本發(fā)明涉及到激光雷達(dá)、光纖傳感、相干光譜合束等領(lǐng)域特別是可用于激光雷達(dá)系統(tǒng)所應(yīng)用的光纖激光技術(shù)，具體涉及一種結(jié)構(gòu)緊密的短直腔多波長單頻光纖激光光源。
背景技術(shù)：
激光雷達(dá)系統(tǒng)包括一個單束窄帶激光器和一個接收系統(tǒng)。激光器產(chǎn)生并發(fā)射一束光脈沖，打在物體上并反射回來，最終被接收器所接收。接收器準(zhǔn)確地測量光脈沖從發(fā)射到被反射回的傳播時間。因為光脈沖以光速傳播，所以接收器總會在下一個脈沖發(fā)出之前收到前一個被反射回的脈沖。鑒于光速是已知的，傳播時間即可被轉(zhuǎn)換為對距離的測量。結(jié)合激光器的高度，激光掃描角度，從GPS得到的激光器的位置和從INS得到的激光發(fā)射方向，就可以準(zhǔn)確地計算出每一個地面光斑的坐標(biāo)X，Y，Z。激光束發(fā)射的頻率可以從每秒幾個脈沖到每秒幾萬個脈沖。舉例而言，一個頻率為每秒一萬次脈沖的系統(tǒng)，接收器將會在一分鐘內(nèi)記錄六十萬個點。若能夠多個頻率同時工作，那么激光雷達(dá)的掃描效率將會大大提升。
本發(fā)明申請?zhí)岢隽艘环N短直腔結(jié)構(gòu)的多波長單頻光纖激光器，利用多波長的保偏光柵，在短直腔中實現(xiàn)多波長輸出，能夠在激光雷達(dá)系統(tǒng)中增加單束窄帶激光個數(shù)，將有效激光掃描范圍提升至原來的幾倍至幾十倍以上。使得激光雷達(dá)可以有更廣泛的應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種短直腔結(jié)構(gòu)的多波長單頻光纖激光器，即采用多波長光纖光柵、高增益光纖及寬帶光纖光柵相熔合形成短直諧振腔，實現(xiàn)在緊密的結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)多波長單頻激光輸出。
本發(fā)明利用磷酸鹽玻璃纖芯材料的高摻雜和高增益特性，制作磷酸鹽玻璃單模光纖作為激光介質(zhì)材料，采用短直腔結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生多波長單頻激光輸出。
本發(fā)明的目的至少通過如下技術(shù)方案之一實現(xiàn)。
一種短直腔結(jié)構(gòu)的多波長單頻光纖激光器，包括一個單模半導(dǎo)體泵浦激光器、波分復(fù)用器、寬帶光纖光柵、高增益光纖、多波長窄帶光纖光柵、光隔離器、半導(dǎo)體光放大器、波分復(fù)用器；各部件的結(jié)構(gòu)關(guān)系是：波分復(fù)用器的公共端與寬帶光纖光柵的一端連接，寬帶光纖光柵的另一端經(jīng)高增益光纖和多波長窄帶光纖光柵連接，高增益光纖作為激光增益介質(zhì)，多波長窄帶光纖光柵和寬帶光纖光柵組成激光腔前后腔鏡，單模半導(dǎo)體泵浦激光器產(chǎn)生泵浦光經(jīng)由光波分復(fù)用器的泵浦端輸入，經(jīng)由寬帶光纖光柵到高增益光纖的纖芯中，進(jìn)行纖芯泵浦，諧振腔輸出的激光信號經(jīng)由波分復(fù)用器的信號端輸出進(jìn)入光隔離器，從光隔離器輸出的激光信號經(jīng)由半導(dǎo)體光放大器進(jìn)行噪聲抑制以及光性能優(yōu)化，再經(jīng)由波分復(fù)用器對不同波長的激光信號分光輸出。
進(jìn)一步地，在寬帶光纖光柵同一段保偏光纖中刻蝕多個光柵，實現(xiàn)多個反射波長；寬帶光柵的帶寬能夠覆蓋各個波長，使不同的波長在激光腔中諧振輸出，實現(xiàn)多波長輸出，在輸出波長上包括但包括兩個以上波長。
進(jìn)一步地，所述高增益光纖的單位長度增益大于1 dB/cm，光纖長度為0.5～10cm。
進(jìn)一步地，所述的寬帶光纖光柵、高增益光纖和多波長窄帶光纖光柵之間是通過研磨拋光各自的光纖端面后直接對接耦合，或者通過光纖熔接機(jī)熔接耦合的。
進(jìn)一步地，所述的寬帶光纖光柵的中心反射波長為激光輸出波長，3dB反射譜小于0.1nm，中心波長反射率為2-99%；多波長窄帶光纖光柵的3dB反射譜大于0.1nm，且對激光輸出信號波長反射率大于90%，對泵浦波長透射率大于90%。如上所述短直腔多波長單頻光纖激光器，其特征在于：在同一短直腔中輸出多個波長的單縱模激光，如其寬帶光纖光柵運(yùn)用特定工藝在同一段保偏光纖中刻蝕多個光柵，實現(xiàn)多個反射波長，寬帶光柵的帶寬能夠覆蓋各個波長，使不同的波長在激光腔中諧振輸出，實現(xiàn)多波長輸出，在輸出波長上包括但不限于兩個或者幾個波長等。
進(jìn)一步地，如上所述短直腔多波長單頻光纖激光器是短直腔結(jié)構(gòu)，其前腔鏡是多波長窄帶光纖光柵，后腔鏡可以是二色鏡或?qū)拵Ч饫w光柵，所述寬帶光纖光柵是對泵浦光高透，透射率大于90％，而對激勵信號波長高反，反射率大于95％，其3dB反射譜寬為0.1nm～10nm。
