專利名稱：線型腔光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種線型腔光纖激光器。
背景技術(shù)：
可調(diào)諧光纖激光器具有窄線寬，低噪聲，尺寸小，與光纖兼容等優(yōu)點，不僅可用作光纖干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)(OFDR，B-0TDR)等長距離監(jiān)測的光源、激光指示、軍事測距和多普勒激光雷達中的種子激光源，還可應(yīng)用于如氣體傳感、振動傳感、周界安全等?？烧{(diào)諧光纖激光器結(jié)合其他光學(xué)元器件，已實現(xiàn)了長達95Km的分布式測量。其中，采用光纖光柵作為選頻器件的線性腔光纖激光器(如DBR型和DFB型)結(jié)構(gòu)短小緊湊，輸出線寬窄，相干長度大，是 當(dāng)前研究的重點。窄線寬可調(diào)諧光纖激光器可滿足干涉式水聽器對光源的要求，相比半導(dǎo)體激光器最大的優(yōu)勢其是調(diào)制幅度不隨調(diào)制頻率的升高而變化，具有高度的功率穩(wěn)定性。圍繞線型腔光纖激光器的波長調(diào)諧方法有機械調(diào)諧法、電磁調(diào)諧法、熱調(diào)諧法、壓電調(diào)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(jié)合機械結(jié)構(gòu)，如懸臂梁結(jié)構(gòu)、雙端簡支梁等，實現(xiàn)對光纖光柵更大范圍的拉壓作用。但該方法難以實現(xiàn)高精度、快速的調(diào)諧，且機械穩(wěn)定性和重復(fù)性嚴(yán)格限制其實用。電磁調(diào)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(chǎn)生應(yīng)變，由于其調(diào)制幅度過小，限制其發(fā)展(I)磁致伸縮材料在使用中，容易受到電磁信號的干擾而破壞光纖傳感先天的抗干擾特性；(2)較大的調(diào)制電流對系統(tǒng)要求高，不易實現(xiàn)；大電流會引起螺旋管中大量發(fā)熱，不能準(zhǔn)確控制波長的穩(wěn)定性。壓電陶瓷法是當(dāng)前商用技術(shù)，利用壓電陶瓷的電致伸縮效應(yīng)，將固定在PZT上的光纖光柵施加應(yīng)力調(diào)制。美國NPPhotonics公司的光纖激光器的調(diào)諧方式采用熱調(diào)諧和壓電陶瓷調(diào)諧組合的形式。熱調(diào)諧速度慢，調(diào)諧范圍大約O. 8nm ;壓電陶瓷調(diào)諧速度快達ΙΟΟΚΗζ，波長調(diào)諧幅度為20pm，但調(diào)諧電壓過高(高達200V)。熱(溫度)調(diào)諧法利用熱膨脹系數(shù)較大的材料作為敏感元件，將溫度的變化轉(zhuǎn)化為在光纖光柵軸向應(yīng)變，進而建立FBG的波長與溫度變化的對應(yīng)關(guān)系，最后實現(xiàn)波長大范圍調(diào)諧。最常見的線型腔光纖激光器如圖I所示。該線型腔光纖激光器包括半導(dǎo)體激光器10，有源諧振腔20，半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電源101，信號發(fā)生器102。其中，半導(dǎo)體激光器10的出光端連接于有源諧振腔20，為有源諧振腔20提供泵浦光，其前端連接半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電源101。具體實現(xiàn)方法是利用信號發(fā)生器102改變半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電源101的電流大小，實現(xiàn)系統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)諧；利用信號發(fā)生器102調(diào)制半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電源101的輸出功率，實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)諧。現(xiàn)有技術(shù)的上述線型腔光纖激光器雖然在一定程度上降低了光纖激光器波長調(diào)諧系統(tǒng)的復(fù)雜性，實現(xiàn)了動態(tài)調(diào)諧，但是難以避免由系統(tǒng)泵浦源自調(diào)節(jié)造成的激光輸出功率波動問題。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題為解決上述的一個或多個問題，本發(fā)明提供了一種線型腔光纖激光器，以避免由系統(tǒng)泵浦源自調(diào)節(jié)造成的激光輸出功率波動問題。( 二 )技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種線型腔光纖激光器。