專利名稱：單頻脈沖光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，涉及光纖激光器，尤其涉及一種大功率 單頻脈沖光纖激光器。
背景技術(shù)：
目前國際上的固體的單頻激光器有兩種， 一種是光纖激光器，另外一種是 半導(dǎo)體泵浦的固體激光器。其中光纖激光器包括有單頻光纖激光器和脈沖光纖
激光器。單頻光纖激光器是進行連續(xù)功率輸出，不能做到ns級脈沖工作；其 諧振腔在原理上只能產(chǎn)生連續(xù)的單頻激光輸出，不能直接產(chǎn)生脈沖的單頻激光 輸出，因為以光纖為諧振腔的單頻種子光纖激光器不能通過脈沖電流驅(qū)動泵浦 激光器的方式產(chǎn)生脈沖的單頻光信號輸出。脈沖光纖激光器是用聲光調(diào)Q或 電光調(diào)Q的方式產(chǎn)生激光脈沖，脈沖寬度都在幾十ns量級，不能做到幾個ns 的脈沖輸出，并且由于傳統(tǒng)的脈沖光纖激光器采用的脈沖方式的線寬都是幾百 MHz到幾十GHz，不能做到線寬幾十KHz量級的超窄線寬單頻輸出。
隨著科技的發(fā)展，出現(xiàn)了半導(dǎo)體泵浦的單頻脈沖固體激光器，該激光器采 用的是半導(dǎo)體泵浦的固體激光器技術(shù)，產(chǎn)生的是自由空間的單頻脈沖輸出，雖 然實現(xiàn)了單頻脈沖輸出，但是光束質(zhì)量難以形成完美的單模單頻分布，使用的 靈活性較差，且脈沖重復(fù)頻率只能做到KHz。
由于光纖激光器具有的特點，研發(fā)出一種能夠?qū)崿F(xiàn)超窄線寬單頻輸出又能 達到ns級短脈沖工作體制的光纖激光器大有必要。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型目的是為了解決現(xiàn)有光纖激光器不能同時實現(xiàn)短脈沖單頻激 光輸出的問題，而提供了一種既是幾十KHz的超窄線寬單頻輸出，又是ns級 的脈沖工作體制，同時又得到了 KW級的脈沖峰值功率，重復(fù)頻率可以達到 KHz到MHz的單頻脈沖光纖激光器。為實現(xiàn)上述目的而提出的單頻脈沖光纖激光器，主要包括基體、由光路模
組和電路模組構(gòu)成的光電模塊，所述的光電模塊裝設(shè)在基體內(nèi)；所述光路模組 包括依次通過光路連接的單頻脈沖種子激光器、隔離器、泵浦合束器、大功率 隔離器、分束器，所述泵浦合束器同時還連接第二泵浦激光器；所述電路模組 包括控制電路，控制電路包括脈沖觸發(fā)電路、泵浦激光器驅(qū)動電路，泵浦激光 器驅(qū)動電路電連接第二泵浦激光器。
所述單頻脈沖種子激光器包括半導(dǎo)體激光芯片、ns級脈沖發(fā)生器、光纖 FBG、隔離器、波分復(fù)用器、第一級光纖放大器、濾波/隔離混合器件、第一 泵浦激光器；所述ns級脈沖發(fā)生器與所示半導(dǎo)體激光芯片電連接，所述的半 導(dǎo)體激光芯片與光纖、隔離器、波分復(fù)用器、第一級光纖放大器及濾波/隔離 混合器件通過光路連接，所述第一泵浦激光器與所述波分復(fù)用器連接；所述脈 沖發(fā)生器電連接所述脈沖觸發(fā)電路控制，第一泵浦激光器電連接所述泵浦激光 器驅(qū)動電路。
所述光路模組還包括有第二級光纖放大器、光電探測器，該第二級光纖放 大器為雙包層光纖放大器；所述電路模組還包括自動溫度控制電路和二級溫度 控制電路、自動光功率控制電路。
所述激光器還設(shè)有RS232/RS485接口 ；電路模組設(shè)置有RS232/RS485接 口控制電路。
