專利名稱：聲光調(diào)q摻鐿全光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光器件領(lǐng)域，尤其涉及聲光調(diào)Q摻鐿全光纖激光器。
背景技術(shù)：
光纖激光器具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊和攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，在軍事、工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、非線 性頻率變換、遙感和空間通訊等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，它的研究己成為激光器件領(lǐng)域內(nèi)非 ?；钴S的方向。從目前情況看，調(diào)Q的光纖激光器的研究中，Q開關(guān)大致分為非光纖型Q開 關(guān)和光纖型Q開關(guān)兩類。非光纖型主要有聲光Q開關(guān)，電光Q開關(guān)，被動(dòng)可飽和吸收體Q 開關(guān)和轉(zhuǎn)鏡Q開光等，非光纖型Q開關(guān)均為體Q開關(guān)，用于調(diào)Q光纖激光器時(shí)，諧振腔和 其他光學(xué)組件多數(shù)是分立的，需要透鏡和雙色鏡等元件輔助，由于體Q開關(guān)與光纖以及腔鏡 的耦合效率低，并且耦合時(shí)需要光學(xué)透鏡，這樣的調(diào)Q光纖激光器的實(shí)驗(yàn)裝置比較復(fù)雜，光 路對(duì)準(zhǔn)誤差敏感，系統(tǒng)的失調(diào)靈敏度相對(duì)較高。
全光纖化的調(diào)Q光纖激光器利用光纖型Q開關(guān)，是避免以上這些問題的根本途徑。目前， 光纖型Q開關(guān)主要又基于受激布里淵散射(SBS)效應(yīng)的被動(dòng)光纖Q開關(guān)，基于可飽和吸收 光纖的被動(dòng)光纖Q開關(guān)，基于光纖布拉格光柵(FBG)的調(diào)節(jié)耦合效率的光纖型Q開關(guān)和基 于FBG磁彈性的光纖型Q開關(guān)。全光纖激光器的研究集中于SBS效應(yīng)的被動(dòng)調(diào)Q或者基于 雙光束干涉原理的主動(dòng)調(diào)Q方面。但是，基于SBS效應(yīng)或可飽和吸收光纖的被動(dòng)調(diào)Q全光 纖激光器存在重復(fù)頻率不穩(wěn)且不容易調(diào)節(jié)等缺點(diǎn)；基于雙光束干涉原理全光纖激光器的Q開 關(guān)仍然屬于慢Q開關(guān)，因?yàn)樗仨毻ㄟ^壓電陶瓷改變兩干涉臂的光程差實(shí)現(xiàn)諧振腔損耗的周 期性調(diào)制，其調(diào)制電壓相對(duì)較高，開關(guān)時(shí)間較長(zhǎng)。其它主動(dòng)調(diào)Q全光纖激光器的研究還處于 探索階段，主動(dòng)光纖型Q開關(guān)的技術(shù)還很不成熟。
就目前情況看，主動(dòng)調(diào)Q全光纖激光器的發(fā)展并不完善；所以，研究開發(fā)高性能的主動(dòng) 調(diào)Q全光纖激光器已成為調(diào)Q全光纖激光器發(fā)展的必然要求。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于，解決調(diào)Q開關(guān)光纖激光器中分立的組件結(jié) 構(gòu)帶來的耦合效率低，失調(diào)靈敏度高，實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜等問題，提供一種實(shí)現(xiàn)全光纖化的聲光 調(diào)Q摻鐿全光纖激光器。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是， 一種聲光調(diào)Q摻鐿全光纖激光器，包括 光纖光柵FBG、帶尾纖的聲光調(diào)制器AOM、多模耦合器、兩個(gè)泵浦發(fā)光二極管LD、摻鐿雙 包層光纖和輸出尾纖；兩個(gè)泵浦發(fā)光二極管LD分別通過多模耦合器的泵浦輸入端、多模耦 合器的輸出端，將泵浦光耦合到摻鐿雙包層光纖中；多模耦合器的輸出端和輸出尾纖間接有 摻鐿雙包層光纖;光纖光柵FBG通過帶尾纖的聲光調(diào)制器AOM連接到多模耦合器的信號(hào)端， 并且和輸出尾纖端面形成諧振腔；有交變的電壓施加在聲光調(diào)制器AOM上。
