本發(fā)明涉及光纖及激光技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種以單頻半導(dǎo)體激光器為種子源的單頻光纖激光器系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

單頻的半導(dǎo)體激光器具有體積小、無跳模、功率穩(wěn)定等優(yōu)秀特質(zhì)，然而由于輸出功率較低，一般在毫瓦量級，無法滿足一些應(yīng)用需求。光纖激光器/放大器是以摻雜稀土元素的光纖為增益介質(zhì)的激光器/放大器，通過摻雜不同的稀土元素，如餌（Er），鎰（Yb），銩（Tm），鈥（Ho），釹（Nd）等，光纖激光器/放大器的工作波段覆蓋了從紫外到中紅外。與其他激光器/放大器相比，光纖激光器/放大器具有能量轉(zhuǎn)化率高、輸出光束質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)緊湊穩(wěn)定、無需光路調(diào)整、散熱性能好、壽命長和無需維護等鮮明特點，因此得到快速發(fā)展以及廣泛地應(yīng)用。

以單頻的半導(dǎo)體激光器為種子源，通過光纖放大器對激光功率進行有效放大得到高功率的單頻激光以滿足量子通信、非線性變頻、傳感等應(yīng)用領(lǐng)域，具有重大的創(chuàng)新性，同時具有重要的經(jīng)濟效益及社會效益。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明旨在提供一種高功率、無跳模、工作穩(wěn)定可靠、維護簡單的以單頻半導(dǎo)體激光器為種子源的單頻光纖激光器。

一種以單頻半導(dǎo)體激光器為種子源的單頻光纖激光器，包括主振蕩器、功率放大器、激光分束單元和多路激光輸出頭，其特征在于主振蕩器為工作于2μm波段的單頻半導(dǎo)體激光器；功率放大器為光纖放大器，光纖放大器由多級光纖放大級構(gòu)成，每一級光纖放大級均包括光纖合束器、多模半導(dǎo)體激光泵浦、雙包層摻銩光纖和光纖隔離器，光纖合束器的泵浦端與多模半導(dǎo)體激光泵浦相接，光纖合束器的輸出端與雙包層摻銩光纖一端相連，雙包層摻銩光纖另一端與光纖隔離器相連，所述激光分束單元包括光譜濾波器和光纖分束器，光譜濾波器的輸出端與光纖分束器的輸入端相接，其中單頻半導(dǎo)體激光器的輸出端與第一級光纖放大級的光纖合束器的信號端相接，最后一級光纖放大級的光纖隔離器的輸出端與光譜濾波器的輸入端相接，光纖分束器輸出端與多路激光輸出頭相接。

一種以單頻半導(dǎo)體激光器為種子源的單頻光纖激光器，包括主振蕩器、功率放大器、激光分束單元和多路激光輸出頭，其特征在于主振蕩器為工作于2μm波段的單頻半導(dǎo)體激光器；功率放大器為光纖放大器，光纖放大器由一級光纖放大級組成，光纖放大級包括光纖合束器、多模半導(dǎo)體激光泵浦、雙包層摻銩光纖和光纖隔離器，所述激光分束單元包括光譜濾波器和光纖分束器，其中單頻半導(dǎo)體激光器的輸出端與光纖合束器的信號端相接，光纖合束器的泵浦端與多模半導(dǎo)體激光泵浦相接，光纖合束器的輸出端與雙包層摻銩光纖一端相連，雙包層摻銩光纖另一端與光纖隔離器相連，功率放大器光纖隔離器的輸出端與光譜濾波器的輸入端相接，光譜濾波器的輸出端與光纖分束器的輸入端相接，光纖分束器輸出端與多路激光輸出頭相接。

本發(fā)明所述主振蕩器由半導(dǎo)體激光驅(qū)動器、2μm波段單頻半導(dǎo)體激光器和光纖隔離器組成，半導(dǎo)體激光驅(qū)動器驅(qū)動一個光纖耦合的2μm波段單頻半導(dǎo)體激光器輸出激光，單頻半導(dǎo)體激光器的輸出光纖與光纖隔離器的輸入光纖相焊接，主振蕩器光纖隔離器的輸出端與光纖合束器的信號端相接。