單頻脈沖光纖激光器的光束質(zhì)量經(jīng)過光纖的整形，整個空間分布是接近于 完美的單模單頻分布；另外由于單頻脈沖光纖激光器是光纖輸出，光纖長度可 以任意延長，整個使用的靈活性大大改善；脈沖重復(fù)頻率可以做到MHz。本 實用新型的單頻脈沖光纖激光器具有以下特點
一、 在國際上，首先在1550nm波段實現(xiàn)了既是穩(wěn)定的線寬為KHz量級 的超窄線寬單頻輸出，又是ns級脈沖輸出，為國際首創(chuàng)；
二、 實現(xiàn)了 lKHz低重復(fù)頻率至200MHz的高重復(fù)頻率的輸出；
三、 實現(xiàn)了完全單頻輸出；
四、 達到5ns級的短脈沖輸出；
五、 具有極好的波長穩(wěn)定性，同時又可溫度調(diào)諧。

圖1是本實用新型單頻脈沖光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖2是本實用新型單頻脈沖光纖激光器光電模塊的結(jié)構(gòu)原理圖3是本實用新型單頻脈沖光纖激光器的單頻脈沖種子激光器結(jié)構(gòu)原理
圖4是本實用新型單頻脈沖光纖激光器的底層電路模組與泵浦激光器安 裝示意圖5是本實用新型單頻脈沖光纖激光器的上層光路示意圖。
具體實施方式

如圖1至圖4所示，本實用新型的單頻脈沖光纖磁光器主要包括基體3 和光電模塊，光電模塊采用模組式結(jié)構(gòu)裝設(shè)在基體3內(nèi)，包括光路模組1和電 路模組2。
光路模組l包括單頻脈沖種子激光器ll、泵浦合束器12、大功率隔離器 14、分束器15、雙包層光纖放大器13、第二泵浦激光器17、光電探測器16; 其中單頻脈沖種子激光器ll、泵浦合束12器、第二級光纖放大器13、大功率 隔離器14、分束器15依次通過光路連接，第二泵浦激光器17連接泵浦合束 器12，光電探測器16連接分束器15;其中泵浦合束器12和分束器15最佳選 用大功率泵浦合束器和大功率分束器，第二級光纖放大器13最佳采用雙包層 光纖放大器，第二泵浦激光器17最佳采用975nm大功率泵浦激光器。
單頻脈沖種子激光器11包括半導(dǎo)體激光芯片111、 ns級脈沖發(fā)生器118、 光纖光柵(FBG) 112、隔離器113、 980/1550波分復(fù)用器114、第一級光纖放 大器115、濾波/隔離混合器件116、第一泵浦激光器117;其中ns級脈沖發(fā)生 器118與半導(dǎo)體激光芯片111電連接，半導(dǎo)體激光芯片111與光纖光柵(FBG) 112、隔離器113、 980/1550波分復(fù)用器114、濾波/隔離混合器件116依次通 過光路連接，第一泵浦激光器117連接980/1550波分復(fù)用器114;第一泵浦激 光器最佳采用980nm泵浦激光器。
電路模組2由包括完成激光器控制與監(jiān)控功能的電路構(gòu)成，包括脈沖觸 發(fā)電路、泵浦激光器驅(qū)動電路、自動溫度控制電路、二級溫度控制電路、自動 光功率控制電路、RS232/RS485接口控制電路；其中脈沖觸發(fā)電路輸出端連接ns級脈沖發(fā)生器118，泵浦激光驅(qū)動電路輸出端連接第一、第二泵浦激光器 117、 17，自動溫度控制電路、二級溫度控制電路、自動光功率控制電路的輸 入端連接光電探測器16。
