[发明专利]一种可调谐窄线宽阵列单频光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及到相干光通信、光纤传感、以及光纤遥感等领域所应用的光纤激光，尤其是一种可调谐窄线宽阵列式单频光纤激光器。

 

背景技术

窄线宽单频激光是光纤激光器发展的一个重要方向，它具有极窄线宽、低噪声、优异相干特性，广泛应用于相干光通信、长距离与高精度传感、激光测距与指示、以及材料技术等领域。尤其对于相干光通信，一般要求激光光源的光谱线宽极窄（线宽将直接决定通信系统中所能达到的最低误码率，必须尽量减小）、频率稳定度高、多波长或波长可调谐输出（满足多信道工作，超高通信容量带宽）。其中窄线宽单频光纤激光光谱线宽最高可达到10^-8nm，比现有最好窄线宽DFB激光器的线宽要窄2个数量级，比目前光通信网络中DWDM信号光源的线宽要窄5～6个数量级。因此，发展可调谐kHz量级窄线宽单频光纤激光器势在必行。

要实现窄线宽单频光纤激光输出，合理的光学结构设计至关重要。目前，商用窄线宽单频光纤激光，一般采用稀土离子高掺杂石英基质光纤作为单频光纤激光的增益工作介质，结合短直F-P腔结构方式，但是受制于掺杂稀土离子的浓度无法进一步提高和单频激光谐振腔腔长等因素，最高只能输出几个mW量级的单频光纤激光，而且线宽较难做到10kHz以下。

然而，采用稀土离子高掺杂多组分玻璃基质光纤作为单频激光的增益工作介质，可以有效地实现输出功率大于100mW、线宽小于2kHz的单频光纤激光输出。例如：采用2cm长的铒镱共掺磷酸盐光纤，实现了输出功率大于200mW、线宽小于2kHz、波长为1.5μm的单频光纤激光输出报道[J. Lightwave Technol., 2004, 22: 57]。此外，2004年，美国亚历山大大学和NP光子公司申请了高功率窄线宽单频激光系统专利[公开号：US 2004/0240508 A1]，基于微片式激光谐振腔结构，但是其所要求的单频激光器并未具有全光纤化、波长可调谐与阵列式特征。2011年，美国IPG公司申请了高功率窄线宽光纤激光器专利[公开号：US 7903696 B2]，基于2个超短单频谐振腔输出低功率窄线宽单频激光信号，分别通过普通掺铒光纤放大器和高功率双包层光纤放大器进行激光功率放大，但是其所要求的光纤激光器并未具有波长可调谐与阵列式特征。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术方面的问题，提供一种可调谐窄线宽阵列单频光纤激光器。本发明分别利用多组分玻璃光纤阵列的高掺杂和高增益特性、半导体激光芯片阵列提供泵浦能量、窄线宽光纤光栅阵列进行选频、采用短直F-P腔结构设计，结合精密温控技术和选择性泵浦源工作控制方式，再利用微型短光纤功率放大技术，可以有效地实现可调谐kHz量级（如≤100kHz）窄线宽阵列式单频光纤激光输出。本发明通过如下技术方案实现。

一种可调谐窄线宽阵列形式单频光纤激光器，其包括半导体激光芯片阵列、准直透镜耦合系统、多组分玻璃光纤阵列、窄带光纤光栅阵列、大功率半导体激光器芯片、保偏合波器、高增益短保偏有源光纤、光隔离器、保偏尾纤、热电制冷器TEC、热电制冷器TEC、热沉和多组分玻璃光纤阵列的光纤前端镀膜或宽带光纤光栅阵列；半导体激光芯片阵列的输出端与准直透镜耦合系统连接，准直透镜耦合系统与多组分玻璃光纤阵列镀膜端面或者宽带光纤光栅阵列耦合连接，多组分玻璃光纤阵列镀膜端面或者宽带光纤光栅阵列与多组分玻璃光纤阵列连接，多组分玻璃光纤阵列与窄带光纤光栅阵列的输入端连接，窄带光纤光栅阵列的输出端与保偏合波器的信号输入端连接，大功率半导体激光器芯片的输出端与保偏合波器泵浦输入端连接，保偏合波器的信号输出端与高增益短保偏有源光纤连接，高增益短保偏有源光纤与光隔离器的输入端连接，光隔离器的输出端与保偏尾纤连接；半导体激光芯片阵列安装在第一热电制冷器TEC上，多组分玻璃光纤阵列、窄带光纤光栅阵列安装在第二热电制冷器TEC上；各阵列的组成单元数均为n，n≥2（如2个~120个），阵列与阵列之间的连接方式均为组成单元的一对一连接；所述准直透镜耦合系统包括快轴准直透镜和n个慢轴准直透镜，快轴准直透镜与每个慢轴准直透镜耦合连接。

进一步优化的，所述可调谐窄线宽阵列形式单频光纤激光器还包括热沉，所述可调谐窄线宽阵列形式单频光纤激光器的所有组成部件均固定封装在热沉中。