兩個(gè)泵浦LD分別通過多模耦合器的泵浦輸入端、多模耦合器的輸出端，直接和摻鐿雙 包層光纖相接，聲光調(diào)Q摻鐿全光纖激光器所有部件全為光纖部件。
帶尾纖的聲光調(diào)制器AOM的尾纖和多模耦合器的信號(hào)端焊接，多模耦合器輸出端和摻鐿雙包層光纖相連接，實(shí)現(xiàn)全光纖結(jié)構(gòu)。
帶尾纖的聲光調(diào)制器AOM為帶尾纖的聲光Q開關(guān)。
摻鐿雙包層光纖和輸出尾纖之間接有一段單模光纖，用于實(shí)現(xiàn)聲光Q開關(guān)和單模光纖中 SBS效應(yīng)進(jìn)行混合調(diào)Q的摻鐿光纖激光器的穩(wěn)定脈沖輸出，SBS是受激布里淵散射。 本發(fā)明可以帶來以下效果
在連續(xù)摻鐿全光纖激光器基礎(chǔ)上，利用帶尾纖的聲光Q開關(guān)，將調(diào)Q器件和光纖激光器 整合，實(shí)現(xiàn)調(diào)Q摻鐿激光器的全光纖化，提高了耦合效率，降低了光路對(duì)準(zhǔn)誤差的敏感性。 并且，本發(fā)明利用聲光Q開關(guān)上升下降時(shí)間均比較短，需要的調(diào)制電壓低，脈沖周期穩(wěn)定， 衍射效率高的優(yōu)點(diǎn)，大大提高了光纖激光器的穩(wěn)定性及整體性能。
性能上，使用最高輸出功率為4.5W的LD (4.5W-LD)和最高輸出功率為25W的 LD(25W-LD)同時(shí)泵浦，電流分別控制為5A和25A，總泵浦功率為8.47W,聲光調(diào)Q重復(fù)頻 率為500Hz時(shí)，脈沖寬度為3 u s，脈沖能量達(dá)到2.94mJ，并且實(shí)現(xiàn)了 10Hz到100kHz范圍 內(nèi)的可調(diào)節(jié)。優(yōu)化了聲光調(diào)Q摻鐿全光纖激光器。
同時(shí)，本發(fā)明同時(shí)首次實(shí)現(xiàn)了光纖型聲光Q開光和單模光纖中SBS效應(yīng)進(jìn)行混合調(diào)Q
的摻鐿光纖激光器。在諧振腔高反端串接一個(gè)帶尾纖的聲光Q開關(guān)的同時(shí)，在輸出端接入一 段單模光纖(如圖2)，在重復(fù)頻率為50kHz時(shí)候，獲得了脈沖寬度150ns的穩(wěn)定脈沖輸出。


圖1是聲光調(diào)Q的摻鐿全光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是光纖型聲光調(diào)Q開光和SBS效應(yīng)混合調(diào)Q的摻鐿光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是多模耦合器的結(jié)構(gòu)示意圖，DCF端為多模耦合器的輸出端。
圖l中l(wèi).FBG 2.帶尾纖的AOM 3.多模耦合器信號(hào)端4丄D 5.多模耦合器泵浦輸入 端6.多模耦合器7.摻鐿雙包層光纖8.光纖激光器輸出尾纖。
圖2中LFBG 2.帶尾纖的AOM 3.多模耦合器信號(hào)端4丄D 5.多模耦合器泵浦輸入 端6.多模耦合器7.摻鐿雙包層光纖8.光纖激光器輸出尾纖9.單模光纖。
具體實(shí)施例方式
聲光調(diào)Q摻鐿全光纖激光器的結(jié)構(gòu)如圖l所示。其構(gòu)成為FBG光纖光柵1，帶尾纖的 聲光調(diào)制器AOM聲光Q開關(guān)2，多模耦合器6，兩個(gè)激光二極管LD泵浦源4， D型雙包層 摻鐿光纖7和激光器輸出尾纖8。 2個(gè)LD半導(dǎo)體激光器4通過多模耦合器6，將泵浦光耦合 到摻鐿增益光纖7中，實(shí)現(xiàn)對(duì)增益光纖7的泵浦。FBG1通過AOM聲光Q開關(guān)2連接到多 模耦合器的信號(hào)端3，并且FBG光纖光柵1和輸出尾纖8的端面形成諧振腔，當(dāng)有交變的電 壓施加在聲光調(diào)制器上時(shí)，聲光調(diào)制器周期性調(diào)節(jié)諧振腔內(nèi)的損耗，實(shí)現(xiàn)全光纖激光器的脈 沖輸出。