本發(fā)明所述光纖分束器包括第一光纖分束器和第二光纖分束器，光譜濾波器的輸出端與第一光纖分束器的輸入端相接；第一光纖分束器的輸出端分別與第二光纖分束器相連，第二光纖分束器（14）的輸出端分別與多路激光輸出頭相連，其中第一光纖分束器可以為1×3光纖分束器，也可以為1×N光纖分束器，第二光纖分束器可以為1×2光纖分束器，也可以為為1×N光纖分束器。此外，激光分束系統(tǒng)里面的光纖分束器并不限于四個，可以是兩路或三路，用戶可以通過增加光纖分束器實現(xiàn)更多路數(shù)的激光輸出。

本發(fā)明所述功率放大器是由兩個光纖放大級組成的光纖放大器，其中第一個光纖放大級包括：一個（1+1）×1光纖合束器，（1+1）×1光纖合束器的信號端與光纖隔離器的輸出端相接，（1+1）×1光纖合束器的泵浦端與第一多模半導(dǎo)體泵浦激光相接，（1+1）×1光纖合束器的輸出端與雙包層摻銩光纖一端相接，雙包層摻銩光纖另一端與光纖隔離器相連。第二個光纖放大級包括：一個（2+1）×1光纖合束器，一個（2+1）×1光纖合束器也可以用（1+1）×1光纖合束器，（2+1）×1光纖合束器，（6+1）×1光纖合束器，（18+1）×1光纖合束器代替，（2+1）×1光纖合束器的信號端接光纖隔離器的輸出端，（2+1）×1光纖合束器的兩個泵浦端分別接第二多模半導(dǎo)體泵浦激光相接，（2+1）×1光纖合束器的輸出端與雙包層摻銩光纖相連，雙包層摻銩光纖另一端與光纖隔離器相連。

本發(fā)明所述第一多模半導(dǎo)體泵浦激光為光纖耦合多模半導(dǎo)體激光器，工作波長位于793nm，輸出光纖為105μm/125μm光纖，纖芯NA為0.22，輸出功率約4W，第二多模半導(dǎo)體泵浦激光為光纖耦合多模半導(dǎo)體激光器，工作波長位于793nm，輸出光纖為105μm/125μm光纖，纖芯NA為0.22，輸出功率約8W。

本發(fā)明所述雙包層摻銩光纖、光纖隔離器、光譜濾波器、光纖分束器和多路輸出頭均為保偏器件，以實現(xiàn)線偏振激光。其中，所述雙包層摻銩光纖的芯徑/內(nèi)包層為10μm/130μm，纖芯NA為0.15，對793nm處激光的吸收系數(shù)約為4.7dB/m，這種雙包層摻銩光纖，具有放大效率高，成本低等優(yōu)點。