如上所述多波長窄帶光纖光柵、高增益光纖和寬帶光纖光柵之間可以是通過將相接處的相應(yīng)端面進(jìn)行研磨拋光后，實現(xiàn)端對端耦合的。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果是：可以將厘米量級的高增益光纖作為激光的增益介質(zhì)，由多波長窄帶光纖光柵和寬帶光纖光柵組成諧振腔結(jié)構(gòu)的前后腔鏡，在單模半導(dǎo)體激光泵浦源的連續(xù)激勵下，纖芯中的高增益粒子發(fā)生反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生受激發(fā)射的激光信號，在激光腔中諧振的光信號經(jīng)過縱模選擇后得到幾個中心頻率對應(yīng)波長的單一縱模激光信號，經(jīng)半導(dǎo)體光放大器的性能優(yōu)化后通過波分復(fù)用器激射出多個通道對應(yīng)不同中心頻率波長的單頻激光。該發(fā)明可在激光雷達(dá)應(yīng)用中擴(kuò)大掃描范圍，大大提升激光雷達(dá)的工作效率。同時可用于空間探測、相干光通信、多普勒測風(fēng)雷達(dá)、引力波探測和量子光學(xué)等領(lǐng)域。
附圖說明
圖1 為本發(fā)明單頻光纖激光器原理示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體例子對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步描述，需要說明的是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實施例表述的范圍。
如圖1所示，一種短直腔多波長單頻光纖激光器，包括一個單模半導(dǎo)體泵浦激光器5、波分復(fù)用器4、寬帶光纖光柵3、高增益光纖2、多波長窄帶光纖光柵1、光隔離器6、半導(dǎo)體光放大器7、波分復(fù)用器8；各部件的結(jié)構(gòu)關(guān)系是：波分復(fù)用器4的公共端與寬帶光纖光柵3的一端連接，寬帶光纖光柵3的另一端經(jīng)高增益光纖2和多波長窄帶光纖光柵1連接，高增益光纖2作為激光增益介質(zhì)，寬帶光纖光柵3和多波長窄帶光纖光柵1組成激光腔前后腔鏡，單模半導(dǎo)體泵浦激光器5產(chǎn)生泵浦光經(jīng)由光波分復(fù)用器4的泵浦端輸入，經(jīng)由寬帶光纖光柵3到高增益光纖2的纖芯中，進(jìn)行纖芯泵浦，諧振腔輸出的激光信號經(jīng)由波分復(fù)用器4的信號端輸出進(jìn)入光隔離器6，從光隔離器6輸出的激光信號經(jīng)由半導(dǎo)體光放大器7進(jìn)行噪聲抑制以及光性能優(yōu)化，再經(jīng)由波分復(fù)用器8對不同波長的激光信號分光輸出。
該光纖激光器以單模半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的輸出激光作為泵浦光源，多波長窄帶光纖光柵與寬帶光纖光柵一起實現(xiàn)激光多個波長的選擇。采用保偏的多光柵結(jié)構(gòu)的低反多波長窄帶光纖光柵，使多個不同波長的激光在諧振腔中諧振輸出，經(jīng)過波分復(fù)用器進(jìn)行分光濾波，實現(xiàn)在同一激光腔中同時輸出多路單頻激光。
實施例1
本例的多波長窄帶光纖光柵1中心反射波長為激光輸出中心波長1550 nm，3dB反射譜寬為2 nm，本例中心波長反射率大于99.95％。寬帶光纖光柵3耦合輸出光柵的中心反射波長為激光輸出波長1549.57 nm、1549.94 nm、1550.21 nm、1550.62 nm，每個波長的對應(yīng) 3dB反射譜寬為0.1 nm，中心波長反射率為10～95%，本例中心波長射率為60％。多波長窄帶光纖光柵1和寬帶光纖光柵3成一個多波長諧振的功能模塊。其中，多波長窄帶光纖光柵1和高增益光纖2用熔接或端面對接方式連接；高增益光纖2和寬帶光纖光柵3間采用光纖端面研磨拋光與腔鏡緊密對接方式連接。
泵浦方式采用后向泵浦，由單模半導(dǎo)體泵浦激光器5產(chǎn)生泵浦光經(jīng)由光波分復(fù)用器4的泵浦端輸入，經(jīng)由寬帶光纖光柵3到高增益光纖2的纖芯中，進(jìn)行纖芯泵浦。泵浦光不斷抽運(yùn)纖芯中的增益粒子，使其達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，受激發(fā)射產(chǎn)生激光信號。反射波長對應(yīng)的光信號在諧振腔中諧振產(chǎn)生波長為1549.57 nm、1549.94 nm、1550.21 nm及1550.62 nm的單頻激光信號。激光信號經(jīng)由光波分復(fù)用器4從光隔離器6的輸出端輸出，經(jīng)由半導(dǎo)體光放大器7進(jìn)行噪聲抑制以及光性能優(yōu)化，再經(jīng)由波分復(fù)用器8對不同波長的激光信分通道輸出。