[实用新型]频率调制单频光纤激光器

说明书

技术领域

本实用新型涉及单纵模（或称单频）光纤激光器，具体涉及频率调制单频光纤激光器。

背景技术

单纵模（或称单频）光纤激光器是指激光以腔内振动单一纵模的形式输出，其特征为激光光谱线宽非常窄，最高可达到10^-8nm，比现有最好窄线宽DFB激光器的线宽还要窄两个数量级，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。窄的线宽可以保证激光具有非常好的相干特性，其相干长度可达数百公里。窄线宽光纤激光器之所以受到重视，是因为其在激光测距、光纤传感及通信领域有着及其广泛的应用。如目前大多数激光测距仪是基于脉冲激光的光时域反射原理，即通过测量激光脉冲发射和经目标反射回接收器的时间差进行测距，这种测量的精度一般为1-10米，测量距离（军用）也只有10-20公里。如果利用频率调制单频激光器作为探测光源，基于频率调制连续波技术和光波相干原理，则能实现几百公里、精度小于1米的探测。

目前研究频率调制单频光纤激光器，只能在短直腔结构上采用PZT压电陶瓷进行内调制，当采用稀土离子掺杂的石英光纤作为激光介质时，最大只能输出几mW单频激光，一般需要通过激光放大。而采用多组分玻璃光纤作为单频激光的增益介质，则可实现输出功率达几百mW、线宽小于2 KHz的单频光纤激光，而且激光腔长更短，更易于实现大的频率调制范围，同时短的谐振腔长能保证调频过程中不会出现跳模、模式竞争等现象。如采用2cm长的铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤构成短F-P腔，实现了输出功率20mW，频率调制范围达到27 MHz/V[IEEE Photon. Technol. Lett., 2005, 17: 1827]。另外，目前的内调制方案都是采用PZT压电陶瓷对包括布拉格光栅在内的整个激光腔进行调制，这样会使光栅的折射率周期性结构发生改变，使得频率调制过程变得更加复杂，而且还会出现跳模、模式竞争等现象。若只针对增益光纤进行调制，则其调制范围随所施加电压呈线性变化，而且更易在调制过程中保持单频运转。

结合稀土掺杂磷酸盐单模玻璃光纤的高增益特性，以及短直F-P腔及窄带布拉格光纤光栅的选频特性，为实现高功率窄线宽的单频光纤激光输出提供了保障。同时，通过设计制作腔内固定PZT压电陶瓷及相应激光腔封装的工艺，可最终实现宽频率调制范围的高功率、窄线宽单频光纤激光。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种频率调制单频光纤激光器，其利用稀土掺杂磷酸盐单模玻璃光纤的高增益特性，利用短F-P腔结构，以及窄线宽光纤光栅的选频作用，在泵浦光源的持续抽运下，可实现高功率窄线宽的单频激光输出。同时，利用PZT压电陶瓷随加载电压变化而收缩的特性，将其固定于谐振腔上而对腔长进行调制，最终可实现宽频率调制范围的高功率、窄线宽单频光纤激光输出。本实用新型的目的通过如下技术方案实现。

本实用新型的具体技术解决方案是：

一种频率调制单频光纤激光器，其特征在于包括单模半导体激光泵浦源、波分复用器、窄带布拉格光纤光栅、稀土掺杂磷酸盐单模玻璃光纤、宽带布拉格光纤光栅、光纤隔离器、PZT压电陶瓷和主动温度控制的热沉；各部件的结构关系是：波分复用器的公共端与窄带布拉格光纤光栅的一端连接，窄带布拉格光纤光栅的另一端经稀土掺杂磷酸盐单模玻璃光纤与宽带光纤布拉格光栅的一端连接，波分复用器的信号端与光纤隔离器连接，稀土掺杂磷酸盐单模玻璃光纤、窄带布拉格光纤光栅以及宽带光纤布拉格光栅固定封装在自动温度控制的热沉中， PZT压电陶瓷固定在稀土掺杂磷酸盐单模玻璃光纤上；单模半导体激光泵浦源的泵浦方式采用如下三种方式之一：

方式一、单模半导体激光泵浦源与波分复用器的泵浦输入端连接，所述宽带光纤布拉格光栅的另一端被研磨抛光成斜面以防止端面反射，单模半导体激光泵浦源经由波分复用器耦合进窄带布拉格光纤光栅进行前向泵浦；

方式二、单模半导体激光泵浦源直接接入宽带布拉格光纤光栅的另一端进行后向泵浦，此时波分复用器的泵浦输入端被研磨抛光成斜面以防止端面反射；

方式三、同时采用方式一的前向泵浦和方式二的后向泵浦进行双向泵浦，单模半导体激光泵浦源同时与波分复用器的泵浦输入端和宽带布拉格光纤光栅的另一端连接。