單頻光纖激光器的單縱模特性依賴于環(huán)境溫度，只能在相對比較窄的溫度范圍內(nèi)保證單縱模（單頻）的性能，環(huán)境溫度變化時，會出現(xiàn)跳?，F(xiàn)象。而單頻半導(dǎo)體激光器的單縱模特性相對非常穩(wěn)定，在很寬的范圍內(nèi)能保證單縱模（單頻）運行，但是單頻半導(dǎo)體激光器一般功率較低，在幾個毫瓦量級，限制了它的應(yīng)用。本發(fā)明把單頻半導(dǎo)體激光器與光纖激光器的優(yōu)點結(jié)合起來，以單頻半導(dǎo)體激光器用作種子源，利用光纖放大器將其功率進行放大，實現(xiàn)了高功率的單頻激光器，而且在0℃-45℃范圍內(nèi)均工作于單縱模狀態(tài)，沒有跳模。此外，相比于1μm波段和1.5μm波段單頻光纖激光器，2μm波段的高功率單頻光纖激光器更適合應(yīng)用于某些應(yīng)用領(lǐng)域，比如采用2μm波段單頻激光作為泵浦源通過非線性變頻產(chǎn)生單頻中紅外激光或單頻太赫茲源，會有更高的轉(zhuǎn)換效率。由于采用上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明既具備半導(dǎo)體單頻激光器的無跳模的優(yōu)秀特質(zhì)，又通過光纖放大實現(xiàn)了高功率激光輸出，整個系統(tǒng)具備無跳模、體積小、光斑優(yōu)、穩(wěn)定可靠、維護簡單的優(yōu)秀性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標記：主振蕩器1、功率放大器2、激光分束系統(tǒng)3、多路激光輸出頭4、半導(dǎo)體激光驅(qū)動器5、2μm波段單頻半導(dǎo)體激光器6、光纖隔離器7、793nm多模半導(dǎo)體激光泵浦8、（1+1）×1光纖合束器9、雙包層摻銩光纖10、（2+1）×1光纖合束器11、光譜濾波器12、第一光纖分束器13、第二光纖分束器14。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明：

如圖所示，一種以單頻半導(dǎo)體激光器為種子源的單頻光纖激光器，包括主振蕩器1、功率放大器2、激光分束單元3和多路激光輸出頭4。

主振蕩器為工作于2μm波段的單頻半導(dǎo)體激光器，具體的，主振蕩器由半導(dǎo)體激光驅(qū)動器5、2μm波段單頻半導(dǎo)體激光器6和光纖隔離器7-1組成，半導(dǎo)體激光驅(qū)動器驅(qū)動一個光纖耦合的2μm波段單頻半導(dǎo)體激光器輸出激光，單頻半導(dǎo)體激光器的輸出光纖與光纖隔離器的輸入光纖相焊接。

功率放大器為光纖放大器，光纖放大器由多級光纖放大級構(gòu)成，每一級光纖放大級均包括光纖合束器9、793nm多模半導(dǎo)體激光泵浦8、雙包層摻銩光纖10和光纖隔離器7，功率放大器中的光纖放大級采用的泵浦方式可以為前向泵浦也可以為后向泵浦，當(dāng)為前向泵浦時，單頻半導(dǎo)體激光器的輸出端與第一級光纖放大級的光纖合束器的信號端相接光纖合束器的泵浦端與793nm多模半導(dǎo)體激光泵浦相接，光纖合束器的輸出端與光纖隔離器輸入端相連；當(dāng)為后向泵浦時，單頻半導(dǎo)體激光器的輸出端與第一級光纖放大級的雙包層摻銩光纖一端相接，雙包層摻銩光纖另一端與光纖合束器的信號端相接，光纖合束器的泵浦端與793nm多模半導(dǎo)體激光泵浦相接。以前向泵浦為例，功率放大器可以是由兩個光纖放大級組成的光纖放大器，其中第一個光纖放大級包括：一個（1+1）×1光纖合束器9，（1+1）×1光纖合束器的信號端與光纖隔離器7-2的輸出端相接，（1+1）×1光纖合束器的泵浦端與第一多模半導(dǎo)體泵浦激光8-1相接，（1+1）×1光纖合束器的輸出端與雙包層摻銩光纖10-1一端相接，雙包層摻銩光纖10-1另一端與光纖隔離器相連。第二個光纖放大級包括：一個（2+1）×1光纖合束器11，一個（2+1）×1光纖合束器也可以用（1+1）×1光纖合束器，（2+1）×1光纖合束器，（6+1）×1光纖合束器，（18+1）×1光纖合束器代替，（2+1）×1光纖合束器11的信號端接光纖隔離器的輸出端，（2+1）×1光纖合束器的兩個泵浦端分別接第二多模半導(dǎo)體泵浦激光相接8-2，（2+1）×1光纖合束器的輸出端與雙包層摻銩光纖10-2相連，雙包層摻銩光纖另一端與光纖隔離器相連。此時，第一多模半導(dǎo)體泵浦激光為光纖耦合多模半導(dǎo)體激光器，工作波長位于793nm，輸出光纖為105μm/125μm光纖，纖芯NA為0.22，輸出功率約4W，第二多模半導(dǎo)體泵浦激光為光纖耦合多模半導(dǎo)體激光器，工作波長位于793nm，輸出光纖為105μm/125μm光纖，纖芯NA為0.22，輸出功率約8W。

