔光纖雷射器，其特徵在於，包括 泵浦雷射器，用於產生泵浦雷射； 光熱光源，用於產生加熱光； 信號發生器，用於產生控制信號； 強度調製器，其控制端與所述信號發生器相連接，其輸入端與所述光熱光源相連接，用於依照所述控制信號對所述加熱光進行強度調製； 合波器，其第一波長輸入端連接至所述半導體雷射器，其第二波長輸入端連接至所述強度調製器，用於將所述泵浦雷射和所述進行強度調製後的加熱光合波； 有源諧振腔，其輸入端與所述合波器相連接，用於利用所述泵浦雷射泵浦產生與其有源區折射率和/或周期長度相關的激發雷射，其中，該折射率和/或周期長度受所述加熱光的加熱作用調製； 波分復用器，與所述有源諧振腔相連接，用於對有源諧振腔射出的光進行波分復用，其中，所述激發雷射從其第一波長端輸出。
2.根據權利要求I所述的線型腔光纖雷射器，其特徵在於，所述泵浦雷射器與光熱光源分離，且所述泵浦雷射器產生的泵浦雷射的波譜與所述光熱光源產生的加熱光的波譜不重合。
3.根據權利要求2所述的線型腔光纖雷射器，其特徵在於，所述的光熱光源為雷射器，所述加熱光為雷射。
4.根據權利要求3所述的線型腔光纖雷射器，其特徵在於，所述作為光熱光源的雷射器的功率大於10mW。
5.根據權利要求4所述的線型腔光纖雷射器，其特徵在於，所述作為光熱光源的雷射器的輸出波長為1064nm，所述泵浦雷射的波長為980nm。
6.根據權利要求I至5中任一項所述的線型腔光纖雷射器，其特徵在於，所述強度調製器的工作帶寬大於IGHz。
7.根據權利要求6所述的線型腔光纖雷射器，其特徵在於，所述強度調製器的工作帶寬為 2. 5GHz。
8.根據權利要求I至7中任一項所述的線型腔光纖雷射器，其特徵在於，所述信號發生器的工作頻率低於2KHz。
全文摘要
本發明提供了一種線型腔光纖雷射器，包括泵浦雷射器，用於產生泵浦雷射；光熱光源，用於產生加熱光；信號發生器，用於產生控制信號；強度調製器，用於依照控制信號對加熱光進行強度調製；合波器，用於將泵浦雷射和進行強度調製後的加熱光合波；有源諧振腔，用於利用泵浦雷射泵浦產生與其有源區折射率和/或周期長度相關的激發雷射，其中，該折射率和/或周期長度受加熱光的加熱作用調製；波分復用器，與有源諧振腔相連接，用於對有源諧振腔射出的光進行波分復用，其中，激發雷射從其第一波長端輸出。本發明的方法避免了現有技術中線型腔光纖雷射器的雷射輸出功率波動問題。
文檔編號H01S3/067GK102904151SQ20121031050
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月28日 優先權日2012年8月28日
發明者王永傑, 李芳 , 劉育梁, 趙強, 戴興 申請人:中國科學院半導體研究所