該線型腔光纖激光器包括泵浦激光器，用于產(chǎn)生泵浦激光；光熱光源，用于產(chǎn)生加熱光；信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生控制信號；強度調(diào)制器，其控制端與信號發(fā)生器相連接，其輸入端與光熱光源相連接，用于依照控制信號對加熱光進行強度調(diào)制；合波器，其第一波長輸入端連接至半導(dǎo)體激光器，其第二波長輸入端連接至強度調(diào)制器，用于將泵浦激光和進行強度調(diào)制后的加熱光合波；有源諧振腔，其輸入端與合波器相連接，用于利用泵浦激光泵浦產(chǎn)生與其有源區(qū)折射率和/或周期長度相關(guān)的激發(fā)激光，其中，該折射率和/或周期長度受加熱光的加熱作用調(diào)制；波分 復(fù)用器，與有源諧振腔相連接，用于對有源諧振腔射出的光進行波分復(fù)用，其中，激發(fā)激光從其第一波長端輸出。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明線型腔光纖激光器具有以下有益效果(I)引入光熱光源11，通過強度調(diào)制器111實現(xiàn)對光熱光源11輸出功率的調(diào)諧，進而實現(xiàn)對光纖激光器有源諧振腔20受光強度的調(diào)諧，諧振腔20吸收光而發(fā)熱，通過諧振腔20溫度的變化最終實現(xiàn)對輸出激光波長的調(diào)諧，該方法通過將泵浦光源10和熱光源11的分離，避免了現(xiàn)有技術(shù)中激光輸出功率波動問題，在該系統(tǒng)中采用控制激光器溫度的方法，確保激光器輸出功率的穩(wěn)定性，保證了光纖激光器波長的快速大范圍動態(tài)調(diào)諧；(2)系統(tǒng)泵浦源10與光熱調(diào)諧光源11相互獨立，互不影響，而從根本上解決了激光輸出功率波動的問題。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)線型腔光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的線型腔光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。主要元件符號說明10-半導(dǎo)體激光器； 20-有源諧振腔；30-合波器；101-半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電源；102-信號發(fā)生器； 11-光熱光源；111-強度調(diào)制器； 31-波分復(fù)用器。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。本發(fā)明針對自身系統(tǒng)泵浦源調(diào)諧方案中存在的問題，在傳統(tǒng)的光纖激光器系統(tǒng)中引入光熱光源11，不但能夠?qū)崿F(xiàn)自身系統(tǒng)泵浦源調(diào)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(diào)諧造成的激光輸出功率波動問題。
在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種線型腔光纖激光器。如圖2所示，該線型腔光纖激光器泵浦激光器10，用于產(chǎn)生泵浦激光；光熱光源11，用于產(chǎn)生其波長不同于泵浦激光的加熱光；信號發(fā)生器102，用于產(chǎn)生控制信號；強度調(diào)制器111，其控制端與信號發(fā)生器102相連接，其輸入端與光熱光源11相連接，用于依照控制信號對加熱光進行強度調(diào)制；合波器30，其第一波長輸入端連接至半導(dǎo)體激光器10，其第二波長輸入端連接至強度調(diào)制器111，用于將泵浦激光和進行強度調(diào)制后的加熱光合波；有源諧振腔20，其輸入端與合波器30相連接，用于利用泵浦激光泵浦產(chǎn)生與其有源區(qū)折射率和/或周期長度相關(guān)的激發(fā)激光，其中，該折射率和/或周期長度受加熱光的加熱作用調(diào)制；波分復(fù)用器31，與有源諧振腔20相連接，用于對有源諧振腔射出的光進行波分復(fù)用，其中，激發(fā)激光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(fā)出的光，并轉(zhuǎn)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激光器有源區(qū)FBG的折射率和周期長度的改變，F(xiàn)BG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(guān)系
·
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?？偟膩碚f，就是要建立光熱光源11輸出光與激光器輸出波長之間的對應(yīng)關(guān)系，通過改變光熱光源11的輸出功率和頻率，最終實現(xiàn)對激光波長的光熱調(diào)諧。對于圖2所示的泵浦光源和光熱光源光熱光源可以為激光光源或者汞燈等，其波長可以為不同于泵浦激光的其他波長，所選波長主要由有源區(qū)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(yīng)盡可能的高，但受到光纖激光器損傷閾值的限制。在利用本發(fā)明所制備的一線型腔光纖激光器中，泵浦光源的發(fā)射波長為980nm，光熱光源的發(fā)射波長為1064nm,最大輸出功率為20mW。