該單頻脈沖種子激光器11利用半導(dǎo)體激光芯片11加光纖光柵(FBG)112 產(chǎn)生單頻超窄線寬的激光輸出，然后利用ns級脈沖電流驅(qū)動半導(dǎo)體激光芯片 11，產(chǎn)生單頻脈沖通過光纖輸出；輸出的單頻脈沖的光非常微弱，在后面再加 上第一級光纖放大器115進行放大，產(chǎn)生ns級脈沖寬度、W級峰值功率單頻 脈沖種子激光，再經(jīng)過第二級雙包層光纖放大器13放大，產(chǎn)生輸出峰值功率 為1000瓦以上的脈沖激光輸出。
本激光器還設(shè)有RS232/RS485接口 (圖中未示出)，對應(yīng)的，激光器的電 路模組2中設(shè)置有RS232/RS485接口控制電路。
工作過程
光路模組1中單頻脈沖種子激光器11的半導(dǎo)體激光芯片111加光纖光柵 (FBG) 112產(chǎn)生超窄線寬的激光，ns級脈沖發(fā)生器118產(chǎn)生ns級脈沖電流 驅(qū)動半導(dǎo)體激光芯片11，于是產(chǎn)生單頻脈沖激光通過光纖輸出，此時輸出的 單頻脈沖光非常微弱，該微弱的單頻脈沖光經(jīng)過隔離器113進入980/1550波 分復(fù)用器114、第一泵浦激光器117泵浦，通過第一級光纖放大器115放大后， 經(jīng)過濾波/隔離混合器件116的濾波整理，輸出瓦級峰值功率的單頻脈沖種子 激光光纖。
單頻脈沖種子激光經(jīng)過大功率泵浦合束器12、 975nm大功率泵浦激光器 17泵浦，通過第二級雙包層光纖放大器13再次放大，經(jīng)大功率隔離器14、大 功率分束器15后準(zhǔn)直輸出，光電探測器16對二次放大后的單頻脈沖激光進行 探測，并將信息回饋到電路模組2。
電路模組2的自動光控制電路、自動溫度控制電路以及二級溫度控制電路 對反饋信息分析，控制單頻脈沖激光的穩(wěn)定輸出和溫度調(diào)諧，可達300pm范 圍內(nèi)的波長的溫度調(diào)諧和pm級的波長高度穩(wěn)定；脈沖觸發(fā)電路控制ns級脈 沖發(fā)生器118; RS232/RS485接口控制電路通過RS232接口 (圖中未示出)， 使使用者能通過指令監(jiān)控該光纖放大器的運行狀態(tài)，包括產(chǎn)品電子序列號、 平均輸入功率、平均輸出功率，泵源驅(qū)動電流、泵源光功率、泵源溫度、泵源 溫控電壓、模塊內(nèi)部溫度等，并控制和設(shè)置該光纖放大器的運行，包括開關(guān)泵源、設(shè)置泵源驅(qū)動電流等。
無種子激光輸入光功率時，放大器的泵浦源不能開啟。
單頻脈沖光纖激光器的光束質(zhì)量經(jīng)過光纖的整形，整個空間分布是接近于 完美的單模單頻分布，光纖長度可以任意延長，使用的靈活性大，脈沖重復(fù)頻
率可以做到MHz。
本實用新型的單頻脈沖光纖激光器達到的總體技術(shù)指標(biāo)
工作波長1550+/-lnm;工作波長穩(wěn)定性〈^pm/""C;線寬<=50KHz;脈沖
寬度5—20ns,脈沖輸出功率>=1000百；
本實用新型的技術(shù)優(yōu)點
1) 國際上首先在1550nm波段實現(xiàn)了既是穩(wěn)定的線寬為KHz量級的超 窄線寬單頻輸出，又是ns級脈沖輸出，為國際首創(chuàng)
2) 實現(xiàn)了 lKHz低重復(fù)頻率至200MHz的高重復(fù)頻率的輸出
3) 完全單頻輸出
4) 5ns級的短脈沖輸出
5) 具有極好的波長穩(wěn)定性，同時又可溫度調(diào)諧
