[发明专利]一种复合腔分布反馈式光纤激光器

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种复合腔光纤激光器技术，使用三个光纤光栅构成激光复合谐振腔实现窄线宽、低噪声、高功率的激光输出，采用光栅滤波提高激光信噪比。

背景技术

光纤激光器被广泛关注，特别是稳定单频、窄线宽、低强度噪声等特性，使其在国防、科技、工业等领域应用前景广阔。近几年单纵模、窄线宽光纤激光器被应用到传感领域，取得了一系列的重大成果，例如采用分布反馈式光纤激光器作为传感元件研制成的光纤激光水听器被用于石油物探、海洋观测以及军事等。光纤激光器尺寸小、柔韧性好、可远程传输、散热性能好等优势是其他激光器无可比拟的技术优势。

光纤激光器目前常见的有分布反馈式光纤激光器（DFB FL）和分布布拉格光栅光纤激光器（DBR FL）两种。

DFB FL是在一段掺杂光纤上刻写相移光栅实现的，其器件尺寸小，能够单模稳定输出，线宽窄，强度噪声低。但是其缺点是由于器件尺寸受到相移光栅长度的限制，谐振腔很短，造成了出光功率低，一般在mW或者uW量级。近几年也有国内外研究者采用铒镱共掺光纤或者高掺杂光纤来实现输出功率的提高，但是高掺杂浓度容易造成浓度淬灭，引起弛豫振荡，从而大大影响了激光器的线宽和强度噪声水平。也有研究采用DFB FL作为种子光源，采用光纤放大器实现光功率的放大，但是激光在被放大后，其线宽也将随之加宽，并会伴有自发辐射（ASE）背景噪声引入。

DBR FL是利用一对匹配（光谱与波长相同）的光纤光栅作为反射镜，焊接或者直接刻写在一段掺杂光纤两端，形成谐振腔，由于这种结构的激光器掺杂光纤（谐振腔）比较长，因此可以输出较高功率的激光，它的弱点是单频特性差，容易跳模或者多模工作。谐振腔变长后使得该结构的纵模间隔变窄，当纵模间隔低于谐振腔两端匹配的光纤布拉格光栅带宽后，容易产生多模运转。

发明内容

本发明主要目的是设计一种复合腔光纤激光器，该激光器产生的激光输出功率较高、线宽窄、噪声低、单纵模运转。

本方案是通过如下技术措施来实现的：一种复合腔分布反馈式光纤激光器，其特征是它包括泵浦光源、WDM、第一光纤光栅掺铒光纤、光纤π相移光栅以及第二光纤光栅构成的复合腔光纤激光器；

其中由第一光纤光栅和第二光纤光栅这两个光纤布拉格光栅和一个光纤π相移光栅联合构成的一个复合腔作为复合腔光纤激光器的谐振腔；

泵浦光源与WDM的980端相连，WDM的1550端和光纤环型器的入射端相连， WDM公共端依次与第一光纤光栅、掺铒光纤、光纤π相移光栅以及第二光纤光栅串联；所述复合腔光纤激光器所产生的激光波长与光纤π相移光栅中心窗口波长一致；

第一光纤光栅，第二光纤光栅和光纤π相移光栅两端均分别被固定在第一压电微位移器，第二压电微位移器和第四压电微位移器上。

本方案的具体特点还有，第一压电微位移器，第二压电微位移器和第四压电微位移器均与PZT控制器电连接，PZT控制器分别通过控制施加在第一压电微位移器，第二压电微位移器和第四压电微位移器上的电压来调整第一光纤光栅、第二光纤光栅以及光纤π相移光栅中心波长保持一致，PZT控制器产生一个模拟电压信号控制压电微位移器的伸缩量。

环型器的公共端和第三光纤光栅相连，第三光纤光栅固定在第三压电微位移器上，第三压电微位移器与PZT控制器电连接，PZT控制器通过控制施加在第三压电微位移器上的电压来调整第一光纤光栅、第二光纤光栅、第三光纤光栅以及光纤π相移光栅中心波长保持一致。

光纤π相移光栅是在光纤上刻写一段光栅，在光栅中间位置产生一个相位为π的相移，从而使得光栅谱中间打开一个非常窄的窗口，如图2所示。

复合腔光纤激光器谐振腔是由第一光纤光栅和第二光纤光栅这两个光纤布拉格光栅和一个光纤π相移光栅联合构成的一个复合腔，第一光纤光栅与第二光纤光栅在激光系统中作为反射镜使用，使得激光系统具备稳定的谐振腔，掺铒光纤用于提供足够的增益，使得系统能够达到粒子数翻转，从而达到产生激光的条件，光纤π相移光栅在该激光系统中主要用于滤波限模作用，压制其他波长纵模，只允许相移光栅窗口波长处形成稳定的单模激光。

所述光纤光栅两端通过胶固方式被固定在压电微位移器（PZT）上，在PZT控制器控制下，PZT给予光纤光栅以及光纤π相移光栅应力，引起光栅波长的变化，从而实现了对产生激光波长的稳定与控制。

所述的WDM、光纤光栅、光纤环型器等均为普通商用的光纤传感及光通信器件。