激光分束單元包括光譜濾波器12和光纖分束器，光譜濾波器的輸出端與光纖分束器的輸入端相接，其中功率放大器的輸出端與光譜濾波器的輸入端相接，光纖分束器輸出端與多路激光輸出頭4相接。光纖分束器包括第一光纖分束器13和第二光纖分束器14，光譜濾波器的輸出端與第一光纖分束器的輸入端相接；第一光纖分束器的輸出端分別與第二光纖分束器相連，第二光纖分束器（14）的輸出端分別與多路激光輸出頭相連，其中第一光纖分束器可以為1×3光纖分束器，也可以為1×N光纖分束器，第二光纖分束器可以為1×2光纖分束器，也可以為為1×N光纖分束器。此外，激光分束系統(tǒng)里面的光纖分束器并不限于四個，可以是兩路或三路，用戶可以通過增加光纖分束器實現(xiàn)更多路數(shù)的激光輸出。此時，多模半導(dǎo)體泵浦激光為光纖耦合多模半導(dǎo)體激光器，工作波長位于793nm，輸出光纖為105μm/125μm光纖，纖芯NA為0.22。本發(fā)明中雙包層摻銩光纖、光纖隔離器、光譜濾波器、光纖分束器和多路輸出頭均為保偏器件，以實現(xiàn)線偏振激光。其中，所述雙包層摻銩光纖的芯徑/內(nèi)包層為10μm/130μm，纖芯NA為0.15，對793nm處激光的吸收系數(shù)約為4.7dB/m，這種雙包層摻銩光纖，具有放大效率高，成本低等優(yōu)點。

一種以單頻半導(dǎo)體激光器為種子源的單頻光纖激光器，包括主振蕩器、功率放大器、激光分束單元和多路激光輸出頭，主振蕩器為工作于2μm波段的單頻半導(dǎo)體激光器，具體的，主振蕩器由半導(dǎo)體激光驅(qū)動器、2μm波段單頻半導(dǎo)體激光器和光纖隔離器組成，半導(dǎo)體激光驅(qū)動器驅(qū)動一個光纖耦合的2μm波段單頻半導(dǎo)體激光器輸出激光，單頻半導(dǎo)體激光器的輸出光纖與光纖隔離器的輸入光纖相焊接，主振蕩器光纖隔離器的輸出端與光纖合束器的信號端相接；功率放大器為光纖放大器，光纖放大器由一級光纖放大級構(gòu)成，光纖放大級包括光纖合束器、793nm多模半導(dǎo)體激光泵浦、雙包層摻銩光纖和光纖隔離器，功率放大器中的光纖放大級采用的泵浦方式可以為前向泵浦也可以為后向泵浦，當(dāng)為前向泵浦時，單頻半導(dǎo)體激光器的輸出端與光纖合束器的信號端相接，光纖合束器的泵浦端與793nm多模半導(dǎo)體激光泵浦相接，光纖合束器的輸出端與光纖隔離器輸入端相連；當(dāng)為后向泵浦時，單頻半導(dǎo)體激光器的輸出端與雙包層摻銩光纖一端相接，雙包層摻銩光纖另一端與光纖合束器的信號端相接，光纖合束器的泵浦端與793nm多模半導(dǎo)體激光泵浦相接。所述激光分束單元包括光譜濾波器和光纖分束器，其中單頻半導(dǎo)體激光器的輸出端與光纖合束器的信號端相接，光纖合束器的泵浦端與793nm多模半導(dǎo)體激光泵浦相接，光纖合束器的輸出端與雙包層摻銩光纖一端相連，雙包層摻銩光纖另一端與光纖隔離器相連，功率放大器光纖隔離器的輸出端與光譜濾波器的輸入端相接，光譜濾波器的輸出端與光纖分束器的輸入端相接，光纖分束器輸出端與多路激光輸出頭相接。光纖分束器包括第一光纖分束器和第二光纖分束器，光譜濾波器的輸出端與第一光纖分束器的輸入端相接；第一光纖分束器的輸出端分別與第二光纖分束器相連，第二光纖分束器（14）的輸出端分別與多路激光輸出頭相連，其中第一光纖分束器可以為1×3光纖分束器，也可以為1×N光纖分束器，第二光纖分束器可以為1×2光纖分束器，也可以為為1×N光纖分束器。此外，激光分束系統(tǒng)里面的光纖分束器并不限于四個，可以是兩路或三路，用戶可以通過增加光纖分束器實現(xiàn)更多路數(shù)的激光輸出。本發(fā)明中雙包層摻銩光纖、光纖隔離器、光譜濾波器、光纖分束器和多路輸出頭均為保偏器件，以實現(xiàn)線偏振激光。其中，所述雙包層摻銩光纖的芯徑/內(nèi)包層為10μm/130μm，纖芯NA為0.15，對793nm處激光的吸收系數(shù)約為4.7dB/m，這種雙包層摻銩光纖，具有放大效率高，成本低等優(yōu)點。

