一種寬溫度適應(yīng)區(qū)間的單頻光纖激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光纖激光器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種激光器單縱模溫度范圍高達(dá)幾十、甚至幾百攝氏度，連續(xù)單縱模波長調(diào)制范圍大于幾百皮米的寬溫度適應(yīng)區(qū)間的單頻光纖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]窄線寬的單頻激光器在相干光通信、光原子鐘、高分辨率激光光譜儀、基礎(chǔ)物理量的測量、量子保密通信等超高精尖端領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。滿足該要求的單頻激光器有許多種不同的類型，如加入復(fù)雜的外腔穩(wěn)頻結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器等，然而，短直腔結(jié)構(gòu)的單頻光纖激光器一直被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的類型。和其它類型的激光器相比，短直腔結(jié)構(gòu)的單頻光纖激光器噪聲低、線寬窄、結(jié)構(gòu)緊湊、易于集成。但是，由于高增益光纖與石英光柵做成的濾波器的材料不同，使光柵的溫漂速度與縱模的溫漂速度不一致，在溫度變化時(shí)會(huì)出現(xiàn)跳?，F(xiàn)象，因此，單頻短直腔分布式布拉格(DBR)光纖激光器無法在很大的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)重影響了輸出激光的穩(wěn)定性和光學(xué)系統(tǒng)的性能，限制了單頻激光器的應(yīng)用。
[0003]因此，采用不同的膨脹系數(shù)的封裝材料分別對(duì)光纖光柵與增益光纖進(jìn)行封裝，巧妙地利用DBR光纖激光器的調(diào)制理論，實(shí)現(xiàn)縱模的溫漂速度與光柵的溫漂速度相匹配，是增大激光器單縱模輸出溫度區(qū)間的有效手段。
[0004]本實(shí)用新型申請?zhí)岢隽艘环N新型的激光腔封裝結(jié)構(gòu)，利用不同的材料對(duì)激光腔的不同部位進(jìn)行封裝，使光纖光柵與縱模的溫漂速度相匹配，將有效單縱模溫度區(qū)間提升至原來的幾十倍至幾百倍以上，保證單頻光纖激光器在極端溫度變化環(huán)境下（如空間、深海等)實(shí)現(xiàn)單縱模輸出。使得高增益短直腔單頻光纖激光器可以有更廣泛的應(yīng)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種寬溫度適應(yīng)區(qū)間的單頻光纖激光器，即采用不同的膨脹系數(shù)的封裝材料分別對(duì)光纖光柵與增益光纖進(jìn)行封裝，應(yīng)用外加溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?，?shí)現(xiàn)縱模的溫漂速度與光柵的溫漂速度相匹配，將有效單縱模溫度區(qū)間提升至原來的幾十乃至幾百倍以上。
[0006]本實(shí)用新型利用磷酸鹽玻璃纖芯材料的高摻雜和高增益特性，設(shè)計(jì)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)生單頻激光輸出。隨著溫度的增加，光柵反射譜中心波長和諧振波長發(fā)生漂移，Sf是光柵反射譜的溫漂速度，Sq是諧振波長(縱模)的溫漂速度。由于光柵材料和磷酸鹽增益光纖的材料不同，造成光柵反射譜中心波長和諧振波長溫漂速度不同；為了保證激光器能以單頻且較高的功率運(yùn)行，故一般使縱模間隔滿足2 Δ Aq> Δ Af> Δ Aq(下標(biāo)對(duì)應(yīng)前述出現(xiàn)的下標(biāo)）。在這種情況下就有可能出現(xiàn)兩個(gè)模式同時(shí)出現(xiàn)在光柵起振帶寬內(nèi)的多模輸出，隨著溫度的變化，輸出激光會(huì)出現(xiàn)跳?，F(xiàn)象。