[发明专利]一种用于光纤光栅声发射传感系统的掺铒光纤激光器

说明书

技术领域

本发明属于光纤激光器领域，特别涉及一种用于光纤光栅声发射传感系统的掺铒光纤激光器。

背景技术

掺铒光纤是在石英光纤中掺入了少量的稀土元素铒(Er)离子的光纤，是掺铒光纤激光器的核心，它的工作原理是，当泵浦光注入到掺铒光纤中时，铒离子在泵浦光作用下激发到高能级上，并很快衰变到亚稳态能级上，回到基态，发生粒子数反转，产生放大的自发发射。掺铒光纤具有增益高、带宽大、输出功率高、泵浦效率高、插入损耗低、对偏振态不敏感等优点，一经发明即在光通信领域得到了广泛应用。

光纤布拉格光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的周期性变化的折射率分布，实质上是在纤芯内形成一个窄带的滤波器。当一束宽谱光经过光纤布拉格光栅时，只有满足光纤布拉格光栅中心波长的窄带光将产生反射，其余的光透过光纤布拉格光栅继续传输。由于光纤布拉格光栅波长特性好、体积小、质量轻、不受电磁干扰、易于复用、耦合性好，使得其常被用作滤波器或传感器，在光学、通信、传感等领域得到了广泛应用。

现有的掺铒光纤激光器如中国专利ZL200910106974.7“多波长和锁模可转换的掺铒光纤激光器及其实现方法”、ZL200820073835.X“宽可调谐自起振被动锁模掺铒光纤激光器”、ZL201010236280.8“基于太极结构的环形腔多波长布里渊掺铒光纤激光器”等掺铒光纤激光器均能实现常温下的正常工作，却未能提供变温下的工作情况。

发明内容

本发明的目的在于，克服已有的技术局限，将光纤布拉格光栅引入光纤激光器领域，提供了一种用于光纤光栅声发射传感系统的掺铒光纤激光器，该激光器具有输出频带窄、输出功率集中、不受电磁干扰、适于恒温/变温环境工作等特点。

本发明的技术方案：一种用于光纤光栅声发射传感系统的掺铒光纤激光器，包括：泵浦源，光波分复用器，掺铒光纤，光隔离器，光纤耦合器，光纤布拉格光栅，光路输出端口；其中，光纤耦合器的A端口与光隔离器相连，B端口与光纤布拉格光栅相连，C端口通过回路接入波分复用器，D端口接光路输出端口；泵浦源发出的泵浦光被光波分复用器引入光路，进入掺铒光纤，掺铒光纤中的饵离子吸收能量后跃迁到高能级，继而衰弱至低能级，发生粒子数反转，产生放大的自发发射；经过掺铒光纤放大的光通过光隔离器进入光纤耦合器的A端口，此处光被分为两路，一路通过端口B进入光纤布拉格光栅，只有符合布拉格光栅中心反射波长的窄带光能够被反射回去，该窄带光经端口C进入光路（进入端口A的光被光隔离器隔离），另一路光通过端口D到达光路输出端口输出；被光纤布拉格光栅反射并通过端口C进入光路的光再次经光波分复用器进入掺铒光纤放大，完成一次循环；每次循环都能放大光波的能量，当增益大于环路中的传输损耗时，产生振荡，从而形成环形掺铒光纤激光器，具有稳定的输出波长与功率。

进一步的，所述泵浦源为泵浦光源，中心波长为974.54nm，峰值功率为6.77dBm。

进一步的，所述掺铒光纤线长20m，芯径3μm。

进一步的，所述光纤耦合器，分光比为40:60，进入光纤布拉格光栅的B端为40，用于光路输出的D端为60。

进一步的，所述光纤布拉格光栅为可调谐光栅，要与实际应用中的传感光纤布拉格光栅相匹配，反射率、边模抑制比、3dB带宽、温度灵敏系数参数一致，中心波长相差0.1nm。

本发明与现有技术相比的优点在于：现有的掺铒光纤激光器大多数都追求多波长、可调谐、高功率，而且一般都工作于常温环境下，一旦遇到温度变化较大的情况，工作性能就不够稳定，而本发明则在掺铒光纤激光器的基础上添加了集滤波与温度补偿于一体的光纤布拉格光栅，使得激光器拥有了在温度变化的环境下稳定工作的能力。

附图说明

图1是用于光纤光栅声发射传感系统的掺铒光纤激光器的原理图；

图2是泵浦源输出光谱图；

图3是掺铒光纤激光器的输出光谱图。

图中：1、泵浦源，2、光波分复用器，3、掺铒光纤，4、光隔离器，5、光纤耦合器，6、光纤布拉格光栅，7、光路输出端口；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当采用已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。