[发明专利]多波长输出的超窄线宽单频光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及多波长输出的超窄线宽单频光纤激光器。

背景技术

超窄线宽单频激光器以其优异的相干性能在工业、农业、军事等领域具有广泛的应用前景，尤其在长距离、高精度传感、激光测距及指示方面显得尤为重要。要提高光纤激光的探测距离或精度，需要使用高相干性能的激光，因而要求激光具有超窄线宽的谱宽，如要求KHz量级线宽的单频光纤激光。在需要同时对多个目标进行探测、指示的太空或军事领域中，则对多波长同时输出的单频激光提出了应用需求。一般石英掺杂光纤很难实现较高功率(＞100mW)，超窄线宽(＜2KHz)的单频激光输出，而实现多波长同时输出高功率，超窄线宽的单频激光更加难以实现。

目前研究超窄线宽单频光纤激光器，采用稀土离子高掺杂的石英光纤作为激光介质，短直F-P腔结构，一般只能输出几mW单频激光，采用多组分玻璃光纤作为单频激光的增益介质，则可实现输出功率100mW以上、线宽小于2KHz的单频光纤激光，如采用2cm长的铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤，实现了输出功率大于200mW、线宽小于2KHz、波长为1.5μm的单频光纤激光[J.Lightwave Technol.，2004，22：57]。

结合双包层结构、二维阵列、单位长度高增益等特性，设计并拉制出双包层二维阵列光纤，为实现多波长同时输出高功率，超窄线宽的单频激光提供了物质保障。再利用短直F-P腔及窄线宽光纤光栅的选频特征，可以实现单频激光输出。最后通过设计制作整个光纤激光链路，可最终实现多波长同时输出高功率、超窄线宽的单频光纤激光。

发明内容

本发明的目的是提供一种多波长输出的超窄线宽单频光纤激光器，其利用阵列纤芯材料的高掺杂和高增益特性，采用短F-P腔结构，利用窄线宽光纤光栅的选频作用，在泵浦光源的持续抽运下，同时在所有阵列纤芯中产生KHz量级的超窄线宽单频激光，最终实现多波长或同一波长多路输出。

本发明的具体技术解决方案是：

一种多波长输出的超窄线宽单频光纤激光器，包括n个光纤隔离器1、n个单模LD2、n个波分复用器3、窄带光纤光栅阵列4、高增益双包层二维阵列光纤5、二色镜6、耦合透镜7、多模LD8；各部件的结构关系是：高增益双包层二维阵列光纤5作为激光介质，窄带光纤光栅阵列4和二色镜6组成激光腔前后腔镜，并且分别紧贴高增益双包层二维阵列光纤5的前后端，高增益双包层二维阵列光纤5、窄带光纤光栅阵列4和二色镜6组成单频光纤激光器的谐振腔；泵浦方式采用前后双向同时泵浦；前向泵浦由n个单模LD2产生的泵浦光分别经由对应的n个波分复用器3耦合至窄带光纤光栅阵列4中的各光纤光栅中，并经过窄带光纤光栅阵列4中的各光纤光栅后分别对应耦合进高增益双包层二维阵列光纤5前端的各阵列纤芯中进行泵浦；后向泵浦采用多模LD8产生多模泵浦光经由耦合透镜7耦合经由二色镜6至高增益双包层二维阵列光纤5后端的内包层中，进行包层泵浦；所述n为自然数，且n≥2。前后向泵浦光不断抽运纤芯中的稀土离子，使其达到粒子数反转，受激发射产生信号光，信号光在由窄带光纤光栅阵列4和二色镜6组成的前后腔镜反射下来回振荡，随着泵浦功率不断增强，振荡信号光突破阈值，产生激光，由于激光谐振腔的腔长短，且窄带光纤光栅阵列4中各光纤光栅的反射谱很窄，从而保证了各谐振腔能输出超窄线宽的单频激光，各路单频激光由窄带光纤光栅阵列4中各光纤光栅分别耦合输出至n个波分复用器3的各公共端，经n个波分复用器3分波后由各信号端输出各路单频激光，从而实现同时输出n路同波长或不同波长的超窄线宽单频激光，并且同时输出的多路单频激光互不干扰。

上述多波长输出的超窄线宽单频光纤激光器中，所述双包层二维阵列光纤5的阵列纤芯成分为磷酸盐玻璃，其组成为：70P₂O₅-8Al₂O₃-15BaO-4La₂O₃-3Nd₂O₃，所述阵列纤芯掺杂高浓度的发光离子，所述发光离子为镧系离子、过渡金属离子中一种或多种的组合体。

上述多波长输出的超窄线宽单频光纤激光器中，其特征在于所述阵列纤芯的发光离子掺杂浓度大于1×10¹⁹ions/cm³。

上述多波长输出的超窄线宽单频光纤激光器中，所述发光离子在双包层二维阵列光纤5的各阵列纤芯中是均匀掺杂的，且各纤芯呈二维阵列形排布。