Q的意思就是激光器中的損耗，帶尾纖的聲光Q開關(guān)，就是原來的體型聲光Q開關(guān)在輸 出端上接上尾纖。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。
全光纖摻鐿光纖激光器基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，在技術(shù)上，為實(shí)現(xiàn)光纖激光器處于最佳狀 態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，要求各個(gè)部件參數(shù)選擇需要綜合衡量各個(gè)參數(shù)對(duì)激光器性能的影響。具體參數(shù)選擇方案如下
(1) FBG通過光纖多模耦合器連接，實(shí)現(xiàn)光纖激光器的全光纖化，選擇反射線寬較窄 的FBG以獲得較窄的線寬的激光輸出。
(2) 增益光纖參數(shù)選擇增益光纖的各個(gè)參數(shù)需兼顧脈寬和能量之間的關(guān)系，但小范圍
內(nèi)不容易兼顧。調(diào)Q光纖激光器中，選取適中的光纖長(zhǎng)度，減小脈沖能量的不必要的浪費(fèi)， 并壓窄脈寬；同時(shí)，增益光纖的纖芯直徑要求適中，避免芯徑過大造成的損耗增大，控制芯 徑以便在一定程度上不但增大輸出脈沖的能量，而且脈寬展寬不多，但選擇大的纖芯直徑必 然帶來增益光纖和激光器其他部件之間的熔接困難，造成腔內(nèi)端面反射嚴(yán)重，不利于積累足 夠的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)，降低增益水平，必須綜合以上條件選擇增益光纖芯徑；最后，要求選取比 較高吸收系數(shù)的增益光纖，高的吸收系數(shù)易于吸收泵浦光并且可以有效的減少光纖長(zhǎng)度，從 而壓縮脈沖寬度。
(3) 光纖激光器之間各個(gè)部件熔接中盡量降低熔接損耗。由于尺寸或者熔接技術(shù)的問題， 會(huì)使得接頭處出現(xiàn)較大的損耗，從而降低光纖激光器的工作性能。
(4) 光纖激光器輸出端反射率存在最優(yōu)數(shù)值。在輸出反射端僅用Fresnel反射率時(shí)，輸 出端透射率較高，輸出譜線將比較寬。若將輸出透過率進(jìn)一步降低，可以進(jìn)一步降低脈沖寬 度。但考慮到激光腔內(nèi)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)的積累，輸出透射率不能太低，要求兼顧輸出脈沖能量和 脈沖寬度兩個(gè)方面。 一種具體的實(shí)現(xiàn)方案如下
本發(fā)明中具體的參數(shù)的選擇-
FBG中心波長(zhǎng)為1083nm，在中心波長(zhǎng)處的反射率大約98%，反射帶寬0.7nm，纖芯直徑 7um，包層125um，數(shù)值孔徑0.22;
兩個(gè)LD泵浦源分別為4.5W-LD和25W-LD，
聲光Q開關(guān)AOM，其插入損耗2dB，尾纖直徑9um，數(shù)值孔徑0.14，工作電壓20V， 重復(fù)頻率在10Hz-100Hz范圍內(nèi)可調(diào)；
增益光纖為D型雙包層摻鐿光纖，長(zhǎng)度llm，對(duì)975nm泵浦光吸收系數(shù)為1.2dB/m，纖 芯直徑30um，數(shù)值孔徑0.07，內(nèi)包層直徑為350/400Pm，內(nèi)包層數(shù)值孔徑0.49。
多模輸出耦合器為(6+1) Xl多模光纖耦合器，型號(hào)為MMC06113320型，六個(gè)泵浦輸 入， 一個(gè)信號(hào)端和一個(gè)連接增益光纖的DCF端，輸入端纖芯直徑200ixm，數(shù)值孔徑0.22， 可承受最大功率為25W，信號(hào)端纖芯直徑20 u m，數(shù)值孔徑0.06， DCF端纖芯直徑為20 u m， 數(shù)值孔徑0.06，內(nèi)包層直徑400ym，數(shù)值孔徑0.46。信號(hào)光最大插損為0.5 dB，泵浦光最大 插損為0.3dB;
