[发明专利]一种超窄线宽低噪声高功率单频光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光器，特别是涉及超窄线宽低噪声高功率的单频光纤激光器，激光器线宽小于几百Hz级、输出功率高达几百mW量级。

背景技术

超低噪声单频激光因其光谱线宽非常狭窄，激光相干特性极其优异等优势，在相干光通信、光原子钟、重力波探测、量子保密通信等超高精尖端领域有着广阔的应用前景。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，如要求几百Hz量级线宽、mW级的单频光纤激光作为种子源。一般石英掺杂光纤很难实现较高功率（> 100mW）,超窄线宽（< 200Hz）的单频激光输出。

目前研究超窄线宽单频光纤激光，采用稀土离子高掺杂的石英光纤作为激光介质，短直F-P腔或DBR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2 KHz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300 mW、线宽小于2 KHz、波长为1.5μm的单频光纤激光[Optics Express, 2010,18(2) :1249]。2004年，美国亚历山大大学和NP光子公司在超窄线宽单频光纤激光研究方面申请了稀土掺杂磷酸盐玻璃单模光纤激光器[专利号：US 6816514 B2]和高功率窄线宽单频光纤激光器[公开号：US 2004/0240508 A1]两个专利，它是基于（30～80）P₂O₅-（5～30）L₂O₃(L₂O₃：Al₂O，B₂O₃，Y₂O₃，La₂O₃以及它们的混合物）-（5～30）MO（MO：BaO，BeO，MgO，SrO，CaO，ZnO，PbO以及它们的混合物）这种基质的稀土掺杂磷酸盐玻璃单模光纤，并对部分腔型结构进行了权利要求。2008年，华南理工大学在超窄线宽单频光纤激光研究方面申请了一种低噪声窄线宽高功率的单纵模光纤激光器[专利号：200810220661.X   ]专利，对其腔型结构及保偏的稀土掺杂磷酸盐玻璃单模光纤进行了权利要求。以上文献及发明专利提供的窄线宽单频光纤激光器，其增益光纤均存在空间烧孔效应，且只能实现kHz量级的线宽输出。本发明申请提出了一种新型的谐振腔型结构，通过偏振旋转技术解决增益光纤中的空间烧孔效应，光纤光栅加上全反射镜构成腔内滤波器并分别与前后一对保偏光纤光栅构成折叠型复合谐振腔，有利于提高谐振腔的腔内寿命，从而达到减小激光线宽（达百Hz量级）的目的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种超窄线宽低噪声高功率单频光纤激光器，本发明在短直腔结构中构建折叠复合腔及双虚拟环形腔，并能产生超窄线宽（小于百Hz量级）且保偏输出的单频光纤激光。

本发明的的目的通过如下技术方案实现：

一种超窄线宽低噪声高功率的单频光纤激光器，包括单模半导体激光泵浦源、保偏波分复用器、耦合输出保偏光纤光栅、高反射保偏光纤光栅、波片、高增益光纤、低反射窄线宽光纤光栅、二色镜、热沉、密封气室和光纤夹具和保偏光纤隔离器，所述单模半导体激光泵浦源与保偏波分复用器的泵浦输入端连接，保偏波分复用器的公共端与耦合输出保偏光纤光栅连接，所述耦合输出保偏光纤光栅和高反射保偏光纤光栅都刻写在同一条保偏光纤上或分别刻写在两条保偏光纤上且连接时快慢轴方向一致，高反射保偏光纤光栅经由波片与高增益光纤连接，高增益光纤再与低反射窄线宽光纤光栅、二色镜顺次连接，其中，耦合输出保偏光纤光栅、高反射保偏光纤光栅、波片、高增益光纤、低反射窄线宽光纤光栅和二色镜共同组成单频激光谐振腔，并固定封装在自动温度控制的热沉中，同时在热沉上用一密闭气室封装整个单频激光谐振腔，整个单频激光谐振腔的尾纤由一光纤夹具固定在一密闭气室的前端壳面，单频激光谐振腔产生的单频激光经由保偏波分复用器的信号端耦合输出，再经由一保偏光纤隔离器输出；所述高增益光纤的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,所述发光离子掺杂浓度大于1×10¹⁹ions/cm³且在其纤芯中是均匀掺杂。