實施例

一種以單頻半導(dǎo)體激光器為種子源的單頻光纖激光器，包括主振蕩器、功率放大器、激光分束單元和多路激光輸出頭：

主振蕩器為工作于2μm波段的單頻半導(dǎo)體激光器，具體的，主振蕩器由半導(dǎo)體激光驅(qū)動器、2μm波段單頻半導(dǎo)體激光器和光纖隔離器組成，半導(dǎo)體激光驅(qū)動器驅(qū)動一個光纖耦合的2μm波段單頻半導(dǎo)體激光器輸出激光，單頻半導(dǎo)體激光器的輸出光纖與光纖隔離器的輸入光纖相焊接，主振蕩器光纖隔離器的輸出端與光纖合束器的信號端相接；

功率放大器為光纖放大器，功率放大器可以是由兩個光纖放大級組成的光纖放大器，其中第一個光纖放大級包括：一個（1+1）×1光纖合束器，（1+1）×1光纖合束器的信號端與光纖隔離器的輸出端相接，（1+1）×1光纖合束器的泵浦端與第一多模半導(dǎo)體泵浦激光相接，（1+1）×1光纖合束器的輸出端與雙包層摻銩光纖一端相接，雙包層摻銩光纖另一端與光纖隔離器相連。第二個光纖放大級包括：一個（2+1）×1光纖合束器，（2+1）×1光纖合束器的信號端接光纖隔離器的輸出端，（2+1）×1光纖合束器的兩個泵浦端分別接第二多模半導(dǎo)體泵浦激光相接，（2+1）×1光纖合束器的輸出端與雙包層摻銩光纖相連，雙包層摻銩光纖另一端與光纖隔離器相連。此時，第一多模半導(dǎo)體泵浦激光為光纖耦合多模半導(dǎo)體激光器，工作波長位于793nm，輸出光纖為105μm/125μm光纖，纖芯NA為0.22，輸出功率約4W，第二多模半導(dǎo)體泵浦激光為光纖耦合多模半導(dǎo)體激光器，工作波長位于793nm，輸出光纖為105μm/125μm光纖，纖芯NA為0.22，輸出功率約8W；激光分束單元包括光譜濾波器和光纖分束器，光譜濾波器的輸出端與光纖分束器的輸入端相接，其中單頻半導(dǎo)體激光器的輸出端與第一級光纖放大級的光纖合束器的信號端相接，最后一級光纖放大級的光纖隔離器的輸出端與光譜濾波器的輸入端相接，光纖分束器輸出端與多路激光輸出頭相接。光纖分束器包括第一光纖分束器和第二光纖分束器，光譜濾波器的輸出端與第一光纖分束器的輸入端相接；第一光纖分束器的輸出端分別與第二光纖分束器相連，其中第一光纖分束器可以為1×3光纖分束器，第二光纖分束器可以為1×2光纖分束器，第二光纖分束器（14）的輸出端分別與多路激光輸出頭相連；此時，多模半導(dǎo)體泵浦激光為光纖耦合多模半導(dǎo)體激光器，工作波長位于793nm，輸出光纖為105μm/125μm光纖，纖芯NA為0.22。本發(fā)明中雙包層摻銩光纖、光纖隔離器、光譜濾波器、光纖分束器和六路輸出頭均為保偏器件，以實現(xiàn)線偏振激光。其中，所述雙包層摻銩光纖的芯徑/內(nèi)包層為10μm/130μm，纖芯NA為0.15，對793nm處激光的吸收系數(shù)約為4.7dB/m，這種雙包層摻銩光纖，具有放大效率高，成本低等優(yōu)點。