本實用新型的單頻脈沖光纖激光器可以廣泛應(yīng)用于高精度相干激光成像 雷達，高精度光纖溫度應(yīng)變傳感系統(tǒng)，高精度光纖水聲傳感系統(tǒng)，高精度光纖 微振動傳感系統(tǒng)，激光多普勒測風(fēng)雷達，相干激光通訊系統(tǒng)，量子光纖通訊系 統(tǒng)，激光干涉測量儀，以及科學(xué)研究等。
權(quán)利要求1、一種單頻脈沖光纖激光器，其特征在于所述激光器主要包括基體、由光路模組和電路模組構(gòu)成的光電模塊；所述光電模塊裝設(shè)在基體內(nèi)；所述光路模組包括依次通過光路連接的單頻脈沖種子激光器、隔離器、泵浦合束器、大功率隔離器、分束器，所述泵浦合束器同時還連接第二泵浦激光器；所述電路模組包括控制電路，所述控制電路包括脈沖觸發(fā)電路、泵浦激光器驅(qū)動電路，所述的泵浦激光器驅(qū)動電路電連接第二泵浦激光器。
2、 如權(quán)利要求1所述的單頻脈沖光纖激光器，其特征在于所述單頻脈 沖種子激光器包括半導(dǎo)體激光芯片、ns級脈沖發(fā)生器、光纖光柵、隔離器、 波分復(fù)用器、第一級光纖放大器、濾波/隔離混合器件、第一泵浦激光器；所 述ns級脈沖發(fā)生器與所示半導(dǎo)體激光芯片電連接，所述的半導(dǎo)體激光芯片與 光纖、隔離器、波分復(fù)用器、第一級光纖放大器及濾波/隔離混合器件通過光 路連接，所述第一泵浦激光器與所述波分復(fù)用器連接；所述脈沖發(fā)生器電連接 所述脈沖觸發(fā)電路控制，第一泵浦激光器電連接所述泵浦激光器驅(qū)動電路。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的單頻脈沖光纖激光器，其特征在于所述光 路模組還包括有第二級光纖放大器。
4、 如權(quán)利要求3所述的單頻脈沖種子激光器，其特征在于所述第二級 光纖放大器為雙包層光纖放大器。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的單頻脈沖光纖激光器，其特征在于所述光 路模組還包括有光電探測器。
6、 如權(quán)利要求5所述的單頻脈沖光纖激光器，其特征在于所述電路模 組還包括自動溫度控制電路和二級溫度控制電路。
7、 如權(quán)利要求5所述的單頻脈沖光纖激光器，其特征在于所述電路模 組還包括自動光功率控制電路。
8、 如權(quán)利要求1所述的單頻脈沖光纖激光器，其特征在于所述激光器 設(shè)有RS232/RS485接口，所述電路模組設(shè)置有RS232/RS485接口控制電路。
專利摘要本實用新型涉及一種單頻脈沖光纖激光器，其主要基體和裝設(shè)在基體內(nèi)的光電模塊，光電模塊包括由依次通過光路連接的單頻脈沖種子激光器、隔離器、泵浦合束器和泵浦激光器、大功率隔離器、分束器的光路模組和包括完成激光器控制和監(jiān)控的電路的電路模組。該單頻脈沖光纖激光器及在國際上首先實現(xiàn)了在1550nm波段既是穩(wěn)定的線寬為KHz量級的超窄線寬單頻輸出，又是ns級脈沖輸出；具有極好的波長穩(wěn)定性，同時又可溫度調(diào)諧。
文檔編號H01S5/00GK201234051SQ200820095878
公開日2009年5月6日 申請日期2008年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月28日
發(fā)明者胡小波, 黎永堅 申請人:深圳市明鑫科技發(fā)展有限公司