輸出反射端利用端面Fresnel反射，反射率約為4%，
當(dāng)調(diào)節(jié)總泵浦功率為8.47W，聲光開關(guān)為500Hz時(shí)，脈沖寬度3us，平均功率1.47W， 單脈沖能量2.94mJ，峰值功率980W的穩(wěn)定脈沖波形輸出。
當(dāng)輸出端接一段2km的單模光纖，總泵浦功率調(diào)節(jié)為6.25W，得到穩(wěn)定的調(diào)Q脈沖序列， 脈沖寬度為150ns，重復(fù)頻率為50kHz，激光器的平均功率為1.02W，單沖的能量為0.02mJ， 峰值功率為B3W。
權(quán)利要求
1、一種聲光調(diào)Q摻鐿全光纖激光器，其特征是，包括光纖光柵FBG、帶尾纖的聲光調(diào)制器AOM、多模耦合器、兩個(gè)泵浦發(fā)光二極管LD、摻鐿雙包層光纖和輸出尾纖；兩個(gè)泵浦發(fā)光二極管LD分別通過多模耦合器的泵浦輸入端、多模耦合器的輸出端，將泵浦光耦合到摻鐿雙包層光纖中；多模耦合器的輸出端和輸出尾纖間接有摻鐿雙包層光纖；光纖光柵FBG通過帶尾纖的聲光調(diào)制器AOM連接到多模耦合器的信號(hào)端，并且和輸出尾纖端面形成諧振腔；有交變的電壓施加在聲光調(diào)制器AOM上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲光調(diào)Q摻鐿全光纖激光器，其特征是，兩個(gè)泵浦LD分別通 過多模耦合器的泵浦輸入端、多模耦合器的輸出端，直接和摻鐿雙包層光纖相接，聲光調(diào) Q摻鐿全光纖激光器所有部件全為光纖部件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲光調(diào)Q摻鐿全光纖激光器，其特征是，帶尾纖的聲光調(diào)制 器AOM的尾纖和多模耦合器的信號(hào)端焊接，多模耦合器輸出端和摻鐿雙包層光纖相連接， 實(shí)現(xiàn)全光纖結(jié)構(gòu)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲光調(diào)Q摻鐿全光纖激光器，其特征是，帶尾纖的聲光調(diào)制 器AOM為帶尾纖的聲光Q開關(guān)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種聲光調(diào)Q摻鐿全光纖激光器，其特征是，慘鐿雙包層光纖和 輸出尾纖之間接有一段單模光纖，用于實(shí)現(xiàn)聲光Q開關(guān)和單模光纖中SBS效應(yīng)進(jìn)行混合 調(diào)Q的摻鐿光纖激光器的穩(wěn)定脈沖輸出，SBS是受激布里淵散射。
全文摘要
本發(fā)明屬激光器件領(lǐng)域，尤其涉及聲光調(diào)Q摻鐿全光纖激光器。為解決調(diào)Q開關(guān)光纖激光器中分立的組件結(jié)構(gòu)帶來的耦合效率低，失調(diào)靈敏度高，實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜等問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，聲光調(diào)Q摻鐿全光纖激光器，包括光纖光柵FBG、帶尾纖的聲光調(diào)制器AOM、多模耦合器、兩個(gè)泵浦發(fā)光二極管LD、摻鐿雙包層光纖和輸出尾纖；兩個(gè)泵浦發(fā)光二極管LD分別通過多模耦合器將泵浦光耦合到摻鐿雙包層光纖中；多模耦合器的輸出端和輸出尾纖間接有摻鐿雙包層光纖；光纖光柵FBG通過帶尾纖的聲光調(diào)制器AOM連接到多模耦合器的信號(hào)端，并且和輸出尾纖端面形成諧振腔；有交變的電壓施加在聲光調(diào)制器AOM上。本發(fā)明主要用于激光器的設(shè)計(jì)制造。
文檔編號(hào)H01S3/117GK101557070SQ200910068939
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者寧繼平, 尚連聚, 白曉磊, 范國芳, 群 韓 申請(qǐng)人:天津大學(xué)