由于單頻光纖激光器的單縱模特性依賴于環(huán)境溫度，只能在相對比較窄的溫度范圍內(nèi)保證單縱模（單頻）的性能，環(huán)境溫度變化時，會出現(xiàn)跳?，F(xiàn)象。而單頻半導(dǎo)體激光器的單縱模特性相對非常穩(wěn)定，在很寬的范圍內(nèi)能保證單縱模（單頻）運行，但是單頻半導(dǎo)體激光器一般功率較低，在幾個毫瓦量級，限制了它的應(yīng)用。本發(fā)明把單頻半導(dǎo)體激光器與光纖激光器的優(yōu)點結(jié)合起來，以單頻半導(dǎo)體激光器用作種子源，利用光纖放大級將其功率有效放大，實現(xiàn)了高功率的單頻激光器，而且在0℃-45℃范圍內(nèi)均工作于單縱模狀態(tài)，沒有跳模。此外，相比于1μm波段和1.5μm波段單頻光纖激光器，2μm波段的高功率單頻光纖激光器更適合于某些應(yīng)用領(lǐng)域，比如：采用2μm波段單頻激光作為泵浦源通過非線性變頻產(chǎn)生單頻中紅外激光或單頻太赫茲源，會有更高的轉(zhuǎn)換效率。

為了更詳細、直觀的對2μm波段單頻半導(dǎo)體激光器為種子源的高功率光纖激光器在不同溫度下保持單縱模、無跳模等優(yōu)勢進行觀察對比，本發(fā)明僅將種子源分為2μm波段單頻半導(dǎo)體激光器替換為2μm波段單頻光纖激光器，其他各部件均保持不變，制成以2μm波段單頻光纖激光器為種子源的2μm波段高功率光纖激光器，與本發(fā)明進行對比實驗。在對0℃-45℃溫度范圍觀察對比時，以2μm波段單頻光纖激光器為種子源的2μm波段高功率光纖激光器在3℃-5℃、11℃-13℃、20℃-23℃、29℃-31℃、38℃-40℃這幾個溫度范圍內(nèi)，均觀測到跳模，同時存在兩個縱模。而以2μm波段單頻半導(dǎo)體激光器為種子源的2μm波段高功率光纖激光器，均處于單縱模狀態(tài)且沒有跳模。

由于采用上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明既具備半導(dǎo)體單頻激光器的無跳模的優(yōu)秀特質(zhì)，又通過光纖放大實現(xiàn)了高功率激光輸出，整個系統(tǒng)具備無跳模、體積小、光斑優(yōu)、穩(wěn)定可靠、維護簡單的優(yōu)秀性能。