當(dāng)然，也可以選用其他類型的激光器,但最大輸出功率優(yōu)選大于10mW。對于圖2所示的信號發(fā)生器(型號GW SFG-2104)和強度調(diào)制器，在上述利用本發(fā)明所制備的一線型腔光纖激光器中，強度調(diào)制器111的工作帶寬為2. 5GHz，通過信號發(fā)生器102和強度調(diào)制器111實現(xiàn)了對光熱光源11發(fā)出的1064nm光的動態(tài)調(diào)諧。因后端解調(diào)儀僅能解調(diào)2KHz以下的信號，受此限制，信號發(fā)生器102的工作頻率也應(yīng)在2KHz以下。此外，也可以靈活設(shè)置強度調(diào)制器111的工作帶寬，但其工作帶寬優(yōu)選大于1GHz。對于圖2所示的有源諧振腔20和波分復(fù)用器，在上述利用本發(fā)明所制備的一線型腔光纖激光器中，其在980nm泵浦激光的泵浦下，產(chǎn)生1550nm的激發(fā)激光。在所述波分復(fù)用器中，1550nm的激發(fā)激光從第一波長端輸出，980nm的泵浦激光和1064nm的加熱光從另一端輸出。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種線型腔光纖激光器，其特征在于，包括 泵浦激光器，用于產(chǎn)生泵浦激光； 光熱光源，用于產(chǎn)生加熱光； 信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生控制信號； 強度調(diào)制器，其控制端與所述信號發(fā)生器相連接，其輸入端與所述光熱光源相連接，用于依照所述控制信號對所述加熱光進行強度調(diào)制； 合波器，其第一波長輸入端連接至所述半導(dǎo)體激光器，其第二波長輸入端連接至所述強度調(diào)制器，用于將所述泵浦激光和所述進行強度調(diào)制后的加熱光合波； 有源諧振腔，其輸入端與所述合波器相連接，用于利用所述泵浦激光泵浦產(chǎn)生與其有源區(qū)折射率和/或周期長度相關(guān)的激發(fā)激光，其中，該折射率和/或周期長度受所述加熱光的加熱作用調(diào)制； 波分復(fù)用器，與所述有源諧振腔相連接，用于對有源諧振腔射出的光進行波分復(fù)用，其中，所述激發(fā)激光從其第一波長端輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的線型腔光纖激光器，其特征在于，所述泵浦激光器與光熱光源分離，且所述泵浦激光器產(chǎn)生的泵浦激光的波譜與所述光熱光源產(chǎn)生的加熱光的波譜不重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的線型腔光纖激光器，其特征在于，所述的光熱光源為激光器，所述加熱光為激光。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的線型腔光纖激光器，其特征在于，所述作為光熱光源的激光器的功率大于10mW。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的線型腔光纖激光器，其特征在于，所述作為光熱光源的激光器的輸出波長為1064nm，所述泵浦激光的波長為980nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的線型腔光纖激光器，其特征在于，所述強度調(diào)制器的工作帶寬大于IGHz。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的線型腔光纖激光器，其特征在于，所述強度調(diào)制器的工作帶寬為 2. 5GHz。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項所述的線型腔光纖激光器，其特征在于，所述信號發(fā)生器的工作頻率低于2KHz。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種線型腔光纖激光器，包括泵浦激光器，用于產(chǎn)生泵浦激光；光熱光源，用于產(chǎn)生加熱光；信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生控制信號；強度調(diào)制器，用于依照控制信號對加熱光進行強度調(diào)制；合波器，用于將泵浦激光和進行強度調(diào)制后的加熱光合波；有源諧振腔，用于利用泵浦激光泵浦產(chǎn)生與其有源區(qū)折射率和/或周期長度相關(guān)的激發(fā)激光，其中，該折射率和/或周期長度受加熱光的加熱作用調(diào)制；波分復(fù)用器，與有源諧振腔相連接，用于對有源諧振腔射出的光進行波分復(fù)用，其中，激發(fā)激光從其第一波長端輸出。本發(fā)明的方法避免了現(xiàn)有技術(shù)中線型腔光纖激光器的激光輸出功率波動問題。
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(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者王永杰, 李芳 , 劉育梁, 趙強, 戴興 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所