由DBR激光器的調(diào)制理論可知，諧振波長和光柵反射譜波長的溫漂速度于材料的膨脹系數(shù)、光熱系數(shù)和激光的波長有關(guān)，因此，想要改變諧振波長的溫漂速度，可以設(shè)法改變光纖激光器中增益光纖的封裝，增大諧振腔的膨脹系數(shù)，從而增大諧振波長的溫漂速度使之接近于光柵的溫漂速度。如圖2所示，為模擬不同光柵和縱模溫漂速度差下的單縱模溫度區(qū)間，可知當(dāng)光柵溫漂速度與縱模溫漂速度之間的差距越小，其單縱模的溫度區(qū)間越大，若能找到適合的材料對(duì)增益光纖和光纖光柵進(jìn)行封裝，使光柵的溫漂速度與縱模的溫漂速度之差降到最小，則可獲得很寬的單縱模區(qū)間。
[0007]本實(shí)用新型的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0008]一種寬溫度適應(yīng)區(qū)間的單頻光纖激光器，包括一個(gè)單模半導(dǎo)體栗浦激光器、波分復(fù)用器、窄帶光纖光柵、高增益光纖、寬帶光纖光柵、窄帶光纖光柵封裝毛細(xì)管材料、增益光纖封裝毛細(xì)管材料、寬帶光纖光柵封裝毛細(xì)管材料、溫控箱以及光隔離器;各部件的結(jié)構(gòu)關(guān)系是:波分復(fù)用器的公共端與窄帶光纖光柵的一端連接，窄帶光纖光柵的另一端經(jīng)高增益光纖和寬帶光纖光柵連接，高增益光纖作為激光增益介質(zhì)，窄帶光纖光柵和寬帶光纖光柵組成激光腔前后腔鏡，諧振腔輸出的激光信號(hào)經(jīng)由波分復(fù)用器的信號(hào)端進(jìn)入光隔離器，從光隔離器的輸出；窄帶光纖光柵、增益光纖和寬帶光纖光柵分別由不同膨脹系數(shù)的光纖毛細(xì)管材料封裝:所述光纖毛細(xì)管材料包括窄帶光纖光柵封裝毛細(xì)管材料、增益光纖封裝毛細(xì)管材料和寬帶光纖光柵封裝毛細(xì)管材料;激光諧振腔放置在溫控箱內(nèi)，諧振腔輸出的激光信號(hào)經(jīng)由波分復(fù)用器的信號(hào)端進(jìn)入光隔離器，從光隔離器的輸出端輸出。
[0009]進(jìn)一步地，所述窄帶光纖光柵、高增益光纖、及寬帶光纖光柵連接固定在自動(dòng)溫度控制的熱沉中。
[00?0] 進(jìn)一步地，所述高增益光纖的單位長度增益大于I dB/cm，光纖長度為O . 5?10cm0
[0011]進(jìn)一步地，所述窄帶光纖光柵、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(shí)現(xiàn)端對(duì)端耦合的。
[0012]進(jìn)一步地，所述封裝光纖毛細(xì)管采用紫外固化膠或兩液混合硬化膠對(duì)光纖光柵和增益光纖進(jìn)行固化封裝。
[0013]進(jìn)一步地，所述封裝光纖毛細(xì)管孔徑為100?200μπι，外徑為I?100mm，長度為5?IOOmm0
[0014]進(jìn)一步地，所述的窄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
O.lnm，中心波長反射率為2%-99%;寬帶光纖光柵的3dB反射譜大于O. lnm，且對(duì)激光輸出信號(hào)波長反射率大于90%，對(duì)栗浦波長透射率大于90%。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果:本實(shí)用新型可以將厘米量級(jí)的高增益稀土摻雜磷酸鹽玻璃單模光纖作為激光的增益介質(zhì)，由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)體激光栗浦源的連續(xù)激勵(lì)下，纖芯中的高摻雜稀土粒子發(fā)生反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生受激發(fā)射的信號(hào)光，利用不同的材料對(duì)光纖光柵和增益光纖進(jìn)行封裝，采用外腔補(bǔ)償?shù)氖侄危瑢?shí)現(xiàn)光柵反射譜的溫漂速度與縱模的溫漂速度相匹配，從而克服跳?，F(xiàn)象，增大單縱模運(yùn)行的溫度區(qū)間。本實(shí)用新型基于上述技術(shù)優(yōu)勢，可以實(shí)現(xiàn)寬溫度適應(yīng)范圍的單頻激光輸出的技術(shù)效果。