[发明专利]一种基于游标效应的可调谐微光纤激光器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光器及光纤传感技术领域，具体涉及一种基于级联的微光纤谐振结构的可调谐激光器。

背景技术

在光纤激光器、光纤传感等领域，光纤级联环形谐振腔技术有着持续广泛的应用。其原因在于，光纤级联环形谐振腔的输出光谱是基于游标效应的原理产生的，相比于单个环形谐振腔，它具有条纹精细度高、自由光谱范围可调等优点。但由于普通光纤对外界环境的变化并不灵敏，且级联谐振腔的构建需要多个耦合器件，普通光纤制作的级联环形谐振腔在小型化、集成化光器件方面的应用仍有一定的局限性。

微纳光纤是指直径在微米或纳米量级的光纤，具有许多普通光纤无法比拟的优点。极好的柔韧性和良好的机械性能使得它可以通过微操作形成各种几何结构，且具有很小的弯曲损耗；大比例倏逝场特性使得它能与表面或附近的介质发生强耦合作用。因此，利用微纳光纤可以制作体积小、结构紧凑的环形谐振腔，它的输出光谱损耗小、条纹精细度高、对外界环境参量灵敏。再加上近年来有源微纳光纤制作技术的不断成熟，将高掺杂稀土离子微光纤与微纳光纤谐振腔相结合可以形成窄线宽、高功率、具有良好传感特性的光纤激光器，相比于普通的光纤激光器或光纤传感器，具有更广泛的应用前景。

目前，利用有源微纳光纤制作光纤激光器的技术和方法已经有所报道。浙江大学童利民等人早在2006年就发明了“微光纤环形结激光器（专利号200610050794.8）”，以掺杂微光纤制成单个环形结谐振腔，并分别用两根锥形光纤的末端搭在环形单结谐振腔的环上作为激光器的泵浦输入端和激光输出端。该装置虽然能利用环形单结谐振腔的滤波特性和有源光纤的增益特性产生激光，但由于单个环形结谐振腔的Q值特性较差，加之搭制该谐振腔所用的有源光纤较短，很难实现高光束质量、高功率的激光输出，不利于长距离的通信以及传感应用。华南理工大学杨中民等发明了“一种波长可调谐微型单模光纤激光器（专利号201310068660.9）”，利用有源微纳光纤搭制了嵌套双环微型谐振腔，并采用双向泵浦的方式对该有源嵌套双环微型谐振腔进行泵浦，实现了单模激光输出。该装置通过压电陶瓷改变锥光纤与谐振腔耦合区的参数来实验不同波长调谐输出，但由于两个微型谐振腔是嵌套的，难以独立调节它们的大小，同时该激光器不能进行激射波长数目的调谐。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有的有源微光纤激光器存在的问题，提供一种基于游标效应的有源微光纤激光器，该激光器利用微光纤级联谐振结构的游标效应和高掺稀土离子光纤的高增益特性产生窄线宽、高功率的激光输出，可广泛应用于传感和通信系统中。同时，级联的两个独立谐振腔使该激光器可实现激射波长数目、间隔和位置的调谐。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供一种基于游标效应的可调谐微光纤激光器，包括半导体泵浦激光器、有源微光纤级联谐振结构和光谱分析仪，半导体泵浦激光器发出的泵浦激光通过第一普通微光纤耦合到有源微光纤级联谐振结构中，利用该结构的滤波特性和有源光纤的增益特性产生激光，产生的激光再通过第二普通微光纤耦合进入光谱分析仪，检测输出的激光光谱。改变所述有源微光纤级联谐振结构的光程，得到不同激射波长数目、间隔和位置的激光输出，即可实现所述微光纤激光器的输出波长调谐。

进一步地，所述有源微光纤级联谐振结构，包括第一微光纤结型谐振腔、第二微光纤结型谐振腔和微光纤，第一微光纤结型谐振腔包括第一结耦合区域，第二微光纤结型谐振腔包括第二结耦合区域，第一微光纤结型谐振腔通过第一耦合区域与有源微光纤相连通，第二微光纤结型谐振腔通过第二耦合区域与有源微光纤相连通。

一种基于游标效应的可调谐微光纤激光器的制备方法，包括第一微纳光纤、第二微纳光纤、第一微光纤结型谐振腔、第二微光纤结型谐振腔、有源微光纤的制备过程，有源微光纤与第一微光纤结型谐振腔、第二微光纤结型谐振腔的连通过程，以及半导体泵浦激光器、第一微纳光纤、有源微光纤级联谐振结构、第二微纳光纤、光谱分析仪的互连过程。

进一步地，所述第一微纳光纤、第二微纳光纤的制备过程包括：

1）通过氢氧火焰加热法把标准通信光纤的中间拉细至微米尺度直径，得到一根微纳光纤；

2）将该微纳光纤的细端从中间截断，一侧作为第一微纳光纤保留待用，另一侧作为第二微纳光纤保留待用。

进一步地，所述第一微光纤结型谐振腔的制备过程包括：

3）通过氢氧火焰加热法把无包层的高掺杂稀土离子光纤中间拉细至微米尺度直径，得到第一有源微纳光纤；