[发明专利]一种双谐振腔全光纤单频激光器

说明书

技术领域

本发明公开了一种双谐振腔全光纤单频激光器，属于激光技术与非线性光学领域。

背景技术

光纤激光器由于具有体积小、成本低、光束质量好、效率高等优点，在通信、医学、生物以及雷达等领域有着广泛且重要的应用，已经成为激光器家族中的重要一员。特别是单频光纤激光器因其线宽窄、低噪声、抗电磁干扰等特性，广泛应用于光纤通信、光纤传感、光纤遥感、材料技术以及高精度光谱等领域。

对于单频光纤激光器的产生主要有两种方法：超短线型腔光纤激光器和带有窄带选频器件的环形腔光纤激光器。前者主要有分布式反射（DBR）和分布式反馈（DFB）两种类型。DFB结构：将高增益有源光纤的两端连接一对光纤光栅，为了实现低噪声单频输出，增益有源光纤一般只有几个cm长。DFB结构，将谐振腔直接刻写在有源光纤上，由于有源光纤的增益比较低，所以输出功率有限，但是这种结构输出稳定性更高。环形腔单频光纤激光器：在环形腔中加入一个窄带的滤波器实现单频输出，由于这种结构中采用的有源纤长度较长，这会导致激光频率稳定性变差，容易出现跳模现象。

发明内容

对于采用超短线性腔的单频激光技术，无论是分布式反射（DBR）或分布式反馈（DFB）其中的任何一种方式，由于采用超短结构，增益光纤长度很短，输出功率会很低，为了实现高功率的输出就必须在腔外增加一个放大器，这不但使结构更复杂，而且放大过程可能会引入噪声，使得激光线宽展宽，增加频率不稳定性。对于采用环形腔的单频激光技术，由于环形腔的腔长很长，这会使得激光频率稳定性变差，而且容易出现跳模现象。本发明的目的在于提供了一种双谐振腔全光纤单频激光器，其采用一种基于掺稀土光纤和光纤布拉格光栅的方案，实现高功率单频激光器的全光纤化，无需额外的放大结构，大大降低结构的复杂性，实现高稳定性、高功率、高效率、结构紧凑的单频激光输出。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种双谐振腔全光纤单频激光器，该激光器包括泵浦及相关装置、激光谐振腔、增益光纤、激光输出装置和其它辅助装置。

整个激光谐振腔的工作原理为激光谐振腔可以为线性或者环形结构；整个激光器的谐振腔分为谐振腔Ⅰ和谐振腔Ⅱ两部分，其中谐振腔Ⅰ为激光器的外腔，谐振腔Ⅱ为激光器的内腔；谐振腔Ⅰ由线性谐振腔或者环形谐振腔组成；谐振腔Ⅱ由超短线性谐振腔组成；谐振腔Ⅰ与谐振腔Ⅱ的各对反射型光纤布拉格光栅间置有增益光纤；泵浦光首先射入谐振腔Ⅰ的增益光纤中，产生的激光进入谐振腔Ⅱ中，谐振腔Ⅰ产生的激光泵浦谐振腔Ⅱ的增益光纤，谐振腔Ⅱ产生单频激光，之后进入谐振腔Ⅰ中得到放大，最终输出高功率单频激光。

泵浦及相关装置包括泵浦源、光纤合束器或波分复用器；激光谐振腔内的反射型光纤布拉格光栅包括第一反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅、第三反射型光纤布拉格光栅、第四反射型光纤布拉格光栅或全反镜。

增益光纤包括增益光纤包括第一增益光纤、第二增益光纤、第三增益光纤；其中，第一增益光纤置于谐振腔Ⅱ中，第二增益光纤或第二、三增益光纤置于谐振腔Ⅰ中；激光输出装置包括光隔离器、环形器或分束器；其它辅助装置为滤波器。

当为线形谐振腔结构时，第一反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅以及第一增益光纤构成谐振腔Ⅱ；第三反射型光纤布拉格光栅、第四反射型光纤布拉格光栅、第二增益光纤以及第三增益光纤构成谐振腔Ⅰ；或者，谐振腔内的第二反射型光纤布拉格光栅、第三反射型光纤布拉格光栅可以由全反镜代替作为谐振腔Ⅰ和谐振腔Ⅱ的公共反射镜。

当为环形谐振腔结构时，第二增益光纤、第三反射型布拉格光纤光栅、波分复用器以及环形器或者分束器组成环形腔，即谐振腔Ⅰ；第一反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅以及第一增益光纤构成谐振腔Ⅱ。

泵浦源产生泵浦光，通过合束器或者波分复用器耦合进入谐振腔Ⅰ中，谐振腔Ⅰ产生的激光对谐振腔Ⅱ进行泵浦，由于谐振腔Ⅱ为超短线性谐振腔，谐振腔Ⅱ产生的稳定单频激光进入谐振腔Ⅰ，经过谐振腔Ⅰ的放大，最终实现高功率单频激光输出。

所述泵浦源是半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器或拉曼激光器，输出泵浦光的中心波长范围为：700nm-2000nm。

所述的第一增益光纤、第二增益光纤、第三增益光纤是掺有稀土元素的光纤或光子晶体光纤，其中掺杂的稀土元素是镱（Yb）、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钕（Nd）、铬（Cr）、钐(Sm)、铋(Bi)中的一种或几种。